Введение в экологию энергетики

Особенностью вышеприведенных реакций является значительное влияние кислорода на скорость ее протекания. При изменении концентрации О2 от 0,1 до 1,0 % скорость восстановления резко увеличивается на различных катализаторах (рис.2). Дальнейшее увеличение концентрации кислорода не сказывается на скорости реакции восстановления NО. В тоже время на реакцию восстановления NО2 аммиаком, присутствие кислорода не оказывает влияния. На V2О5 окисление NН3 до N2 начинается при Т > 220 °С; при Т>350 °С появляется небольшое количество N2О, окисление аммиака до NО протекает с заметной скоростью Т > 450 °С (рис.3). Такое распределение продуктов окисления аммиака обусловливает особенности протекания реакции восстановления NО (рис.4). Степень восстановления NО увеличивается с ростом отношения NН3/NОX. В условиях отсутствия реакции окисления аммиака максимум конверсии NО наблюдается при мольном отношении NН3/NО, равном единице, что соответствует стехиометрии реакции восстановления NО. Максимальной конверсии диоксида азота соответствует мольное отношение NН3/NO2 равное 1,3.

Для смеси NОX и NО оптимальное отношение NН3/NОX зависит от отношения NО2/NО и изменяется от 1 до 1,3. При NО2/NО < 1 конверсия NОX линейно зависит от отношения NН3 к NО, при NО2/NО > 1 отклоняется от линейной зависимости. При малых объемных скоростях (10000 1/ч) и росте температуры NН3/NОX оказывает более сильное влияние на конверсию NОX, так как при этом увеличивается вклад конкурирующей реакции окисления NН3, что при небольших избытках NН3 приводит к быстрому снижению степени конверсии NОX.

Учитывая, что степень очистки газов от NОX зависит от избытка аммиака, предлагается, например, разделить очищаемый газ на два потока, в один из которых аммиак вводят с избытком, а в другой - с недостатком или в стехиометрическом соотношении. После пропускания потоков через слои катализатора они объединяются. Для улучшения степени очистки газов применяют периодическое изменение расхода аммиака на входе в слой катализатора: NН3 дозируется до выше стехиометрически необходимого количества, то ниже.

Рис.3. Окисление NH3 на V2O5

Рис.4. Восстановление NO на V2O5в присутствии кислорода

В экспериментальных работах также установлено, что скорость восстановления NОX зависит от соотношения в газе NО/NO2. Последнее предлагается осуществлять в потоке очищаемого газа испарением азотной кислоты до установления соотношения NО2/NО на уровне 0,9...1,1. С другой стороны, предлагается для очистки газов, богатых NО2, использовать первоначальное восстановление диоксида азота метанолом, пока отношение NO2/NO не достигнет оптимального значения после чего в газ вводят аммиак и проводят селективное восстановление.

При осуществлении процессов СКВ возможно протекание побочных реакций, приводящих к образованию аммонийных солей. Прежде всего необходимо учитывать возможность образования в газовой фазе нитритов и нитратов аммония по реакции

2NО2 + 2NН3 + Н2О = NН4NO2 + NН4NО3,

накопление которых крайне нежелательно с точки зрения взрывобеэопасности процесса. Протекание этой реакции определяется главным образом температурой, временем контакта и концентрацией газовых компонентов. Независимо от концентрации NО2 и O2, для каждой температуры имеется значение парциального давления NН3, ниже которого соли аммония не образуются.

Соли, прежде всего сульфат аммония, могут образовываться не только в слое катализатора, но и в газоходах после каталитического реактора. Для борьбы с этим явлением предложено устанавливать на выходе из реактора вращающийся теплообменник Юнгстрема. Отложение солей в этом случае понижается за счет стробирующего эффекта. В рекуперативных теплообменниках отложения сульфата аммония разрушают механически, вводя в поток газа стальные шарики.

Таковы основные особенности протекания процесса селективного восстановления оксидов азота аммиаком на различных катализаторах, которые необходимо учитывать при разработке и эксплуатации уста­новок очистки газов, содержащих оксиды азота.


Методы и технологии очистки дымовых газов