Сетевое издание
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,940

АКТИВИРОВАНИЕ КОНТАКТНЫХ МАСС ВОЗДЕЙСТВИЕМ ДАВЛЕНИЯ ВЗРЫВА

Проскин И. П. 1 Борисенко А. С. 1
1 Нижегородский государственный технический университет им. Р. Е. Алексеева
Рассмотрена актуальность проблемы загрязнения атмосферы отходящими газами. Выполнен анализ методов обезвреживания газовых выбросов, среди которых механохимическая активация (МХА) – перспективный способ повышения реакционной способности твердых веществ. Для повышения каталитической активности известных оксидных катализаторов осуществляли их дополнительную активацию воздействием давления взрывной волны, приводящей к разрушению и деформации первичной структуры, интенсивному разогреву порошка катализатора и, как следствие, плотному и прочному нанесению порошка на внутреннюю поверхность металлической трубки. В качестве этанолов сравнения использовали необжатые гранулированные образцы катализаторов того же состава и равной массы. Представлены сравнительные данные по применению активированных и гранулированных катализаторов в процессах газоочистки.
катализатор
каталитическая активность
давление взрыва
механохимическая активация
1. Глушко Я. М. Вредные неорганические соединения в промышленных выбросах в атмосферу. Л.: Химия, 1987. 192 с.
2. Корнев М. В. Исследование каталитического восстановления оксидов азота на катализаторах, нанесенных методом взрыва: Автореферат дис. … канд. техн. наук по специальности ВАК РФ: 05.17.01. Нижний Новгород: НГТУ им Р. Е. Алексеева, 2006.
3. Патент РФ №2036721 от 09.06.95. «Способ получения каталитической трубки».
4. Страус В. Промышленная очистка газов (пер. с англ.). М.: Химия, 1981. 616 с.
5. Широков Ю. Г. Механохимия в технологии катализаторов. 2005. 370 с.

Введение

Одной из актуальных проблем современной науки является разработка средств очистки газовых выбросов с целью сохранения окружающей среды. Изменение состава земной атмосферы в результате поступления в нее агрессивных газов и твердых частиц, отходов промышленного производства и, как следствие, начавшееся и усугубляющееся ухудшение условий жизни и развития живых существ на Планете, делает эту проблему предметом обсуждения и исследования многих ученых по всему миру.

Самые широко распространенные поллютанты атмосферного воздуха – это оксиды азота и серы, являющиеся, согласно классификации вредных веществ по степени опасности и функциональному воздействию на организм человека, веществами второго и третьего класса опасности [1]. Концентрация этих оксидов в атмосфере и дальнейшее их превращение в диоксид или триоксид пагубно влияет на живые организмы, увеличивает кислотность осадков, изменяет состав и температуру атмосферы, создает условия, неблагоприятные как для здоровья человека, так и для выживания других организмов.

Цель исследования

Поиск методов повышения активности недорогих и недефицитных контактных масс и создание на их основе установок эффективной очистки газовых выбросов.

Материалы и методы

Известными методами обезвреживания газовых выбросов оксидов азота и серы являются методы каталитической очистки, которые базируются на использовании дорогостоящих платино- или палла­дийсодержащих отечественных или импортных катализаторов, обеспечивающих в промыш­ленных условиях 80–90 %-ную очистку обеспылен­ных газов [4]. Использование многоканальных блочных катализаторов для очистки запыленных газов связано либо с подготовкой дорогостоящих рецептур, либо с недостаточной степенью обезвреживания загрязненных оксидами газов. Исследование путей модернизации известных недефицитных недорогих контактных масс с целью повышения их активности в процессе очистки газов и разработка высокоэффективных газоочистных установок является актуальной технической и экологической задачей.

Мировое производство катализаторов оценивается многими сотнями тысяч тонн с ассортиментом, насчитывающим тысячи марок, а процессы с их использованием составляют основную часть химической промышленности. В производство катализаторов вовлечено более половины элементов периодической системы Д. И. Менделеева. В то же время производство катализаторов, адсорбентов и носителей для них является одним из наиболее экологически вредных. В связи с этим особый интерес представляет поиск новых способов активации твердых контактов и повышения их реакционной способности, не имеющих недостатков, присущих общепризнанным промышленным методам получения катализаторов, таких, как необходимость последующей утилизации или уничтожения, высокая энерго- и капиталоёмкость, многостадийность процессов и т. д. Одним из таких новых способов является метод механохимической активации (МХА) [5]. В результате механохимической обработки каталитических масс генерируется большое количество протяжённых и точечных дефектов структуры, дислокаций и границ зерен, выходящих на поверхность и приводящих к увеличению каталитической активности твёрдых тел.

Важными достоинствами метода МХА перед традиционными являются его простота и привлекательность с точки зрения экологии. При использовании метода МХА исключаются такие стадии процесса, как соосаждение, пропитка, сушка, прокаливание, используемые в традиционных промышленных технологиях. Происходит резкое сокращение количества отходов, стоков загрязнённых вод и растворителей, значительно уменьшается время, необходимое для подготовки катализаторов.

В данном исследовании для усиления каталитической активности известных оксидных катализаторов осуществляли их дополнительную активацию воздействием давления взрывной волны, приводящей к разрушению и деформации первичной структуры, интенсивному разогреву порошка катализатора и, как следствие, плотному и прочному нанесению порошка на внутреннюю поверхность металлической трубки [3]. В качестве эталонов сравнения использовали необжатые гранулированные образцы катализаторов того же состава и равной массы.

Изучение каталитической активности обжатого описанным способом образца «каталитической трубки» проводили на поточной установке в процессах восстановления оксидов азота и окисления диоксида серы в триоксид. В каталитический реактор устанавливали трубчатый каталитический элемент с нанесенными катализаторами известных марок [2].

Результаты исследования и их обсуждение

Реакцию восстановления NO монооксидом углерода проводили и проточном реакторе на обжатых контактах марок ГИАП-8, ГИАП-16, ГИАП-19 в температурном диапазоне 500–700 оС, отношении СО/NO от 0,9 до 5,5 и содержании NO 0,25–0,5 % (об).

Экспериментальные данные показали, что степень восстановления моноксида азота при равных условиях на обжатых контактах значительно выше, чем на гранулированных. Так, при температуре 700 °С, содержании N0 в исходном газе 0,5 % (об.), и 0,7 % (об.) моноксида углерода, на катализаторе ГИАП-8, нанесенном методом взрыва, степень восстановле­ния NO составляет 84 %, в то время, как на гранулированном этот показатель не превышал 68 %. Для катализатора ГИАП-16, обжатого и гранулированного, степень восстановления составила соответственно 73,4 и 67 %, а для катализатора ГИАП-19 соответственно 78 и 40 %.

Исследован процесс селективного восстановления оксидов азота (II) аммиаком на обжатом катализаторе АВК-10М, где подтверждается преимущество обжатого контакта над гранулированными. Так, на катализаторе, обработанном методом взрыва, максимальная степень восстановления оксида азота составила 99,1 %, в то время как на гранулированном – только 97,0 %.

Значения константы скорости, порядка реакции по каждому из компонентов были установлены кинетическими исследованиями. Энергия активации взаимодействия окси­да азота (II) с монооксидом углерода для гранулированного катализатора составляет 58,1кДж/моль, на обжатом контакте АВК-10М этот показатель равен 50,5 кДж/моль.

Аналогичные исследования были выполнены при окислении диоксида серы в триоксид на обжатых и гранулированных катализаторах БАВ И СВД.

Результаты исследования катализатора БАВ показывают, что превосходством обладает обжатый катализатор, который позволяет даже при более низких температурах достичь более высокой степени превращения. Так, при температуре 400 °С и содержания диоксида серы в исходном газе CSO2=0,5 % степень превращения на гранулированном катализаторе составляет всего 75 %, тогда как на обжатом при аналогичной концентрации и температуре 350 оС степень окисления составила 82 %.

При исследовании катализатора СВД установлено, что степень окисления S02 на гранулированном катализаторе с ростом температуры от 350 до 500 °С и увеличением начальной концентрации диоксида от 0,1 до 0,5 % повышается от 63 до 83 %, в то время как на обжатом катализаторе стабильно находится на уровне не ниже 80–95 % в том же температурном интервале.

Энергия активации этой реакции на обжатом катализаторе СВД составила 81,5 кДж/моль, для гранулированного катали­затора данный показатель равен 90 кДж/моль. Обжатые катализаторы этой марки по­зволили достичь равной степени окисления диоксида серы при более низких темпе­ратурах, чем при использовании серийных гранулированных контактов.

Заключение

Показано превосходство обжатых давлением взрыва катализаторов над гранулированными того же состава в равных условиях. Рентгенографическим методом показано, что обработка взрывом приводит к повышению пористости, увеличению размера пор и, как следствие, значительному росту степени использования внутренней поверхности катализаторов.

Исследованные и прошедшие экспериментальную проверку образцы обжатых контактных масс могут быть успешно использованы в газоочистных установках для обезвреживания газовых выбросов химических, энергетических и других производств, а также для очистки отходящих газов двигателей внутреннего сгорания.

Рецензенты:

Ким Павел Павлович, д-р техн. наук., профессор кафедры «Процессы и аппараты химических и пищевых производств», Дзержинский политехнический институт НГТУ
им. Р. Е. Алексеева, г. Дзержинск.

Ульянов Владимир Михайлович, д-р техн. наук, профессор кафедры «Машины и аппараты химических производств», Дзержинский политехнический институт НГТУ
им. Р. Е. Алексеева, г. Дзержинск.


Библиографическая ссылка

Проскин И. П., Борисенко А. С. АКТИВИРОВАНИЕ КОНТАКТНЫХ МАСС ВОЗДЕЙСТВИЕМ ДАВЛЕНИЯ ВЗРЫВА // Современные проблемы науки и образования. – 2013. – № 4. ;
URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=9686 (дата обращения: 28.11.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074