Введение в экологическую химию - Скурлатов Ю.И.
NBSN 5-06-002593-4
Скачать (прямая ссылка):
в" ё~ 2<Г л 02(г) ^ 02(адс)-> 02(адс)-> 20" (аде)-> 202"(решетка)
Радикалы 02 обычно стабильны на поверхности катализатора вплоть до 300° С, поэтому образование О'(адс) происходит медленно и служит лимитирующей стадией при окислении СО.
В настоящее время все автомобили, выпускаемые в США (около 10 млн.шт. в год), в обязательном порядке снабжаются каталитическими нейтрализаторами, устанавливаемыми в выхлопную систему двигателя без каких-либо ее изменений и зачастую выполняющими функцию глушителя. Нейтрализатор (рис. 16) представляет собой цилиндр из нержавеющей стали с вмонтированной в него сотовидной керамической сеткой, покрытой платиной, палладием или другим благородным металлом. Он обеспечивает эффективную очистку основных токсичных компонентов в интервале от 150 до 900° С. Газы из выхлопной трубы автомобиля проходят через суженный участок для инъекции атмосферного воздуха, необходимого для досжигания СО и других горючих компонентов смеси. Газовая смесь проходит через цилиндрический слой катализатора, зажатый между сетками, где и происходит каталитическое окисление примесей.
Очистка газов от оксидов азота наиболее эффективно достигается с помощью активированного угля. Обезвреживаются оксиды азота и при 146
Рис. 16. Нейтрализатор (каталитический газоочиститель) выхлопных газов:
1 — вход газа из выхлопной трубы;2 — воздух; 3 — катализатор; 4 — очищенный газ
их каталитическом восстановлении до элементарного азота. Катализаторами служат сплавы из металлов платиновой группы (Р6!, Ел, Р^ Еп и др.). В качестве восстановителей используют СН2, Н2, СО, №Нз и др.
Некоторые производства содержат в воздушных выбросах до 4—10% диоксида серы, что вполне достаточно для получения серной кислоты. На заводах по производству серной кислоты каталитическое окисление 802 до БОз при 450—600°С осуществляется не полностью и около 2% Б02 выбрасывается в атмосферу. Доочистку газовых выбросов от Э02 производят обычно путем поглощения диоксида серы щелочными растворами или твердыми щелочами с получением серной кислоты, серы или сульфата аммония. С этой целью обычно используют известь СаО или шламы оксидов кальция или магния:
СаО + Б02 + 1/2 02 —¦ СаБ04 МбО + Б02 —> Мб803
Для поглощения Б02 часто используют раствор аммиака^ а также чистую воду с последующим окислением Б02 на активированном угле в качестве катализатора с образованием разбавленной (15%) серной кислоты.
Схема очистки газов от диоксида серы представлена на рис. 17. Очищенный горячий газ охлаждают до 100°С и насыщают водяным паром в скруббере Вентури 1. Здесь же происходит обеспыливание газа. Брызги орошающей жидкости задерживаются в циклоне 2, после чего газы проходят через увлажненный водой слой активированного угля 8. При этом диоксид серы адсорбируется, окисляется присутствующим в газе кислородом и превращается в серную кислоту, которая собирается в сборнике 4- Затем с помощью насоса 6 раствор кислоты подают на орошение горячих газов.
Кислота
Рис. 17. Схема очистки газов от диоксида серы:
1 — скруббер Вентури; 2 — циклон; J — адсорберы с неподвижным слоем адсорбента; 4—сборник кислоты; 5 — циркуляционный насос
147
Для поглощения Б02 и в качестве катализаторов используют также плавленые карбонаты щелочных металлов
БОз + М2С03 —> М2803 + С02 с последующим окислением сульфита:
МзБОз + 7г 02 —¦ М2804
Образующиеся сульфаты и сульфиты восстанавливаются углеродом при 800° С до сульфидов М28, которые затем регенерируются с помощью С02 и водяного пара:
М23 + С02 + Н20 —> М2С03 + Н28
Образующийся сероводород окисляют затем до элементной серы (Кла-усс-процесс):
Нз8 + 1/2 о2 катализ> Б + Н20
Этот процесс протекает в две стадии. Сначала Н28 частично окисляется кислородом до Б02 (300—350°С), затем Б02 взаимодействует с Н28 при наличии катализатора (220—250°С), которым служат оксид алюминия и бокситы. Значительное снижение выбросов 802 в атмосферу достигнуто за счет разработки и внедрения способа получения серной кислоты методом каталитического жидкофазного окисления диоксида серы при повышенных температурах:
Б02 + 1/2 02 + Н20 —> Н2804
Степень улавливания Э02 в этом процессе близка к 100%. Метод позволяет производить очистку как бедных газов тепловых станций и предприятий металлургии с содержанием 0,1—1% 802) так и концентрированного (до 100%) диоксида серы.
Сероводород не только содержится в природном газе и нефти, но и образуется в процессе восстановления 802 и при газификации угля. Очистка газов от Н28 протекает проще и более полно, чем от Э02, и, как правило, достигается это каталитическим окислением Н28 кислородом воздуха после абсорбции водными растворами Ка2СОз, К2СОз, Ш3, Ге(ОН)3 и др.:
2Н28 + 02 КаТЭЛИ5 > 2Н20 + 2Б
Широкое распространение получил окислительно-восстановительный Стратфорд-процесс с использованием в качестве катализатора ванадата натрия и в качестве сокатализатора — дисульфоантрахинонов 148
(ДАХ). Реакция осуществляется при абсорбции Н28 раствором карбоната натрия при рН 8,5—9,5:
