Сущность термокатализа
Термокатализ (каталитическая очистка) - процесс преобразования в газ органических веществ под влиянием высокого давления и температуры, с применением катализаторов. Известным катализатором процесса преобразования в газовое состояние является глина. При термокатализе происходят происходят процессы изомеризации нафтеновых углеводородов с образованием устойчивых изомеров.В результате каталитических реакций примеси, которые находятся в газе, превращаются в другие соединения при температурном режиме от 200 до 900 С. Наиболее интенсивно термокатализ происходит при температуре 150-200 С.
Процесс термокатализа
Процесс каталитической очистки газа от загрязнений происходит в газовой фазе или на границе раздела фаз (на поверхности). Газофазный процесс осуществляют непосредственной огневой обработкой (сжиганием в пламени) газовых выбросов при температурах, превышающих температуру воспламенения горючих компонентов выбросов. Для организации процесса окисления на границе раздела фаз используют катализаторы - конденсированные вещества, способные за счет активности поверхностных частиц ускорять процесс окисления того или иного загрязнителя при температурах ниже температуры воспламенения.
Каталитические методы очистки газов основаны на гетерогенном катализе и служат для превращения примесей в безвредные или легко удаляемые из газа соединения. Процессы гетерогенного катализа протекают на поверхности твердых тел - катализаторов. Катализаторы должны обладать определенными свойствами: активностью, пористой структурой, стойкостью к ядам, механической прочностью, селективностью, термостойкостью, низким гидравлическим сопротивлением, иметь небольшую стоимость.
Особенность процессов каталитической очистки газов заключается в том, что они протекают при малых концентрациях удаляемых примесей. Основным достоинством метода является то, что он дает высокую степень очистки, а недостатком - образование новых веществ, которые надо удалять из газа адсорбцией или абсорбцией. Посредством термокаталитического окисления возможно обезвреживание водорода Н2, оксида углерода СО, углеводородов CmHn и кислородных производных углеводородов CmHnОp только в газообразном состоянии.
Термокатализ неприемлем для обработки газов (паров) высокомолекулярных и высококипящих соединений, которые, плохо испаряясь с катализатора, коксуются и "отравляют" его, т.е. заполняют активную поверхность сажевыми продуктами неполного окисления.
Температурный уровень процесса термокаталитического окисления составляет диапазон 350...500°С, что требует соответствующих затрат топлива.
Физико-химические свойства термокатализа
Физико-химические основы термокаталитического окисления органических загрязнителей сложны и мало изучены. Имеются общие представления об отдельных стадиях процесса и их последовательности: диффузия молекул загрязнителя и окислителя к поверхности катализатора и их сорбция предшествуют активации исходных молекул на поверхности; активированные молекулы претерпевают цепь различных изменений, превращаясь в радикалы, вступая в реакции и образуя новые соединения; последние переходят на поверхности из возбужденных состояний в основные (стабильные), сбрасывая излишки энергии поверхностным частицам, и затем могут удалиться в газовую фазу, десорбируясь с поверхности катализатора. Практических методов расчета стадий термокаталитического окисления в совокупности или по отдельности нет, и аппараты обезвреживания для каждого вида выбросов разрабатываются индивидуально на основе экспериментальных исследований.
Выбор катализатора при термокатализе
В качестве катализаторов обычно используют металлы или оксиды металлов. Наилучшие катализаторы разрабатываются на основе благородных металлов, а среди других наиболее активны катализаторы из окислов кобальта, хрома, железа, марганца, никеля и др. Однако они имеют меньшую активность, чем катализаторы из благородных металлов, а также низкую химическую и термическую стойкость. Обычно активирующие компоненты наносятся на нейтральные термостойкие носители (фарфор или шамот в виде таблеток, шариков, гранул; сетки из нихромовой проволоки). Катализаторы подбирают индивидуально для каждого конкретного случая, учитывая их стоимость, физико-химические свойства и концентрации загрязнителей, объемы выбросов, присутствие катализаторных ядов, другие условия. Универсальных катализаторов не существует.
Области термокатализа
Различают три основные области протекания каталитических процессов: кинетическую, внешнедиффузионную и внутридиффузионную. В зависимости от стадии, лимитирующей общую скорость процесса, используются различные уравнения кинетики процесса.
Во внешнедиффузионной области скорость реакции определяется скоростью переноса компонента к поверхности зерен катализатора:
ЗДЕСЬ ФОРМУЛА (КАЧАЙТЕ ФАЙЛ)
где Fч - внешняя поверхность частицы катализатора;
βг - коэффициент массоотдачи;
CA, СAр - концентрации компонента А в газовом потоке и его равновесная на поверхности частицы катализатора соответственно.
В нашей компании вы можете заказать консультацию по любой учебной работе от 300 руб. Оформите заказ, а договор и кассовый чек послужат вам гарантией сохранности ваших средств. Кроме того, вы можете изменить план текущей работы на свой, а наши авторы переработают основное содержание под ваши требования
