автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.01, диссертация на тему:Контактно-абсорбционный метод очистки выхлопных газов энергетических установок от оксида азота

ХАРКІВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ

ОД-;' ■' . , ■-

• На правах рукопису

. Рищэнко Ігор Михайлович .

К0НТАШО-АБСОРБЦІЙНИЙ МЕТОД ОЧИСШ ЙДЯДШ ГАЗІВ ЕНЕГГЕГИЧН1ІХ УСТАНОВОК ВІД ОКСИДІВ АЗОТУ

05.І7.0І - технологія неорганічних речовин

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня ' кандидата технічних наук . .

Дисертація е рукопис .

Робота виконана на кафедрі хімічної технології неорганічних речовин, каталіву та екології Харківського політехнічного Інституту ' • 1 - . ’

Наукові, керівники ! - доктор технічних наук, професор

' , . . Лобойко Олексій Якович,

' . - доктор технічних наук, процесор

' ’ Тошинський Володииир ІЛЛІЧ.. “

Офіційні опоненти .’. - доктор технічних наук, професор ■

' ' ■. Шапка Олексій Васильович, . ■

. . - кандидат технічних наук, доцент

Зінченко Марина Георгіївна.

. Провідна органіеація - Харківське НВО "Енергосталь" :

.Захист відбудеться 11 ^5 1993 р,- о/^ 'годині

на аасіданні спеціалізованої^вченої ради'Д 068.39.04 у ■ Харківському політехнічному інституті / 310002, м.Харків, МСП, вуя. фрунае, 21 /і . . . ' ■ : :

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Харківського політехнічного інституту. ' . - '

; Автореферат розісланий: 1993 р-.

■ • ■ ■ - , ■ • (1......................................•

. Вчений секретар . спеціалізованої

: ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ ' ^

- Актуальність' проблеми. Енергетика України базується на використанні пилевугільних або газомазутних потужних енергоблоків, які .були введені в. експлуатацію в 60-ті роки. На них не були передбачені технологічні заходи щодо зниження утворення оксидів азоту при спалюванні палива. Концентрація оксидів азоту в димових газах дося-.гае 450 - 1500 мг/нм3, в той час, як норма викидів встановлена 200 мг/нм3. . , .

. ' Одним із основних джерел забруднення атмосфери оксидами- азо-

ту та сірки /близько ЗО %/ в Харківській області е Зміївська .LfEC з об’ємом вйвидних газів І0Є нм3/годину, та концентрацією оксидів азоту в них 775 мг/нм3. Тому проблема нейтралізації у.викидних газах Зміївської ,Ц’ЕС на сьогоднішній день стоїть особливо гостро.

Проте, рішення иіеї проблеми ускладлюєтьея (зідсутністю.промислово освоєних технологій. Зокрема, технологія сеясктивно-каталітич-’ ного відаовлення /СКіЗ/ газових викидів {ШІаком, яка дуже широко за. стосовуеться за кордоном, в Україні та Й й державах СНД знаходиться на стадії освоювання. Крім того, відсутня база д/ія промислового йИ-пуску. відповідних каталізаторів. • , ■

. Цьому, надто актуальною е розробка технологічного процесу нейтралізації викидних газів енергетичних установок контактно-абсорбційним методом з використанням освоєних в Україні типів каталізаторів, абсорбентів та технологічного обладнання. •

Дана робота присвячена дослідженню закономірностей окислення оксидів азоту на вітчизняних дослідно-промислових каталізаторах а поспівуючою пенітріфткацією !Р0Х в умовах "швидкісної" абсорбції На нових блочних контактних елементах і виконана в межах науково-дослідної програми Міністерства освіти України - "Розробка теоретичних основ та видача рекомендацій по створенню нових екологічно чистих' енерго- і ресурсозберігаючих технологій, каталізаторів та масообмін-них елементів" /Наказ № 78 від 21.03.91 р./. . ’ .

Мета роботи. Метою.дисертаційної роботи в розробка контактно-абсорбційного методу очистки викидних газів енергетичних установок від оксидів азоту на освоєних вітчизняних каталізаторах та "швидкісної" абсорбції оксидів азоту водним розчином карбаміду з використанням нових блочних контактних елементів.

Наукова новизна. Внаслідок дослідження активності промислових та налівпромислових зразків каталізаторів окислення оксидів азоту розроблена кінетична модель процесу та визначені Оптимальні технологічні параметри пронесу окислення на базовому каталізаторі НК-ІЗ.

■ . . З* ' . ' ' -

Вивчена "швидкісна" абсорбція оксидів азоту водними розчинами карбаміду на нових блочних контактних елементах. Встановлені оптимальні параметри.та розроблена математична модель процесу.

Практична цінність; Розраховані та запропоновані контактнот абсорбційна Схема очистки, біфункціональний каталітичний реактор та насадочний абсорбер, розроблені рекомендації для практичного .

. впровадження процесу технологічної очистки викидних гваів енергетичних установок від JfOx.' . : ; .

. Розроблені та випробувані датчик і прилад для кількісного вимірювання Оризковиносу, пристосування для зрошення насадки масо-обмінних колон, як засіб зниження бризнопщосу та спеціального розподілювача абсорбента блочної насадки. На прилад та прастосувад-ня подані заяви на патенти.

• . Наслідки досліджень рекомендовані для використання при роз-

робці вихідних даних при проектуванні другої черги очистки викид' них газів Зміївської ДРЕ'С і можуть бути використані при реконструкції установок азотоочистки продуктів згорання органічних палив пи~ -лсвугільних блоків потужністю 215 МВт. . '

Апробація роботи. Результати роботи доповідались та обмірковувались на конференції держав СНД по хімічним реакторам "Хімреак-тор-ІІ", м.Харків, 1992 р.’; на розширеній науково-технічній раді Українського науково-дослідного-та конструкторського інституту хімічного машинобудування, м.Харків,.1992 p.; на науково-технічних конференціях професорсько-викладацького, складу, аспірантів та наукових співробітників Харківського політехнічного інституту, м.Харків, 1990-1993 p.p.' . ■ ■

Публікації. По темі дисертації опубліковано шість робіт, а дві. заяви на патенти-знаходяться на розгляді в комітеті по винйхі-дам та відкриттям s присвоєними номерами реєстрації та датами приоритетов. ' . ■ • ” • • • .

Структура та об’єм дисертації. Дисертаційна робота складається із'вступу, 5-ти глав, висновків та додатків. Робота викладена нй 105 сторінках машинописного тексту та має, 23 малюнка та.5 таблиць. Список літератури містить 101 найменування робіт вітчизняних та закордонних авторів.' : ,■ ■ " •

' . ОСНОВНИЙ'ЗМІСТ РОБОТИ. ' ' ■'

, Глава І. Огляд літератури, вибір напрямку досліджень. Аналізуючи джерела інформації, встановлено, шо найбільше розповсюдження, в тому числі і в очистці викидних газів енергетичних

установок* отримаЕ селективно-каталітичний метод /СКВ/ відновлення "°х аміаком, ■

Починаючи з 1984 року в світі, зокрема в Японії та Німеччині, почав спочатку вивчатися',' а потім і застосовуватися абсорбційний •метод. Аналіз показав, шо підвищення окисленності К0Х , а також лінійної швидкості газо-повітряного потоку, приводить до інтенсифікації процесу абсорбції. Виявлено, шо підвищення окисленності може бути досягнено, як в процесі абсорбції, так і позаколонннм методом - шляхом каталітичного окислення оксиду азоту. Використання регулярних блочних насадок дозволяє підвищити лінійну швидкість газо-повітряного потоку. На оснобі аналізу встановлена можливість промислової реалізації в Україні каталітичних та абсорбційних ме- • то дів очистки та показано, що впровадження методу СКВ на. сьогодняш-ній день проблематично у зв’язку з відсутністю промислової бази виробництва каталізаторів селективної очистки. Разом з тим встановлено, що позаколонне окислення К0к може-бути реалізовано на каталізаторах, які випускає промисловість України, а процес абсорбції . здійснений при високих лінійних швидкостях на блочних контактних елементах, які розроблені на кафедрі хімічної технології неорганічних речовин, каталізу та екології /ХТШ3,К та Е/ Харківського політехнічного інституту /ХПІ/. .

Вичеприведене і обумовило вибір напрямку і завдання дослідження - контактно-абсорбційний метод, очистки викидних газів енергетичних установок від оксидів азоту, попередньо окислених на вітчизняних каталізаторах та відновлених до азоту водними розчинами карбаміду в абсорбері з регулярной блочною насадкою. • ,

' . ' - . ' ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНІ ДООІІДКЕННЯ '

Глава 2. Дослідження каталітичних^та масообмінних процесів-, очистки газіи віл оксидів азоту. Лабораторні- дослідження були , проведені в два етапи. На першому - вивчено каталітичне, окислення №0 до ІЇОд ♦ на другому - абсорбція 90^ водним розчином сечовини.. • Процес позаколонного каталітичного окислення, оксиду азоту:/П/ в диоксид вивчався нві установці: проточного типу в інтегральному реакторі з. гранульованим каталізатором. Аналіз нітрозного газу ярово-дйвся йодбметричнйм'методом. " • ■ . ,

Виконані раніше на кафедрі ХТНР,К та Е Харківського політехнічного інституту дослідження показали, що найвищу активність в. процесі окислення ПО проявляють такі промислові контакти, як з'мі-

шаний залізо-хромовий /СТК/ та наносний'нікельовий /ДАП-3-6Н/, а також дослідно-промисловий оксидно-кобальто'вий ДК-ІЗ/. На'цих ■ каталізаторах і були проведені дані дослідження. • . ■ , .

Процес окислення Л’О вивчався при таких технологічних параметрах: температура контактування - І50-350°С, лінійна швидкість газоповітряного потоку - 0,5-2,5 м/с, час контактуванняг 0,06-0,5 о,, склад газової суміші: К'0Х - 0,06 %аб. - решта. . .

На першому етапі досліджень позаколонного окислення УО були . встановлені експериментальні залежності ступеня окислення.оксиду азоту від температури / ртс.І/. ' » , .

' ., '45

* 35

ьС

.’25

. ' ‘ 250 • . 300 • 350 '

• ' ■ °С • ■ ■

' . - т —--------- . ■ . .

. ЙИй І. Залежність ступеня окислення оксиду азоту /П/ від • температури» .

•' І - НК-ІЗ; 2 - СТК; 3 - ДІАП-З-бН; """ ' -

; \/г «= 1,0 м/с; = 0,22 с.

Як видно із графіка, температурний режим процесу на контак- . тах СТК та ,ПДП-3-6ІІ впливає значно менше на ступінь окислення ЯО, ніж на каталізаторі' НК-ІЗ. Саму високу активність./52 %/ при даних умовах процесу показав контакт НК-ІЗ, а із каталізаторів, які випускає промисловість - СТК /26 %/. Максимальна активність каталізатора ДШі-З-бН не викликає інтересу,з точки зору практичного'застосування його в промислових умовах. Дослідження дозволили визначити оптимальну /325°/ температуру процесу окислення КО на всіх'

типах каталізаторів. Цьому визначення оптимальних значень лінійної ...швидкості та часу контактуиання на ступінь окислення УО проводились при оптимальній температурі. ' ■ ' ■

' , Було встановлено, ао на каталізаторі. НК-ІЗ. при лінійній швид-

• кості 1,0 м/с максимальний ступінь окислення.оксиду азоту 67 % досягав за 0,35 с. Подальше збільшення -часу контактування не приводить до значного підвищення ступеня окислення УО. Ка каталізаторі СГК-при цих же умовах був досягнений ступінь .окислення ЯО близько . 40 %: ' . : . ' • ■

Дослідження залежності ступеня окислення ТО від лінійної швидкості дозволило встановити зна-чний вплив зобнідифуаій гальмування ‘ на кінетику процесу. У всьому діапазоні варіювання лінійної швидкості від 0,5 до 2,5 м/с спостерігається / рис.2 / істотне підвищення ступеня окислення <\‘С. Так, наприклад, підвищення лінійної швидкості з І м/с до 2 м/с приводить до збільшення ступеня окислен- І ня £0 в 1,5 рази і на каталізаторі НК-ІЗ досягао 80 %.

. Ййо. 2. Залежність ступеня окислення оксиду азоту П від лінійної швидкості. - • . ' - , .

, І - НК-ІЗ; 2 - СГК; Т * 325°С; * 0,35 с.

. Обробка експериментальних результатів методом Брондона дозво-

лила розробити кінетичну модель процесу окислення- на базовому каталізаторі марки НК-ІЗ в межах температур 300 - 325°С, часу контактування 0,3 - 0,35 с, лінійній швидкості газо-повітряного потоку

1,0 —2,5 м/с, яка мас вигляд: • . . - '

х •юо. - -

де об- - Ступінь окислення УО, % об.; •

ПҐ те 2^ - реальний та початковий час контактування, с;

Уг та|£ - реальна та початкова лінійна швидкість газо-повітря- , ного потоку,- м/с; . ' .

Т та Т - реальна та початкова температура контактування-, °С. ,

Таким чином, при використанні дослідно-промислового каталізатора НК-ІЗ можлиео досягти прискорення реакції окислення )?0 до VС>£ в 500 разів, по зрівнянню з гомогенним окисленням, в той час як ' на СТК та ДЇАП-3-6Н відповідаю в.160 та 55 разів. ' ' ‘■ ■

На другому етапі досліджень вивчався процес відновлення Ї0Х водними розчинами карбаміду. Після каталітичного окислення газова . суміш надходила в абсорбційну колонку, яка являє1 собою порожнисту трубу /і. = 1000 мм, & = 20 мм/. Газ в колонку подавали знизу, а розчин карбаміду зверху протитечією. Процес відновлення У0Х розчинами карбаміде вивчали при таких умовах: окисленість нітрозного газу 20 - 60 %‘, лінійна швидкість газо-псвітряного потоку -

1,0 - 3,5 м/с, концентрація розчину сечовини 1,0 - 10,0 % мас.} : температура розчину 20 - 60°С. Щільність зрощування рідкої фази підтримувалась в межах.20 м Д£год. ' .

Попередні дослідження підтвердили одержані раніше на кафедрі ХТНР.К та Е дані про оптимальну окйеленність нітрозного газу та . про оптимальну температуру абсорбції, які досягали відповідао .

50 - 55 І та 20°С. . ; ■ ■ '

Вивчаючи вплив концентрації розчину карбаміду на ступінь . відновлення Я0Х, експериментально встановлено, шо підвищення концентрації сечовини у воді більш ніж на 1,5 - 2,0 % мас /ркс.з/ практично не впливав на ступінь .відновлення / $> (• •

' Так, збільшення концентрації карбаміду з 1,0 до 2,0 % мас. . • приводить до підвищення ступеня відновлення У0Х з 20 ло 41 % у той часі як’зростання концентрації з 2-5 до 9,0 % мас. збільшує з 42 до 43,5 %. - ....

Важливими є результати досліджень впливу лінійної швидкості газу на ступінь відновлення оксидів азоту /рив.4/.

Аналіз результатів досліджень показує, то з. підвищенням лінійної швидкості газової суміші від 1,0 до 2,5 м/с спостерігається значне підвищення ступеня відновлення *°х аж до 80 Подальше зростання лінійної швидкості більше,ніж 2,5 м/с при оптимальних технологічних параметрах процесу незначно підвищує ступінь відновлення Я0Х До 82 - 85 %. ■ ; ■

40. %

■Р ЗО

-

. 9:° . . '

йиа. З, Залежність ступеня відновлення *0Х від концентрації розчину карбаміду. ' . : ■

. Уг ш 1,0 м/с0,06 %об.’, Т - 22°С., .

0,5 1,0 . 1,5 - 2,0 м/с 2,5

"У р — : *— -

6. 4.- Залежність ступенй відновлення оксидів азоту від лінійної швидкості газу. , ' . . . .

-0,53 - 2,25 с; ' X

!Г0.

т..

20'

’С; ■ б

(#Н2)г СО “ 2'° % мас*5

П3р * 20 м3/м2 • ГОД.

Глава 3. ііоелідження процесу швидкісної абсорбції на блокових контактних елементах. Оптимальний гідродинамічний ре- , жим, який відповідає лінійній швидкості 2,5 - 3,0 м/с, встановлений нами в попередніх дослідженнях, не може бути впроваджений на експяуатуєкому обладнанні з насадкою типу кільця Ратига та сідла ' Інталокс із-за можливості захлинання абсорбера. Такі режими можуть бути реалізовані на блочних керамічних насадках /БНК/, які розроблені на кафедрі ХТКР.К та £, Ця насадка дозволяє ліквідувати недоліки, які присувр вищеназваним насадкам, але в процесі "швидкіс-/ ної" абсорбції з підшценням лінійної швидкості з’являється таке негативне явише, як бризковинос.

На Слов'янському керамічному комбінаті нами була виготовлена дослідна партія блочної насадки з продольнкми канавками на похилих

■ каналах /БКГ/, які руйнують суцільну плівку рідини і, таким чином, різко зменшують бризковинос. Перед виготовленням насадки була роз. роблена математична.модель, яка дозволяла розрахувати розміри та

кількість канавок в залежності від фізико-хімічних властивостей рідини та параметрів процесу. . '

Найбільш технологічними виявились виготовлення та практичне застосування насадок БНК-25 з гладкими каналами та БНГ-25 з про-дольними канавками на похилих каналах з кутом похилу каналів 45°, розміром блоку 300 * 200 х 70 І0-3 м та шириною ячейки

50 л 25 . іо“3 м. Вивчення гідродинаміки, масопередачі та.бризко-виносу в процесі "швидкісної" абсорбції з використанням цих типів насадок стало предметом наших досліджень. . ' ' •

Дослідження проводились на модельному’стенді Українського науково-дослідного інституту хімічного машинобудування. Ефективність насадки по масопередачі визначалась в процесі десорбції . аміаку із водного, розчину /5-6 г/л/ повітрям. Межі вимірювань набанталіень по рідині складали 10,5 - 48,5 м3/м^-год. Лінійна . швидкість повітря підтримувалась в межах 0,5 - 3,5 м/с.

На рйЪ.5 приведені залежності гідравлічного'опору різних типів, насадок від лінійної швидкості. Ці дані свідчать про те,шо при лінійній швидкості 1,5 м/с А Р Для БНК та БНГ у 3 - 8 равів нижче ніж у промислових насадок, а в діапазоні високих лінійних

■ швидкостей-2,0 м/с та більше- стабільно роблять тільки-БНК та БНГ, їх .гідравлічний опір при лінійній швидкості 3,5 м/с має конкретні значення АР, які дорівнюють відповідно 600 та 470 Па.

ЁИЙ.5. Гідравлічний опір різних типів насадок .

■ П„п = З0.м3/м^ - год; І - сідла Інталокс; .

аг .

2- кільця Рашига /нав./і 3 кільця Рашига /рег./;

'• 4 - БНК; 5 - БНГ.

Порівняння ефективності по масопередачі регулярних типів . насадок свідчить про більшу ефективність насадки БНК-25 /рйВ.6/,, яка при оптимальних технологічних параметрах процесу абсорбції дорівнює Ку = 1,8 • кг/м3.год*Па, тоді як експлуатуемі в . промисловості насадкй мають значення коефіцієнту масопередачі, при ііих же технологічних умовах, Ки = 0,7 •.‘10 кг/м3*год*Па.

Поступаючи усим типам насадок по ефективності, ЕНГ-25 . ,

/ Kv= 0,7 - 0,8. ♦ ІО5 кг/м3.год-Па при Пдр * 40 мэ/ы^*год/ мае велике технологічне значення і, як буде показано в главі 5, практично повністю нівелюе Таке шкідливе явише, як бризковинос. . При- цьому їг.треба укладати у верхню частину абсорбера в кількос- ’ ті 10 % від загального об’єму блочної насадки. , .

Рис. 6. Порівняння ефективності по масопередачі регулярних типів насадок. о

Пзр = м3/м2т°ді 1-20; 2-30; 3-40.

. ' ПРАКТИЧНЕ ЗАСТОСУВАННЯ РЕЗУЛЬТАТІВ Д0СЙІ/$ЬНЬ '

Глава 4. Основні технічні рішення. Аналіз перспективних зарубіжних розробок в галузі екології показав доцільність використання • контактно-абсорбційних методів очистки викидних газів теплоенергетичних устаногок. Результати виконаних досліджень дозволили запропонувати метод та апаратурне оформлення контактно-абсорбційної нейтралізації оксидів азоту. ' • '

Особливістю метода являється, безреагентне каталітичне окислення монооксидів, які містяться в продуктах згорання до еквімолярного співвідношення моно та диоксвдів азоту з посліду вчим абсорбційнкм відновленням оксидів до молекулярного азоту та. води 1,5 -.2 %-т розчином карбаміду. Відповідно до характеристик каталізатора’, який використовується в даному процесі, окислення протікає в-інтервалі температур 200 - 350°С, а відновлення, нижче 35 С. В умовах денітро-фікації продуктів згорання природного газу та мазуту стадію каталітичного окислення можливо здійснювати у відповідній температурній воні газового потоку енергоустановки без попереднього підігріву гаЗУ». При очистці продуктів згорання твердого палива, обов'язкова

' '' - ' ' ' . • • • . ' " .

• • 12 • • • '

попередай очистка газів від твердих частинок та оксидів сіркй, • шо приводить до необхідності додаткового підігріву викидних газів,, охолоджених на попередніх стадіях очистки. Абсорбційне відновлення оксидів азоту проводиться безпосередаьо перед викидом газів в атмосферу. / .

В Україні основними джерелами забруднення атмосфери оксидами азоту являються потужні енергоустановки ТЕС, які працюють на низь- • коякісному твердому паливі. У зв’язку з цим, на основі контактно- • абсорбційного метолу нами пропонується варіант технології та апаратурного оформлення денітрофікаційної установки викидних газів пилепуггльного енергоблоку ТЕС /рис.7/, в якому передбачена попередня очистка газів від твердих частинок в електрофільтрі, а від

■ На очистку гази поступають з температурою 48 - Б0°С. Для забезпечення тіепловоґо режиму каталітичного окислення передбачається підігрів газів до 300 - 350°С-у регенеративному газо-газо-вому /РГП/ та парогазовому /ПГ1/ підігрівачіах. Окислення моноокси-

■ ' ' ' із ' -

. дів азоту здійснюється в каталітичному реакторі /КРО/, який роз. ташовується в "гарячій" зоні регенеративного підігрівача газів. Відзнакою каталітичної частини пропонуємої схеми являється вико-

■ ристання біфункціонального апарату /каталітичний реактор - реге- . неративний пІ!’ігрівач/ та парового підігрівача /ІЩ/ для забезпе- -

. чення необхідного режиму каталітичного окислення. Гази, які міс- .

. . тять моно та диоксиди азоту в еквімолярному співвідношенні, частково охолоджені потоком'газів у біфункціональному апараті, потім ' послідовно охолоджуються в рекупераційному газогазовому теплообміннику /КГД/, у водяному економайзеру /ВЕТ/ і при температурі •.

. 45 - 50°С подаються В абсорбер. В ньому здійснюється відновлення .

оксидів азоту 1,5 - 2 %-нт рогчином карбаміду. Ступень відновлен-.

■ ня оксидів азоту складає 80 %. Особливістю абсорбційної частини • розробленої технології являється застосування режиму "швидкісної" абсорбції відновлення оксидів азоту та блочних контактних елемен— тів, які забезпечують надійність технологічного режиму.

. Запропонована нами методика розрахунку теплової схеми уста- • новки денітрофікації. дозволяє оцінити варіанти, схемних рішень. та вибрати обладнання у залежності від типу установки, для якої ■■ призначена дана технологія. . . . ' ' ■ ' '

■ Розроблена також конструкція контактного бі.функиіопального . .

апарату, методика його розрахунку та. розрахунку абсорбера. '

Як базовий варіант, запропонована установка, денітрофікації .

" викидних газів пилевугільного блоку потужністю 215 МВт Зміївської ДРЕС, Початковий вміст Юх перед нейтралізацією - 715 иг/м3, після нейтралізації- - 200 мг/м3. Витрати газів - 1,08-млн. н3/год. ; при 0 °С та 101,3-КПа. \ " \

Пропонується технологічна схема /ДО/.у дві нитки. Основне обладнання, яке забезпечує реалізацію контактно-абсорбційного відновлення У0Х: біфункаіональний апарат дійметром 14,5 н та висотою теплообмінної каталітичної насадки 2,0 її; паровий підігрівач газів тепловою потужністю 26,5 МВт; водяний економайзер-технічної води тепловою потужністю 18,9 МВт та поверхнею нагріву 3500 іі^;

. абсорбер діаметром .12 м та висотою 8 м. .

. Біфункціональний каталітичний реактор являє собою теплообмін. ник і кав нерухому'теплоакумулюючу насадку, яка розділена тільною циліндричною перегородкою на дві зони - "гарячу" а внутрішнім діаметром 10,-5 м та "холодку" зовнішню зону. Кожна із зон радіальними перфорірованйми перегородками, розділена на 24 сектори. Між перего-

родками розташован гранульований каталізатор НК-ІЗ об'ємом 80 м3.

У верхній частині корпусу встановлені кільцеві короба з патрубками підводу та відводу "холодних" газів до теплоакумуяюшої насад-, ки, а "гарячих" - до секторів каталітичного реактору. Кільцеві підводи встановлені на опорах, між ними та теплоакумулюючою насадкою знаходиться-дисковий розподілювач з секторами вікон для проходження газів, який обертається.

Абсорбер має стандартну форму діаметром 12. м та висотою'8 м.

Він завантажений блочною керамічною насадкою БНК-БНТ об’ємом 670 м3. ЕНГ завантажується над БНК і складає 10 % /70 м3/ від загального об’єму. Над насадкою по всьому периметру абсорбера рав-номірно встановлені 14 спеціальних зрошувальних пристосувань длй . подачі рідинної фази. .

Глава 5. Еколого-економічні ршення. Реалізація- інтенсивних процесів масопередачі супроводжується зростанням бризковиносу.

Дія зменшення цього негативного явшпа розроблена блочна гофрірова-на насадка, результати досліджень абсорбції на якій викладені в

3-Й главі. ,

Дія рівномірного зрощування ЕНК та подальшого зменшення бризковиносу розроблено і випробувано спеціальне зрошувальне пристосування, яке складається із напірної плити, в яку введені гнучкі патрубки для локальної подачі рідини на насадку. Вільні кінці патрубків перфоріров&ні та рівномірно розташовані 'по краю насадки, шр тим самим вилучає одну із зон бризковиносу. ІЬнічне розташування та' число патрубків служить бризковідбійником дня крапель рідини,' які виносяться з газом. Зрошувач може використовуватись при різних лінійних швидкостях газового потоку, крім цього, він значно менших розмірів та легший. ' . . ’

При граничних навантаженнях по газу і рідині проведені досліде яєння якісного бризковиносу із абсорбера/ Застосування насадки .

ЕНГ та спеціального зрошувача дозволило на‘70 ^зменшити бризкови-нос із колони у порівнянні з насадкою БНК та промисловим зрошувачем. ГоловачевсЬкого. . ’ - . .

Розроблено та випробувано пристосування дія заміру бризкови- , носу в масо^бмінних колонах, яке складається із стандартного лічильника ійпульсів та датчика приймання сигналу. Воно також містить в* 'собі обтікач, бризкоуловлювач та вологосбірнйк з калібровкою крапель, під яким розташовані гольчаті електроди, відстань між якими . не перевиве діаметр випускного отвіру калібрятора. . - ' ' ■

Факт замикання краплею електродів фіксується лічильником імпульсів. .Іі/атчик призначається для безперервного вимірювання > бризковиносу'із масообмінної колони з одиниці площі поверхні за • одиницю часу з урахуванням бризок різного розміру. Пристосування ■

, ' може бути використовано при проведенні технологічного процесу навіть в агресивному газо-рідинному середовищі, як постійно діючого . датчика величини бризковиносу. -

Розроблений контактно-абсорбційний метод дозволяє нейтралізувати до 60 % оксидів азоту, шо забезпечує норми, ялі вимагаються ГХ.В по оксидам азоту відповідно для установок ТЕС та проиисло- . вих підприємств при такому вмісту оксидів азоту в неочи:цених газах: при спалюванні природного газу 600 та 1200, мазуту - 900 та . 1500, бурого вугілля - 1100 та 1500, кам»яного вугілля --1200 та 1500. ' ' . • ■ . _ . '

По зарубіжним даним 80 %-иа денітрофікапія дня енергоустано--..^вок ТЕС вважається оптимальною, оскільки.при збільшенні ефективності очистки від 80 до 90 % виграти на її реалізацію збільшують- • ся в 2 рази і можуть досягти 40 % вартості всього обладнання енер-. гоблоку. .

При порівнянні з об'октом-аналогом, в якому використовується-традиційний м^тод селективного каталітичного відновлення оксидів азоту аміаком, розроблена технологія та апаратурне оформлення для .денітрофікації викидних газів пиловугільного енергоблоку потужніс-Г тю 215 Мйг, яка характеризується такими перевагами: . '

. - підвищенням екологічної безпеки ДО, надійності її експлуатації, а також зменшенням витрат на спорудження сховища' та' вузла підготовки і'транспортування відновника" внаслідок заміни аміаку . на водний розчин карбаміду; • • . , .

• - скороченням, матеріалоомкості установки внаслідок поєднання в біфункаіональному.апараті, каталітичного реактора та регенеративного теплообмінника, , а також використання "швидкісного" абсорбера

в бнкі . ' : ■.. .• , - ;

~ значним 8менш8нням валютних витрат внаслідок..використання .. дня- технологічного, процесу каталізатора НК-ІЗ, який виробляється в Україні замість імпортного постачання/.та парового підігрівача ; еамість термічного, який працює на дефіцитному природному газі.

висновки

1. Вивчена активність вітчизняних промислових зразків каталізаторів у. процесі окислення моноксиду азоту. Встановлено, шо

.найбільшу активність має кобальтовий каталізатор типу НК-ІЗ, який дозволяв в 500 разів збільшити швидкість процесу в порівнянні з гомогенним окисленням. ■

2. Досліджені кінетичні закономірності процесу окислення, моноксиду азоту на каталізаторі НК-ІЗ та визначені оптимальні параметри окислення оксиду азоту /Ті/:

температура - 326°С; час контактування - 0,3 - 0,35 с;

лінійна швидкість газо-говітряного потоку - 2 м/с. '

Розроблена математична модель процесу. ,

3. Виконані дослідження процесу рідинної абсорбції К0Х роз-

чинами сечовини. Експериментально підтверджено, що для номінально-* го поглинання УО- водним розчином карбаміду окисленість нітрозно-го газу повинна бути 50 - 55 %. Встановлені оптимальні параметри процесу відновлення Ї0Х До ІЖ а саме: концентрація сечовини -2% Мас.; температура 20 - 25°С; лінійна швидкість газо-повітряно-го потоку - 2,5 м/с. ..

. 4. Вивчені основні характеристики масообмінних елементів . БНГ-25, які пропонуютьсядяя реалізації "швидкісної" абсорбції. Встановлено, що блочні контактні елементи БНГ-25 дозволяють проводити процес абсорбції при щільності зрошення ЗО м3/н2-год, лінійній швидкості - білбш ніж 2,5 м/с та мінімальному бризковиносу.

5. Пропонуються технічні рішення, які спрямовані На зменшення

бризковиносу. Показано, що запропоноване зрощувальна пристосування з гнучкими патрубками дозволяв вдвічі зменшити бри’зковинос, а датчик контролю бризковиносу може ефективно функціонувати в корозійному газовому середовищі» ' ' ‘ . "

6. Розроблен контактно-абсОрбційний метод очистки викидних •

гааів від Л0Х та запроцонован варіант технологічної'схеми для його промислової "реалізації, основними апаратами якої в бі<*ункціональ-ний каталітичний реактор та "швидкісний" абсорбер. . . !

7. Проведена’еколого-економічна оцінка запропонованих технічних рішень. Показано, то дія досягнення норм ГДВ достатньо 50 % окисленос.ті- нітрозного газу та 80 % ступеня відновлення Я0Х. . Економічна ефективйість методу досягається за рахунок застосування біфункціонального реактора та БНК, Які дозволили збільілжги лінійну

швидкість газу, ідо прииело до значного зниження матеріалоємності системи. Застосування карбаміду, як бідно влювача, замість аміаку ■ підвищує екологічну безпеку методу. .. • .

Основні матеріали дисертації опубліковані у таких роботах: ,

' І. Хотинський 8.1., Лобойко О.Я., Ришенко І.М., Бернштам Б.А., Манзон І. М. ііатематичне моделювання засобі в зменшення бризковиносу з абсорбційної системи.// Тез. допов. Всес. конф. "Хімреактор-ІГ

- Харків.-І992.-ч.І.-с.І68.

2. Тошинський В.І., Лобойко О.Я., Ришенко 1.М., Бернштам-В.А.,

Шалунов Д.В. Бризковинос та його вимірювання.в процесі "швидкіс- . ної" абсорбції.// Респ. збірн. "Питання хімії та хімічної техно-логії".-/нхпропетровськ.-І992.-лз 99.- о. 4сі. . ' '

3. Тошинський Б.І., Лобойко О.Я., Ришенко І.М. Вимірювання бризковиносу в процесі "швидкісної" абсорбції.// Курн. "Хімічна промисловість" .-,’<1.-1993.-ї> 6.-с.260.

4. Тошинський В.І., Лобойко О.Я., Ришенко 1.М. Математична _ модель каталітичного окислення оксидів азоту.// Тез. допов.перш.

Укр, наук.-метод, конф. "Автоматика, управління та автоматизація -технологічних процесів, екологічного контролю та моніторінгу".-. Харків-Алушта.-травень 1993.-,с. 41. , . '

5. Тошинський В.1., Лобойко О.Я., Ришенко І.М. Нейтралізація

оксидів азоту в процесі "швидкісної" абсорбції розчином карбаміду.// Там же. - с.60. , .

6. Тошинс.ький В.І., Лобойко О.Я., Ришенко І.М., Щуваєва Н.М.

Автоматизована система контактно-абсорбційної очистки викидних газів ТЕС від-оксиді в азоту.// Там же. - с(-132 • '

7,. Тошинський В.І., Лобойко О.Я., Ришенко І.М. та інш. Пристосування для вимірювання бризковиносу, у масообмінних колонах.// Заявка на патент СНД, № Держ. реєстрації 5055292, дата приоритету від 20,107.92. ' , •

8. Тошинський В.1., Лобойко О.Я.» Ришенко .І.М. та інш. ■ .

Осередок пристосування для зрощування насадки масообмінної колони.// Заявка на патент СНД, А Дррж. реєстрації 5066485, дата приоритету ' від 31.08.92. , ■ • • . '