Очистка отходящих газов от диоксида серы на основе катализатора из отходов производств тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.02.08, кандидат технических наук Лазарев, Михаил Юрьевич

• Лазарев, Михаил Юрьевич
• кандидат технических наук
• 2012

Оглавление диссертации кандидат технических наук Лазарев, Михаил Юрьевич

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ОЧИСТКИ ОТХОДЯЩИХ ГАЗОВ ОТ БОз.

1.1 Мониторинг проблемы и анализ способов очистки отходящих газов от ЭОг.

1.2 Анализ закономерностей процесса окисления 802 в БОз.

1.2.1 Анализ закономерностей механизма и кинетики гомогенной реакции окисления БОг в БОз кислородом воздуха.

1.2.2 Анализ закономерностей механизма и кинетики гетерогенной реакции окисления 80г в 803 на различных катализаторах.

1.2.2.1 Закономерности процесса на катализаторах на основе платины.

1.2.2.2 Закономерности процесса на катализаторах на основе пентоксида ванадия.

1.2.2.3 Закономерности процесса на катализаторах на основе оксидов железа.

1.2.2.4 Анализ гидравлического сопротивления различных катализаторов.

1.2.2.5 Анализ причин отравления и уменьшения надежности различных катализаторов.

1.3 Анализ технологии изготовления различных катализаторов для интенсификации реакции окисления 802 в 80з.

1.3.1 Анализ основных процессов производства катализаторов.

1.3.2 Анализ технологии производства катализаторов на основе бариевой алюмованадиевой контактной массы (БАВ).

1.3.3 Анализ технологии производства катализаторов кипящего слоя (КС).

1.3.4 Анализ технологии производства катализаторов на основе сульфованадат-диатомитовой массы (СВД).

1.4 Анализ конструкций реакторов для каталитического окисления БСЬ в БОз и методики их расчета.

1.5 Постановка задачи.

ГЛАВА 2. ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ И МЕТОДИК ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАЗЛИЧНЫХ КАТАЛИЗАТОРОВ.

2.1 Описание экспериментальной установки.

2.2 Описание методик.

2.2.1 Методика получения 802.

2.2.2 Методика определения концентрации 802в газе.

2.2.3 Методика определения 80з в газе.

2.2.4 Методика определения паров воды в газе.

2.2.5 Методика определения брызг и тумана Н2804 в газе.

2.2.6 Методика определения пористости катализаторов.

2.2.7 Методика определения гидравлического сопротивления слоя катализатора.

ГЛАВА 3. АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ПРОЦЕССА

КАТАЛИТИЧЕСКОГО ОКИСЛЕНИЯ 802 В 803 НА КАТАЛИЗАТОРАХ,

ПОЛУЧЕННЫХ ИЗ ОТХОДОВ РАЗЛИЧНЫХ ПРОИЗВОДСТВ.

3.1 Исследование механизма и кинетики процесса каталитического окисления 802 в 803 на различных катализаторах.

3.2 Исследование гидравлического сопротивления гранулированных, сотовых и стружечных катализаторов.

ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ НОВЫХ ПРОМЫШЛЕННЫХ РЕАКТОРОВ И ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КАТАЛИЗАТОРОВ НА ОСНОВЕ УТИЛИЗАЦИИ ОТХОДОВ РАЗЛИЧНЫХ ПРОИЗВОДСТВ.

4.1 Разработка и описание конструкции промышленных аппаратов для интенсификации процесса каталитического окисления 802 в 803.

4.2 Регенерация отработанного катализатора типа СВД.

4.3 Изготовление гранулированных, сотовых и пластинчатых катализаторов из шлама Заинской ГРЭС.

4.4 Изготовление катализатора из стальной стружки.

4.5 Расчет предотвращенного эколого-экономического ущерба от внедрения двухстадийной очистки отходящих газов производства серной кислоты от диоксида серы.

ВЫВОДЫ.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Очистка отходящих газов от диоксида серы на основе катализатора из отходов производств»

Сокращение выбросов токсичных веществ в атмосферу является одной из важнейших задач современных производств. В числе этих задач очистка отходящих газов от диоксида серы является одной из наиболее сложных научно-технических проблем. Большое количество газовых выбросов, содержащих БСЬ образуется при работе металлургических заводов, теплоэлектростанций и химических предприятий. Например, в 2010 году относительная доля газовых выбросов 802 только от стационарных источников в валовых выбросах в атмосферу Республики Татарстан составила 6%.

В работе проведен анализ состояния проблемы очистки газовых выбросов от диоксида серы на примере работы теплоэлектростанций и представлены данные о расходе топлива основными предприятиями теплоэнергетического комплекса Республики Татарстан. Сезонное использование мазута в качестве топлива на теплоэлектростанциях Республики Татарстан привело к большим газовым выбросам диоксида серы. Содержание серы в мазуте достигает 2,5 %. Количество газовых выбросов 802 по Республике Татарстан в 2010 году составило 17 тыс. тонн.

Анализ различных способов очистки отходящих газов от диоксида серы показал, что наиболее эффективным является двухстадийный способ, включающий на первой стадии каталитическое окисление 802 в БОз с последующим получением продукционной серной кислоты методом абсорбции БОз.

На сегодняшний день для процесса окисления 802 в ЭОз кислородом воздуха существует множество катализаторов, отличающихся по форме и составу. В промышленности широкое распространение получил катализатор па основе У205. Однако стоимость пятиокиси ванадия относительно высока, а надежность катализатора на основе У205 на практике не более трех лет. Из литературных данных известно, что Сг203 и Ре20з также являются эффективными катализаторами для данной реакции. Следует отметить, что У205, Сг203, Ре203 имеются в большом количестве в отходах различных производств. Например, при работе теплоэлектростанций на мазуте накапливается большое количество шламовых отходов, содержащих смесь У205 и Ре203. Только в шламонакопителе Заинской ГРЭС содержится около 15 тыс. тонн шлама, в котором около 1 тыс. тонн V205 и около 8 тыс. тонн Ре20з. В этой связи были разработаны и исследованы катализаторы для окисления БСЬ в 80з из отходов различных производств.

Большой вклад в теоретические основы процесса каталитического окисления 802 в 80з внесли труды ученых Новосибирского института катализа.

Однако анализ закономерностей механизма и кинетики процесса окисления Б02 в Б03 на различных катализаторах показал, что известные уравнения скорости реакции окисления диоксида серы существенно отличаются друг от друга. Прежде всего отличается величина порядка реакции при концентрации Б02 и 02.

На основе экспериментального исследования закономерностей механизма и кинетики процесса окисления 802 в 803 на различных катализаторах выполнено обобщение и математическое описание кинетики процесса, раскрыта температурная зависимость константы скорости и величина энергии активации.

Исследовано гидравлическое сопротивление и эффективность полученных образцов катализаторов из отходов производств.

Выполнен расчет величины ожидаемого предотвращенного эколого-экономического ущерба от внедрения установки очистки газов от диоксида серы.

Заключение диссертации по теме «Экология (по отраслям)», Лазарев, Михаил Юрьевич

выводы

1. Выполнен мониторинг состояния проблемы очистки отходящих газов от Б02 в различных отраслях промышленности.

2. На основе экспериментального закономерностей механизма и кинетики процесса окисления 80? в 80, на различных катализаторах: выполнено обобщение и математическое описание кинетики, раскрыта температурная зависимость константы скорости и величина энергии активации.

3. Созданы высокоэффективные катализаторы из отходов различных производств разработана технология их промышленного производства в виде: гранул, сотовых блоков и оребренных пластин. Исследовано гидравлическое сопротивление и эффективность полученных образцов. Разработаны конструкции компактных опытно-промышленных реакторов для каталитического окисления 802 в 80з

4. Выполнен расчет величины ожидаемою предотвращенного эколого-экономического ущерба от внедрения установки очистки газов от диоксида серы. Предотвращенный эколото-экономпческий ущерб составля 58339700 руб./год.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Лазарев, Михаил Юрьевич, 2012 год

1. Промышленная экология. Основы инженерных расчетов / C.B. Фридланд и др.. М.: Колос, 2008. - 176 с.

2. Государственный доклад «О состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации в 2010 году». М.: 201 1. - 571 с.

3. Государственный доклад «О состоянии и об охране окружающей среды Республики Татарстан в 2010 году». Казань, 2011. - 428 с.

4. Тимонин, A.C. Инженерно-экологический справочник, в 3 т. Т.1. / A.C. Тимонин. Калуга: Изд. Н. Бочкарсвой, 2003. - 917 с

5. Амелин, А.Г. Технология серной кислоты. Учебное пособие для вузов. / А.Г. Амелин 2-е изд., перераб. - М., Химия, 1983. - 360 с.

6. Аркин, Н.Л., Боресков Г.К., Слинысо M Г. Технология серной кислоты / Н.Л. Аркин, Г.К. Боресков, М.Г. Слипько. под ред. проф. K.M. Малина. - Л.: Госхимиздат, 1950.-570 с.

7. Эммануэль, Н.М., Кнорре Д.Г. Курс химической кинетики / Н.М. Эммануэль, Д.Г. Кнорре. М.: Высш. шк., 1984. - 463 с.

8. Слинько, М.Г. К истории произволе та серной кислоты контактным способом в России / М.Г. Слинько // Катализ в промышленности. 2003. -№5.-С. 43-50.

9. Илларионов, В.В. Современные представления о механизме и кинетике окисления сернистого ангидрида на ванадиевых катализаторах / В.В. Илларионов//Жури. Общ. Химии. 1954.-24 вып. №1. - С. 23-29.

10. Денисов, В.В. Некоторые особенности кинетики окисления двуокиси серы низких парциальных давлений па железооксидном катализаторе / В.В. Денисов // Журн. Общ. Химии. 1954 .-15 вып. №2. С. 35-38.

11. Мухленов, И.П. Технология катализаторов / И.П. Мухленов и др.. -под ред. проф. И.П. Мухленова. Л.: Химия, 1979.-328 с.

12. Иоффе, И.И. Инженерная химия reieporeinioiо катлиза / И.И. Иоффе, Л.М. Письмен. М.: Химия, 1972. - 462 с.

13. Simon, A. A. Simon, H. Scheibe, К. Pohl. // Z. anorg. Chem. 1962. 61, №1/2.-S. 61-75.

14. VDI-Richtlinien 3476. Katalytische Verfahren der Abgasreingung, VDI-Handbuch Reinhaltung der Luft, Band 6.-1988.

15. Чернышев. A.K. Очистка газов oi оксидов азота / НИИТЭХим. М., 1975. - с. 68. (Обзорная инфом.).

16. Bosch, Н. / Catalytic Redaction of Nitrogen Oxides. A Review on the Technology / H. Bosch, F. Janssen // Catalysis Today.- 1987.-V.4.-№ 4. P. 369521.

17. Kainer, H. Katalysatoren aus Eisenoxid erschliessen neue Einsatzfelder / H. Kainer, H.-E. Buhler, C. Flockerhaus n .nergic. 1988. - № 10. - S. 56-61.19. Патент США 3032387, 1962.20. Патент ФРГ 108893, 1960.21 Патент США 3008796, 1961.

18. Попова, Н.М. Катализаторы очистки газовых выбросов промышленных производств / Н.М. 11опова. М.: Химия, 1991. - 175 с.

19. Лазарев М.Ю. Исследование кинетики реакции восстановления оксидов азота аммиаком на различных канализаторах / М.Ю. Лазарев, И.А. Махоткин, Ф.Ш Шарафисламов // Вес шик Казанского технологического университета. -2012. Т. 15, № 7,- С i < -15

20. Гайнутдинов Р.Ш. Дифференциальный и интегральный методы определения кинетических параметров / Гаинутдинов P.ILI., Лазарев М.Ю. //Вестник Казанского 1ехнологического унпверси 1ета. 2012. - Т. 15, № 8.- С. 14-18.

21. Махоткин А.Ф , СосновскпП В.И , i ол\бев Л.Г. О механизме процесса восстановления окислов азот // Межвузовский сборник "Вопросы кинетики и катализа".- Иваново, ИХТИ, 1981

22. Рамм В.М. Абсорбция гаюв. ~М.: Химия, 1976.-656с.

23. Коллектив авторов. Вопросы жономики основной химической промышленности.-J1. Химия, 1971.-С.51

24. Шокин И.Н., Поспелова ОС., Чапыжнпкова В.И. // Труды Москов. хим.-технол. ин-та им. Д.И.Менделеева, 1955 -Вып 21.-С 105.

25. Белопольскии А.П. // Журнал прикладной химии.-1946.-Т.19.-№10, -С. 1181 ;-1947.-Т.20.-№ 11 -С. 1145

26. Федотьев П.П. Сборник исследовательских работ. -Л.: ОНТИ, 1936.-275с.

27. Юшкевич И Ф., Уразаев А.Л , Соловьева Л.С. // Журнал прикладной химии-1930 -Т.7-№28-С.1889; -193 1.-Т.8.-№5.-С.478; ~№7.-С.581; -№15.-С. 16.

28. Юшкевич Н.Ф., Соловьева Л С // Журнал прикладной химии. -1932.-Т.9.-№1.-С.23.

29. Халитов P.A., Петров В.И., Махоткин А.Ф. Основы сокращения газового выброса при концентрировании серной кислоты // Абсорбция газов: Тез. докл. 3-го Всесоюз. совещ,-1 аллпнн, 1986.

30. Мягков Б.И., Ужов В.Н. Ошстка промышленных газов фильт-рами.-М.: Химия, 1970.-273с.

31. Родионов А.И., Винтер А.А // Изв. вузов. Химия и хим. технол. -1966.-№ 6.-С.970-974;-1967.-№ 1.-С. 102-106 // Теор. осн. хим. технол,-1967. -'1.1 .-№ 4.-С.481 -487

32. Westerterp K.R., Van Diercndonk L L. Kraa I. A. // Chem. Eng. Sei.-1963.-V. 18 -N3.-P. 157-176.

33. Linek V., Maurhoverova I. // Chem. Eng. Sci.-1970.~N 25.-P.787.

34. Химический метод опредепенпя межфазной поверхности в системе газ-жидкость: Метод указания / С )ст Mjxoikhh А.Ф., Поздеева А.Ф., Колпащикова И.Е., Махоткип И.А. Казан, юс. технол. ун-т.-Казань, 2001.-20с.

35. Jasten G.E.I I., Dankwerst P.V. // Chem. L ng. Sei-1973.-V.28.-N 2.

36. Kolev Nicolai // Verfahrenstechnik-1973.-V.7.-N 3.-P. 71-75.

37. Cook A.L., Moore E.//Chem. Fng. Sei -1972 -V.27.-N 3-P.605-613.

38. Кишеневский M.X., Армаш A.C. //Журнал прикладной химии.-1966-T. 39.-№ 7.-C. 1487

39. Грошев А.П. Технический анализ. Изд. 2-е. М.: Госхимиздат, 1968 -268 с.

40. Исследование и расчет профи !я давлений и гидравлического сопротивления: Метод, указания /Сост. Махоткин И.А., Останин Л.М., Махоткин А.Ф. Казан.гос. технол ун-i Казань. 2003.-8с.

41. Шервуд Т., Пигфорд Р., Уилки Ч Массопередача. Пер. с англ.-М.: Химия, 1982 696 с

42. Линевег Ф. Измерение ief.iupaTyp в технике: Справочник / под редакцией Чарихова Л.А.-М.: Металлургия, 1980,- 543с.

43. Другой Ю.С., Березин 13.Г. Газохроматографический анализ загрязненного воздуха М.: Химия, ! 98125бс.

44. Гельперин Н.И., Коган А.М , Криница Г.И. Гидравлическое сопротивление и удельная поверхносп, зернистых материалов // Химическая промышленность.-! 977.-№2.-С.67-6<"

45. Мухутдинов Р.Х., Шафигуллин А.Б. Термокатали гическое дожигание отбросных газов нефтехимических произволе из // Промышленная и санитарная очистка газов.-1975.~№4 С. 1 7-1 8.

46. Красильни ков В.В., Тухватуллин И М , Бусьп ин А.П., Махоткин И.А. и др. Каталитическое окисление оксида уиюрода (II) для очистки газовых выбросов.//Тезисы докл. научной сессии К1 1 У. Казань, 1999.-С.44.

47. Красильников В.В., Тухва1уллпн П.М., Колпащикова И.Е., Махоткин И.А. Очистка газовых выбросов 01 углеводородов // Тез. докл. научной сессии. КГТУ-Казань, 1999.-С.44

48. Сокольский Д.Б., Друзь В.А Введение в теорию гетерогенного катализа.-М.: Высшая школа, 1981.-215с

49. Панченков Г.М., Лебедев В.М. Химическая кинетика и катализ.- М.: Изд-воМГУ, 1961.-34 8с.

50. Полторак О.М. Лекции по теории гетерогенного катализа,- М.: Изд-во МГУ, 1968.-155с.

51. Красильников В.В., Бусыгин VII . Ворожцов Ю.Г., Махоткин И.А. Исследование процесса очистки отходящих 1азов от оксида углерода. Матер. Всесоюзн. науч. техн. конф., поев. 90-летшо Арша М.М.- Казань, 1999.

52. Голоден, Г.И. Гетерогенно-катали гпческие реакции с участием молекулярного кислорода.-Киев: Наукова Д)мка, 1977.-360с.

53. Каталитические свойства веществ: / Справочник под общ. ред. Гороховского Я.Б.- Киев: Наукова Думка, 1977.-Т. 4.-296с.

54. Красильников В.В., Бусыгин АН. Махоткин И.А. Исследование процесса очистки сложных газовых смесей на железооксидном катализаторе.

55. Тез. докл. научной сессии. КГТУ,- Каза,.ь, 2000 -С.69.148

56. Красильников В.В., MaxoiKini А.Ф., Шарафисламов Ф.Ш. Исследование кинежки процесса окисления аммиака на различных катализаторах для минимизации выброса в ашосферу. Oine'i по дог. №15/99 НТ, КМИЦ III. -Казань, 2000.

57. Красильников В.В., Махопспп ИД., Ворожцов Ю.Г. Исследование очистки отходящих газов от окиси умерода на различных катализаторах // Тез. докл. научпе-техн. и учебно-меюд. конф. «Экологическое образование и охрана окружающей среды». КГТУ,- Казань, 1999.

58. Хмыров В.И., Фисак 13.11. Термическое обезвреживание промышленных газовых выбросов,- , „лма-Ата: Наука. Каз. ССР, 1978.—250с.

59. Мухутдинов Р.Х., Самойлов 1 I.A. Теория и практика каталитической очистки отходящих газов. -Уфа.: Гил см, 2002.-252с.

60. Томас Ч. Промышленные какти ические процессы и эффективные катализаторы М.: Мир, 1973. 383с

61. Попова 11.М. Катализаторы очистки газовых выбросов промышленных производств.- М.: Химия, 1991 -175с

62. Пат. № 585801 СССР. Способ получения покрытой подложки / Паоло Дела Порта, Бруно Феррарио, Лджсло Кап талуппи // БИ.-1977.~№47.

63. Браницкий Г.А. Принципы приготовления катализаторов в виде пленочных мегаллоксидных сiрукi>р // Научные основы приготовления и технологии катализаторов.- Новосибирск УрО АН СССР, 1990.-С.94-107.

64. Bosch Н., Jansen F. Catalytic Redaction of Nitrogen Oxides. A Review on the Technology//Catalysis Technogy //Catalysis 3 oday.-1987.-V. 4-N4.-P.368-521.

65. Heck R, Bonacci J.С , Chen M. Catalytic Aii Pollution Controls conimnercial Development of SCR foi NO, // 80 th Annual Meeting of APCA New York,- June 21-26.-1987.

66. Ходаков Ю.С., Еремин Л.М . Алфеев А.А. Современное состояние исследований по денитрификацип дымовых ¡азов ТЭС // Известия РАН -1997. -№5 -С.74-100. (Сер. Энертпкл).

67. Мухутдинов Р.Х. Очистка ызов в >словпя\ гетерогенно-гомогенного механизма окисления примесей //Скислиельный катализ в химической технологии и промышленной экологии Свердловск: УрО АН СССР, 1990.-с.789.

68. Власенко В 11 Каталитические- меюды очистки iазовых выбросов// Роль химии в охране окружающей среды- Киев: Наукова Думка, 1983.— с. 15-28.

69. Гороховатский Я.Б., Корниенко 1 .П., Шаля В.В. Гегерогенно-гомогенные реакции.- Киев: 1 ехника 1972 -204с

70. Новые высокие технологии для тзовои и неф1яной промышленности, энергетики и связи».-Казань, 1098.

71. Патент РФ № 2111046. Способ каталитической очистки отходящих газов от оксидов азота / Махогкин А.Ф., Сухарников А.Е., Хайруллин Р.Г., Шкедов В.М. // КГТУ. Казань, 1998.

72. Технические условия разработанного лселезооксидного катализатора-(ТУ 2178-002-27897981).

73. Каталитические свойства вещееi в: Справочник под общ. ред. Горо-ховатского Я.Б. Том.4.-Киев: Наукова Думка, 1977.-296с.

74. Чмутов К.Е. Техника физико-химических исследований.- М.: Госхимиздат, 1954, 342с.

75. ГОСТ 14322-73. Оандаршые диафрагмы. Общие техническиеIтребования. Типоразмеры с/= мм. -М.: Изд.Стандартов, 1973.- 8с.

76. РД 50-213-80. Правила и ¡мерения расходов газов и жидкостей стандартными сужающими устройствами. М.: Изд.Стандартов, 1982. -12с.

77. Биркгоф Г. Гидродинамика (методы, факты, подобие).Пер. с англ. И.Б.Погребельского, М.: Изд.Иное гр.лит-ры, 1963. 347с.

78. Розен A.M. Масштабный переход в химической 1ехноло1ии. М.: Химия, 1980. - 319с.

79. Каталитические методы очитки воздуха от органических веществ. Обзорная информация, серия «ХМ-14» / Чоропкина Г.П., Калинкина Л.И., Малышева Л.И. и др. ЦИНТИхимнефтемаш.- М., 1977.-71с.

80. Siemens. Siemens SCR lechnology for Utility Boilers. Catalog.

81. Operating Experience with NOx Abatement at Stationary Sources. Texte 12/94. UBA 3RD- Berlin, 1994.

82. Emission Control at Stationaiy Sources in the Federal Republic of Germany. V.l. Sulfur Oxide and NIiiolc i Oxide Emission Control. UBA 1997.

83. Kobayashi Toshio, Jnoue 1 lakuai, yagi Sakae 4 Karaky koraky, Chem.

84. Eng. Japan.-l966.~V.30.-N12.-P. 1147-1 148.

85. Onda Kakusaburo // J. Chem. Ln ^ng, Japan 13.-V. 1 -P.62.

86. Расчеты по технологии неорганических веществ. Учебное пособие длявузов: изд. 2-е, перераб./ под ред. проф. М.Е. 1 Гозипа. Л., Химия, 1977.

87. Марковский К.В. В кн.: I кг чные основы подбора и производства катализаторов. Новосибирск, Наука, 1964, с. 195-! 97.

88. Терептьев Д.Ф. В кн.: Вангдиевые катализаторы для контактного производства ссриой кислоты. М., Госчимиздат, 1963, с. 114-124.

89. Романовский Б.В., Топчиева К.В., Столярова JI.B. и др. Кинетика и катализ, 1970, г. 11, №6, с. 1525-1530

90. Буряк Н.И., Макарова Е.И. В кн.: Ванадиевые катализаторы для контактного производства серной кислоты. М., Госхимиздат, 1963, с. 62-67.

91. Мещеряков А.П. В кн.: Cia^bn по общей химии. Т. 2. М.; Л., Изд. АН СССР, 1953. с. 828-830; РЖХиvi, 1954, т. 22.47989.