Файл: Кузнецов И.Е. Защита атмосферного воздуха от загрязнения.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 13.07.2024
Просмотров: 122
Скачиваний: 0
Вторая группа — это вещества, обладающие весьма ма лой каталитическойактивностью. К ним относятся кварце вое стекло, полистирол, железная и марганцевая руда, ка тализатор ГИАП-10, стекловолокно. Незначительное увели чение скорости гетерогенного окисления N 0 в присутствии этих веществ компенсирует лишь снижение скорости гомо генного окисления N 0 за счет сокращения окислительного объема при заполнении его катализатором.
Наиболее активны катализаторы третьей группы. К ним относятся: кокс, пропитанный солями Мп и Си, фарфор, стекло, алюмогель, уголь из абрикосовых косточек, силикагель, карбоалюмогель", гопкалит. Эти катализаторы спо собны увеличивать скорость реакции гетерогенного окис ления окиси азота в 1,5—2,5 раза.
Каталитическая активность катализаторов третьей груп
пы убывает в следующей последовательности: |
гопка |
лит > карбоалюмогель >силикагель > косточковый |
уголь |
> кокс. Использование этих катализаторов позволяет уве личить скорость абсорбции окислов азота соответственно в 2,51>1,91>1,46>1,31>1,17 раза.
Наиболее активным оказался катализатор гопкалит. По этому нами были проведены несколько более полные ис следования этого катализатора. Изучено влияние на ско рость каталитического окисления N 0 объемной скорости га за, концентрации N 0 и 0 2 , температуры. Установлено, что каталитическая активность гопкалита начинает проявляться при температуре выше 20°С и увеличивается, достигая максимума при 120°, после чего снова снижается за счет обратимости реакции:
NO + '/sOa^NOjnpi-i повышенных температурах.
С ростом объемной скорости газа |
степень окисления N 0 |
|||||
уменьшается, так как снижается время пребывания |
N 0 в |
|||||
зоне |
катализа. Скорость окисления N 0 |
также |
увели |
|||
чивается с ростом |
концентрации 0 2 |
и N0, |
причем |
увели |
||
чение |
концентрации |
N 0 |
оказывает |
большее |
влияние, чем |
|
увеличение концентрации |
0 2 . |
|
|
окис |
||
РІнтегральньїм методом установлено, что реакция |
||||||
ления N0 на катализаторе гопкалите протекает по второ |
||||||
му порядку и выражается |
уравнением: |
|
|
|||
|
= |
^ = |
KCNO - CO„ |
|
|
(10) |
где |
К — константа скорости реакции; |
|
CNO И Со, — концентрации N 0 и 0 2 . |
Зависимость константы скорости реакции от температуры выражается формулой:
1пК = - |
+ 4,56. |
(11) |
Определены также температурный коэффициент реак |
||
ции (у = 1,16) и энергия |
активации |
1972,34 кал/моль). |
Увеличение степени окисленности N0 путем прибавления к газу концентрированной дву окиси азота
Наряду с интенсификацией процесса окис ления N0, необходимой для увеличения скорости абсорб ции окислов азота, аналогичный эффект может быть до стигнут путем прибавления к газу соответствующего коли
чества N 0 2 :
NO + N 0 2 —> N 2 0 3
Полученная трехокись может быть успешно абсорбиро вана по одному из известных методов.
Степень окисления N 0 выражается формулой:
|
CNO3 |
+ C N 0 |
|
где CNO2 |
И CNO — соответственно концентрации N 0 2 |
и N 0 |
|
|
в газовой |
смеси. |
|
Чтобы |
увеличить степень |
окисленности N 0 от ai |
до а2 , |
к газовой смеси необходимо добавить двуокись азота, ко личество которой можно определить из выведенного нами уравнения:
|
А ^ = ^ ( ^ И ^ |
' |
da ) |
|
где V r и Сг |
— соответственно количество |
(м3/час) |
и кон |
|
|
центрация исходной газовой смеси (%) . |
|||
Концентрация газа |
после дозировки N 0 2 в.зависимости |
|||
от требуемой |
степени |
окисленности газа |
составит: |
|
|
с—Чи)- |
|
<41> |
|
Метод дозировки N 0 2 с целью увеличения степени окис ленности приемлем лишь для систем с низкой начальной концентрацией газа (0,1—0,5%) и низкой степенью окис ленности'N0. В этом случае метод дозировки N 0 2 с целью
получения реакционноспособной смеси N2O3 экономически
более выгоден, чем метод окисления N 0 |
до |
N2O3 в окис |
||
лительных объемах. |
|
|
|
|
Несмотря на |
то, что при |
повышении |
степени окислен- |
|
ности N 0 путем |
добавления |
NO2 начальная |
концентрация |
|
окислов азота в газе возрастает, в отходящих газах после
очистки остаточное содержание |
окислов |
азота будет та |
|
ким же, как и в случае окисления |
N 0 |
до NO2 в окисли |
|
тельных объемах без дозировки |
N 0 |
2 . |
|
ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ МЕТОДЫ САНИТАРНОЙ ОЧИСТКИ ГАЗОВ ОТ ОКИСЛОВ АЗОТА
Восстановительные методы основаны на вос становлении окислов азота до нейтральных продуктов в присутствии катализаторов или без катализаторов под дей ствием высоких температур в присутствии твердых, жидких или газообразных восстановителей.
В окислах азота на один атом азота приходится от 0,5 до 3-х атомов кислорода. В зависимости от внешних усло вий атом азота может присоединять либо терять часть или все атомы кислорода. В первом случае он может окис
ляться до высших окислов азота N0 2 , |
N 2 0 4 , |
N 2 0 5 и N 2 0 6 , |
||
во втором — восстанавливаться |
до азота и кислорода. |
|||
Степень окисления |
азота в |
кислородных |
соединениях |
|
в значительной*степени |
определяется |
температурой. |
||
При наличии кислорода (озона) реакция окисления оки си азота в областях низких температур протекает самопро
извольно в следующем |
направлении: |
|
|
||
NO - * N 2 0 3 - * N 0 2 - * N 2 0 4 - > N 2 0 5 |
|
(15) |
|||
При повышенных температурах реакция (15) |
протекает |
||||
в обратном направлении: |
|
|
|
||
N a 0 5 - » N 2 0 4 - > N O a - * N O — b N 2 0 2 |
|
(16) |
|||
< —11,2°С |
21,5°С |
140°С |
600°С 10000°С |
|
|
Из приведенной схемы видно, что N2O5 может |
существо |
||||
вать при температурах |
ниже |
—11,2° С. В интервале тем |
|||
ператур от —11,2 до 21,5° С могут одновременно |
существо |
||||
вать N2O5 и N2O4. При нагревании системы выше |
21,5° С |
||||
жидкая N2O4 диссоциирует на молекулы гЮг.Этот |
процесс |
||||
заканчивается |
при температуре |
140° С, когда газовая смесь |
|||
состоит только из молекул N0 2 . При дальнейшем |
нагрева |
нии двуокись азота распадается по реакции. |
|
2N02 «=± 2NO + 0 2 . |
(17) |
Полное разложение N 0 2 на N 0 и Ог наступает при темпе ратуре около 600° С. Если продолжать нагревание газовой смеси, то окись азота начинает диссоциировать на N 2 и Ог, причем чем выше температура, тем выше степень диссо циации N0 . Почти полное разложение N 0 на элементы на ступает при температурах порядка 6000—10 000°. Причем основная часть окислов азота разлагается при температуре 1500—2000° С.
Из построенной нами диаграммы (рис. 6) можно опре делить состав нитрозного газа в интервале температур от 0 до 1600° С. Ключ пользования диаграммой показан пунк тирной линией. Восстановив перпендикуляр с оси темпе ратур до пересечения с температурной кривой, на двух про тивоположных осях (ординатах) определяем содержание окислов в газовой смеси.
Из диаграммы видно, что разложение окислов азота протекает сравнительно легко для высших окислов (N0 2 и N 2 0 4 ) . Разложение NO на элементы связано с необходи мостью нагрева газа до высоких температур.
Равновесная концентрация окиси азота, получаемая в интервале температур от 1000 до 4000° К, может быть опре делена по формуле:
lgx = - — —2,152. |
(18) |
Ниже приведены значения равновесных концентраций оки си азота и время установления динамического равновесия в зависимости от температуры.
Температура, °К |
Равновесная |
концент |
|
Время установления |
||
динамического |
равно |
|||||
рация NO, % |
||||||
|
|
весия, сек. |
||||
|
|
|
|
|||
1000 |
0,02 |
|
|
4-105 |
|
|
1500 |
0,044 |
|
|
1,8-10= |
|
|
2000 |
1,34 |
|
|
1,0 |
|
|
2500 |
2,4 |
|
|
5 - Ю - 5 |
|
|
3000 |
4,0 |
|
|
5 - Ю - 6 |
|
|
10 000 |
0 , 9 5 6 - Ю - 4 |
|
7,10~9 |
|
||
П р и м е ч а н и е : |
при 10 000° К |
концентрация |
выражена в |
моляр |
||
ных долях. |
|
|
|
|
|
|
