• 5

ГЛАВА 5 МЕТОДЫ КАТАЛИТИЧЕСКОЙ И ТЕРМИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ ОТХОДЯЩИХ ГАЗОВ

Суть каталитических процессов газоочистки заключается в реа­лизации химических взаимодействий, приводящих к конверсии подлежащих обезвреживанию примесей в другие продукты в присутствии специальных катализаторов, Последние не вызы­вают изменения энергетического уровня молекул взаимодейст­вующих веществ и смещения равновесия простых реакций. Их роль сводится к увеличению скорости химических взаимодейст­вий. Каталитические взаимодействия в гетерогенном катализе происходят на границе раздела фаз конвертируемой газовой смеси и катализатора. Последний обеспечивает взаимодействие на его поверхности конвертируемых веществ с образованием активированных комплексов в виде промежуточных поверхност­ных соединений катализатора и реагирующих веществ, форми­рующих затем продукты катализа, освобождающие (восстанав­ливающие) поверхность катализатора. Схема этого явления для газовой реакции А+В-+С в присутствии катализатора К может быть представлена следующим образом:

А+В-ЫС —k К1АВ], К[АВ) —+■ С+К,

|-де К [А В] — активированное промежуточное соединение на поверхности ка­тализатора.

В ряде случаев функции поверхности катализатора заключа­ются в зарождении реакционных цепей, развивающихся затем в объеме конвертируемой газовой фазы, где осуществляется даль­

нейшая конверсия целевого компонента по гстерогенно-гомоген- ному механизму.

Изменение реакционного пути химического взаимодействия в присутствии катализатора в соответствии с указанными меха­низмами приводит к понижению его энергии активации, что и выражается в ускоряющем действии катализатора, как это сле­дует из уравнения Аррениуса:

A-A0exp(~W),           (1.277)

где к — константа скорости реакции; ко — предэкспоиенциалышй множитель; Е — энергия активации; R — газовая постоянная; 7'--абсолютная темпера­тура.

В некоторых типах каталитических взаимодействий с пони­жением энергии активации уменьшается лредэкспоненциальный множитель в уравнении Аррениуса. Поэтому рассчитанное на ■основании снижения значения В увеличение константы скорости и соответственно скорости каталитического взаимодействия несколько превышает действительное. В случае каталитических взаимодействий, при которых не происходит изменения ко по сравнению с некатализируемыми, ускоряющее действие катали­затора выражают его активностью А, характеризующейся отно­шением констант скоростей реакций, происходящих с участием катализатора кК и без него к:

Л-А,/6- [/г0/ехр(ЯЛЩехр(£/ДГ)/Ы -ехр(Д£//?7), (1.278) где Д£-£—£к; — энергия активации реакции в присутствии катализатора.

Активность катализатора обычно определяется совокупно­стью физико-химических свойств как самого катализатора, так и конвертируемого газового потока. В наибольшей степени она зависит от температуры каталитического превращения, структу­ры катализатора, содержания в нем промоторов, давления, ■объемного расхода, концентрации и молекулярных масс исход­ных реагентов и продуктов конверсии в газовой смеси.

Активность различных катализаторов при заданных услови­ях конвертирования определенной газовой смеси наиболее про­сто можно сопоставить по степени превращения исходных реп гентов. Оценка активности одного катализатора в различны:; условиях проведения определенного каталитического превраще­ния может быть выражена, например, отношением количеств;! -образующихся в единицу времени продуктов Gn к объему V, массе (?,„ работающей S или удельной 5УД поверхности каталп- .затора:

A~G„/V; A-G„/GK; A-G„/S; Луд-> G:,/SyaV.          (U7S)

Масса и свойства катализатора теоретически не должны претерпевать изменений в процессе его работы. На практике, •однако, в процессе эксплуатации катализаторов они в той или

иной степени подвергаются постепенной дезактивации или де­струкции. Последние вызываются химическими (отравление каталитическими ядами, присутствующими в конвертируемых газах, недостаточная селективность катализатора, возможность образования нелетучих продуктов и т. п.) и физическими (ме­ханическое истирание, спекание, агрегатирование под действием избыточной свободной энергии поверхности и т. п.) факторами и ведут к необходимости периодической регенерации (активации) или замены катализаторов. В этой связи к промышленным ката­лизаторам предъявляют требования в отношении высокой ак­тивности и теплопроводности, а также стойкости к механическим и термическим нагрузкам. Наряду с этим они должны быть дешевыми и, обладая необходимыми структурными параметра­ми, иметь возможно более низкие температуры зажигания и геометрию частиц, обеспечивающую низкое гидравлическое со­противление слоя.

Необходимые для эффективного осуществления соответст­вующих процессов газоочистки катализаторы обычно подбира­ют экспериментальным путем.

В процессах санитарной каталитической очистки отходящих газов промышленности высокой активностью характеризуются контактные массы на основе благородных металлов (платина, палладий, серебро и др.), оксидов марганца, меди, кобальта, а также оксидные контакты, активированные благородными ме­таллами (1,0—1,5%).

Авторы: 1379 А Б В Г Д Е З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я

Книги: 1908 А Б В Г Д Е З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я