Дипломная работа: Моделирование газофазных процессов, протекающих при гетерогенно-каталитическом восстановлении оксидов азота

СO + О2 Þ СО2 (11)

Установлено, что повышение температуры прокаливания c 800 до 1500°С увеличивает каталитичеcкую активность шпинели Cu-Cr-O нанесенной на алюмосиликат [44].

Способ приготовления катализатора также оказывает существенное воздействие на его активность. Образцы Rh/Al2O3, Pt/Al2O3, Rh/SiO2 и Pt/SiO2, приготовленные методом пропитки менее активны и менее устойчивы к спеканию в реакции (9), чем приготовленные методом золь-гель технологии [45].

Наибольшая скорость реакции (9) на Rh достигается при заполнении поверхности CO и NO в соотношении » 1. Получение N2 протекает через промежуточную стадию образования интермедиатов [N-NO] [46]. Реакция (9) на Rh характеризуется двумя температурными областями. Одна из них – это область преимущественного протекания побочной реакции образования N2O, расположена ниже 635К. При этой температуре поверхность монокристалла в основном покрыта NO. Другая область преимущественного получения N2 располагается выше температуры 635К, в этом случае поверхность катализатора заполнена в основном СО. В опытах с мечеными атомами установлено, что N2О не является промежуточным соединением на маршруте восстановления NO монооксидом углерода в N2 [47].

1.3.3. Восстановление NOx аммиаком

Каталитическое восстановление NOx аммиаком (12-14):

3N2O + 2NH3 Þ 4N2 + 3H2O (12)

6NO + 4NH3 Þ 5N2 + 6H2O (13)

6NO2 + 8NH3 Þ 7N2 + 12H2O (14)

проводят при 270-390°С [48-71]. Использование в качестве восстановителя аммиака или его производных практикуется в основном для очистки от NOx промышленных газов и газов электростанций. Для повышения эффективности протекания процесса в окислительной атмосфере NH3 берут в избытке против стехиометрического количества. При этом NH3 частично расходуется на побочные реакции окисления:

2NН3 + 5/2О2 ÞNО2 + 3Н2О (15)

2NН3 + 3/2О2 ÞN2 + 3Н2О (16)

Аммиак по токсичности сопоставим с NOx: ПДКNH3 = 20 мг/м3, ПДКNOx = 5 мг/м3. Поэтому восстановление NOxNН3 требует точной дозировки восстановителя. Кроме того, в избытке аммиака образуется сульфат аммония, который отрицательно влияет на производительность очистительных установок. Для удобства применения вместо газообразного NH3 используют аммиачную воду или другой N-содержащий восстановитель, например водный раствор карбамида [48].

В реакциях (12-14) используются катализаторы на основе Pt, оксидов Fe, Cr, Cu, V. Наиболее изученным и эффективным катализатором является V2O5/TiO2 [49,50].

В процессе восстановления NO аммиаком наблюдается образование N2O. Добавление воды при высоких температурах положительно влияет на активность и селективность при высоких температурах, поскольку тормозит окисление аммиака кислородом [53, 54-56].

Введение Cr2O3 в каталитическую систему V2O5/TiO2 также увеличивает активность селективного каталитического восстановления. Наиболее активен катализатор состава (2Cr2O3+6V2O5) /TiO2 [57].

Селективность реакции (13) по N2 зависит от типа носителя и увеличивается в следующем ряду: V2O5/TiO2 > V2O5/Al2O3 > V2O5/SiO2. С ростом температуры выход N2O увеличивается [58].

Восстановление NOx до N2 можно проводить аммиаком insitu. В этих случаях NH3 поступает в зону реакции в результате десорбции из цеолита, на котором он был предварительно аккумулирован, или при термическом разложении (NH3) 3PW12O40. Недостаток предложенного метода – процесс некаталитический, восстановление завершается по исчерпанию ресурса NH3 [60].

Катализаторы Ме/ZSM-5, приготовленные пропиткой, в реакции (13) образуют следующий ряд активности Fe/ZSM-5 » Cr/ZSM-5 < Cu/ZSM-5 [62].

Используются также каталитические системы на основе структурированных глин (PILC) [69-71].

1.3.4. Восстановление NOx углеводородами

Наиболее часто в качестве восстановителей используют метан - CH4 (17-19):

4N2O + CH4 Þ 4N2 + CO2 + 2H2O (17)

4NO + CH4 Þ 2N2 + CO2 + 2H2O (18)

2NO2 + CH4 Þ N2 + CO2 + 2H2O (19)

пропан - C3H8 (20-22):

10N2O + C3H8 Þ 10N2 + 3CO2 + 4H2O (20)

10NO + C3H8 Þ 5N2 + 3CO2 + 4H2O (21)

10NO2 + 2C3H8 Þ 5N2 + 6CO2 + 8H2O (22)

и пропен - C3H6 (23-25):

9N2O + C3H6 Þ 9N2 + 3CO2 + 3H2O (23)