Каталитическая очистка газов

Содержание:

Введение…………………………………………………………………………

1.Каталитическая очистка  газов………………………………………………..

    1.1 Общая характеристика каталитических методов очитки……………... 

    1.2 Основные группы каталитических реакторов………………………….

    1.3 Достоинство и недостатки каталитического метода…………………...

2. Классификация  примесей  сточных  вод . Расчет допустимого состава  

    сточных вод……………………………………………………………………

    2.1 Основные типы  загрязнения воды………………………...

    2.2 Классификация сточных вод …………………………………………….

    2.3 Расчет  допустимого  состава  сточных вод……………………………..

Заключение……………………………………………………………………….

Список использованных источников…………………………………………...

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

          C тех пор как человек существует на Земле, он непрерывно взаимодействует с окружающей его природой. Трудовая деятельность, дав человеку колоссальные преимущества в борьбе за выживание перед остальными животными, в то же время поставила его перед опасностью стать со временем силой, способной разрушить природную среду своей собственной жизни. Так получилось, что эта опасность, возникнув вместе с человеком, достигла своей предельной степени на рубеже второго и третьего тысячелетий новой эры.

          Экологическая проблема , оставила человечество перед выбором дальнейшего пути развития: быть ли ему по-прежнему ориентированным на безграничный рост производства или этот рост должен быть согласован с реальными возможностями природной среды и человеческого организма, соразмерен не только с ближайшими, но и с отдаленными целями социального развития.

          Среди проблем защиты окружающей среды наиболее актуальной является охрана воздушного бассейна, так как загрязненный воздух является основным фактором, обусловливающим экологическую обстановку. Главными и наиболее опасными источниками искусственного загрязнения атмосферы являются промышленные, бытовые и транспортные выбросы. Промышленные предприятия сохраняют ведущую роль в загрязнении атмосферы Земли.

         Наиболее эффективным методом защиты атмосферы от загрязнения вредными веществами является разработка новых безотходных ресурсо- и энергосберегающих технологических процессов с замкнутыми производственными циклами, исключающими или резко снижающими выброс вредных веществ в атмосферу. Однако не всегда удается разработать экономически выгодные безотходные технологические процессы с полной или комплексной переработкой сырья. Поэтому на современном этапе для большинства промышленных предприятий очистка выбросов остается основным мероприятием по защите воздушного бассейна от загрязнения.

         В данной работе рассмотрим  один из наиболее эффективных способов очистки газовых выбросов в атмосферу от вредных веществ , основанный на использовании каталитических технологий.

         Не менее важной проблемой  окружающей среды является загрязнение  гидросферы. Несмотря на то, что вода является возобновимым ресурсом, она может быть загрязнена в результате антропогенной деятельности до такой степени, что станет непригодной для использования во многих целях и вредной для живых организмов, использующих ее. Загрязнение воды является локальной, региональной и глобальной экологической проблемой и связано с загрязнением атмосферы и тем, как мы используем Землю.       

        Основными источниками загрязнения гидросферы являются сточные воды (в большей степени) ,атмосфера ,твердые отходы(в меньшей степени).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.Каталитическая  очистка газов.

    1.1 Общая  характеристика каталитических  методов очитки

 

Каталитические методы очистки  газов основаны на гетерогенном катализе и служат для превращения примесей в безвредные или легко удаляемые  из газа соединения. Процессы гетерогенного катализа протекают на поверхности твердых тел - катализаторов. Катализаторы должны обладать определенными свойствами: активностью,  пористой структурой, стойкостью к ядам , механической прочностью,  селективностью,  термостойкостью,  низким гидравлическим сопротивлением,  иметь небольшую стоимость.

      Особенность процессов каталитической очистки газов заключается в том, что они протекают при малых концентрациях удаляемых примесей. Кроме того, в газах могут содержаться не один ,а несколько вредных компонентов.

 

Катализаторы должны обладать следующими свойствами:

–  активностью и селективностью к извлекаемому компоненту;

–  пористой структурой;

–  стойкостью к катализаторным ядам;

–  механической прочностью;

–  низкой температурой зажигания;

–  большим температурным  интервалом работы;

–  термостойкостью;

–  низким гидравлическим сопротивлением;

–  иметь небольшую  стоимость.

 

          Катализатор представляет собой смесь нескольких веществ (контактная масса): каталитически активного вещества, активатора и носителя.

         Каталитически активное вещество - основа катализатора. Именно оно вступают в реакцию обменного действия. В настоящее время накоплен достаточно большой опыт выбора каталитически активных веществ для проведения различных процессов. В качестве каталитически активного вещества используются чистые металлы, оксиды металлов, а также большое количество химических соединений. Основные материалы, используемые в качестве каталитически активных веществ, применяемых при очистке газов: платиновые металлы, палладий, рутений, родий, сплавы, содержащие никель, хром, медь, цинк, ванадий.

Активаторы - вещества, которые  повышают активность катализаторов. При  этом сами активаторы обычно не обладают каталитическими свойствами, но способны усиливать действие каталитически  активных веществ. Активаторы могут  усиливать действие каталитически  активных веществ в сотни и  тысячи раз. Их действие до конца не изучено, предполагают, что они вступают в реакцию с каталитически  активным веществом. В качестве активатора могут использоваться самые разнообразные  вещества, выбор которых осуществляется чаще всего эмпирическим путем.

Носители - основание, на которое  наносится катализатор. В ряде случаев  они могут оказывать влияние  на активность и селективность катализаторов. В качестве носителей чаще всего  используют инертные пористые вещества, обладающие развитой поверхностью: силикагели, алюмосиликаты, цеолиты и т.д.

В качестве контактной массы  чаще всего используют:

1. Активный металлический  катализатор на металлическом  носителе. Например, катализатор - платина  или другой благородный металл - вместе с активаторами наносят  на стружку из никелевого сплава. Разработаны специальные катализаторы  для селективных реакций. Обычная  каталитическая установка представляет  собой неглубокую матрицу, хотя  для некоторых операций используются  цилиндрические патроны.

2. Активный металлический  катализатор на носителе из  оксида металла. Например, тонкий  слой металла платиновой группы  наносят на носитель - обожженный  α-оксид алюминия либо фосфор (свечного типа). Носитель изготавливают  в виде цилиндрических гранул, расположенных рядами, смещенными  по отношению друг к другу.

Катализатором может быть также γ-оксид алюминия с большой  удельной поверхностью и платиновым покрытием. К этой же группе относится  палладиевый катализатор на носителе из оксида алюминия.

3. Активный катализатор  - оксид металла на подложке  из оксида металла. Активные  оксиды (например, γ-А12О3), обладающие  высокой удельной поверхностью, могут быть нанесены на носитель  из оксида металла (например, на  γ-А12О3). Такая система обладает  следующими преимуществами: она  способна выдержать высокие температуры;  в ее состав входят дешевые  материалы (по сравнению с катализаторами  из благородных металлов); кроме  того, она может быть изготовлена  в виде стержней или таблеток.

К этой категории относят  также катализаторы, целиком состоящие  из активного материала, включая  и носитель; такие катализаторы называют иногда "бесподложечные". К их числу относят смесь оксидов  меди и марганца ("Хопкалит"), обеспечивающую полное сгорание углеводородов при 300-400°С, за исключением метана (30% при 400°С).

4. Активный оксид металла  на металлическом носителе. Например, каталитическая система, представляющая  собой металлическую проволоку  в качестве носителя. В процессах  очистки газов такие системы  практически не используются.

В настоящее время разрабатываются  комплексные катализаторы, обладающие активностью к нескольким реакциям (при обезвреживании нескольких вредных  веществ).

Температура, которая обычно необходима для начала каталитической реакции (температура зажигания), зависит  от присутствующих в газе веществ  и типа катализатора. Для некоторых  веществ температура зажигания  приведена в табл.1.

Таблица 1 - Температура зажигания катализаторов при каталитическом окислении.

Загрязняющее вещество в  очищаемых газах	Температура каталитического  окисления ,°С
Альдегиды, антрацены, пары масла, углеводороды	320-370
Водород, оксид углерода, метан, углерод	650-980
Оксид углерода, углеводороды	340-450
Парафины, пары масел	320-370
Водород, метан, оксид углерода, формальдегид	340
Растворители, смолы	260-400
Фенол	320-430
Маленовая и фталевая кислоты, нафтахиноны, оксид углерода, формальдегид	320-340
Углеводороды	260-650
Растворители	320
Углеводороды	320-370
Растворители, лаки	320-370

 

Рассмотрим действие основных каталитических ядов на катализаторы при очистке выбросов.

Фосфорорганические соединения, встречающиеся в аэрозолях, образуемых смазками, при окислении дают фосфорную  кислоту, которая покрывает катализатор  тонким дезактивирующим слоем.

Тяжелые металлы - свинец и  мышьяк - действуют подобно фосфатам, образуя тонкие дезактивирующие  пленки. Дезактивация и засорение  катализатора могут быть обусловлены  присутствием пыли в очищенном газе.

Если эта пыль огнеупорная (оксиды алюминия, кремния и железа), ее дезактивирующее действие может  быть постоянным; если не произошло  спекание, фильтрующие элементы могут  быть очищены и активность катализатора частично восстановится.

Временная потеря активности может быть вызвана отложением мелкой угольной пыли и сажи вследствие неполного  сгорания. В этом случае уголь выжигается из катализатора при кратковременном  повышении температуры до 350°С.

Стоимость катализатора зависит  от стоимости исходного сырья  и технологии его получения. Часто для приготовления катализаторов используют драгоценные и редкие металлы: платину , серебро, радий, палладий, рутений, церий и другие, а также цветные металлы: медь, цинк, хром, никель кобальт, олово, алюминий, титан, молибден и другие. С целью снижения стоимости следует синтезировать, где это возможно, катализаторы, не содержащие драгоценных металлов или снижать их содержание. В ряде случаев такие катализаторы по активности и другим показателям не уступают катализаторам, в состав которых входят драгоценные металлы.

Немаловажное влияние  на стоимость катализаторов оказывает  технология их приготовления. Технология получения катализаторов зависит  от того, в каком виде его получают. Например, в виде металлических сеток, гофрированной ленты, керамических блоков, таблеток, колец, шариков и  др. Наиболее часто контактные массы  получают в виде таблеток путем совместного  осаждения каталитически активных веществ с последующим добавлением  активаторов и наполнителей.

Производство таких катализаторов  включает следующие стадии: подготовку сырья ,растворение ,осаждение ,фильтрование ,промывку ,сушку, прокаливание, формовку.

 

 

 

 

 

1.2 Основные группы каталитических реакторов

      

      По способу взаимодействия газов с катализатором аппараты подразделяются на 3 группы:

1. Каталитические реакторы с фильтрующим слоем катализатора. К аппаратам с фильтрующим слоем относятся емкостные, трубчатые и полочные аппараты, принцип действия которых основан на фильтрации газа через слой неподвижного катализатора (рис.1). На этом принципе основана работа большинства контактных аппаратов. Причем катализатор может находиться в виде металлических сеток, натянутых по ходу движения газа, трубчатых контактных аппаратов или в виде твердых тел различной формы, располагаемых на перфорированных решетках. Достоинства таких аппаратов: простота конструкции. К недостаткам следует отнести отсутствие теплообмена, что позволяет проводить в них только те реакции, которые сопровождаются небольшими тепловыми эффектами.