Очищення викидних газів абсорбції від оксидів нітрогену у виробництві нітратної кислоти

Abstract

Дисертація на здобуття наукового ступеню кандидата технічних наук за спеціальністю 05.17.01 – Технологія неорганічних речовин. – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", Харків, 2016. Дисертація присвячена розробці технології приготування каталізатору для промислових процесів селективного каталітичного відновлення (СКВ) оксидів нітрогену аміаком. На основі експериментальних досліджень визначені оптимальні параметри технології підготовки носія на основі оксиду титану для подальшого нанесення каталітично активної речовини. Встановлені оптимальні умови нанесення активної речовини – платини – з розчину H₂[PtCl₆] на поверхню носія, а саме: число просочень – 1, час просочення – 5 хв., концентрація розчину для просочення – 10%. Доведений позитивний вплив модифікаторів у процесі приготування каталізаторів методом просочення. Фізико-хімічними дослідженнями обґрунтовано застосування в процесі просочення мурашиної кислоти, в якості конкуруючого адсорбату, та доведені її відновлюючи властивості. Проведені експериментальні дослідження стосовно впливу промислових параметрів (температури, об’ємної швидкості) на активність отриманих каталізаторів. Показано кореляцію між розміром платинових кристалітів та тривалістю експлуатації каталізатора, що підпорядковується експоненціальній залежності і показує зменшення часу роботи каталізатора зі збільшенням розміру кристалітів при спіканні. Створено математичну модель процесу. Досліджені кінетичні характеристики процесу відновлення NOx аміаком, що дозволило визначити оптимальні умови процесу очищення: Т = 473 – 523 К, об'ємна швидкість 50 000 – 60 000 м³/год на каталізаторі, модифікованому мурашиною кислотою. Розроблено блочний каталізатор, реактор відновлення до нього та запропоновано принципову схему виробництва. Виконано техніко-економічне обґрунтування виробництва блочного каталізатору та проведена еколого-економічна оцінка його роботи. Показано, що розроблений каталізатор має гідравлічний опір в 12 разів нижче, ніж у промислового АВК-10. Еколого-економічні розрахунки показали, що зниження газового опору та зменшення у 2,5 рази екологічних витрат призведе до економії в розмірі 16 038 720 грн протягом 8 років, тобто протягом всього періоду роботи каталізатора.

Thesis for a Candidate of Techical Sciences degree by speciality 05.17.01 – Technology of inorganic substances. – National technical university "Kharkov polytechnical institute", Kharkov, 2016. Thesis is devoted to the development of technology for preparing the catalyst for industrial processes of selective catalytic reduction (SCR) of nitrogen oxides with ammonia. Optimal technological parameters of preparation of carrier based of titanium oxide for following impregnation with catalytically active substance have been experimentally determined. Optimal parameters of application of the active substance – platinum – from solution of hexachloroplatinic acid on the surface of carrier have been found: the number of impregnations is 1, the impregnation time is 5 min, the concentration of the impregnation solution is 10%. The positive influence of modifiers – monobasic organic acids – on the catalyst preparation by impregnation has been proved. Application of formic acid in impregnation as a competing adsorbate and as a reducing agent has been substantiated by means of physico-chemical investigations. Experimental researches of the influence of industrial parameters (temperature, gas hourly space velocity) on the activity of obtained catalysts have been carried out. Correlation between the size of platinum crystallites and the time of catalyst operation has been determined. It obeys the exponential dependence and shows decrease in running time of the catalyst with increase in size of crystallites during sintering. Mathematical model of the SCR process has been developed. Kinetic investigations of the process of NOx reduction on obtained catalysts have been carried out. They allowed to determine the optimal conditions of purification, which are as follows: the maximum degree of reduction can be achieved at T = 473 – 523 K and the bulk gas flow 50 000 – 60 000 m³/h on a catalyst modified with formic acid. The designs of the block catalyst having cellular structure and industrial reactor for it have been suggested. It is shown that the gas flow resistance of the developed catalyst is 12 times lower than that of the ABK-10. Ecological-economic calculations and economic benefit estimation show that decrease of gas flow resistance and 2.5-fold ecological costs reduction will result in savings of 16,038,720 UAH during 8 years, i.e. during full period of catalyst operation.