ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Основы каталитический методов очистки из "Очистка технологических газов" Каталитические методы очистки газов основаны на взаимодействии удаляемых веществ с одним из компонентов, присутствующим в очищаемом газе, или со специально добавляемым в смесь веществом на твердых катализаторах. К таким методам применимы общие закономерности гетерогенно-каталитичесрих процессов. [c.93] И Действие катализаторов сводится к многократному промежуточному химическому взаимодействию катализатора с реагирующими соединениями, в результате которого образуются промежуточные вещества, распадающиеся в определенных условиях на целевой продукт и регенерированный катализатор [136—138]. Благодаря такому постадийному пути реакции увеличивается скорость достижения равновесия, термодинамически возможного, но трудно достижимого в отсутствие катализатора. Таким образом, очевидно, что активность катализатора определяется сто химическим составом. [c.93] Величины Е -0. г — постоянные, характерные для данной химичес-ской реакции и катализатора. [c.94] Каталитические процессы могут замедляться образующимися продуктами реакции. В этом случае в уравнение скорости реакции следует вводить значения концентрации продуктов реакции в степени со знаком минус. Торможение каталитических процессов продуктами реакции может объясняться двумя причинами. Одной из них является адсорбция продуктов реакции поверхностью катализатора, что уменьшает ее рабочую часть. [c.94] Для обратимых реакций возможен совершенно иной механизм торможения образующимися продуктами [139]. В результате протекания наряду с прямым целевым процессом обратного продукт реакции находится в равновесии с адсорбированными и присутствующими в газе исходными компонентами реакции. Это приводит к увеличению на поверхности катализатора концентрации адсорбированного компонента и к снижению содержания целевого продукта в газовой фазе, т. е. к замедлению скорости его образования. [c.94] В промышленных условиях об активности катализаторов судят по количеству продукта, получаемого с единицы объема катализатора, или по максимально допустимой объемной скорости, при которой обеспечивается требуемая степень превращения. [c.94] Вопросы теории диффузионного торможения при каталитических процессах рассмотрены в ряде научных статей и монографий [152—159]. Различают три основные области протекания каталитических процессов кинетическую, внешнедиффузиониую и внутри-диффузионную и соответствующие переходные области. [c.95] В кинетической области скорость процесса определяется только скоростью химического превращения, а в диффузионных областях она лимитируется скоростью подвода реагирующих веществ к внешней или внутренней поверхности катализатора и соответственно скоростью отвода продуктов реакции. При очистке газов реакции протекают главным образом в диффузионных областях. [c.95] Количественно скорость реакции, протекающей во внешнедиффузионной области, определяется законом Фика и выражается уравнением скорости реакции первого порядка. Для уменьшения внешнедиффузионного торможения необходимо увеличивать линейную скорость газового потока через слой катализатора. [c.95] Явления внутридиффузионного торможения связаны с пористой структурой катализаторов. Следует различать два типа диффузии — молекулярную и кнудсеновскую. Первый тип диффузии характерен для крупных пор, размеры которых превышают среднюю длину свободного пробега молекул. Поскольку длина свободного пробега обратно пропорциональна давлению, то чем больше давление, тем меньше скорость диффузии, т. е. тем труднее молекулам достигнуть внутренней поверхности катализатора. [c.95] Кнудсеновская диффузия протекает в тонких порах, причем коэффициент диффузии снижается прямо пропорционально уменьшению диаметра капилляра. Особое значение этот тип диффузии имеет для процессов, проходящих при низких давлениях, а под давлением около 29,4 МПа (300 кгс/см ) ока становится заметной лишь в норах размером порядка 10 см. [c.95] При сопоставлении скоростей химического превращения и диффузии реагирующих веществ внутри зерен катализатора было сделано заключение [149, 159, 160] об оптимальной пористой структуре катализатора. Для медленнопротекающих реакций, когда скорость диффузионного переноса значительно превышает скорость химического превращения, выгоден катализатор с тонкопористой структурой. Для быстрых реакций, когда скорость химического превращения в глубине зерен заметно ниже, чем на их внешней поверхности, наиболее выгодны катализаторы с размером пор, близким к средней длине свободного пробега реагирующих молекул (при атмосферном давлении — порядка 10 см, при 29,4 МПа — около 10- см). [c.95] В последнее время все шире стали применяться катализаторы в виде полых цилиндров, фигурных кусочков, монолитов по типу пчелиных сот и т. д. Кроме того, ведутся работы по созданию контакт- ных аппаратов с малым гидравлическим сопротивлением, например реакторы с радиальным ходом газа. [c.96] Наряду с активностью и пористой структурой промышленных катализаторов к важнейшим их свойствам относятся стабильность, селективность, или избирательность действия, прочность, нас гпная плотность. Стабильность катализаторов определяется устойчивостью к длительному воздействию температуры (при которой проводится процесс), а также компонентов газовой смеси, отравляющих катализатор. [c.96] Протекание побочных реакций при очистке газа нежелательно, так как это усложняет технологическую схему процессов. Насыпная плотность зависит от химического состава и условий формирования катализатора. Эта величина учитывается при расчете контактных аппаратов. [c.97] Большинство катализаторов подвергается восстановлению, которое осуществляется при приготовлении катализаторов или непосредственно в контактных аппаратах. Процесс восстановления оказывает большое влияние на формирование активной поверхности катализатора. [c.97] В последние годы все более широко используются каталитические методы очистки промышленных газов, поэтому большинство исследований посвящено созданию новых и усовершенствованию уже существующих катализаторов. Предвидение каталитического действия имеет такой же смыс.ч, что и предсказание скорости химических реакций, но более сложно из-за участия в процессах дополнительного компонента — катализатора. Поэтому приемы подбора катализаторов весьма разнообразны и основаны на эмпирических или полу-эмпирических методах [149—151] с использованием экспериментальных данных о взаимодействии реагирующих веществ с катализатором (энергия и энтропия хемосорбции, состав и строение продуктов поверхностного взаимодействия, полярность образующихся связей и т. д.). Перспективность этого пути обусловлена прогрессом в области физических методов исследования хемосорбции и катализа. [c.97] Основное достоинство каталитических способов — возможность достижения высокой степени очистки [152, 153]. Предел чистоты газа, который может быть достигнут при каталитическом методе, определяется условием химического равновесия протекающей реакции при данных температуре и давлении. Б большинстве случаев константы равновесия реакций, на которых основаны методы каталитической очистки газов в производстве аммиака, очень велики (данные по равновесию приведены в главах, где рассматриваются процессы очистки газов от отдельных примесей). При температурах 100— 500 °С процессы можно рассматривать как практически необратимые, что дает возможность получать газ с низким остаточным содержанием примесей. [c.97] Вернуться к основной статье