Розробка каталізаторів для знешкодження токсичних оксидів азоту в газових викидах виробництва азотної кислоти

Abstract

Вступ. Зниження рівня викидів оксидів азоту (NOₓ) промисловими підприємствами залишається однією з важливих проблем захисту навколишнього середовища. Основним способом знешкодження викидів NOₓ є процес селективного каталітичного відновлення (СКВ), ефективність якого визначається активністю каталізаторів, які потребують вдосконалення. Проблематика. СКВ NOₓ амоніаком з використанням каталізатора АВК-10 є основним способом знешкодження токсичних сполук NOₓ у газових викидах підприємств азотної промисловості. Зазначений каталізатор містить в своєму складі токсичний ванадій і за рівнем очистки від NOₓ та розкладанням залишкового NH₃ не відповідає сучасним санітарним вимогам. Отже, важливим є розроблення та апробація технології виготовлення безванадієвих каталізаторів для зазначеного процесу. Мета. Розробка та впровадження технологічних засад виготовлення високоактивого алюмо-мідно-цинкового (АМЦ) каталізатора СКВ NOₓ для знешкодження викидів при виробництві азотної кислоти. Матеріали й методи. АМЦ каталізатори готували шляхом просочення гранул γ-Al₂O₃ (марки А-1) розчинами нітратів міді та цинку. Активність каталізаторів визначали в оснащеній газоаналізатором установці проточного типу. Результати. Розроблено технологію приготування нанофазних АМЦ каталізаторів із «скоринковою» структурою активного шару для СКВ NOₓ в газових викидах виробництва азотної кислоти, яка забезпечує локалізацію оксиду міді в приповерхневому шарі гранули-носія, що обумовлює вищу активність, порівняно з існуючими каталізаторами. Висновки. Відпрацьовано технологічний процес виготовлення розробленого АМЦ каталізатора в умовах Товариство з додатковою відповідальністю «Каталізатор», м. Кам'янське (Дніпропетровська обл.). Випробування на дослідно- промисловій установці на діючому агрегаті неконцентрованої азотної кислоти холдингу «Ostchem» показали, що розроблений каталізатор забезпечує зниження залишкових оксидів азоту в очищеному газі до рівня 0,001—0,002 % об. і практично повну відсутність амоніаку.

Introduction. Reducing nitrogen oxides (NOₓ) emissions from industrial plant is one of the most important environmental issues. Selective catalytic reduction (SCR) of NOₓ is the main way to neutralize NOₓ emissions, the effectiveness of which is determined by the activity of catalysts that need to be improved. Problem Statement. SCR NOₓ with ammonia using alumina-vanadic catalyst (AVC-10) is the main method for neutralizing toxic NOₓ in gas emissions from nitrogen industry plants. However, this catalyst contains toxic vanadium and does not meet present-day requirements for degree of purification from NOₓ and decomposition of residual NH₃. Therefore, it is very important to develop and to implement a technology for manufacturing vanadium-free catalysts to neutralize NOₓ in gas emissions and for their further use in industry, which will help improve the environment condition. Purpose. To develop and to implement technology fundamentals for producing a highly active alumina-copper-zinc catalyst for SCR NOₓ with ammonia to neutralize NOₓ emissions in nitric acid production. Materials and Methods. Aluminum-copper-zinc catalysts are prepared by impregnating γ-Al₂O₃ granules (grade A-1) with solutions of copper and zinc nitrates. The activity of catalysts is determined in a flow-bed reactor equipped with a gas analyzer. Results. A technology for preparation of nanophase alumina-copper-zinc catalysts with a "crust" structure of the active layer for selective reduction of nitrogen oxides in gas emissions of nitric acid production has been developed. The technology ensures the localization of copper oxide in the surface layer of carrier granules, which causes a high activity of catalysts based on this technology as compared with conventional catalysts. Conclusions. The technological process of designed catalyst production has been worked out under conditions of Katalizator Additional Liability Company, Kamianske (Dnipro Oblast). Tests carried out using a pilot plant at operating unit for non-concentrated nitric acid production at Ostchem have showed that the designed catalyst ensures reducing the amount of residual nitrogen oxides in purified gas down to 0.001—0.002% vol. and removing almost all ammonia from the gas.

Введение. Снижение уровня выбросов оксидов азота (NOₓ) промышленными предприятиями остается одной из важных проблем защиты окружающей среды. Основным способом обезвреживания выбросов NOₓ является процесс селективного каталитического восстановления (СКВ), эффективность которого определяется активностью катализаторов, которые нуждаются в совершенствовании. Проблематика. СКВ NOₓ аммиаком с использованием катализатора АВК-10 является основным способом обезвреживания токсичных NOₓ в газовых выбросах предприятий азотной промышленности. Указанный катализатор содержит в своем составе токсичный ванадий и по уровню очистки от NOₓ и разложением остаточного NH₃ не соответствует современным требованиям. Следовательно, важным является разработка и апробация технологии изготовления безванадиевих катализаторов для данного процесса. Цель. Разработка и внедрение технологических основ изготовления высокоактивного алюмо-медь-цинкового катализатора селективного восстановления оксидов азота аммиаком для нейтрализации выбросов NOₓ в производстве азотной кислоты Материалы и методы. АМЦ катализаторы готовили путем пропитки гранул γ-Al₂O₃ (марки А-1) растворами нитратов меди и цинка. Активность катализаторов определяли в установке проточного типа оснащенную газоанализатором. Результаты. Разработана технология приготовления нанофазных АМЦ катализаторов с «корочковой» структурой активного слоя для СКВ NOₓ в газовых выбросах производства азотной кислоты, которая обеспечивает локализацию оксида меди в приповерхностном слое гранулы-носителя, что обусловливает высокую активность по сравнению с существующими катализаторами. Выводы. Отработано технологический процесс изготовления разработанного АМЦ катализатора в условиях общества с дополнительной ответственностью «Катализатор», г. Каменское (Днепропетровская обл.). Испытания на опытно-промышленной установке на действующем агрегате производства неконцентрированной азотной кислоты холдинга «Ostchem» показали, что разработанный катализатор обеспечивает снижение остаточных оксидов азота в очищенном газе до уровня 0,001—0,002 % об. и практически полное отсутствие аммиака.