Исследование гидравлического сопротивления катализаторов различной формы для процесса очистки газовых выбросов от диоксида серы Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

УДК 544.4 7: 502.174: 628.4.038

М. Ю. Лазарев, И. А. Махоткин, Ф. Ш. Шарафисламов

ИССЛЕДОВАНИЕ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ КАТАЛИЗАТОРОВ РАЗЛИЧНОЙ ФОРМЫ ДЛЯ ПРОЦЕССА ОЧИСТКИ ГАЗОВЫХ ВЫБРОСОВ ОТ ДИОКСИДА СЕРЫ

Ключевые слова: гидравлическое сопротивление, катализатор, скорость газа, очистка газов от диоксида серы.

Исследовано гидравлическое сопротивление катализаторов различной формы для процесса очистки газовых выбросов от диоксиды серы. Установлено, что катализатор в виде сотового блока имеет значительно меньшее гидравлическое сопротивление по сравнению с катализатором гранулированной формы.

Keywords: hydraulic resistance of the catalyst, the rate of gas from the gas scrubbing sulfur dioxide.

Hydraulic resistance of catalysts studied various shapes for cleaning process gases from sulfur dioxides. Found that the catalyst in the honeycomb block has a much lower hydraulic resistance than the granular form of the catalyst.

Известно, что в процессе каталитической очистки отходящих газов от диоксиды серы существуют большие энергозатраты, связанные с повышенным гидравлическим сопротивлением системы. Основную долю гидравлического сопротивления составляет слой катализатора, уложенного на решетке реактора. Задача снижения гидравлического сопротивления системы очистки газов на сегодняшний день является актуальной.

Из проведенных исследований процесса каталитического окисления 802 в 803 видно, что процесс протекает в диффузионной области и лимитируется диффузией диоксида серы в зону реакции [1]. В связи с этим, для интенсификации процесса очистки диоксида серы на железооксидных и ванадиевых катализаторах предложено увеличивать скорость газового потока, что приводит к резкому росту скорости реакции превращения диоксида серы в триоксид [2].

Однако с увеличением скорости газа растет и гидравлическое сопротивление слоя катализатора [3], что приводит к увеличению эксплуатационных затрат. Зависимость гидравлического сопротивления катализатора от скорости газа описывается уравнением:

Ap = k • w 1

(1)

где Ар - гидравлическое сопротивление слоя катализатора, Па; к - коэффициент сопротивления слоя; ш - скорость газа, м/с; а - степень турбулизации газового потока.

Исследования гидравлического

сопротивления слоя проводились на образцах катализатора в виде гранул и сотового блока [4].

Экспериментальные исследования

гидравлического сопротивления слоя катализатора проводились на экспериментальной установки, схема которой представлена на рисунке 2.

Рис. 1 - Схема исследованного катализатора в виде сотового блока (100х100 мм, канал 6х6 мм)

Рис. 2 - Схема установки по определению гидравлического сопротивления слоя катализатора: 1 - воздуходувка; 2 - диафрагма; 3, 6 - дифманометры; 4 - нижняя часть аппарата; 5 - верхняя часть аппарата; 7 -перфорированная перегородка; 8 - слой катализатора

Установка работает следующим образом: Воздух нагнетается в фильтрующий аппарат при помощи воздуходувки 1. Воздуходувка позволяет регулировать мощность электродвигателя, тем самым регулируя расход газа. Расход газа замеряется по показанию дифманометра 3, подключенного к диафрагме 2. В нижней части фильтрующего аппарат 4 установлена перфорированная перегородка 7, на которую укладывается катализатор. Гидравлическое сопротивление катализатора замеряется по показаниям дифманометра 6 в мм. вод. ст. Концы дифманометра снабжены газоотборными трубками и смонтированы соответственно до и после слоя катализатора.

Результаты исследования представлены в виде кривых на рисунке 3. Кривые рис. 3 показывают, что по сравнению с гранулированным катализатором исполнение катализатора в виде

сотовых блоков обеспечивает резкое сокращение величины гидравлического сопротивления.

0123456769

V. м/с

Рис. 3 - Зависимость гидравлического сопротивления катализатора от скорости газа: 1 - слой гранулированного катализатора СВД высотой 200 мм; 2 - сотовый катализатор, изготовленный из шламовых отходов Заинской ГРЭС высотой 4000 мм

Однако сотовые блоки сложны в изготовлении. В этой связи возможно изготовление оребренных пластин, с помощью которых легко создается блок сотовой структуры [5].

............ [ииши

|| || || || || дО;;

иооии* ииоии-

■ - ■_;_^_■*> ■.__и

Таким образом показано, что использование катализаторов в виде сотового блока существенно снижает гидравлического слоя и позволяет увеличивая скорость газа интенсифицировать процесс очистки газов от диоксида серы на ванадиевых и железооксидных катализаторов.

Литература

1. Лазарев М. Ю. Исследование кинетики реакции каталитического окисления SO2 в SO3 на новом и регенерированном катализаторе СВД / М.Ю. Лазарев, Ф.Ш. Шарафисламов, И.А. Махоткин // Вестник Казанского технологического университета. -2012. -Т.15, № 5.- С.32-35.

2. Лазарев М.Ю. Исследование процесса каталитического окисления SO2 в SO3 кислородом воздуха на катализаторе из шламовых отходов теплоэлектростанций / М.Ю. Лазарев, Ф.Ш. Шарафисламов, И.А. Махоткин// Вестник Казанского технологического университета. -2012. - Т.15, № 5.-С.38-40.

3. Гельперин Н.И., Коган А.М., Криница Г.И. Гидравлическое сопротивление и удельная поверхность зернистых материалов // Химическая промышленность.-1977.-№2.-С.67-68.

4. Красильников В.В., Махоткин А.Ф., Шарафисламов Ф.Ш. Исследование кинетики процесса окисления аммиака на различных катализаторах для минимизации выброса в атмосферу. Отчет по дог. №15/99 НТ, КМИЦ НТ. -Казань, 2000.

5. Лазарев М.Ю. Очистка отходящих газов от диоксида серы на основе катализатора из отходов производств. Дисс... канд. техн. наук: Казань, КНИТУ. 2012. - 168с.

Рис. 4 - Схема исследованного сотового катализатора в виде набора оребренных пластин

© М. Ю. Лазарев - к.т.н., ст. препод. каф. ОХЗ КНИТУ, [email protected]; И. А. Махоткин - к.т.н., доцент той же кафедры; Ф. Ш. Шарафисламов - к.т.н., зав. лабораторией той же кафедры.