Разработка технологических основ использования природного цеолита для денитрации дымовых газов котельных установок

• Автор: Купрюнин, Алексей Александрович
• Шифр специальности: 05.14.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 169 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. Состояние исследований и опыта использования сорбентов в газоочистке
1.1. Анализ эффективности существующих методов очистки дымовых газов от оксидов азота
1.2. Физико-химические основы адсорбционных взаимодействий
1.3. Механизм переноса вещества в пористых сорбентах
1.4. Сорбция в потоке газовой смеси
1.5. Постановка задачи исследования
ГЛАВА 2. Физико-химические исследования природного цеолитово-
го материала
2.1. Обоснование выбора типа цеолита
2.2. Идентификация фаз в составе минерального сырья
2.3. Количественная оценка состава цеолитового материала
2.4. Термические преобразования
2.5. Влияние фракционного состава на термические преобразования
2.6. Выводы
ГЛАВА 3. Методические основы экспериментальных исследований
3.1.Подготовка сорбента
3.2. Получение оксидов азота и несущих газов
3.3.Измерение концентрации оксидов азота
3.4.Описание экспериментальной установки с неподвижным слоем
сорбента и методика исследований
3.5.Описание экспериментальной установки с движущимся сорбентом и методика исследований
3.6. Первичная обработка экспериментальных данных
ГЛАВА 4. Исследование свойств природного цеолита как сорбента
4.1. Кинетика адсорбции и десорбции
4.2. Влияние температуры дегидратации цеолита на сорбционные свойства
4.3. Влияние фракционного состава на сорбционные свойства
4.4. Адсорбция оксидов азота из потока газовой среды
4.5. Оценка погрешности измерений

4.6. Анализ полученных результатов и основные выводы
ГЛАВА 5. Использование сорбционных свойств цеолита для очистки
газов парового котла ТЭС
5.1. Опытная установка очистки дымовых газов сорбентами
5.2. Основные результаты проведенных испытаний
5.3. Сравнение результатов лабораторных и промышленных экспериментов
5.4. Рекомендации по снижению содержания оксидов азота в дымовых газах ТЭС при помощи цеолита
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ
Проблемы экологической безопасности, возникающие как следствие несовершенной хозяйственной деятельности человека, стали определять уровень и перспективы социально-экономического развития общества. Несмотря на то, что на долю природных источников загрязнения воздуха приходится свыше 50% соединений серы, 93% оксидов азота, значительная доля оксида углерода и ряд других загрязнителей, всё же наибольшую опасность создают искусственные источники загрязнения воздуха, связанные с деятельностью человека, в первую очередь процессы сжигания топлива [1].
Работа тепловых электростанций на органическом топливе сопровождается выбросом в окружающую среду значительного количества отходов. По расчетам Минтопэнерго России, на 1 кВт установленной мощности ежегодно приходится в среднем в виде отходов 500 кг золошлаков, 75 кг оксидов серы, 10 кг оксидов азота и до 30 ГДж сбросного тепла [2]. Поэтому участие энергетических предприятий в загрязнении окружающей среды продуктами сгорания топлива, твёрдыми отходами и низкопотенциальным теплом значительно. Только в атмосферу тепловыми электростанциями и котельными выбрасывается вредных веществ около 25% валового выброса промышленности России. Экологические показатели электростанций не в полной мере отвечают современным, а тем более перспективным требованиям охраны природы. Так, на ТЭС использование золошлаковых отходов не превышает 15%, а удельные выбросы золы, сернистого ангидрида и оксидов азота в среднем по отрасли составляют 25, 26 и 4,9 кг/т условного топлива соответственно [3]. Это обусловлено в основном отсутствием промышленного выпуска оборудования для очистки дымовых газов ТЭС от оксидов серы и азота, недостаточно высокой эффективностью работы золоуловителей, увеличивающейся зольностью энергетических углей и значительным содержанием серы в топочном мазуте, отсутствием средств контроля выбросов и сбросов ТЭС.
Из более чем 200 загрязнителей атмосферного воздуха, на которые установлены нормы ПДК, следует выделить в качестве основных [4]: твердые частицы (пыль, зола, сажа), оксиды серы, оксиды азота, оксиды углерода, углеводороды, и другие органические вещества, выброс которых составляет 98% общего количества вредных веществ, поступающих в атмосферу. Для большинства промышленных регионов характерно следующее весовое соот-

леводородные газы также можно разделить на цеолитах, но при температуре выше 100°С [63].
Молекулярные сита активно поглощают влагу, которая оказывает влияние на время выхода компонентов [45]. Для стабильной работы колонки с молекулярными ситами необходимо тщательно удалять влагу из анализируемого газа и газа-носителя. Перед наполнением колонки молекулярные сита необходимо тщательно высушить (дегидратировать).
При комнатной температуре дегидратированные цеолиты способны большими объемами адсорбировать влагу, которая ухудшает поглотительные свойства молекулярных сит, но при увеличении температуры поры цеолита все меньше и меньше удерживают молекулы воды, а уже при температуре 200-300°С адсорбция паров составляет лишь 2-3%, которая в этих условиях не уменьшает, а наоборот, даже улучшает удержание некоторых оксидных и углеводородных газов, так как молекулы остаточной воды способствуют образованию дополнительных водородных связей с адсорбентом [64].
Таким образом, в диапазоне температур уходящих газов топливосжигающих устройств (100-200°С) цеолиты проявляют наибольшую сорбционную способность, в частности, относительно оксидов азота.
1.5. Постановка задачи исследования
Проведенный анализ состояния исследований и опыта использования природных сорбентов в газоочистке позволяет сделать следующие выводы.
1. Наибольшей перспективностью обладают сорбционные методы с применением природного цеолита, так как данный сорбент сравнительно не дорог, обладает большой адсорбционной емкостью и может одновременно поглощать несколько вредных компонентов газовой смеси. Для предприятий энергетического комплекса наиболее приемлем сухой метод очистки дымовых газов, заключающийся в распылении цеолита в объеме уходящих газов.
2. Цеолиты обладают уникальными свойствами, такими как сорбционная избирательная способность и молекулярно-ситовой эффект, возможность частичной или полной регенерации, которые позволяют использовать данные минералы для очистки газовых сред от токсичных соединений.