Каталитическая очистка отходящих газов производства карбамидоформальдегидного КФК концентрата: современное решение на базе платинового катализатора ТПС-307
Технология каталитического дожига: принцип и преимущества
Основные преимущества каталитического метода по сравнению с термическим дожигом:
- Более низкая температура процесса (200–400°C против 800–1150°C при термическом сжигании)
- Экономичность — снижение расхода энергии на подогрев газов в 2–2,5 раза
- Высокая эффективность — практически полное удаление примесей
- Отсутствие вредных побочных продуктов — в отличие от термического метода, где при наличии серы, фосфора или галогенов образуются высокотоксичные соединения
- Отсутствие вторичных загрязнителей, таких как NOx, CO в случае применения термического дожигания.
Химизм процесса окисления
СН₃ОН + 1,5 О₂ → СО₂ + 2Н₂О + Q (окисление метанола)
СН₂О + О₂ → СО₂ + Н₂О + Q (окисление формальдегида)
СО + 0,5О₂ → СО₂ + Q (окисление оксида углерода)
Типовое аппаратурное оформление узла дожига
Узел дожига отходящих газов в составе установки производства КФК включает следующее основное оборудование:
Газодувка — для подачи газового потока
Электроподогреватель — для нагрева газов до температуры зажигания
Теплообменник — для рекуперации тепла и регулирования температуры
Дожигатель — основной аппарат, где происходит каталитическое окисление
Характеристики основного аппарата дожигателя:
Диаметр аппарата: 1400 мм
Высота аппарата: 3325 мм
Объем аппарата: 3 м³
Высота цилиндрической части от колосника: 1100 мм
Рабочая среда: отходящие газы
Особенностями процесса получения концентрата КФК является то, что температура и объем выбросов постоянны и отсутствуют кратные колебания в объема газа на очистку, состав выбросов также постоянен. В этих условиях применение каталитической очистки оказывается оправдано и экономически выгодно.
Типовой состав отходящих газов, поступающих на дожиг
Входящий газовый поток имеет следующий состав:
Компонент | Концентрация, об.% |
Азот (N₂) | 88,66 |
Пары воды (H₂O) | 4,59 |
Кислород (O₂) | 4,30 |
Аргон (Ar) | 1,06 |
Оксид углерода (CO) | 0,85 |
Формальдегид (CH₂O) | 0,39 |
Диоксид углерода (CO₂) | 0,12 |
Метанол (CH₃OH) | 0,03 |
Объем выбросов составляет от 2800 до 4700 Нм³/час, масса выбросов — от 3600 до 6040 кг/час.
Каталитизатор очистки на базе ТПС-307
Ключевые характеристики катализатора СК-307
Параметр | Значение |
Тип | Платиновый (Pt > 550 ppm) |
Содержание платины | 0,48 г/л |
Форма гранул | Сферическая, диаметр 3–5 мм |
Насыпная плотность | 0,70 кг/л |
Удельная поверхность | > 150 м²/г |
Потери при истирании | < 3 % |
Химический состав (типичный) | Pt > 550 ppm; S < 0,06%; Cl < 0,01%; Si 0,01%; Na < 0,4%; Al₂O₃ — баланс |
Параметры загрузки катализатора
Параметр | Значение |
Необходимый объем катализатора | 180 литров |
Минимальная температура на входе | 240°C |
Ожидаемый прирост температуры (∆T) | 151°C |
Количество катализаторных полок | 1 |
Высота слоя катализатора | 117 мм |
Объемная скорость | 26111 Нм³/(м³·ч) |
Максимальная температура в слое | 525°C |
Перепад давления (на чистом катализаторе при 240°C) | 21,2 мбар |
Технологические гарантии и эффективность
Рекомендуемая фиксация слоя катализатора осуществляется с помощью слоя керамических шаров и удерживающей решетки сверху для минимизации истирания катализатора.
Компания ООО НПФ ТОПСЕ предоставляет следующие гарантийные показатели:
Показатель | Гарантируемое значение |
Остаточное содержание метанола на выходе | < 20 мг/м³ |
Остаточное содержание формальдегида на выходе | < 20 мг/м³ |
Остаточное содержание CO на выходе | < 20 мг/м³ |
Гарантированный срок службы | 40000 часов (5 лет) |
Требования к содержанию каталитических ядов в газовом потоке ограничены для обеспечения долговременной работы катализатора:
Сера: < 400 мг/Нм³
Хлор + бром + йод: < 0,02 мг/Нм³
Кремний: < 0,003 мг/Нм³
Фосфор: < 0,001 мг/Нм³
Соединения B, Ge, As, Se, Te + металлы: < 0,001 мг/Нм³
Реальные расчетные данные по остаточным содержаниям веществ составляет менее 5 мг/нм3, что на практике является достижимыми значениями.
Управление температурным режимом
- Стабильную работу катализатора при оптимальной температуре
- Эффективное протекание реакций окисления
- Минимальный перепад давления на катализаторе
Выводы
Данное техническое решение базируется на многолетнем опыте применения подобных катализаторов в химической промышленности и подтверждено технологическими гарантиями, обеспечивающими надежную работу установки в течение всего заявленного срока службы.