Скажи «Прощай» термическому окислению
Термо- и каталитические очистки воздуха и отходящих газов от летучих горючих соединений широко используется по всему миру. И для одних предприятий наиболее оптимальным является термический дожиг, для других — каталитический. Термический дожиг появился на несколько десятилетий раньше и успел стать традиционным и широко известным. В тоже время с развитием промышленности и технологий появились новые более экономичные способы очистки газов, например, с помощью катализаторов. Что лучше? Предлагаем разобраться.
История развития каталитического окисления химических соединений в отходящих газах начинается около 40 лет назад и за последние десятилетия получила существенное развитие по всему миру. На это есть несколько причин. Во-первых, есть естественное стремление предприятий к сокращению издержек на операционные (электроэнергия, энергоносители) и капитальные расходы. Во-вторых, в Европе технология каталитического окисления отходящих газов была внесена в список наилучших
доступных технологий в 1996 (в соответствии со статьей 16 (2) Директивы Европейского Совета 96/61/EC от 24 сентября 1996 года, касающейся комплекса мер по контролю и защите окружающей среды), что дало возможность к активному развитию катализаторов и дальнейшему применению на предприятиях. В Европе в наши дни сформировался устойчивый тренд по реконструкции термоокисления до каталитического целью получения экономии на энергоресурсах.
Развитие катализаторной промышленности происходит быстрее, чем многие люди могут себе представить. За два десятилетия мировые производители катализаторов окисления смогли предложить решения, которые в корне меняют сформированные ранее убеждения покупателей.
Одним из убеждений покупателей является стоимость и срок службы катализатора. Стоимость катализатора зависит от содержания драгоценных металлов (например, платины, палладия), которые используются при производстве, а также технологии нанесения металлического активного слоя на поверхность носителя катализатора. На сегодня успешно применяются катализаторы на основе переходных металлов (медь, марганец, никель), которые по своей эффективности и сроку службы часто превосходят катализаторы на основе благородных металлов. Катализаторы на основе переходных металлов оказываются до 50% более экономичными, чем катализаторы с драгоценными металлами.
Другим технологическим прорывом является технология нанесения активных центров металла на поверхность. Активность катализатора выше, когда растет количество активных центров металла на поверхности носителя. Стало возможным ультрадисперсное распределение центров металла, что привело к экономии на количестве драгоценных металлов с сохранением эффективности работы катализатора и его срока службы. Такое решение позволяет понизит стоимость катализатора в 2-4 раза.
Таким образом, убеждение в дороговизне катализаторов окисления часто оказывается нерелевантным.
Таким образом, убеждение в дороговизне катализаторов окисления часто оказывается нерелевантным.
Основным сомнением потенциальных клиентов является оценка срока службы катализатора при данных условиях эксплуатации предприятия. На срок службы катализатора влияет наличие катализаторных ядов, количество и состав компонентов в газе (далее – нагрузка на катализатор), температурный режим работы. Наличие ядов (P, S, Si, Cl2, Br2, I2 и т.д.) в газовой смеси – это задача, которая ограничивает использование катализаторов. В то же время, понимая эту задачу, производители катализаторов разрабатывают новые решения, которые оказываются более стойкими к тем или иным примесям. Например, уже сейчас успешно применяются катализаторы, которые полностью устойчивы к соединениям серы, таким как SO2. При разумных концентрациях примесей, таких как Si, P и др. порядка 0,05-10 мг/нм3 срок службы катализатора рассчитывается с учетом дополнительного объема на реализацию наихудшего сценария.
Ниже приводим несколько примеров для понимания составов компонентов газов и концентраций, для которых катализаторы применяются по всему миру с высокой эффективностью и стабильностью:
Компания | Состав газов | Срок службы катализатора |
Индонезия, производство очищенной терефталевой кислоты | До 940 кг/ч смеси уксусной кислоты, метилбромида, метилацетата, СО. Общий поток 70000 нм3/ч с примесями силиконов, брома | Срок службы катализатора составляет до 6 лет с общей конверсией >98%. Старт установки в 1996. Подобные референсы в Южной Корее, Тайвани |
Бразилия, производство малеинового ангидрида | До 4700 кг/ч смеси малеинового ангидрида, бензола, СО. Общий поток 54000 нм3/ч | Срок службы катализатора составляет до 6 лет с общей концентрацией выбросов <50 мг/нм3. Старт установки в 2001. Подобные референсы в Италии, Тайвани |
Швеция, печатающее производство | До 30 кг/ч смеси растворителей и ядов из красок – этилацетат, бензол, ацетон, толуол, метилацетат. Поток 10000 нм3/ч, работа 24/7 | Срок службы катализатора составляет 3 года с конверсией 99,5%. 6 установок запущено в период с 1986 до 2001 годы |
Бразилия, производство формальдегида | До 600 кг/ч смеси формальдегида, метанола, муравьиной кислоты, СО, диметилового эфира. Поток 20000 нм3/ч | Срок службы катализатора составляет 4 года с конверсией 99%. Запуск в 2012 году. |
Как видно из таблицы, с помощью катализаторов возможно решение более сложных задач как по составу газовых компонентов, так и по количество и потоку.
Преимущества, которые дает каталитическое окисление, подробно описаны в литературе и подтверждены на практике. Приводим основные ниже:
1. Температура протекания процесса окисления от 200 до 400 °С
2. Реакция окисления происходит на поверхности катализатора без открытого пламени
3. Отсутствие вторичных выбросов в виде NOx, CO
4. Конверсия веществ до 99,99% до углекислого газа и воды
5. Установка занимает меньше места, более легкая
6. Меньше выбросы СО2 за счет экономии газа
7. Быстрый разогрев/охлаждение
Преимущества, которые дает каталитическое окисление, подробно описаны в литературе и подтверждены на практике. Приводим основные ниже:
1. Температура протекания процесса окисления от 200 до 400 °С
2. Реакция окисления происходит на поверхности катализатора без открытого пламени
3. Отсутствие вторичных выбросов в виде NOx, CO
4. Конверсия веществ до 99,99% до углекислого газа и воды
5. Установка занимает меньше места, более легкая
6. Меньше выбросы СО2 за счет экономии газа
7. Быстрый разогрев/охлаждение
Как видим, основная экономия от применения каталитического окисления состоит в природном газе. Из нашего опыта, потребление газа при каталитическом окислении обычно отличается в 3−4 раза в сравнении с термоокислением. Если предприятие рассматривает возможность модернизации термического дожига для возможности выполнения новых экологических требований в России по выбросам, то с каталитическим окислением возможно достичь окупаемости проекта за 3−5 лет.
Производители термодожигателей также предлагают оптимальные решения по энергосбережению — это и регенеративный, и рекуперативный термодожиги, в которых тепло от реакции окисления используется для нагрева газов. Однако важно отметить, что для окисления газовых компонентов необходимо поддержание температуры выше температуры самовоспламенения горючих соединений. В противном случае, мы говорим только о нагреве газов, а не об их окислении. Например, для ацетона это составляет мин. 650 °C. Таким образом, при термодожигании нужно расходовать газ для поддержания достаточной температуры (750−850 °С) по всему объему реактора.
Другим энергосберегающим фактором является температура на выходе из установки очистки. Для термического окисления обычно это 300−400 °С, для каталитического — 100−150 °С. Низкая температура на выходе из установки каталитического окисления связана с тем, что теплообмен происходит непосредственно после реактора окисления. Дополнительное тепло после реактора используется для нагрева входящего газа. Для термического окисления терморекуперация происходит внутри реакторов (теплообменник или например, керамические термоадсорбенты), что обеспечивает равномерный прогрев всей конструкции до 750−850 °С. Для снижения температуры на выходе и на дымовой трубе требуется установка дополнительного теплоообменника или котла-утилизатора, что приводит к дополнительным расходам.
Несмотря на высокое энергопотребление, термический дожиг активно используется, когда отсутствует понимание состава отходящих газов, или состав газов сильно меняется, или из-за примесей, которые потенциально могут мешать работе катализатора. Наконец, температура газов выше 600 °C, при которой катализаторы не способны к эксплуатации. В остальных случаях, каталитическое окисление является достойной альтернативой термическому с вполне ощутимым экономическим эффектом.
Будем рады диалогу и сотрудничеству!
Оставьте контактные данные — мы свяжемся с вами в ближайшее время и предложим решение.