<img height="1" width="1" style="display:none" src="https://www.facebook.com/tr?id=617357065128553&amp;ev=PageView&amp;noscript=1">
февраля 26, 2020

Каталитическая и термическая очистка отходящих газов — что лучше?

Термо- и каталитические технологии для очистки воздуха и отходящих газов от летучих горючих соединений широко используются по всему миру. И для одних предприятий оптимальным решением является термический дожиг, для других каталитический. Термический дожиг появился намного раньше и успел стать широко известным. В то же время, с развитием промышленности появились новые, более экономичные способы очистки газов, например, с помощью катализаторов. Что лучше? Предлагаем разобраться.

catox_elanderИстория каталитического окисления химических соединений в отходящих газах началась около 40 лет назад и за последние десятилетия получила существенное развитие по всему миру по нескольким причинам. Во-первых, предприятия стремятся 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 стимул активному развитию и применению катализаторов для очистки выбросов. В Европе в наши дни существует устойчивый тренд по замене термоокисления на каталитическое окисление с 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 предубеждений является уверенность в высокой стоимости и недолгом сроке 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, предубеждение о дороговизне катализаторов окисления часто оказывается ошибочным.

Основные сомнения потенциальных заказчиков касаются срока службы катализатора в тяжелых условиях промышленной эксплуатации. 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 фактор, который ограничивает использование катализаторов. В то же время, понимая эти условия, производители катализаторов успешно разрабатывают новые решения, которые оказываются более стойкими к 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 приведем несколько примеров с различными составами 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%. Пуск 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

Срок службы катализатора составляет до 6 лет с общей концентрацией выбросов <50 мг/нм3. Пуск 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 с 1986 до 2001 гг

Бразилия, производство формальдегида

До 600 кг/ч смеси формальдегида, метанола, муравьиной кислоты, СО, диметилового эфира. Поток 20000 нм3

Срок службы катализатора составляет 4 года с конверсией 99%. Запуск в 2012 году.

Как видно из таблицы, с помощью катализаторов возможно решение сложных задач как по составу газовых компонентов, так и по количеству 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 меньше весит и занимает меньше места
  6. Меньше выбросы СО2 за счет экономии газа
  7. Быстрый разогрев/охлаждение

Ниже приводим расчеты экономического эффекта и качественную оценку от применения каталитического окисления в сравнении с термоокислением на 14000 нм3/ч (8520 часов/год работы с содержанием горючих соединений 3-4 г/нм3):

Статья расхода

Термоокисление с рекуперацией тепла

Каталитическое окисление с рекуперативным теплообменом

Экономия от каталитического окисления

Природный газ

Горелка 0,2-0,225 МВт/1000нм3 газа, горелка на 2,75 МВт без рекуперации, горелка прибл. 1,5 МВт с рекуперацией тепла. Расход газа на горелку 1,5 МВт – 130-150нм3

Подогрев газа – 30-40 нм3/ч. При автотермическом процессе - 0 нм3

Экономия – до 100 нм3/ч природного газа

+ 5,1 млн.р/год

Электроэнергия

220 кВт

120 кВт

Экономия – 100 кВтч

+ 2,6 млн.р/год

Штрафы

Больше СO2, NOx, CO CO2 образуется на 100 нм3/ч больше

Меньше СО2, отсутствие NOx и CO

+ Экономия на штрафах

Ремонты

Ремонт футеровки за счет циклов охлаждения/нагревания, образования конденсата,

Более частое обслуживание горелки, воздуходувок

Дольше срок службы узлов, благодаря низкой температуре эксплуатации

+ экономия на ремонтах

Автоматическая система контроля выбросов

Требуется для термического дожигания

Не требуется

+ экономия на системе автоматического контроля выбросов (стоимость около 200 000 Евро)

Взрывобезопасное исполнение

Требуется, так как окисление в пламени. Риск взрывов.

Может требоваться частично, так как окисление без пламени

+ экономия на кап. затратах

Температура газов на выходе из трубы

До 500°С (обычно 300)

До 150°С

 + Теплосъем

Катализатор

0

+

- 1,0 млн.р/год

Общая экономия

 

 

+ 6,7 млн р/год (без учета системы автоматического контроля, теплосъема, ремонтов, штрафов)

Референс-лист  решения CATOX

Как видим, основная экономия от применения каталитического окисления получается в результате сокращения расхода природного газа. 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 от 650°С. 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 влечет за собой дополнительные расходы.

Несмотря на высокое энергопотребление, термический дожиг активно используется, когда отсутствует понимание состава отходящих газов, состав газов сильно меняется, или из-за примесей, которые потенциально могут мешать работе катализатора. Наконец, температура отходящих газов выше 600 °С, при которой нельзя использовать катализаторы. В остальных случаях, каталитическое окисление является разумной альтернативой термическому окислению со вполне ощутимым экономическим эффектом.

Нажмите здесь чтобы скачать  брошюру о решении CATOX

Topic(s): CATOX

Comment on this Post

Подпишитесь на обновления нашего блога