CC BY
177
УДК 544.4 7: 502.174: 628.4.038
М. Ю. Лазарев, Ф. Ш. Шарафисламов, И. А. Махоткин
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА КАТАЛИТИЧЕСКОГО ОКИСЛЕНИЯ SO2 В SO3 КИСЛОРОДОМ ВОЗДУХА НА КАТАЛИЗАТОРЕ ИЗ ШЛАМОВЫХ ОТХОДОВ ТЕПЛОЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ
Ключевые слова: шлам, катализаторы, окисление SO2 в SO3, промышленные отходы.
Разработан новый катализатор для процесса окисления SO2 в SO3 на основе отходов производств. Получены образцы катализатора различной формы. Исследована эффективность катализатора из шлама при различной температуре. Сформулированы перспективные пути решения проблемы переработки шламовых отходов в эффективные катализаторы.
Keywords: slimes, catalysts, oxidation SO2 in SO3, industrial wastes.
The new catalyst is developed for process of oxidation SO2 in SO3 on the basis of a waste of manufactures. Samples of the catalyst of the various form are received. It is investigated efficiency of the catalyst from slimes at various temperature. Perspective ways of a solution of a problem of processing slimes a waste in effective catalysts are formulated.
Утилизация промышленных
железооксидных, железохромоксидных и ванадиевых отходов различных предприятий для создания эффективных катализаторов является актуальной экологической и научно-технической проблемой.
Объясняется это тем, что оксиды металлов проявляют хорошие каталитические свойства для ряда химических реакций. Например, для реакции окисления SO2 в SO3 ряд активности металлов в качестве катализаторов выглядит следующим образом [1]:
Pt, V2O5, ^^^ Fe2O3, WO3, CuO, As2O5, ТО2, MoO3, SnO2, Mn2O3.
Из этого ряда видно, что оксиды V2O5, ^^^ Fe2O3 являются эффективными катализаторами для реакции окисления SO2 в SO3. Оксиды железа содержатся в отходах различных производств. Например, при работе теплоэлектростанций на мазуте на поверхности котлов образуется осадок продуктов сгорания топлива. В осадке содержится пыль не только Ре203, но и V2O5. После промывки поверхности котлов водой в шламе остается большое количество оксидов V2O5, Fe2O3, которые могут быть применены для изготовления эффективных катализаторов. В этой связи мы поставили перед собой задачу создать и испытать катализатор для реакции SO2 в SO3 из шлама одной из теплоэлектростанций. Для этого из шлама были приготовлены образцы гранулированных и сотовых катализаторов.
Катализаторы готовились методом смешения высушенного шлама с красной глиной. Из полученной массы методом прессования формовались конкретные формы образцов. Например, изготавливались гранулы ^=5мм, h=10мм), трубки ^вн=5мм, h=30мм, 5=2мм), сотовые блоки (100х100мм с сечением каналов 8х8мм).
Полученные образцы катализатора после отжига имели темно-коричневый цвет и обладали достаточной механической прочностью.
Исследование эффективности образцов катализатора проводили на лабораторной установке, схема которой представлена на рисунке 1.
Рис. 1 - Схема лабораторной установки для исследования процесса каталитического окисления БО2 в БОз кислородом воздуха: 1 -трехгорловая колба; 2 - капельная воронка; 3,4,5 - промывные склянки; 6 - баллон с БО2; 7 -газовый кран; 8 - газовый редуктор; 9 - штуцер; 10 - мультиметр; 11 - расходомер; 12 -осушительная склянка; 13 - секундомер; 14 -верхняя часть реактора; 15 - нижняя часть реактора; 16 - барботеры
Газообразный SO2, взаимодействия раствора кислотой по реакции:
получали на основе Na2SO3 с серной
Na2SO3 + H2SO4 = SO2 + Na2SO4 + H2O
(1)
SO2 собирали в баллон и разбавляли его до нужной концентрации воздухом.
ч, '/• 90
80 -
70 -
60 -
50 ■
40 -
30 ■
350 100 450 500 5S0
Т, "с
Рис. 2 - Зависимость степени превращения SO2 в SO3 от температуры на катализаторе из шлама Заинской ГРЭС
Из графика, представленного на рис. 2, видно, что степень превращения SO2 в SO3 в области температуры 410 - 420С имеет максимум. Это объясняется обратимостью химической реакции окисления SO2 в SO3 :
2SO2 + O2 ^ 2SO3 (2)
Исследование показало, что для катализатора, полученного из шлама Заинской ГРЭС максимум эффективности достигается при температуре 420С. Для сравнения отметим, что для известных катализаторов на основе V2O5 та же степень превращения наблюдается при температуре 480С. Кроме того, современные катализаторы на основе V2O5 являются относительно дорогими [2], а катализатор на основе шлама Заинской ГРЭС получается относительно дешевым.
Выполненное нами дополнительное исследование эффективности катализаторов, изготовленных из шламовых отходов Заинской
ГРЭС, для процесса каталитического восстановления оксидов азота аммиаком подтвердило, что катализатор является наиболее эффективным из числа известных [3]. Для каталитической очистки запыленных отходящих газов и для каталитического окисления SO2 в SO3 наиболее перспективными, на наш взгляд, являются катализаторы изготовленные в виде сотовых блоков с высокоразвитой поверхностью [4, 5]. Высокая эффективность и надежность катализаторов изготовленных из железооксидных отходов различных производств и шламовых отходов теплоэлектростанций подтверждает
перспективность эффективного научного направления.
Литература
1. Малин К.М. Технология серной кислоты / К.М. Малин, Н.Л. Аркин, Г.К. Боресков, М.Г. Слинько; под общ. ред. проф. К.М. Малина. - М.: Госхимиздат, 1950. - 569 с.
2. Лазарев М.Ю. Исследование закономерностей процесса окисления SO2 в SO3 на регенерированном катализаторе/ М.Ю. Лазарев, Ф.Ш. Шарафисламов, Ю.Н. Сахаров, И. А. Махоткин// Современные проблемы технической химии: Материалы докладов Международной научно-технической и методической конференции. - Казань: КГТУ, 2009. - С. 359-364.
3. Махоткин, И.А. Разработка технологии изготовления высокоэффективного сотового катализатора из порошкообразных железооксидных отходов для очистки газовых выбросов от оксидов азота/ Махоткин И.А., И.М. Тухватуллин, С.П. Дмитриев// Современные проблемы технической химии: Материалы докладов Международной научно-технической и методической конференции. - Казань: КГТУ, 2004. - С. 717-726.
4. Махоткин А.Ф. Теоретические основы очистки газовых выбросов производства нитратов целлюлозы / Махоткин А.Ф. - Казань: Изд-во Казанск.ун-та, 2003. -268с.
5. Репин В.Б. Оптимизация площади поверхности сотового катализатора / Репин В.Б., Балыбердин А.С., Шарафисламов Ф.Ш., Махоткин И. А.// Вестник Казан. технол. ун-та. -2011. - Т. 14, №18. - С.249-254.
© М. Ю. Лазарев - асп. каф. оборудования химических заводов КНИТУ, [email protected]; Ф. Ш. Шарафисламов - канд. техн. наук, зав. лаб. той же кафедры; И. А. Махоткин - канд. техн. наук, ст. преп. той же кафедры.
