2. Требования к катализаторам

Применение каталитических методов чаще всего ограничивается трудностью поиска и приготовления пригодных для продолжительной эксплуатации и достаточно дешевых катализаторов. Гетерогенно- каталитическое превращение газообразных примесей осуществляют в реакторе, загруженном твердым катализатором в виде пористых гра-

нул, колец, шариков или блоков со структурой, близкой к сотовой. Хи- мическое превращение происходит на развитой внутренней поверхно- сти катализаторов, достигающей 10³ м²/г.

В качестве эффективных катализаторов, находящих применение на практике, служат самые различные вещества - от минералов, кото- рые используются почти без всякой предварительной обработки, и простых массивных металлов до сложных соединений заданного со- става и строения. Обычно каталитическую активность проявляют твер- дые вещества с ионными или металлическими связями, обладающие сильными межатомными полями. Одно из основных требований, предъявляемых к катализатору - устойчивость его структуры в услови- ях реакции. Например, металлы не должны в процессе реакции пре- вращаться в неактивные соединения. Промышленные катализаторы, изготавливаемые в виде колец и блоков сотовой структуры, обладают малым гидравлическим сопротивлением и высокой внешней удельной поверхностью.

Современные катализаторы обезвреживания характеризуются вы- сокой активностью и селективностью, механической прочностью и ус- тойчивостью к действию ядов и температур.

Об активности катализатора судят по количеству продукта, полу- чаемого с единицы объема катализатора, или по максимально допус- тимой объемной скорости, при которой обеспечивается требуемая сте- пень превращения.

Селективность катализатора характеризуется массовым соотно- шением между целевым и побочным продуктами.

Под прочностью катализатора обычно подразумевают раздавли- вающее усилие по торцу или по образующей гранулы, отнесенное к единице площади поперечного сечения гранулы.

3. Методы осуществления каталитических процессов

Наибольшее распространение получили каталитические методы обезвреживания отходящих газов в неподвижном слое катализатора. Можно выделить два принципиально различных метода осуществле- ния процесса газоочистки - в стационарном и в искусственно создавае- мом нестационарном режимах.

А) стационарный метод

Приемлемые для практики скорости химических реакций дости- гаются на большинстве дешевых промышленных катализаторов при 200 – 600 °С. После предварительной очистки от пыли (до 20 мг/м³) и

различных каталитических ядов (As, Cl₂ и др.) газы обычно имеют зна- чительно более низкую температуру.

Подогрев газов до необходимых температур можно осуществлять за счет ввода горячих дымовых газов или с помощью электроподогре- вателя. После прохождения слоя катализатора очищенные газы выбра- сываются в атмосферу, что требует значительных энергозатрат. До- биться снижения энергозатрат можно, если тепло отходящих газов ис- пользуют для нагревания газов, поступающих на очистку. Для нагрева служат обычно рекуперативные трубчатые теплообменники.

При определенных условиях, когда концентрация горючих при- месей в отходящих газах превышает 4-5 г/м³, осуществление процесса по схеме с теплообменником позволяет обойтись без дополнительных затрат тепла.

В случае протекания обратимых экзотермических реакций для достижения глубокой очистки необходим промежуточный отвод тепла, что значительно усложняет технологическую схему. Переработка газов описанным способом затруднена, если газ подается с переменной на- грузкой и концентрация примесей в нем не постоянна. Наличие внеш- него теплообменника повышает параметрическую чувствительность системы и увеличивает опасность перегревов и спекания катализатора даже при небольшом увеличении концентрации примесей и уменьше- нии расхода газа. Такие аппараты могут эффективно работать только при постоянных концентрациях (расходах) или при использовании со- вершенных систем автоматического управления процессом. Эти труд- ности удается преодолеть, проводя газоочистку в нестационарном ре- жиме.