РОЗРОБКА РЕАКТОРА НИЗЬКОТЕМПЕРАТУРНОГО КАТАЛІТИЧНОГО ВІДНОВЛЕННЯ ВИКИДІВ ОКСИДІВ НИТРОГЕНУ НА АЗОТНО-ТУКОВИХ ПІДПРИЄМСТВАХ

PDF(УКРАЇНСЬКА)

 

Бабакін Вадим Миколайович

Національний університет цивільного захисту України, Харків, Україна

https://orcid.org/0000-0002-7157-0241

 

Векшин Віталій Олександрович

Національний університет цивільного захисту України, Харків, Україна

https://orcid.org/0000-0003-2834-8773

 

DOI: 10.52363/2522-1892.2023.2.5

 

Ключові слова: оксиди, викиди, нітроген, відновлення, каталізатор, анодування, кінетика

 

Анотація

У статті надана розробка більш ефективного використання процесів каталітичного відновлення оксидів нітрогену газових викидів для промислового використання. Наведені переваги пластинчатих каталізаторних блоків з нанесеною активною речовиною в порівнянні із промисловими гранульованими алюмованадієвими каталізаторами. Показані хімічні та кінетичні закономірності даного процесу. Відзначено, що використання пластинчатих нанесених каталізаторів на основі благородних металів є більш ефективним засобом відновлення оксидів нітрогену, ніж гранульованих через наявність низького гідравлічного опору та підвищеної активності. На основі експериментальних даних лабораторних і пілотних досліджень розробленого каталізатору, отриманого шляхом просочення нанесеного металевого носія на основі TiO2 солями металів платинової групи, проведені фізико-хімічні та кінетичні розрахунки процесу відновлення оксидів нітрогену за допомогою аміаку. Наведені графічні залежності активності розроблених каталізаторів від температури процесу та об’ємної швидкості. Визначені оптимальні значення цих показників. Показано, що вплив температури пояснюється ростом константи швидкості реакції пропорційно температурі згідно закону Арреніуса, а вплив об’ємної швидкості пов’язаний із зміною тривалості контактування реагуючих компонентів з активною поверхнею каталізатора. Проведено розрахунок критерію Рейнольдса, який показав, що даний процес в умовах промислових технологій, характерний для ламінарного режиму. Відзначено, що використання на виробництві розробленого каталізатора забезпечує розширення температурного інтервалу процесу очистки викидів, він є більш придатним до експлуатації у промисловості згідно з визначеними оптимальними умовами його застосування.

 

Посилання

1. Development of the method for rapid detection of hazardous atmospheric pollution of cities with the help of recurrence measures / Pospelov B. et al. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2019. Vol. 1, No. 10–97. Pp. 29–35. DOI: 10.15587/1729-4061.2019.155027.

2. Pehchevski D. The impacts of Ukraine’s energy sector on air quality. CEE Bankwatch Network, Екодія, Briefing, 19 November, 2020. 8 p.

3. Assessment of improvement of ecolo­gical safety of power plants by arranging the system of pollutant neutralization / Vambol S. et al. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2017. Vol. 3, No. 10–87. Pp. 63–73. DOI: 10.15587/1729-4061.2017.102314.

4. Remotely visible impacts on air quality after a year-round full-scale Russian invasion of Ukraine / Savenets M. et al. Atmospheric Pollution Research. 2023. Vol. 14, Issue 11. 13 p. DOI: 10.1016/j.apr.2023.101912.

5. Risk assessment for the po­pulation of Kyiv, Ukraine as a result of atmospheric air pollution / Popov O. et al. Journal of Health and Pollution. 2020. Vol. 10, No. 25. Pp. 1–11. DOI: 10.5696/2156-9614-10.25.200303.

6. Air Pollution in Ukraine as seen from Space: The Effects of the War / Bohovic R. et al. World from Space, 2023. 28 р.

7. Михайлова Є. О. Можливі способи очищення газових викидів від оксидів нітрогену в умовах виробництва кальцинованої соди. Екологічна безпека: проблеми і шляхи вирішення: XV міжнар. наук.-практ. конф., 9-13 вер. 2019 р.: зб. наук. ст. Х. : ПП «Стиль-Іздат», 2019. С. 227- 231.

8. Ткаченко C. Й., Боднар Л. А. Екологічні аспекти виробництва енергії. Вінниця: ВНТУ, 2014. 80 с.

9. Investigation of the energy efficiency of waste utilization technology, with considering the use of low-temperature separation of the resulting gas mixtures / Vambol S. et al. Energetika. 2018. Vol. 64, No. 4. Pp. 186–195. DOI: 10.6001/energetika.v64i4.3893.

10. Biomass as a Sustainable Energy Source for the Future: Fundamentals of Conversion Processes / De Jong W., Van Ommen J. R. (eds.). American Institute of Chemical Engineers, Inc., 2014. 370 p. DOI: 10.1002/9781118916643.

11. Bradford M., Grover R., Paul P. Controlling NOx Emissions. Part 2. Chemical engineering progress. 2002. Vol. 98, No. 4. Pp. 38-42.

12. Qin Z., Hong-xia Q., Fu-ming X. Removal of NOx by selective reduction with V₂O₅/TiO₂. Journal of Fuel Chemistry and Technology. 2001. Vol. 29, No. 4. Pp. 378-380.

13. Тюльпинов А. Д., Кляченко Т. П. Снижение загрязнения атмосферы газовыми выбросами промышленных предприятий. Хімічна промисловість України. 2000. № 1-2. С. 100-103.

14. Low-temperature selective catalytic reduction of NOx with NH₃ over in-situ grown MnOx-Fe₂O₃/TiO₂/Ti mono­lithic catalyst / Cao G. et al. Journal of Alloys and Compounds. 2021. Vol. 6, Issue 19. Pр. 12801–12812. DOI: 10.1016/j.jallcom.2022.168481.

15. Advantages of bimetallic nitric oxide reduction catalysts consisting of heavy metals rich in hazardous wastes / Wang Y. et al. Journal of Cleaner Production. 2019. Vol.237. Art. 117834. DOI: 10.1016/j.jclepro.2019.117834.

16. Исследование влияния технологии приготовления катализатора на распределение каталитически активного веще­ства по поверхности носителя / Лобойко А. Я. та ін. Catalysis. Технологія каталізаторів і сорбентів. 2010. № 179(1). С. 283–291.

17. Carbon-Based Materials for the Development of Highly Dispersed Metal Catalysts: Towards Highly Performant Catalysts for Fine Chemical Synthesis / Pérez-Mayoral E. et al. Catalysts. 2020. Vol. 10(12). Art. 1407. DOI: 10.3390/catal10121407.

18. Research into regularities of pore formation on the surface of semiconductors / Vambol S. et al. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2017. Vol. 3, No. 5–87. Pp. 37–44. DOI: 10.15587/1729-4061.2017.104039.

19. Research into effect of electrochemical etching conditions on the morphology of porous gallium arsenide / Vambol S. et al. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2017. Vol. 6, No. 5–90. Pp. 22–31. DOI: 10.15587/1729-4061.2017.118725.

20. Formation of filamentary structures of oxide on the surface of monocrystalline gallium arsenide / Vambol S. et al. Journal of Nano- and Electronic Physics. 2017. Vol. 9, No. 6. Art. 06016. DOI: 10.21272/jnep.9(6).06016.

21. Synthesis of functional nanocomposites based on aluminum oxide / Tulskyi, H.H. et al. Functional Materials. 2019. Vol. 26 (4). Pp. 718-722.

22. Organic acid-assisted preparation of highly dispersed Co/ZrO₂ catalysts with superior activity for CO₂ methanation / Li W. et al. Applied Catalysis B: Environmental. 2019. Vol. 254. Pp. 531–540. DOI: 10.1016/j.apcatb.2019.05.028.

23. Разработка каталитической системы на металлическом носителе для очистки выхлопных газов от оксидов азота. / Векшин В. А. и др. Воп­росы химии и химической технологии. 2003. № 2. С.51-53.

24. Разработка металлического носи­теля каталитической системы с заданными харак­теристиками / Ворожбиян М. И., Пинегин В. И., Багрова И. В., Векшин В. А. Вісник НТУ «ХПІ». 2002. №17. С. 49-52.

25. Formation of oxide fuels on VT6 alloy in the conditions of anodial polarization in solutions H₂SО₄ / Pilipenko A. et al. Eastern-European Journal of Enter­prise Technologies. 2018. Vol. 3, No. 6–93. Pp. 33–38. DOI: 10.15587/1729-4061.2018.132521.

26. Investigation of the porous GaP layers’ chemical composition and the quality of the tests carried out / Vambol S. et al. Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering. 2018. Vol. 86, No. 2. Pp. 49–60. DOI: 10.5604/01.3001.0011.8236.

27. Vekshyn V. A., Grabovetskaya E. R. Kinetics of selective reduction of nitrogen oxides on a cellular platinum catalys. Voprosy khimii i khimicheskoi tekhnologii. 2019. No. 2. Pp. 79-86. DOI: 10.32434/0321-4095-2019-123-2-79-86.