- Сульфит натрия Na2SO3
- Гидразин N2H4
- Эриторбат
- Метилэтилкетоксим (MEKO)
- Гидрохинон
- Борьба с загрязнением и повышение кпд
- Вредные вещества, производимые двигателем
- Дожигатели газов дгр
- Каталитические системы — ао «сктбэ» — акционерное общество «специальное конструкторско – технологическое бюро по электрохимии с опытным заводом»
- Применение
- Сравнительная таблица эффективности поглотителей кислорода
Сульфит натрия Na2SO3
Сульфит натрия является одним из самых доступных по цене и наиболее активным химическим реагентом, использующимся в качестве поглотителя кислорода.
При взаимодействии сульфита натрия с растворенным кислородом образуется сульфат натрия, который накапливается, повышая солесодержание в котле:
2 Na2SO3 O2 = 2Na2SO4
Таким образом, при высоких значениях давления или других критических условиях эксплуатации котлов, где повышенное солесодержание нежелательно, применять сульфит натрия не рекомендуется!
Из химической реакции следует, что примерно на 8 частей сульфита натрия приходится 1 часть растворенного кислорода. При этом поддерживается концентрация сульфитов на уровне до 20 мг/л в котле.
При давлении выше 41 бар сульфит подвергается термическому разложению с образованием диоксида серы или сульфида серы:
Na2SO3 H2O → SO2 2 NaOH
4 Na2SO3 2 H2O → H2S 2 NaOH 3 Na2SO4
Оба этих газа, являясь коррозионноактивными, улетают вместе с паром из котла, понижая при этом значение pH пара и конденсата и вызывая при этом, угрозу возникновения коррозии в системе.
Таким образом, сульфит натрия эффективно связывает растворенный кислород, но не является летучим с паром реагентом, то есть, не обеспечивает защиту паро-конденсатного контура и не способствует переходу гематита в магнетит, то есть не обладает пассивирующими свойствами.
Гидразин N2H4
Наиболее часто для котлов высокого давления в качестве реагента для связывания растворенного кислорода применяют гидразин и катализированный гидразин.
Гидразин не образует коррозионноактивных газов при высоких температурах и давлениях, и взаимодествует с кислородом с образованием азота и воды:
N2H4 O2 → 2 H2O N2
Из химической реакции следует, что примерно 1 часть гидразина связывает 1 часть растворенного кислорода. На практике применяют 100% избыток гидразина. При этом поддерживается концентрация гидразина на уровне 1 мг/л в котле.
Гидразин не повышает солесодержание в котловой воде, снижая при этом количество продувочной воды. Также, гидразин образует защитную пленку из магнетита на поверхности трубопроводов и в барабане котла, то есть способствует пассивации. Однако, применение гидразина имеет ряд недостатков.
Во-первых, гидразин не является летучим с паром соединением, поэтому он не защищает весь паро-конденсатный контур от коррозии. При температурах выше 205ºС гидразин разлагается на аммиак, который улетает с паром, и в присутствии кислорода способствует развитию коррозии меди:
2 N2H4 → 2 NH3 N2 H2
Во-вторых, гидразин обладает канцерогенными свойствами и является опасным химическим соединением. Гидразин и его водные растворы сильно ядовиты, раздражают слизистые оболочки, глаза и дыхательные пути, поражают центральную нервную систему и печень.
Эриторбат
Эриторбат считается безопасным химическим веществом, разрешенным к применению на пищевых производствах. Эриторбиновая кислота нелетучая, она остается в котле, и не улетает вместе с паром
Метилэтилкетоксим (MEKO)
Это летучий поглотитель кислорода, который реагирует с кислородом с образованием метилэтилкетона, оксида азота и воды.
2 H3C(C=N-OH) CH2CH3 O2 → 2 H3C (C=O) CH2 CH2 N2O H2O
На 1 часть кислорода требуется 5,4 частей метилэтилкетоксима. MEKO обладает пассивирующими свойствами
Гидрохинон
Гидрохинон чаще применяют совместно с поглотителями кислорода в качестве катализатора реакции с кислородом.
Но и сам по себе, гидрохинон способен снизить концентрацию растворенного кислорода до уровня 1-2 мкг/л. Он реагирует с кислородом до образования бензохинона.
На связывание 1 части кислорода необходимо, теоретически, 6,9 частей гидрохинона. Гидрохинон эффективно связывает растворенный кислород при низких температурах котловой воды и низких давлениях. Он летуч при высоких давлениях, при этом он не разлагается до аммиака, поэтому его можно применять в системах, содержащих медные конструкционные материалы.
Борьба с загрязнением и повышение кпд
Третья ступень дожигателя включает систему контроля, которая отслеживает состав выхлопа для управления системой впрыска топлива. В автомобилях имеется датчик кислорода, расположенный ближе к двигателю, чем каталитический дожигатель. Этот датчик отслеживает содержание кислорода в выхлопе и передает информацию на компьютер двигателя.
Компьютер двигателя может повышать или понижать содержание кислорода в выхлопе, регулируя отношение воздуха к топливу. Такая схема контроля позволяет компьютеру двигателя обеспечивать работу двигателя максимально приближенно к стехиометрической точке, а также обеспечивать достаточное содержание кислорода в выхлопе для сжигания несгоревших углеводородов и СО с использованием окислительного катализатора.
Каталитический значительно снижает выброс вредных веществ, но все же его можно существенно улучшить. Недостатком каталитического дожигателя является то, что он работает при достаточно высокой температуре. При холодном запуске двигателя, каталитический дожигатель практически не выполняет свою работу.
Одним из простых решений этой проблемы является установка дожигателя ближе к двигателю. При этом в дожигатель поступают более горячий выхлоп, и дожигатель прогревается быстрее, но эксплуатация при экстремально высоких температурах может сократить срок его службы.
Предварительный прогрев каталитического дожигателя также позволит снизить выброс вредных веществ. Для прогрева дожигателя проще всего использовать нагреватель с электросопротивлением. К сожалению, 12-вольтные электрические системы большинства автомобилей не обеспечивают достаточную мощность для быстрого прогрева каталитического дожигателя.
Большинство водителей не станут ждать несколько минут перед запуском двигателя для прогрева дожигателя. В гибридных автомобилях используются большие высоковольтные аккумуляторы, которые могут обеспечить мощность, достаточную для быстрого прогрева каталитического дожигателя.
Вредные вещества, производимые двигателем
Для того, чтобы уменьшить выброс вредных веществ, двигатели современных автомобилей тщательно контролируют количество сжигаемого топлива. Они стараются поддерживать состав горючей смеси очень близким к стехиометрической точке, т.е. идеальному соотношению воздуха и топлива.
В теории, при таком соотношении все топливо сгорает, благодаря кислороду, содержащемуся в воздухе. Для бензина стехиометрическое соотношение составляет приблизительно 14,7:1, т.е. на 1 кг бензина должен приходиться 14,7 кг воздуха. В действительности, во время езды состав топливной смеси немного отличается от идеального соотношения.
Выбросы двигателя включают следующие вещества:
- Газообразный азот (N2) — воздух на 78% состоит из азота, и большая его часть проходит через двигатель.
- Углекислый газ (СО2) — один из продуктов сгорания. Углерод, содержащийся в топливе, связывается с кислородом из воздуха.
- Пары воды (Н2О) — еще один продукт сгорания. Водород, содержащийся в топливе, связывается с кислородом из воздуха.
По большей части, эти выбросы не являются вредными, хотя считается, что углекислый газ способствует глобальному потеплению. В связи с тем, что процесс сгорания протекает в неидеальных условиях, двигатель также производит небольшое количество вредных выбросов. Каталитический дожигатель предназначен для их нейтрализации:
- Угарный газ (СО) — ядовитый газ без цвета и запаха.
- Углеводороды или летучие органические соединения (ЛОС) образуются из испарений несгоревшего топлива и приводят к возникновению смога.
- Оксиды азота (NO и NO2 или их общее обозначение NOx) приводят к образованию смога и кислотных дождей, которые могут оказывать неблагоприятное воздействие на слизистые оболочки.
Далее мы расскажем о том, что происходит внутри каталитического дожигателя. 
Дожигатели газов дгр
ООО НПФ «Сибэкотех» разработал изготовил и поставил в г. Чехов дожигатель для уничтожения газообразных отходов ДГР-5 производительностью 5000 м.куб./ч.
Дожигатель газов регенеративный предназначен для обезвреживания газовых выбросов, содержащих органические вещества с концентрацией не более 10 г/м3. Дожигатель состоит из камеры сгорания 1, двух регенеративных камер 2 с газопроницаемой насадкой 3 и газовых переключателей 4.
Камеры представляют собой металлический каркас, футерованный изнутри огнеупорными материалами, оборудованный решеткой для размещения насадки и устройством для ее выгрузки. На боковых стенках камеры размещены патрубки для датчиков КИПиА, смотровые окна, лаз и предохранительные клапаны. Камеры с двух сторон примыкают к камере сгорания, представляющей собой горизонтальный стальной цилиндр, футерованный изнутри огнеупорным кирпичом. В средней зоне камеры сгорания выполнен кольцевой канал, сообщающийся с внутренним пространством камеры посредством радиальных каналов. В кольцевой канал тангенциально установлены две газомазутные или плазменные горелки и запально-защитное устройство. Газовые переключатели примыкают снизу к полостям камер с регенеративной насадкой. Управление клапанами газовых переключателей осуществляется с помощью системы пневмоприводов.
Обезвреживание осуществляется за счет окисления токсичных органических компонентов кислородом воздуха при температуре 800-1200 °С. Глубокая регенерация тепла позволяет проводить процесс обезвреживания с расходом топлива не более 5 г на 1 м3 газовых выбросов. При содержании органических веществ более 5 г/м3 процесс окисления осуществляется без расхода дополнительного топлива. В качестве энергоносителя для розжига и поддержания заданного температурного режима используется газообразное или жидкое топливо, или электроэнергия.
Дожигатель отходов регенеративный ДГР-5, г. Чехов, 2022 г.
Включение дожигателя в работу начинается с разогрева регенеративной насадки при пропускании через нее атмосферного воздуха. При этом воздух подается в нижнюю часть одной из камер с газопроницаемой теплообменной насадкой, проходит ее и поступает в камеру сгорания, в которой нагревается до температуры 800-1200 °С. Нагрев осуществляется путем интенсивного смешения воздуха с высокотемпературными газами от сгорания топлива, или перегретым в плазменной горелке паром в случае использования электроэнергии. Нагретая смесь воздуха и газов из камеры сгорания направляется во вторую регенеративную камеру, в которой отдает тепло и разогревает теплообменную насадку. По окончании разогрева насадки до рабочей температуры изменяют направление газового потока на противоположное. При этом во вторую камеру снизу подают газовые выбросы, подлежащие обезвреживанию. Проходя через разогретую насадку, газы нагреваются до 700-900 °С. В камере сгорания при интенсивном перемешивании происходит взаимодействие газов с высокотемпературными продуктами сгорания топлива или перегретым паром. Температура газов повышается до 800-1200 °С, что обеспечивает дожигание токсичных органических компонентов до практически безвредных соединений. Из камеры сгорания газы направляются во вторую по ходу камеру, где, охлаждаясь, они нагревают насадку и через дымовую трубу сбрасываются в атмосферу.
Переключение направления газовых потоков осуществляется по сигналу командоаппарата по времени или в зависимости от температуры отходящих газов..
Дожигатель позволяет надежно обезвреживать газовые выбросы с переменным составом и объемом поступления. После обезвреживания содержание токсичных компонентов в выбросах составляет:
- окиси углерода не более 40 мг/м3;
- окислов азота не более 10 мг/м3;
- углерода органического не более 10 мг/м3.
Дожигатель отходов регенеративный ДГР-5, г. Чехов, 2022 г.
Каталитические системы — ао «сктбэ» — акционерное общество «специальное конструкторско – технологическое бюро по электрохимии с опытным заводом»
Каталитический процесс – это
совокупность обычных химических реакций (в растворе, на поверхности или в
газе), но совокупность особенная, имеющая циклический характер.
В зависимости от условий проведения
каталитические процессы бывают гомогенными (реакция протекает в объеме раствора
или в объеме газовой фазы) и гетерогенными (реакция идет на поверхности
твердого тела).
Многие гетерогенные катализаторы
содержат металлы. Некоторые металлы, особенно относящиеся к VIII группе
периодической системы элементов, обладают каталитической активностью сами по
себе; типичный пример – платина. Но большинство металлов проявляют
каталитические свойства, находясь в составе соединений; пример – глинозем
(оксид алюминия Al2O3).
Необычным свойством многих гетерогенных
катализаторов является большая площадь их поверхности. Они пронизаны
многочисленными порами, суммарная площадь которых иногда достигает 500 м2на 1 г катализатора. Во многих случаях оксиды с большой площадью поверхности
служат подложкой, на которой в виде небольших кластеров осаждаются частички
металлического катализатора. Это обеспечивает эффективное взаимодействие
реагентов в газовой или жидкой фазе с каталитически активным металлом.
На АО «СКТБЭ» успешно освоено
производство ряда каталитических систем, применяемых:
— в процессах дожигания водорода для
предотвращения образования воспламеняемых смесей водорода при его
непредусмотренной утечке в кислородосодержащую атмосферу;
— при производстве, хранении и
использовании водорода путем нейтрализации огнеопасных водородно-кислородных
смесей методом контролируемого каталитического сжигания внутри специальных
устройств — печей каталитического дожигания водорода;
— для каталитического синтеза
углеводородов и органических кислородсодержащих соединений гидрированием окиси
(СО) и двуокиси (СО2) углерода с целью утилизации оксидов углерода и водорода;
— в фильтрах очистки воздуха в закрытых
герметизируемых помещениях от оксида углерода.
Применение
Поглотитель кислорода «ПК 1210» должен подаваться как можно раньше в систему с целью увеличения времени контакта реагента с кислородом. Ввод реагента можно осуществлять как постоянно с помощью дозировочных устройств, так и периодически. Однако в любом случае должно быть обеспечено интенсивное перемешивание реагента с обрабатываемой средой.
Сравнительная таблица эффективности поглотителей кислорода
Поглотитель кислорода | Летучесть | Пассивирующие свойства | Увеличение солесодержания | Токсичность | Количество поглотителя для связывания 1 части O2 |
Сульфит натрия | нелетуч | нет | да | Нет данных | 7,9 |
Гидразин | 0,08 | да | нет | Токсичен, канцероген | 1,0 |
Карбогидразид | летучий | да | нет | Нет данных | 1,4 |
Эриторбат | нелетуч | да | нет | Разрешен для применения в пищевой промышленности | 11 |
MEKO | летуч | да | нет | Нет данных | 5,4 |
Гидрохинон | летуч | да | нет | Нет данных | 6,9 |
DEHA | 1,26 | да | нет | Безопасен | 1,2 |
Сравнение токсичности реагентов для поглощения кислорода
Таким образом, самым токсичным является гидразин, а самым безопасным — МЕКО, на втором месте находится диэтилгидроксиламин, превосходящий по безопасности карбогидразид и эриторбат.
Скорость связывания кислорода различными реагентами
Наиболее быстро связывает кислород сульфит натрия, однако при его использовании увеличивается солесодержание воды, что может провоцировать коррозию. Поэтому предпочитительно использовать органические поглотители кислорода.
