Моделирование газофазных процессов, протекающих при гетерогенно-каталитическом восстановлении оксидов азота

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение 4

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР. 8

1.1. Физико-химические свойства и токсичность оксидов азота. 8

1.1.1. Физико-химические характеристики оксидов азота. 8

1.2. Методы по сокращению выбросов оксидов азота. 11

1.3. Каталитическое восстановление оксидов азота в присутствии кислорода и его механизм. 13

1.3.1. Восстановление NOx водородо

м. 14

1.3.2. Восстановление NOx оксидом углерода. 15

1.3.3. Восстановление NOx аммиаком. 17

1.3.4. Восстановление NOx углеводородами. 18

1.3.4.1. Метан. 19

1.3.4.2. Пропан. 20

1.3.4.3. Пропен. 22

1.3.4.4. Другие углеводороды 23

1.3.5. Восстановление NOx кислородсодержащими соединениями. 24

1.3.6. Особенности процесса каталитического восстановления оксидов азота и требования к используемым катализаторам. 25

1.4. Математическое моделирование химических процессов. 27

1.6. Радикально-цепные процессы 30

1.7. Заключение. 31

2.2. Формулировка основных допущений. 34

2.3. Составление математической модели. 35

Результаты и их обсуждение. 36

3.2. Влияние времени контакта на конверсию NO 38

3.3. Влияние отношения свободного объема к поверхности катализатора на конверсию NO 39

4. Выводы 41

Введение

В настоящее время состояние окружающей среды – одна из наиболее остро стоящих перед человечеством проблем. Для крупных городов и промышленных регионов наибольшую экологическую опасность представляют промышленные и выхлопные газы, выбрасываемые в атмосферу.

Основную массу газообразных выбросов составляют: оксиды углерода - СОх (СО2, СО); окислы серы - SOx (SO3, SO2) и сероводород - H2S; оксиды азота - NOx (NO2, NO, N2O), углеводороды и их производные – CxHy; а также сажа и пыль. Главными источниками загрязнения атмосферы токсичными веществами являются предприятия топливно-энергетического комплекса, автотранспорт, металлургическая и нефтехимическая промышленности [1-2].

Значения глобальных выбросов основных загрязняющих компонентов в результате человеческой деятельности представлены в таблице 1.

Таблица 1.

Глобальные выбросы основных загрязняющих компонентов, обусловленные деятельностью человека [3]

С ростом энергопотребления, численности мирового автопарка, развитием промышленности нагрузка на биосферу со стороны газообразных выбросов приобрела угрожающий характер. Содержание токсичных примесей в воздухе городов превышает предельно-допустимые нормы в десятки раз, а локальные выбросы в промышленных центрах – в сотни раз. Крайне неблагоприятная экологическая обстановка уже дает ощутимый результат не только в региональном, но и в планетарном масштабах, так как воздушная миграция продолжается в биогенных и водных звеньях круговорота [1-2].

Сжигание природных горючих ископаемых в котельных и газотурбинных установках, различного рода печах и двигателях внутреннего сгорания при производстве электрической, тепловой, механической энергии, а также для получения технологического пара обуславливает, главным образом, основную долю выбросов атмосферных загрязнителей [3].

С продуктами сгорания в атмосферу ежегодно поступает: около 80 млн. тонн оксидов серы, 30-50 млн. тонн - оксидов азота, 300 млн. тонн - оксида углерода, 10 - 15 млрд. тонн углекислого газа [4].

Основной вклад в загрязнение воздушной среды вносят отходящие газы автомобильного транспорта. Сейчас только в России насчитывается около 30 млн. единиц транспортных средств, в том числе более 12 млн. легковых автомобилей. В глобальном масштабе доля атмосферных загрязнителей, вносимых автомобильным транспортом, в настоящее время составляет 50-60%. В крупных городах эта величина возрастает до 70-80% и продолжает увеличиваться. Ежегодно автотранспорт выбрасывает в атмосферу более 80 тыс. тонн загрязняющих веществ [5].

Отработанные газы автомобильных двигателей представляют собой сложную смесь, состоящую из более 200 индивидуальных компонентов. Состав ядовитых выбросов от различных источников, сжигающих нефтяные топлива, представлен в таблице 1.2.

Таким образом, видно, что источником основной массы загрязнений (за исключением оксида серы) является работа двигателей внутреннего сгорания. В отходящих газах карбюраторных двигателей основную массу токсичных продуктов сгорания составляют окислы азота, оксид углерода и монооксид углерода, а в дизельных – оксиды азота и сажа [4].

Таблица 2.

Выбросы от различных источников, использующих нефтяные топлива, кг/т топлива [4]

Оксиды азота являются одними из наиболее опасных и токсичных загрязнителей воздуха. Кроме того, оксиды азота способствуют образованию “кислотных дождей” и фотохимического смога.

 Скачать реферат