Очистка от оксидов азота

В атмосферу поступают газообразные оксиды азота: , . Обычно наблюдается присутствие всех оксидов в очищаемом газе.

Для очистки газов от оксидов азота применяют методы восстановительные, окислительные, абсорбционные, адсорбционные.

Окислительные методы основаны на предварительном окислении и с последующим поглощением и различными сорбентами. Окисление и производится в газовой фазе в результате реакций ; . Как показывает практика при низких концентрациях скорость его окисления очень мала. Интенсификация процесса окисления и абсорбции возможна за счет увеличения скорости окисления в жидкой фазе или в присутствии катализатора. Разработан метод очистки газов от оксидов азота, в котором использован принцип окисления азота в жидкой фазе. Параллельно с основной абсорбционной колонной устанавливается дополнительная колонна малого диаметра с таким же количеством тарелок, как и основная (рис. 3.3).

Конденсат, предназначенный для абсорбции оксидов азота, сначала поступает в верхнюю тарелку вспомогательной колонны. Он насыщается кислородом, циркулирующим в замкнутом цикле вспомогательной колонны, и через гидрозатвор поступает в верхнюю тарелку основной колонны. Здесь он абсорбирует из очищаемого газа оксиды азота и через сливной порог и гидрозатвор поступает на вторую тарелку вспомогательной колонны. Конденсат снова насыщается кислородом, и цикл повторяется на всех тарелках колонны. Так

Рис. 3.3.

Схема агрегата абсорбции оксидов азота с насыщением рабочего раствора кислородом в выносном реакторе. 1 – основная колонна; 2 – решетка; 3 – змеевик; 4 – слой пены; 5 – переливная труба; 6, 7 – емкость; 8 – дополнительная колонна

как кислота, поступающая с тарелок вспомогательной колонны, насыщена кислородом, на них интенсивно протекает реакция окисления оксида азота в жидкой фазе. На тарелки вспомогательной колонны поступает кислота, насыщенная оксидом азота. При растворении в этой кислоте кислорода на тарелках малой колонны также происходит окисление оксида азота в жидкой фазе. Окисление оксида азота в газовой фазе осуществляется параллельно в межтарельчатом пространстве основной колонны. Благодаря интенсивно протекающему процессу окисления оксида азота в жидкой и газовой фазе скорость и полнота абсорбции оксидов азота увеличивается.

Благодаря этому, концентрация азотной кислоты, получаемой в системе, достигает 55-60%, а концентрация в отходящих газах не более 0,03%. Процесс не требует большого расхода кислорода, т.к. кислород циркулирует в замкнутом контуре дополнительной колонны и расходуется только на окисление.

Восстановительные методы основаны на восстановлении оксидов азота из нейтральных продуктов в присутствии катализаторов или без них под действием высоких температур твердыми, жидкими или газообразными восстановителями.

Полное разложение на и происходит при температуре около 600⁰С. Почти полное разложение на элементы наступает при температурах порядка 6000-10000⁰С. При этом основная часть оксидов азота разлагается при температуре 1500-2000⁰С.

Процесс разложения оксидов азота можно вести эффективно при температурах 900-1100⁰С, для нагрева до которых можно использовать, например, природный газ.

На этой основе разработан комбинированный метод очистки газов от оксидов азота (рис. 3.4). На первой стадии газ нагревается в реакторе до температуры 900-1000⁰С за счет теплоты сжигания природного газа. Происходит разложение основной части оксидов азота и связывание кислорода. На второй стадии остатки оксидов азота полностью восстанавливаются под действием восстановителя – кокса. Предусматривается утилизация теплоты, что повышает экономичность процесса.

Реактор состоит из двух зон: в первой происходит нагрев газовой смеси, вторая заполнена коксом.

При двухступенчатой очистке степень термического разложения оксидов азота составляет 99,5%, а остаточное содержание в газе – 0,01%.

Рис. 3.4.

Схема двухступенчатой экспериментальной установки для термического разложения оксидов азота в присутствии газообразных и твердых восстановителей. 1-5 – ротаметры; 6 – реактор (I ступень); 7 – реактор (II ступень); 8 – штуцер для загрузки кокса; 9 – термопары; 10 – колбы для анализов; 11 – переключатель; 12 – милливольтметр; 13 – теплообменник; 14 - форсунка

Каталитическое восстановление оксидов азота до элементарного азота является наиболее эффективным способом обезвреживания газов, содержащих эти соединения. Процесс протекает на поверхности катализатора в присутствии газа-восстановителя. Катализаторами служат металлы платиновой группы: палладий, рутений, платина, родий или сплавы, содержащие никель, хром, медь, цинк, ванадий, церий и др. В качестве восстановителя используют метан, оксид углерода, водород, природный газ, пары керосина, аммиак и др. Газы, участвующие в реакции, не должны содержать примесей сернистых соединений, нарушающих действие катализаторов.

Носителями для катализаторов являются оксид алюминия, керамика, силикагель и др.

Происходит реакция восстановления оксидов азота

при восстановителе метане

Высокую степень очистки газа (почти полную) обеспечивают катализаторы платиновой группы.

Широкое применение каталитической очистки газов от оксидов азота сдерживается высокой стоимостью катализаторов.

Абсорбция оксидов азота водными растворами щелочей находит широкое применение в промышленности и дает возможность осуществить очистку газов от оксидов азота, а также получить ценные соли.

При взаимодействии оксидов азота с водными растворами щелочей происходит реакция типа ; ; + и т.д. Скорость абсорбции при пенном режиме зависит от вида и концентрации этих растворов. Так, с увеличением начальной концентрации всех щелочных растворов с 10 до 100 г/л, т.е. в 10 раз приводит к росту абсорбции в среднем в 4-5 раз.

Вид щелочи оказывает большое влияние на скорость процесса. Например, за одно и то же время (10 мин) и прочих равных условиях раствор абсорбирует 41 л на 1 л раствора, в то время как раствор 16,6 л/л, т.е. в 2,46 раза меньше.

Адсорбция оксидов азота твердыми сорбентами. Методы очистки газа от оксидов азота с помощью активированного угля, силикагеля, алюмогеля и других твердых поглотителей не получили широкого применения в основном из-за их малой адсорбционной емкости и необходимости расходовать теплоту на проведение их регенерации.

Термическое разложение оксидов азота осуществляется при температуре около 1000⁰С в присутствии газообразных восстановителей – водорода, природного газа и др. или жидких – керосина, бензина и др. Реакция протекает не полностью. Более полно (на 95-96%) разложение происходит при применении в качестве восстановителей твердых веществ, например, кокса.

Возможно термическое разложение оксидов азота при смешении газов с при более низких температурах (до 250⁰С) в присутствии катализаторов – окислов ванадия и марганца.

и можно разложить, нагревая их в присутствии газообразных восстановителей, указанных выше, и катализаторов из платины, нанесенных на силикатные материалы (силикагель и др.).

Дата добавления: 2015-07-11