Очистка дымовых газов от оксидов азота.

Для уменьшения эмиссий оксидов азота из топливных агрегатов и установок для сжигания отходов применяют различные технологические процессы. Первичные мероприятия, позволяющие в ограниченной степени уменьшить образование оксидов азота, относятся к оформлению топочного пространства и процессов горения. При вторичных мероприятиях используется возможность снижения выбросов оксидов азота на пути движения дымовых газов между экономайзером и воздухоподогревателем или между электрофильтром и дымовой трубой.

Для удаления оксидов азота посредством селективных каталитических реакций (способ СКР) перед воздухоподогревателем помещают катализатор, а в качестве восстановителя используют аммиак. Способ СКР получил распространение в Японии. В институте "Бергбау-Формунг" (ФРГ) разработаны способы одновременного удаления из дымовых газов SO₂ и NO_x и восстановления NO_x после очистки газов от серы [I8]. Адсорбенты для очистки дымовых газов изготавливают из каменного угля по способу фирмы "Бергверксфербанд". Им присущи следующие свойства:

· высокая адсорбционная способность;

· большая скорость адсорбции;

· высокая каталитическая активность при восстановлении Nох аммиаком при низкой температуре;

· небольшая реакционная способность по отношению к кислороду;

· прежняя активность адсорбента после регенерации;

· значительная механическая прочность.

При очистке прежде всего возникает вопрос об улавливании SO₂ с помощью адсорбентов. В большом диапазоне температур, начиная от температуры окружающей среды и кончая 150°С, SO₂ адсорбируется и преобразуется в присутствии кислорода и водяного пара в серную кислоту

Кислота накапливается в порах адсорбента. Максимальное насыщение достигается при t= 120°С, когда серная кислота показывает экстремально низкое давление пара.

В топочных газах содержатся оксиды азота NO_x представленные преимущественно монооксидом азота (NO) и лишь на 5--10 % диоксидом азота (NO₂). При температуре выше 80°С последний очень быстро восстанавливается, взаи-

Рис. 58. Технологическая схема каталитического восстановления оксидов азота

1 - реактор; 2 - сажеобдувочный агрегат: 3 - катализатор; 4 - золоудалителъ; 5 - станция разгрузки цистерн: 6 - хранилище для аммиака; 7 - испаритель аммиака; 8 - регулятор давления; 9 - воздуходувка; 10 - смеситель: 11 - снабжение аммиаком

модействуя с углеродом. При добавлении аммиака в дымовые газы реакция восстановления NO ускоряется:

Когда температура превышает 80°С, реакция между NO и NН₃ до образования нитрита аммония не протекает, так как последний не устойчив при высокой температуре.

Дымовые газы топок содержат наряду с оксидами азота еще и оксиды серы, которые не улавливаются полностью в системе удаления SO₂. Затем аммиак дополнительно реагирует с серной кислотой, адсорбирующейся при улавливании SO₂, с образованием гидросульфата и сульфата аммония

Адсорбенты, загрязненные серной кислотой и ее аммонийными солями, через 60 ч работы подвергаются термической регенерации, чтобы восстановить полную улавливающую способность при новом использовании для очистки дымовых газов.

На рис. 58 показана установка по селективному восстановлению оксидов азота по методу фирм "Маннесманн" и "Штойлер".

При селективном каталитическом восстановлении оксидов азота происходят следующие основные реакции:

На этой основе осуществляются все технологические процессы по селективному каталитическому восстановлению оксидов азота. При отдельных технологических процессах применяются различные катализаторы. Они определяют специфические свойства отдельных технологий и тем самым преимущества и недостатки.

Методы СКВ, применяемые в работе электростанций, основываются на разработках, которые велись с целью уменьшения отработанных газов, выделяющихся из установок по производству азотной кислоты. В течение уже нескольких лет в этой области применяются методы по очистке отработанных газов, при которых в качестве катализаторов используют пятиокись ванадия, платину или смесь из железа и оксида хрома.

Дальнейшие разработки привели к модифицированному использованию данных катализаторов для очистки дымовых газов электростанций. Здесь используются отчасти металлические, отчасти керамические материалы в качестве носителя каталитически активных веществ. Сам катализатор дополнительно наносят на носитель, который в большинстве случаев имеет сотовую структуру, или вводят в керамический носитель во время процесса изготовления. Пятиокись ванадия оправдала себя в качестве компонента с каталитическим эффектом.

Пятиокись ванадия оказалась, однако, не только хорошим катализатором для восстановления оксидов азота с аммиаком. Она ускоряет также превращение SO₂ в SO₃. С повышением температуры степень превращения увеличивается.

Полученный SO₃ в свою очередь приводит к образованию аммониевых сульфатов, осадки которых при охлаждении дымовых газов сильно загрязняют последующие компоненты установки, например воздухоподогреватель.

Другой метод, разработанный фирмами "Маннесманн" и "Штойлер", при котором применяется молекулярное сито в качестве катализатора, значительно отличается от вышеуказанных технологий восстановления оксидов азота.

Молекулярное сито не является катализатором в обычном смысле, так как оно не содержит никаких примесей каталитически активных веществ. Его каталитическое действие основано на его структуре. Молекулярное сито состоит из кри-

Рис. 59. Ход кривых КПД восстановления NOx с молекулярным ситом в качестве катализатором

сталлической решетки, которая пересечена системой связанных порами полостей с большой площадью реакционной поверхности. Поры имеют определенный диаметр в пределах нанометра. В результате установленных размеров пор достигается высокая селективность, так как только молекулы определенной величины могут проникнуть через поры.

На первой ступени удаляются путем адсорбции содержащиеся в дымовых газах оксиды азота и аммиак. Затем в результате перепада концентрации эти вещества диффундируют во внутреннюю часть катализатора. В капиллярах потенциал для реакции оксидов азота с аммиаком уменьшается настолько, что этот экзотермический процесс может происходить уже при температурах дымовых газов от 300 до 480°С. После этого продукты реакции (вода и азот) удаляются под давлением из молекулярного сита и отводятся с потоком дымовых газов.

Поскольку реакция между компонентами происходит во внутренней части материала, катализаторные яды дымовых газов, т.е. диоксид серы, диоксид углерода и окись углерода, а также галогенные соединения не оказывают отрицательного влияния на КПД. Эти вещества не могут проникать в тонкие каналы. Никакая чувствительность к пыли не наблюдалась, так как возможны осадки только на поверхности катализатора, которая, однако, постоянно очищается абразивным действием летучей пыли.

В связи с очень большой площадью внутренней поверхности молекулярного сита, которое используется в качестве катализатора, оно располагает большой вместимостью для таких реакционных компонентов, как оксиды азота, аммиак и i кислород. Благодаря этому компенсируются и более высокие колебания в концентрации этих газовых компонентов.

На рис. 59 изображаются кривые КПД восстановления NO_x с молекулярным ситом в качестве катализатора при определенном составе дымовых газов. Ясно показаны высокие значения КПД в широком температурном диапазоне при высоком удельном объемном расходе.

В последнее время с успехом проводятся работы по обезвреживанию оксидов азота путем подачи озона в дымовые газы после теплоутилизационного агрегата. С помощью В4-озо-наторов можно также полностью удалять из отходящих газов электростанций, сернокислотных заводов оксиды серы с превращением последних в товарную серную кислоту [1, 8].

Дата добавления: 2015-07-19