На головну

Очищення димових газів від оксидів азоту (на прикладі ТЕС)

  1. Аварійний випуск горючих газів і парів
  2. Автоматизація газового промислу
  3. Автоматизація процесів первинної обробки молока на прикладі ОПФ-1.
  4. Автоматизовані системи годування і напування птиці, їх пристрій і принцип дії на прикладі БКМ-3.
  5. Автомобілі газового гасіння
  6. Автомобілі газоводяного гасіння
  7. агломерату в атмосфері азоту і повітря

Способів очищення газів різного складу від оксидів азоту запропоновано багато. Їх можна розділити на дві групи: сорбційні і каталітичні.

Сорбційні можна класифікувати на абсорбція і адсорбційні, а каталітичні - на способи з окисленням оксидів азоту до діоксиду і з відновленням оксидів до молекулярного азоту.

Всі ці методи можуть здійснюватися як в мокрому (з поглинанням розчинами), так і в сухому (поглинання NOх сухими сорбентами або з протіканням реакцій в газовій фазі) виконанні. Методи очищення кожної з груп мають як переваги, так і недоліки, істотно різняться вони і за економічними показниками, і по ефективності очищення [15].

Застосовуються також комплексні методи очищення димових газів від оксидів азоту і сірки.

Абсорбція методи.Оксиди азоту в тій чи іншій мірі розчиняються у звичайній воді по реакціях:

3NO2 + Н2О = 2HNO3 + NO

3N2O4 + 2Н2О = 4HNO3 + 2NO

3N2O3 + H2O = 2HNO3 + 4NO

З оксидів азоту тільки N0 хімічно не реагує з водою хоча і розчиняється в ній. Для повного поглинання NOх необхідно окислення NО до NО2. Як окислювач можна використовувати Н2О2. При цьому ступінь перетворення NOх в HNO3 складає 0,02-0,03%.

Більш ефективна очистка газів від NOх здійснюється при їх контакті з розчинами лугів по реакціях:

2NO2 + 2NaOH = NaNO3 + NaNO2 + H2O

NO + NO2 + 2NaOH = 2NaNO2 + H2O

2NO2 + Na2CO3 = NaNO2 + NaNO3 + CO2

NO + NO2 + Na2CO3 = 2NaNO2 + CO2

Для абсорбції NOX можна прийняти Са (ОН)2 і Mg (OH)2, Ряд інших лужних сполук, MgCO3. При використанні розчинів тіосульфіта натрію і сульфату заліза утворюється комплексна сполука NaFe (NO)2 - S2 - Про3.

NOх в промислових умовах абсорбують в скрубберах Вен-тури, промивних баштах, насадок і тарілчастих абсорбера. Недоліки абсорбційних способів очищення газів від NOх: 1) великі капітальні витрати; 2) поява нових відходів, що не знаходять збуту (малоконцентровані солей або азотної кислоти) і неприпустимих до скидання у водойми. Більше перспективні абсорбційні способи з подальшою десорбцією NOх в концентрованому вигляді, придатному для переробки в азотну кислоту товарної значущості.

Адсорбційні методи.Адсорбція відбувається в результаті взаємодії поверхневих сил тяжіння адсорбованих молекули і часто супроводжується капілярної конденсацією і хемосорбцией. З ростом температури адсорбція знижується. Речовини з низькою температурою кипіння адсорбуються гірше, ніж з високою. Інтенсивність адсорбції підвищується зі збільшенням молекулярної маси, тому NO2 адсорбується інтенсивніше, ніж NО.

На інтенсивність адсорбції впливає пористість сорбенту. Оптимальна пористість знаходиться в межах 0,4-0,8 нм. Чим нижче концентрація NOх в димових газах, тим більше необхідно часу перебування газу в адсорбере. При концентрації NOх на вході 0,2% ступінь поглинання NОх досягає 95 - 98%.

Як адсорбенти застосовують приготовані з кам'яновугільного коксу активоване вугілля, деревне вугілля, активоване напівкокс бурого вугілля і торфу. Як десорбента - воду або водяна пара. При десорбції виходить азотна кислота і концентрований оксид азоту.

Певний ефект дає застосування молекулярних сит - мінералів з азотами калію або натрію в структурі з пористістю, сумірною з розмірами молекул. Десорбція подібних цеолітів здійснюється продувкою їх гарячим повітрям. При цьому істотно зростає концентрація NOх в продувається повітрі, що дозволяє отримати азотну кислоту концентрацією до 50%. Застосування адсорбційних методів також пов'язано зі значними капітальними витратами і труднощами збуту одержуваних продуктів.

Каталітичні методи.При t> 620 ° С всі вищі оксиди азоту диссоциируют до NO. При 900-1000 ° С можлива дисоціація NO за реакцією

2NO > N2 + Про2 + 181 кДж / моль

проте реакція ця протікає дуже повільно (час напіврозпаду NO при 1000 ° С близько 1,1 ч). Для прискорення процесу розкладання оксидів азоту застосовують каталізатори - оксиди ряду металів (Со, Сu, Ni, Fe, Cr, Zn). Однак каталізатори дуже швидко дезактивируются через адсорбції ними кисню, що міститься в димових газах. Більше перспективні процеси відновлення оксидів азоту на каталізаторах. Як відновлювачів можуть бути використані гази: Н2, СН4, NH3, CO, а також твердий вуглець. З цією метою в шарі каталізатора організовується безполуменеве спалювання при t < 500 ° С суміші нітрозних газів і горючих газів при нестачі кисню (? <1). При цьому протікають наступні реакції:

2NO + 2Н2 = 2Н2Про + N2

2NO2 + 4H2 = 4Н2Про + N2

2NO + 2СО = 2СО2 + N2

В якості каталізаторів використовуються Pt, Pd, Rh, Ru, а також Co, Ni, Fe, V, Mo, Cr, Zn і їх оксиди, що наносяться на пористий Носій (високопористий Al, Si). Для економії дорогоцінних металів використовується двоступенева селективне каталітичне відновлення NOх: На першому місці в якості каталізатора застосовується оксид недорогоцінного металу, на другий - Pt або Pd.

Як відновлювача застосовується аміак. В його присутності на ванадієвої каталізаторі йдуть реакції:

необхідна швидкість яких забезпечується при температур каталізатора 320 -330 ° С. Як відновлювача можлива застосування також природного газу в поєднанні з відповідним каталізатором (за даними Б. с. Білосільських).

Комплексні методи очищення від оксидів азоту і сірки. При спалюванні на ТЕС палив, що містять підвищену (> 0,5%) кількість сірки, виникає необхідність очищення димових газів від оксидів азоту і сірки, технічно і економічно яку вигідніше проводити комплексно, використовуючи апробовані схеми. В даний час за кордоном використовують схеми комплексного очищення димових газів ТЕС на базі вапнякового методу. В одній з таких схем (рис. 4.12) застосовані два абсорбера, зрошувані вапняної водою. На першому здійснюється очищення переважно від SO2, На другому - від NOх. Очищений чи дуже охолодженим димової газ для кращого розсіювання підігрівається за рахунок спалювання палива і викидається через димову трубу.

Мал. 4.12. Схема комплексного очищення димових газів від NOх і SO2:

1 - Димові гази на очистку; 2 - абсорбер для поглинання SO2; 3 - абсорбер для поглинання NOх; 4 - Отпарную колона; 5 - апарат для розкладання NОх; 6 - бак-змішувач; 7 - спеціальний поглинач; 8 - відстійник


У першому абсорбере взаємодіє в основному SO2 з СаСО3 і СаО з утворенням насиченого розчину CaSO4, Який і є одним з кінцевих продуктів. У другому з'єднанні кальцію реагують з NOх і залишком SO2 з утворенням Ca (NO2)2, CaSO3 і CaSO4. Отриманий розчин відводиться в отпарную колону, де упаривается і після відділення з нього сульфіту і сульфату кальцію подається в спеціальну піч, де містяться в ньому Ca (NO2)2 піддається розкладанню при t ? 700 ° С. Утворений оксид NO спрямовується до спеціального абсорбер, зрошувану водою, де окислюється до NO2 і далі надходить в лінію димових газів перед другим абсорбером. частина NO2 розчиняється в воді і відводиться у вигляді розведеної азотної кислоти. Отриманий при розкладанні нітриту кальцію СаО змішується з СаСО3, Гаситься водою і у вигляді добавки подається в лінію циркуляції на абсорбери з змішувального бака.

Для комплексного очищення димових газів від оксидів азоту і сірки може бути застосований також оксид магнію. У схемі очищення із застосуванням MgO використовується один абсорбер, в який направляється попередньо охолоджений шляхом розпилу в ньому води або частини розчину MgO димової газ. Утворюється в результаті сорбції оксидів азоту і сірки нітрит і сульфіт магнію виводять з циклу сорбції, відокремлюють кристали сульфіту магнію на центрифузі, направляючи їх на сушку і випалення при t ? 700 ° С в спеціальну піч. При випалюванні MgSO3 дисоціює на MgO і SO2. Магнезит MgO повертають в цикл абсорбції, a SO2 переробляють в концентровану сірчану кислоту, яка є товарним продуктом.

Розчин, що містить нітрит і нітрат магнію, після відділення від нього кристалів MgSO3 направляють в спеціальний апарат для розкладання нітриту азотною кислотою, в результаті якої отримують газоподібний оксид азоту і суміш надмірної кількості Mg (NO2)2, Mg (NO3)2 і Mg (OH)2. Цю суміш обробляють аміаком, і отриманий нітрит амонію виводиться з установки і може бути використаний в якості добрива.

Утворений при обробці Mg (OH)2 направляють на циркуляцію в абсорбер. Оксид азоту N0 направляють в апарат для окислення його до NO2 на спеціальному каталізаторі, після чого збільшити обсяги виробництва утворюється NO2 водою в тому ж апараті отримують азотну кислоту, яка використовується в циклі для розкладання нітриту магнію. Непрореагировавшего частина NO2 подмешивается до димових газах перед абсорбером. Таким чином, цикл удавления оксидів азоту замикається. Ступінь уловлювання SO2 і NOx. при комплексній очищенню димових газів вапняковим (вапняним) і Магнезитова-циклічним методами досягає 90% по SO2 і близько 80% по NOx. Недоліки методів - відносна складність, велика кількість операцій з розчинами, громіздкість апаратури, яка використовується (скрубберов, абсорберов, випалювальних печей, насосів та ін.).

Певні перспективи мають методи каталітичного окислення оксидів азоту і сірки. Основні труднощі використання каталізаторів в цьому випадку полягає в тому, що сірка є каталітичним ядром для багатьох речовин, які використовуються для каталітичного окислення NO в NO2. В даний час ведеться інтенсивний пошук недорогих каталізаторів, зокрема на основі сполук хрому, марганцю і міді на вуглецевому носії. Досить ефективні розроблені в Японії каталізатори - нанесення на активоване вугілля у вигляді тонкої плівки в Сплавлення стані з'єднання кобальту, марганцю, заліза, міді і нікелю. Оксиди азоту та сірки, сорбованих і окислені до NO2 і SO3 на каталізаторі подібного типу, періодично або безперервно видаляються у вигляді розчину кислот з зрошуваного водою реактора. Можливий і сухий метод десорбції каталізатора - нагріванням його до 140- 180 оС. Ефективність очищення димових газів від SO2 досягає 90%, від NOх-80%.

У США (фірмою Ticko) розроблений комплексний метод очищення димових газів, показаний на рис. 4.13. В димові гази додають NO2 до співвідношення з SO2 не менше 2: 1. У цьому випадку при t ? 140 ° С в присутності водяному пара йде реакція

NO2 + SO2 + H2O > NO + H2SO4

 
 

 Утворився NO разом з непрореагировавшего NO2 окислюється в газозмішувачі на каталізаторі до N2O3 і разом з парами H2SO4 вловлюється в абсорбере 80% -й сірчаної кислотою з утворенням розчину нітрозілсерной кислоти

N2O3 + H2SO4 > NOHSO4 + Н2О

яка потім виводиться в спеціальний апарат, де розкладається під час продування повітрям:

2NOHSO4 + Н2Про + 0,5о2 > 2NO2 + 2H2SO4

Утворився NO2 частково подається в реактор для зв'язування SO2, А залишок зрошується водою з отриманням 50% -й HNO3. Сірчана кислота повертається в абсорбер, а надлишок її виводиться з установки в якості товарного продукту. При вмісті у вихідному газі,%: 0,29 SO2, 0,01 SO3, 0,06 NOx, В цьому процесі досягається ступінь очищення по SO2 - На 95%, по NOx - На 75%.

У нашій країні розроблено метод окислення оксидів озоном в парогазофазном стані з уприскуванням в реактор диспергированного розчину аміаку у воді. Окислення проходить до NO2 і SO3 з наступним розчиненням їх у воді і нейтралізацією кислот з отриманням сульфату амонію (NH4)2SO4, Використовується як добриво. Озонний метод очищення був випробуваний на Молавской ГРЕС на вугільному 200-МВт блоці. При прокачуванні через реактор 25% -го NH4OH в кількості 1386 т / год була досягнута ступінь уловлювання по NOх близько 90%, по SO2 близько 80%. В ході процесу спостерігалася сильна корозія обладнання.

В останні роки інтенсивно розробляються нові методи очищення димових газів від оксидів азоту і сірки з використанням прискорювачів електронів для ініціювання окислення NOх і SO2. При опроміненні димових газів пучком електронів з енергією до 1,5 МеВ між що входять до складу димових газів компонентами протікають іонно-молекулярні і радикальні хімічні реакції за участю продуктів радіолізу N2, Про2, СО2, Парів Н2О. Слідом за швидкими первинними процесами іонізації, збудження, дисоціації типу

N2 > N2+, e, N+, N, N2

O2 > O2+, e, O+, O, O2 *

H2O > H2O+, e, H, OH, O, H2O *

CO2 > CO2, CO+, O+, O, CO2

протікають іонно-молекулярні реакції перезарядки А+ + В > В+ + А, нейтралізації х+ + е > х * > продукти, а також реакції з участю незаряджених частинок, що ведуть до утворення кінцевих продуктів, в тому числі

NО + ОН > HNO2

NO2 + ОН > HNO3

NO + Про > NO2

СО + ОН > СО2 + Н

SO2 + ОН > H2SO4

2 + O > SO3

SO2 + Н2Про + АЛЕ2 > H2SO4

При подачі в зону реакцій аміаку утворюються такі продукти:

NH3 + 7OH > NO2 + 5Н2О (пар)

8NH3 + 6NO2 > 7N2 + 12Н2О (пар)

NH3 + HNO3 > NH4 NO3

2NH3 + H2SO4 > (NH4)2SO4

3NH3 + H2SO4 + HNO3 > (NH4)2SO4 * NH4NO3

Сульфат і нітрат амонію виходять у вигляді сухого порошку, який можна вловлювати за допомогою електрофільтрів і Використовувати в якості азотних добрив.

Димові гази, що входять з електронно-променевого реактора, не володіють залишкової активністю, так як порогова енергія фотоядерних реакцій з утворенням нейтронів під дію гальмівного випромінювання електроном становить 1,666 ± 0,002 МеВ, т. Е. При енергіях пучка електронів менше 1,666 МеВ небезпеку нейтронного випромінювання і наведеної радіоактивності відсутня. Біологічний захист необхідна лише для реактора і випромінювачів.

 Мал. 4.14. Схема установки електронно-променевої очищення димових газів NOх і SO2: 1 - Температурно-вологісних кондиціонування; 2 - Прискорювач; 3 - реактор; 4 - Фільтр; 5 - біологічний захист

Основний вплив на ступінь видалення NOх і SO2 з димових газів надає поглинена доза випромінювання, що залежить від рівня радіаційно-хімічного виходу розкладання тієї чи іншої речовини. Наприклад, вихід розкладання N0 і SO2 становить відповідно 7 - 7,5 і 5 - 10 молекул на 100 еВ. Великий вплив на ступінь очищення надають температура газів, їх вологість і склад. Зменшення температури газів призводить до зростання ступеня їх очищення. Збільшення вологості газів також підвищує ефективність очищення внаслідок інтенсивної генерації радикалів ОН, АЛЕ2, Що реагують з оксидами азоту і сірки з утворенням парів кислот. Запиленість газів не впливає на ефективність очищення.

Головний елемент установки електронно-променевої очищення газів від NOX і SO2 (Рис. 4.14) - реактор за своєю формою в поєднанні з конфігурацією поля випромінювання повинен відповідати вимогам максимального коефіцієнта використання енергії випромінювання ? - DV / N, де N - Потужність електронного пучка; DV - поглинена енергія випромінювання; D - доза; V - максимальна витрата опромінюється газу. У діючих установках величина ? = 0,7 ? 0,75 в значній мірі визначається схемою введення пучка (або пучків) електронів в реактор [15].

 



системи пилеочісткі | Методи зниження викидів і очищення димових газів від сірчистого і сірчаного ангідридів, хлориду і фториду водню, оксидів азоту (на прикладі скляних виробництв)

І масообмінних процесів | ДисперсійнаСереда - тверда | Склад і будова твердих дисперсних середовищ | Розділи технічної механіки суцільного середовища | Основні характеристики ПМ і розрахункові залежності | Характеристики найбільш поширених промислових полів | Деякі властивості та фізичні основи перенесення аерозольних часток | розчинів | Теплофізичні властивості розчинів | Способи концентрування розчинів |

© um.co.ua - учбові матеріали та реферати