Разложение оксидов азота гетерогенными восстановителями.

При высоких температурах (500—1300 °С) дефиксация азота в отходящих газах может быть проведена на твердых углеродсодержащих материалах, в частности, на угле, коксе, графите. В таких процессах углерод выполняет функции как катализатора, так и топлива. Каталитическое действие углерода связано с образованием комплексов углерод—кислород:

Однако сравнительно быстрая потеря активности такими катализаторами приводит к тому, что разложение оксидов азота, особенно в начальном интервале указанной температурной области, происходит не полностью. В этой связи с целью увеличения степени разложения NOx предложено, например, вводить в графит карбонат натрия. С увеличением температуры степень и скорость процесса восстановления возрастают: при 800 °С степень восстановления NOx при использовании кокса может достигать 96 %, а при 1000 °С приближается к 100 %. Высокие температуры таких процессов отрицательно сказываются на их технико-экономических показателях, хотя значительная часть энергетического потенциала обезвреживаемых газов может найти полезное применение.

Разложение NO(x) гомогенными и гетерогенными восстановителями без катализатора.

В качестве гомогенных восстановителей используются различные горючие газы и аммиак. На использовании природного газа основан метод термического разложения оксидов азота выбросных газов производства щавелевой кислоты, содержащих 2—3 % NOx и 10—15 % 02. Их подогревают до 400 °С в теплообменнике (теплом обезвреженных газов) и подают в реактор, в который одновременно вводят природный газ и воздух для его сжигания. В реакторе при 1000—1100 °С происходит разложение NOx с образованием безвредных продуктов. Горячие газы из реактора поступают в соединенную с ним камеру дожигания, куда дополнительно подают воздух. Из камеры дожигания газы при 600 °С переходят в теплообменник, в котором отдают свое тепло поступающим на обезвреживание нитроз- ным газам, и при температуре 200 °С вентилятором через выхлопную трубу их выбрасывают в атмосферу.

При расчетах скорости (G, кмоль/м3) и степени разложения (L, %) NOx, а также необходимого объема реактора (V, м3) при реализации процесса в присутствии газообразного восстановителя можно использовать следующие зависимости:

где t — температура, °С; К — коэффициент, равный 2,1—2,2; CN0 — концентрация N0 в газе, %; VHr — объем нитрозных газов, м3/ч.

Необходимый расход природного газа V[ir рассчитывают по уравнению:

где VHr, VNO, Va — объемы поступающих в реактор соответственно нитрозного газа, оксида азота и воздуха, м3/ч; Сотх, Снг, Св — теплоемкости соответственно отходящих газов, нитрозных газов и воздуха, Дж/м3; ta и t2 — температура газа на входе в аппарат и на выходе из него, °С; dN0 — тепловой эффект реакции разложения N0, Дж/м3; q — теплотворная способность природного газа, Дж/м3; — коэффициент, учитывающий тепловые потери в окружающую среду г = 1,1 н-1,2).

При обработке относительно небольших объемов слабоокисленных отходящих газов метод высокотемпературного разложения N0X гомогенным восстановителем является экономически более выгодным, чем каталитические и щелочные методы. При температуре в реакционной зоне 1000 °С он обеспечивает степень разложения NOx, составляющую 92—96 %, что обусловливает содержание NOx в обезвреженных газах до 0,05—0,1 % и возможность соблюдения ПДК в приземном слое при их рассеивании через 50-метровую трубу.

Для обработки значительных объемов высокоокисленных отходящих нитрозных газов с низким содержанием NOx в качестве гомогенного восстановителя может быть использован газообразный аммиак, что позволяет значительно уменьшить температуру процесса разложения. При взаимодействии аммиака с NOx в присутствии паров воды в газовой фазе при температуре 30—40 °С протекают следующие экзотермические процессы:

Последующее нагревание газового потока приводит к разложению образовавшихся аэрозолей нитритов и нитратов аммония на безвредные продукты:

Нитрит аммония интенсивно и нацело разлагается при 70—80 °С, разложение нитрата аммония происходит при 230—240 °С. При содержании NOx в нитрозных газах 0,4 % (об.) и введении в них стехиометрического количества аммиака степень разложения солей при 250 °С составляет 98 %, при 300 °С — 100 %. Низкие температуры процесса обусловливают избирательность взаимодействия NH3 с NOx и отсутствие необходимости введения дополнительных количеств NH3 на компенсацию его потерь при взаимодействии с кислородом.

Существенно более низкие температуры восстановления оксидов азота возможны также в ряде вариантов восстановительного метода, основанного на обезвреживании нитрозных газов при помощи карбамида. Продуктами этого процесса являются нетоксичные вещества: N2, С02 и Н20. Карбамид используют в виде водных растворов или растворов в азотной, серной, фосфорной кислотах. Однако скорость таких процессов относительно невелика, что на практике обеспечивает эффективность очистки, не превышающую 80 %. При использовании водных растворов карбамида идут следующие реакции:

В азотнокислотном растворе карбамида, например, основное взаимодействие может быть выражено реакцией

Для обезвреживания нитрозных газов карбамид может быть использован в виде порошка или гранул, а также нанесенным на разнообразные пористые носители или сформованным вместе с ними. В таких процессах степень обезвреживания NOx может достигать 85—99 % и более. Вместе с тем они еще не нашли применения в практике санитарной газоочистки.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >