ReferChemistry (Очистка газообразных промышленных выбросов), страница 2

При работе установки уже после первого каскада щелочной очистки концентрация окислов азота в газе составляет 0,12—0,63%. Степень очистки газа при этом равна 95—99%. После аммиачного каскада очистки окислы азота в отходящем газе не обнаружива­ются.

Успешная очистка газов от окислов азота до санитарных норм достигается и в случае, если орошение второго абсорбера произ­водится раствором NаОН

Очистка газов от слабоокисленных окислов азота. Наибольшую трудность в промышленных условиях представляет поглощение окислов азота с низкой степенью окисленности. Из-за избыточного количества окиси азота в этих газах необходимо подобрать такой поглотитель, который вступал бы в химическое соединение с NО или окислял ее до высших окислов. К первой группе относятся растворы солей кобальта, никеля, меди, марганца, двухвалент­ного железа, сульфиты натрия и аммония, ко второй — окис­лители, растворы перекиси водорода, марганцевокислого ка­лия и др.

Поглощение окиси азота растворами сернокислой закиси же­леза. Пределом химической сорб­ции NО раствором FeSO­₄ является молярное отношение NО к Fе++ равное 1:1. Присутствие в растворе FеSO₄ серной и азотной кислот, солей или органических добавок снижает поглотительную способ­ность раствора.

При сравнительно низких концентрациях NО в газе, в интерва­ле скоростей газа от 0,1 до 1 м/сек, коэффициенты абсорбции NО увеличиваются пропорционально степени 0,8 линейной скорости газа.

При абсорбции NО в условиях высокотурбулентного режима основными факторами, определяющими скорость процесса, являют­ся: окружная скорость дисков, объемная скорость газа и парциальное давление окиси азота в газе. Абсорбция NO растворами FeSO₄ при интенсивном перемешивании газовой и жидкой фазы проте­кает со значительной скоростью, превышающей скорость абсорб­ции окислов азота растворами щелочей при тех же условиях. Для очистки газа от небольших концентраций окислов азота могут быть применены отбросные травильные растворы металлообраба­тывающих заводов с последующей регенерацией раствора и полу­чением окиси азота в концентрированном виде.

Поглощение окиси азота растворами сульфита аммония. Про­цесс очистки газов от окислов азота (при малой степени окисленности) раствором сульфита аммония основан на реакциях

(NH₄)₂ SO₃ + 2 NО  (NH₄)₂ SO₃* 2 NО;

( NH₄)₂SO₃ +NO₂  (NН₄)₂ SO₄ + NО.

При поглощении NО раствором сульфита аммония получается комплексная соль, стойкая лишь в щелочной среде. В кислой среде соль распадается на сульфат аммония и закись азота

(NH₄)₂SO₃ + 2 NО  (NН₄)₂SO₄+ N₂O.

Таким образом, в результате очистки газа от окислов азота образуется сульфат аммония и закись азота.

Окисление и абсорбция окислов азота водными растворами окислителей. В основе этого метода лежат процессы взаимодейст­вия окиси азота с водными растворами H₂O₂, КMnО₄, КСlO₃, КСlO, NаСlO, NаС1O₂, Nа₂O₂, РbО₂, Na₂S₂O₃, К1, K₂Cr₂O₇, (NH₄)₂S₂O₈, К₂S₂O₃ и др.

Образующаяся в процессе окисления NО азотная кислота вступает в реакцию с продуктами распада окислителя, при этом в растворе образуются соответствующие соли азотной кислоты.

Скорость окисления NО жидкими окислителями на один, два порядка больше, чем скорость окисления окиси азота кислородом в газовой фазе. Однако жидкие окислители имеют относительно высокую стоимость и поэтому применение их может быть оправ­дано лишь в отдельных специфических условиях.

Очистка газов от окислов азота водными растворами перекиси водорода.

Применение для окисления окиси азота - слабого водного раст­вора перекиси водорода не загрязняет раствор побочными продук­тами. Взаимодействие перекиси водорода с окисью азота в общем виде может быть представлено уравнениями

Н₂O₂ + NО  NО₂ + H₂O

3NO₂ +H₂O  2HNO₃ +NO.

Образующаяся в процессе реакции азотная кислота может быть возвращена в систему или использована для других целей.

Очистка слабоокислен­ных выхлопных газов от окислов азота растворами 3—5%-ной пе­рекиси водорода может успешно заменить щелочной метод.

Абсорбция слабоокисленных окислов азота водными растворами перманганата калия. Реакция взаимодействия перманганата калия с окисью азота в общем виде может быть выражена уравнением

KMnО₄ + NО + H₂O  КNО₃ + МnО₂ + H₂O.

Образующиеся при этом продукты реакции могут быть исполь­зованы как добавка к удобрениям.

Харак­терной особенностью процесса абсорбции окислов азота водными растворами КMnO₄ является полное окисление и поглощение ма­лых концентраций NО (до 0,1—0,2%).

Процесс необходимо вести в щелочной среде, так как при этом достигается увеличение степени абсорбции окислов азота

Поглощение высокоокисленных окислов азота. На многих пред­приятиях в атмосферу выбрасываются значительные количества NO₂, N₂O₃ и паров азотной кислоты. Высоко окисленные окислы азота и пары НNО₃ хорошо поглощаются водными растворами щелочей в аппаратах любого типа с образованием ценных нитрит-нитратных солей. В отдельных случаях и окислы азота при их небольшом содержании могут поглощаться такими поглотителями (раствор мочевины и др.), которые обеспечивают разложение окис­лов азота на нейтральные продукты.

При поглощении окислов азота раствором мочевины происхо­дит восстановление их до N₂ и H_­2O по уравнению

N₂O₃ + (NH₂)­₂CO = СО₂ + 2Н₂О + 2 N₂.

Поглощение окислов азота раствором мочевины производится в механическом абсорбере с большим числом оборотов.

Адсорбция окислов азота твердыми сорбентами. Методы адсорб­ции окислов азота из газов твердыми сорбентами позволяют осу­ществить тонкую очистку газа от окислов азота, а также получить концентрированные окислы азота путем десорбции их из сорбента изолированным теплоносителем.

До настоящего времени наиболее эффективным сорбентом яв­лялся активированный уголь, однако в процессе адсорбции и осо­бенно десорбции он быстро окисляется, вследствие чего возникает опасность самовозгорания сорбента; кроме того, активированный уголь имеет низкую механическую прочность. Алюмогель имеет сравнительно небольшую адсорбционную емкость и недостаточ­ную стойкость.

В качестве твердых сорбентов исследованы активированный уголь, силикагель, алюмогель, алюмосиликат и синтетические цеолиты. Лучшим из испытанных сорбентов являются синтетиче­ские цеолиты и алюмосиликат; первые три сорбента непригодны для длительной адсорбции окислов азота. Синтетические цеолиты имеют сильно развитую поверхность и обладают хорошими сорбционными свойствами.

Алюмосиликатный сорбент является эффективным поглотителем окис­лов азота и высокостойким в процессе регенерации. Сочетание его высокой поглотительной способности с механической прочностью, твердостью и термостойкостью определяет целесообразность его применения для сорбции окислов азота. Кроме того, алюмосиликатный сорбент каталитически ускоряет процесс окисления NO, что позволяет применять его для очистки среднеокисленных газов.

Санитарная очистка газов от окислов азота и других примесей торфощелочными сорбентами с получением торфоазотных удобре­ний. С целью улавливания окислов азота разработан метод адсорб­ции окислов азота из газа торфощелочными сорбентами в аппара­те с кипящим слоем. Наиболее дешевым и доступным является сорбент, состоящий из торфа и извести (пушонки). При больших скоростях процесса степень улавливания окислов азота этим сор­бентом достигает 96—99%. Торф сам является хорошим сорбентом и довольно интенсив­но поглощает окислы азота; при этом, благодаря присутствию в газе кислорода и окислов азота, значительная часть углерода тор­фа окисляется до хорошо усвояемых растениями гуминовых кис­лот. Присутствие в торфе порошкообразного СаО улучшает про­цесс поглощения окислов азота.

Еще больший эффект дает применение торфа, предварительно обработанного аммиаком или при добавке аммиака к торфу не­посредственно в кипящем слое, что приводит к практически полно­му поглощению окислов азота из газа. Вместе с тем торф способ­ствует окислению нитритных солей до нитратных.

Попутно с очисткой газов от окислов азота, двуокиси серы, ту­мана и брызг серной кислоты получаются торфоазотные удобрения.

Очистка выхлопных газов от окислов азота, сернистого газа, ту­мана и брызг серной кислоты углещелочным сорбентом с получе­нием углеазотных удобрений. Схема очистки вы­хлопных газов углещелочным сорбентом с одновременным получением углеазотных удобрений аналогична схеме очистки газов торфом, с той лишь разницей, что в качестве сорбента используется не торф, а окисленные и бурые угли.

Степень очистки газа от окислов азота в реакционной зоне на угле в течение одного часа составляет 90—92%. Если это время увеличивали до 2 час, степень очистки газа снижалась до 70%. При этом степень очистки от SO₂ достигала 95, а от тумана и брызг серной кислоты — 100%.

Очистка газов от окислов азота в производстве нитролигнина. Сов­местно с авторами и работниками Андижанского гидролизного за­вода разработан метод получения нитролигнина с применением азотной кислоты концентрацией 50—55%. Одновременно решен вопрос улавливания и использования окислов азота.

Так как окислы азота в газе содержатся преимущественно в виде NO, для улавливания их требуется предварительное окисле­ние окиси азота, что осуществляется в окислительной башне. После окислительной башни окислы азота выходят преимущественно в виде NO₂ и полностью адсорбируются лигнином в адсорбере с ки­пящим слоем.

В настоящее время в промышленности внедряется метод ката­литической очистки газа от окислов азота на паладиевом катали­заторе. Однако этот метод требует больших капитальных затрат и эксплуатационных расходов. В результате очистки газов от окислов азота в воздух выбрасывается окись углерода.

Капитальные затраты и эксплуатационные расходы по торфощелочному методу очистки хвостовых нитрозных газов от окислов азота значительно ниже, чем при каталитической очистке, вследствие чего этот метод является с экономической точки зрения наиболее выгодным.

Каталитическое восстановление окислов азота. Тонкая очистка газов от окислов азота может быть достигнута методом катали­тического восстановления окислов азота. Восстановление начинает­ся при 149° С в случае применения водорода в качестве восстано­вителя и при 400° С — в случае применения в качестве восстано­вителя метана. Восстановление окислов азота происходит при пропускании смеси газов, содержащих окислы азота с газом - восстановителем, над слоем катализатора. Выделяющееся в про­цессе реакции тепло используется либо для получения пара, либо в газовой турбине.

В качестве восстановительного агента используются водород, метан и газы: природный, отходящие нефтяные и коксовый. Для осуществления процес­са используются катализаторы различных типов.

Восстанов­ление окислов азота возможно и без катализаторов при использо­вании высокотемпературного восстановительного пламени, при этом газы должны быть нагреты до температуры 950—1200° С. В качестве восстановителей могут быть использованы природный газ, водород и другие горючие вещества.

Бескатализаторный метод восстановления окислов азота имеет меньшие перспективы для промышленного внедрения, вследствие большого расхода горючего газа-восстановителя.

Восстановление окислов азота в потоке плазмы. Отличительная особенность этого метода в том, что нагрев газа производится в потоке низкотемпературной плазмы и добавки к газу - восстановителя производятся в количестве, необходимом для реакции восстановления окислов азота. Эта реакция протекает при 2100—2300° С

Процесс разложения окислов азота протекает в плазмотроне, работающем на постоянном или переменном токе.

Окисление окиси азота озоном. Реакция окисления окиси азота протекает с большой скоростью даже при незначительном содержа­нии озона в газе. Основная трудность окис­ления и поглощения окислов азота по этому способу состоит в сложности получения больших количеств озона.

ОЧИСТКА ГАЗОВ ОТ ДВУОКИСИ СЕРЫ

Среди газообразных веществ, загрязняющих атмосферный воз­дух, одно из главных мест занимает сернистый ангидрид (дву­окись серы). В обычных условиях это бесцветный газ с резким раздражающим запахом.

Основным источником загрязнения атмосферного воздуха дву­окисью серы являются отходящие газы заводов цветной металлур­гии, выхлопные газы сернокислотных заводов и дымовые газы теплоэнергетических установок, сжигающих высокосернистое топ­ливо.