Очистка газов от оксидов азота

Наиболее важные для процессов газоочистки характеристики NO_x представлены на рис. 1.41.

Как абсорбционные, так и адсорбционные приемы поглощения слабоокисленных нитрозных газов малоэффективны вследствие значительной инертности N0, являющегося несолеобразующим соединением. В этой связи в ряде случаев рациональным является стремление перевода слабоокисленных компонентов нитрозных газов в оксиды более высоких степеней окисления.

В промышленной практике очистки отходящих газов от оксидов азота использование адсорбентов как агентов-аккумуляторов NO_x весьма ограничено.

Достаточно эффективными поглотителями NO_x являются активные угли. Однако при их контакте с оксидами азота возможен значительный разогрев, приводящий к возгоранию угля и даже взрывам. Наряду с этим активные угли характеризуются низкой механической прочностью и восстановительными свойствами, вызывающими конверсию поглощаемого N0₂ в слабосорбирующийся N0.

Адсорбционная способность по NO_x силикагелей несколько ниже, чем у активных углей, однако они лишены недостатков последних, которые указаны выше. С использованием силикагелей могут достигаться высокие степени улавливания NO_x, соответствующие остаточным концентрациям до 0,005%. Однако по экономическим причинам процесс в промышленности не реализован.

Сравнительно небольшой поглотительной способностью по оксидам азота характеризуются алюмогели, обладающие, кроме того, и невысокой стойкостью. Значительная емкость по отношению к N0.

X.

и высокая механическая и термическая устойчивость свойственны алюмосиликатам.

Достаточно подробно изучены процессы адсорбции NO_x на молекулярных ситах, в частности, на высококремнеземных кислотостойких цеолитах на основе морденита. Поглотительная способность этих адсорбентов в активированном состоянии при малых парциальных давлениях Ж)_хна один-два порядка выше, чем у силикагелей. Проведенные в полупромышленных условиях испытания свидетельствуют, что емкость молекулярных сит по оксидам азота в зависимости от условий реализации процесса находится в пределах 2−10%. Наряду с этим процессы поглощения цеолитами N0 обычно сопровождаются его диспропорционированием до N0₂ и N₂0, причем последний присутствует в прошедшем очистку газе.

В качестве поглотителей NO_x исследованы некоторые аниониты, однако их использование характеризуется низкой эффективностью ввиду протекающего с образованием N0 и кислоты процесса поглощения нитрозных газов находящейся в ионитах влагой и малой кислотостойкости этих материалов.

Рис. 1-41. Характеристика взаимосвязи и термической стабильности оксидов азота: 1 — порог интенсивного разложения; 2 — газообразная фаза; 3 — жидкая фаза; 4 — кристаллическая фаза.

Присутствующая в очищаемых газах влага сорбируется наряду с оксидами азота. При этом величина их поглощения (всей гаммы или отдельных компонентов) либо снижается (активные угли, алюмосиликаты, цеолиты), либо в определенных условиях увеличивается (силикагели, иониты).

Минеральные адсорбенты в большей или меньшей степени обладают способностью катализировать процесс превращения N0 в NO_r В этой связи при адсорбционной очистке нитрозных газов с повышенным содержанием компонентов низкой степени окисленности, характеризующихся малой сорбируемостью, в них следует вводить кислород. Увеличение отношения N0₂/ N0 благоприятно сказывается на характеристиках процессов адсорбционной очистки нитрозных газов.

На использовании цеолита на основе Н-морденита базируется технология очистки от NO_x газовых выбросов контуров энергетических установок с теплоносителем на основе диссоциирующего тетраоксида азота. Выбросы таких энергетических установок представляют собой концентрированные воздушные смеси N₂0, N0 и N0₂ (содержащие NO_z 96−98%). Вначале их охлаждают до 265 К с целью выделения основного количества (до 83−87% N0₂) NO_x, возвращаемого в контур энергетической установки. Затем газовую смесь, содержащую несконденсировавшиеся N₂0, N0 и N0₂, при 345−350 К подвергают адсорбционной очистке с целью полного поглощения N0 и N0₂. Газовоздушную смесь после адсорбции при 670−770 К каталитически обезвреживают от N₂0, используя в качестве катализатора цеолит на основе Н-морденита, и выбрасывают в атмосферу. Насыщенный цеолит регенерируют острым паром, возвращая продукты десорбции в контур энергетической установки. Степень обезвреживания отходящих газов соответствует требованиям санитарных норм.

Хемосорбционная очистка отходящих газов от оксидов азота может быть организована на основе использования различных твердых веществ, способных вступать в химическое взаимодействие с удаляемыми компонентами.

Например, с целью улавливания NO_x из отходящих газов разработан метод адсорбции оксидов азота торфощелочными сорбентами в аппаратах кипящего слоя. При использовании наиболее дешевого и доступного сорбента (смесь торфа и извести-пушонки) степень очистки газов, содержащих 0,1−2,0% NO_x, при времени контакта фаз.

1,6−3 с достигает 96—99%, обеспечивая содержание NO_x в очищенных газах на уровне 0,01−0,04%. Еще больший эффект может быть достигнут при использовании торфа, обработанного аммиаком, или при введении аммиака в кипящий слой торфа. Торф способствует окислению нитритов до нитратов. Отработанный сорбент представляет собой хорошо хранящееся неслеживающееся торфоазотное удобрение, пригодное для использования на любых почвах и содержащее 8−12% усвояемого азота и 27−30% хорошо усвояемых растениями гуминовых кислот, являющихся эффективными стимуляторами их роста (эти кислоты образуются в результате катализируемого оксидами азота процесса окисления органической массы торфа присутствующим в очищаемых газах кислородом).

Расчетные характеристики такого процесса при санитарной очистке 60 тыс. м³/ч отходящих газов сернокислотного цеха, содержащих до 0,3−0,4% NO_x, 0,3% S0₂ и 0,3 г/м³ тумана и брызг серной кислоты, иллюстрируются следующими показателями: расход торфа 50%-ной влажности — до 3 т/ч (25−35 кг сухого торфа на 1000 м³ газа); потребляемое количество аммиака — до 294 кг/ч (до 5 кг на 1000 м³ газа). Работа установки обеспечивает за год улавливание из отходящих газов 2520 т NO_x, 3200 т S0₂, 95 т H₂S0₄. При этом возможно получение торфоазотного удобрения, содержащего до 15−25% нитрата и сульфата аммония и более 15% водорастворимых гуматов аммония. Технологическая схема установки представлена на рис. 1−42.

В соответствии с этой схемой доставляемый на установку в железнодорожных вагонах торф со склада направляют транспортером в приямок и далее ковшовым элеватором в бункер. Отсюда шнековым транспортером торф подают в молотковые дробилки. Измельченный хемосорбент шнековым транспортером, ковшовым элеватором и питателем направляют в адсорбер. При очистке 60 тыс. м³/ч газа диаметр адсорбера составляет 7,3 м, высота — 10,5 м, сопротивление псевдоожиженного слоя торфа высотой 1,5 м — примерно 4,9 кПа (500 мм вод.ст.). Под дутьевую решетку адсорбера вентилятором нагнетают нитрозный газ, который после очистки в адсорбере направляют в пылеуловитель, откуда выбрасывают в атмосферу. Отработанную твердую фазу выводят из адсорбера секторным питателем и транспортируют на склад готовой продукции (торфоазотного удобрения).

Капитальные и эксплуатационные затраты по торфощелочному методу очистки отходящих нитрозных газов ниже, чем при катали;

Рис. 1-42. Схема установки очистки нитрозных газов торфощелочным сорбентом: 1—железодорожный вагон; 2,17 — склады; 3,9, 14 — приямки; 4, 10,15 — ковшовые элеваторы; 5 — бункер; 6,8,13, 16 — шнековые транспортеры; 7 — молотковая дробилка; 11 —адсорбер; 12— секторный питатель.

тической очистке, однако недостатком метода является возможность самовозгорания торфа.

Примерно по такой же технологии для денитрификации отходящих газов промышленности возможно использование бурых углей, фосфатного сырья, лигнина. При этом твердые продукты газоочистки, как и в случае применения торфощелочного поглотителя, не подлежат регенерации и могут использоваться как органоминеральные удобрения и промышленные реагенты.

В качестве других широкодоступных и дешевых поглотителей NO_x могут использоваться известняк, известь, сланцевая зола. При этом отработанные хемосорбенты можно направлять на нейтрализацию кислых стоков или в сельское хозяйство в качестве азотсодержащих удобрений.