Реактор; 2 – змішувач; 3 – рекупераційна турбіна; 4 – ви­паровувач; 5, 7, 8 – підігрівачі; 6 – фільтр

 

 

Нітрозні гази при 20-30°С подають в підігрівач, де їх нагрівають до 240-280°С і направляють в змішувач. Рідкий аміак, що подається в установку, випаровують нагрітим конденсатом. Пари аміаку, що утворюються, при тиску (3,5-3,7)·105 Па очищають у фільтрі, нагрівають до 120°С і змішують з нагрітими нітрозними газами, регулюючи відношення NH3:NOx на рівні (1,2-1,3):1. Отриману суміш направляють в реактор, де на алюмо-ванадієвомуу каталізаторі АВК-10 йде відновлення оксидів азоту аміаком. Знешкоджені нітрозні гази при 300°С після реактора з метою використання їх енергії подають на турбіну рекуперації, звідки їх направляють в підігрівач, після якого при 150-170°С викидають в атмосферу. Через можливість утворення в системі амонійних солей передбачають періодичну зупинку і пропарювання турбіни насиченою парою низького тиску.

Такий процес забезпечує знешкодження нітрозних газів не менше ніж на 96%. Вміст суми NО і NО2 в знешкоджених газах не перевищує 0,01% (об.), NH3 – до 0,015% (об.). При цьому на 1 т азотної кислоти (з розрахунку на 100% HNО3) витрачають 6,12 кг рідкого аміаку, 16,7-10-3 кг каталізатора, 4,03 кг насиченої водяної пари, 52,3 кг парового конденсату, 1,1·10-4 м3 свіжої води і
9·10-4 кВт-год електроенергії.

Як ефективні каталізатори при відновленні нітрозних газів, що містять 1-30% NOx, аміаком можуть бути використані цеоліти. Адсорбція на них NH3 і NОx прискорює їх взаємодію, забезпечуючи при 330-480°С високу ефективність процесу знешкодження оксидів азоту.

Процеси селективного каталітичного відновлення NOx вико­ристовують також для обробки нітрозних газів, що містять пил, і оксид сірки (IV). В цьому випадку можлива організація процесу в двох варіантах: з попереднім очищенням відхідних газів, від пилу і SО2 і з подальшим їх нагрівом (обробка низькотемпературних газових викидів агломераційних машин, коксових печей і деяких інших агрегатів) або без нього у разі достатнього для здійснення каталітичної взаємодії температурного потенціалу (400°С) газів, що підлягають знешкодженню (очищення відхідних газів котельних агрегатів, нагрівальних печей).

Очищення нітрозних відхідних газів, що не містять пил і SО2, зазвичай проводять при об'ємних швидкостях (3-9)·103 год-1, температурі в реакторі 220-400°С і молярному відношенні NH3:NO в межах 0,8-1,3 залежно від використовуваного каталізатора. Обробку газів, що містять SО2 і пил, ведуть при таких же об'ємних швидкостях, температурі 350-400°С і відношенні NH3:NOx= 0,8-1,2. Як каталізатори в першому випадку використовують оксиди заліза, міді, ванадію, хрому, нанесені на оксид алюмінію. Останній взаємодіє з оксидами сірки, унаслідок чого активність каталізатора зменшується. Тому в другому випадку носій замінюють на оксид титану (IV) або використовують каталізатори, що складаються тільки з оксидів рідкісних металів.

Вартість каталізаторів досягає 20-30% всіх витрат на знешкодження нітрозних газів, тому питанню розробки стійких до отруєнь і дешевих каталізаторів із тривалим терміном експлуатації постійно приділяється велика увага.

Розкладання оксидів азоту гетерогенними відновниками.При високих температурах (500-1300°С) дефіксація азоту у відхідних газах може бути проведена на твердих вуглецьвмісних матеріалах, зокрема, на вугіллі, коксі, графіті. У таких процесах вуглець виконує функції як каталізатора, так і палива. Каталітична дія вуглецю пов'язана з утворенням комплексів вуглець-кисень:

 

C+ NO →(C-O) + ½ N2, (5.18)

(C-O) + NO →CO2 + ½ N2. (5.19)

 

Проте порівняно швидка втрата активності такими каталі­заторами призводить до того, що розкладання оксидів азоту, особливо в початковому інтервалі вказаної температурної області, відбувається неповно. У зв'язку з цим з метою збільшення ступеня розкладання NOx запропоновано, наприклад, вводити в графіт карбонат натрію. Із збільшенням температури ступінь і швидкість процесу відновлення зростають: при 800°С ступінь відновлення NOx при використанні коксу може досягати 96%, а при 1000°С наближається до 100%. Високі температури таких процесів нега­тивно позначаються на їх техніко-економічних показниках, хоча значна частина енергетичного потенціалу знешкоджуваних газів може бути використана.

Розкладання NOx гомогенними і гетерогенними відновниками без каталізатора. Як гомогенні відновники використовуються різні горючі гази і аміак. На використанні природного газу заснований метод термічного розкладання оксидів азоту газів виробництва щавлевої кислоти, що містять 2-3% NOx і 10-15% О2. Їх підігрівають до 400°С в теплообміннику (теплом знешкоджених газів) і подають в реактор, в який одночасно вводять природний газ і повітря для його спалювання. У реакторі при 1000-1100°С відбувається розкладання NOx з утворенням нешкідливих продуктів. Гарячі гази з реактора поступають в сполучену з ним камеру допалювання, куди додатково подають повітря. З камери допалювання гази при 600°С входять в теплообмінник, в якому віддають своє тепло нітрозним газам, що поступають на знешкодження, і при температурі 200°С вентилятором через вихлопну трубу їх викидають в атмосферу.

При обробці відносно невеликих об'ємів слабоокиснених відхідних газів, метод високотемпературного розкладання NOx гомогенним відновником є економічно вигіднішим, ніж каталітичні і лужні методи. При температурі в реакційній зоні 1000°С він забезпечує ступінь розкладання NOx 92–96%, що забезпечує вміст NOx в знешкоджених газах до 0,05–0,1 % і можливість дотримання ГДК в приземному шарі при їх розсіюванні через 50-метрову трубу.

Для обробки значних об'ємів високоокиснених нітрозних відхідних газів з низьким вмістом NOx як гомогенний відновник може бути використаний газоподібний аміак, що дозволяє значно зменшити температуру процесу розкладання. При взаємодії аміаку з NОх у присутності парів води в газовій фазі при температурі 30-40°С протікають наступні екзотермічні процеси:

 

NH3 + H2O →NH4OH, (5.20)

2 NO2 + 2 NH4OH →NH4NO2 + NH4NO3, (5.21)

N2O3 + 2 NH4OH →2 NH4NO2 + H2O. (5.22)

 

Подальше нагрівання газового потоку приводить до розкладання аерозолів нітриту і нітрату амонію, що утворилися, на нешкідливі продукти:

 

NH4NO2 →N2 + 2 H2O, (5.23)

NH4NO3→N2 + ½ O2 + 2 H2O. (5.24)

 

Нітрит амонію інтенсивно і повністю розкладається при 70-80°С. Розкладання нітрату амонію відбувається при 230-240°С. При вмісті NOx в нітрозних газах 0,4% (об.) і введенні в них стехіометричної кількості аміаку ступінь розкладання солей при 250°С складає 98%, при 300°С - 100%. Низькі температури процесу обумовлюють вибірковість взаємодії NH3 з NOx і відсутність необхідності введення додаткових кількостей NH3 на компенсацію його втрат при взаємодії з киснем.

Істотно нижчі температури відновлення оксидів азоту можливі також у ряді варіантів відновного методу, заснованого на знешкодженні нітрозних газів за допомогою карбаміду. Продуктами цього процесу є нетоксичні речовини: N2, CО2 і Н2О. Карбамід використовують у вигляді водних розчинів або розчинів в азотній, сірчаній, фосфорній кислотах. Проте швидкість таких процесів відносно невелика, що на практиці забезпечує ефективність очищення, що не вище 80%. При використанні водних розчинів карбаміду йдуть наступні реакції:

 

2 NO2 + H2O →HNO3 + HNO2, (5.25)

2HNO2 + CO(NH2)2 →2 N2 + CO2 + 3 H2O, (5.26)

N2O3 + CO(NH2)2 →2 N2 + CO2 + 2H2O. (5.27)

 

У азотокислому розчині карбаміду, може протікати реакція:

 

NO + NO2 + 2HNO3 + 2CO(NH2)2 → 2N2 + 2NH4NO3 + 2CO2 + H2O.

 

Для знешкодження нитрозних газів карбамід може бути використаний у вигляді порошку або гранул, а також нанесеним на різноманітні пористі носії або сформованим разом з ними. У таких процесах ступінь знешкодження NOx може досягати 85-99% і більше. Разом з тим вони ще не знайшли застосування в практиці санітарного газоочищення.

 

 

5.4 Каталітичне очищення газів від оксиду сірки (IV)

 

Розроблена технологія каталітичного очищення відхідних газів від оксиду сірки (IV) заснована на принципі окиснення SО2 в SО3 котрий використовується у виробництві сірчаної кислоти нітрозним (баштовим) або контактним методами. У першому випадку в димові гази спалювання палива, що містять оксид сірки (IV) і оксиди азоту додатково вводять NО2, що забезпечує (при температурах біля 140°С і відношенні NО2:SО2≥2:1) протікання реакції:

 

SO2 + H2O + NO2 →NO + H2SO4. (5.29)

 

Концентрація сірчаної кислоти, що утворюється, така, що за даних умов вона знаходиться в пароподібному стані. Димові гази, що містять пари сірчаної кислоти, поступають на стадію окиснення NО в N2О3 введеним в них киснем повітря, а потім з них відмивають пари H2SО4 і N2О3 80%-ю сірчаною кислотою, що завершує очищення газів і приводить до утворення нітрозилсірчаної кислоти. Продуваючи останню повітрям з неї виділяють NО2 з утворенням H2SО4, основну частину якої повертають на відмивання димових газів, а її надлишок, еквівалентний кислоті що утворилася з SО2, який містився в газах, відводять як товарний продукт. Певну частину продувального повітря, що містить NО2, вводять в димові гази, що поступають на очищення, а іншу його частину контактують з водою з метою отримання HNО3. Гази азотокислотного виробництва які містять NО, змішують з димовими газами, що підлягають очищенню. Описана технологія при обробці димових газів, що містять близько 0,3% SО2, 0,01% SО3 і приблизно 0,06% NOx, забезпечує 95% очищення від оксидів сірки і 75%-е видалення NOx з отриманням 80% сірчаної кислоти і 50% азотної кислоти.

Відповідно до другого методу димові гази, на 99% звільнені від леткого попелу, при 450°С подають в реактор, в якому на ванадієвому каталізаторі SO2 окиснюють в SО3 присутнім в газах киснем. Конвертовані гази охолоджують до 230°С, промивають в абсорбері сірчаною кислотою і після уловлювання у волокнистому фільтрі сірчанокислотного туману викидають в атмосферу через димар. Продуктом процесу газоочищення є сірчана кислота середньою концентрацією 80%.

У іншому варіанті цього методу в конвертовані на ванадієвому каталізаторі димові гази вводять аміак. Аерозоль сульфату амонію, що утворюється при цьому, видаляють з газів в електрофільтрі, направляючи знешкоджений газовий потік в димар.