Очистка дымовых газов с получением серы
В Финляндии и в ряде других стран разработан регенерационно-циклический способ очистки дымовых газов ТЭЦ от оксидов серы с получением серы. Эффективность очистки превышает 90 %, с увеличением содержания серы в угле экономичность процесса за счет получения серы возрастает.
Топочные газы предварительно очищаются от пыли в электрофильтрах и доочищаются водой, при этом происходит очистка от тяжелых металлов. Далее SO2 взаимодействует в адсорбере с раствором сульфида натрия:
2SO2 + Na2S → Na2SO4 + 2S.
Образовавшаяся пульпа (раствор Na2SO4 и S) подкисляется и нагревается в автоклаве до 150-170 оС, сера при этом плавится и отделяется, а раствор сульфата натрия взаимодействует далее с оборотным сульфидом бария:
Na2SO4 + BaS → BaSO4 + Na2S.
Раствор сульфида натрия направляется на начальную стадию процесса на улавливание диоксида серы, а осадок сульфата бария - в печь для восстановления коксом:
BaSO4 + 2C → BaS + 2СО2.
2.4. Очистка отходящих газов от оксидов азота
Основными источниками оксидов азота NO, NO2 и продуктов их взаимодействия (N2O4 и N2O3) являются газы, образующиеся при сжигании топлива на стационарных установках, выхлопные газы двигателей внутреннего сгорания, отходящие газы производства азотной кислоты, газы, образующиеся при получении катализаторов и различных солей, травлении металлов азотной кислотой и в ряде других процессов. Однако основным антропогенным источником выбросов оксидов азота в атмосферу в настоящее время являются процессы сжигания органического топлива на стационарных установках и в двигателях внутреннего сгорания. На их долю приходится более 95% всех выбросов. Одна из основных трудностей улавливания оксидов азота из отходящих газов, как и оксидов серы, связана со сравнительно малой их концентрацией (в основном 0,1-1 г/м3) при огромных объёмах выбрасываемых газов.
Абсорбционные методы
Для абсорбции оксидов азота используют воду, растворы щелочей, селективные сорбенты, кислоты и окислители.
При абсорбции NO2 водой в газовую фазу выделяется часть оксида азота, скорость его окисления при низких температурах мала:
3NO2 + H2O ↔ 2HNO3 + NO.
Для утилизации оксидов можно использовать разбавленные растворы H2O2 с получением азотной кислоты:
NO + H2O2 → NO2 + H2O;
3NO2 + H2O ↔ 2HNO3 + NO.
При этом расходуется 6 кг H2O2 на 1 т кислоты в сутки.
Хемосорбция NO2 раствором соды протекает по уравнению:
2NO2 + Na2CO3 → 2NaNO3 + CO2.
При абсорбции растворами аммиака образуются соединения с низкой температурой разложения. Например, нитрат аммония NH4NO2 при 56 оС полностью распадается:
NH4NO2 → N2 + 2H2O.
Для очистки газов от NO при отсутствии в газовой фазе кислорода, могут быть использованы растворы FeSO4, FeCl2, Na2S2O3, NaHCO3. При этом для первых двух растворов протекают реакции с образованием комплексов:
FeSO4 + NO ↔ Fe(NO)SO4;
FeCl2 + NO ↔ Fe(NO)Cl2.
При нагреве до 95-100 оС комплекс Fe(NO)SO4 распадается и NO выделяется в чистом виде, а восстановленный раствор вновь возвращается в производство. Аналогично разлагается комплекс Fe(NO)Cl2.
Использование растворов Na2S2O3, NaHSO4, (NH2)2CO приводит к дефиксации азота:
2 Na2S2O3 + 6NO → 3N2 + 2Na2SO4 + 2SO2 ;
2NaHSO3 + 2NO → N2 + 2NaHSO4 ;
2(NH2 )2CO + 6NO → 5N2 + 4H2O + 2CO2.
При температуре выше 200 оС NO взаимодействует с аммиаком:
4NH3 + 6NO → 5N2 + 6H2O.
Серная кислота используется для поглощения NO2 и N2O3 с образованием нитрозилсерной кислоты:
H2SO4 + 2NO2 ↔ NOHSO4 + HNO3 ;
2H2SO4 + N2O3 ↔ 2NOHSO4 + H2O.
При нагревании нитрозилсерной кислоты или при разбавлении её водой происходит выделение оксидов азота:
2NOHSO4 + H2O → 2H2SO4 + NO + NO2 .
Взаимодействие оксидов азота с жидкими сорбентами наиболее эффективно при 20-40 оС.
Адсорбционные методы
В случае небольших объемов газов нашли применение адсорбционные методы. Хорошим сорбентом оксидов азота служит активированный уголь, но его применение затрудняется из-за легкой окисляемости, что может привести к сильному разогреву и даже к возгоранию угля (при значительных концентрациях оксидов азота). Силикагель по адсорбционным свойствам несколько уступает углю, но он более прочен и не окисляется кислородом, а окисление NO в NO2 в его присутствии протекает даже быстрее. Однако широкому распространению этих методов препятствует то, что одновременно сорбируются и другие примеси, в результате снижается адсорбционная ёмкость сорбентов и осложняются процесс десорбции и использование ценных компонентов.