Каталитическое восстановление

Одним из основных, хорошо освоенных промышленных методов очистки отходящих газов от оксидов азота является их восстановление на катализаторе до молекулярного азота. При использовании неселективного катализатора восстановитель расходуется не только на восстановление азота, но и вступает во взаимодействие с кислородом, обычно содержащимся в газовом потоке. В качестве восстановителя применяются водород, природный газ, оксид углерода и др. Катализаторами обычно служат элементы платиновой группы. Температура процесса колеблется от 400 до 800 ^оС.

Наиболее широкое распространение получило селективное каталитическое восстановление оксидов азота аммиаком:

6NO + 4NH₃ → 5N₂ + 6H₂O

6NO₂ + 8NH₃ → 7N₂ + 12H₂O.

В нашей стране для этих целей разработан специальный алюмо-ванадиевый катализатор (АВК-10). Процесс восстановления протекает при 200-360 ^оС, степень очистки составляет 96-98,5 %. Основным недостатком метода является необходимость точного дозирования аммиака, что при переменном составе отходящих газов (меняется концентрация оксидов азота) практически невозможно. При недостатке аммиака происходит проскок оксидов азота, а при избытке - проскок аммиака, и отходящие газы загрязняются токсичными соединениями. Со временем катализатор отравляется, что также сопряжено со значительными затруднениями.

Карбамидный метод

В Российском химико-технологическом университете (РХТУ) им. Д.И. Менделеева разработан карбамидный метод, позволяющий очищать дымовые газы от оксидов азота на 95% и практически полностью удалять оксиды серы из них. Процесс не требует предварительной подготовки газов, в результате обработки образуются нетоксичные продукты – N₂, CO₂, H₂O и (NH₂)₂SO₄. Величина рН адсорбционного раствора колеблется в пределах 5-9, поэтому коррозии аппаратуры не наблюдается. Эффективность метода практически не зависит от колебаний входных концентраций оксидов азота и серы.

В общем виде процесс описывается следующими уравнениями:

NO + NO₂ + (NH₂)₂CO → 2H₂O + CO₂ + 2N₂ ;

SO₂ + (NH₂ )₂CO + H₂O + 0,5O₂ → (NH₂)₂SO₄ + CO₂.

2.5. Очистка отходящих газов от оксида углерода и углеводородов

Основным методом очистки от углеводородов и оксида углерода в промышленности являются сжигание пламени, а также термическое и каталитическое окисление. Наиболее известным примером сжигания является применяемое в нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности сжигание в факеле, т.е. в открытой горелке, направленной вверх. К недостаткам процесса, помимо потерь углеводородов при горении следует отнести образование оксидов азота, а следовательно, вторичное загряз атмосферы.

В условиях термического и каталитического окисления обезвреживание углеводородов и оксида углерода протекает при более низких температурах и образования значительных количеств оксидов азота не происходит.

К общим недостаткам процессов обезвреживания выбросов путём сжигания относится необходимость организации дополнительной очистки газов при наличии в органических соединениях, кроме углерода и водорода, окисляемых до диоксида углерода и воды, фтора, хлора, серы и т.д. В этом случае в продуктах сгорания могут оказаться соединения более токсичные, чем первоначальные, например фосген, бифинилы и бифураны (при сжигании полициклических углеводородов) и др.

Для очистки газов от СО используют абсорбцию или промывку газа жидким азотом, вводно-аммиачными растворами закисных солей ацетата, формиата или карбоната меди.

Для каталитического окисления СО используют марганцевые, медно-хромовые катализаторы и металлы платиновой группы (палладий, рутений, платина, родий).

2.6. Рециркуляция газов

Существующие системы локальной очистки промышленных газовых выбросов часто не обеспечивают снижения концентрации загрязнителей до ПДК и требуется рассеивание газов через высокие трубы. В этом случае представляется целесообразным организация замкнутых газооборотных систем, использующих технологические и вентиляционные газы в замкнутом цикле. В настоящее время в нашей стране уже имеется промышленный опыт таких систем. Так, например, в НПО «Тулачермет» еще в 1978 г. проводилась проверка системы рециркуляции колошникового газа, в которой была предусмотрена его очистка от диоксида углерода. На Алчевском металлургическом комбинате были проведены эксперименты по спеканию шихты магнезитового концентрата с применением рециркуляции агломерационных газов. Рециркуляция осуществлялась путем отбора отходящих газов из двух последних вакуум-камер и подачи их специальным дымососом по трубопроводу в теплоизолированный колпак, расположенный непосредственно за зажигательным горном. При прохождении через зону охлаждения спёка оксид углерода (СО), содержащийся в рециркулируемом газе, горит до СО₂. При степени рециркуляции r = 30 % оксид углерода (СО) полностью догорает до СО₂ на поверхности двухвалентного железа, а окислы азота в атмосфере СО восстанавливаются до нейтрального азота по реакции

NO + CO = 0,5N₂ + CO₂.

Рециркуляция газов способствует снижению вредных выбросов пыли на 20%, SO₂ - до 0,8 %. Поскольку при рециркуляции осуществляется дополнительный обогрев спекаемого слоя, то возможно также увеличение степени обессеривания шихты без добавляя в неё топлива.

Заслуживает внимания используемый в промышленном масштабе способ организации замкнутого газооборотного цикла в корпусах обогащения асбестовых горнообогатительньих комбинатов. Вентиляционный воздух, собранный в различных точках цехов, проходит глубокую очистку от асбестовой пыли, в случае необходимости разбавляется атмосферным воздухом, а затем с помощью нагнетательных вентиляторов вновь подается в помещения цехов.

Разработана схема организации рециркуляции технологических газов и для производства фосфорных удобрений, в частности, при получении экстракционной фосфорной кислоты дигидратным методом, в производствах гранулированного двойного и простого сулерфосфата, а также сложных удобрений.

Вероятно, в будущем газооборотные циклы будут играть такую же решающую роль в защите воздушного и водного бассейнов от промышленных выбросов, какую играют сейчас водооборотные циклы в деле защиты водных бассейнов.

Контрольные вопросы

1. Какие меры нужно применять для снижения загрязнения воздушного бассейна?

2. По каким принципам нужно подбирать пылеулавливающее оборудование?

3. Какие методы применяют для обезвреживания отходящих газов от токсичных веществ?

4. Назовите методы очистки топочных газов от диоксида серы.

5. В чём сущность регенерационно-циклического способа очистки дымовых газов ТЭЦ от оксидов серы с получением серы?

6. Назовите техногенные источники образования оксидов азота.

7. Какие существуют методы обезвреживания отходящих газов от оксидов азота?

8. Назовите недостатки процессов обезвреживания газовых выбросов, содержащих монооксид углерода и углеводороды, путём сжигания.

9. Приведите примеры организации замкнутых газооборотных циклов.