Очистка газовых выбросов на промышленном предприятии

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 H₂O 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.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 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.

Существующие методы очистки газов от SO₂ можно разделить на три группы: методы, основанные на окислении и нейтрализации SO₂ без последующего ее выделения; циклические и комбинированные методы.

К первой группе относятся  методы очистки газов от SO₂ с переработкой ее в серную кислоту или сернистокислые соли. К циклическим относятся методы, позволяющие извлекать SO₂ из разбавленных газов при низкой температуре и выделять поглощенную SO₂ при последующем нагреве поглотителя. При использовании комбинированных методов поглощение двуокиси серы производится различными основаниями с последующим действием на них сильных кислот, в результате чего выделяется концентрированная двуокись серы и соответствующие соли.

Выбор метода извлечения двуокиси серы зависит от концентрации SO₂, температуры, влажности, наличия в газе других примесей, а также от специфических местных условий. При выборе метода необходимо учитывать масштабы производства, наличие местного сырья для приготовления поглотительных растворов, возможность реализации получаемых при очистке продуктов и т. д.

Методы, основанные на окислении и нейтрализации SO₂. В последние годы разработан и испытывается метод получения серной кислоты из малоконцентрированных газов. Этот метод позволяет достичь санитарной нормы очистки отходящих газов с одновременным получением ценного химического продукта. Отходящие газы предварительно очищают от пыли в электрофильтрах / (рис. 4) и от каталитических ядов (Аs₂O₃ и SeO₂) в промывных башнях 2 и 3, орошаемых серной кислотой.

Рис. 4 - Схема получения серной кислоты из малоконцентрированных газов (схема СГ — слабые газы)

Улавливание сернокислотного тумана, образовавшегося в промывных башнях, производится в волокнистых электрофильтрах 4. Очищенный от примесей сернистый газ с помощью газодувки 5 направляется в контактный аппарат 7. Однако перед этим он должен быть подогрет до 420—440°С. В существующих сернокислотных системах, работающих на концентрированных газах, подогрев газа осуществляется за счет тепла реакции окисления SO₂ в SO₃. Если содержание SO₂ в газе низкое, тепло реакции окисления недостаточно и подогрев газа до температуры контактирования осуществляется путем добавления к нему топочных газов, получаемых в результате сжигания газообразного или жидкого топлива в топке 6. В связи с этим в контактном отделении не устанавливаются теплообменники, а понижение температуры газа между слоями контактной массы осуществляется путем добавления к газу атмосферного воздуха. Получаемая в контактном аппарате трехокись серы абсорбируется в башне 8.

При больших количествах  холодной воды целесообразно применять  для поглощения SO₂ из отходящих газов водный метод очистки. Благодаря низкому парциальному давлению SO₂ над водой можно достичь практически полного поглощения двуокиси cеры водой. Однако на практике водная очистка газов от SO₂ не нашла широкого применения из-за большого расхода воды и загрязненности сточных вод.

При промывке сернистых  газов водными растворами щелочей  происходит поглощение SO₂ водой с образованием сернистой кислоты, которая нейтрализуется щелочью с образованием солей сернистой кислоты.

Из щелочных методов  наиболее перспективны те, которые  обеспечивают простоту и надежность работы установки, а также получение товарных продуктов, используемых в народном хозяйстве.