Глава 8. Очистка газов от оксидов азота

Оксиды азота являются одними из основных загрязнителей атмо- сферы. Следует знать, что азот с кислородом образует следующие со- единения: N₂O, NO, NO₂, N₂O₄, N₂O₃, N₂O₅.

Источниками оксидов азота, поступающих в атмосферу, служат газы, образующиеся при сжигании топлив в стационарных установках; выхлопные газы двигателей внутреннего сгорания; отходящие газы производства азотной кислоты; газы, образующиеся при получении ка- тализаторов и различных солей, а также при травлении металлов и проведении ряда других процессов.

Из общего количества оксидов азота, выбрасываемых в атмосфе- ру, в настоящее время около 60 % приходится на долю стационарных установок сжигания топлив, до 39 % на долю автотранспорта и до 2 %

- на долю отходящих газов химических производств.

Существующие методы уменьшения концентрации оксидов азота в отходящих газах промышленных предприятий подразделяются на первичные и вторичные. Первичные методы снижения образования ок- сидов азота – совершенствование технологий, при осуществлении ко- торых происходит эмиссия загрязнителей в окружающую среду. В энергетике, например, - это рециркуляция дымовых газов, улучшение конструкций горелок, регулирование температуры дутья. Ко вторич- ным относятся методы удаления оксидов азота их отходящих газов (дымовых, выхлопных, вентиляционных).

1. Окислительные методы очистки

Оксид азота NO является несолеобразующим, индефферентным соединением и трудно вступает в реакцию с большинством известных поглотителей. Для более полного извлечения оксидов азота из газовых смесей производят предварительное окисление NO в NO₂ и N₂О₃. В промышленности используется метод гомогенного окисления NO в NO₂ в газовой фазе с помощью кислорода:

2NO + O₂ = 2NO₂; NO + NO₂ = N₂O₃.

При низких концентрациях NO (в нитрозных газах производства разбавленной азотной кислоты) скорость окисления оксида азота в га- зовой фазе очень мала. Это приводит к необходимости установки гро- моздких и дорогостоящих окислительных объемов. С целью интенси- фикации процессов в нитрозный газ добавляют кислород до его содер- жания 8-10 %. Причем большая часть кислорода, не вступив в реак- цию, выбрасывается в атмосферу. Остаточное содержание оксидов азо- та при абсорбционных методах очистки газов составляет 0,05 %. Даль- нейшая интенсификация процесса окисления возможна за счет увели-

чения скорости окисления NO в жидкой фазе, либо в присутствии ка- тализаторов.

1. Окисление оксида азота газообразным кислородом в жидкой фазе

Показано, что в процессе абсорбции оксидов азота различными поглотителями происходит окисление оксида азота не только в газовой фазе, но и в жидкой. Это дает большие преимущества, т.к. количество жидкой фазы в процессе массопередачи гораздо меньше газовой, в свя- зи с чем технологические операции с жидкостью можно проводить в значительно меньших реакционных объемах.

Разработан метод очистки газов от оксидов азота, в основу кото- рого положен принцип окисления оксида азота в жидкой фазе.

Одним из поглотителей оксидов азота является вода. Процесс аб- сорбции оксидов азота водой связан с образованием азотной кислоты. Степень абсорбции оксидов азота водой зависит от типа применяемого аппарата и колеблется в пределах 40-80 %.

Основным видом аппаратуры для поглощения оксидов азота яв- ляются абсорбционные насадочные колонны, аппараты с ситчатыми тарелками с пенным контактом фаз, аппараты барботажного типа, ме- ханические абсорберы с низко- и высокотемпературными режимами, распылительные аппараты типа труб Вентури и аппараты с различны- ми механическими распылителями. Наиболее широкое применение по- лучил агрегат из двух колонн.

Отличительной особенностью агрегата является то, что парал- лельно с основной абсорбционной ситчатой колонной устанавливается

120

дополнительная колонна малого диаметра, имеющая такое же количество таре- лок, как и основная колон- на (рис. 8.1).

Конденсат, предназ- наченный для абсорбции оксидов азота, предвари- тельно поступает на верх- нюю тарелку вспомога- тельной колонны. Здесь он насыщается кислородом, циркулирующим в замк- нутом цикле вспомога-

Рис. 8.1. Окисление оксидов азота в жидкой фазе

тельной колонны. Насы-щенный кислородом кон-денсат поступает на верх-нюю тарелку основной ко-лонны. Здесь он абсор-бирует из розных газов оксиды азота, после чего через сливной порог вновь ступает на вторую (свер-ху) тарелку вспомогательной колонны. На этой тарелке конденсат вновь насыщается кислородом, и цикл повто- ряется снова на всех тарелках колонны. Так как кислота, поступающая с тарелок вспомогательной колонны на тарелки основной колонны, сыщена кислородом, то на них интенсивно протекает реакция окисле- ния оксида азота в жидкой фазе. Окисление NO в газообразной фазе осуществляется параллельно в межтарельчатом пространстве основной колонны. В связи с этим полнота абсорбции оксидов азота увеличива- ется.

В таких системах кислород циркулирует в замкнутом контуре до- полнительной колонны и расходуется только на окисление NO. Если в циркулирующий кислород добавить 2-3 % азота, то концентрация НNО₃ может быть увеличена до 60-65 %.

При окислении NO в жидкой фазе является перспективным ис-

пользование озона. В этом случае в реакции окисления полезно ис- пользуются все три атома кислорода:

2NO + O₃ + H₂O = 2HNO₃.

Расход окислителя невелик, так как он циркулирует в системе.