Очистка дымовых газов от оксидов азота (на примере ТЭС)

Физические и химические основы пылеочистки и очистки технологических газов

Системы газоотчистки. В большинстве технологических процессов извлечения целевых компонентов из газовых смесей реализуется на производственных стадиях их переработки и при этом достигается экономически целесообразная степень их извлечения. Поэтому выбросные газы содержат незначительное количество примесей, вредно воздействующих на окружающую среду, а объемы газов в ряде производств крайне велики. Не случайно с целью увеличения движущейся силой процесса очистка выбросных газов многих химических производств основана на использовании процессов химической абсорбции, когда извлекаемый компонент газовой смеси вступает в химическую реакцию с жидким поглотителем и полностью или частично связывается в химическое соединение.

Основой процесса в данном случае элемент многотарельчатого аппарата пленочного типа – тарелка с орошаемой стенкой, в которой жидкость виде тонкой пленки отекает по внутренним стенкам колонны и контактирует с движущимся противотоком по трубе газом.

Учитывая эту методическую особенность, пленочные аппараты могут быть рекомендованы в качестве аппаратов, отвечающих ряду специфических требований промышленной экологии. Они могут быть использованы в условиях повышенных нагрузках по жидкости, что характерно, например, для процессов отдувки. Кроме того, аппараты такой конструкции обладают малым гидравлическим сопротивлением, в них может быть реализовано подвод или отвод тепла и др.

Физико-химические основы очистки и обезвреживания дымовых газов

Очистка дымовых газов от оксидов азота (на примере ТЭС)

Способов очистки газов разного состава от оксидов азота предложено много. Их можно разделить на две группы: сорбционные и каталитические, а также комплексные методы очистки дымовых газов.

1. Сорбционные: можно классифицировать на абсорбционные и адсорбционные.

2. Каталитические – связаны с окислением оксидов азота до диоксида азота и с восстановлением оксидов до молекулярного азота.

Все эти методы могут осуществляться как в мокром (с поглощением растворами), так и в сухом (поглощением NOх сухими сорбентами) исполнение. Методы очистки каждой из групп имеют как достоинства, так и недостатки, существенно разнятся они и по экономическим показателям, и по эффективности очистки.

Абсорбционные методы. Основаны на растворении окислов загрязняющих веществ с водой и щелочами.Оксиды азота в той или иной степени растворяются в обычной воде. В качестве окислителя можно использовать перекись водорода. Более эффективная отчистка газов от NOх осуществляется при их контакте с растворами щелочей.

NOх в промышленных условиях абсорбируют в скрубберах Вентури, промывных башнях, насадочных и тарельчатых абсорбентах.

Недостатки способов отчистки: 1) большие капитальные затраты; 2) появление новых отходов, не находящих сбыта.

Адсорбционные методы. Адсорбция происходит в результате взаимодействия поверхностных сил притяжения абсорбируемой молекулы и часто сопровождается капиллярной конденсацией и хемосорбцией. На интенсивность адсорбции влияет пористость сорбента. В качестве адсорбентов применяет приготовленные из каменного кокса активированные угли, древесный уголь, активи­рованный полукокс бурых углей и торфа. В качестве десорбента — воду или водяной пар. При десорбции получается азотная кислота и концентрированный оксид азота.

Каталитические методы используют с целью ускорения разложения промежуточных продуктов распада (окислов) до простых веществ.

При t > 620 °С все высшие оксиды азо­та диссоциируют до N0. При 900—1000 °С возможна диссоциация N0 по реакции 2NO - 4 N₂ + 0₂ +181 кДж/моль

Однако реакция эта протекает очень медленно. Для ускорения процесса разложе­ния оксидов азота применяют катализаторы — оксиды ряда ме­таллов (Со, Си, Ni, Fe, Cr, Zn). Более перспективны процессы восстановления оксидов азота на катализаторах. В качестве восстановителей могут быть использованы газы: Н₂, СН₄, NH₃, СО, а также твердый уг­лерод.

В качестве катализаторов используются Pt, Pd, Rh, Ru, а также Co, Ni, Fe, V, Mo, Cr, Zn и их оксиды, наносимые на пористый носитель (высокопористый А1, Si). Для экономии драгоценных металлов используется двухступенчатое селективное каталитическое восстановление NO_х: на первой ступени в качестве катализатора при­меняется оксид неблагородного металла, на второй — Pt или Pd. В качестве восстановителя применяется аммиак. В его присут­ствии на ванадиевом катализаторе идут реакции:

3N0₂ + 4NH₃ -» 3,5N₂ + 6H₂0 3N0 + 2NH₃ -» 2,5N₂ + 3H₂0

В качестве восстановителя возможно применение также природного газа в сочетании с соответствую­щим катализатором (по данным Б. С. Белосельского).

Комплексные методы очистки от оксидов азота и серы. При сжи­гании на ТЭС топлив, содержащих повышенное (> 0,5 %) коли­чество серы, возникает необходимость очистки дымовых газов от оксидов азота и серы, технически и экономически которую более выгодно проводить комплексно, используя апробированные схе­мы. В настоящее время за рубежом используют схемы комплекс­ной очистки дымовых газов ТЭС на базе известнякового метода. В одной из таких схем (схема 1) применены два абсорбера, оро­шаемые известковой водой.

Схема 1. Комплексная очистка дымовых газов от NOx и SO2: 1-дымовые газы на очистку; 2- абсорбер для поглощения SO2; 3- абсорбер для поглощения SO2; 4- отпарная колонна; 5- аппарат для разложения NOx; 6- бак смеситель; 7- специальный абсорбер; 8- отстойник.

Для комплексной очистки дымовых газов от оксидов азота и серы может быть применен также оксид магния. В схеме очистки с применением MgO используется один абсорбер, в который на­правляется предварительно охлажденный путем распыла в нем воды или части раствора MgO дымовой газ. Образующейся в результате сорбции оксидов азота и серы нитрит и сульфит магния выводят из цикла сорбции, отделяют кристаллы сульфита магния на цен­трифуге, направляя их на сушку и обжиг в специ­альную печь. При обжиге MgS0₃ диссоциирует на MgO и S0₂. Магнезит MgO возвращают в цикл абсорбции, a S0₂ перерабаты­вают в концентрированную серную кислоту, являющуюся товар­ным продуктом.

Определенные перспективы имеют методы каталитического окис­ления оксидов азота и серы. В настоящее время ведется интен­сивный поиск недорогих катализаторов, в частности на основе со­единений хрома, марганца и меди на углеродном носителе. Весьма эффективны разработанные в Японии катализаторы, нанесенные на активированный уголь в виде тонкой пленки в сплавленном состоянии соединения кобаль­та, марганца, железа, меди и никеля.