ТАЛЛИНСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Вирумааский

ТАЛЛИНСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Вирумааский колледж
RAR0680 Сберегающие технологии
Макарова Карина
124354RDKR
Современные технологии удаления из газов
оксидов азота
Домашняя работа №4
Преподаватель: лектор А.А. Згуро
Кохтла-Ярве 2015
Основными источниками загрязнения атмосферного воздуха являются промышленные
предприятия, транспорт, тепловые электростанции, животноводческие комплексы. При
сжигании всех видов органических топлив в продуктах сгорания образуются оксиды
азота. Наиболее распространены NO и NO2, из которых NO2 является более вредным и
токсичным. В связи с большой опасностью NOx необходимо применять мероприятия
по их снижению. [1]
Следует отметить также, что из-за высоких токсикологических характеристик оксидов
азота в последние годы и в Европейских странах, и в США проводится политика на
постепенное ужесточение экологических нормативов по выбросам оксидов азота на
промышленных объектах. В частности, в 2005−2008 гг. были приняты и введены в
действие новые существенно более жёсткие нормативы по выбросам оксидов азота
целым рядом передовых промышленно развитых стран (Япония, Германия, Австрия,
Дания, Швейцария, Швеция, Нидерланды, США). [1]
Оксид азота (II) NО — бесцветный токсичный газ. ПДК с.с. =0.06 мг/м3. Фоновые
концентрации NО составляют до 7,4 мкг/ м3. Оксид азота плохо растворяется в воде (в
одном объеме воды при 0°С растворяется лишь 0,007 объемов NО) и в химическую
реакцию с ней не вступает. Температура плавления оксида азота равна -164°С, а
температура кипения составляет 151°С. В твердом и жидком состояниях оксид азота
имеет синий цвет. Оксид азота под действием сильных окислителей окисляется, а в
присутствии восстановителей — восстанавливается. Так, он легко окисляется с
кислородом и озоном. [1]
Диоксид азота (IV) NO2 представляет собой в обычных условиях газ бурого цвета,
обладает раздражающим и прижигающим действием на дыхательные пути. Более
токсичен, чем NO. ПДКс.с.=0,04 мкг/ м3. Фоновые концентрации NO2 изменяются в
пределах 0,4-9,4 мкг/ м3 .Он хорошо растворим в воде, один моль воды растворяет два
моля диоксида азота.
NO и NO2 в атмосфере и составе газовых выбросов всегда присутствуют вместе и
поэтому обобщенно обозначаются как NOX (NO + NO2 = NOx). Они относятся к
массовым загрязнителям атмосферы. Установлено, что даже сравнительно небольшие
концентрации оксидов азота в воздухе при постоянном воздействии на организм
человека
вызывают
неблагоприятную
реакцию
с
гемоглобином
крови.
При
концентрациях 1000-5000 мг/м3 оксид азота токсичнее диоксида азота. [1]
Существует три разных механизма образования NOx:
2
1. NOx теплового происхождения - данные вещества образуются из азота,
присутствующего в воздухе, который используется для сгорания топлива при
температуре 1300°С.
2. Готовые NОx - Образуются при соединении присутствующего в воздухе
молекулярного
азота
с
фрагментами
углеводорода,
образующихся
при
разложении топлива на первых стадиях сгорания.
3. NOx, образующиеся из топлива - образуются при реакции органических
азотных соединений, содержащихся в топливе с кислородом при температуре
сгорания, превышающей 1000 °С. [2]
Для уменьшения образования веществ NOx необходимо:
1. понизить температуру пламени;
2. уменьшить теплонапряженность (кВт/м3), т.е. установить рабочий режим котла
ниже номинального;
3. сократить время пребывания продуктов сгорания в топке;
4. снизить концентрацию кислорода. [2]
Технология селективного некаталитического восстановления оксидов азота (NOх)
Селективное
некаталитическое
восстановление
–
это
процесс,
происходящий
непосредственно после сгорания топлива, при котором в печь при высокой температуре
подаётся азотосодержащий реагент (мочевина или аммиак) с целью уменьшения
концентрации оксидов азота. [4]
При соблюдении определённых температурных условий (850-1100 °C) и времени
выдержки, коэффициент восстановления может доходить до 50%. Более высокая
производительность не может быть достигнута из-за того, что часть аммиака не
участвует в реакции (остаток NH3).
СНКВ считается надёжной технологией и активно используется в коммунальных и
промышленных котельных, на мусоросжигательных заводах, ТЭС и в других процессах
сжигания топлива.
Хотя химический механизм СНКВ довольно сложен и включает в себя десятки
различных обратимых реакций, упрощённо процесс восстановления можно описать
следующими уравнениями:
NH2CONH2 + NO + ½O2
<–>
2N2 +CO2 + 2H2O (СНКВ с мочевиной)
2NH3 + 2NO + ½O2
<–>
2N2 + 3H2O(СНКВ с аммиаком)
Обычно установка для СНКВ состоит из отсека для хранения реагента, системы
циркуляции и дозирования реагента и зоны впрыска.
3
Устройство системы зависит от нескольких параметров, таких, как распределение
температур и скоростей топочного газа, стехиометрии процесса (базового уровня NOx и
коэффициента
впрыска
реагента),
наличия
CO,
предельных
уровней
O 2,
геометрической формы топки.
Технология СНКВ – это недорогой способ достичь относительно небольших
коэффициентов восстановления NOx в условиях стабильного горения. [3]
Рис.1. Технологическая схема СНКВ. [3]
Установка СНКВ состоит из следующих элементов:
- разгрузочной станции с соединительной муфтой
- бака для хранения раствора карбамида (137м3)
- 2-х насосов подачи карбамида на линии
- модуль смещения и дозации
- 30 инжекторов с двойными форсунками (3 уровня по 10 инжекторов на каждом ярусе)
- трубопроводов для раствора карбамида, деионата и технического воздуха
- клапанов для регулировки и управления жидкостями
- управление установкой
Комбинированные способы очистки дымовых газов[5]
К эффективным комбинированным способам газоочистки следует отнести способы
ДЕНОКС, СНОКС.
4
Фирмой Bergbau Forschung разработан эффективный способ двухступенчатой очистки
отходящих газов от NOХ и SO2, основанный на использовании движущегося слоя
активированного кокса при температуре 120-160°С для адсорбции SO2 с окислением до
SO3 и образованием в присутствии паров воды серной кислоты. Регенерацию кокса
осуществляют путем его нагревания до 400-600°С. Эффективность очистки составляет
более 95%.
В этом же процессе происходит и нейтрализация оксидов азота.
Активированный кокс служит также катализатором процесса взаимодействия оксидов
азота с аммиаком в области температур 70-150°С. Степень денитрации – до 70%.
Способ в различных модификациях нашел применение в Японии, Германии, США.
Поскольку присутствие SO2 отрицательно влияет на адсорбцию NO, необходимо
раздельное двухстадийное удаление. На первой стадии происходит адсорбционная
очистка от SO2 и частично от NO2, на второй – от NOx. Возможна раздельная очистка
либо от NOx либо от SO2. [5]
Рис. 2. Принципиальная схема адсорбционно-восстановительного способа очистки от
NOх и SO2. 1 – вертикальная колонка; 2 – адсорбер; 3 – бункер разгрузки; 4,6 –
питатели; 5 – классификатор; 7 – бункер подпитки; 8 – бункер загрузки; 9 –
регенератор; 10 – конвертер; 11 – холодильник; I – адсорбент; II – отходящие газы; III –
горячий теплоноситель; IV – газы регенерации; V – продукты конверсии; VI –
холодный теплоноситель
5
Углеродный адсорбент непрерывно циркулирует между вертикально расположенными
технологическими аппаратами, объединенными в вертикальную колонку. Очистка
газов от SO2 (NOx) происходит при температуре 100-150°С путем адсорбции на
поверхности углеродистого адсорбента. Очищенные газы подаются в дымовую трубу, а
адсорбент, когда достигнет состояния насыщения, поступает в бункер разгрузки и с
помощью питателя подается в классификатор, где происходит отделение мелочи,
которая
может
быть
использована
в
качестве
сырья
для
производства
гранулированного углеродистого адсорбента или сожжена в топке. [5]
Преимущества использования технологий ДЕНОКС и СНОКС:
1. Особые свойства катализаторов, используемых в установках; к тому же
катализаторы, используемые в технологии ДЕНОКС, применимы для очистки
газов высокой запыленности;
2. Отсутствие в оборудовании элементов из дорогостоящих нержавеющих
материалов;
3. низкий температурный уровень процессов;
4. Высокая эффективность;
5. Отсутствие сорбентов;
6. Отсутствие кислотного «тумана» и аммиачного «хвоста» на выходе из
установки;
7. Полная автоматизация процессов;
8. Возможность использования тепловой энергии, выделяющейся в процессе
газоочистки, для получения технологического пара и горячей воды,
9. Практическое отсутствие зависимости конечной концентрации серной кислоты
от содержания оксидов серы и влаги в уходящих газах;
10. Низкие эксплуатационные расходы. [5]
Методы СКВ
Снижение выбросов NOx (оксида азота) в дымовых газах осуществляется при
реализации первичных мер и вторичной обработке дымовых газов. Первичные меры
позволяют снизить выбросы оксида азота более чем на 30%. Однако такого снижения
часто бывает недостаточно, поэтому необходима вторичная обработка.
Основой
вторичной
специализированный
пластины из
обработки
комплекс
активных
является
пропускание
дымовых
(реактор),
содержащий
катализатор
соединений
разных
металлов), который
газов
через
(пористые
стимулирует
химическое преобразование оксидов азота, не принимая участия в самой реакции.
6
Дымовые газы попадают в реактор и насыщаются смесью аммиака и воздуха. Жидкий
аммиак поступает из хранилища, испаряется и впрыскивается в реактор. В данном
процессе аммиачный газ действует как восстановитель: азот вытесняется водородом. В
результате возникает молекулярный азот (N2) и вода (H2O). [4]
Итак, селективное каталитическое восстановление основано на реакции восстановления
оксидов азота аммиаком на поверхности гетерогенного катализатора в присутствии
кислорода. Помимо газообразного аммиака в процессах СКВ могут использоваться
также аммиакобразующие реагенты. Это растворы аммиака: аммиачная вода,
распыляемая в потоке горючего газа, после чего капли находятся в контакте с газом
2…10 с до попадания на слой катализатора или просто жидкий аммиак. Аммиак может
быть получен также непосредственно перед слоем катализатора за счет конверсии
метана. Для селективного восстановления NОx предложено применять также
сероводород. Количество вводимого восстановителя зависит от концентрации оксидов
азота и необходимой степени очистки. Кроме того, иногда аммиак вводят в
значительном избытке по отношению к NОx (это имеет место при очистке горячих
дымовых газов), чтобы одновременно связать присутствующий в газах диоксид серы в
сульфат и (или) сульфит аммония. [4]
Основными реакциями, протекающими при восстановлении оксидов азота в
кислородсодержащей среде, являются следующие:
4NН3 + 4NО + О2 4N2 + 6Н2O;
8NН3 + 6NО2 7N2 + 12Н2O;
4NН3 + 5O2 4NO + 6Н2О;
4NН3 + ЗО2 2N2 + 6Н2O;
2NН3 + 2O2N2O + ЗН2O.
Эффективность метода СКВ определяется параметрами:
1) система сжигания – вид топлива;
2) состав катализатора;
3) активность катализатора, его селективность и время действия;
4) форма катализатора, конфигурация каталитического реактора;
5) отношение NH3 : NOx и концентрация NOx;
6) температура каталитического реактора;
7) скорость газового потока.
7
Большинство катализаторов формируется на основе диоксида титана (ТiO2) и
пентоксида ванадия (V2O5). Диоксид титана — удобный носитель и не отравляется
SO3. Пентоксид ванадия промотирует реакцию взаимодействия аммиака и оксидов
азота и мало чувствителен к действию SO2. Композиция катализатора и соотношение
составных частей защищены в большинстве случаев патентами. [4]
8
Использованная литература:
1. Улавливание NOx, Автор отсутствует,
http://azoveko.com/index.php?option=com_content&view=article&id=64:sox&catid=41:2009-04-03-08-08-59&Itemid=87 [WWW] (10.11.2015)
2. Что такое NOx , Автор отсутствует,
http://www.energogaz.su/catalog/promyshlennye_vodogreynye_kotly_chto_takoe_
nox/ [WWW] (09.11.15)
3. Снижение NOx (Процесс СНКВ) , Автор отсутствует,
http://alecotec.com/gazoochistka/snizhenie-nox-process-sncr [WWW] (09.11.15)
4. Снижение NOx (Процесс СКВ) , Автор отсутствует,
http://alecotec.com/gazoochistka/snizhenie-nox-process-process[WWW]
(09.11.15)
5. Название статьи и автор отсутствуют,
http://www.pomosch-v-uchebe.ru/raznoe/10/raz90.php [WWW] (09.11.15)
+
9
10