Курсовая работа: Способы восстановления оксидов азота

2NO + О₂ 2NO₂

Ежегодно в составе дымовых газов в атмосферу выбрасывается порядка 50 млн. тонн оксидов азота; 2. В процессах получения и применения азотной кислоты, при производстве взрывчатых веществ, алифатических и ароматических нитросоединений, азотных удобрений, серной кислоты нитрозным способом, анилиновых красителей, вискозного волокна, травления металлов и др.. а также в газовых выбросах химической промышленности объем оксидов азота составляет порядка 25 млн. тонн в год. Например, заводы, производящие азотные удобрения, выбрасывают 5-12 т/сутки NO_х и NH₃ , и их концентрации на расстоянии 500 м от предприятия могут достигать 1.3 мг/м³ . Такие концентрации представляют опасность не только для здоровья людей, но и для растений, поскольку оксиды азота поглощаются листьями растений, нарушая при этом обмен веществ. При концентрациях от 0.2 до 0.56 мг/м³ NO₂ повреждает томаты и бобовые культуры.

Способы очистки промышленных газовых выбросов от оксидов азота

Существующие способы очистки газовых выбросов от оксидов азота подразделяются на следующие: - абсорбционные процессы очистки с хемосорбцией NO_х и их превращением в другие продукты, например, в азотную кислоту, нитраты, нитриты и др. - адсорбционные методы улавливания оксидов азота с одновременным частичным или полным превращением в другие продукты, например в HNO₃ . - термические и термокаталитические методы восстановления оксидов азота домолекулярного азота.

2. Термокатал итические методы восстановления оксидов азота

Процессы термокаталитического восстановления NO_х характеризуются низкой температурой, меньшим расходом газа-восстановителя и высокой степенью очистки отходящих газов, удовлетворяющей санитарным нормам. В основе этих процессов лежат реакции термического окисления и восстановления, однако число возможных восстановителей при этом значительно больше. В качестве восстановителей при термокаталитических процессах могут быть использованы метан и другие газообразные углеводороды, оксид углерода, водород, пары жидких углеводородов, аммиак, а также промышленные газы, содержащие эти компоненты. Катализаторами термокаталитических процессов восстановления NO_X могут быть: платина, палладий, рутений, родий, никель, медь, хром, железо, сплавы никеля с хромом, меди с хромом и др., нанесенные на оксиды алюминия, цинка, силикагель.

В зависимости от избирательного характера действия восстановителя по отношению к NO_х термокаталитические методы подразделяются на селективные и неселективные.

Остановимся более подробно на неселективных методах. Оксиды азота относят к умеренно опасным газам (третий класс опасности). В рабочих зонах ПДК оксидов азота в пересчете на NO₂ равна 2 мг/м³ , а в приземном слое среднесуточная ПДК составляет 0,085 мг/м³ .

Содержание оксидов азота на выходе из абсорбционных колонн значительно превышает санитарные нормы. Для обезвреживания отходящих газов от оксидов азота применяют высокотемпературное каталитическое восстановление, селективное каталитическое восстановление и разложение гетерогенными восстановителями.

2.1 Высокотемпературная каталитическая очистка

В качестве восстановителей предложены: водород, азотоводородная смесь, оксид углерода (II), природный, нефтяной, коксовый и богатые газы, пары керосина, мазута и др.. Практическое применение в промышленности нашел природный газ, содержание серы в котором не должно превышать 20 мг/м³ .

В качестве катализаторов применяют металлы Pt, Pd, Rh, Ru, Ni, Cu, Cr, Fe и сплавы Ni—Cr, Cu- -Cr, Zn—Cr и др., нанесенные на оксиды алюминия, цинка, силикагель, керамику и природные материалы. В агрегатах УКЛ-7,3 и АК-72 применяют палладиевый катализатор АПК-2 (А1₂ О₃ с 2% Pd). Процесс восстановления N0_х протекает при 720—770⁰ С, объемной и линейной скоростях газа соответственно 15000—25000 ч^-1 и 1,0—1,5 м/с. Для достижения остаточной концентрации оксидов азота в пределах 0,002— 0,008% (об.) поддерживают 10%-ный избыток природного газа от стехиометрического.

В качестве второго каталитического слоя используется таблетированный А1₂ О₃ . Срок службы катализатора 3 года, потери Pd составляют 3—5% в год (от массы нанесенного). За период эксплуатации активность катализатора снижается, и концентрация оксидов азота повышается от 0,002—0,003 до 0,008—0,01% при содержании NO_х на входе 0,1% (об.).

Первой стадией процесса является горение и конверсия метана кислородом

СН₄ + 2О₂ СО₂ + 2Н₂ О +804,58 кДж.

При неполном сгорании метана образуются водород и моноксид углерода:

СН₄ + 0,5О₂ = СО+ 2Н₂ +35,13 кДж.

оксид азот промышленный восстановление

Последние могут окисляться кислородом до диоксида углерода и воды.

Выделяемое по этим реакциям тепло приводит к значительному повышению температуры газа. Адиабатический разогрев парогазовой смеси при окислении 1% кислорода составляет 160 °С. Поэтому во избежание перегрева катализатора и одновременного обеспечения температуры его зажигания (450—550 ^С С), содержание кислорода в отходящем газе поддерживают в пределах 3,2%. При восстановлении водородом содержание кислорода составляет 4,4% О₂ , так как в этом случае адиабатический разогрев равен 130—140 °С.

Таким образом, в восстановлении оксидов азота участвуют все три восстановителя: Н₂ , СО, СН₄ .

Но с большей вероятностью с оксидами азота реагирует на катализаторе водород. Причем на первой стадии диоксид азота восстанавливается до оксида азота N0, а затем последний до N₂

Н₂ + NO₂ = Н₂ О + N0 + 184,9 кДж,

Н₂ + NO = H₂ O+0,5N₂ + 332,45 кДж.

Аналогично взаимодействует N0_х с моноксидом углерода. Суммарные реакции природного газа с оксидами азота можно представить в виде:

СН₄ + 4N0₂ = CO + 4NO+2H₂ O+ 574,4 кДж,

СH₄ + 4N0 = C0₂ + 2N₂ + 2H₂ O + 11 646 кДж.

По условиям эксплуатации катализатора АПК.-2 оптимальным является соотношение

[СН₄ ] : [О₂ ]=0,55- 0,56. Дефиксация окислов азота в восстановительной среде (избыток СН₄ над О₂ ) приводит к появлению в выхлопном газе наряду с СО [до 0,15% (об.)] аммиака и водорода.