Очистка газов от оксидов. Виды опасных азотистых соединений. Очистка дымовых газов от оксидов азота.

Ежегодно крупные и мелкие промышленные предприятия выбрасывают в атмосферу миллионы тонн вредных и опасных веществ, которые негативно влияют на человека и окружающую среду. Одним из наиболее опасных компонентов в выбросах является оксид азота, который в соединении с определенными веществами становится опасен для всех живых организмов, включая животных и человека. Попадая в организм человека оксиды азота NO, NO₂ воздействуют на нервную систему, разрушают слизистую оболочку легких и кровь, преобразуя оксигемоглобин в метгемоглобин. Очистка газов от оксидов азота – одна из самых важных задач в сфере фильтрации отходящих газов от опасных соединений.

Виды опасных азотистых соединений

Существует несколько оксидов азота:

• оксид азота I (окись диазота N₂O);
• монооксид азота NO;
• азотистый ангидрид N₂O₃;
• амил N₂O_3;
• диоксид азота NO₂.

В промышленной сфере оксид азота I (окись диазота N₂O) не является первостепенной целью для обезвреживания, так как количество его образования в различных видах производства незначительно. Способом его нейтрализации является нагрев с разложением оксида на кислород и чистый азот, а также реакция окисления в присутствии серной, соляной кислот с образованием нитратов, сульфатов и воды. Очистка выбросов от монооксида азота также не является первостепенной задачей, так как на открытом воздухе ом мгновенно окисляется до диоксида NO₂. Азотистый ангидрид N₂O₃ существует лишь при температуре менее 4°С, поэтому не представляет опасности. Амил N₂O₃ представляет собой взрывоопасную летучую ядовитую жидкость, имеющую бурый цвет и сильные окислительные свойства. В газообразных выбросах не присутствует.

Самым опасным азотистым соединением является диоксид азота NO₂, который в глобальном масштабе считается одним из самых сильных загрязнителей окружающей среды. Вещество образуется при сжигании различных видов топлива – мазута, бензина, угля, дров, керосина, природного газа. При температуре выше 21°С он представляет собой ядовитый токсичный газ оранжевого цвета, который иногда называют «лисий хвост». При уменьшении температуры переходит в коричневую жидкость с сохранением своих токсичных свойств. Основная опасность диоксида азота NO₂ в атмосфере заключается в его соединении с водой с образованием азотной кислоты, которая впоследствии выпадает с осадками на почву и негативно влияет на все живые организмы.

Очистка дымовых газов и очистка отходящих газов от оксидов азота

Селективная очистка отходящих газов от оксидов азота основана на каталитическом и некаталитическом восстановлении:

• каталитическое (СКВ) – заключается в применении гетерогенных катализаторов при высоких температурах от 200 до 500°С;
• некаталитический способ очистки газов (СНКВ) – проводится при температуре 800°С.

Обе технологии предполагают использование в качестве расходного материала аммиака, соли аммония или мочевины с образованием безвредного двухатомного азота и воды. Катализатором в процессах выступают оксиды ванадия, титана или алюминия. Пентаксид ванадия отличается высокой активностью при температурах менее 400°С и стойкостью к воздействию оксидов серы. Такие свойства делают его очень востребованным для обезвреживания газов от ТЭС. При протекании процесса СКВ возможно возникновение побочных реакций, которые приводят к образованию солей аммония. Для предотвращения этого устанавливают на выходе из реактора теплообменник Юнгстрема.

Очистка выбросов от оксидов азота проводится с применением распространенных поглотителей в виде раствора соды, едкого натра и карбоната аммония, известкового молочка. Процесс очистки происходит в две стадии: взаимодействие оксида азота с водой до образования кислот и нейтрализация полученных кислот щелочами.

Адсорбционные методы очистки отходящих газов от оксидов азота при небольших объемах заключаются в применении активированного угля, силикагеля.

Все вышеперечисленные методы очистки дымовых газов от оксидов азота относятся к сухим способам. Большим недостатком технологий сухой очистки является большой объем очищаемого газа на всех стадиях технологической цепочки, в результате чего приходится применять оборудование с большими габаритами, требующие крупных капитальных вложений.

При мокрой очистке оборудование большого объема необходимо только на стадии промывки газа, а следующие стадии в виде утилизацией извлеченных из газовой смеси продуктов требуют оборудования небольшого объема.

В основе мокрой очистки газов от оксидов азота лежат следующие процессы:

• окисление-абсорбция;
• абсорбция окисление;
• абсорбция-восстановление.

Озонный метод очистки газов от оксидов азота и серы заключается в окислении озоном оксидов и последующее связывание аммиаком. После осуществления очистки дымовых газов от золы они направляются в установку, которая включает в себя трехступенчатую трубу Вентури и каплеуловитель. Одновременно в установку с отходящими газами подается озон и орошающая жидкость, в результате низшие оксиды азота NO и NO₂ переходят в высшие

N₂O₅, а SO₂ окисляется до SO₃. Во время контакта с водой образуется смесь серной и азотной кислот, которая нейтрализуется добавкой аммиачной воды. Полученные в результате нитраты и сульфаты выводят из установки и в дальнейшем применяют для получения удобрений. Степень окисления азота в кислородных соединениях в существенной мере определяется температурным значением. В присутствии озона или кислорода реакция окисления окиси азота при нормальной температуре проходит самопроизвольно от NO до N₂O₅. Если температура увеличивается, то реакция протекает в обратном направлении.

В РХТУ им. Д. И. Менделеева разработан новый карбамидный способ, который дает возможность очищать дымовые газы от оксидов азота на 95% и почти полностью удалять из них оксиды серы. Процесс не требует предварительной подготовки очищаемых газов, а в результате образуются нетоксичные соединения N₂, СО₂, Н₂О, (NH₄)₂SO₄. Эффективность способа не зависит от входных концентраций оксидов серы и азота.