МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ
И НАУКИ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ
БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
ИВАНОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра промышленной
экологии
РЕФЕРАТ
НА ТЕМУ
« Очистка отходящих
газов от NOx в химических производствах»
Выполнил: Скутина
А.А.
3 курс 15 группа
Принял:
Иваново
2017
Содержание……………………………………………………………………2
Введение…………………………………………………………………………..3
1. Оксиды азота,
их некоторые свойства и источники…………………………3
2. Режимные мероприятия
снижения выбросов NOх…………………………..5
3. Химические способы
очистки промышленных газовых
выбросов от оксидов азота………………………………………………………………………6
3.1 Адсорбционные
методы………………………………………………………7
3.2 Жидкофазные методы
денитрации газов……………………………………8
3.2.1 Нерегенеративные
методы…………………………………………………9
Заключение……………………………………………………………………….12
Список использованной
литературы…………………………………………...13
Введение
Основными источниками
загрязнения атмосферного воздуха являются
промышленные предприятия, транспорт,
тепловые электростанции, животноводческие
комплексы. Каждый из этих источников
связан с выделением большого количества
специфических токсичных веществ, иногда
не поддающихся сразу идентификации, хотя
номенклатура многотоннажных загрязнений
сравнительно мала. 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. 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). С учетом складывающейся
экологической ситуации в исследовательских
центрах Европы, США и Японии в настоящее
время ведётся большая работа по совершенствованию
существующих способов и разработке и
внедрению новых способов очистки промышленных
выхлопных газов от оксидов азота, а также
созданию принципиально новых технологий
очистки.
1. Оксиды азота,
их некоторые свойства и источники
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. 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. Особую опасность представляет
взаимодействие оксидов азота с кислородом
и находящимися в воздухе углеводородами,
приводящее в присутствии солнечного
излучения к протеканию следующих реакций:
2NO + O2 -
2NO2
NO2 -
NO + O
О + О2 – О3 -
альдегиды - кетоны
О3 +
RCH3 -
органические кислоты - свободные радикалы
O3 +
NO2 +
RCH3 –
RCOONO2
Видно, что в результате
этих реакций, лежащих в основе фотохимического
смога, образуется пероксиацетилнитрат,
вызывающий резь в глазах, раздражающий
легочную ткань. Оксиды азота представляют
опасность для озонового слоя в связи
с тем, что они попадают в стратосферу
под действием мягкого УФ-излучения Солнца,
которое в стратосфере озоном почти не
задерживается, диоксид азота разлагается
с выделением оксида азота, а последний
окисляется озоном. В результате ряда
последовательных реакций одна молекула
оксида азота способствует уничтожению
в среднем 10 молекул озона. В природных условиях
оксиды азота образуются в количествах
порядка 700 млн. тонн в год в результате
извержения вулканов, лесных пожаров,
грозовых разрядов, а также в почве и поверхностных
слоях океана - вследствие протекания
анаэробных процессов. Однако такое количество
оксидов азота равномерно распределяется
в атмосфере и образует лишь фоновые концентрации,
не представляющие опасности для растений
и живых организмов. Наиболее опасны для
окружающей среды и человека оксиды азота,
образующиеся в результате производственной
деятельности человека. Общая масса антропогенных
выбросов оксидов азота составляет около
75 млн. тонн в год, т. е. примерно в 10 раз
меньше природных выбросов. Несмотря на
это, антропогенные выбросы представляют
серьезную опасность для растений и живых
организмов из-за образования локальных
высоких концентраций, превышающих предельно-допустимые
в десятки и более раз. Антропогенные выбросы
оксидов азота образуются: 1. В процессе горения
топлива в тепловых электростанциях, котельных
агрегатах, двигателях внутреннего сгорания.
При температурах 1000°С и выше между азотом
и кислородом воздуха идет следующая реакция:
О2 +
N2 -
2NO
Часть NО при выходе
из дымовой трубы окисляется в NО2 за счет
взаимодействия с озоном и кислородом
воздуха:
NО + О3 –
NО2 +
О2
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 NOх 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.
2. Режимные мероприятия
снижения выбросов NOx.
Образование оксидов
азота при высокотемпературном сжигании
топлива обусловлено в основном окислением
молекулярного азота воздуха непосредственно
в зоне горения. С увеличением мощности
энергетических котлов выход оксидов
азота возрастает. Максимальный выход
оксидов азота наблюдается в зоне активного
горения. В остальных зонах, где уровень
температуры относительно ниже, атмосферный
азот практически не окисляется. Поэтому снижение выбросов
оксидов азота с дымовыми газами электростанций
обеспечивается режимными и конструктивными
мероприятиями, направленными на уменьшение
образования газов в топках котлов: рециркуляция дымовых
газов; сжигание топлива с
предельно низкими избытками воздуха; ступенчатое сжигание
топлива; впрыск влаги в зону
горения; разработка новых типов
горелок и различное конструктивное решение
топочных устройств; комбинация перечисленных
методов.
На выбор оптимального
метода снижения содержания оксидов азота
в топочной камере существенно влияют
мощность котла и вид топлива (газообразное,
жидкое, твердое). На газомазутных энергетических
котлах режимными и конструктивными мероприятиями
удается сократить выброс оксидов азота
на 35-40 %. При этом увеличение стоимости
ТЭС не превышает 2 %. При сжигании твердых
топлив применение даже комплекса конструктивных
и режимных мероприятий позволяет снизить
выброс оксидов азота не более чем на 25
%. Перспективным способом
снижения выбросов оксидов азота является
очистка дымовых газов. Азотоочистительные
установки следует использовать лишь
после исчерпания возможностей - подавления
реакций образования оксидов азота сравнительно
дешевыми технологическими методами,
т. к. очистка дымовых газов от азота сравнительно
дорогое мероприятие. Но известные в настоящее
время режимные методы снижения образования
выбросов оксидов азота в выхлопе, основанные
на снижении температуры и количества
окислителя в зоне горения, уменьшение
времени пребывания продуктов сгорания
в зоне высоких температур не могут быть
применены с достаточной эффективностью
в камерах сгорания ГТУ. Это связано с
конструкцией камер сгорания и необходимостью
больших затрат при её реконструкции для
обеспечения возможности реализации этих
методов, что не компенсируется снижением
эмиссии оксидов азота. Реализация режимных
методов связана также со снижением коэффициента
полезного действия ГТУ; повышением в
продуктах сгорания заметных количеств
оксидов азота, возможным появлением в
выхлопе бенз(а)пирена; с большим расходом
дефицитной химочищенной воды и необходимостью
оснащения КС установками для ее получения;
необходимостью модернизации ГПА для
возможности получения требующегося для
впрыска пара.
3. Химические способы
очистки промышленных газовых
выбросов от оксидов азота.
Существующие способы
очистки газовых выбросов от оксидов азота
подразделяются на следующие: абсорбционные процессы
очистки с хемосорбцией NOх 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
до молекулярного азота.
3.1 Адсорбционные
методы
Адсорбционные методы
- одни из самых распространенных средств
защиты воздушного бассейна от загрязнений.
Область применения современных адсорбентов
в процессах очистки газов очень широка. Основными промышленными
адсорбентами являются активированные
угли, сложные оксиды и импрегнированные
сорбенты. Десорберы - вода, пар. Продукт
десорбции - азотная кислота и концентрированные
оксиды азота. Активированный уголь
(АУ) нейтрален как к полярным, так и к неполярным
молекулам адсорбируемых соединений.
Активированные угли обладают меньшей
селективностью, чем другие адсорбенты
и являются одними из немногих, пригодных
для работы во влажных газовых потоках.
Однако, при их контакте с оксидами азота
возможны возгорания и даже взрывы. Также
активированные угли характеризуются
низкой механической прочностью.Оксидные
адсорбенты (ОА) обладают более высокой
селективностью по отношению к полярным
молекулам в силу собственного неоднородного
распределения электрического потенциала.
Их недостаток - снижение эффективности
в присутствии влаги. К классу ОА относят
селикагели, синтетические цеолиты, оксид
алюминия.Адсорбция молекул газообразного
вещества на поверхности твердого адсорбента
сопровождается выделением тепла, количество
которого зависит от природы образующихся
связей между молекулами адсорбируемого
вещества и адсорбента. Различают физическую
и химическую адсорбцию (хемосорбцию).
В последнем случае теплота адсорбции
значительно выше, чем в первом, что создает
дополнительные проблемы перегрева адсорбента
в ходе очистки газов и усложняет аппаратурное
оформление процесса. Для десорбции примесей
применяют нагревание адсорбента, вакуумирование,
продувку инертным газом, вытеснение примесей
более легко адсорбирующимся веществом,
например водяным паром. В последнее время
особое внимание уделяется десорбции
примесей путем вакуумирования. При вакуумировании
системы и непрямом нагреве удается утилизировать
выделяющиеся примеси. Следует отметить,
что с ростом температуры адсорбция уменьшается.
На интенсивность также влияет пористость
сорбента. Оптимальная пористость находится
в пределах 0,4 - 0,8 нм. Активно развивающиеся
работы по адсорбционному улавливанию
оксидов азота из отходящих газов в целом
носят пока исследовательский характер.
Развитие сорбционных процессов улавливания
NОХ может дать возможность получать концентрированные
оксиды азота из дымовых и технологических
газов с последующим получением полезных
продуктов. Однако применительно к дымовым
газам данные о промышленном применении
сорбционных способов в настоящее время
практически неизвестны. Хороший эффект дает
применение молекулярных сит, то есть
минералы с нитратами калия, натрия в структуре
с пористостью, соизмеримой с размерами
молекул (цеолиты), и их десорбция осуществляется
продувкой горячим воздухом. В результате
получается высококонцентрированный
оксид азота, из которого получают 60%-ную
азотную кислоту.