Очистка газов от оксидов азота

Методы очистки газов от оксидов азота можно разделить на окислительные, восстановительные и сорбционные.

1. Окислительные методы основаны на предварительном окислении монооксида азота и последующем поглощении диоксида азота и триоксида азота различными поглотителями.

Окисление монооксида азота кислородом может происходить в газовой или в жидкой фазе, а также в присутствии катализаторов. Окисление в газовой фазе малоэффективно, так как скорость окисления очень мала, поэтому используется лишь при небольших концентрациях NO в газовом потоке и при малом расходе отходящих газов. Окисление монооксида азота в жидкой фазе более эффективно. Окисление монооксида азота на катализаторахявляется наиболее оптимальным методом, так как имеет высокую скорость. Наиболее эффективные катализаторы – гопкалит (состоит из смеси оксидов марганца, меди и серебра), карбоалюмогель, силикагель и т.д.

Окисление монооксида азота жидкими окислителями. Это еще более эффективный процесс. В качестве окислителей используются водный раствор преоксида водорода, азотная кислота, хроматы и бихроматы, перманганат калия. При этом протекают следующие реакции:

Применение данного метода ограничивается тем, что жидкие окислители довольно дороги и требуют регенерации, однако позволяют достичь максимальной степени очистки.

2. Восстановительные методы основаны на восстановлении оксидов азота до молекулярного азота различными восстановителями в присутствии катализаторов или под действием высоких температур.

Каталитическое восстановление оксидов азота проводят в присутствии катализаторов, содержащих металлы платиновой группы или составов, содержащих никель, хром, медь, цинк, ванадий и др. Восстановителями служат водород, оксид углерода, метан и др.:

 

Газы, подлежащие очистке, в смеси с газом восстановителем нагревают до требуемой температуры (150-480 ⁰С в зависимости от применяемого восстановителя и катализатора) и пропускают через слой катализатора. Так как отходящие газы обычно содержат значительное количество кислорода, то одновременно с восстановлением нитрозных газов происходит окисление газов восстановителей, которое сопровождается выделением большого количества тепла, что вызывает разогрев реакционной смеси до 700 ⁰С. Поэтому возникает необходимость использования термостойких катализаторов, либо проводить ступенчатое контактирование с промежуточным охлаждением обрабатываемого газового потока, что приводит к дополнительным затратам на очистку.

Селективное восстановление оксидов азота с помощью аммиака выгодно отличается от высокотемпературного тем, что процесс происходит избирательно, так как аммиак практически не реагирует с кислородом, содержащимся в отходящих газах. Поэтому аммиак расходуется в количествах, незначительно превышающих стехиометрические согласно уравнениям:

 

Селективное восстановление проходит при относительно низких температурах (180-360 ⁰С) с выделением небольших количеств тепла. Процесс достаточно прост по аппаратурному оформлению и не требует применения дорогих катализаторов. В качестве катализатора могут использоваться: пентаоксид ванадия, нанесенный на различные носители, а также оксиды марганца, железа, никеля, кобальта и др.

Существует также запатентованный метод гомогенного селективного восстановления оксидов азота аммиаком без использования катализаторов при строго определенной температуре 920-970 ⁰С.

3. Сорбционные методы можно разделить на абсорбционные и адсорбционные.

Для абсорбции оксидов азота чаще всего используют воду и растворы щелочей.

Абсорбция водой применяется мало, так как в процессе взаимодействия диоксида азота с водой выделяется некоторое количество монооксида азота, для которого требуется дополнительное окисление:

Щелочная абсорбция основана на взаимодействии оксидов азота с растворами, имеющими щелочную реакцию: раствором соды, известкового молока, едкого натра.

 

В качестве адсорбентов для очистки газов от оксидов азота используются в основном, природные адсорбенты: торф, лигнин, бурые угли и др. Адсорбционные методы имеют определенные преимущества перед абсорбционными, в частности, компактность и простота аппаратурного оформления, отсутствие жидких отходов, однако имеют и недостатки – цикличность, необходимость проведения процесса при высоких температурах и необходимость последующей утилизации оксидов азота, а также невысокая селективность.