Вала увеличение объема исследований, направленных на изучение механизмов образования оксидов азота при сжигании топлива и разработку методов снижения их эмиссии

Вид материала

Документы

Содержание Рис.2. Влияние концентрации кислорода на степень превращения NО Рис.6. Размещение реакторов СКВ в газовом тракте котельной установки Перспективные катализаторы процессов СКВ Экономические аспекты очистки дымовых газов от NО Технико-экономические показатели установки СКВ Промышленное применение метода СКВ для денитрации дымовых газов. 2. Жидкофазные методы денитрации газов 2.1. Нерегенеративные методы Окислительно-абсорбционный метод аммиачной очистки. 7, а орошение абсорбера второй ступени 12

Подобный материал:

• Урок химии в 9 классе. Тема: «Оксиды азота», 68.76kb.
• Язвенная болезнь: иммунитет и апоптоз, 81.87kb.
• Комплекс методов и средств содержит в себе развитие теории и новые разработки по: акустической, 135.93kb.
• Закономерности проектирования механизмов для передачи и преобразования, 19.17kb.
• Оош, кабинет физики первые паровозы стефенсона и черепановых, 177.12kb.
• На основании программы снижения обогащения топлива для исследовательских реакторов,, 68kb.
• Технология пылевидного сжигания топлива в кольцевых и туннельных печах обжига кирпича, 48.61kb.
• Управление выбросами оксидов азота на тэс рециркуляцией дымовых газов, 352.45kb.
• Тема урока: Общая характеристика элементов подгруппы азота. Свойства азота, 85.69kb.
• Влияние автотранспорта, 125.98kb.

Рис.2. Влияние концентрации кислорода на степень превращения NО:

1 - V₂O₅/TiO₂; 2 - цеолит; 3 - CuO/Fe₂O₃; 4 - V₂O₅/ TiO₂/SiO₂; 5 - Fe₂O₃/Cr₂O₃; 6 - Al₂O₃/ V₂O₅; (на катализаторе 1-5 температура 400 С, на катализаторе 6 -250 С в проточно-циркуляционном реакторе с неподвижным слоем катализатора)
Основными промышленными катализаторами селективного восстановления оксидов азота аммиаком являются ванадийсодержащие катализаторы. Пентаксид ванадия имеет высокую активность при относительно низких температурах (<400 °С), значительную устойчивость к воздействию оксидов серы. Эти свойства катализатора делают его пригодным для обезвреживания газов ТЭС.

Особенностью вышеприведенных реакций является значительное влияние кислорода на скорость ее протекания. При изменении концентрации О₂ от 0,1 до 1,0 % скорость восстановления резко увеличивается на различных катализаторах (рис.2). Дальнейшее увеличение концентрации кислорода не сказывается на скорости реакции восстановления NО. В тоже время на реакцию восстановления NО₂ аммиаком, присутствие кислорода не оказывает влияния. На V₂О₅ окисление NН₃ до N₂ начинается при Т > 220 °С; при Т>350 °С появляется небольшое количество N₂О, окисление аммиака до NО протекает с заметной скоростью Т > 450 °С (рис.3). Такое распределение продуктов окисления аммиака обусловливает особенности протекания реакции восстановления NО (рис.4). Степень восстановления NО увеличивается с ростом отношения NН₃/NО_X. В условиях отсутствия реакции окисления аммиака максимум конверсии NО наблюдается при мольном отношении NН₃/NО, равном единице, что соответствует стехиометрии реакции восстановления NО. Максимальной конверсии диоксида азота соответствует мольное отношение NН₃/NO₂ равное 1,3.

Для смеси NО_X и NО оптимальное отношение NН₃/NО_X зависит от отношения NО₂/NО и изменяется от 1 до 1,3. При NО₂/NО < 1 конверсия NО_X линейно зависит от отношения NН₃ к NО, при NО₂/NО > 1 отклоняется от линейной зависимости. При малых объемных скоростях (10000 1/ч) и росте температуры NН₃/NО_X оказывает более сильное влияние на конверсию NО_X, так как при этом увеличивается вклад конкурирующей реакции окисления NН₃, что при небольших избытках NН₃ приводит к быстрому снижению степени конверсии NО_X.

Учитывая, что степень очистки газов от NО_X зависит от избытка аммиака, предлагается, например, разделить очищаемый газ на два потока, в один из которых аммиак вводят с избытком, а в другой - с недостатком или в стехиометрическом соотношении. После пропускания потоков через слои катализатора они объединяются. Для улучшения степени очистки газов применяют периодическое изменение расхода аммиака на входе в слой катализатора: NН₃ дозируется до выше стехиометрически необходимого количества, то ниже.

Рис.3. Окисление NH3 на V2O5

Рис.4. Восстановление NO на V2O5в присутствии кислорода

В экспериментальных работах также установлено, что скорость восстановления NО_X зависит от соотношения в газе NО/NO₂. Последнее предлагается осуществлять в потоке очищаемого газа испарением азотной кислоты до установления соотношения NО₂/NО на уровне 0,9...1,1. С другой стороны, предлагается для очистки газов, богатых NО₂, использовать первоначальное восстановление диоксида азота метанолом, пока отношение NO₂/NO не достигнет оптимального значения после чего в газ вводят аммиак и проводят селективное восстановление.

При осуществлении процессов СКВ возможно протекание побочных реакций, приводящих к образованию аммонийных солей. Прежде всего необходимо учитывать возможность образования в газовой фазе нитритов и нитратов аммония по реакции

2NО₂ + 2NН₃ + Н₂О = NН₄NO₂ + NН₄NО₃,

накопление которых крайне нежелательно с точки зрения взрывобеэопасности процесса. Протекание этой реакции определяется главным образом температурой, временем контакта и концентрацией газовых компонентов. Независимо от концентрации NО₂ и O₂, для каждой температуры имеется значение парциального давления NН₃, ниже которого соли аммония не образуются.

Соли, прежде всего сульфат аммония, могут образовываться не только в слое катализатора, но и в газоходах после каталитического реактора. Для борьбы с этим явлением предложено устанавливать на выходе из реактора вращающийся теплообменник Юнгстрема. Отложение солей в этом случае понижается за счет стробирующего эффекта. В рекуперативных теплообменниках отложения сульфата аммония разрушают механически, вводя в поток газа стальные шарики.

Таковы основные особенности протекания процесса селективного восстановления оксидов азота аммиаком на различных катализаторах, которые необходимо учитывать при разработке и эксплуатации уста­новок очистки газов, содержащих оксиды азота.

Основные области применения методов СКВ - это очистка отходящих газов от NО_Х в производстве азотной кислоты и дымовых газов при сжигании топлива. Общая доля установок селективного каталитического восстановления NО_X в дымовых газах в Японии и США оценивается в 65 % (от общего числа установок очистки от NO_X). По некоторым оценкам, к 2000-му г. треть всего производства аммиака в США потребуется для селективного каталитического восстановления NO_X.

Применение метода СКВ для очистки газов ТЭС имеет ряд особенностей, связанных с запыленностью отходящих газов, их сравнительно высокой температурой, а также содержание в них диоксида серы. Последнее требует усовершенствования.





Рис.6. Размещение реакторов СКВ в газовом тракте котельной установки:

1 - реактор; 2 - котел; 3 - электрофильтр; 4 - воздухонагреватель; 5 - десульфуризационная установка; 6 - рукавный фильтр; 7 - теплообменник; а - схема со слабозапыленным потоком газов; б - схема с высокозапыленным потоком газов; в - схема с расположением реактора после пыле- сероочистки; А - газ на очистку; Б - продукты десульфуризации
Существует несколько способов размещения каталитического реактора в газовом тракте котельной установки (рис.6). На практике наиболее широко используется схема размещения реактора СКВ после экономайзера (рис.6,б). В этом случае высокая температура позволяет обойтись без дополнительного подогрева газов, однако значительное количество пыли и диоксида серы создает трудности для реализации процесса очистки. Наличие в отходящих дымовых газах SO₂ приводит к дезактивации катализатора в результате блокировки активного компонента сульфатами аммония. Высокая запыленность дымовых газов ведет к эрозионному износу катализатора и его механическому разрушению.

Эти факторы значительно сокращают срок службы катализатора, снижают степень очистки от NO_X. Поддержание высокой эффективности очистки газов возможно лишь за счет проведения специальных мер при эксплуатации установки.

Так, для удаления сульфатов аммония разработаны способы промывки установки водными растворителями. Процессы СКВ запыленных газов ТЭС могут быть реализованы лишь на катализаторах с керамической сотовой структурой (блоках) при высоких линейных скоростях, доходящих до 60 м/с. Сотовая структура имеет стенки одинаковой толщины, образующие каналы по всей длине с гидравлическим диаметром 2...30 мм. Пористость такого блока составляет 50...80%. Переработка газа при высоких линейных скоростях исключает забивание каналов пылью. Высокая пористость блоков и большой гидравлический диаметр каналов обеспечивают незначительное сопротивление контактных аппаратов газоочистки (не более 200 мм вод.ст.). Иногда вместо керамических блоков для обработки запыленных газов активный компонент наносят на поверхность металлических пластин или теплообменных трубок.

Пример сотовой структуры реактора и его схема загрузки показана на рис.7.





Рис.7. Схема загрузки реактора:

1 - упаковка катализатора; 2 - ячейка в сотовом катализаторе; 3 - неочищенный дымовой газ; 4 - чистый дымовой газ
Серьезной проблемой для такой схемы является дезактивация катализатора в ходе процесса СКВ. Для восстановления активности катализатора используют периодическое создание повышенного содержания водяного пара (до 5...60%) в очищаемых газах, а температуру поддерживают в это время в слое катализатора равную 300... 450 °С. Для обеспечения непрерывности процесса очистки процесс СКВ можно осуществлять в нескольких параллельно работающих реакторах, что позволяет в одном (или нескольких) вести регенерацию катализатора, а в остальных осуществлять очистку. Непрерывность процесса можно обеспечить также за счет периодического изменения мест ввода аммиака, что достигается, например, вращением слоя катализатора.

Причиной снижения активности катализатора может являться также его механический износ, что имеет место при очистке горячих запыленных газов. Для того чтобы защитить катализатор, используют установку в каталитическом реакторе наклонных опорных решеток или защиту катализатора специальными сетками, задерживающими пыль. Для того чтобы пыль не накапливалась в слое блочного катализатора, осуществляют меры по интенсификации процессов массообмена в каналах блока. Это достигается использованием пересекающихся каналов с переменным сечением.

Вариант размещения СКВ после электрофильтра (рис.6,а) еще не получил достаточно широкого распространения на практике, так как проблема создания высокотемпературных электрофильтров полностью не решена.

Дымовые газы ТЭС перед удалением от NО_Х могут быть очищены от пыли и диоксида серы для увеличения срока службы катализатора (рис.6,в). Однако это приведет к их охлаждению и резко увеличит стоимость их денитрации (примерно на 30%) за счет повторного нагрева. Для нагрева используются, например, движущийся слой катализатора (в частности, кокс). Теплоноситель может использоваться также следующим образом. Два теплообменника устанавливаются до и после каталитического реактора, а теплоноситель циркулирует между этими двумя теплообменниками. Для нагрева может быть использован процесс СКВ в слое движущегося катализатора, причем газ подается навстречу движущемуся слою.

Для всех рассмотренных технологических схем очистки дымовых газов от NО_X характерны общие проблемы.

Смешение аммиака с потоком очищаемого газа оказывает значительное влияние на эффективность процесса очистки. Обращает на себя внимание использование распределенного ввода аммиака. В этом случае слой катализатора разделяют на несколько частей, а аммиак вводят перед каждым слоем. Для увеличения степени очистки в целом предлагается или обеспечить степень превращения на каждой из частей слоя до 67%, или большую часть NН₃ дозировать перед последней частью слоя катализатора.

В случае изменения расходов газа и (или) содержания в них оксидов азота наличие нескольких частей слоя катализатора и ввод NН₃ перед каждым из них позволяет осуществлять управление процессом за счет перераспределения потока газа путем байпаса.

Обеспечение однородного смешения незначительных количеств аммиака с большими объемами отходящих газов требует применения специальных технологических приемов. Для этого используют, например, часть основного потока, которую смешивают сначала с аммиаком, а затем уже ее смешивают с основным потоком. Для этих же целей служит установка в газоходе после ввода аммиака специальных перегородок, увеличивающих турбулизацию потока. Ввод аммиака при наличии перепада давления между частями слоя катализатора также улучшает перемешивание восстановителя и очищаемых газов.

Используемый для восстановления оксидов азота аммиак хорошо адсорбируется на ряде катализаторов. Это используется для организации процесса СКВ, например путем адсорбции аммиака на холодном участке слоя катализатора, после нагрева которого аммиак десорбируется и используется для восстановления. Катализатор СКВ может играть роль одновременно и адсорбента для NО_X. В этом случае, для того чтобы катализатор не проводил окисление аммиака, его регенерацию (восстановление поглощенных оксидов азота) не проводят до конца, а ограничиваются величиной 60...70%. К сожалению, NH₃ только адсорбируется на катализаторе, но и хорошо поглощается золой, содержащейся в очищаемых дымовых газах. Для того чтобы устранить это, золу подвергают термообработке, а выделившийся аммиак вновь подают на восстановление. Для удаления остаточного аммиака (после восстановления NО_X) используют установку дополнительных слоев катализатора, на котором проводят его окисление преимущественно до азота.

Основным направлением повышения экономичности СКВ является снижение энергозатрат и разработка способов регенерации катализатора при снижении его активности.

Для повышения экономичности процессов СКВ на ТЭС в настоящее время применяются вращающиеся теплообменники (рис.6,в). Отходящие дымовые горячие газы с температурой 350...400 °С смешивают с аммиаком и подают далее на вращающийся пластинчатый реактор-теплообменник, после прохождения которого очищенные от NO_X газы могут поступать дальше для удаления пыли и диоксида серы. Свежий воздух для процесса горения поступает в это время в другую половину реактора-теплообменника, где нагревается и подается в печь. Теплообменник вращается таким образом, чтобы обеспечить почти постоянную температуру по всему объему.

Существующие катализаторы позволяют проводить процессы восстановления при низких температурах (150...180 °С) в том случае, если будут обеспечены условия, исключающие накопление аммонийных солей (например, нитрата аммония). Этого можно добиться за счет непрерывного или периодического ввода в реактор веществ, способствующих разложению названных солей (спирты, альдегиды, кетоны, сложные и простые эфиры, а также предельные углеводороды). Разложить накопившиеся аммонийные соли и восстановить активность катализатора удается за счет периодического удаления его из зоны реакции и регенерации в отдельном аппарате, или за счет разделения слоя катализатора на несколько частей и определенном расходе NН₃ перед каждым слоем.

При восстановлении нитрозных газов, не содержащих кислород, возникает необходимость во вводе дополнительных реагентов, позволяющих поддерживать катализатор в окисленном состоянии, и, следовательно, вести процесс при относительно низких температурах. В качестве таких окислителей используют, например, кислород, перекись водорода. Ввод последней позволяет одновременно ускорить доокисление избыточного аммиака и устранить его появление на выходе из реактора.

Катализатор, работающий на смесях с высоким содержанием золы и оксидов серы, должен обеспечивать высокую степень очистки от NО_X и одновременно в наименьшей степени окислять SО₂ в SО₃, так как может иметь место кислотная коррозия воздухоподогревателя. Кроме того, при Т < 300 °С в коммуникациях отлагаются сульфаты аммония. Опыт эксплуатации установок денитрации газов ТЭС в Японии показал, что для обеспечения интервала между чистками коммуникаций газового тракта в 6000 ч остаточная концентрация NН₃ должна быть менее 5 ррт.

Можно выделить два вида катализаторов: формованные и пластинчатые. Первые имеют каналы сотовидной, квадратной (наиболее распространенной) или треугольной формы. Пластинчатые катализаторы представляют собой блоки параллельных пластин с рифленой поверхностью. Размеры каналов для катализаторов, используемых в запыленном газовом потоке - 6...16 мм, в обеспыленных газах -3...10 мм. Внешняя удельная поверхность блоков > 1000 м²/м³. Высокая пористость блоков (50...80%) и большой гидравлический диаметр каналов обеспечивают незначительное сопротивление контактных аппаратов газоочистки (не более 200 мм.вод.ст.).

Перспективные катализаторы процессов СКВ Таблица 2

Активный компонент катализатора, носитель	Температура процесса, С	Объемная скорость, час -1	Современное состояние и ограничения
Fe2O3+Cr2O3	285...400	4000	Малая запыленность очищаемых газов, SO2<500 ppm, появление NO2 при повышении температуры
CuO/Fe2O3	300...400	5000...6000	Высокая стоимость, необходимость промышленных испытаний

Катализаторы, приготовленные методом смешения, имеют большие преимущества перед нанесенными катализаторами при использовании их в запыленном газовом потоке, когда скорость износа существенна. Наибольшее распространение в Японии получили катализаторы с использованием в качестве носителя TiО₂, активной фазы V₂O₅ и W₂O₃. В США и Европе развивается каталитические системы на основе цеолитов, другие типы катализаторов. Эти катализаторы имеют гораздо меньшее распространение, чем оксидно-ванадиевые. Следует упомянуть разработки, представленные в табл.2.

Основные требования, предъявляемые к катализаторам СКВ промышленностью, можно свести к следующим:

• высокая активность и селективность в реакциях восстановления NО_X при возможно низких температурах;
  
• низкая активность в реакциях окисления SO₂ в SO₃;
  
• медленная дезактивация;
  
• коррозийная устойчивость;
  
• механическая прочность и устойчивость к температурным колебаниям;
  
• низкое гидравлическое сопротивление.
  

Продление срока службы катализатора, уменьшение его удельных загрузок возможно при переработке дымовых газов, предварительно очищенных от пыли и SO₂. Это потребует значительных энергозатрат на подогрев газов перед установкой СКВ.

Экономические аспекты очистки дымовых газов от NО_X

Капитальные затраты на очистку методом СКВ дымовых газов на энергоблоках в Германии составляют от 50 до 120 DМ/кВт. Они возрастают почти линейно с ростом мощности энергоблока. Удельные затраты снижаются с ростом единичной мощности. Это происходит довольно резко в диапазоне 100...300 МВт и слабо при дальнейшем увеличении мощности. Размещение каталитического реактора после сероочистки повышает эксплуатационные расходы на денитрацию газов на 20... 30%.

По данным немецких специалистов, средние капитальные затраты на установку СКВ для угольной ТЭС составляют от 5 до 6 млн. DМ на 100 МВт (для сероочистки мокрым известняковым методом аналогичные затраты оцениваются в 20 млн. DМ).

Распределение затрат на создание установки СКВ на примере Германии по отдельным составляющим приведено ниже (в процентах):

• технологическое оборудование 29,0;
  
• металлоконструкции 9,5;
  
• хранилище аммиака 7,0;
  
• газоходы, клапаны 5,0;
  
• система автоматического управления 2,0;
  
• катализатор 38,0;
  
• прочее 9,5.
  

Стоимость катализатора в настоящее время составляет от 25 до 45 тыс. DМ/м³.

В целом мероприятия по снижению выбросов NO_X требуют следующих затрат [1]:

• первичные мероприятия, связанные с изменением топочного процесса - 0,5...10 $/кВт;
  
• селективная гомогенная очистка - 10...20 $/кВт;
  
• селективное каталитическое восстановление - 50...100 $/кВт.
  

Экономические оценки создания установок СКВ на отечественных тепловых станциях можно получить из технических предложений, выполненных институтом "Уралгипрохим" на основе исходных данных Института катализа СО РАН для новой ТЭЦ (г. Пермь). Очищаемые дымовые газы проходят стадию концентрирования путем электроциклической газоочистки. После концентрирования объем газов составляет 33,5 тыс.м³/час с содержанием оксидов азота 21,4 г/м³ и температурой 29 °С. Для очистки данных газов применяется селективное каталитическое восстановление аммиаком. При подготовке технических предложений рассмотрены два варианта:

1. вариант с использованием в качестве восстановителя испаренной аммиачной воды;
   
2. вариант с использованием в качестве восстановителя газообразного аммиака.
   

Технико-экономические (капиталовложения и эксплуатационные издержки) показатели установки приведены в таблице 3.

Технико-экономические показатели установки СКВ

без учета затрат на стадию предварительного

концентрирования газа (в ценах 1991г) Таблица 3

Наименование	Вариант 1	Вариант 2
Капиталовложения, тыс. руб: строительные работы монтажные работы оборудование ВСЕГО	356 151 409 930	891 241 677 1832
Годовые эксплуатационные расходы, тыс. руб.	12320	11792

Промышленное применение метода СКВ для денитрации дымовых газов.

Метод СКВ является в настоящее время наиболее распространенным способом удаления NO_X из дымовых газов в Японии и Германии.

В Японии в 1985 году общая численность установок денитрации газов составляла более 200 на ТЭС общей мощностью 35000 МВт. Это позволило уменьшить выброс NО_X в атмосферу с 2 до 1,3 млн.т.

В Германии в 1988 году эксплуатировалась 131 установка очистки дымовых газов от NО_X. При этом в 93-ех %-ах из них использовался аммиачно-каталитический метод (SСR). В настоящее время эквивалентная мощность всех заказанных в Германии установок каталитической очистки от оксидов азота различными фирмами (Deutsche Babcock, Siemens, BASF, Steinmuller и др.) составляет около 20000 МВт. Примерный объем заказанного катализатора составляет 10 тыс. тонн.

2. Жидкофазные методы денитрации газов

Поглощение оксидов азота из отходящих газов различными жидкими поглотителями является одним из распространенных и давно используемых в промышленности способов , в частности, для очистки вентиляционных выбросов. Методы, применяемые для вентиляционных газов с низким содержанием NO_X, могут быть достаточно успешно использованы и для очистки дымовых газов. Доступность методов абсорбционной очистки в значительной мере определяется тем, что в отличие от большинства сухих способов, они не зависят от колебаний концентраций примеси на входе и не требуют применения высоких температур.

Прежде чем перейти к описанию конкретных методов очистки, подчеркнем, что все жидкофазные методы можно разделить на два основных блока. Это наиболее освоенные, простые абсорбционные методы без регенерации абсорбента. Существенным их недостатком является образование отработанных абсорбционных растворов, требующих дальнейшей переработки. Указанный недостаток нерегенеративных способов часто переносят на все жидкофазные методы, что в корне неверно. Ко второй, менее многочисленной группе относятся абсорбционные методы с регенерацией абсорбента, т.е. когда абсорбент циркулирует по замкнутому контуру. Из системы выводятся только продукты утилизации. Это безусловно более перспективные способы, так как позволяют утилизировать оксиды азота в виде товарных продуктов и не создают массовых стоков.

Кроме общего разделения жидкофазных методов на два основных блока, для понимания физико-химических основ рассматриваемых процессов. Можно предложить следующую классификацию абсорбционных методов очистки газов от NO_X:

• окислительно-абсорбционные, когда окисление NО проводится в газовой фазе перед стадией абсорбции с использованием таких окислителей, как О₂, О₃, Сl₂, СlO₂, Сl₂O, воздух, пары НNО₃ и т.п.;
  
• абсорбционно-окислительные, когда окислитель дозируется в сорбционный раствор. В качестве окислителей используют довольно широкий спектр соединений: КВгО₃, КМnO₄, Н₂О₂, Н₂О₂ в виде клатрата с мочевиной, Nа₂Сг, СrO₄, (NH₄)₂Сг₂О₇, NаСlO (по убыванию окислительной способности);
  
• окислительно-абсорбционно-восстановительные, когда для увеличения эффективности извлечения NO_X из газа проводят окисление NО в газовой фазе до оптимального соотношения NО/NО₂ = 1, а восстановитель входит в состав сорбционного раствора;
  
• абсорбционно-восстановительные, из восстановителей применяют NН₄OН, (NН₄)₂СО_З, сульфамиловую кислоту, гидроксиламин, сульфокислоту, формиат аммония, цианамид кальция, комплекс сульфата двухвалентного железа с гидразином, соли железа (II), комплекс железа (II) с ЭДТА, сульфит-бисульфиты, тиокарбаматы, политионаты, тиосульфаты, фосфорную кислоту и ее соли, карбамид, амины и аминовые спирты.
  

При организации технологии очистки газов по типу двух первых групп основными конечными продуктами являются нитриты и нитраты, и, как следствие, возникает проблема утилизации образующихся стоков. Все эти процессы, как правило, относятся к нерегенеративным.

Третья и четвертая группы методов позволяют восстанавливать оксиды азота до молекулярного азота, а также получать ценные товарные продукты, например удобрения для сельского хозяйства. Методы этих групп регенеративны и имеют бесспорное преимущество по той причине, что позволяют создавать варианты совместной очистки газов от оксидов серы и азота. Это играет существенную роль при коммерциализации технологий, так как существенно сокращает капитальные вложения на строительство установок по сравнению с последовательным совмещением установок очистки от SO₂ с установками очистки NO_X, как это имеет место при создании технологий с использованием газофазных методов.

2.1. Нерегенеративные методы

Из методов этой группы наиболее широкое применение в промышленности получила абсорбция NO_X растворами различных щелочей. Сопоставительная оценка эффективности растворов щелочных поглотителей при абсорбции N₂O₃ показывает, что их активность убывает в такой последовательности:

КОН > NаОН > Са(ОН)₂ > Nа₂СО₃ > К₂СО₃ > Ва(ОН)₂ >

1,0 0,84 0,80 0,78 0,68 0,56

NаНСО₃ > КНСО₃ > МgСО₃, ВаСО₃ > СаСО > Мg(ОН)₂.

0,51 0,44 0,4 0,39 0,35

Цифры под формулами характеризуют активность этих поглотителей относительно поглощающей способности раствора КОН.

С ростом концентрации щелочи скорость поглощения N₂О₃ вначале быстро возрастает, затем почти не изменяется. Исследования абсорбции NО_X показали, что оксиды азота не сразу реагируют со щелочью, а взаимодействуя с водой, образуют кислоты, которые затем взаимодействуют со щелочью. В связи с этим при щелочном поглощении оксидов азота большую роль играет массообмен; повышение эффективности аппаратуры может привести к интенсификации щелочной абсорбции. Максимально достигнутые объемные коэффициенты скорости абсорбции NО_X щелочными растворами в различных аппаратах уменьшаются в такой последовательности:

трубы Вентури > газлифты > пенные аппараты >

>провальные ситчатые и решетчатые тарелки > скрубберы.

Последние, в том числе и с плоскопараллельной насадкой, как правило, характеризуются низкими коэффициентами абсорбции.

Анализируя возможности применения методов абсорбционной очистки дымовых газов растворами щелочей, следует отметить:

• при очистке газов с низкими концентрациями NO_X, необходимо решить вопрос об использовании или переработке, образующихся нитрит-нитратных щелоков;
  
• эффективные абсорбенты: едкий калий и натрий для очистки дымовых газов используются ограниченно из-за их высокой стоимости.
  

Учитывая эти обстоятельства, для очистки дымовых газов можно рекомендовать абсорбенты на основе соединений кальция и магния. С их помощью можно осуществить очистку дымовых газов от SО₂ и NО_X, т. е. их применение предпочтительно на объектах, использующих серосодержащее топливо: уголь, мазут и т.п. Эти процессы относятся к способам первого поколения.

Окислительно-абсорбционный метод аммиачной очистки. При взаимодействии оксидов азота с водными растворами аммония образуется нитрит аммония, который является нестойким соединением и может разлагаться с выделением воды и молекулярного азота. При очистке дымовых газов эти методы могут быть весьма полезны ввиду их большой эффективности, чем при использовании указанных щелочных растворов. Это объясняется тем, что процесс поглощения протекает одновременно и в жидкости, и в газовой фазе с образованием тумана растворов солей и аэрозолей нитрита и нитрата аммония. Суммарный процесс может быть условно представлен следующим уравнением:

NO + NO₂ + 2NН₄OН  5Н₂О + 2N₂.

На одной из действующих установок, предназначенной для очистки вентиляционных выбросных газов (рис.8), в качестве поглотителя для оксидов азота высокой концентрации на первой ступени применяют 8...10%-ный водный раствор NаОН. На второй ступени для доочистки низкоконцентрированного газа используют водно-аммиачный раствор, содержащий 1,5...2% раствор аммиака.

В системе предусмотрена предварительная подготовка газа. Поступающие на очистку газы направляют в общий коллектор. Пройдя через регулятор напора, газ через магистральный клапан поступает в абсорбер первой ступени. Если температура газа ниже 0 °С, его подогревают в теплообменнике, в межтрубное пространство которого подают пар.

Регулятор напора автоматически, независимо от давления вобщем коллекторе, обеспечивает определенный равномерный расход газа в течение всего периода его подачи в абсорбер. Если газ имеет температуру 250...350 °С, он, как правило, содержит большое количество NO и поэтому, кроме охлаждения, нуждается в доокислении. С этой целью газ направляют через клапан в теплообменник 2, где предварительно охлаждают до температуры 20...30 С, и через регулятор напора газ поступает в доокислитель 5. Сюда же высоконапорным вентилятором через клапан подают воздух и кислород в количестве, необходимом для окисления монооксида азота.

Объем доокислителя рассчитан таким образом, что проходящий через него газ успевает окислиться не менее, чем на 50%, а это необходимо для успешной очистки газа щелочными растворами. Подготовленный к очистке газ по газоходу поступает в абсорбер первой ступени, выполненный в виде полого цилиндра из нержавеющей стали.

Орошение абсорбера первой ступени осуществляют водным раствором NаОН из бака 7, а орошение абсорбера второй ступени 12 - раствором NН₄OН из бака 14. Рабочие растворы NаОН и МН₄OН приготавливают в баках 8 и 15 соответственно.