Abbattimento di composti azotati

Leggi questo articolo per conoscere i processi di abbattimento dei composti azotati: 1. Abbattimento dei composti di base e 2. Abbattimento dei composti acidi.

Abbattimento di composti di base :

fonti:

Alcune operazioni industriali e processi di produzione causano l'emissione di composti azotati basici, come ammoniaca, ammina, piridina, ecc. Le principali fonti sono la sintesi di ammoniaca e le industrie di fertilizzanti azotati, unità di carbonizzazione del carbone, unità di produzione di ammine e processi che utilizzano ammine.

Processo di abbattimento:

I composti sopra citati sono di natura basilare e altamente reattivi. Questi possono essere facilmente abbattuti da un gas di scarico lavando con acqua o con una soluzione diluita di acido solforico.

Abbattimento di composti acidi / ossidi:

fonti:

L'acido nitroso (HNO 2 ) e l'acido nitrico (HNO 3 ) vengono emessi dalle unità di produzione / concentrazione di nitrati e dalle unità di nitrazione. Insieme con questi vapori acidi, gli ossidi di azoto (comunemente indicati come NO x ) sono immancabilmente emessi.

Le principali fonti di emissioni di NO x sono i combustori mobili e stazionari utilizzati per la combustione dei combustibili fossili e dei loro derivati. Le altre fonti di emissione di NOx sono operazioni di decapaggio e anodizzazione dell'acido nitrico.

Gli ossidi di azoto stabili sono l'ossido nitrico (NO), il biossido di azoto (NO 2 ), il sesquiossido di azoto (N 2 O 3 ), il tetraossido di azoto (N 2 O A ) e il pentossido di azoto (N 2 O 5 ). Questi sono gas tossici e corrosivi. Nella troposfera formano azoto e acido nitrico e prendono parte anche a reazioni fotochimiche.

Processi di abbattimento: rimozione del vapore acido

L'abbattimento dei vapori di azoto / acido nitrico da una corrente di gas di scarico può essere effettuato pulendo con acqua o con una soluzione alcalina. La scelta di un assorbente dipenderebbe dal fatto che si tratterebbe di un processo di recupero o di un processo di smaltimento.

Processi di abbattimento: NO rimozione x :

A. Assorbimento in acqua:

La rimozione di NO x per assorbimento in acqua è piuttosto inutile. NO 2 reagisce con l'acqua per produrre HNO 2 e HNO 3 . HNO 2 a sua volta produce NO. NO come tale non è solubile in acqua o soluzione alcalina. NO reagisce con O 2 (in aria) e produce NO 2 .

Questo processo è lento. Le reazioni che si verificano durante l'assorbimento sono:

2NO 2 + H 2 O ---> HNO 2 + HNO 3 ................... (5.64)

3 HNO 2 ---> 2 NO + HNO 3 + H 2 O ................... (5.65)

2 NO + O 2 ---> 2NO 2 ................... (5.66)

L'efficienza di rimozione di NO x per assorbimento in acqua è piuttosto bassa, circa il 30-50%.

B. Assorbimento in soluzione alcalina:

È stato provato l'abbattimento del NOx dai gas di scarico mediante lavaggio con soluzioni acquose di varie sostanze alcaline, come idrossido di sodio, carbonato di sodio, idrossido di calcio, carbonato di ammonio, bicarbonato, solfito e bi solfito. Il lavaggio con alcali può causare un'efficienza di rimozione di circa il 90%. Tuttavia, la rimozione di NO x da un gas di scarico mediante lavaggio con alcali non è economica a causa della presenza di CO 2 nei gas di scarico. La CO 2 reagirebbe con gli alcali, quindi il consumo di sostanze chimiche sarebbe elevato.

C. Decomposizione catalitica di NO x

Catalizzatori come il platino, le leghe di platino-rodio, l'ossido di rame su gel di silice e vari altri ossidi sono stati provati per la decomposizione di NO x . Nessuno è risultato soddisfacente, in particolare per la decomposizione di NO.

D. Riduzione catalitica di NO x

La riduzione di NO 2 a NO è risultata più facile utilizzando carburanti come gas naturale, gas di cokeria, CO, H 2, vapore di cherosene, ecc., Con catalizzatori di platino o palladio. Questi catalizzatori sono costosi. Inoltre, il consumo di carburante è elevato e il processo diventa antieconomico quando viene tentata la rimozione di NO x da un gas di scarico (come un gas di scarico) contenente una percentuale relativamente elevata di ossigeno, poiché tutto l'ossigeno reagirebbe con il combustibile utilizzato prima della riduzione di NO inizia.

E. Riduzione catalitica selettiva di NOx (SCR):

La riduzione catalitica di NOx con ammoniaca si è dimostrata abbastanza efficace anche per il trattamento dei gas di combustione. Il catalizzatore utilizzato è Vanadia (V 2 O 5 ) su base Titania (TiO 2 ). Vanadia promuove l'ossidazione di SO 2 (presente in un gas di scarico) in SO 3, che si combina con l'ammoniaca con conseguente maggiore richiesta di ammoniaca. Quando l'ossido di tungsteno viene utilizzato come componente di un catalizzatore, riduce la concentrazione di ossigeno sulla superficie del catalizzatore e quindi inibisce l'ossidazione di SO 2 .

L'ossidazione di SO 2 è favorevole sopra 370 ° C. Il processo SRC può essere convenientemente effettuato al di sopra di 315 ° C attorno al quale l'attività dell'ammoniaca (per la riduzione di NOx) è elevata e la formazione di sale di ammonio (solfato) è ritardata. Per questo processo si può usare ammoniaca anidra o ammoniaca acquosa (contenente dal 20 al 30% di NH 3 ). L'efficienza di rimozione di NO x può raggiungere il 95%. Le reazioni (elencate qui di seguito) durante l'SCR sono molto efficienti, con una stechiometria del reagente di circa 1, 0 (moli di NH 3 per mole NO x ridotta).

Il valore di slittamento dell'ammoniaca (fuga di ammoniaca non reagita) può variare da 2 a 10 ppm.

F. Riduzione NO catalitica non catalitica:

La riduzione di NO x può essere ottenuta senza alcun catalizzatore iniettando ammoniaca o urea in aree di un forno dove la temperatura dei gas di scarico è compresa tra 830 e 1200 ° C. L'efficienza di rimozione del NO x può essere nell'intervallo del 70-80% in condizioni ottimali (tempo di reazione adeguato, buona miscelazione del gas di scarico dei reagenti e temperatura più bassa).

La temperatura dell'area di iniezione superiore a circa 930 ° C porta alla produzione di N 2 dalla decomposizione del reagente ea una temperatura superiore a 1200 ° C i reagenti vengono ossidati a NO x . Lo slittamento dell'ammoniaca può essere intorno a 10-50 ppm. Avrebbero luogo anche alcune reazioni indesiderabili come l'ossidazione di NH 3 a NO e NO 2 e la formazione di (NH 4 ) 2 SO 4 .

G. Metodo biologico per la rimozione di NO x :

Questo metodo sviluppato da Monsanto Enviro-Chem. Sistema e sistema UOP vengono eseguiti in due passaggi. Nella prima fase, un gas cuscinetto NO x viene lavato con una soluzione di chelato di ferro acquoso [Fe (EDTA)]. NO 2 si scioglie in acqua e NO forma un complesso nitrosilico idrosolubile con chelato di ferro.

NO + Fe (EDTA) -> Fe (EDTA) NO (5.69)

Nella seconda fase la soluzione contenente NO 2 disciolto e complesso nitrosilico di ferro EDTA viene trattata anaerobicamente con etanolo come agente riducente.

Le reazioni complessive sono:

6NO 2 + 2 C 2 H 5 OH -> 3 N 2 + 4 CO 2 + 6 H 2 O ................... (5.70)

6 Fe (EDTA) NO + C 2 H 5 OH -> 3 N 2 + 2 CO 2 + 3 H 2 O + 6 Fe (EDTA) ................... (5.71)

È stata segnalata un'efficienza di rimozione di NO x superiore all'80%.

H. Controllo della produzione di NO x :

È noto che i processi di combustione sono la principale fonte di emissione di NO x . Di conseguenza, è stata prestata particolare attenzione allo sviluppo di strategie in base alle quali la produzione di NO x durante la combustione di combustibili fossili può essere controllata. Meno produzione di NO x significa meno NO x da abbattere e quindi più economico.

È stato accertato che durante la combustione dei combustibili fossili NO x viene prodotto in due modi:

(i) NO di produzione dovuto all'ossidazione di N 2 in aria ad alta temperatura (indicata come 'NO termica') nella zona di combustione,

(ii) Produzione di NO x dovuta all'ossidazione di composti azotati presenti nei carburanti (denominata "NO x di combustibile")

È stato riscontrato che il NO x presente nei gas di scarico contiene il 90-95% di ossido di azoto (NO) e il resto è biossido di azoto (NO 2 ).

Per il controllo dell'emissione di NO x dai combustori stazionari viene ora seguito un approccio a due fasi:

Nella prima fase l'obiettivo è ridurre la formazione di NO x senza sacrificare l'efficienza di combustione.

Ciò si ottiene impiegando alcuni o tutti i seguenti passaggi:

(a) Utilizzando bassi bruciatori NO x è possibile ridurre la formazione di NO x del 10-60%. Sono disponibili bruciatori a basso NO x per applicazioni nuove e di retrofit. Il principio base dei bassi bruciatori NO x è controllare e bilanciare il rapporto aria / carburante nelle zone di combustione in modo che le zone ad alta temperatura non siano ricche di ossigeno.

(b) Usando l'aria che mette in scena un combustibile ricco, cioè viene creata una zona di combustione di ossigeno magro in cui le formazioni di NO x sono ridotte. Sopra questa zona viene mantenuta una zona ricca di ossigeno in modo da completare la combustione di CO e VOC.

(c) La messa in scena del combustibile viene effettuata al fine di ridurre la temperatura delle zone di combustione. Nella parte inferiore di un forno, circa il 70-80% del carico termico totale viene realizzato con meno aria in eccesso. Nella zona sopra il carico termico rimanente è realizzato con controllo del rapporto aria-carburante e infine nella zona più alta le reazioni di combustione sono completate fornendo un'adeguata quantità d'aria e fornendo spazio sufficiente.

(d) Le modifiche operative, come il ricircolo dei gas di combustione nella zona di combustione, la riduzione del riscaldamento dell'aria, l'iniezione di vapore o acqua nella zona di combustione riducono la formazione di NO x abbassando la temperatura della zona di combustione.

Nella seconda fase della strategia di controllo delle emissioni di NO x, il gas di scarico contenente NO x è sottoposto al processo "Selective Catalytic Reduction (SCR)". Per il controllo dell'emissione di NOx da parte delle automobili, i convertitori catalitici vengono ora utilizzati da un giorno.