Nedbrydning af nitrogenholdige forbindelser

Læs denne artikel for at lære om reduktionsprocesserne af nitrogenholdige forbindelser: 1. Nedbrydning af basiske forbindelser og 2. Abatement af sure forbindelser.

Nedbrydning af basiske forbindelser :

Kilder:

Nogle industrielle operationer og fremstillingsprocesser forårsager udledning af basiske nitrogenholdige forbindelser, såsom ammoniak, amin, pyridin mv. De vigtigste kilder er ammoniaksyntese og kvælstofgødningsindustrier, kulkarboniseringsenheder, aminproduktionsenheder og processer ved anvendelse af aminer.

Aftagelsesproces:

De ovennævnte forbindelser er grundlæggende i naturen og er yderst reaktive. Disse kan let nedsættes fra en spildegas ved at skrubbe med vand eller med en fortyndet svovlsyreopløsning.

Nedbrydning af sure forbindelser / oxider:

Kilder:

Nitrosyre (HNO 2 ) og salpetersyre (HNO 3 ) udledes fra salpetersyrefremstillings / koncentreringsenheder og nitreringsenheder. Sammen med disse sure dampe udsendes nitrogenoxider (almindeligvis benævnt NOx) utilsigtet.

De vigtigste kilder til NO x- emission er mobile såvel som stationære forbrændingsmidler, der anvendes til forbrænding af fossile brændstoffer og deres derivater. De andre kilder til NO x- emission er salpetersyrebetning og anodiseringsoperationer.

De stabile nitrogenoxider er nitrogenoxid (NO), nitrogendioxid (NO 2 ), nitrogen sesquioxid (N 2 O 3 ), nitrogentetraoxid (N 2 O A ) og nitrogenpentoxid (N 2 O 5 ). Disse er giftige og ætsende gasser. I troposfæren danner de nitrous- og salpetersyre og deltager også i fotokemiske reaktioner.

Abatement Processes: Acid Damp Removal

Nedbrydning af nitrous / salpetersyre dampe fra en affaldsgasstrøm kan udføres ved skrubning med vand eller med en alkaliløsning. Valget af et absorberende middel ville afhænge af, om det ville være en genopretningsproces eller en kasteproces.

Nedbringelsesprocesser: NEJ x Fjernelse:

A. Absorption i vand:

Fjernelse af NO x ved absorption i vand er ret forgæves. NO 2, reagerer med vand for at producere HNO 2 og HNO 3 . HNO 2 producerer igen NO. NEJ som sådan er ikke opløseligt i vand eller alkali-opløsning. NEJ reagerer med O 2 (i luft) og producerer NO 2 .

Denne proces er langsom. Reaktionerne under absorption er:

2NO2 + H2O ---> HNO2 + HNO3 .................. (5, 64)

3 HNO 2 ---> 2 NO + HNO 3 + H 2 O .................. (5, 65)

2 NO + O 2 ---> 2NO 2 .................. (5, 66)

Fjernelseeffektiviteten af ​​NOx ved absorption i vand er ret lav, ca. 30-50%.

B. Absorption i alkaliløsning:

Reduktion af NO x fra affaldsgasser ved skrubning med vandige opløsninger af forskellige alkaliske stoffer, såsom natriumhydroxid, natriumcarbonat, calciumhydroxid, ammoniumcarbonat, bicarbonat, sulfit og bi-sulfit er blevet forsøgt. Alkali skrubning kan resultere i en fjernelse effektivitet på omkring 90%. Imidlertid er fjernelse af NOx fra en røggas ved alkali-skrubning ikke økonomisk på grund af tilstedeværelsen af ​​CO i røggas. CO 2 ville reagere med alkali, derfor ville det kemiske forbrug være højt.

C. Katalytisk dekomponering af NO x

Katalysatorer, såsom platin, platin-rhodiumlegeringer, kobberoxid på silicagel og forskellige andre oxider er blevet forsøgt til nedbrydning af NOx. Ingen har vist sig at være tilfredsstillende, især til nedbrydning af NO.

D. Katalytisk reduktion af NO x

Reduktion af NO 2 til NO har vist sig at være lettere at anvende brændstoffer som naturgas, koksugnsgas, CO, H 2, petroleumdamp etc. med platin eller palladiumkatalysatorer. Disse katalysatorer er dyre. Desuden er brændstofforbruget højt, og processen bliver uøkonomisk, når NO x- fjernelse forsøges fra en affaldsgas (såsom en røggas), der indeholder en relativt stor andel ilt, da alt oxygen ville reagere med det brændsel, der anvendes før reduktion af NO starter.

E. Selektiv katalytisk reduktion af NOx (SCR):

Katalytisk reduktion af NOx med ammoniak har vist sig at være ret effektiv selv til behandling af røggasser. Den anvendte katalysator er Vanadia (V205) på Titania (Ti02) base. Vanadia fremmer oxidation af SO2 (til stede i en røggas) til SO3, som kombinerer med ammoniak, hvilket resulterer i et højere ammoniakbehov. Når wolframoxid anvendes som en bestanddel af en katalysator reducerer den iltkoncentrationen på katalysatoroverfladen og derved hæmmer SO2-oxidationen.

SO2-oxidation er gunstig over 370 ° C. SRC-processen kan hensigtsmæssigt udføres over 315 ° C, omkring hvilken ammoniakaktivitet (til NOx-reduktion) er høj, og dannelse af ammoniumsalt (sulfat) retarderes. Til denne fremgangsmåde kan enten vandfri ammoniak eller vandig ammoniak (indeholdende 20 til 30% NH3) anvendes. NO x fjernelse effektivitet kan være så høj som 95%. Reaktionerne (anført i det følgende) under SCR er meget effektive, med en reagensstøkiometri på ca. 1, 0 (mol NH3 pr. Mol NO x reduceret).

Ammoniumgennemstrømning (undvigelse af uomsat ammoniak) kan variere fra 2 til 10 ppm.

F. Ikke-katalytisk NO x Reduktion:

NO x reduktion kan opnås uden katalysator ved at injicere ammoniak eller urinstof i områder af en ovn, hvor røggastemperaturen ligger i området fra 830-1200 ° C. NO x- fjernelseffektiviteten kan ligge i området 70-80% under optimale betingelser (tilstrækkelig reaktionstid, god blanding af reagensgas og lavere temperatur).

Indsprøjtningsarealets temperatur på over ca. 930 ° C resulterer i produktionen af ​​N2 fra reagensnedbrydning og ved en temperatur højere end 1200 ° C bliver reagenserne oxideret til NOx. Ammoniakkilte kan være omkring 10-50 ppm. Nogle uønskede reaktioner som oxidation af NH3 til NO og NO2 og dannelse af (NH4) 2S04 ville også finde sted.

G. Biologisk metode til NO x Fjernelse:

Denne metode udviklet af Monsanto Enviro-Chem. System og UOP System udføres i to trin. I det første trin skrues en NO x- bærende gas med en vandig jernchelat [Fe (EDTA)] -opløsning. NO 2 opløses i vand, og NO danner et vandopløseligt nitrosyl-kompleks med jernchelat.

NO + Fe (EDTA) -> Fe (EDTA) NO (5, 69)

I andet trin behandles opløsningen indeholdende opløst NO2- og nitrosyl-kompleks af jern-EDTA anaerobt med ethanol som reduktionsmiddel.

De overordnede reaktioner er:

6NO 2 + 2 C 2 H 5 OH -> 3 N 2 + 4 CO 2 + 6 H 2 O .................. (5, 70)

6 Fe (EDTA) NO + C2H5OH -> 3N2 + 2C02 + 3H20 + 6 Fe (EDTA) .................. (5, 71)

En NO x- fjernelseeffektivitet på mere end 80% er blevet rapporteret.

H. Kontrol af NO x Produktion:

Det er velkendt, at forbrændingsprocesserne er den største kilde til NO x- emission. Der er derfor blevet lagt stor vægt på at udvikle strategier, hvorved NO x- produktion under forbrænding af fossile brændstoffer kan kontrolleres. Mindre produktion af NO x betyder mindre NO x, der skal reduceres og dermed mere økonomisk.

Det er blevet konstateret, at NO x er produceret på to måder under forbrænding af fossile brændstoffer:

(i) Produktion NO x på grund af oxidering af N 2 i luft ved høj temperatur (kaldet 'termisk NO x ') i forbrændingszonen,

(ii) Produktion af NO x på grund af oxidation af nitrogenholdige forbindelser, der er til stede i brændstofferne (kaldet "brændstof NO x ")

NO x til stede i røggasser har vist sig at indeholde 90-95% nitrogenoxid (NO) og resten er nitrogendioxid (NO 2 ).

Til kontrol af NO x -emission fra stationære forbrændingsanlæg følges en to-trins tilgang nu:

I første fase er målet at reducere dannelsen af ​​NO x uden at ofre forbrændingseffektiviteten.

Dette opnås ved at anvende nogle eller alle følgende trin:

(a) Ved anvendelse af lave NO x -brændere er det muligt at reducere NO x- dannelsen med 10-60%. Lav NO x brændere er tilgængelige til såvel nye som eftermonterede applikationer. Grundprincippet med lave NO x -brændere er at styre og afbalancere forholdet mellem luft og brændstof i forbrændingszonerne, således at højtemperaturzonerne ikke er iltrige.

(b) Ved hjælp af luftstrømning er der brændstof, dvs. der er skabt magert iltforbrændingszone, hvorved NO x formationer reduceres. Over denne zone opretholdes en oxygenrig zone for at fuldføre forbrænding af CO og VOC'er.

(c) Brændstoffet er lavet med henblik på at reducere temperaturen i forbrændingszonerne. I bunden af ​​en ovn opnås ca. 70-80% af den samlede varmebelastning med mindre overskydende luft. I zonen ovenfor realiseres den resterende varmebelastning med luft-til-brændstofforholdsstyring og endelig i den øverste zone er forbrændingsreaktionerne afsluttet ved at forsyne tilstrækkelig mængde luft og tilvejebringe tilstrækkelig plads.

(d) Driftsmæssige ændringer, såsom røggasrecirkulation til forbrændingszonen, reduktion af luftopvarmning, indsprøjtning af damp eller vand ind i forbrændingszonen reducerer NO x- dannelsen ved at sænke forbrændingszonens temperatur.

I anden fase af NO x- emissionskontrolstrategien udsættes røggassen indeholdende NO x under "Selektiv katalytisk reduktion (SCR)" -processen. Til styring af NO x- emission fra biler anvendes katalysatorer nu en dag.