Рис. 3. Схема промышленной установки для очистки газов от окислов азота в аппаратах комбинированного типа.
Разработана конструкция абсорбционного аппарата, в нижней части которого установлен механический разбрызгиватель, приводимый во вращение электродвигателем через клиноременную передачу. Такие абсорберы успешно эксплуатируются на предприятиях, выбрасывающих газы с большим содержанием окислов азота.
Комбинированные аппараты, или вертикальные механические абсорберы, хорошо зарекомендовали себя в эксплуатации. Некоторые из этих установок, предназначенные для санитарной очистки газов от окислов азота, включают две ступени абсорбции с одним или двумя различными поглотителями. На одной из действующих установок (рис. 3) в качестве поглотителя первой ступени применяется раствор NаОН, а на второй ступени для доочистки газа используется слабый водно-аммиачный раствор, содержащий до 1,5—2,0% аммиака.
Газы, поступающие на очистку, проходят по газоходу через клапан 2 и поступают в общий коллектор 3. Пройдя регулятор напора 4, газ через магистральный клапан 5 направляется по газоходу 7 в абсорбер первой ступени 14. Если температура поступающего газа ниже 0° С, он дополнительно нагревается до 10, 30°С в теплообменнике 6, в межтрубное пространство которого подается пар. Регулятор напора 4 автоматически, независимо от давления в общем 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 NО и поэтому, кроме охлаждения, нуждается в доокислении. С этой целью газ направляется через клапан 8 в теплообменник 9, где охлаждается до температуры 18—30°С и далее поступает в регулятор напора 10, после чего направляется в доокислитель 11. Сюда же высоконапорным вентилятором 12 через клапан 13 подается воздух в количестве, необходимом для окисления окиси азота. Объем доокисления рассчитан таким образом, что проходящий через него газ успевает окислиться не менее, чем на 50%, что необходимо для полной очистки газов от окислов азота. Охлажденный и окисленный газ по газоходу 7 поступает на очистку в абсорбер первой ступени 14.
Система очистки газов состоит из двух последовательно установленных абсорберов 14 и 34, имеющих автономное орошение.
Орошение абсорбера первой ступени производится 8—10%-ным водным раствором NаОН из бака 23, второй ступени — 3—4%-ным водным раствором NН4OН с помощью центробежных насосов 22. Приготовление рабочих растворов NаОН и NН4OН осуществляется в баках 23, 24 и 27.
Уровень в баках приготовления автоматически поддерживается уравнемером 30, поплавками 32 и регуляторами 28 и 29. Слив отработанной жидкости производится через вентили 33; регулировка подачи жидкости на абсорберы осуществляется вентилями 31.
Отделение капелек жидкости от очищенного газа происходит на колпачковой тарелке 35.
Остановка системы производится автоматически, как только давление во входных штуцерах понизится и сработает реле давления 1. Автоматическое управление второй системой, работающей на аммиачной воде, осуществляется по аналогичной схеме. При использовании более концентрированных растворов увеличиваются потери аммиака с отходящими газами.
При работе установки уже после первого каскада щелочной очистки концентрация окислов азота в газе составляет 0,12—0,63%. Степень очистки газа при этом равна 95—99%. После аммиачного каскада очистки окислы азота в отходящем газе не обнаруживаются.
Успешная очистка газов от окислов азота до санитарных норм достигается и в случае, если орошение второго абсорбера производится раствором NаОН
Очистка газов от слабоокисленных окислов азота. Наибольшую трудность в промышленных условиях представляет поглощение окислов азота с низкой степенью окисленности. Из-за избыточного количества окиси азота в этих газах необходимо подобрать такой поглотитель, который вступал бы в химическое соединение с NО или окислял ее до высших окислов. К первой группе относятся растворы солей кобальта, никеля, меди, марганца, двухвалентного железа, сульфиты натрия и аммония, ко второй — окислители, растворы перекиси водорода, марганцевокислого калия и др.
Поглощение окиси азота растворами сернокислой закиси железа. Пределом химической сорбции NО раствором FeSO4 является молярное отношение NО к Fе++ равное 1:1. Присутствие в растворе FеSO4 серной и азотной кислот, солей или органических добавок снижает поглотительную способность раствора.
При сравнительно низких концентрациях NО в газе, в интервале скоростей газа от 0,1 до 1 м/сек, коэффициенты абсорбции NО увеличиваются пропорционально степени 0,8 линейной скорости газа.
При абсорбции NО в условиях высокотурбулентного режима основными факторами, определяющими скорость процесса, являются: окружная скорость дисков, объемная скорость газа и парциальное давление окиси азота в газе. Абсорбция NO растворами FeSO4 при интенсивном перемешивании газовой и жидкой фазы протекает со значительной скоростью, превышающей скорость абсорбции окислов азота растворами щелочей при тех же условиях. Для очистки газа от небольших концентраций окислов азота могут быть применены отбросные травильные растворы металлообрабатывающих заводов с последующей регенерацией раствора и получением окиси азота в концентрированном виде.
Поглощение окиси азота растворами сульфита аммония. Процесс очистки газов от окислов азота (при малой степени окисленности) раствором сульфита аммония основан на реакциях
(NH4)2 SO3 + 2 NО ® (NH4)2 SO3* 2 NО;
( NH4)2SO3+NO2 ® (NН4)2 SO4 + NО.
При поглощении NО раствором сульфита аммония получается комплексная соль, стойкая лишь в щелочной среде. В кислой среде соль распадается на сульфат аммония и закись азота
(NH4)2SO3 + 2 NО ® (NН4)2SO4+ N2O.
Таким образом, в результате очистки газа от окислов азота образуется сульфат аммония и закись азота.
Окисление и абсорбция окислов азота водными растворами окислителей. В основе этого метода лежат процессы взаимодействия окиси азота с водными растворами H2O2, КMnО4, КСlO3, КСlO, NаСlO, NаС1O2, Nа2O2, РbО2, Na2S2O3, К1, K2Cr2O7, (NH4)2S2O8, К2S2O3 и др.
Образующаяся в процессе окисления NО азотная кислота вступает в реакцию с продуктами распада окислителя, при этом в растворе образуются соответствующие соли азотной кислоты.
Скорость окисления NО жидкими окислителями на один, два порядка больше, чем скорость окисления окиси азота кислородом в газовой фазе. Однако жидкие окислители имеют относительно высокую стоимость и поэтому применение их может быть оправдано лишь в отдельных специфических условиях.
Очистка газов от окислов азота водными растворами перекиси водорода.
Применение для окисления окиси азота - слабого водного раствора перекиси водорода не загрязняет раствор побочными продуктами. Взаимодействие перекиси водорода с окисью азота в общем виде может быть представлено уравнениями
Н2O2 + NО ® NО2 + H2O
3NO2 +H2O ® 2HNO3 +NO.
Образующаяся в процессе реакции азотная кислота может быть возвращена в систему или использована для других целей.
Очистка слабоокисленных выхлопных газов от окислов азота растворами 3—5%-ной перекиси водорода может успешно заменить щелочной метод.
Абсорбция слабоокисленных окислов азота водными растворами перманганата калия. Реакция взаимодействия перманганата калия с окисью азота в общем виде может быть выражена уравнением
KMnО4 + NО + H2O® КNО3 + МnО2 + H2O.
Образующиеся при этом продукты реакции могут быть использованы как добавка к удобрениям.
Характерной особенностью процесса абсорбции окислов азота водными растворами КMnO4 является полное окисление и поглощение малых концентраций NО (до 0,1—0,2%).
Процесс необходимо вести в щелочной среде, так как при этом достигается увеличение степени абсорбции окислов азота
Поглощение высокоокисленных окислов азота. На многих предприятиях в атмосферу выбрасываются значительные количества NO2, N2O3 и паров азотной кислоты. Высоко окисленные окислы азота и пары НNО3 хорошо поглощаются водными растворами щелочей в аппаратах любого типа с образованием ценных нитрит-нитратных солей. В отдельных случаях и окислы азота при их небольшом содержании могут поглощаться такими поглотителями (раствор мочевины и др.), которые обеспечивают разложение окислов азота на нейтральные продукты.
При поглощении окислов азота раствором мочевины происходит восстановление их до N2 и H2O по уравнению
N2O3 + (NH2)2CO = СО2 + 2Н2О + 2 N2.
Поглощение окислов азота раствором мочевины производится в механическом абсорбере с большим числом оборотов.
Адсорбция окислов азота твердыми сорбентами. Методы адсорбции окислов азота из газов твердыми сорбентами позволяют осуществить тонкую очистку газа от окислов азота, а также получить концентрированные окислы азота путем десорбции их из сорбента изолированным теплоносителем.
До настоящего времени наиболее эффективным сорбентом являлся активированный уголь, однако в процессе адсорбции и особенно десорбции он быстро окисляется, вследствие чего возникает опасность самовозгорания сорбента; кроме того, активированный уголь имеет низкую механическую прочность. Алюмогель имеет сравнительно небольшую адсорбционную емкость и недостаточную стойкость.