Vermindering van stikstofhoudende verbindingen

Lees dit artikel om meer te weten te komen over de reductieprocessen van stikstofverbindingen: 1. Vermindering van basisverbindingen en 2. Vermindering van zure verbindingen.

Vermindering van basisverbindingen :

bronnen:

Sommige industriële activiteiten en productieprocessen veroorzaken emissie van basische stikstofverbindingen, zoals ammoniak, amine, pyridine, enz. De belangrijkste bronnen zijn ammoniaksynthese en stikstofmeststoffenindustrieën, steenkoolcarbonisatie-eenheden, amineproductie-eenheden en processen waarbij amines worden gebruikt.

Bestrijdingsproces:

De bovengenoemde verbindingen zijn van fundamentele aard en zijn zeer reactief. Deze kunnen gemakkelijk uit een afvalgas worden verwijderd door te wassen met water of met een verdunde zwavelzuuroplossing.

Vermindering van zure verbindingen / oxiden:

bronnen:

Salpeterzuur (HNO 2 ) en salpeterzuur (HNO 3 ) worden uitgestoten door de productie / concentratie van salpeterzuureenheden en nitratie-eenheden. Samen met deze zure dampen worden steevast stikstofoxiden (gewoonlijk NOx genoemd) altijd uitgestoten.

De belangrijkste bronnen van NO x -emissie zijn zowel mobiele als stationaire verbranders die worden gebruikt voor de verbranding van fossiele brandstoffen en hun derivaten. De andere bronnen van NO x -emissie zijn salpeterzuur beitsen en anodiseren.

De stabiele stikstofoxiden zijn stikstofmonoxide (NO), stikstofdioxide (NO 2 ), stikstofsesquioxide (N 2 O 3 ), stikstofoxide (N 2 O A ) en stikstofpentoxide (N 2 O 5 ). Dit zijn giftige en bijtende gassen. In de troposfeer vormen ze lachgas en salpeterzuur en nemen ze ook deel aan fotochemische reacties.

Bestrijdingsprocessen: zure dampverwijdering

Vermindering van salpeter / salpeterzuurdampen uit een afvalgasstroom kan worden uitgevoerd door wassen met water of met een alkali-oplossing. De keuze van een absorptiemiddel zou afhangen van of het een herstelproces of een wegwerpproces zou zijn.

Bestrijdingsprocessen: NO x verwijderen:

A. Absorptie in water:

Verwijdering van NO x door absorptie in water is tamelijk zinloos. NO 2, reageert met water om HNO 2 en HNO 3 te produceren. HNO 2 produceert op zijn beurt NO. NO als zodanig is niet oplosbaar in water of alkali-oplossing. NO reageert met O 2 (in lucht) en produceert NO 2 .

Dit proces verloopt langzaam. De reacties die tijdens de absorptie optreden zijn:

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)

De verwijderingsefficiëntie van NOx door absorptie in water is tamelijk laag, ongeveer 30-50%.

B. Absorptie in Alkali Oplossing:

De emissie van NOx uit afvalgassen door wassen met waterige oplossingen van verschillende alkalische stoffen, zoals natriumhydroxide, natriumcarbonaat, calciumhydroxide, ammoniumcarbonaat, bicarbonaat, sulfiet en bifasiet, is geprobeerd. Alkalische wassing kan resulteren in een verwijderingsefficiëntie van ongeveer 90%. Verwijdering van NOx uit een verbrandingsgas door alkali-wassing is echter niet economisch vanwege de aanwezigheid van CO2 in rookgas. CO 2 zou reageren met alkali, dus zou de chemische consumptie hoog zijn.

C. Katalytische ontleding van NO x

Katalysatoren, zoals platina, platina-rhodiumlegeringen, koperoxide op silicagel en verschillende andere oxiden zijn geprobeerd voor ontleding van NOx. Niets is bevredigend bevonden, in het bijzonder voor de afbraak van NO.

D. Katalytische reductie van NO x

Vermindering van NO 2 tot NO is gemakkelijker gebleken met behulp van brandstoffen zoals aardgas, cokesovengas, CO, H2, kerosinedamp, enz., Met platina- of palladiumkatalysatoren. Deze katalysatoren zijn kostbaar. Bovendien is het brandstofverbruik hoog en wordt het proces oneconomisch wanneer wordt geprobeerd NOx te verwijderen uit een afvalgas (zoals een rookgas) dat een relatief grote hoeveelheid zuurstof bevat, omdat alle zuurstof zou reageren met de brandstof die vóór reductie werd gebruikt van NO begint.

E. Selectieve katalytische reductie van NOx (SCR):

Katalytische reductie van NOx met ammoniak is behoorlijk effectief gebleken, zelfs voor de behandeling van rookgassen. De gebruikte katalysator is Vanadia (V205) op basis van titanium (Ti02). Vanadia bevordert de oxidatie van SO 2 (aanwezig in een rookgas) tot SO 3, wat combineert met ammoniak resulterend in een hogere ammoniakbehoefte. Wanneer wolfraamoxide wordt gebruikt als een bestanddeel van een katalysator, verlaagt het de zuurstofconcentratie op het katalysatoroppervlak en remt daardoor de S02-oxidatie.

SO 2 -oxidatie is gunstig boven 370 ° C. Het SRC-proces kan geschikt worden uitgevoerd boven 315 ° C waarrond ammoniakactiviteit (voor NOx-reductie) hoog is en de vorming van ammoniumzout (sulfaat) wordt vertraagd. Voor dit proces kan hetzij watervrije ammoniak of waterige ammoniak (bevattende 20 tot 30% NH3) worden gebruikt. NOx-verwijderingsefficiëntie kan oplopen tot 95%. De reacties (hieronder weergegeven) tijdens SCR zijn zeer efficiënt, met een stoichiometrie van het reagens van ongeveer 1, 0 (mol NH3 per mol NOx verlaagd).

Ammoniakslip (ontsnapping van niet-gereageerde ammoniak) waarde kan variëren van 2 tot 10 ppm.

F. Niet-katalytische NO x- reductie:

NOx-reductie kan worden bereikt zonder enige katalysator door ammoniak of ureum in gebieden van een oven te injecteren waar de temperatuur van het rookgas varieert van 830-1200 ° C. De NOx-verwijderingsefficiëntie kan in het bereik van 70-80% liggen onder optimale omstandigheden (adequate reactietijd, goede menging van reagens-rookgas en lagere temperatuur).

Injectiegebiedtemperatuur van meer dan ongeveer 930 ° C resulteert in de productie van N2 uit reagensontleding en bij een temperatuur hoger dan 1200 ° C worden de reagentia geoxideerd tot NOx. Ammoniak slip kan rond de 10-50 ppm zijn. Sommige ongewenste reacties zoals oxidatie van NH3 tot NO en NO 2 en de vorming van (NH 4 ) 2 SO 4 zouden ook plaatsvinden.

G. Biologische methode voor NO x verwijdering:

Deze methode is ontwikkeld door Monsanto Enviro-Chem. Systeem en UOP-systeem wordt in twee stappen uitgevoerd. In de eerste stap wordt een NO x -houdend gas gewassen met een waterige ijzerchelaat [Fe (EDTA)] - oplossing. NO 2 lost op in water en NO vormt een in water oplosbaar nitrosylcomplex met ijzerchelaat.

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

In de tweede stap wordt de oplossing die opgelost NOZ en nitrosylcomplex van ijzer-EDTA bevat, anaëroob behandeld met ethanol als het reductiemiddel.

De algemene reacties zijn:

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)

Een NO x -verwijderingsrendement van meer dan 80% is gemeld.

H. Controle van NO x -productie:

Het is bekend dat de verbrandingsprocessen de belangrijkste bron van NO x -emissie zijn. Daarom is veel aandacht besteed aan het ontwikkelen van strategieën waarbij NO x -productie tijdens de verbranding van fossiele brandstoffen kan worden beheerst. Minder productie van NO x betekent dat minder NO x wordt afgebouwd en dus zuiniger.

Er is vastgesteld dat tijdens de verbranding van fossiele brandstoffen NO x op twee manieren wordt geproduceerd:

(i) Productie NO x door oxidatie van N 2 in lucht bij hoge temperatuur (aangeduid als 'thermische NO x ') in de verbrandingszone,

(ii) Productie van NO x door oxidatie van stikstofhoudende verbindingen in de brandstoffen (aangeduid als 'brandstof NO x ')

Het aanwezige NOx in rookgassen blijkt 90-95% stikstofmonoxide (NO) te bevatten en de rest is stikstofdioxide (NO 2 ).

Voor de regeling van de NO x -emissie van stationaire verbrandingsapparaten wordt nu een tweestapsaanpak gevolgd:

In de eerste fase is het doel om de vorming van NOx te verminderen zonder de verbrandingsefficiëntie op te offeren.

Dit wordt bereikt door enkele of alle van de volgende stappen te gebruiken:

(a) Met behulp van lage NOx-branders is het mogelijk de NO x -vorming met 10-60% te verminderen. Lage NO x -branders zijn beschikbaar voor zowel nieuwe als retrofit-toepassingen. Het basisprincipe van lage NO x -branders is om de lucht-brandstofverhouding in de verbrandingszones te regelen en in evenwicht te brengen, zodat de hoge temperatuurzones niet zuurstofrijk zijn.

(b) Gebruikmakend van luchtstaging wordt een brandstofrijke, dat wil zeggen, lean-zuurstofverbrandingszone gecreëerd waardoor NO x -formaties worden verminderd. Boven deze zone wordt een zuurstofrijke zone gehandhaafd om de verbranding van CO en VOC's te voltooien.

(c) Het ensceneren van de brandstof wordt gedaan met het oog op het verminderen van de temperatuur van de verbrandingszones. Aan het onderste deel van een oven wordt ongeveer 70-80% van de totale warmtebelasting gerealiseerd met minder overtollige lucht. In de zone daarboven wordt de resterende warmtebelasting gerealiseerd met lucht / brandstofverhoudingsregeling en tenslotte in de bovenste zone worden de verbrandingsreacties voltooid door voldoende lucht toe te voeren en voldoende ruimte te bieden.

(d) Operationele modificaties, zoals rookgasrecirculatie naar de verbrandingszone, reductie van luchtopwarming, injectie van stoom of water in de verbrandingszone verminderen NOx-vorming door de temperatuur van de verbrandingszone te verlagen.

In de tweede fase van de NO x emissiecontrolestrategie wordt het rookgas dat NO x bevat, onderworpen aan het 'Selective Catalytic Reduction (SCR)' - proces. Voor het regelen van de NO x -emissie van auto's worden katalysatoren nu een dag gebruikt.