книги из ГПНТБ / Кузнецов И.Е. Защита атмосферного воздуха от загрязнения

но при температурах 900—1100° С и что для нагрева газа до таких температур можно использовать обычное энерге­ тическое сырье, например, природный газ. На этой основе разработан комбинированный метод санитарной очистки

пературы 900—1000° С за счет сжигания природного топ­ лива. Здесь происходит разложение основного количества окислов азота и связывание кислорода. Во второй стадии остатки окислов азота полностью восстанавливаются под

? 7 ¥ Т Т

Рис. 12. Схема двухступенчатой экспериментальной установки для изучения процесса термического разложения окислов азота в присут­ ствии газообразных и твердых восстановителей: /, 2, 3, 4, 5—рота­ метры; 6—реактор (1 ступени); 7—реактор (II ступени); 8—штуцер для загрузки кокса; 9—термопары; 10—колбы для анализа; 11—пере­ ключатель; 12—милливольтметр; 13—теплообменник; 14—форсунка.

Приведенные данные показывают, что при двухступенчатой схеме очистки степень термического разложения окислов азота достигает 99,5%, а остаточное содержание N0 в га­ зе — 0,01%. Это позволяет применить предложенный метод очистки для систем с большим объемом выбрасываемых газов (до 60 тыс. м3/час газа).

выгодно строить компактные очистные сооружения, не име­ ющие газового и теплорекуперационного хозяйства. Нагрев газа при этом целесообразно осуществлять с помощью джоулева тепла в электрических реакторах. Схема 4-сек- ционного электрического реактора разработанной нами кон­ струкции . показана на рис. 13. Реактор выполнен в виде квадратного металлического кожуха 2, футерованного из­ нутри огнеупорным кирпичом 9. Внутри кожуха установле­ ны 4 цилиндрические секции 8, оканчивающиеся в верхней части бункерами 5, цилиндры соединены с перегородкой 1 и имеют свободный выход в нижнюю часть аппарата. Внут­ ри каждый цилиндр имеет решетку, служащую для удер­ жания кокса. Снаружи на цилиндры намотана электриче­ ская спираль 4, подключаемая к клеммам И. Аппарат снаб­ жен штуцерами для подвода 12 и отвода газа 7, а также для подачи в аппарат кокса 6 и отвода золы 10. Для удоб­ ства монтажа и обслуживания в аппарате предусмотрены лазы 3. Газ через штуцер 12 подается в нижнюю часть ап­ парата, здесь он распределяется по четырем секциям и движется внутри них, проходя слой раскаленного кокса. Нагрев кокса осуществляется через стенку секции. При сгорании кокса образуется зола, которая, просыпавшись че­

Наши исследования по разложению окислов азота осу­ ществлялись на аппарате, состоящем из одной секции (рис. 14). Окислы азота получали путем испарения жидкой N2O4 в термостате 1, которые затем смешивали до нужного

Рис. 14. Схема экспериментальной установки для изучения процесса термического разложения окислов азота в электрическом реакторе: /—термостат; 2—трансформатор; 3—колбы для анализа; 4—реактор; 5, 7—ротаметры; 6—смеситель; 8—баллон с азотом.

На графиках показано влияние температуры, концентрации N0 и объемной скорости газа на степень разложения окислов азота.

Рис. 15. Схема промышленной установки термического разложения окислов азота в производстве щавелевой кислоты; /—форсунка; 2— реактор; 3—газоход; 4—щит управления; 5—взрывная диафрагма;, 6—камера дожигания; 7—штуцер для нитрозного газа; 8—теплообмен­ ник; 9—газодувка; 10—выхлопная труба.

Разложение окислов азота путем перевода их в соединения с низкой температурой разложения

Описанные выше методы термического раз­ ложения окислов азота являются высокотемпературными, протекающими при t = 800—1200° С и выше. Хотя значи­ тельная часть тепла реакции может быть рекуперирована,, снижение темпераиуры процесса может повысить техникоэкономические показатели термических методов разложе­ ния окислов азота.

Нами предложен и изучен метод термического разложе­ ния окислов азота путем перевода их в соединения с низ­ кой температурой разложения. Суть этого метода заклю­ чается в том, что к витрозному газу, содержащему N 0 2 и N0, добавляют газообразный аммиак, количество которого соответствует содержанию в газе окислов азота. При на­ личии водяных паров в газовой фазе протекает реакция избирательного взаимодействия с окислами азота:

Образующиеся при • этом аэрозоли нитрита и нитрата аммония имеют температуру разложения в четыре-пять раз ниже, чем окислы азота. Они вместе с газом направляются s камеру дожигания, обогреваемую за счет сжигания хи­ мического топлива или электроэнергии.

Известно, что нитрит аммония полностью и с большой скоростью разлагается на нейтральные продукты при тем­ пературе 70—80° С:

Нитрат аммония разлагается при более высокой темпера­ туре (230—240° С):

При этих же температурах протекает реакция восстановле­ ния окиси азота аммиаком:

Таким образом, в камере для полного разложения окислов азота, нитритов и нитратов аммония необходимо поддержи­ вать температуру 240—250° С. Как видно из реакций (31) и (32), основная часть окислов азота связывается в нитрит аммония, имеющий более низкую температуру разложения. К тому же взаимодействие окислов азота с аммиаком и разложение нитритов и нитратов аммония сопровождается выделением значительного количества тепла, что снижает расход энергетического сырья на поддержание температу­ ры в реакторе. При определенной концентрации окислов азота в газе процесс может протекать автотермично без подвода тепла извне.

(32). При повышенных температурах происходит частичное разложение NO2 на окись азота и кислород. Скорость же взаимодействия аммиака с окисью азота по реакции 35 ниже, чем с двуокисью по реакции (31). Поэтому ввод аммиака в нитрозный газ необходимо осуществлять при •низких температурах, а разложение образующихся нитри­ тов и нитратов аммония — при повышенных. Ниже приве­ дены результаты исследований, показывающие степень раз­ ложения аэрозолей нитрата и нитрита аммония в зависи­ мости от температуры. Исследования проводились при со­ держании 0,4% окислов азота и 0,3% аммиака.

Наличие скачка роста степени разложения при t = 250° С объясняется тем, что при таких температурах, кроме ни­ трита, начинает разлагаться и нитрат аммония.

Преимущество этого метода состоит в том, что благо­ даря'низким температурам процесс взаимодействия аммиа­ ка и окислов азота протекает избирательно, без вовлече­ ния в реакцию кислорода, на что потребовалось бы вводить дополнительное количество газа-восстановителя. Этот про­ стой и дешевый метод очистки газов от окислов азота при­ меним для систем с большим объемом выбрасываемых газов и низким содержанием в них окислов азота. Эффек­ тивность метода снижается по мере снижения степени окис­ ленное™ окиси азота, так как реакция взаимодействия ам­

по сравнению с реакцией (31).

Разложение окислов азота жидкими вос­ становителями

Для ряда производств, выбрасывающих в атмосферу небольшие количества окислов азота, представ­ ляет интерес изучить процесс их разложения на нейтраль­ ные продукты- с помощью жидких восстановителей. С этой целью был исследован ряд соединений, обладающих силь­ ными восстановительными свойствами:

мочевина— (NH2 )2 CO,

тиосульфат (гипосульфит) натрия — Na 2 S 2 03, гидросульфит натрия — Na2 S2 04 , который в водных раство­ рах гидролизуется с образованием NaHSCb,

муравьиная кислота — С Н 2 0 2 , муравьиный альдегид — С Н 2 0 , щавелевая кислота — С 2 Н 2 0 4 ,

глюкоза — С 6 Н і 2 0 6 , двухлористое олово — SnCl2 .

Предполагается, что между восстановителями и окисью азота в растворе протекают следующие суммарные реак­ ции:

Изучали влияние на разложение окислов азота концент­ рации и природы водных растворов восстановителей, тем­ пературы и рН среды. Концентрация восстановителей из­ менялась в пределах 1—20%, температура—от 20 до 80°С, рН среды — от 2 до 12. Результаты исследований пред­ ставлены в табл. 4.

Приведенные данные свидетельствуют о том, что с ро- •стом концентрации скорость реакции и 'абсорбционная ем­ кость для большинства растворов восстановителей возра­ стает. Особенно это заметно в области низких концентра­ ций восстановителей.

Максимальной абсорбционной скоростью обладают рас­ творы Na2S2 04 и SnCb. Их 20%-ные растворы при комнат­

ной температуре поглощают до 10 объемов NO, причем

раствор гидросульфита натрия лишь абсорбирует окись азота, в то время как SnCl2 восстанавливает ее до азота. На основании этих экспериментов было установлено, что из всех испытанных восстановителей только SnCl2 восста­ навливает N0 до N2, остальные растворы в разной степени сорбируют N0 .

В кислой среде абсорбционная активность всех раство­ ров, кроме SnCb, снижается. Подщелачивайте растворов до рН = 10—11 повышает их активность. Восстановление

новительные свойства SnCl2 полностью теряются. Повыше­ ние температуры благоприятно сказывается на процессе

Санитарная очистка газов в производстве щавелевой кислоты

Внедрение восстановительных методов очи­ стки газов от окислов азота рассмотрим на примере про­ изводства щавелевой кислоты.

Производство щавелевой кислоты основано на окисле­ нии сахара азотной кислотой:

та) на 1 т получаемой щавелевой кислоты. Специфичность отходящих газов производства щавелевой кислоты, содер­ жащих • 2,0 н-3,0% окислов азота и 10—15% кислорода, не позволяет применить к ним известные методы очистки, например, каталитические или щелочные. Последние эко­ номически невыгодны из-за низкой эффективности, громозд­ кости и необходимости строительства целого комплекса оборудования для переработки образующихся в процессе очистки щелоков в твердые соли.

В силу изложенных причин вопрос санитарной очистки газов в производстве щавелевой кислоты до последнего времени не имел положительного решения. Наши исследо­ вания показали, что для таких систем наиболее целесооб­ разно применять термические методы разложения окислов