Наиболее опасны для окружающей среды и человека оксиды азота, образующиеся в результате производственной деятельности человека. Общая масса антропогенных выбросов оксидов азота составляет около 75 млн. тонн в год, т. е. примерно в 10 раз меньше природных выбросов. Несмотря на это, антропогенные выбросы представляют серьезную опасность для растений и живых организмов из-за образования локальных высоких концентраций, превышающих предельно-допустимые в десятки и более раз. Антропогенные выбросы оксидов азота образуются:

1. В процессе горения топлива в тепловых электростанциях, котельных агрегатах, двигателях внутреннего сгорания. При температурах 1000°С и выше между азотом и кислородом воздуха идет следующая реакция:

О2 + N2 2NO

Часть N0 при выходе из дымовой трубы окисляется в N0: за счет взаимодействия с озоном и кислородом воздуха:

N0 + О3 N02 + 02

2NO + О2 2NO2

Ежегодно в составе дымовых газов в атмосферу выбрасывается порядка 50 млн. тонн оксидов азота; 2. В процессах получения и применения азотной кислоты, при производстве взрывчатых веществ, алифатических и ароматических нитросоединений, азотных удобрений, серной кислоты нитрозным способом, анилиновых красителей, вискозного волокна, травления металлов и др а также в газовых выбросах химической промышленности объем оксидов азота составляет порядка 25 млн. тонн в год. Например, заводы, производящие азотные удобрения, выбрасывают 5-12 т/сутки NOх и NH3, и их концентрации на расстоянии 500 м от предприятия могут достигать 1.3 мг/м3. Такие концентрации представляют опасность не только для здоровья людей, но и для растений, поскольку оксиды азота поглощаются листьями растений, нарушая при этом обмен веществ. При концентрациях от 0.2 до 0.56 мг/м3 NO2 повреждает томаты и бобовые культуры.

Способы очистки промышленных газовых выбросов от оксидов азота

Существующие способы очистки газовых выбросов от оксидов азота подразделяются на следующие: - абсорбционные процессы очистки с хемосорбцией NOх и их превращением в другие продукты, например, в азотную кислоту, нитраты, нитриты и др. - адсорбционные методы улавливания оксидов азота с одновременным частичным или полным превращением в другие продукты, например в HNO3. - термические и термокаталитические методы восстановления оксидов азота домолекулярного азота.

2. Термокаталитические методы восстановления оксидов азота

Процессы термокаталитического восстановления NOх характеризуются низкой температурой, меньшим расходом газа-восстановителя и высокой степенью очистки отходящих газов, удовлетворяющей санитарным нормам. В основе этих процессов лежат реакции термического окисления и восстановления, однако число возможных восстановителей при этом значительно больше. В качестве восстановителей при термокаталитических процессах могут быть использованы метан и другие газообразные углеводороды, оксид углерода, водород, пары жидких углеводородов, аммиак, а также промышленные газы, содержащие эти компоненты. Катализаторами термокаталитических процессов восстановления NOX могут быть: платина, палладий, рутений, родий, никель, медь, хром, железо, сплавы никеля с хромом, меди с хромом и др., нанесенные на оксиды алюминия, цинка, силикагель.

В зависимости от избирательного характера действия восстановителя по отношению к NOх термокаталитические методы подразделяются на селективные и неселективные.

Остановимся более подробно на неселективных методах. Оксиды азота относят к умеренно опасным газам (третий класс опасности). В рабочих зонах ПДК оксидов азота в пересчете на NO2 равна 2 мг/м3, а в приземном слое среднесуточная ПДК составляет 0,085 мг/м3.

Содержание оксидов азота на выходе из абсорбционных колонн значительно превышает санитарные нормы. Для обезвреживания отходящих газов от оксидов азота применяют высокотемпературное каталитическое восстановление, селективное каталитическое восстановление и разложение гетерогенными восстановителями.

2.1 Высокотемпературная каталитическая очистка

В качестве восстановителей предложены: водород, азотоводородная смесь, оксид углерода (II), природный, нефтяной, коксовый и богатые газы, пары керосина, мазута и др Практическое применение в промышленности нашел природный газ, содержание серы в котором не должно превышать 20 мг/м3.

В качестве катализаторов применяют металлы Pt, Pd, Rh, Ru, Ni, Cu, Cr, Fe и сплавы Ni—Cr, Cu- -Cr, Zn—Cr и др., нанесенные на оксиды алюминия, цинка, силикагель, керамику и природные материалы. В агрегатах УКЛ-7,3 и АК-72 применяют палладиевый катализатор АПК-2 (А12О3 с 2% Pd). Процесс восстановления N0х протекает при 720—7700 С, объемной и линейной скоростях газа соответственно 15000—25000 ч-1 и 1,0—1,5 м/с. Для достижения остаточной концентрации оксидов азота в пределах 0,002— 0,008% (об.) поддерживают 10%-ный избыток природного газа от стехиометрического.

В качестве второго каталитического слоя используется таблетированный А12О3. Срок службы катализатора 3 года, потери Pd составляют 3—5% в год (от массы нанесенного). За период эксплуатации активность катализатора снижается, и концентрация оксидов азота повышается от 0,002—0,003 до 0,008—0,01% при содержании NOх на входе 0,1% (об.).

Первой стадией процесса является горение и конверсия метана кислородом

СН4 + 2О2СО2 + 2Н2О +804,58 кДж.

При неполном сгорании метана образуются водород и моноксид углерода:

СН4 + 0,5О2 = СО+ 2Н2+35,13 кДж.

оксид азот промышленный восстановление

Последние могут окисляться кислородом до диоксида углерода и воды.

Выделяемое по этим реакциям тепло приводит к значительному повышению температуры газа. Адиабатический разогрев парогазовой смеси при окислении 1% кислорода составляет 160 °С. Поэтому во избежание перегрева катализатора и одновременного обеспечения температуры его зажигания (450—550 СС), содержание кислорода в отходящем газе поддерживают в пределах 3,2%. При восстановлении водородом содержание кислорода составляет 4,4% О2, так как в этом случае адиабатический разогрев равен 130—140 °С.

Таким образом, в восстановлении оксидов азота участвуют все три восстановителя: Н2, СО, СН4.

Но с большей вероятностью с оксидами азота реагирует на катализаторе водород. Причем на первой стадии диоксид азота восстанавливается до оксида азота N0, а затем последний до N2

Н2+ NO2 = Н2О + N0 + 184,9 кДж,

Н2 + NO = H2O+0,5N2 + 332,45 кДж.

Аналогично взаимодействует N0х с моноксидом углерода. Суммарные реакции природного газа с оксидами азота можно представить в виде:

СН4 + 4N02 = CO + 4NO+2H2O+ 574,4 кДж,

СH4 + 4N0 = C02 + 2N2 + 2H2O + 11 646 кДж.

По условиям эксплуатации катализатора АПК.-2 оптимальным является соотношение