Разложение NOx гомогенными и гетерогенными восстановителями без катализатора

В качестве гомогенных восстановителей используются различные горючие газы и аммиак. На использовании природного газа основан метод термического разложения оксидов азота выбросных газов производства щавелевой кислоты, содержащих 2−3% NOx и 10−15% 02. Их подогревают до 400 °C в теплообменнике (теплом обезвреженных газов) и подают в реактор, в который одновременно вводят природный газ и воздух для его сжигания. В реакторе при 1000−1100°С происходит разложение NOx с образованием безвредных продуктов. Горячие газы из реактора поступают в соединенную с ним камеру дожигания, куда дополнительно подают воздух. Из камеры дожигания газы при 600 °C входят в теплообменник, в котором отдают свое тепло поступающим на обезвреживание нитрозным газам, и при температуре 200 °C вентилятором через выхлопную трубу их выбрасывают в атмосферу.

При расчетах скорости (G, кмоль/м³) и степени разложения (L, %) NO_x, а также необходимого объема реактора (V, м³) при реализации процесса в присутствии газообразного восстановителя можно использовать следующие зависимости:

где t — температура, °С; К — коэффициент, равный 2,1−2,2; C_N0— концентрация N0 в газе, %; V_Hr— объем нитрозных газов, м³/ч.

Необходимый расход природного газа V_nr рассчитывают по уравнению:

где V_Hr, V_N0, V_B— объемы поступающих в реактор соответственно нитрозного газа, оксида азота и воздуха, м³/ч; С^, С_нг, С_в — теплоемкости соответственно отходящих газов, нитрозных газов и воздуха, Дж/м³; t, и t₂— температура газа на входе в аппарат и на выходе из него, °С; — тепловой эффект реакции разложения N0, Дж/м³;

q — теплотворная способность природного газа, Дж/м³; К, — коэффициент, учитывающий тепловые потери в окружающую среду (К,= =1,1−1,2).

При обработке относительно небольших объемов слабоокисленных отходящих газов метод высокотемпературного разложения NO_x гомогенным восстановителем является экономически более выгодным, чем каталитические и щелочные методы. При температуре в реакционной зоне 1000 °C он обеспечивает степень разложения NO_x, составляющую 92−96%, что обусловливает содержание NO_x в обезвреженных газах до 0,05−0,1% и возможность соблюдения ПДК в приземном слое при их рассеивании через 50-метровую трубу.

Для обработки значительных объемов высокоокисленных отходящих нитрозных газов с низким содержанием NO_x в качестве гомогенного восстановителя может быть использован газообразный аммиак, что позволяет значительно уменьшить температуру процесса разложения. При взаимодействии аммиака с NO_x в присутствии паров воды в газовой фазе при температуре 30−40°С протекают следующие экзотермические процессы:

Последующее нагревание газового потока приводит к разложению образовавшихся аэрозолей нитритов и нитратов аммония на безвредные продукты:

Нитрит аммония интенсивно и нацело разлагается при 70−80°С, разложение нитрата аммония происходит при 230−240°С. При содержании NO_x в нитрозных газах 0,4% (об.) и введении в них стехиометрического количества аммиака степень разложения солей при 250 °C составляет 98%, при 300 °C — 100%. Низкие температуры процесса обусловливают избирательность взаимодействия NH₃ с NO_x и отсутствие необходимости введения дополнительных количеств NH₃ на компенсацию его потерь при взаимодействии с кислородом.

Существенно более низкие температуры восстановления оксидов азота возможны также в ряде вариантов восстановительного метода, основанного на обезвреживании нитрозных газов при помощи карбамида. Продуктами этого процесса являются нетоксичные вещества: N₂, С0₂ и Н₂0. Карбамид используют в виде водных растворов или растворов в азотной, серной, фосфорной кислотах. Однако скорость таких процессов относительно невелика, что на практике обеспечивает эффективность очистки, не превышающую 80%. При использовании водных растворов карбамида идут следующие реакции:

В азотнокислотном растворе карбамида, например, основное взаимодействие может быть выражено реакцией:

NO+NO₂+2HN0₃+2CO (NH₂)₂—>2N₂+2NH₄N0₃+2C0₂+H₂0. (1.341).

Для обезвреживания нитрозных газов карбамид может быть использован в виде порошка или гранул, а также нанесенным на разнообразные пористые носители или сформованным вместе с ними. В таких процессах степень обезвреживания NO_x может достигать 85- 99% и более. Вместе с тем они еще не нашли применения в практике санитарной газоочистки.