Usuwanie tlenków azotu z gazów odlotowych - beta.chem.uw ...beta.chem.uw.edu.pl/people/AMyslinski/JS/wyk_004.pdf · Redukcja tlenków azotu do azotu cząsteczkowego za pomocą

Usuwanie tlenków azotu z gazów odlotowych

Metody usuwania NOx z gazów odlotowych:

Metody mokre;

metody absorpcyjne

Metody suche;

adsorpcja

selektywna redukcja katalityczna,

nieselektywna redukcja katalityczna,

katalityczny rozkład

1


Metody mokre

Metody mokre - absorpcyjne

1. Stosunek molowy NO2/NO = 1, procesy absorpcji w roztworach

alkalicznych takich, jak NaOH, Na2CO3, Ca(OR)2, CaCO3, Mg(GH)2,

MgCO3 , (NH4)2CO3 (90%)

2. Stosunek molowy NO2/NO << 1 prowadzi się absorpcję

alkaliczną w obecności substancji utleniających, takich jak

podchloryn sodu, podchloryn wapnia, sole Ŝelazowców, ozon,

ditlenek chloru, woda utleniona oraz bardzo ekonomiczna metoda -

gazy odlotowe są zraszane kwasem azotowym w wieŜach

absorpcyjnych

2

Adsorpcja NOx na zeolitach

1.Cykl adsorpcji i utleniania

NO + 1/2O2 � NO2

2. Cykl regeneracji

Zdesorbowany NO2 kieruje się do kolumny absorpcyjnej w

instalacji kwasu azotowego.

Metoda adsorpcyjna:

- wysoka sprawność, jest bezodpadowa,

- koszt adsorbentów jest wysoki,

- regeneracja kolumny.


Metody suche, bezodpadowe

3

Metoda selektywnej redukcji katalitycznej (SRK)

Redukcja tlenków azotu do azotu cząsteczkowego za pomocą

amoniaku w obecności katalizatora



4


w zakresie 200-300°C

2NH3 + NO + NO2 → 2N2 + 3H2O

w temperaturze niŜszej od 150°C

2NO2 + 2NH3 � N2 + H2O + NH4NO3

w temperaturze powyŜej 320°C

5NO2 + 2NH3 � 7NO + 3H2O

Katalizatory: platynowce: Pt, Rh, Pd oraz tlenki metali przejściowych,

np. V2O5, TiO2, MoO3,

V2O5 osadzony na TiO2 lub na mieszanym nośniku TiO2-SiO2



5


Wady metody SRK

• stosowanie bardzo drogiego i wysoce korozyjnego oraz toksycznego amoniaku

• katalizator platynowy

•mała odporność na zatrucia przez metale cięŜkie, tlenki siarki i związki halogenowe

•wymagane jest wcześniejsze wstępne oczyszczenie gazów odlotowych, gdyŜ zawarte w nich cząstki popiołów lotnych powodują obniŜenie aktywności katalitycznej



6

Metoda nieselektywnej redukcji katalitycznej

2NO + 2H2 → N2 + 2H2O

2NO2 + 4H2 → N2 +4H2O

4NO + CH4 → 2N2+CO2+2H2O

2NO2 + CH4 → N2 + CO2 + 2H2O

2NO + 2CO → N2 +2CO2

2NO2 +4CO →N2 + 4CO2

Redukcję nieselektywną katalizują katalizatory platynowe i

palladowe, a takŜe tlenki metali przejściowych osadzone na

tlenkach krzemu, glinu lub glinokrzemianach.

Usuwanie tlenków azotu z gazów odlotowychMetody suche, bezodpadowe

7

Budowa i działanie katalizatora 1 - warstwa katalityczna2 - warstwa pośrednia z aktywatorami3 - nośnik ceramiczny

Oczyszczanie gazów odlotowych z NOx i LZO

8


Spaliny muszą być odpylone, sadzaAdBlue – roztwór mocznika

fot. shell.com

9

Metoda katalitycznego rozkładu tlenków azotu

2NO → N2 + O2

Katalizatory dla rozkładu NOx - zeolity dotowane jonami miedzi

lub platyny

NOx jest adsorbowany na centrach aktywnych, w tym wypadku

atomach metalu ( np. Cu lub Pt). W wyniku oddziaływania z

atomem metalu przebiega reakcja chemiczna:


10

Dwutlenk węgla

Separacja CO2 po procesie spalania

Spalanie w atmosferze tlenowej

11

Oczyszczanie gazów odlotowych z dwutlenku węgla

Sposoby separacji ditlenku węgla z gazów odlotowych:

�Absorpcja

�Adsorpcja

�Separacja membranowa

�Separacja kriogeniczna

12


Absorpcja

Absorpcja przy niskich temperaturach i wysokim ciśnieniu;

desorpcja proces odwrotny.

Wstępnie oczyszczony CO2 ; rozpuszczalniki to aminy np.:

monoetyloamina, dietyloamina, roztwór amoniaku,

wodorowęglan potasu

13


14


Adsorpcja

Adsorbenty: węgiel aktywny,

koks aktywny, zeolity,

Ŝel glinowy i krzemnionkowy.

Dwa cykle:

1. Adsorpcja

2. Odzysk ditlenku węgla

(regeneracja adsorbenta)

zmiennociśnieniowa

zmiennotemperaturowa

15


Geologiczne składowanie CO2

1.Głębokie poziomy wodonośne-solankowe.

2.Wyeksploatowane i częściowo wyeksploatowane złoŜa ropy i

gazu.

3.Głębokie nieeksploatowane pokłady węgla, zawierające metan.

Separacja kriogeniczna

SpręŜanie i chłodzenie gazu, a następnie wydzielenie CO2 w

postaci ciekłej.

16

Do usuwania związków organicznych z gazów odlotowych wykorzystuje się następujące procesy:

•absorpcję

•adsorpcję

•kondensację (skraplanie par)

•utlenianie (bezpośrednie, termiczne, katalityczne)

•ultrafiltrację

•metody biologiczne

Metody regeneracyjne

Metody regeneracyjne usuwania organicznych rozpuszczalników z

gazów odlotowych są to przewaŜnie metody wykorzystujące zjawisko

absorpcji, adsorpcji, kondensacji, filtracji.

Oczyszczanie gazów odlotowych z zanieczyszczeń związkami organicznymi

17

ABSORPCJA

Sposób usuwania par rozpuszczalników organicznych z powietrza, oparty na ich:

- absorpcji w wysoko-wrzącym rozpuszczalniku organicznym,

- desorpcji,

- ewentualnie spaleniu katalitycznym desorbowanych mediów.

Stosowane absorbenty:

Chloro-, nitro- i alkilo- pochodne węglowodorów aromatycznych,

alkohole, aldehydy, ketony, estry kwasów organicznych,

węglowodory alifatyczne, węglowodory heterocykliczne, oleje

wysokowrzące, eter polietylenoglikolowy.

Wady: wtórne zanieczyszczanie środowiska toksycznymi i

odoroczynnymi parami i ściekami oraz wysoki koszt cieczy

absorpcyjnych.



18



19

Sposób usuwania par rozpuszczalników organicznych z powietrza, oparty na ich:-adsorpcji - adsorbenty: węgiel aktywny, silkaŜel, zeolity,glinokrzemiany

-desorpcji:

-z węgla aktywnego - za pomocą strumienia pary wodnej.

-z glinokrzemianów - ogrzewanie warstwy adsorbenta do temperatury wrzenia zaadsorbowanej substancji, przepływ (przedmuchiwanie) gazu obojętnego przez warstwę nasyconego adsorbenta oraz przez kombinację wymienionych metod.

Adsorbenty jednorazowego i wielokrotnego stosowania.

Wady

- wymagają dokładnego odpylenia gazów i ich wstępnego osuszenia,

- są to metody kosztowne, wymagające stosowania wielostopniowych instalacji.

Metody regeneracyjneADSORPCJA


20

Metody regeneracyjneADSORPCJA

Proces okresowy


21

Metody regeneracyjneADSORPCJAProces ciągły


22

Separacja membranowa oparta jest na selektywnej przepuszczalności lotnych związkỏw organicznych (LZO) przez membrany ze środowiska powietrza.

Membrany – organiczne np.:guma silikonowa (polidimetylosiloksan), - nieorganiczne: ceramiczne, metalowe

Strumienie stęŜone LZO > 1000 ppm.

Często jest stosowana razem z kondensacją jako drugi etap oczyszczania.

Metody membranowe

Oczyszczanie gazów odlotowych z LZO


23

Metody nieregeneracyjne

Utlenianie związków organicznych :

�spalanie bezpośrednie (w płomieniu)(temp. ~1500 K)

�spalanie termiczne (900-1400 K)

�utlenianie katalityczne (500-900 K)

�metody biologiczne (280-330 K, opt. 310 K)


24



Utlenianie węglowodorów

Utlenianie węglowodorów przebiega zgodnie z równaniem:

CH4 + 2O2 →→→→ CO2 + 2H2O

25


Bezpośrednie spalanie w płomieniu

Wymagane duŜe stęŜenia związków organicznych.

Zastosowanie –spalanie odpadowych gazów palnych:

�w rafineriach

�na polach naftowych

�niekiedy w oczyszczalniach scieków (gazy fermentacyjne)


26


Spalanie termiczne polega na dozowaniu odpadów gazowych

palnych do palnika zasilanego gazem ziemnym. Ten rodzaj

spalania jest bardzo energochłonny i kosztowny.

Temp. 800 – 1200oC. Temp <1400oC.


27


Spalanie termiczne stosuje się gdy:

•stęŜenie LZO jest zbyt małe, aby podtrzymywać płomień

•nie moŜna wykorzystać metod katalitycznych (mieszanina

gazów zawiera składniki, które mogą powodować szybką

dezaktywację katalizatora)

Zastosowanie:

•lakierowania i emaliowania,

•suszenia powłok malarskich

•Ŝelowania PCV

•przeróbki asfaltów

•drukarnie


28


Spalanie termiczne

29

Katalityczne utlenianie węglowodorów - w przypadku

niskich stęŜeń węglowodorów w gazach odlotowych.

Temperatura rzędu 250-400oC.

Katalizatory - metale osadzone na nośniki nieorganiczne.

Katalizatory pełnego spalania węglowodorów - zawierają

platynę i pallad. Mniej aktywne - tlenki metali Cu, Mn, Cr.

Fe, Co, Sn, Ni, Zn.


30

Spalanie katalityczne


31

Documents

Usuwanie tlenków azotu z gazów odlotowych - beta.chem.uw ...beta.chem.uw.edu.pl/people/AMyslinski/JS/wyk_004.pdf · Redukcja tlenków azotu do azotu cząsteczkowego za pomocą