Verminderung stickstoffhaltiger Verbindungen

Lesen Sie diesen Artikel, um mehr über die Reduktionsprozesse von stickstoffhaltigen Verbindungen zu erfahren: 1. Verminderung basischer Verbindungen und 2. Verminderung saurer Verbindungen.

Verminderung von basischen Verbindungen :

Quellen:

Einige industrielle Vorgänge und Herstellungsverfahren verursachen die Emission basischer stickstoffhaltiger Verbindungen wie Ammoniak, Amin, Pyridin usw. Die Hauptquellen sind die Ammoniaksynthese- und Stickstoffdüngemittelindustrie, Kohleverbrennungsanlagen, Aminproduktionsanlagen und Verfahren unter Verwendung von Aminen.

Minderungsprozess:

Die oben genannten Verbindungen sind basischer Natur und hochreaktiv. Diese können leicht durch Waschen mit Wasser oder einer verdünnten Schwefelsäurelösung aus einem Abgas entfernt werden.

Verminderung von sauren Verbindungen / Oxiden:

Quellen:

Salpetrige Säure (HNO 2 ) und Salpetersäure (HNO 3 ) werden von Salpetersäure-Herstellungs- / Konzentrationsanlagen und Nitrieranlagen abgegeben. Zusammen mit diesen sauren Dämpfen werden immer Stickoxide (üblicherweise als NO x bezeichnet ) emittiert.

Die Hauptquellen für die NO x -Emission sind mobile sowie stationäre Brennkammern, die zur Verbrennung fossiler Brennstoffe und ihrer Derivate verwendet werden. Die anderen Quellen für die NO x -Emission sind Beiz- und Anodisierungsvorgänge mit Salpetersäure.

Die stabilen Stickoxide sind Stickoxid (NO), Stickstoffdioxid (NO 2 ), Stickstoffsesquioxid (N 2 O 3 ), Stickstofftetraoxid (N 2 O A ) und Stickstoffpentoxid (N 2 O 5 ). Dies sind giftige und ätzende Gase. In der Troposphäre bilden sie Salpetersäure und Salpetersäure und beteiligen sich auch an photochemischen Reaktionen.

Minderungsverfahren: Entfernung von saurem Dampf

Die Verminderung von Stickstoff- / Salpetersäuredämpfen aus einem Abgasstrom kann durch Waschen mit Wasser oder mit einer Alkalilösung durchgeführt werden. Die Wahl eines Absorptionsmittels würde davon abhängen, ob es sich um einen Wiederherstellungsprozess oder einen Wegwerfprozess handelt.

Minderungsprozesse: NO x -Entfernung:

A. Aufnahme in Wasser:

Die Entfernung von NO x durch Absorption in Wasser ist ziemlich zwecklos. NO 2 reagiert mit Wasser unter Bildung von HNO 2 und HNO 3 . HNO 2 produziert wiederum NO. NO als solches ist in Wasser oder Alkalilösung nicht löslich. NO reagiert mit O 2 (in Luft) und produziert NO 2 .

Dieser Prozess ist langsam. Die Reaktionen, die während der Resorption auftreten, sind:

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)

Die Entfernungseffizienz von NO x durch Absorption in Wasser ist ziemlich gering und beträgt etwa 30 bis 50%.

B. Absorption in Alkalilösung:

Die Verminderung von NO x aus Abgasen durch Waschen mit wässrigen Lösungen verschiedener alkalischer Substanzen, wie Natriumhydroxid, Natriumcarbonat, Calciumhydroxid, Ammoniumcarbonat, Bicarbonat, Sulfit und Bisulfit wurde versucht. Das Waschen mit Alkali kann zu einer Entfernungseffizienz von etwa 90% führen. Die Entfernung von NO x aus einem Rauchgas durch Waschen mit Alkali ist jedoch aufgrund der Anwesenheit von CO 2 im Rauchgas nicht wirtschaftlich. CO 2 würde mit Alkali reagieren, der Chemikalienverbrauch wäre also hoch.

C. Katalytische Zersetzung von NO x

Katalysatoren wie Platin, Platin-Rhodium-Legierungen, Kupferoxid auf Silicagel und verschiedene andere Oxide wurden zur Zersetzung von NO x versucht. Keine wurde als zufriedenstellend befunden, insbesondere für die Zersetzung von NO.

D. Katalytische Reduktion von NO x

Es wurde gefunden, dass die Reduktion von NO 2 zu NO unter Verwendung von Kraftstoffen wie Erdgas, Koksofengas, CO, H 2, Kerosindampf usw. mit Platin- oder Palladiumkatalysatoren einfacher ist. Diese Katalysatoren sind teuer. Darüber hinaus ist der Kraftstoffverbrauch hoch und der Prozess wird unwirtschaftlich, wenn versucht wird, NO x aus einem Abgas (wie einem Rauchgas) zu entfernen, das einen relativ großen Anteil an Sauerstoff enthält, da der gesamte Sauerstoff vor der Reduktion mit dem verwendeten Kraftstoff reagieren würde von NO beginnt.

E. Selektive katalytische Reduktion von NOx (SCR):

Es hat sich gezeigt, dass die katalytische Reduktion von NOx mit Ammoniak selbst für die Behandlung von Rauchgasen recht effektiv ist. Der verwendete Katalysator ist Vanadia (V 2 O 5 ) auf Titandioxid (TiO 2 ) -Basis. Vanadia fördert die Oxidation von SO 2 (in einem Rauchgas vorhanden) zu SO 3, das sich mit Ammoniak verbindet, was zu einem erhöhten Ammoniakbedarf führt. Wenn Wolframoxid als Bestandteil eines Katalysators verwendet wird, verringert es die Sauerstoffkonzentration auf der Katalysatoroberfläche und hemmt dadurch die SO 2 -Oxidation.

Oberhalb von 370 ° C ist die SO 2 -Oxidation günstig. Das SRC-Verfahren kann zweckmäßigerweise oberhalb von 315 ° C durchgeführt werden, um die herum die Ammoniakaktivität (zur NOx-Reduktion) hoch ist und die Bildung von Ammoniumsalz (Sulfat) verzögert wird. Für dieses Verfahren kann entweder wasserfreies Ammoniak oder wässriges Ammoniak (enthaltend 20 bis 30% NH 3 ) verwendet werden. Der Wirkungsgrad der Entfernung von NO x kann bis zu 95% betragen. Die Reaktionen (nachstehend aufgeführt) während der SCR sind sehr effizient mit einer Reagenzstöchiometrie von etwa 1, 0 (Mol NH 3 pro Mol reduziertem NO x ).

Der Ammoniakschlupf (Entweichen von nicht umgesetztem Ammoniak) kann im Bereich von 2 bis 10 ppm liegen.

F. Nicht katalytische NO x -Reduktion:

Die NO x -Reduktion kann ohne Katalysator durch Einspritzen von Ammoniak oder Harnstoff in Bereiche eines Ofens erreicht werden, in denen die Abgastemperatur im Bereich von 830 bis 1200 ° C liegt. Die NO x -Entfernungseffizienz kann unter optimalen Bedingungen im Bereich von 70 bis 80% liegen (angemessene Reaktionszeit, gutes Mischen des Reagens-Rauchgases und niedrigere Temperatur).

Die Temperatur des Injektionsbereichs über etwa 930 ° C führt zur Erzeugung von N 2 durch Zersetzung von Reagenzien. Bei einer Temperatur von über 1200 ° C werden die Reagenzien zu NO x oxidiert. Der Ammoniakschlupf kann etwa 10 bis 50 ppm betragen. Einige unerwünschte Reaktionen wie Oxidation von NH 3 zu NO und NO 2 und Bildung von (NH 4 ) 2 SO 4 würden ebenfalls stattfinden.

G. Biologisches Verfahren zur Entfernung von NO x :

Diese von Monsanto Enviro-Chem. System und UOP Das System wird in zwei Schritten ausgeführt. Im ersten Schritt wird ein NO x -haltiges Gas mit einer wässrigen Eisenchelat-Lösung [Fe (EDTA)] gewaschen. NO 2 löst sich in Wasser und NO bildet mit Eisenchelat einen wasserlöslichen Nitrosylkomplex.

NO + Fe (EDTA) -> Fe (EDTA) NO (5, 69)

In der zweiten Stufe wird die Lösung, die gelöstes NO 2 und Nitrosylkomplex von Eisen-EDTA enthält, anaerob mit Ethanol als Reduktionsmittel behandelt.

Die allgemeinen Reaktionen sind:

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)

Es wurde über einen Wirkungsgrad der Entfernung von NO x von mehr als 80% berichtet.

H. Kontrolle der NO x -Produktion:

Es ist bekannt, dass die Verbrennungsprozesse die Hauptquelle der NO x -Emission sind. Daher wurde der Entwicklung von Strategien, mit denen die NO x -Produktion während der Verbrennung fossiler Brennstoffe gesteuert werden kann, große Aufmerksamkeit gewidmet. Eine geringere Produktion von NO x bedeutet, dass weniger NO x gemindert wird und daher wirtschaftlicher ist.

Es wurde festgestellt, dass bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe NO x auf zwei Arten erzeugt wird:

(i) Erzeugung von NO x durch Oxidation von N 2 in Luft bei hoher Temperatur (als "thermisches NO x " bezeichnet) in der Verbrennungszone,

(ii) Erzeugung von NO x aufgrund von Oxidation von stickstoffhaltigen Verbindungen, die in den Kraftstoffen vorhanden sind (als "Kraftstoff NO x " bezeichnet)

Es wurde gefunden, dass das in Rauchgasen vorhandene NO x 90 bis 95% Stickoxid (NO) und der Rest Stickstoffdioxid (NO 2 ) enthält.

Zur Kontrolle der NO x -Emission von stationären Brennkammern wird nun ein zweistufiger Ansatz verfolgt:

In der ersten Stufe besteht das Ziel darin, die Bildung von NO x zu reduzieren, ohne die Verbrennungseffizienz zu beeinträchtigen.

Dies wird durch einige oder alle der folgenden Schritte erreicht:

(a) Bei Verwendung von NOx-armen Brennern ist es möglich, die NOx-Bildung um 10 bis 60% zu reduzieren. Brenner mit niedrigem NO x -Ausstoß sind sowohl für Neuanwendungen als auch für Nachrüstanwendungen verfügbar. Das Grundprinzip von NOx- armen Brennern besteht darin, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in den Verbrennungszonen so zu steuern und auszugleichen, dass die Hochtemperaturzonen nicht sauerstoffreich sind.

(b) Durch Luftstufung wird eine brennstoffreiche, dh magere Sauerstoffverbrennungszone erzeugt, wodurch die NOx-Bildung reduziert wird. Oberhalb dieser Zone wird eine sauerstoffreiche Zone aufrechterhalten, um die Verbrennung von CO und VOCs abzuschließen.

(c) Die Kraftstoffbereitstellung erfolgt mit dem Ziel, die Temperatur der Verbrennungszonen zu senken. Im unteren Teil eines Ofens werden etwa 70 bis 80% der gesamten Wärmelast mit weniger Luftüberschuss realisiert. In der Zone darüber wird die verbleibende Wärmelast mit einer Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelung realisiert, und schließlich werden in der obersten Zone die Verbrennungsreaktionen abgeschlossen, indem eine ausreichende Luftmenge zugeführt und ausreichend Platz geschaffen wird.

(d) Betriebsmodifikationen, wie z. B. Rauchgasrückführung in die Verbrennungszone, Verringerung der Luftwiedererhitzung, Einspritzung von Dampf oder Wasser in die Verbrennungszone, reduzieren die NO x -Bildung durch Erniedrigung der Verbrennungszonentemperatur.

In der zweiten Stufe der NO x -Emissionskontrollstrategie wird das NO x -haltige Rauchgas dem "Selective Catalytic Reduction (SCR)" -Prozess unterzogen. Zur Steuerung der NO x -Emission von Automobilen werden heute schon Katalysatoren eingesetzt.


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