Очистка газов от окислов азота

Образование: кислород воздуха + азот воздуха в реакциях горения топлива, как побочные реакции, в реакциях разложения др. соединений.

N₂O (закись, оксид) реакционно инертен при t ~ 900^оС полностью разлагается на N₂ и O₂.

NO плохо растворим в воде, но образует соединения с солями Fe²⁺, Cu²⁺, Mn, Ni и т.п., разлагаемые при нагревании.

NO₂ основной продукт окисления азота кислородом, с водой образуют азотную кислоту.

N₂O₃ существует только при низких температурах.

NO₂ <=> N₂O₄ сильный окислитель

N₂O₅ сильный окислитель, но неустойчив.

Пути решения задач по NO, - «неудобному» компоненту

1. Полное окисление и NO₂ в газовой фазе.

2. Частичное окисление NO и NO₂ = часть полного окисления

3. Использование селективных абсорберов.

4. Окисление в жидкой фазе или использование жидкофазных катализаторов перевода NO в химчески активное состояние.

Рассмотрим как могут быть реализованы эти задачи по NO.

§ П.п.1,2. Гомогенное окисление кислородом: способ используется в промышленности, но только 1% кислорода вступает в реакцию на к-ре, остальной выбрасывается (в атмосферу?) t = 120°С (почему не цикл по O₂?)

Гетерогенное окисление. Для увеличения скорости реакции используют гопкалит (пример каталитической очистки газа от NO…).

§ П.п. 3. В жидкой фазе (два варианта А и Б)

А). окисление O₂ или O₃

Б). окисление + поглощение самим окислителем

Так как окислитель – это газ, растворенный в ж.ф., то при окислении O₂ или O₃ лимитирующей стадией является именно растворение O₂ и O₃ в ж.ф. Этот процесс идет медленно т.к. зависит от:

- температуры (t увелич, С уменьш.) необходимо снижение t, но t уменьш. тогда скорость уменьш.

- давления (Р увелич. С увелич.) давление абсолютное, давление парциальное в газовой фазе контактирующей с насыщенным р-ром.

- величина межфазной поверхности S (S увелич., скорость растворения увеличивается), требуется интенсификация контакта, барботаж через приборы

§ По п.4: использование жидких окислителей.

Неточная формулировка: точнее – растворы окислителей H₂O₂, KMnO₄, KBrO₃, HNO₃, K₂Cr₂O₇, Na₂C₂O₄. Ж.ф. растворов: р-ры щелочей, кислот, вода.

Сложные сопутствующие проблемы:

Утилизация жф, после окисления NO. Это, естественно, продукты восстановления перечисленных окислителей: соединения Mn, Cr, Br.

Наиболее экологически чистая - перекись водорода.

Рассмотрим примеры ее применения.

§ Абсорбция водой (точнее – не сказать, но это плохой заголовок).

Абсорбция водой – первая стадия очистки, когда еще не полная очистка, только ее начало. Далее уже химическая реакция:

3NO₂ + H₂O <=> 2HNO₃ + NO ↑ + Q

Выделяется NO, + выделяется тепло, следовательно, эти два фактора будут препятствовать растворению NO₂ из газовой фазы, а NO и так мало растворим в воде! (т.е. поглощая NO₂, выделяем NO).

§ Для утилизации используют разбавленные растворы H₂O₂.

NO или N₂O₃ …+ H₂O₂ ® HNO₃ + H₂O

Основной фактор (по книге) экономический, определяет расход H₂O₂. Составляет 6 кг/т к-ты. (Это не расход, а мелочи. Видимо в тексте ошибка.)

Далее: рост концентрации HNO₃ приводит к росту растворимости и абсорбции N_xO_y в р-ре, т.е. возможно использовать для поглощения окислов азота р-р азотной кислоты.

Одновременно применяют катализатор, где на границе раздела фаз происходит окисление NO ® NO₂ η~97%

Эф-ть растет с увеличением S контакта, и с увеличением P_NO в схеме.

Итог: в разделе «адсорбции водой» рассмотрен случай для применения растворов HNO₃ и H₂O₂ и использования катализатора (т.е. абсорбция, хемосорбция, катализ).

§ Абсорбция щелочами ( Плохое название: щелочь – это твердое вещество, кроме раствора NH₄ОН) …

§ Абсорбция растворами щелочей

Но стадию абсорбции, в виде отдельной, не выделить т.к. после абсорбции водой, в которой растворена щелочь происходят химические реакции (хемосорбция).

Р-р щелочей – это раствор, а не химическое соединение «H₂O + щелочь»

§ Очистка от оксидов азота различными растворами, в т.ч. растворами щелочей

14 реакций на стр. 97 – разобрать самостоятельно.

X + N₂O₃ ® NO₂^-1 + X

§ Селективные абсорбенты

Таковыми являются растворы FeSO₄, FeCl₂, Na₂S₂O₃, NaHCO₃.

FeSO₄ + NO <=> Fe(NO)SO₄ и

FeCl₂ + NO ® Fe(NO)Cl₂ … - образуют комплексы.

FeSO₄ – более доступен – так утилизируют травильные растворы.

20-25ºС – дает оптимальное отношение NO/Fe = 1/1

Необходимо добавить H₂SO₄ для уменьшения окисления Fe⁺² до Fe⁺³.

Другие реакции:

2Na₂S₂O₃ + 6NO = 3N₂↑ + 2Na₂SO₄ + 2SO₂ ↑;

2NaHSO₃ + 2NO = N₂↑ + 2NaHSO₄.

Дата добавления: 2014-01-15