Очистка газів від оксидів азоту високотемпературним відновленням.

Характерною особливістю процесу очищення газів від оксидів азоту N0 при виробництві концентрованої азотної кислоти є високий вміст цих оксидів у нітрозних газах.

У промисловості використовують лужні та каталітичні методи очищення нітрозних газів від оксидів азоту. Лужні методи базуються на взаємодії N0 з водними розчинами лугів. Однак ці методи мають обмежене застосування внаслідок низького ступеня очищення газів. Найбільш ефективним способом знешкодження нітрозних газів є каталітичне відновлення оксидів азоту до елементного азоту. Ефективність процесу каталітичного відновлення залежить від виду каталізатора. Найбільшою каталітичною активністю володіють каталізатори на основі платини, радію та паладію. Як відновлювач часто використовують метан, карбоксид, водень, аміак, нафтовий, коксовий гази та ін.

Ефективність знешкодження NOx залежить насамперед від активності використовуваного каталізатора. Відходять нітрозні гази азотнокіслотних виробництв зазвичай необхідно нагрівати від 30-35 ° С до температури запалювання каталізатора. Остання залежить від природи використовуваного відновника: 450-480 ° С - для метану, 350 ° С - для пропану і бутану, 150-200 ° С - для водню і оксиду вуглецю. Суть протікають відновних процесів виражається наступними реакціями:

4NO + CH4 = 2N2 + CO2 + 2H2O,

2NO2 + CH4 = N2 + CO2 + 2H2O,

2NO + 2CO = N2 + 2CO2 2NO2 + 4CO = N2 + 4CO2

2NO + 2H2 = N2 + 2H2O 2NO2 + 4H2 = N2 + 4H2O.

Нагрівання і відновлення нітрозних газів виробляють шляхом їх змішування з газом-відновником і спалювання суміші, що утворюється над шаром каталізатора. На практиці зазвичай використовують природний газ з огляду на його доступності та низької вартості. Незважаючи на те, що всі процеси відновлення NOx екзотермічни, нагрів реакційної суміші відбувається в основному за рахунок реакції відновника з киснем, так як вміст останнього в нітрозних газах зазвичай у багато разів перевищує концентрацію в них NOx. В процесі відновлення температура газу швидко зростає до 700 ° С і більше, тому виникає необхідність використання термостійких каталізаторів або відновників з низькою температурою запалювання або проведення ступеневої контактування з проміжним охолодженням оброблюваного газового потоку. Використовувані технологічні схеми знешкодження газів, що відходять розрізняються в основному способами підведення тепла до оброблюваних газовим потокам, застосовуваними каталізаторами, і прийомами утилізації енергетичного потенціалу знешкоджених газів. Схема високотемпературного каталітичного відновлення NOx у виробництві азотної кислоти представлена ??на рис. I -52. Відходять гази містять, в% (об.): NOx- 0,05-0,1; N2 - 96,0-96,2; О2 2,2-3,0 і деяку кількість парів захоплює з абсорбційної колони азотної кислоти.

Для знешкодження відходять нітрозні гази подають в підігрівач-сепаратор, де їх очищають від парів кислоти і нагрівають до 50 ° С теплом технологічних нітрозних газів, потім нагрівають до 110-135 ° С в теплообміннику, після чого змішують з гарячими топковими газами, отримуючи газову суміш при температурі 390 500 ° С. У цю суміш вводять природний газ з таким розрахунком, щоб відношення СН4: О2 становило 0,55-0,6. Одержану суміш направляють в реактор, де на палладийсодержащих каталізаторі спалюють водородсодержащие компоненти природного газу і відновлюють NOx до елементного азоту. Цей процес проводять при 700-730 ° С під тиском. Знешкоджені нітрозні гази з реактора направляють в турбіну; де рекуперують їх енергію, отримуючи на виході розширені гази при 390-410 ° С, які подають в котел-утилізатор, де отримують перегрітий пар при температурі 230 ° С під тиском. Температура газу при цьому знижується до 185 ° С, після чого гази викидають в атмосферу через вихлопну трубу. У їх складі міститься, в% (об.): NOx - 0,005-0,01; СО -0,13; СН4-0,4; О2-0,15.

Процеси високотемпературного каталітичного відновлення оксидів азоту забезпечують високу ступінь їх знешкодження. Разом з тим вони характеризуються і рядом істотних недоліків, серед яких значні витрати газів-відновників, необхідність очищення конвертованих газів від утворюється оксиду вуглецю, зміст якого становить 0,1-0,15%, можливість використання тільки нізкоконцентрірованной газів.

Очисна установка працює таким чином. Хвостові нітрозні гази після адсорбційної колони при температурі 20—30 °С надходять у підігрівач 6*. Тут температура газів підвищується до 240— 280 °С, після чого їх скеровують у змішувач 2. Рідкий аміак потрапляє у випаровувач 5, де випаровується під дією тепла нагрітого концентрату, що подається із підігрівача 4. Газоподібний аміак із випаровувача під тиском 0,35—0,37 МПа подається у фільтри 6 звідки після очищення — у підігрівач 7. Підігрітий до температури 120 °С аміак знову надходить у змішувач 2, де змішується з нагрітим нітрозним газом і потрапляє в реактор 1, де відбувається відновлення оксидів азоту аміаком за наявності каталізатора АВК-10. У цій установці відновлення оксидів азоту відбувається за реакціями (4.66) і (4.67).

Внаслідок екзотермічних реакцій температура збільшується на 10—20 °С. Очищені від оксидів азоту нітрозні гази при 300 °С скеровуються у рекупераційну установку 3, де здійснюється часткова рекуперація енергії вихідних газів. Після газової турбіни очищений газ при 150—170 °С викидається в атмосферу.