Очистка отходящих газов от оксидов азота

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное  бюджетное образовательное учреждение

Высшего профессионального  образования

«Ярославский государственный  технический университет»

Кафедра «Охраны и труда »

 

 

 

Работа защищена

 с оценкой_______

преподаватель, доц.

_____Г.А. Ефимова

 

 

 

 

 

 

 Контрольная работа  по дисциплине

« Промышленная экология»

ЯГТУ 280201.65 – 01 к/р

Вариант – 4

 

 

 

Задание выполнил

Студент гр. ЗОС – 51а

_____ А.С. Меледина

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2013

Содержание:                                                                                                        стр.

1. Очистка отходящих газов от оксида азота.
2. Современное состояние технологии  утилизации и обезвреживания отработанных СОЖ.
3. Составить технологическую схему очистки газовых выбросов, содержащих механические примеси и фенол в небольших концентрациях.
4. Список используемой литературы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Очистка газов от  оксидов азота

В условиях агломерационного производства 99% оксидов азота выделяется в  процессе спекания и охлаждения агломерата. В газах, отходящих от зон спекания, содержание оксидов азота составляет 160-290 мг/м3, от зон охлаждения 20 мг/м3. Удельный выход оксидов азота - около 0,4 кг на 1 т агломерата.

Из технологических мероприятий  по сокращению выхода оксидов азота от агломерационных машин наиболее перспективным является рециркуляция газов, для осуществления которой часть газов, отсасываемых от агломашины специальным дымососом, подается под зонт, герметично укрывающий аглоленту сверху. Использование агломерационных газов хвостовой части машины для рециркуляции позволяет сократить общий расход выбрасываемых газов, снизить их запыленность при поступлении на очистку, частично использовать тепло газов, сократить расход топлива на спекание и уменьшить вредные выбросы СО и NOx.

Из методов очистки газов  агломерационного производства наиболее перспективным представляется восстановление оксидов азота аммиаком. Этот процесс  протекает селективно, так как  аммиак реагирует только с N03 и не реагирует со свободным кислородом, содержащимся в дымовых газах. Реакция восстановления NOx требует применения катализатора (предпочтителен V205). Для этого катализатора характерна оптимальная объемная скорость газов 20000-25000 ч» при оптимальной температуре 240-280°С. При восстановлении оксида азота в неподвижном слое катализатора обязательна предварительная очистка газов от пыли (до 0,1 г/м3) и влаги. Достигаемая степень очистки 85-90%.

Кассету, заполненную катализатором  с толщиной слоя -350 мм, помещают в  газовый поток с линейной скоростью 2-3 м/с при температуре 250-300°С, запыленности не более 0,1 г/м3 и влажности не более 35% (по объему). Перед слоем катализатора в газоход вводится аммиак с равномерным распределением его по сечению, а после кассеты ставится датчик концентрации оксидов азота в газе, по показанию которого может автоматически увеличиваться и уменьшаться подача аммиака в газоход.

 

Для очистки запыленного газа перспективно применение аппарата с кипящим слоем  катализатора.

При восстановлении оксидов азота  аммиак необходимо дозировать с учетом коэффициента избытка 1,2 против стехиометрического количества, так как при недостатке аммиака снизится степень очистки.

2. Способ очистки отходящих газов  от оксида азота (I)

Настоящее изобретение относится  к способу очистки отходящих  газов промышленных производств от оксида азота (I) методом каталитического разложения N2 с использованием в качестве катализаторов кристаллических силикатов со структурой высококремнеземистых цеолитов.

Оксид азота (I) является экологически вредным неорганическим соединением. Присутствие N2О в атмосфере приводит к разрушению озонового слоя Земли и способствует возникновению парникового эффекта.

 

Ежегодный прирост концентрации N2О  в атмосфере составляет 0,2% Основными  источниками загрязнения окружающей среды оксидом азота (I) являются сжигание природного топлива и процессы горения биомассы. Кроме того, оксид азота (I) в значительных количествах содержится в выбросах таких крупнотоннажных производств, как получение азотной кислоты, азида натрия, пропилена, искусственного шелка и др.

 

Учитывая приведенные выше данные, встает вопрос об удалении оксида азота (I) из отходящих газов несмотря на сравнительно низкое его содержание в промышленных выбросах (5% и ниже). Наиболее доступен и прост метод  каталитического разложения N2О до азота и кислорода.

 

Наиболее близким к заявляемому  способу по техническим признакам  и достигаемому эффекту является метод удаления оксида азота (I) из анестезирующих газов путем разложения N2О на каталитических контактах, основу которых  составляют оксиды Fe, Сr, Со, Mn. По этому способу оксид азота (I), содержащийся в анестезирующем газе после его использования, пропускают над катализатором, состоящим из одного или более вышеперечисленных оксидов, нанесенных на носитель, в качестве которого используют оксиды Al, Si либо Тi. Полное превращение N2О происходит при температурах 480 560C и временах контакта не менее 8 секунд. Недостатками этого способа являются: проведение процесса при высокой концентрации оксида азота (I) в исходном газе: 50 70 об. что неприемлемо для подавляющего большинства промышленных выбросов; большие времена контакта (8 сек.), требуемые для полного разложения N2О; наличие в продуктах реакции оксидов азота NO и NO2 (5-10 ppm).

 

В основу настоящего изобретения положена задача создания такого способа очистки отходящих газов от оксида азота (I), который позволил бы добиться полной утилизации N2О (независимо от концентрации N2О в исходной смеси) в относительно мягких условиях (умеренные температуры, небольшие времена контакта) без образования вредных побочных продуктов, таких как оксиды азота NO и NO2.

 

Эта задача решается тем, что предлагается способ удаления N2О из отходящих  газов путем разложения оксида (I) в присутствии силикатного катализатора со структурой высококремнеземистых цеолитов. Согласно изобретению процесс разложения ведут при температуре 250 800C, времени контакта реакционной смеси с катализатором 0,05 10 сек, и при использовании в качестве катализатора кристаллических силикатов со структурой высококремнеземистых цеолитов состава: уEl2OnxFe2O3 SiO2, где y 10-5 510-2, х 10-5 210-2, El - по крайней мере один из элементов 2, 3, 4, 5 периода Периодической системы, n валентность элемента, либо железосиликатов состава хFe2O3SiO2, где х 10-5 2 10-2. Если в силикат введено более одного элемента, то «у» представляет собой сумму мольных коэффициентов соответствующих оксидов элементов, введенных в силикат.

 Установка контактных  экономайзеров как способ уменьшения  выбросов оксидов азота

Проблема загрязнения  атмосферы токсичными оксидами азота относится к наиболее актуальным, но и наиболее трудно решаемым. Для котлов апробированными методами снижения выбросов NOX в атмосферу являются рециркуляция продуктов сгорания в топку, двухстадийное сжигание топлива и впрыск воды или пара в зону максимальных температур. Все эти методы наряду со снижением выбросов NOX на 20-30% имеют и недостатки: необходимость дымососа рециркуляции, сооружение дополнительных газоходов, увеличение расхода электроэнергии на тягу, возрастание потерь теплоты от химической неполноты сгорания топлива. Так, при 40%-й рециркуляции КПД котла снижается примерно на 2%. В связи с этим в эксплуатационных условиях степень рециркуляции продуктов сгорания редко превосходит 15-20%. Рециркуляция является одним из наиболее доступных средств подавления образования оксидов азота в топке. Двухстадийное сжигание - наиболее легко осуществимый из применяемых методов предотвращения образования оксидов азота. Эффективность его весьма высока и достигает 45-50% снижения; к недостаткам этого метода можно отнести необходимость точного и оперативного регулирования горелок, в т.ч. по ярусам, возможное возрастание выбросов СО, сажи, бенз(а) пирена в атмосферу. Поэтому обычно ограничиваются 20% снижением выбросов оксидов азота. Еще сложнее и дороже метод впрыскивания влаги в реакционную зону. При той же результативности он ведет к пережогу топлива. Как известно [1], в газовых котельных применяются контактные экономайзеры, обеспечивающие глубокое охлаждение продуктов сгорания газа ниже точки росы и тем самым повышающие коэффициент использования топлива на 10-15%. Установленные для утилизации теплоты уходящих газов контактные экономайзеры, как показали многолетние наблюдения, благодаря прямому контакту дымовых газов и орошающей воды способны одновременно выполнять задачу очистки газов от твердых включений и части газов, растворимых в воде. Методы очистки отходящих газов от оксидов азота абсорбцией в полых распылительных аппаратах известны в химической технологии и применяются при производстве азотной кислоты. Использование их для очистки продуктов сгорания топливосжигающих установок нецелесообразно с экономической точки зрения. Например, для очистки 24 тыс. м3/ч газов необходима установка шести форсуночных абсорберов диаметром 2,5 м с общим объемом 420 м3. Однако при использовании контактных теплоутилизаторов, имеющих развитую поверхность вследствие загрузки слоя керамическими кольцами или другими насадочными элементами и обеспечивающих выполнение двух полезных функций, эти проблемы теряют остроту. Рассмотрим кратко вопросы растворимости оксидов азота и попытаемся сделать из них практические выводы. Диоксид азота, в 7,6 раза более токсичный, чем моноксид (максимальные разовые ПДК составляют соответственно 0,085 и 0,6 мг/м3), полностью растворяется в воде с образованием смеси азотной и азотистой кислот. Растворимость моноксида азота, который на воздухе окисляется до диоксида, составляет 7,38 мл/100 г. при нулевой температуре и существенно уменьшается с повышением температуры [2]. Так, при 20°C она составляет 4,71, а при 100°C - 2,6 мл/100 г. В качестве примера приведем некоторые результаты натурных испытаний контактного экономайзера, установленного за котлом ДКВР-10. Экономайзер работал с коэффициентом избытка воздуха 1,1 при расходе воды 20 т/ч. При номинальной нагрузке котла через него проходило около 10 тыс. м3/ч продуктов сгорания, что позволяло растворять в воде до 700 г/ч моноксида азота. При исходном (перед экономайзером) содержании диоксида азота 20-30 мг/м3 и оксида азота до 150 мг/ м3 на выходе из экономайзера диоксид азота в дымовых газах практически отсутствовал, а содержание моноксида азота составляло 65-70 мг/м3. Эффективность использования контактного аппарата в целях очистки выбросов в атмосферу от оксидов азота может быть оценена величиной КПД очистки: где Т и Т ґ - количества единиц токсичности, приходящихся на суммарное содержание оксидов азота в продуктах сгорания и поглощенных в контактном аппарате соответственно. Здесь под количеством единиц токсичности понимается отношение фактической концентрации вредного вещества в выбросах к его же максимальной разовой ПДК. Путем несложных вычислений с учетом суммирования вредностей получаем, что для приведенного выше примера КПД очистки составляет 72,5%. При установке контактного экономайзера за аппаратами химической технологии и топливосжигающим оборудованием, отличающимся меньшим теплонапряжением и более длительным пребыванием продуктов сгорания в агрегате, эффективность контактных устройств может быть значительно выше, так как доля диоксида азота в сумме оксидов азота, содержащихся в продуктах сгорания, зависит от характеристики интенсивности охлаждения дымовых газов Hл/Vт (Hл - площадь лучевоспринимающей поверхности, Vт - объем топки), коэффициента избытка воздуха б и теплонапряжения топочного объема qV. Количественные характеристики этих зависимостей установлены в [3]. По сравнению с котлами стекловаренные печи, например, характеризуются более высокими коэффициентами избытка воздуха. Так, реальное значение, измеренное в газоходе стекловаренной печи, достигает 3,5 и более, а суммарное содержание оксидов азота в неразбавленных газах - 230-250 мг/м3. Видимо, этим можно объяснить содержание в уходящих газах печи около 120 мг/м3. При столь высоком содержании диоксида азота эффективность очистки с помощью контактного экономайзера составила бы около 94%, а NOX за установкой не превышало бы 50 мг/м3, причем содержание диоксида азота снизилось бы до нуля. Использование контактных экономайзеров в качестве очистных аппаратов позволяет частично окупить затраты на строительство очистных сооружений за счет улучшения использования топлива, что существенно изменяет экономические показатели очистки. Следует, однако, учитывать, что эффективная очистка отходящих газов контактным способом приводит к некоторому ухудшению качества воды, контактировавшей с газами. Проведенные исследования показали, что, как правило, увеличивается содержание свободной углекислоты и снижается рН. Для нейтрализации воздействия кислой среды целесообразно некоторое подщелачивание контактирующей с газами воды. Следовательно, контактные аппараты позволяют достаточно эффективно очищать продукты сгорания газа от оксидов азота. С уменьшением единичной мощности агрегата и увеличением коэффициента избытка воздуха эффективность метода возрастает. Если рассматривать экономическую эффективность данного метода лишь с точки зрения защиты воздушного бассейна, то экономические показатели могут оказаться неконкурентоспособными с иными методами, применяемыми в настоящее время. В случае же использования горячей воды, получаемой в контактных экономайзерах, стоимость уменьшения выбросов оксидов азота с дымовыми газами окажется значительно ниже.

Борьба с  выхлопами дизеля

Дизельный выхлоп в первую очередь необходимо очищать от окислов азота, диоксида серы и сажи. Токсичные компоненты составляют 0,2-5,0% от объема отработавших газов, в зависимости от типа двигателя и режима его работы. Сажа сама по себе нетоксична, но она адсорбирует на поверхности частиц канцерогенные полициклические углеводороды, в том числе наиболее вредный и токсичный бензопирен. Сравнительно низкий уровень СО, СН и окислов азота в отработавших газах дизеля не требовал в прошлом установки специальных устройств для снижения токсичности. Однако ужесточение норм токсичности коснулось и дизелей - на многих моделях автомобилей с дизельными двигателями появились системы снижения токсичности выхлопа, включающие рециркуляцию отработавших газов, каталитический нейтрализатор и специальный сажевый фильтр. Такие фильтры через определенное время подвергаются регенерацией кислородом. Во время такой регенерации увеличивается выброс вредных веществ в атмосферу, а также возрастает тепловая напряженность двигателя.

 

В разработанной «Фольксвагеном» системе нейтрализации дизельного выхлопа регенерация происходит благодаря использованию диоксида азота, который содержится в катализаторе окисления. Катализатор окисления, расположенный рядом с двигателем, очищает отработавшие газы от СО и СН. В это время во втором катализаторе интенсивно образуется двуокись азота, необходимый для окисления твердых частиц. Для снижения в отработанных газах окислов азота использован накопительный катализатор окислов азота. Этот катализатор имеет специальное покрытие, которое позволяет ему как губке впитывать в себя поступающие из двигателя окислы азота. Через определенные промежутки времени необходимо очищать катализатор богатой горючей смесью.

 

Система очистки отработавших газов дизелей, созданная «Пежо», включает в себя блок управления работой двигателя, датчики давления, систему дозировки специальной присадки к топливу, систему питания Common rail и фильтр, который очищает от сажи и выполняет функцию катализатора. В качестве фильтрующего материала фильтра-катализатора используется карбид кремния, который имеет пористую структуру, где и накапливаются частицы сажи. Очистка фильтра осуществляется путем подачи топлива в цилиндры с запозданием, чем обеспечивается повышение температуры отработавших газов. Для снижения температуры регенерации фильтра применяется специальная присадка, подмешиваемая к топливу. Очистка фильтра происходит по команде блока управления двигателем после каждых 400-500 км пробега. Необходимость очистки фильтра определяется блоком управления на основании показаний двух датчиков давления на входе и выходе фильтра.

 

Таким образом, современные  комплексные системы очистки  отработавших газов для дизелей  состоят из каталитических и жидкостных нейтрализаторов, а также сажевых  фильтров. Их ресурс ограничен, а стоимость высока из-за использования катализаторов на основе благородных металлов. Один из альтернативных методов нейтрализации отработавших газов - использование низкотемпературной плазмы, которая состоит из положительно заряженных ионов и отрицательно заряженных электронов, полученных в специальных устройствах при различных видах импульсных высоковольтных электрических разрядов (коронный, барьерный), а также из нейтральных атомов и молекул.

 

Отработавшие газы дизеля направляются в плазмохимический реактор, предварительно пройдя сушку во влагоотделителе. В плазмохимическом реакторе к этим газам «подмешивают» масло. Под действием электрического разряда в трубках разрядного устройства частички сажи активно адсорбируют масло на своей поверхности. Для удаления сажи, частички которой находятся в масляном коконе, используется маслоотделитель. Сажа собирается в специальный контейнер, а масло после дополнительной очистки в фильтре продолжает циркулировать по замкнутому контуру. В результате удается обеспечить высокую эффективность поглощения частичек сажи - до 100% во всем диапазоне оборотов дизеля. Из маслоотделителя часть отработавших газов можно направить во впускной коллектор (рециркуляция). Это снижает содержание оксидов азота в выхлопе. К промышленному выпуску плазмохимических реакторов можно будет перейти, когда удастся сократить затраты мощности на электропитание реактора. В опытных системах они достигают 4-5% и более от мощности дизеля.

2. Современное состояние технологии  утилизации и обезвреживания отработанных СОЖ.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список используемой литературы:

1. Утилизация отходов производства и потребления: Учебное пособие / Э.М.Соколов, Ю.А. Москвичев, Е.А. Фролова, Н.С. Яманина, О.П. Филиппова, Н.И. Володин, В.М. Макаров. – Ярославль: Изд-во ЯГТУ, 2006-271с. (№2651)
2. Технология переработки отходов: Монография / Э.М.Соколов, Ю.А. Москвичев, Е.А. Фролова, Н.С. Яманина, О.П. Филиппова, Н.И. Володин, В.М. Макаров. – Ярославль: Изд-во ЯГТУ, 2006-387с. (№2642)
3. Инженерная экология и экологический менеджмент / М.В. Бутырина, П.В. Воробьева, А.П. Дмитриевская: Под ред. Н.И, Иванова, И.М. Фадина.- М.: Логос, 2002 – 528с.
4. Родионов А.И. и др. Техника защиты окружающей среды. Учебник для вузов. – М.: Химия 1989. – 512с.
5. Эльтерман В.М.Охрана воздушной среды на химических и нефтехимический предприятиях. – М.: Химия 1985 – 160с.