Technologie stosowane w ochronie środowiska

Temat: Oczyszczanie spalin z tlenków azotu z kotła energetycznego - selektywna niekatalityczna redukcja (SNCR).

Damian Pawlik

OŚ gr.3

Niekontrolowany rozwój przemysłu i żywiołowy postęp cywilizacji stanowi poważne zagrożenie dla naturalnego środowiska człowieka. W dniu dzisiejszym najważniejszym problemem jest ochrona środowiska. Jednym z jej aspektów jest utylizacja zanieczyszczeń gazowych emitowanych do atmosfery. Źródłem zanieczyszczeń gazowych obok zakładów przemysłowych są także samochody, kotłownie miejskie i domowe oraz duży udział mają źródła naturalne ( pożary lasów, wybuchy wulkanów, procesy gnilne itp.).

Obecnie problem ograniczenia emisji zanieczyszczeń gazowych jest realizowany dwoma sposobami:

• W trakcie projektowania procesu technologicznego - odpowiedni dobór surowców, ich wstępne oczyszczanie oraz hermetyzacja i automatyzacja procesów przemysłowych.

• Gdy nie jest możliwe całkowite zredukowanie emisji zanieczyszczeń w trakcie procesu technologicznego lub spalania paliw - oczyszcza się gazy odlotowe.

Ze względu na dużą różnorodność źródeł emisji zanieczyszczeń gazowych różne są właściwości fizykochemiczne zanieczyszczonych strumieni gazu, różne stężenie zanieczyszczeń, różne warunki występowania stanu równowagi oraz różny poziom dopuszczalnej emisji do atmosfery. Do oczyszczania gazów z zanieczyszczeń gazowych wykorzystuje się prawie wszystkie podstawowe procesy wymiany masy są to tzw:

procesy fizyczne:

1. absorpcję,

2. adsorpcję,

3. kondensację, oraz procesy w których przebiegają reakcje chemiczne: procesy chemiczne:

4. procesy spalania bezpośredniego,

5. metody katalityczne: spalanie (utlenianie) katalityczne,

Katalityczne oczyszczanie gazów odlotowych z tlenków azotu

Według różnych oszacowań, atmosfera ziemska wchłania rocznie, w przeliczeniu na azot cząsteczkowy, od 35 do 58 x10⁴ ton tlenków azotu. Głównym źródłem ich emisji jest spalanie paliw kopalnych w przemyśle, elektrociepłowniach, gospodarstwach domowych i silnikach różnego rodzaju pojazdów. Te ostatnie wnoszą szczególnie duży wkład w zanieczyszczenie atmosfery tlenkami azotu, gdyż w krajach uprzemysłowionych ich udział wynosi 45-60% całkowitej emisji tlenków azotu. Spora część pochodzi tez ze spalania biomasy przy czym to ostatnie w pewnej części jest wywołane przyczynami naturalnymi (pożary lasów). Tlenki azotu powstają też wskutek wyładowań elektrycznych w atmosferze, działalności wulkanicznej oraz utleniania amoniaku pochodzącego z rozkładu białek. Ograniczyć emisje NO_X można bezpośrednio w źródle ich powstawania bądź też przez oczyszczanie gazów odlotowych metodami redukcji, utleniania w fazie gazowej lub ciekłej z jednoczesną sorpcją w sorbentach lub na sorbentach stałych.

Spośród ośmiu znanych tlenków azotu
praktycznie tylko NO i NO₂ występujących w produktach spalania paliw kopalnych, z czego 90-95% przypada na NO. W bezpośredniej syntezie z azotu itlenu w wysokiej temperaturze spalania paliw kopalnych tworzy się tylko NO. Jest on jednak nietrwały i przy obniżeniu temperatury spalin częściowo rozkłada się, a częściowo utlenia do NO₂, który jest związkiem trwałym. Źródłem emisji
są mikrobiologiczne procesy nitryfikacji i denitryfikacji w biosferze. Stamtąd przedostaje się on do stratosfery, gdzie ulega przemianie do N2 i NO, a ten ostatni może z kolei przepływać w dół do troposfery.

Podczas spalaniu paliw w płomieniu tlenki azotu mogą tworzyć się :

1) przez utlenianie azotu atmosferycznego, przy czym mniej tlenków azotu powstaje w chłodniejszej części płomienia;

2) przez utlenianie związków azotu, zawartych w paliwie, przy czym ani rodzaj organicznych związków azotu ulegających utlenianiu, ani temperatura płomienia (w zakresie zwykle spotykanych temperatur spalania) nie mają wpływu na powstawanie tlenków azotu na tej drodze;

3) przez utlenianie HCN, który jest związkiem pośrednim (czas życia rzędu kilku mikrosekund), wytwarzanym w płomieniu przez reakcję węglowodorów i wodoru z rodnikami azotowymi. Niezbędność węg1owodorów dla pojawienia się HCN powoduje, ze ta droga generowania tlenków azotu występuje tylko w płomieniu bardzo bogatym w paliwo. Powstawanie tlenków azotu na tej drodze wykazuje pewną zależność od temperatury płomienia, aczkolwiek dużo słabszą, niż w przypadku (1).

Tlenki azotu są zawarte nie tylko w spalinach z pieców ogrzewających różnego rodzaju kotły, ale wydzielają się także z pieców martenowskich (ok. 1000 mg/m³), zakładów przemysłu azotowego oraz instalacji wytwarzających kwas siarkowy metodą nitrozową. Udział Polski w emisji NO_X (symbolu tego używamy, gdy mówimy o sumarycznej emisji tlenków azotu bez szczegółowego rozróżnienia wydzielanych tlenków) w roku 1981 wynosił 840 000 ton, co dawało 24 kg na mieszkańca lub 2700 kg na 1 km² naszego kraju. Bezpośrednią szkodliwość dla zdrowia człowieka wykazuje nie tyle NO, lecz
. Jest on substancją, toksyczną o szybkim działaniu, której szkodliwość jest kilkakrotnie większa od CO i SO2. Uszkadza on pęcherzyki płucne i zwiększa podatność na infekcję górnych dróg oddechowych. Działa też drażniąco na oczy oraz rozszerzająco na naczynia krwionośne, co prowadzi do obniżenia ciśnienia krwi. Dla roślin jest gazem silnie toksycznym, którego większe stężenia prowadzą do uszkodzenia chloroplastów. Reakcje
z węglowodorami znajdującymi się w atmosferze powodują powstawanie nadtlenku acetylu, określonego skrótem PAN (peroxyacetyl nitrate), który działa hamująco na fotosyntezę. Reagując z wodą ditlenek azot utworzy kwas azotowy i azotawy i w ten sposób wnosi (wraz z SO2) udział w powstawanie tzw. kwaśnego deszczu Fotochemiczne reakcje tlenków azotu w atmosferze również wywołują niekorzystne zmiany równowag pomiędzy jej składnikami.

Rozkład fotochemiczny
na NO i tlen

+hv (A <415nm) → NO+O (6)

prowadzi do powstawania ozonu w wyniku reakcji pomiędzy O2 i O. Wytwarzanie O3 w dolnej części atmosfery jest niepożądane, gdyż przygruntowy ozon powoduje uszkodzenie liści. Badania wykonane w Cornell University (USA) wykazały znaczne zmniejszenie zawartości cukru w winogronach wskutek obecności przygruntowego ozonu, a współdziałanie tego ostatniego z kwaśnym deszczem powoduje zwiększenie szkód w uprawie.

Metody zmniejszana emisji NOx

Metody zmniejszania emisji NOx do atmosfery dzielimy na

1. Metody ograniczenia emisji NOx z procesów spalania. Tą grupę metod określa się jako pierwotne lub czyste.

2. Metody usuwania Nox z gazów odlotowych. Ta grupa to metody wtórne lub oczyszczające, które z kolei dzieli się na suche i mokre.

SNCR - selektywna redukcja niekatalityczna polegająca na wprowadzeniu do komory spalania gazowego amoniaku, wody amoniakalnej bądź mocznika, które to substancje w temperaturze ok. 850 ^oC redukują tlenki azotu do wolnego azotu. Istotną sprawą jest tutaj zakres temperatury. Selektywna niekatalityczna redukcja tlenków azotu przebiega z najlepszą wydajnością w temperaturze ok. 850 ^oC. Zarówno wzrost temperatury powyżej 900 oC jak i spadek poniżej 800 0C powodują spadek efektywności redukcji, który maksymalnie wynosi ok. 50 - 70 %.

Selektywna niekatalityczna redukcja NO_x - SNCR (selective nooncatalytic reduction)-czynnikiem redukującym mogą być amoniak lub mocznik

„

Reakcje redukcji:

1) OH + NH₃ → NH₂ + H₂O

2) NO + NH₂ → N₂ + H₂O

3) 2NO + CO(NH₂ ) ₂+ ½ O₂ → 2N₂ + H₂O + CO₂

4) CO(NH₂ ) ₂ → NH₃+ HNCO

Bibliografia:

1.Jerzy Warych ”Oczyszczanie gazów. Procesy i aparatura”.

2. http://www.chem.uw.edu.pl/people/HWilczura/pracownia/cw17M/cw17.html

---