تخفيض المركبات النتروجينية

قراءة هذه المادة لمعرفة المزيد عن عمليات التخفيف من المركبات النيتروجينية: 1. تخفيض المركبات الأساسية و 2. تخفيض المركبات الحمضية.

تخفيض المركبات الأساسية :

مصادر:

تؤدي بعض العمليات الصناعية وعمليات التصنيع إلى انبعاث المركبات النيتروجينية الأساسية ، مثل الأمونيا والأمين والبيريدين ، إلخ. وتتمثل المصادر الرئيسية في تصنيع الأمونيا وصناعات الأسمدة النيتروجينية ووحدات تفحيم الفحم ووحدات إنتاج الأمين والعمليات التي تستخدم الأمينات.

عملية التخفيف:

المركبات المذكورة أعلاه هي أساسية في الطبيعة وتكون عالية التفاعل. ويمكن تخفيفها بسهولة من غاز النفايات عن طريق تنقية بالماء أو مع محلول حمض الكبريتيك المخفف.

تخفيض المركبات الحمضية / الأكاسيد:

مصادر:

ينبعث حمض النيتروز (HNO 2 ) وحمض النيتريك (HNO 3 ) من تصنيع / وحدات تركيز حمض النيتريك ووحدات النتروجين. إلى جانب هذه الأبخرة الحمضية ، تنبعث أكاسيد النيتروجين (التي يشار إليها عادة بـ NO x ) بثبات.

إن المصادر الرئيسية لانبعاثات أكاسيد النيتروجين هي الطاقة المتنقلة وكذلك الحرق الثابتة المستخدمة في احتراق الوقود الأحفوري ومشتقاته. المصادر الأخرى لانبعاثات أكسيد النيتروجين هي عمليات تخليق حامض النيتريك وعمليات أنودة.

أما أكاسيد النيتروجين الثابتة فهي أكسيد النيتريك (NO) وثاني أكسيد النيتروجين (NO 2 ) و sesquioxide النيتروجين (N 2 O 3 ) ، ورباعي أكسيد النيتروجين (N 2 O A ) ، وخامس أكسيد النيتروجين (N 2 O 5 ). هذه هي الغازات السامة والتآكل. في طبقة التروبوسفير ، يتكوّن من حامض نيتراني وحمض النيتريك ، كما يشاركون في تفاعلات ضوئية كيميائية.

عمليات التخفيف: إزالة بخار الحموضة

يمكن إجراء عملية التخفيف من أبخرة حمض النيتروز / النيتروجين من تيار غاز النفايات عن طريق تنقية بالماء أو بمحلول قلوي. يعتمد اختيار المادة الماصة على ما إذا كانت عملية استرداد أو عملية التخلص.

عمليات التخفيف: NO NO إزالة:

أ. الامتصاص في الماء:

إزالة أكسيد النيتروجين عن طريق الامتصاص في الماء هو عقيم بدلا من ذلك. NO 2 ، يتفاعل مع الماء لإنتاج HNO 2 و HNO 3 . HNO 2 بدوره ينتج لا. لا على هذا النحو ليست قابلة للذوبان في الماء أو الحل القلوي. لا يتفاعل مع O 2 (في الهواء) وينتج NO 2 .

هذه العملية بطيئة. التفاعلات التي تحدث أثناء الامتصاص هي:

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)

كفاءة إزالة أكسيد النتروجين عن طريق الامتصاص في الماء منخفضة إلى حد ما ، حوالي 30-50 ٪.

B. الامتصاص في حل القلوي:

لقد تم تجربة تقليل غازات النتروجين من الغازات المنبعثة عن طريق التنظيف باستخدام المحاليل المائية لمختلف المواد القلوية ، مثل هيدروكسيد الصوديوم وكربونات الصوديوم وهيدروكسيد الكالسيوم وكربونات الأمونيوم والبيكربونات والكبريت والكبريت. قد يؤدي التنظيف القلوي إلى كفاءة إزالة تبلغ حوالي 90٪. ومع ذلك ، فإن إزالة أكسيد النتروجين من غاز المداخن من خلال تنقية القلويات ليس اقتصاديًا بسبب وجود ثاني أكسيد الكربون في غاز المداخن. يتفاعل ثاني أكسيد الكربون مع القلويات ، وبالتالي فإن الاستهلاك الكيميائي سيكون مرتفعًا.

C. التحلل الحفاز NOX

وقد تم تحفيز المحفزات ، مثل البلاتين ، وسبائك البلاتين والروديوم ، وأكسيد النحاس على هلام السيليكا وغيرها من أكاسيد أخرى لتحلل NOX. لم يتم العثور على أي منها على أنها مرضية ، ولا سيما لتحلل NO.

D. الحفاز للحد من NOX

تم العثور على الحد من NO 2 إلى NO أسهل استخدام الوقود مثل الغاز الطبيعي ، غاز فرن فحم الكوك ، CO ، H 2 ، بخار الكيروسين ، وما إلى ذلك ، مع محفزات البلاتين أو البلاديوم. هذه المحفزات مكلفة. علاوة على ذلك ، فإن استهلاك الوقود مرتفع وتصبح العملية غير اقتصادية عند محاولة إزالة NOx من غاز النفايات (مثل غاز المداخن) الذي يحتوي على نسبة كبيرة نسبيا من الأكسجين ، حيث أن كل الأكسجين سيتفاعل مع الوقود المستخدم قبل التخفيض من لا يبدأ.

هاء - التخفيض التحفيزي الانتقائي لأكسيد النيتروجين (SCR):

وقد تبين أن التخفيض التحفيزي لأكسيد النيتروجين مع الأمونيا فعال للغاية حتى في معالجة غازات المداخن. الحافز المستخدم هو Vanadia (V 2 O 5 ) على قاعدة Titania (TiO 2 ). تقوم Vanadia بالترويج لأكسدة SO 2 (الموجودة في غاز المداخن) إلى SO 3 ، والتي تتحد مع الأمونيا مما يؤدي إلى اشتداد الأمونيا. عندما يستخدم أكسيد التنغستن كمكون من محفز ، فإنه يقلل من تركيز الأكسجين على سطح الحفاز وبالتالي يمنع أكسدة SO 2 .

أكسدة SO 2 مواتية فوق 370 درجة مئوية. يمكن إجراء عملية SRC بشكل ملائم أعلى من 315 درجة مئوية حول نشاط الأمونيا (لتخفيض NOx) مرتفع وتشكل متلازمة أملاح الأمونيوم (كبريتات). لهذه العملية يمكن استخدام الأمونيا اللامائية أو الأمونيا المائية (التي تحتوي على 20 إلى 30٪ NH 3 ). قد تكون كفاءة إزالة NO NO عالية إلى 95٪. التفاعلات (المدرجة أدناه) خلال SCR هي فعالة جدا ، مع قياس كوازي كيميائي كاشف ما يقرب من 1.0 (مولات NH 3 للخلية NO x مخفضة).

قد تتراوح قيمة زلة الأمونيا (فرار الأمونيا غير المتفاعلة) من 2 إلى 10 جزء في المليون.

F. غير تحفيزي NO x الحد:

يمكن تحقيق خفض NO x بدون أي محفز عن طريق حقن الأمونيا أو اليوريا في مناطق الفرن حيث تتراوح درجة حرارة غاز المداخن من 830-1200 درجة مئوية. قد تكون كفاءة إزالة أكسيد النيتروجين في نطاق 70-80 ٪ في ظل الظروف المثلى (وقت رد الفعل الكافي ، والخلط الجيد للكاشف - غاز المداخن وانخفاض درجة الحرارة).

تؤدي درجة حرارة منطقة الحقن التي تزيد عن 930 درجة مئوية تقريبًا إلى إنتاج N 2 من تحلل الكاشف وعند درجة حرارة أعلى من 1200 درجة مئوية ، تتأكسد الكواشف إلى NO x . قد تكون زلة الأمونيا حوالي 10-50 جزء في المليون. بعض التفاعلات غير المرغوب فيها مثل أكسدة NH 3 إلى NO و NO 2 وتشكيل (NH 4 ) 2 SO 4 ستحدث أيضاً.

G. الطريقة البيولوجية لإزالة NO NO:

هذه الطريقة التي طورتها Monsanto Enviro-Chem. يتم تنفيذ النظام ونظام UOP في خطوتين. في الخطوة الأولى ، يتم تنقية الغاز المحتوي على NO x باستخدام محلول مائي حديدي مائي [Fe (EDTA)]. يذوب NO 2 في الماء ولا يشكل مركب نتروزيل قابل للذوبان في الماء مع كلاب الحديد.

NO + Fe (EDTA) ——> Fe (EDTA) NO (5.69)

في الخطوة الثانية يتم معالجة المحلول المحتوي على NO2 و Nitrosyl من حديد EDTA بشكل لاهوائي مع الإيثانول كعامل اختزال.

ردود الفعل الشاملة هي:

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)

تم الإبلاغ عن كفاءة إزالة NOx بأكثر من 80٪.

H. التحكم في إنتاج NOx:

من المعروف أن عمليات الاحتراق هي المصدر الرئيسي لانبعاثات أكاسيد النيتروجين. ومن ثم تم إيلاء اهتمام كبير لوضع استراتيجيات يمكن بموجبها التحكم في إنتاج أكسيد النتروجين أثناء احتراق الوقود الأحفوري. إن إنتاج أقل من أكسيد النيتروجين يعني أقل من أن تخفّض NO x وبالتالي أكثر اقتصادية.

لقد تم التأكد من أنه خلال احتراق الوقود الأحفوري يتم إنتاج NOx بطريقتين:

(1) الإنتاج NO x بسبب أكسدة N 2 في الهواء عند درجة حرارة عالية (يشار إليها بـ "NOX حراري") في منطقة الاحتراق ،

(2) إنتاج أكاسيد النيتروجين بسبب أكسدة المركبات النيتروجينية الموجودة في الوقود (يشار إليه بـ "الوقود NO x ")

وجد أن أكاسيد النيتروجين الموجودة في غازات المداخن تحتوي على 90-95٪ من أكسيد النيتريك (NO) والباقي ثاني أكسيد نيتروجين (NO 2 ).

للتحكم في انبعاثات أكاسيد النيتروجين من الاحتراق الثابت ، يتم الآن اتباع نهج ذي مرحلتين:

في المرحلة الأولى ، يكون الهدف هو الحد من تكوين أكسيد النيتروجين دون التضحية بكفاءة الاحتراق.

يتحقق ذلك من خلال استخدام بعض أو كل الخطوات التالية:

(أ) باستخدام شعلات NOX منخفضة من الممكن تقليل تكوين أكسيد النيتروجين بنسبة 10-60٪. تتوفر محارق منخفضة NO x للتطبيقات الجديدة وكذلك التحديثية. إن المبدأ الأساسي للمحرّكات منخفضة الأكسيد النيتروجين هو التحكم في نسبة الهواء إلى الوقود في مناطق الاحتراق وتوازنها حتى لا تكون المناطق ذات درجات الحرارة المرتفعة غنية بالأكسجين.

(ب) استخدام الهواء في وضع الوقود الغني ، أي يتم إنشاء منطقة احتراق الأكسجين النحيل حيث يتم تقليل تكوينات NOx. فوق هذه المنطقة يتم الحفاظ على منطقة غنية بالأكسجين وذلك لاستكمال احتراق CO و VOCs.

(ج) يتم إجراء عملية الوقود بهدف تقليل درجة حرارة مناطق الاحتراق. في الجزء السفلي من الفرن يتم تحقيق حوالي 70-80٪ من إجمالي الحمل الحراري باستخدام هواء أقل فائضًا. في المنطقة الواقعة فوق الحمولة الحرارية المتبقية تتحقق من خلال التحكم في نسبة الهواء إلى الوقود ، وأخيرا في منطقة الأعلى يتم إكمال تفاعلات الاحتراق من خلال توفير كمية كافية من الهواء وتوفير مساحة كافية.

(د) تؤدي التعديلات التشغيلية ، مثل إعادة تدوير غاز المداخن إلى منطقة الاحتراق ، وخفض إعادة تسخين الهواء ، وحقن البخار أو الماء في منطقة الاحتراق إلى تقليل تكوين أكسيد النيتروجين عن طريق خفض درجة حرارة منطقة الاحتراق.

في المرحلة الثانية من إستراتيجية التحكم في انبعاثات NOx ، يخضع غاز المداخن المحتوي على NOx إلى "عملية خفض التحفيز الانتقائي (SCR)". للتحكم في انبعاثات أكسيد النيتروجين من السيارات يتم استخدام المحولات الحفازة الآن أيام.