Сравнительная эффективность очистки аппаратов от оксидов азота

Разработка и изготовление нитрознх абсорберов очистки от 10000р

До 1949 года в СССР разработкой способов очистки отходящих га­зов от оксидов азота занимались только ГИАП и ГНИИОГАЗ (г.Москва), в 1953 году - пять НИИ, в 1956 году -девять институтов и восемь предприятий. С 1964 года начали организовывать специальные всесоюзные конференции, на которых вопросу газоочистки от окси­дов азота уделялось особое внимание. В результате интенсивной ра­боты ГИАП для заводов производства азотной кислоты проблема очи­стки отходящих газов от оксидов азота решена практически полно­стью. Результаты работы отмечены Государственной премией СССР. В основе газоочистки лежит способ селективного восстановления ок­сидов азота с утилизацией энергии горячих отходящих газов на тур­бине [11]. На заводах отрасли для очистки отходящих газов от ок­сидов азота самым распространенным способом газоочистки является абсорбция газов водой в насадочной колонне. Размеры насадочных колонн достигают по высоте 20м и имеют диаметр до 4,8м. Увеличе­ние габаритов колонны и рост числа колонн на практике не дает за­метного эффекта. На сегодня остается спорным механизм абсорбции оксидов азота низкой концентрации, имеются разногласия в кине­тике абсорбции, отсутствуют методики расчета абсорберов для улова оксидов азота низкой концентрации водой с учетом присутствия в газе паров и тумана азотной кислоты.

Все это в совокупности приводит к значительным ошибкам в рас­четах и низкой эффективности действующих аппаратов.
Рассмотрим основные причины низкой эффективности действую­щих аппаратов очистки отходящих газов от оксидов азота в процессах этерификации целлюлозы. По оксидам азота отходящие газы перед газоочисткой содержат около 0,1-0,2 г/м3 NO, 0,5-2 г/м3 NO2. Концен­трация кислорода в газах достигает 20%. Обычно для очистки отхо­дящих газов в насадочных колоннах применяются три ступени кон­такта фаз. При этом газ иногда распределяют в батарею из 6 и 12 на­садочных колонн, но число ступеней контакта фаз оставляют обычно равным трем. Схема трехступенчатой системы насадочных колонн показана на рисунке 1.2. В первой по ходу газа башне поддерживается концентрация азотной кислоты в жидкости 50% масс. Такая концен­трация кислоты в жидкости легко обеспечивается из-за присутствия в газе паров и тумана азотной кислоты. Анализ условий равновесия ок­сидов азота над азотной кислотой показывает, что оксиды азота низкой концентрации такой кислотой абсорбироваться практически не будут. Поэтому огромная насадочная башня, спроектированная на аб­сорбцию оксидов азота, совсем их не абсорбирует. Кроме того, ог­ромный окислительный объем башни для окисления NO в NO2 оказы­вается ненужным, так как газ приходит в первую башню уже окис­ленным до NO2 на 90%. В специфичных условиях производства пер­вая насадочная башня может абсорбировать только пары азотной ки­слоты. Анализ кинетики процесса абсорбции паров азотной кислоты показывает, что насадочная колонна для этой цели является морально устаревшим аппаратом. Кроме того, работа башни сопровождается большим брызгоуносом кислоты, что противоречит требованиям га­зоочистки.
В этой связи применение насадочной колонны для улова оксидов азота на первой ступени является необоснованным. Следует отметить, что и последующие ступени улавливают оксиды азота всего на 30-50%. Поэтому Фридлендер (ГНИИХП) разработал пленочный абсор­бер. Автор этого абсорбера взял за образец один из аппаратов США. Он пренебрег уловом оксидов азота, отказался от больших окисли­тельных объемов и создал полый многоступенчатый аппарат в виде трубы с циркуляцией жидкости насосом на каждой ступени и проти­вотоком между ступенями. Циркуляция жидкости из ступени в сту­пень осуществлялась через промежуточные емкости. Пленочный аб­сорбер имел диаметр 1,8м, длину 27м и высоту трубы выброса газов в атмосферу 10-22м. Абсорбер располагался на открытой площадке наклонно под углом 2-5° вдоль здания на высоте около 6м. В здании устанавливались семь промежуточных кислотных емкостей, семь ра­бочих и семь запасных кислотных насосов. Схема пленочного аб­сорбера представлена на рисунке 1.3. Аппарат имел минимальное гидрав­лическое сопротивление и много лет работал в промышленности. От­сутствие в пленочном абсорбере элементов для улова брызг кислоты между ступенями контакта фаз приводило к интенсивному продоль­ному перемешиванию состава кислоты между ступенями. Надежного многоступенчатого контакта фаз не происходило, хотя число ступеней было увеличено с трех до семи. Не было элементов улова тумана кислоты. Работа аппарата сопровождалась брызгоуносом кислоты и вы­бросом не только оксидов азота, но и тумана кислоты.
Анализ равновесной упругости оксидов азота над растворами сла­бой азотной кислоты показывает, что очистка газов от оксидов азота водными растворами азотной кислоты кажется возможной. Реальная концентрация азотной кислоты в жидкости в лучших дейст­вующих системах газоочистки, состоящих из насадочных колонн, из­меняется (от последней по ходу газа башни к первой) от 10 до 55%. В третьей ступени системы газоочистки равновесная упругость окси­дов азота над 10-20% - ной кислотой практически равна нулю. Послед­нее свидетельствует о том, что есть кажущаяся движущая сила про­цесса. Однако на практике в аппаратах абсорбции образуется кроме азотной еще и азотистая кислота. Хотя концентрация последней в жидкости мала и не превышает 0,03%, ее влияние оказывается суще­ственным. Этот факт в современных методиках расчета не учитывает­ся.
Для того чтобы сформулировать научно-обоснованные пути ин­тенсификации процесса очистки отходящих газов от оксидов азота, проанализируем более подробно причины низкой эффективности аб­сорберов.
Диоксид азота (NO2) является одним из основных компонентов смеси оксидов азота, поступающей на газоочистку. Концентрация NO2 в газе в 7-14 раз больше концентрации NO. Диоксид азота находится в газовой фазе в равновесии с тетраоксидом азота по реакции:

2NO2 =N2O4.