M. N. Musayev sanoat chiqindilarini tozalash texnologiyasi
Chiqindi gazlarni azot oksidlaridan absorbsion usulda tozalash
Download 3.87 Mb. Pdf ko'rish
|
|
Chiqindi gazlarni azot oksidlaridan absorbsion usulda tozalash Sanoatda ajralib chiqadigan chiqindi gazlar tarkibida asosan N O va N 0 2 gazlari uchraydi. Bu gazlarni tozalashda qiyinchilik azot oksidi — NO gazining past kimyoviy aktivligidir va uni suyuqlikda 100 www.ziyouz.com kutubxonasi yomon erishidir. Ushbu muammorri hal etishning quyidagi yo'llari m a’lum:
1) NO gazini N 02 gazigacha to'liq oksidlash; 2) selektiv, ya’ni ikkala gazni bir xil yutadigan absorbent tanlash; 3)
N O
gazini oksidlab yoki suyuq katalizator ishtirokida NO gazini kimyoviy aktiv moddaga aylantirish. Sanoatda N O gazini gaz fazasida 0 2 bilan gomogen oksidlash usuli qo'llaniladi. Jarayonni tezlashtirish uchun gaz fazasiga kislorod qo'shiladi, lekin bu usul kislorodning katta sarfi bilan bog'liq. Chunki azot oksidi bilan faqat 1% kislorod reaksiyaga kirishadi, qolgani atmosfera havosiga tashlanadi. Azot oksidining oksidlash jarayoni katalizator ishtirokida tezlashadi. A zot oksidini oksidlash va u lam i suvga yutilish jaray o n larin i tezlashtirish uchun suyuq fazada kislorod va ozon bilan oksidlash h am d a b ir v aq tn in g o 'z id a oksidlash va suyuq oksidlovchi yutgichlarga yuttirish orqali am alga oshiriladi. G azsim on oksid- lovchilarning (kislorod va ozo n ) suyuq fazad a erish tezligi h a ro ra tg a , b o sim g a, k o m p o n e n tla m in g k o n sen tratsiy a sig a, fazalararo yuza kattaligiga, oq im lar turbulentligiga va shu kabi omillarga bog'liq. Kislorod va ozonning suyuq fazada erishi sekin b o r a d ig a n j a r a y o n b o 'l i b , N O g a z in i n g s u y u q f a z a d a oksidlanishini lim itlaydi. Agar suyuq oksidlovchilar ishlatilsa, erish jaray o n in in g bosqichi lim itlanm aydi. N O gazini oksidlash uchun quyidagi oksidlovchi m oddalar tekshirilgan:
Ular ichida eng faol oksidlovchi bo'lib КВЮ 3 hisoblanadi, keyingi o'rinlarda
va
H20 2 oksidlovchilari hisoblanadi. Azot oksidlarini absorbsiya qilish uchun suv, ishqorlar va selektiv sorbentlam ing eritmalari, kislotalar va oksidlovchilar qo'llaniladi. Suvga absorbsiyalanishi. Azot oksidlari, ayniqsa N 0 2 gazi suvga yaxshi yutiladi. Bunda nitrat kislotasi hosil bo'ladi.
Yutilmagan azot oksidlari N 20 2 bilan oksidlanadi: n o +
h 2 o 2 -» n o
2 + н 2о n 2 o 3 +
h 2 o 2 -> n 2 o , +
h 2 o N?0 4 + H20 -» HNO, + HNO, 101 www.ziyouz.com kutubxonasi Jarayonda asosan vodorod peroksidining sarfi tozalash jarayonining iqtisodiy ko‘rsatkichni belgilaydi. It HNO, kislotasi olish uchun 6 kg H20 2sarf bo‘ladi.
Azot oksidlarini suv va H N O , kislotasiga yutilish jarayoni ham ishlab chiqilgan. Bunda azot oksidlarini
yutilishi bilan uning konsentratsiyasi oshib boradi. Shunda
gazi suyuqlik chegarasida
ga aylanadi. Jarayonni tezlashtirish m aqsadida suyuq katalizatorlar ishlatiladi, tozalash darajasi 97 % ni tashkil etadi.
Ishqorlar bilan absorbsiya. Gazlami tozalash uchun turli ishqorlar ishlatilishi mumkin. NO, ni soda eritmasiga yutilishi quyidagi reaksiya asosida boradi:
2 N a O H + N 20 3 = 2 N a N 0 2 + H 20 N a2C 0 3 + N 20 3 = 2 N a N 0 2 + C O , 2 N aH C 0 3 + N 20 3 = 2 N a N 0 2 + 2CO , + H20 2KOH + n 2 o 3 =
k n o 2 +
h 2 o K,C0 3 + N 20 3 = 2KNO, + C 0 2 K H C 0 3 + N 20 3 = 2 K N 0 2+ 2 C 0 2 + H20 Ca(OH)2 + N 20 3 = C a (N 0 2)2 + H 20 C a C 0 3 + N20 3 = C a (N 0 2)2 + H 20 M q(OH)2 + N 20 3 = M q (N 0 2)2 + H 20 M q C 0 3 + N 20 3 = M q(N O j)2 + C O , Ba(OH)2 + N 20 3 = B a(N 0 2)2 + Н гО B a C 0 3 + N 20 3 = B a(N 0 2)2 + C 0 2 NH 4OH + n 2 o 3 = 2NH4N 0 2 + h 2
2NH4H C 0 3 + N 20 3 = 2NH4N 0 2 + C 0 2 N 20 3 gazining absorbsiyalanishi bo‘yicha ishqorlar aktivligi qatori quyidagicha taqsimlanadi: KON > NaOH > C a(O H )2 > N a2CO, > K2CO, > Ba(O H )2 > N aH C O , > 1 0,84 0,84 0,78 0,63 0,56 0,51 102 www.ziyouz.com kutubxonasi Ж Н С О , > M q C 0 3 > ВаСО, > СаСО , > M q(O H )2 0,44
0,40 0,40
0,39 0,35
Ishqoriy eritm aning tagida keltirilgan raqam lar K O N ga nisbatan aktivligini ko‘rsatadi. Bunda KON ning aktivligi 1 deb qabul qilingan. Ishqoriy eritm aning aktivligi uning boshlang‘ich pH ko'rsatkichi orqali belgilanadi. Aktivligi qancha yuqori bo‘lsa, bu ko‘rsatkich ham shuncha yuqori bo‘ladi. Yuqorida keltirilgan reaksiyalarda ammiak eritmasi bilan absorbsiya jarayonida hosil bo'lgan amm oniy nitriti —
haroratda to ‘liq parchalanadi:
gaz fazasida kislorod b o ‘lmasa, unda F e S 0 4, F eC l2, N a 2S20 „ NaH C O , tuzlarining eritmalari qoMlanilishi mumkin. Qatorda keltirilgan birinchi ikkita tuzlar ishtirokida absorbsiya jarayonida kompleks tuzlar hosil bo ‘ladi: F e S 0 4+ N 0 - > F e ( N 0 ) S 0 4 FeC l2+ N 0 - > F e ( N 0 ) C l2 9 5-1 0 0 °C da teskari reaksiya borib, yutilgan N O gazlari ajralib chiqadi va
eritmasi qayta tozalash sikliga qaytariladi. Xuddi shu tarzda
ham parchalanadi. F e S 0 4 e ritm a si q o lg a n la ri ic h id a h a m m a b o p va sam arali absorbentlardan hisoblanadi. Absorbent sifatida
tarkibli kislotali eritmalar ham qo'llanilishi mumkin. Ushbu eritmaning yutuvchanlik qobiliyati F e S 0 4 ning eritmadagi konsentratsiyasiga, haroratga va N O gazining konsentratsiyasiga bog‘liq. 2 0 -2 5 ° С haroratda eritm a NO gazining qisman konsentratsiyasida ham yutaveradi. Azot oksidining erish chegarasi
nisbatga taalluqli. E ritm ada sulfat va azot kislotalari, tuzlar va organik birikm alarning hozir b o ‘lishi esa uning yutuvchanlik qobiliyatini kamaytiradi. N a 2S20 3, N a H S 0 4, ( N H 2)2 SO e ritm a la rin i q o ‘llan ilish i azo tn i defiksatsiyasiga olib keladi:
www.ziyouz.com kutubxonasi Xuddi shu tarzda NO gazi
ZnCl2, C H 20 , C 2H20 4 eritmalari bilan ham o ‘zaro ta ’sir qiladi. 200° С dan yuqori haroratda NO gazi ammiak bilan quyidagi reaksiya asosida o ‘zaro ta ’sir ko‘rsatadi:
Sulfat kislotasi N 0 2 va
N 20 , gazlarini yuttirish uchun ishlatiladi: H2S 0 4+ 2 N 0 2= H N S 0 5+ H N 0 3 2H 2S 0 4+ N 20 , + H N S 0 5 + h 2o Nitrozilsera kislotasi qizdirilsa yoki suv bilan suyultirilsa, azot oksidlari ajralib chiqadi: HNSOj +
h 2 o = h 2 so 4+ n o + n o
2 Azot oksidlarining suyuq sorbentlar bilan o ‘zaro ta ’siri 20—40° С haroratda o‘ta samarali boradi.
1. Azot oksidli chiqindi gazlarni tozalashda asosiy qiyinchilik nim alardan iborat va ulami bartaraf etish yo‘llari qanday? 2. NO gazini oksidlash uchun qanday oksidlovchi m oddalar qo'llaniladi? 3. Azot oksidli chiqindi gazlarning absorbsion tozalash usulida qanday absorbentlar qo'llaniladi? 4. Azot oksidlarining suvga yutilishi qanday amalga oshiriladi, kimyoviy reaksiyalari va sharoitlari? 5. Azot oksidlarini ishqorlar bilan absorbsiyasi, qo'llaniladigan ishqorlar qatori va kimyoviy reaksiyalari qanday? 6. Azot oksidli chiqindi gazlami tozalashda qo'llaniladigan selektiv absorbentlaming turlari va ularning kimyoviy reaksiyalari qanday?
D. M endeleyev nom idagi R K T U da tu tu n gazlarini azo t o k s id la rid a n 95% g a c h a , o ltin g u g u rt o k sid la rin i b u tu n la y yo'qotadigan karbam id usuli ishlab chiqilgan. Jarayon gazlarni oldindan tayyorlashni talab etm aydi, tozalash natijasida toksik
www.ziyouz.com kutubxonasi bo'lm agan m ahsulotlar - N 2, C 0 2, H 20 va (N H 4)2 S 0 4 hosil bo'ladi. Absorbsion eritmasining pH ko'rsatkichi 5—9 atroflda bo'ladi, shuning uchun apparaturaning korroziyasi kuzatilmaydi. Usul samaradorligi azot va oltingugurt oksidlarining o'zgaruvchan konsentratsiyalariga bog'liq emas. Umuman jarayon quyida keltirilgan reaksiya tenglam alari orqali ifodalanadi:
Azot oksidlarining karbamid bilan birikishi uch yo'nalishda borishi mumkin.
Birinchi yo'nalishni quyidagi reaksiyalar bilan ko'rsatish mumkin: N 0 + N 0 2+H 20 ->• 2 HO-NO (NH2)2CO+HO-NO-»NH2 COOH+[NH2NO]->NH2 c o o h + h 2 o + n 2 NH 2 C 0 0 H + H 0 -N 0 ^ H 0 C 0 0 H + [N H ,N 0 ]-> 2 H 20 + C 0 2+ n 2 Ik k in ch i y o 'n alish g a m uvofiq o ld in k arb am id n i am m oniy karbam atgacha gidrolizi sodir bo'ladi, keyin u azot kislotasi bilan birikadi: N 0 + N 0 2+ H 20 - > 2 H 0 - N 0 (N H 2)2 c o + h o h -> n 2 h c o o h + n h 3-* n h 2 s o o n h 4 n h 2 s o o n h 4+ h o - n o -» n h 4 n o 2+ n h 2 c o o h N H 4N 0 2 **■ > N 2+ 2 H 20 n h 2 c o o h + h o h ^ h o c o o h + n h ^ n o c o o n h 4 N O C 0 0 N H .+ H 0 - N 0 - » N H , + N 0 ,+ H 0 C 0 0 H - > 2 H ,0 + C 0 ,+ N , 4 4 2 2
2
2 U chm chi yo'nalishga muvofiq eritmaning tom chilari apparatning 185°C dan o sh iq ro q qizigan devorlariga urilganda suv tezda bug'lanadi, keyin suyuqlanadi (135°C) va karbam id parchalanib (>185°C) izotsianur kislotasi hosil b o 'lad i. U ham azot oksidlari bilan reaksiyaga kirishadi: (NH , ) , C O — > ( n h 2) , c o (J) >l35r > n h 4 n = c = o >l85t~ >HN = C = 0 + N H 3 HN = C = 0 < ------ > H O - C = N NO + NO, + H 20 -------» 2 H O - N = 0 105
www.ziyouz.com kutubxonasi НО - С = N + НО - N = 0 ------ > [ H 0 - C ( 0 H ) = N - N = 0 ] -» h 2 o + c o 2+ n 2 N H . + H O - N = 0 >80( > HAN 0 - N = О ------ >2H20 + N2 Azot oksidlari karbamid bilan bir vaqtda barcha uch yo‘nalishi bo'yicha birikishi va h ar b in n in g ulushi jarayonni o 'tk azish sharoitlariga bog‘liq bo'lishi mumkin. Tutun gazlarini azot oksidlaridan tozalash darajasining haroratga bog'liqligi 10.1-rasmda keltirilgan. Ekvimol aralashma ( a =50%) uchun tozalash darajasini haroratga bog'liqligini ko'rsatuvchi egri chiziq 50—55° С oraliqda minimum ga ega bo'lib, u 50—60 % tozalash darajasini ko'rsatadi. N 0 2 dan tozalashdagi egri chiziq sezilarsiz minimumga ega, NO dan tozalashda esa S-simon ko'rinishga ega. Eritmaning 80°C dan qaynash harorati oralig'ida 1 va 2 egri chiziqlar birlashadi.
Buni balki, harorat ko'tarilishi bilan gazlarni suyuqlikda erishi kamaysa kerak deb tushuntirish mumkindir. 60—70°C da kaibamidning am m oniy karbam atgacha gidrolizi sodir bo'ladi, u karbam itiga nisbatan HO-NO bilan oson birikadi. Bunda 80°C dan yuqori haroratda azot va suvga parchalanadigan amm oniy nitrit hosil bo'ladi. Azot monooksidi suvda yomon eriydi, lekin u karbamid bilan harorat ko'tarilganda parchalanadigan addukt hosil qilishi mumkin. 70—95°C 106 www.ziyouz.com kutubxonasi da adduktga bog‘langan karbamidni azot monooksidi bilan birikish tezligi uni karbamid va NO ga parchalanish tezligidan yuqori va tozalash darajasi 78 % gacha bo‘lishi mumkin. Gazlarni tozalash darajasiga absorbsion eritmaning pH i sezilarli ta ’sir ko‘rsatadi. Azot oksidlarini ekvimolk aralashmasida P H =5-9 bo‘lganda qoniqarli tozalash darajasiga (80 % dan oshiq), pH =5-6 bo‘lganda juda yaxshi tozalash darajasiga (95% oshiq) erishiladi. pH 5 dan kichik bo'lganda tozalash darajasining pasayishi H N 0 2 ni kislotali muhitda parchalanishi bilan bog‘liq bo‘lishi mumkin, pH 9 dan ko‘p va harorat yuqori bo‘lganda karbamidni ammiak, uglerod dioksidi va suvgacha shiddatll ishqoriy gidrolizi ro‘y beradi. pN -5—9 oralig‘ida H+ ioni karbamidni ammoniy karbamatgacha gidroliziga ijobiy katalitik ta ’sir ko‘rsatadi. Bundan tashqari, OH — ionlari kislotali gazlarni absorbsion eritmaga yaxshiroq yutllishiga sababchi bo‘ladi. Boa.%
Tozalashning asosiy ko‘rsatkichlaridan biri — bu azot oksidlarining oksidlanish darajasidir. Karbamidni N O x bilan birikishi uni suvda erib azot nitrat kislotasini hosil bo'lishi bosqichi orqali o'tadi. Uni hosil bo‘lishi uchun NO va N 0 2 ni ekvimolk nisbati talab etiladi, shuning uchun N 0 : N 0 2 nisbati birga teng bo ‘lganda, absorbsiya darajasi maksimal bo'ladi. Agar gazda faqat N 0 2 bo‘lsa, unda eriganda H N 0 3 va H N 0 2 kislotalari aralashmasi hosil bo'ladi, ya’ni N 0 2 ni faqat 50% i H N 0 2 ga aylanadi va u karbam id yordamida oson parchalanadi. Azot monooksidi suvda deyarli erimaydi, lekm karbamid bilan yuqorida aytilganidek addukt hosil qiladi va N 2, C 0 2 va H 20 ga 107 www.ziyouz.com kutubxonasi parchalanadi. Bunda gazdagi NO ning 15% i ushlab qolinadi. Araiashmada
gazining ulushi yuqori boMganda aw alo NO va
N 0 2 ning ekvimolk aralashmasi yutiladi, keyin qolgan N 0 2 yutiladi. Agar N 0 2 konsentratsiyasi NO dan kam bo‘lsa, unda N 0 2 ning barcha miqdori NO bilan birga ekvimolk aralashma sifatida yutiladi, qolgan NO esa
15% dan yuqori boMmagan miqdorda yutiladi. Bu 10.2-rasmda ham yaqqol ko‘zga tashlanadi. Ushbu bog‘liqlik statik sharoitlarda olingan, dinamik sharoitlarda esa u sal boshqa ko'rinishga ega bo'ladi, chunki absorbsiya jarayoniga gidrodinamik ahvol va kontakt vaqti ta ’sir ko‘rsata boshlaydi. T u tu n gazlarin i NOx d an to z a la sh d a ra jasin in g k a rb a m id konsentratsiyasiga bogMiqligini o ‘rganish shuni k o ‘rsatadiki, karbam id konsentratsiyasi 40 g/1 boMganda azot oksidlaridan tozalash darajasi 95 % ga yetdi. Karbam id konsentratsiyasining keyinchalik oshishi tozalash darajasining qism an ko'tarilishiga, y a ’ni 100 g/1 da 98 % boM ishiga o tib k e ld i. K a rb a m id konsentratsiyasi 5 g/1 boMganda tozalash darajasi 70% ni tashkil etadi. Konsentratsiyasi oshishi o ‘z yoMida molekulalarning fazalar chegarasidagi diffuziya tezligini oshishi bilan bogMangan. Azot oksidlarining m iqdori lg /m 3 dan ko‘p boMganda ham tozalash darajasi ularning konsentratsiyasiga bogMiq emasligi belgilangan va 98-99% ni tashkil etgan.
ni m iqdori 40 dan 200 m g /m 3 gacha o ‘zgarganda tozalash darajasi 63 dan 95 % gacha ko‘tarilgan, keyinchalik uni 1000 m g /m 3 gacha ko'tarilishi tozalash darajasini qism an 95 dan 98 % gacha ko‘tarilishiga olib kelgan. Balkim, bu gaz fazasida azot oksidlarining kam konsentratsiyasida diffuziya tezligining kamayishi bilan bogMiq boMishi mum kin. Tutun gazlarini azot oksidlaridan tozalashni 95%dan ko‘p boMishi uchun gazlar apparatda 0,5—1,5 s vaqt ichida turishi kerak. Turish vaqtining uzayishi tozalash darajasiga ko‘tarishiga olib keladi, lekin gazning kichik tezligida (0,2 m /sek) diffuzion qatlamning qalinligi oshishi bilan uning ko'rsatkichi kamayadi. Gazning katta tezligida tozalanmagan gazning o ‘tib ketish hollari kuzatiladi. Suyuqlik septirishning kerakli zichligi lm 3 gaz uchun 0,3 dan 1 1 gacha. Oltingugurt dioksidini karbam id bilan birikishi
ni
ammoniy karbamatgacha gidroliz bosqichi orqali boradi: 108
www.ziyouz.com kutubxonasi 10.3-rasmda tutun gazlarini SO, dan tozalash darajasining haroratga bog'liqligi keltirilgan. Azot oksidlaridan tozalash kabi bu holda ham egri chiziqda 50-60 °C da minimum к o‘zga tashlanadi. 20 dan 55 °C gacha oraliqda oltingugurt dioksididan tozalash darajasi gazlarni suyuqlikda erishini kamayishi munosabati bilan kamayadi, haroratni 55 °C dan oshishi bilan jarayon samarasi ham ko‘tarila boshlaydi va 80 °C da 98% ga erishiladi. Harorat 50 °C dan past bo ‘lganda eritm ada S02 ni erishi hisobiga sulfit ionlar hosil bo ‘ladi, yuqori haroratda esa ularni aniqlashning iloji bo‘lmadi. Bunda oltingugurt dioksidi karbamid bilan addukt hosil qilishi m um kin, bu o ‘z navbatida tozalash darajasining keskin ko‘tarilishiga olib keladi. b „% Download 3.87 Mb. Do'stlaringiz bilan baham: 
|