Mavzu: azot oksidilaridandan gazlarni tozalash

Birinchi ma’ruza matni – 4 soat
MAVZU: AZOT OKSIDILARIDANDAN GAZLARNI TOZALASH.

Reja:

1. 
   Umumiy tushunchalar.
   
2. 
   Chiqindi gazlarni azot oksidlaridan absorbsion usulda tozalash.
   
3. 
   Yonish jarayonini boshqarish orqali azot oksidlarining atmosferaga tashlanishini kamaytirish.
   
4. 
   Azot oksidli chiqindi gazlarni katalitik zararsizlantirish usullari.
   
   1. 
      Azot oksidlarini yuqori temperaturada noselektiv katalitik qaytarilish usuli.
      
   2. 
      Bug’-qozon qurilmalarida azot oksidlaridan noselektiv katalitik qaytarilish usuli yordamida tozalash (NSKQ).
      
   3. 
      Chiqindi gazlarni azot oksidlaridan selektiv katalitik qaytarilish texnologiyasi.
      
   4. 
      Bug’-qozon qurilmalarida azot oksidlaridan selektiv katalitik qaytarilish (SKQ) usuli yordamida tozalash
      
5. 
   Bug’-qozon qurilmalarida azot oksidlaridan selektiv nokatalitik qaytarilish (SNKQ) usuli yordamida tozalash.
   
6. 
   Adsorbsiya.
   

1.1. Umumiy tushunchalar.

Azot oksidli chiqindi gazlar kimyo sanoatining azotli birikmalarini ishlab chiqarish korxonalarida, katalizatorlar ishlab chiqarishda, neftni qayta ishlash korxonalarida, issiqlik energetika qurilmalarida yoqilg‘i yondirilganda va shu kabi boshqa ishlab chiqarishlarda hosil bo‘ladi. Azot oksidlari o‘ta zaharli gazlar qatoriga kiradi. Bu gazlar inson organizmida qator noxush oqibatlarga olib keladi: O‘pka shishi, nafas yo’llarining yallig‘lanishi, nerv sistemasining buzilishi, ko‘zning shikastlanishi va boshqalar. Shu bilan bir qatorda azot oksidlari o‘simliklarning barglarini kuydiradi, metall uskunalarini korroziyaga uchratib, xalq xo‘jaligiga salbiy ta’sir ko‘rsatadi. Azot oksidlarining ruxsat etilgan chegaraviy konsentratsiyasi (REChK) 0,085 mg/m³ ni tashkil etadi.

Azotning quyidagi kislorodli birikmalari mavjud: N₂O, NO, NO₂, N₂O₃, N₂O₅, N₂O₄, NO₃, N₂O₆.

N₂O gazi past temperaturada deyarli reaksiyaga kirishmaydi. Yuqori temperaturada azot va kislorodga parchalanadi.

NO gazi suvda va organik birikmalarda yaxshi erimaydi, lekin 2 valentli metall tuzlariga birikib, kompleks birikma hosil qiladi va sal qizdirilsa parchalanadi.

NO₂ gazi suvga yaxshi yutiladi va HNO₃ kislotasi hosil bo‘ladi. Temperatura oshishi bilan parchalanib ketadi.

N₂O₃ gazi faqat past temperaturada turg‘un bo‘ladi.

N₂O₄ gazi kuchli oksidlovchi bo‘lib NO₂ gazini polimerlanishidan hosil bo‘ladi. N₂O₅ gazi ham turg'un emas, bu gaz ham oksidlovchi bo ‘lib ishlatilishi mumkin.

Hozirgi kunda azot oksidli chiqindi gazlarni zararsizlantirish uchun absorbsion, adsorbsion va katalitik usullar qo‘llaniladi.

1.2. Chiqindi gazlarni azot oksidlaridan absorbsion usulda tozalash

Sanoatda ajralib chiqadigan chiqindi gazlar tarkibida asosan NO va NO₂ gazlari uchraydi. Bu gazlarni tozalashda qiyinchilik azot oksidi – NO gazining past kimyoviy aktivligidir va uni suyuqlikda yomon erishidir. Ushbu muammorri hal etishning quyidagi yo'llari ma’lum:

1) NO gazini NO₂ gazigacha to'liq oksidlash;

2) selektiv, ya’ni ikkala gazni bir xil yutadigan absorbent tanlash;

3) suyuq fazada NO gazini oksidlab yoki suyuq katalizator ishtirokida NO gazini kimyoviy aktiv moddaga aylantirish.

Sanoatda NO gazini gaz fazasida O₂ 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.

Azot oksidini oksidlash va ulami suvga yutilish jarayonlarini tezlashtirish uchun suyuq fazada kislorod va ozon bilan oksidlash hamda bir vaqtning o'zida oksidlash va suyuq oksidlovchi yutgichlarga yuttirish orqali amalga oshiriladi. Gazsimon oksid- lovchilarning (kislorod va ozon) suyuq fazada erish tezligi haroratga, bosimga, komponentlaming konsentratsiyasiga, fazalararo yuza kattaligiga, oqimlar turbulentligiga va shu kabi omillarga bog'liq. Kislorod va ozonning suyuq fazada erishi sekin boradigan jaray o n b o 'lib , NO gazining suyuq fazada oksidlanishini limitlaydi. Agar suyuq oksidlovchilar ishlatilsa, erish jarayonining bosqichi limitlanmaydi.

NO gazini oksidlash uchun quyidagi oksidlovchi moddalar tekshirilgan: H₂O₂, KMnO₄, KBrO₃, HNO₃, (NH₄)₂Cr₂O₇, Na₂Cr₂O₇, K₂Cr₂O₇.

Ular ichida eng faol oksidlovchi bo'lib KBrO₃ hisoblanadi, keyingi o'rinlarda HNO₃, KMnO₄ va H₂O₂ oksidlovchilari hisoblanadi.

Azot oksidlarini absorbsiya qilish uchun suv, ishqorlar va selektiv sorbentlaming eritmalari, kislotalar va oksidlovchilar qo'llaniladi.

Suvga absorbsiyalanishi. Azot oksidlari, ayniqsa NO₂ gazi suvga yaxshi yutiladi. Bunda nitrat kislotasi hosil bo'ladi.

3NO₂ + H₂O → 2HNO₃+NO

Yutilmagan azot oksidlari Н₂O₂ bilan oksidlanadi:

NO + H₂O₂ → NO₂ + Н₂О

N₂O₃ + H₂O₂ → N₂O, + H₂O

N₂O₄ + H₂O → HNO₃ + HNO₂

Jarayonda asosan vodorod peroksidining sarfi tozalash jarayonining iqtisodiy ko‘rsatkichni belgilaydi. 1t HNO₃ kislotasi olish uchun 6 kg H₂O₂ sarf bo‘ladi. Azot oksidlarini suv va HNO₃ kislotasiga yutilish jarayoni ham ishlab chiqilgan. Bunda azot oksidlarini HNO₃ yutilishi bilan uning konsentratsiyasi oshib boradi. Shunda NO gazi suyuqlik chegarasida NO₂ ga aylanadi. Jarayonni tezlashtirish maqsadida 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:

2NO₂+Na₂CO₃ → 2NaNO₃+CO₂+Q

N₂O₃, gazini turli ishqoriy eritmalarga yoki suspenziyalarga xemosorbsiyasi quyidagi reaksiyalarda keltirilgan:

2NaOH +N₂O₃ = 2NaNO₂ + H₂O

Na₂CO₃ + N₂O₃ = 2NaNO₂ + H₂O

2NaHCO₃ + N₂O₃ = 2NaNO₂ + 2CO₂ + H₂O

2KOH + N₂O₃ = KNO₂ + H₂O

K₂CO₃ + N₂O₃ = 2KNO₂ + CO₂

KHCO₃ + N₂O₃ 2KNO₂ + CO₂ + H₂O

Ca(OH)₂ + N₂O₃ = Ca(NO₂)₂ + H₂O

CaCO₃ + N₂O₃ = Ca(NO₂)₂ + CO₂

Mg(OH)₂ + N₂O₃ = Mg(NO₂)₂ + H₂O

MgCO₃ + N₂O₃ = Mg(NO₂)₂ + H₂O +CO₂

Ba(OH)₂ + N₂O₃ = Ba(NO₂)₂ + H₂O

BaCO₃ + N₂O₃ = Ba(NO₂)₂ + H₂O +CO₂

NH4OH + N₂O₃ = 2NH₄NO₂ + H₂O

2NH₄HCO₃ + N₂O₃ = 2NH₄NO₂ + H₂O +2CO₂

N₂O₃ gazining absorbsiyalanishi bo‘yicha ishqorlar aktivligi qatori quyidagicha taqsimlanadi:

KOH	> NaOH	> Ca(OH)2	> Na2CO3	> K2CO3	> Ba(OH)2 >
1	0,84	0,84	0,78	0,63	0,56
> NaHCO3	> KHCO3	> MgCO3	> BaCO3	> CaCO3	> Mg(OH)2
0,51	0,44	0,40	0,40	0,39	0,35

Ishqoriy eritmaning tagida keltirilgan raqamlar KON ga nisbatan aktivligini ko‘rsatadi. Bunda KOH ning aktivligi 1 deb qabul qilingan. Ishqoriy eritmaning 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 ammoniy nitriti – NH₄NO₂ 56° С haroratda to‘liq parchalanadi:

NH₄NO₂= N₂+2H₂O

Selektiv absorbentlar. Gazlarni NO gazidan tozalash uchun, agar gaz fazasida kislorod bo‘lmasa, unda FeSO₄, FeCl₂, Na₂S₂O₃, NaHCO₃ tuzlarining eritmalari qo’llanilishi mumkin. Qatorda keltirilgan birinchi ikkita tuzlar ishtirokida absorbsiya jarayonida kompleks tuzlar hosil bo‘ladi:

FeSO₄+ NO → Fe(NO)SO₄ FeCl₂+NO → Fe(NO)Cl₂

95-100 °Cda teskari reaksiya borib, yutilgan NO gazlari ajralib chiqadi va FeSO₄ eritmasi qayta tozalash sikliga qaytariladi. Xuddi shu tarzda Fe(NO)Cl₂ ham parchalanadi.

FeSO₄ eritmasi qolganlari ichida hammabop va samarali absorbentlardan hisoblanadi. Absorbent sifatida FeSO₄ tarkibli kislotali eritmalar ham qo'llanilishi mumkin. Ushbu eritmaning yutuvchanlik qobiliyati FeSO₄ ning eritmadagi konsentratsiyasiga, haroratga va NO gazining konsentratsiyasiga bog‘liq. 20-25° С haroratda eritma NO gazining qisman konsentratsiyasida ham yutaveradi. Azot oksidining erish chegarasi NO /FeQ⁺²= 1/1 nisbatga taalluqli. Eritmada sulfat va azot kislotalari, tuzlar va organik birikmalarning bo‘lishi esa uning yutuvchanlik qobiliyatini kamaytiradi. Na₂S₂O₃, NaHSO₄, (NH₂)₂CO eritmalarini qo‘llanilishi azotni defiksatsiyasiga olib keladi:

2Na₂S₂O₃+ 6NO = 3N₂ + 2Na₂SO₄ + 2SO₂

2NaHSO₃+ 2NO = N₂+2NaHSO₄

2(NH₂)₂CO + 6NO = 5N₂ + 4H₂O + 2CO₂

Xuddi shu tarzda NO gazi ZnCl₂, CH₂O , C₂H₂O₄ 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:

4NH₃+6NO = 5N₂ + 6H₂O

Sulfat kislotasi NO₂ va N₂O , gazlarini yuttirish uchun ishlatiladi:

H₂SO₄ + 2NO₂= HNSO₅+ HNO₃

2H₂SO₄ + N₂O₃+ HNSO₅ + H₂O

Nitrozilsera kislotasi qizdirilsa yoki suv bilan suyultirilsa, azot oksidlari ajralib chiqadi:

HNSO₅ +H₂O=H₂SO₄+NO+NO₂

Azot oksidlarining suyuq sorbentlar bilan o‘zaro ta’siri 20–40° С haroratda o‘ta samarali boradi.

1.3. Yonish jarayonini boshqarish orqali azot oksidlarining atmosferaga tashlanishini kamaytirish

Yoqilg'ini yoqish texnologik siklining so'ngida gaz tozalash qurilmasini o'rnatish bilan birga yonish jarayonida azot oksidlarining hosil bo'lish miqdorini kamaytiruvchi qator rejim va texnologik tadbirlar ham o'ta samarali hisoblanadi. Ushbu tadbirlarga:

– havoning past koeffitsientda berish bilan yoqish (a-alfa);

– tutun gazlarini yonish zonasida reserkulyatsiya qilish;

– yoqilg'ini ikki yoki uch bosqichda yoqish;

– NO_x chiqishini kamaytiruvchi yondirgichlarni qo'llash;

– yonish zonasiga namlik uzatish;

– yondirish kamerasidagi nurlanishni intensivlashtirish;

– NO_x ning chiqishi kam bo'ladigan yondirish kamerasining shaklini tanlash.

Ta’kidlash lozimki, ko'rsatilgan tadbirlar havo azotidan NO_x ning hosil bo'lishini ma’lum bir darajada bostiradi, lekin yoqilg‘i tarkibidagi azotdan NO_x hosil bo'lishini to'xtatib bo'lmaydi.

Yonish jarayonida havo azotini kislorod bilan yuqori temperaturada reaksiyasi natijasida NO_xni hosil bo'lishi mumkin, bunda uglerod radikallarini va yoqilg'i (ko'mir, mazut) tarkibida bog'langan azot ishtirokida ham hosil bo'ladi.

Tutun gazlarini resirkulatsiyasi azot oksidlarining ajralishini kamaytiruvchi ancha keng tarqalgan va yaxshi o'zlashtirilgan usullaridan biridir. Havoni ortiqchalik koeffitsienti 1,03 da resirkulatsiyalanuvchi gazlarini puflanadigan havoga berilishi ajralayotgan NO_x ning miqdorini uning boshlang'ich ko'rsatkichidan 50% ga kamaytiradi, yondirgich atrofida halqasimon kanal orqali berilishi 75% gacha, 85% gacha kamaytiradi.

1.1-rasm. Azot oksidlarini hosil bo’lishini kamaytirish usullari: a – tutun gazlarini yonish zonasiga reserkulyatsiya qilish darajasi va berilish yo’liga qarab azot oksidi konsentratsiyasini pasayishiga ta’siri (1 – gazlarni sovuq voronka orqali berish; 2 – ostdagi yon teshik (shlitsa) lar orqali berish; 3 – yondirgich ostidagi teshik (shlitsa) lar orqali berish; 4 – ikkilamchi havo yondirgich (gorelka) lari orqali berish; 5 – gazni barcha havo bilan yondirich (gorelka) lar orqali berish); b – yoqilg’ini ikki bosqichli yoqish sxemasi (1 – yoqish kamerasi; 2 – barcha yoqilg’i va nazariy kerakli havoning 85 % berilayotgan yondirgichlar; 3 – nazariy kerakli havoning 21 % berilayotgan shlitsalar).

Yonilg'ini ikki va ko'p bosqichli yoqish – yondirish rejimini boshqarishning samarali usullaridan biridir va shu bilan bir qatorda hosil bo'lgandan azot oksidlarining miqdorini radikal kamaytiruvchi usullardan biridir. Usulning mohiyati shundaki, bunda yoqilg'ini birlamchi yonish zonasiga nazariy berilishi lozim bo'lgan (a = 0,7 – 0,95) ga nisbatan kam beriladi, natijada mash’ala zonasida haroratning, atomar va molekular kislorod miqdorini va azot oksidlarining hosil bo'lish tezligini kamayishi kuzatiladi.

Birlamchi zonada harorat shunchalik pasayadiki, natijada so'nggi, kislorod ortiqchaligida yonish bosqichi nisbatan past haroratda boradi, oqibatda ikkilamchi zonada azot oksidlari umuman hosil bo'lmaydi.

Tabiiy gazni ikki bosqichda yoqish natijasida azot oksidlarini qozon quvvatiga bog'liqligidan 40–50% ga, mazutni yoqishdan 20–50% ga, ko'mir changini yoqishdan esa 20–40% ga barqaror kamayishiga erishiladi. Yoqilg'ini ikki bosqichli rejimda yoqish va tutun gazlarini reserkulatsiya qilishni birgalikda olib borish gaz va mazut ishlatilganda hosil bo'layotgan NO_x ni 70-90% ga, ko'mir ishlatilganda 55–60% ga miqdori kamayishiga olib keladi.

Yondirgich atrofida furma orqali yetishmayotgan havoni berish bilan ikki bosqichli yondirishda ba’zida yonish sifatini yomonlashtiradi va bir qator hollarda qozon devorlarini furma bilan to‘silgani uchun ishlatilmasligi mumkin.

1.2-rasm.. Nostexiometrik yoqish:

a – balanssiz havo; b – balanssiz yoqilg’i; c – balanssiz yoqilg’i va havo (kombinatsiyalangan).

Ushbu hollarda maxsus yondirgichlarning ishlatilishi mash’al yadrosida harorat pasayishiga yoki uni boshqarish imkonini beradi, bu ham qizigan bug'ning haroratini boshqarish imkonini bergani uchun, ham da ishlatilayotgan qurilm ada yonish sifatini tushirmasdan uning ishonchliligini oshirilishi uchun qiziqish uyg 'o tad i. Sobiq Ittifoqda 1960-yillarda bir qancha yondirgichlarning konstruksiyasi ishlab chiqilgan bo‘lib, ular ikki bosqichli yondirish yoki mash’alni yondirish kamerasining uzunligi bo'yicha cho'zdirish tizimiga yaroqli edi.

Azot oksidlarining hosil bo‘lishini kamaytirish uchun yonish zonasiga suv bug‘ini berish yaxshi natijalarni ko‘rsatmoqda. Tekshirishlar shuni ko'rsatadiki, yonish zonasida suv molekulalarining mavjud bo‘lishi NO_x ni hosil bo‘lish jarayonini nafaqat sekmlashtiradi, balki mash’al yadrosida haroratni ham pasaytiradi, bu o‘z o‘rnida azot oksidlarining chiqishini yana kamaytiradi.