Környezetvédelem | Levegőtisztaság » DENOX-eljárások

NO X eltávolításának lehetőségei és megoldásai (DENOX-eljárások) A NO X vegyületek jelentős mértékben hozzájárulnak a környezet szennyezéséhez, így pl. a fotokémiai szmog kialakulásához. NO X vegyületek: N 2 O, NO, NO 2 Forrásai: - Természetes forrásai: - villámlás, - vulkáni tevékenység, - denitrifikáló baktériumok. - Antropogén források: - üvegipar, - salétromsavgyártás, - szerves kémiai eljárások, - fosszilis tüzelőanyagok égetése (pl. belső égésű motorok, repülőgépek, hőerőművek stb), - biomassza égetése (ezek felelősek a légkörbe kerülő NO X jelentős hányadáért), - a diesel motorok NO X kibocsátása nagyobb, mint az Otto motoroké. - A hőerőművek füstgázaiban ill. a gépjárművek kipufogógázaiban megjelenő NO X eredete szerint háromféle lehet: - Termikus NO X : magas hőmérsékleten a betáplált levegő N 2 és O 2 -jének reakciója során keletkezik. A hőmérséklet emelésével nő a

reakciósebesség - Tüzelőanyag NO X : a tüzelőanyag nitrogéntartalmú vegyületeinek oxidációjával képződik. - Indukált NO X : az átmeneti termékként képződő HCN oxidációja során jön létre. A NO a füstgázzal lép ki a levegőbe, ahol a hőmérséklet csökkenésével reakcióba lép az O 2 -nel és fokozatosan NO 2 -dá alakul át: NO + ½ O 2 NO 2 Ez exoterm folyamat, vagyis az alacsony hőmérséklet kedvez a képződésének, ráadásul a reakció sebessége is növekszik a hőmérséklet csökkenésével. A NO X -ok károsító hatásai: - sztratoszférában ózonbontó hatásúak: NO 2 + h·ν NO + O· NO +O 3 NO 2 + O 2 - fotokémiai szmog (Los Angeles típusú füstköd) akkor keletkezik, ha hőmérsékletinverzió lép fel a CH-ekkel és NO X -okkal szennyezett légtér felett erős UV sugárzás mellett: NO 2 + O 2 ↔ O 3 + NO - A NO 2 és az O 3 reakciói során salétromsav, peroxisalétromsav és peroxi-acetil-nitrát (PAN) képződik: NO 2 +

·OH HNO 3 NO 2 + HO 2 · HO 2 NO 2 NO 2 + R-C(O)O 2 R-C(O)-O-O-NO 2 Ezek agresszív vegyületek, melyek kiülepednek (savas esők) az atmoszférából elsavasítva így a vizeket és a talajokat. -1- - Egészségkárosító hatásúak: szemet és nyálkahártyát irritálják, kötőhártya-gyulladást, tüdővérzést okoznak, a nyirokszövetek megduzzadnak, lépmegnagyobbodás következhet be. A NO X emisszió csökkentését szolgáló eljárások: - elsődleges: közvetlenül a keletkezést gátolják meg; - másodlagos: közvetett módon a véggáz kezelése fizikai-kémiai, kémiai eljárásokkal. NO X csökkentés elsődleges módszerekkel: Az elsődleges eljárások az égés szabályozása köré csoportosíthatók. Három lehetőség: - a relatív oxigénkoncentráció csökkentése, - a lánghőmérséklet, ill. az égési zónában a tartózkodási idő redukálása, - a tüzelőanyag nitrogéntartalmának csökkentése. Elsődleges eljárások: - gőz vagy víz

injektálása az égéstérbe, - füstgáz recirkuláció, - alacsony levegőfelesleggel történő égetés, - szakaszos égetés, - kazánon belüli redukció (másodlagos üzemanyaggal), - ezek kombinációja. Az égési hőmérséklet csökkenthető adiabatikus lánghőmérséklet szabályozásával, pl. hideg levegővel történő égetéssel vagy levegőfelesleg alkalmazásával, továbbá inert anyag bekeverésével. Másik módszer a NO X szegény égő kialakítása, ami a tényleges égési hőmérséklet csökkentésével oldható meg, de lehet intenzívebb hűtéssel (fajlagos tűztér-terhelés csökkentése) vagy az égés elnyújtásával (többfokozatú tüzeléssel, az üzemanyag lassú bekeverésével, vízbefecskendezéssel, O 2 koncentráció csökkentésével) is. NO X csökkentés nedves és száraz elválasztási módszerekkel: 1) Nedves DENOX eljárások: - kis mennyiségű NO X abszorpciójára alkalmasak, - nem katalitikusak, - párhuzamosan el lehet

távolítani a nitrogén- és kén-oxidokat. Hátrányaik: - nincs megfelelő oldószer (a NO nem oldódik vízben abszorpció előtt NO 2 -dé kell oxidálni (költséges), - a képződő termékek nitritek vagy nitrátok, amelyek a szennyvízbe kerülnek eltávolításuk nehézkes (levegőszennyezési problémából vízszennyezési problémát csinál). Típusai: - oxidációs-redukciós módszer: az oxidáció elvégezhető - katalitikusan, - gázfázisban ózon vagy klór-dioxid oxidálószerrel, - folyadékfázisban KMnO 4 , NaClO 2 vagy HNO 3 felhasználásával. Ezután a NO 2 tartalmú gázt NaOH, NH 3 vagy Ca(OH) 2 tartalmú oldatokkal érintkeztetjük. Először a kéntelenítés savanyított ammónium-szulfit oldattal, majd a gáz NO tartalmát ózonnal oxidáljuk, ezután a képződő NO 2 -t ammónia oldatban elnyeletjük, végül a maradék O 3 -t és NO 2 -ot elnyeletjük az első lépés során képződő oldatban. -2- - komplex abszorpciós módszernél

vas(II)etiléndiamin-tetraacetát oldatban nyeletjük el a kén- és nitrogén oxidokat. Mellékreakciók lépnek fel a folyamat során: - a szulfit szulfáttá és ditionáttá oxidálódik, - a vas(II) inaktív Fe(III)EDTA komplexszé alakul, - a NO N- és S-tartalmú összetevőkké vagy N 2 O-dá redukálódik. 2) Száraz DENOX eljárások: Előnyei: - kisebb befektetési költség, - egyszerűbb, - kevesebb hulladék képződése, - magasabb NO X eltávolítási hatásfok. NO X csökkentés kémiai redukciós módszerekkel: Jelenleg a kilépő gázok NO X komponenseit elemi N-né redukálják. Ilyen eljárások a a) nemszelektív, nemkatalitikus redukció (NSNCR) b) szelektív nemkatalitikus redukció (SNCR) c) nemszelektív katalitikus redukció (NSCR) d) szelektív katalitikus redukció (SCR) a) NO X csökkentése NSNCR eljárással: Az eljárás során nagy redukálószer felesleget (szénhidrogén) alkalmazunk. A redukálószer először a véggázban levő O 2 -t

fogyasztja el, majd reakcióba lép a NO X -kal. A folyamat viszonylag magas hőmérsékleten játszódik le (750-800°C), így energiaigényes. b) NO X csökkentése SNCR eljárással: Ammóniát használunk redukálószerként, ami preferáltan a NO X -kal reagál és a gázfázisú reakcióban a NO X -okat elemi N-né és vízzé alakítja: 6 NO + 4 NH 3 5 N 2 + 6 H 2 O 6 NO 2 + 8 NH 3 7 N 2 12 H 2 O A reakció szűk hőmérsékleti intervallumban (850-1050°C) játszódik le, ráadásul magas NH 3 /NO X arányt igényel, ami NH 3 emisszió és sóképződéshez vezet. Az eljárás mozgó források esetén nem alkalmas, mert az ammóniát tárolni és adagolni kell, ill. széntüzelésű erőművekben sem alkalmas, mert a szálló hamu adszorbeálja az ammóniát. c) NO X csökkentése NSCR eljárással: Főleg gépjárművek konvertereinél alkalmazott megoldás háromutas katalitikus konverter alakítja át a szennyező komponenseket a kipufogógázokból. Az NO redukciója: 2

NO + 2 CO N 2 + 2 CO 2 NO + CH N 2 + CO 2 + H 2 O 2 NO + 2 H 2 N 2 + 2 H 2 O A szegény keverék (levegőfelesleg) alkalmazása csökkenti az NO X redukciót d) NO X csökkentése SCR eljárással: A NO x -okat ammónia segítségével alakítjuk N-né és vízzé az ammónia szelektíven reagál. A reakciót 150 – 450°C-on működő katalizátor segítségével végezzük (V 2 O 5 /TiO 2 , módosított zeolitok): 4 NO + 4 NH 3 + O 2 4 N 2 + 6 H 2 O 6 NO 2 + 8 NH 3 7 N 2 + 12 H 2 O -3- A V 2 O 5 /TiO 2 katalizátor előnye, hogy nagy aktivitással rendelkezik és SO 2 -dal szemben ellenálló. Ezek elsősorban stacionárius forrásoknál alkalmazható (pl erőművi füstgázok kezelésére). A katalizátor aktivitása idővel csökken (dezaktiválódás): - magas hőmérséklet miatti öregedés, - katalizátormérgek (320°C alatt képződnek: ammónium-szulfát, ammóniumhidrogén-szulfát) - a poros közeg mechanikai koptató hatása. A katalizátor átlagos

élettartama: - széntüzelés esetén: 2-3 év - fűtőolajtüzelés esetén: 4-5 év - gáztüzelés esetén: 5-6 év A katalizátor számára a kedvező hőmérséklettartomány 350-370°C között van. A maximális élettartam elérése érdekében a különböző egységeket a lehető legoptimálisabban kell kapcsolnunk egymás után a porleválasztó egység és a kéntelenítő megelőzi az SCR-t. -4-