Reducción de compuestos nitrogenados
Lea este artículo para conocer los procesos de reducción de compuestos nitrogenados: 1. Reducción de compuestos básicos y 2. Reducción de compuestos ácidos.
Reducción de compuestos básicos :
Fuentes:
Algunas operaciones industriales y procesos de fabricación causan la emisión de compuestos nitrogenados básicos, como amoníaco, amina, piridina, etc. Las principales fuentes son la síntesis de amoníaco y las industrias de fertilizantes nitrogenados, unidades de carbonización de carbón, unidades de producción de aminas y procesos que utilizan aminas.
Proceso de reducción:
Los compuestos mencionados anteriormente son de naturaleza básica y son altamente reactivos. Estos pueden ser fácilmente eliminados de un gas residual mediante lavado con agua o con una solución diluida de ácido sulfúrico.
Reducción de los compuestos / óxidos ácidos:
Fuentes:
El ácido nitroso (HNO 2 ) y el ácido nítrico (HNO 3 ) se emiten desde las unidades de concentración / concentración de ácido nítrico y las unidades de nitración. Junto con estos vapores ácidos, los óxidos de nitrógeno (comúnmente conocidos como NO x ) se emiten invariablemente.
Las principales fuentes de emisión de NO x son las cámaras de combustión móviles y estacionarias utilizadas para la combustión de combustibles fósiles y sus derivados. Las otras fuentes de emisión de NO x son las operaciones de decapado y anodización con ácido nítrico.
Los óxidos estables del nitrógeno son óxido nítrico (NO), dióxido de nitrógeno (NO 2 ), sesquióxido de nitrógeno (N 2 O 3 ), tetraóxido de nitrógeno (N 2 O A ) y pentóxido de nitrógeno (N 2 O 5 ). Estos son gases tóxicos y corrosivos. En la troposfera forman ácido nitroso y nítrico y también participan en reacciones fotoquímicas.
Procesos de abatimiento: eliminación de vapores ácidos
La reducción de los vapores de ácido nitroso / nítrico de una corriente de gas residual puede llevarse a cabo mediante lavado con agua o con una solución alcalina. La elección de un absorbente dependería de si sería un proceso de recuperación o un proceso de desecho.
Procesos de Abatimiento: Eliminación de NO x :
A. Absorción en agua:
La eliminación de NO x por absorción en agua es bastante inútil. NO 2, reacciona con agua para producir HNO 2 y HNO 3 . HNO 2 a su vez produce NO. NO como tal no es soluble en agua o solución alcalina. NO reacciona con O 2 (en el aire) y produce NO 2 .
Este proceso es lento. Las reacciones que ocurren durante la absorción son:
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)
La eficiencia de remoción de NO x por absorción en agua es bastante baja, alrededor del 30-50%.
B. Absorción en solución alcalina:
Se ha intentado reducir el NO x de los gases de desecho mediante lavado con soluciones acuosas de varias sustancias alcalinas, como hidróxido de sodio, carbonato de sodio, hidróxido de calcio, carbonato de amonio, bicarbonato, sulfito y bifsulfito. El lavado con álcali puede dar como resultado una eficiencia de remoción de aproximadamente el 90%. Sin embargo, la eliminación de NO x de un gas de combustión mediante lavado con álcali no es económica debido a la presencia de CO2 en el gas de combustión. El CO 2 reaccionaría con el álcali, por lo tanto el consumo de químicos sería alto.
C. Descomposición catalítica del NO x
Catalizadores, tales como platino, aleaciones de platino-rodio, óxido de cobre sobre gel de sílice y varios otros óxidos han sido probados para la descomposición de NOx. No se ha encontrado ninguno satisfactorio, particularmente para la descomposición de NO.
D. Reducción catalítica de NO x
Se ha encontrado que la reducción de NO 2 a NO es más fácil usando combustibles como gas natural, gas de horno de coque, CO, H 2, vapor de queroseno, etc., con catalizadores de platino o paladio. Estos catalizadores son costosos. Además, el consumo de combustible es alto y el proceso se vuelve antieconómico cuando se intenta eliminar el NO x de un gas residual (como un gas de combustión) que contiene una proporción relativamente grande de oxígeno, ya que todo el oxígeno reaccionaría con el combustible usado antes de la reducción de NO comienza.
E. Reducción catalítica selectiva de NOx (SCR):
Se ha encontrado que la reducción catalítica de NOx con amoníaco es bastante efectiva incluso para el tratamiento de gases de combustión. El catalizador utilizado es Vanadia (V 2 O 5 ) en base de Titania (TiO 2 ). Vanadia promueve la oxidación de SO 2 (presente en un gas de combustión) a SO 3, que se combina con el amoníaco dando como resultado un mayor requerimiento de amoníaco. Cuando el óxido de tungsteno se utiliza como un componente de un catalizador, reduce la concentración de oxígeno en la superficie del catalizador y, por lo tanto, inhibe la oxidación del SO 2 .
La oxidación de SO 2 es favorable por encima de 370 ° C. El proceso de SRC se puede llevar a cabo convenientemente a más de 315 ° C, alrededor de la cual la actividad del amoníaco (para la reducción de NOx) es alta y la formación de sal de amonio (sulfato) se retrasa. Para este proceso, se puede utilizar amoníaco anhidro o amoníaco acuoso (que contiene 20 a 30% de NH3). La eficiencia de eliminación de NO x puede ser tan alta como el 95%. Las reacciones (enumeradas a continuación) durante la SCR son muy eficientes, con una estequiometría reactiva de aproximadamente 1, 0 (moles de NH 3 por mol de NO x reducido).
El valor del deslizamiento de amoníaco (escape de amoníaco sin reaccionar) puede variar de 2 a 10 ppm.
F. Reducción de NOx no catalítico:
La reducción de NO x puede lograrse sin ningún catalizador inyectando amoníaco o urea en áreas de un horno donde la temperatura de los gases de combustión oscile entre 830 y 1200 ° C. La eficiencia de eliminación de NO x puede estar en el rango de 70-80% en condiciones óptimas (tiempo de reacción adecuado, buena mezcla de reactivo, gases de combustión y temperatura más baja).
La temperatura del área de inyección en exceso de aproximadamente 930 ° C da como resultado la producción de N 2 a partir de la descomposición del reactivo ya una temperatura superior a 1200 ° C, los reactivos se oxidan a NO x . El resbalón del amoníaco puede estar alrededor de 10-50 ppm. También tendrían lugar algunas reacciones indeseables como la oxidación de NH 3 a NO y NO 2 y la formación de (NH 4 ) 2 SO 4 .
G. Método biológico para la eliminación de NO x :
Este método desarrollado por Monsanto Enviro-Chem. El sistema y el sistema UOP se llevan a cabo en dos pasos. En la primera etapa, se lava un gas que contiene NO x con una solución acuosa de quelato de hierro [Fe (EDTA)]. El NO 2 se disuelve en agua y el NO forma un complejo nitrosil soluble en agua con quelato de hierro.
NO + Fe (EDTA) ——> Fe (EDTA) NO (5.69)
En la segunda etapa, la solución que contiene NO 2 disuelto y el complejo nitrosilo de hierro EDTA se trata anaeróbicamente con etanol como agente reductor.
Las reacciones generales son:
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)
Se ha reportado una eficiencia de eliminación de NO x de más del 80%.
H. Control de la producción de NO x :
Es bien sabido que los procesos de combustión son la principal fuente de emisión de NO x . Por lo tanto, se ha prestado mucha atención al desarrollo de estrategias que permitan controlar la producción de NO x durante la combustión de combustibles fósiles. Menos producción de NO x significa menos NO que se elimine el NO x y, por lo tanto, más económico.
Se ha comprobado que durante la combustión de combustibles fósiles, el NO x se produce de dos maneras:
(i) NOx de producción debido a la oxidación de N 2 en aire a alta temperatura (referido como 'NOx térmico') en la zona de combustión,
(ii) Producción de NO x debido a la oxidación de compuestos nitrogenados presentes en los combustibles (denominado "combustible NO x ")
Se ha encontrado que el NO x presente en los gases de combustión contiene 90-95% de óxido nítrico (NO) y el resto es dióxido de nitrógeno (NO 2 ).
Para el control de la emisión de NO x de las cámaras de combustión estacionarias, ahora se está siguiendo un enfoque de dos etapas:
En la primera etapa, el objetivo es reducir la formación de NO x sin sacrificar la eficiencia de combustión.
Esto se logra empleando algunos o todos los siguientes pasos:
(a) Usando quemadores de bajo NO x es posible reducir la formación de NO x en un 10-60%. Los quemadores de bajo NO x están disponibles para aplicaciones nuevas y de actualización. El principio básico de los quemadores de bajo NO x es controlar y equilibrar la relación aire-combustible en las zonas de combustión para que las zonas de alta temperatura no sean ricas en oxígeno.
(b) Al usar aire en etapas, se crea una zona de combustión de oxígeno pobre, es decir, se reduce la formación de NO x . Por encima de esta zona, se mantiene una zona rica en oxígeno para completar la combustión de CO y COV.
(c) La clasificación del combustible se realiza con miras a reducir la temperatura de las zonas de combustión. En la parte inferior de un horno, alrededor del 70-80% de la carga de calor total se realiza con menos exceso de aire. En la zona superior, la carga de calor restante se realiza con el control de la relación aire-combustible y, finalmente, en la zona superior, las reacciones de combustión se completan suministrando una cantidad adecuada de aire y proporcionando suficiente espacio.
(d) Las modificaciones operativas, como la recirculación de los gases de combustión a la zona de combustión, la reducción del recalentamiento del aire, la inyección de vapor o agua en la zona de combustión reducen la formación de NOx al disminuir la temperatura de la zona de combustión.
En la segunda etapa de la estrategia de control de emisiones de NO x, el gas de combustión que contiene NO x se somete al proceso de 'Reducción catalítica selectiva (SCR)'. Para controlar la emisión de NOx de los automóviles, los convertidores catalíticos se están utilizando hoy en día.
