Réduction des composés azotés
Lisez cet article pour en savoir plus sur les processus de réduction des composés azotés: 1. Réduction des composés basiques et 2. Réduction des composés acides.
Réduction des composés de base :
Sources:
Certaines activités industrielles et certains procédés de fabrication entraînent l’émission de composés azotés basiques tels que l’ammoniac, les amines, la pyridine, etc. Les principales sources sont les industries de la synthèse d’ammoniac et des engrais azotés, les unités de carbonisation du charbon, les unités de production d’amines et les procédés utilisant des amines.
Processus de réduction:
Les composés nommés ci-dessus sont de nature basique et sont hautement réactifs. Ceux-ci peuvent être facilement éliminés des gaz résiduaires en les nettoyant à l'eau ou avec une solution diluée d'acide sulfurique.
Réduction des composés acides / oxydes:
Sources:
L'acide nitreux (HNO 2 ) et l'acide nitrique (HNO 3 ) sont émis par les unités de fabrication / concentration d'acide nitrique et les unités de nitration. Parallèlement à ces vapeurs acides, des oxydes d'azote (communément appelés NO x ) sont invariablement émis.
Les principales sources d'émission de NO x sont les chambres de combustion mobiles et fixes utilisées pour la combustion de combustibles fossiles et de leurs dérivés. Les autres sources d'émission de NO x sont les opérations de décapage et d'anodisation à l'acide nitrique.
Les oxydes d'azote stables sont l'oxyde nitrique (NO), le dioxyde d'azote (NO 2 ), le sesquioxyde d'azote (N 2 O 3 ), le tétraoxyde d'azote (N 2 O A ) et le pentoxyde d'azote (N 2 O 5 ). Ce sont des gaz toxiques et corrosifs. Dans la troposphère, ils forment de l'acide nitreux et de l'acide nitrique et participent également aux réactions photochimiques.
Procédés de réduction: élimination des vapeurs acides
La réduction des vapeurs d'acide nitreux / nitrique d'un flux de gaz résiduaire peut être réalisée par lavage à l'eau ou avec une solution alcaline. Le choix d'un absorbant dépendrait du fait qu'il s'agisse d'un processus de récupération ou d'un processus de mise au rebut.
Processus de réduction: élimination des NO x :
A. Absorption dans l'eau:
L'élimination des NO x par absorption dans l'eau est plutôt inutile. NO 2, réagit avec l’eau pour produire HNO 2 et HNO 3 . HNO 2 produit à son tour NO. NO en tant que tel n'est pas soluble dans l'eau ou la solution alcaline. NO réagit avec O 2 (dans l’air) et produit du NO 2 .
Ce processus est lent. Les réactions survenant lors de l'absorption sont:
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)
L'efficacité d'élimination des NO x par absorption dans l'eau est plutôt faible, de l'ordre de 30 à 50%.
B. Absorption dans une solution alcaline:
La réduction des NO x des gaz résiduaires par épuration avec des solutions aqueuses de diverses substances alcalines, telles que l'hydroxyde de sodium, le carbonate de sodium, l'hydroxyde de calcium, le carbonate d'ammonium, le bicarbonate, le sulfite et le bisulfite a été essayée. Le nettoyage alcalin peut entraîner une efficacité d’enlèvement d’environ 90%. Cependant, l'élimination des NO x d'un gaz de combustion par épuration alcaline n'est pas économique en raison de la présence de CO 2 dans les gaz de combustion. Le CO 2 réagirait avec les alcalis, donc la consommation de produits chimiques serait élevée.
C. Décomposition catalytique de NO x
Des catalyseurs, tels que le platine, les alliages platine-rhodium, l'oxyde de cuivre sur du gel de silice et divers autres oxydes ont été essayés pour la décomposition de NO x . Aucun n’a été jugé satisfaisant, en particulier pour la décomposition du NO.
D. Réduction catalytique des NO x
La réduction de NO 2 à NO s'est avérée plus facile avec des combustibles tels que le gaz naturel, le gaz de cokerie, le CO, le H2, les vapeurs de kérosène, etc., avec des catalyseurs au platine ou au palladium. Ces catalyseurs sont coûteux. De plus, la consommation de carburant est élevée et le processus devient peu rentable lorsque l’on essaie de supprimer les NO x d’un gaz résiduaire (tel qu’un gaz de combustion) contenant une proportion relativement importante d’oxygène, car tout l’oxygène réagirait avec le carburant utilisé avant la réduction. de NO commence.
E. Réduction catalytique sélective des NOx (SCR):
La réduction catalytique des NOx avec l'ammoniac s'est avérée très efficace même pour le traitement des gaz de combustion. Le catalyseur utilisé est Vanadia (V 2 O 5 ) sur base de Titania (TiO 2 ). Vanadia favorise l'oxydation du SO 2 (présent dans les gaz de combustion) en SO 3, qui se combine avec l'ammoniac, ce qui entraîne une augmentation des besoins en ammoniac. Lorsque l'oxyde de tungstène est utilisé comme constituant d'un catalyseur, il réduit la concentration en oxygène à la surface du catalyseur et inhibe ainsi l'oxydation du SO 2 .
L'oxydation du SO 2 est favorable au-dessus de 370 ° C. Le procédé SRC peut être effectué convenablement au-dessus de 315 ° C autour duquel l'activité de l'ammoniac (pour la réduction des NOx) est élevée et la formation de sel d'ammonium (sulfate) retardée. Pour ce processus, on peut utiliser de l'ammoniac anhydre ou de l'ammoniac aqueux (contenant 20 à 30% de NH 3 ). L'efficacité d'élimination des NO x peut atteindre 95%. Les réactions (listées ci-dessous) au cours de la RCS sont très efficaces, avec une stoechiométrie du réactif d’environ 1, 0 (moles de NH 3 par mole de NO x réduite).
La valeur de la fuite d'ammoniac (fuite d'ammoniac n'ayant pas réagi) peut aller de 2 à 10 ppm.
F. Réduction des NO x non catalytiques:
La réduction des NO x peut être obtenue sans catalyseur en injectant de l'ammoniac ou de l'urée dans les zones d'un four où la température des gaz de combustion est comprise entre 830 et 1200 ° C. L'efficacité d'élimination des NO x peut être comprise entre 70 et 80% dans des conditions optimales (temps de réaction adéquat, bon mélange du réactif - gaz de combustion et température plus basse).
Une température dans la zone d’injection supérieure à environ 930 ° C entraîne la production de N 2 à partir de la décomposition du réactif et, à une température supérieure à 1 200 ° C, les réactifs sont oxydés en NO x . Le glissement d'ammoniac peut être d'environ 10 à 50 ppm. Certaines réactions indésirables telles que l'oxydation de NH 3 en NO et NO 2 et la formation de (NH 4 ) 2 SO 4 se produiraient également.
G. Méthode biologique d'élimination des NO x :
Cette méthode développée par Monsanto Enviro-Chem. Système et système UOP est réalisé en deux étapes. Lors de la première étape, un gaz contenant des NOx est lavé avec une solution aqueuse de chélate de fer [Fe (EDTA)]. Le NO 2 se dissout dans l'eau et le NO forme un complexe nitrosyle soluble dans l'eau avec le chélate de fer.
NO + Fe (EDTA) ——> Fe (EDTA) NO (5.69)
Dans la deuxième étape, la solution contenant le NO 2 dissous et le complexe nitrosylé de fer EDTA est traitée de manière anaérobie avec de l’éthanol en tant qu’agent réducteur.
Les réactions globales sont:
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)
Une efficacité d'élimination des NO x supérieure à 80% a été rapportée.
H. Contrôle de la production de NO x :
Il est bien connu que les processus de combustion sont la principale source d’émission de NO x . C'est pourquoi une attention considérable a été portée à l'élaboration de stratégies permettant de contrôler la production de NO x lors de la combustion de combustibles fossiles. Moins de production de NO x signifie moins de NO x à éliminer et donc plus économique.
Il a été établi que lors de la combustion de combustibles fossiles, les NO x sont produits de deux manières:
i) production de NO x due à l'oxydation de N 2 dans l'air à température élevée (appelée "NO x thermique") dans la zone de combustion,
ii) Production de NO x due à l'oxydation de composés azotés présents dans les carburants (appelée "NO x combustible")
Les NO x présents dans les gaz de combustion contiennent entre 90 et 95% d'oxyde nitrique (NO), le reste étant du dioxyde d'azote (NO 2 ).
Pour le contrôle des émissions de NO x des chambres de combustion fixes, une approche en deux étapes est maintenant suivie:
Dans la première étape, l’objectif est de réduire la formation de NO x sans sacrifier l’efficacité de la combustion.
Ceci est réalisé en utilisant tout ou partie des étapes suivantes:
(a) En utilisant des brûleurs à faibles émissions de NO x, il est possible de réduire la formation de NO x de 10 à 60%. Les brûleurs à faible émission de NO x sont disponibles pour les nouvelles applications ainsi que pour les applications ultérieures. Le principe de base des brûleurs à faible émission de NO x consiste à contrôler et à équilibrer le rapport air / carburant dans les zones de combustion afin que les zones à haute température ne soient pas riches en oxygène.
(b) En utilisant l'air, une zone de combustion riche en combustible, c'est-à-dire maigre en oxygène, est créée, réduisant ainsi la formation de NOx. Au-dessus de cette zone, une zone riche en oxygène est maintenue afin de mener à bien la combustion du CO et des COV.
c) La mise à l'arrêt du combustible est effectuée dans le but de réduire la température des zones de combustion. Dans la partie inférieure d'un four, environ 70 à 80% de la charge thermique totale est réalisée avec moins d'excès d'air. Dans la zone située au-dessus de la charge calorifique restante, elle est réalisée avec une régulation du rapport air / carburant et, enfin, dans la zone la plus haute, les réactions de combustion sont complétées en fournissant une quantité d'air suffisante et en fournissant un espace suffisant.
d) Des modifications opérationnelles, telles que le recyclage des gaz de combustion dans la zone de combustion, la réduction du réchauffement de l'air, l'injection de vapeur ou d'eau dans la zone de combustion, réduisent la formation de NO x en abaissant la température de la zone de combustion.
Dans la deuxième étape de la stratégie de réduction des émissions de NO x, le gaz de combustion contenant du NO x est soumis au processus de «réduction catalytique sélective (SCR)». Pour le contrôle des émissions de NO x provenant des automobiles, les convertisseurs catalytiques sont utilisés depuis quelques jours.
