Окисление NO[sub]2[/sub] озоном и прочими соединениями.

[Willy]

Сначала опишу ситуацию. Вопрос учебный (диплом пишу), но ключевой, ибо из уравнения реакций я буду искать нужные объемы реагентов и объемы сооружений.

У нас существуют дымовые газы от сжигания природного газа в коле ТЭЦ в объеме 323,3 м³/с. Температура газов ~90-100 C. В состав этих газов (помимо газов воздуха) входят:

Азота диоксид 64,7468 г/с

Азота оксид 10,5214 г/с

Углерода оксид 7,3176 г/с

Сернистый ангидрид 0,4918 г/с

Бенз-а-пирен 0,0026 г/с

Собственно цифры нас не очень интересуют. Привожу их только для того, чтобы было видно чего больше, чего меньше. процентный состав самих дымовых газов пересчитать можно, но особого значения не имеет.

Нас интересует только Азота диоксид. Предложена технология очистки этих газов от оксида азота в виде: озонирования газов с целью окисления NO2 до NO3 и последующий вывод NO3 в виде азотной кислоты (после реакции с водой).

И собственно вопрос: возможно ли:

а) окисление NO₂ при помощи O₃ при температуре около 100^о и как это будет выглядеть.

В одной работе была предложена такая трактовка реакции: NO₂ + O₃ = NO₃^– + O₂

Это вызывает очень серьезные сомнения по двум причинам: у нас в левой части нет заряда, т.е. сумма зарядов = 0. А в правой есть! И вторая причина: я так и не нашел сведений о существовании соединения NO₃ в в сободном виде. В том числе в виде NO₃^- Человек предложивший эту реакцию уже был замечен за несерьезным знанием химии, несмотря на ученую степень. так что я не могу доверять этой записи ну никак. А мне нужны стехиометрические коэффициенты и верная реакция (лучше пошагово).

б)возможно ли получение озона "тихим" разрядом при температуре 100^оС? Ибо натыкался на сведения, что такая реакция при 100^о по Цельсию идет очень и очень слабо (сотые доли О₂ переходят в О₃).

в) Возможно ли при тех же 100^оС осуществлять получение азотной кислоты из NO₂ при помощи распыления воды в смеси этих газов (в объеме равном ~0,05 от объема газов). Cобственно, даже уже вопрос: будет ли наблюдаться необходимое растворение NO₂ в воде при 100^оС? необходимо вывести хотя бы 60% NO₂ из смеси газов.

Вообще очень нужны сведения по окислению NO₂. Чем угодно и до чего угодно. лишь бы с достоверными реакциями. Сведения со ссылками на авторитетные источники (в т.ч. людей). Потому как мне предстоит все это доказывать научнику, который очень не хочет видеть ошибок в своей технологии...

Заранее благодарен.

[s324]

а вы идите как буржуии, не окисляйте до азотки озоном, а востанавливайте до азота раствором мочевины

NO2 + H2N-C(O)-NH2 = CO2 + N2 + H2O

 

NO2 + O3 = N2O5 + O2

[Willy]

Вы читаете мои мысли. Но немного поясню.

Ту технологию предложил мой научник (как оказалось, первооткрыватель в химии ). Моя идея и заключалась (на основании обзора наиболее развитых и успешных технологий) в реализации восстановления мочевиной. т.е. идея конечно не моя, но я хотел использовать именно эту технологию. Или некаталитическое восстановление при высокой температуре.

Но есть же мой гениальный научник. И он настоял. Как оказалось, химию знает весьма условно. Сегодня я наблюдал в его кандидатской работе умозаключение: если по стехиометрическим коэффициентам (из формулы выше) 1 моль O₃ реагирует с 1 моль NO₂, то и один грамм O₃ реагирует с 1 граммом NO₂ :blink: А потом перевод для газов (!) из граммов в м³ через плотность. Вот думаю, как же ему теперь рассказать о существовании молекулярной массы и числа Авогадро?

Это чтобы было понятно, почему я не могу сделать как все здравые головой люди.

Но мне надо как-то теперь правильно описать то, что есть или бодаться с ним до победного конца. Чтобы бодаться, мне нужно хорошо подковать фактами, формулами и (главное) ссылками на авторитетные источники.

Кому интересно посмеяться - скину этот опус.

Вобщем, нужны сведения о возможности/невозможности окисления NO₂ до мифического соединения NO₃^-. Последнее, насколько я понимаю, бывает только как ион соли азотной кислоты и то только в водной среде (после диссоциации). Но мне нужны ссылки на литературу чтобы быть во всеоружии !

Так что я в поиске. Очень надеюсь на профессиональную помощь химиков. Сам то я эколог и немного плаваю в этом вопросе.

Если можно, напишите все стадии и/или пути протекания реакции NO2+O3 = xxx + xxx при 100 оС.

[plick]

Вобщем, нужны сведения о возможности/невозможности окисления NO₂ до мифического соединения NO₃^-. Последнее, насколько я понимаю, бывает только как ион соли азотной кислоты и то только в водной среде (после диссоциации).

 

 

Ну вообщето ион NO^-₃ существует еще в соединении N2O5 (когда оксид находится в твердом состоянии) он существует в виде двух ионов NO₂⁺ и NO₃^- а вот газ состоит из молекулы N2O5 T_возг = 33 ⁰С

Вот по поводу окисления NO2 до N2O5 озоном при 100 градусах я сильно сомневаюсь что данная реакция пройдет хотя бы на 15%. Во первых это надо иметь поток практически чистого озона, а где его взять? Строить озонаторы, я думаю вашей ТЭЦ это влетит в копеечку да причем в очень большую. Во вторых образующийся N2O5 очень реакционноспособен. Он очень легко провзаимодействует с парами воды N2O5 + H2O = 2HNO3.

Как мне кажется дождик из азотной кислоты вам совсем не нужен.

Можно конечно еще пропускать отходящие газы через воду их температура достаточна чтобы вода нагревалась и осуществлялись реакции

2NO2 + H2O = HNO3 + HNO2 но в горячей воде HNO2 мгновенно диспропорционирует HNO2 = NO + HNO3

Оно вроде бы и ничего в растворе азотка в воздух NO, но NO очень легко окисляется на воздухе

2NO + O2 = 2NO2

Так что перевод диоксида в N2O5 отбрасывайте сразу. Его действительно можно утилизировать мочевиной, но многие предприятия предпочитают платить комитету экологии за его выброс, так как ПДК сейчас увеличен, а там где идет действительно большой выброс ставят импортные уловители. Вот к сожалению я с ними не сталкивался. У нас их поставили после моего ухода из контроля над пром предприятиями.

Да кстати есть книга что-то типа химия в металлургии или подобное попадалась мне лет 6 назад на глаза, вот там было хорошо расписано о методах измерения NO2 и уменьшения в выхлопе дымовой трубы.

[Willy]

Plick, большое спасибо за разъяснения!

Проект пока что учебный (слава богу, что на практике такую глупость делать не придется). Озонаторы действительно влетят в копеечку: расход дымовых газов огромен - 323,3 м³/с. Следовательно размеры озонаторов и количество спалленной в них электроэнергии просто непомерны будут. Но я не вижу в них смысла, раз вы говорите, что раекция не пройдет в нужной степени. И тем паче, при 100^оС.

А вот дождик из азотки делать не будем. После распыления воды в камерах орошения предполагалось ставить каплеуловители и конденсаторы влаги, которые уберут большую часть каплеуноса и паров воды с азотной кислотой. Это должно снизить выброс на необходимые нам 60%. Хотя, безусловно, какое-то количество улетит в трубу. Но тут уже главное, чтобы они рассеялись посильнее - тогда они выпадут на большей площади, не давая превышений по ПДК. Хотя, я согласен что все это выглядит довольно нелепо изначально. Но опять же - деваться мне некуда.

Хотел только спросить на счет распыления воды:

берем форсунки, мелкодисперсно подаем воду в некоторой камере орошения для осуществления реакции:

2NO2 + H2O = HNO3 + HNO2. HNO2 разлагается на NO + HNO3. NO окисляется тут же за счет присутствия воздуха до NO2, который во второй раз связывается с водой. Я правильно представляю картину? Тогда получается мы все-таки имеем очистку какую никакую. А раствор HNO3 в воде мы собираем для последующей утилизации. Благо есть локальные очистные сооружения и сооружения водоподготовки. можно даже замкнутый цикл предложить.

Так что перевод диоксида в N2O5 отбрасывайте сразу. Его действительно можно утилизировать мочевиной, но многие предприятия предпочитают платить комитету экологии за его выброс, так как ПДК сейчас увеличен

А вот с этим я уже познакомился =) Хоть и студент ещё до лета, но уже поработал в разработке экологической документации по воздуху (ПДВ, инвентаризации). Действительно, никто никогда делать очистку дымовых газов на ТЭЦ таких объемов не станет.

Это бешенные капитальные вложения =)

Если можно, приведите ссылки на справочники в части реакций окисления NO2 до N2O5 озоном. И интересует роцентное соотношение в котором образуются продукты в реакции: 2NO2 + H2O = HNO3 + HNO2

Ещё раз спасибо за помощь!

[plick]

Если можно, приведите ссылки на справочники в части реакций окисления NO2 до N2O5 озоном. И интересует роцентное соотношение в котором образуются продукты в реакции: 2NO2 + H2O = HNO3 + HNO2

Ещё раз спасибо за помощь!

 

 

Ну особых ссылок я не дам просто использовал один учебник что бы глянуть кое-что. Это был Угай Я.А Общая и неорганическая химия.

А так подобные реакции хорошо расписаны в практически любом учебнике неорганики для ВУЗов. Смотрите Некрасов, Ахметов, Карапетьянц да и много других. ссылки на скачивание посмотрите тему скачать учебник бесплатно.

2. Ну точного процентного соотношения я не скажу, а вот теоретически (по расчету по уравнению) 50/50. Но в горячей воде происходит моментальное диспропорционирование HNO2. Это тоже можно найти в учебниках.

Да кстати, чтобы весомее выглядели ваши доводы используйте 5-7 учебников. можно и больше.

Теперь по поводу установки. Я конечно не механик не могу сказать что проще распыление или барботаж изготовить. Надо смотреть по месту, но мне кажется эффективнее барботаж причем не из одной трубки а сделать ее по типу форсунок, тогда давление газа снизится, что улутшит взаимодействие с водой, но это надо смотреть по месту. Может вам проще и удобнее форсуночное распыление.

[Willy]

Ну, в литературе реакции нашел. Спасибо.

По поводу барботажа. Очень большо расход газа. 323,3 м3/с. Размеры установки просто колоссальны будут. Распыление немного меньше выходит по размерам. А эффективность, я полагаю, как раз у барботажа действительно была бы больше. но там будет одна серьёзная проблема: надо будет строить компрессорную на такой огромный расход. так как давление в котле должно быть равновесным (иначе будет нарушен режим его работы), а обычные центробежные вентиляторы не в состоянии продавить больше полуметра воды (давление на выходе у них мало из-за их конструктивных особенностей). Далее хуже: в любой компрессор нельзя подавать: газ с дисперсной фазой (иначе износятся цилиндры), горючие вещества и химически активные вещества. Так что компрессорную выстроить не выйдет без предварительной очистки =) вот такой замкнутый круг будет.

А насосное оборудование может развивать давление в 5 атм (и больше - только плати) и с успехом подавать жидкость на форсунки.

Но в общем я уже говорил с научником. Убедил отказаться от озонатора. так что главная победа за мной =)

Вы мне очень помогли!

[ТоптуновПотапов]

Ну, в литературе реакции нашел. Спасибо.

По поводу барботажа. Очень большо расход газа. 323,3 м3/с. Размеры установки просто колоссальны будут. Распыление немного меньше выходит по размерам. А эффективность, я полагаю, как раз у барботажа действительно была бы больше. но там будет одна серьёзная проблема: надо будет строить компрессорную на такой огромный расход. так как давление в котле должно быть равновесным (иначе будет нарушен режим его работы), а обычные центробежные вентиляторы не в состоянии продавить больше полуметра воды (давление на выходе у них мало из-за их конструктивных особенностей). Далее хуже: в любой компрессор нельзя подавать: газ с дисперсной фазой (иначе износятся цилиндры), горючие вещества и химически активные вещества. Так что компрессорную выстроить не выйдет без предварительной очистки =) вот такой замкнутый круг будет.

А насосное оборудование может развивать давление в 5 атм (и больше - только плати) и с успехом подавать жидкость на форсунки.

Но в общем я уже говорил с научником. Убедил отказаться от озонатора. так что главная победа за мной =)

Вы мне очень помогли!

 

Зачем барботаж, сделайте оросительную колонну снизу ваш газ, сверху воду льем (примитивно но зато ясно) Засыпте кольцами рашига. Площадь большая, реакция нормально идет. Жидкость нагреется, будем теплицы отапливать

[Willy]

А собственно какая уж разница с распылением? Я так полагаю, что это просто разные способы получить большую площадь поверхности контакта NO2 и Н2О. но в оросительной колонне ж площадь все равно будет меньше, чем при распылении через форсунки под давлением в 5 атм.

Но я подумаю насчет замены распыления на оросительную колонну. Надо только посчитать это как-то. Может опять оказаться, что таких колонн надо целый лес. В принципе, не беда, кольша Рашига-то они дешевые. Заодно можно сэкономить на форсунках и мощных насосах.

Единственная проблема - найти какие то данные по расчету этих колонн. Думаю, что это будет не просто.

А вот нагрев воды - это больлшая беда для ТЭЦ. там и так градирня стоит и транжирит энергию на нагрев атмосферы. Но это отдельная история и отдельное направление для модернизации =)

[ТоптуновПотапов]

А собственно какая уж разница с распылением? Я так полагаю, что это просто разные способы получить большую площадь поверхности контакта NO2 и Н2О. но в оросительной колонне ж площадь все равно будет меньше, чем при распылении через форсунки под давлением в 5 атм.

Но я подумаю насчет замены распыления на оросительную колонну. Надо только посчитать это как-то. Может опять оказаться, что таких колонн надо целый лес. В принципе, не беда, кольша Рашига-то они дешевые. Заодно можно сэкономить на форсунках и мощных насосах.

Единственная проблема - найти какие то данные по расчету этих колонн. Думаю, что это будет не просто.

А вот нагрев воды - это больлшая беда для ТЭЦ. там и так градирня стоит и транжирит энергию на нагрев атмосферы. Но это отдельная история и отдельное направление для модернизации =)

Дело в том, что если вы будете распылять воду то получится туман который будет интенсивно выносится из колонны, размер камель из форсунок около 0,1-0,2 мм. Площадь конечно огромна, но как вы будете улавливать все это дело если у вас расход газовой фазы исчисляется сотнями кубометров, а скорость оседания капель таких размеров составляет пару десятков сантиметров в секунду. Это ж какое поперечное сечение аппарата должно быть? (суммарное, но все же) Размером с красную площадь

 

А второе, подавать воду на верх колонны это одно, а совсем другое ее распылять. Затраты несоизмеримо больше а эффект не существенно выше. У вас нет экономической части расчета аппаратаов? Ну тогда делайте как душе угодно. Хотя любой дипломник должен учесть экономическую составляющую. Глупо если аппарат не будет оправдан.