Abatimento de Compostos Nitrogenados
Leia este artigo para aprender sobre os processos de redução de compostos nitrogenados: 1. Redução de Compostos Básicos e 2. Redução de Compostos Ácidos.
Redução de Compostos Básicos :
Fontes:
Algumas operações industriais e processos de fabricação causam emissão de compostos nitrogenados básicos, como amônia, amina, piridina, etc. As principais fontes são as indústrias de síntese de amônia e fertilizantes nitrogenados, unidades de carbonização de carvão, unidades de produção de aminas e processos usando aminas.
Processo de Redução:
Os compostos acima mencionados são de natureza básica e são altamente reativos. Estes podem ser facilmente eliminados de um gás residual esfregando com água ou com uma solução diluída de ácido sulfúrico.
Abatimento de Compostos Ácidos / Óxidos:
Fontes:
O ácido nitroso (HNO 2 ) e o ácido nítrico (HNO 3 ) são emitidos a partir de unidades de produção / concentração de ácido nítrico e unidades de nitração. Juntamente com esses vapores ácidos, os óxidos de nitrogênio (comumente chamados de NO x ) são invariavelmente emitidos.
As principais fontes de emissão de NO x são móveis, bem como os combustores estacionários usados para a combustão de combustíveis fósseis e seus derivados. As outras fontes de emissão de NO x são as operações de decapagem e anodização de ácido nítrico.
Os óxidos estáveis de nitrogênio são óxido nítrico (NO), dióxido de nitrogênio (NO 2 ), sesquióxido de nitrogênio (N 2 O 3 ), tetróxido de nitrogênio (N 2 O A ) e pentóxido de nitrogênio (N 2 O 5 ). Estes são gases tóxicos e corrosivos. Na troposfera, formam ácido nitroso e nítrico e também participam de reações fotoquímicas.
Processos de Abatimento: Remoção de Vapor Ácido
A redução de vapores de ácido nitroso / azoto a partir de uma corrente de gás residual pode ser realizada esfregando com água ou com uma solução alcalina. A escolha de um absorvente dependeria se seria um processo de recuperação ou um processo de descarte.
Processos de redução: NO x Removal:
A. Absorção em Água:
Remoção de NO x por absorção na água é bastante fútil. NO 2, reage com água para produzir HNO 2 e HNO 3 . HNO 2, por sua vez, produz NO. NÃO, como tal, não é solúvel em água ou solução alcalina. O NO reage com o O 2 (no ar) e produz NO 2 .
Esse processo é lento. As reações que ocorrem durante a absorção são:
2NO 2 + H 2 O ——-> HNO 2 + HNO 3 ………………. (5.64)
3 HNO 2 ———> 2 NÃO + HNO 3 + H 2 O ………………. (5.65)
2 NO + O 2 ———> 2NO 2 ………………. (5.66)
A eficiência de remoção de NO x por absorção na água é bastante baixa, cerca de 30-50%.
B. Absorção em solução alcalina:
A redução do NOx dos gases residuais por lavagem com soluções aquosas de várias substâncias alcalinas, como o hidróxido de sódio, o carbonato de sódio, o hidróxido de cálcio, o carbonato de amónio, o bicarbonato, o sulfito e o bi-sulfito, foram tentados. A lavagem alcalina pode resultar em uma eficiência de remoção de cerca de 90%. No entanto, a remoção de NO x de um gás de combustão por lavagem alcalina não é econômica devido à presença de CO 2 no gás de combustão. O CO2 reagiria com o álcali e, portanto, o consumo químico seria alto.
C. Decomposição Catalítica de NO x
Catalisadores, tais como platina, ligas de platina-ródio, óxido de cobre em sílica gel e vários outros óxidos foram testados para decomposição de NOx. Nenhum foi considerado satisfatório, particularmente para a decomposição do NO.
D. Redução Catalítica de NO x
Verificou-se que a redução de NO2 para NO é mais fácil usando combustíveis como gás natural, gás de forno de coque, CO, H2, vapor de querosene, etc., com catalisadores de platina ou paládio. Esses catalisadores são caros. Além disso, o consumo de combustível é alto e o processo torna-se antieconômico quando a remoção de NO x é tentada de um gás residual (como um gás de combustão) contendo uma proporção relativamente grande de oxigênio, pois todo oxigênio reagiria com o combustível usado antes da redução de NO começa.
E. Redução catalítica seletiva de NOx (SCR):
Verificou-se que a redução catalítica de NOx com amoníaco é bastante eficaz, mesmo para o tratamento de gases de combustão. O catalisador utilizado é Vanadia (V 2 O 5 ) em base Titania (TiO 2 ). Vanadia promove a oxidação de SO 2 (presente em um gás de combustão) a SO 3, que combina com a amônia, resultando em maior exigência de amônia. Quando o óxido de tungstênio é usado como um constituinte de um catalisador, ele reduz a concentração de oxigênio na superfície do catalisador e, portanto, inibe a oxidação do SO 2 .
A oxidação de SO2 é favorável acima de 370 ° C. O processo de SRC pode ser convenientemente realizado acima de 315 ° C em torno do qual a atividade de amônia (para redução de NOx) é alta e a formação de sal de amônio (sulfato) é retardada. Para este processo pode ser usado amônia anidra ou amônia aquosa (contendo 20 a 30% de NH 3 ). A eficiência de remoção de NO x pode ser tão alta quanto 95%. As reações (listadas abaixo) durante o SCR são muito eficientes, com uma estequiometria de reagente de aproximadamente 1, 0 (moles de NH3 por mole de NOx reduzido).
O valor do escape de amônia (escape de amônia não reagida) pode variar de 2 a 10 ppm.
F. Redução Não-Catalítica de NOx:
A redução de NO x pode ser conseguida sem qualquer catalisador, injectando amoníaco ou ureia nas áreas de um forno, onde a temperatura do gás de combustão varia entre 830 e 1200 ° C. A eficiência de remoção de NO x pode estar na faixa de 70-80% sob condições ótimas (tempo de reação adequado, boa mistura do reagente - gás de combustão e temperatura mais baixa).
A temperatura da área de injeção superior a aproximadamente 930 ° C resulta na produção de N 2 a partir da decomposição do reagente e a uma temperatura superior a 1200 ° C, os reagentes são oxidados em NO x . O deslizamento de amônia pode estar em torno de 10 a 50 ppm. Algumas reações indesejáveis como oxidação de NH 3 a NO e NO 2 e formação de (NH 4 ) 2 SO 4 também ocorreriam.
G. Método biológico para remoção de NO x :
Este método desenvolvido pela Monsanto Enviro-Chem. Sistema e Sistema UOP é realizado em duas etapas. Na primeira etapa, um gás contendo NO x é lavado com uma solução aquosa de quelato de ferro [Fe (EDTA)]. O NO 2 dissolve-se em água e o NO forma um complexo nitrosil solúvel em água com quelato de ferro.
NO + Fe (EDTA) ——> Fe (EDTA) NO (5.69)
No segundo passo a solução contendo NO2 dissolvido e complexo nitrosilo de ferro EDTA é tratado anaerobicamente com etanol como agente redutor.
As reações gerais são:
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)
Uma eficiência de remoção de NO x superior a 80% foi relatada.
H. Controle de Produção de NO x :
É bem conhecido que os processos de combustão são a principal fonte de emissão de NOx. Por isso, considerável atenção tem sido dada ao desenvolvimento de estratégias para que a produção de NOx durante a combustão de combustíveis fósseis possa ser controlada. Menos produção de NO x significa menos NO x para ser abatido e, portanto, mais econômico.
Verificou-se que durante a combustão de combustíveis fósseis, o NO x é produzido de duas maneiras:
(i) Produção de NOx devido à oxidação de N 2 no ar a alta temperatura (referido como 'thermal NO x ') na zona de combustão,
ii) Produção de NO x devido à oxidação de compostos azotados presentes nos combustíveis (referidos como «combustível NO x »)
Verificou-se que o NOx presente nos gases de combustão continha 90-95% de óxido nítrico (NO) e o resto era dióxido de azoto (NO2).
Para o controle da emissão de NO x de combustores estacionários, uma abordagem de dois estágios está sendo seguida:
No primeiro estágio, o objetivo é reduzir a formação de NO x sem sacrificar a eficiência da combustão.
Isso é conseguido empregando algumas ou todas as etapas a seguir:
(a) Utilizando queimadores com baixo NOx, é possível reduzir a formação de NOx em 10-60%. Baixos queimadores de NO x estão disponíveis para aplicações novas e de retrofit. O princípio básico dos queimadores de baixo NOx é controlar e equilibrar a relação ar-combustível nas zonas de combustão, de modo que as zonas de alta temperatura não sejam ricas em oxigênio.
(b) Usando o ar de preparação de um combustível rico, ou seja, a zona de combustão de oxigênio pobre é criada por meio da qual as formações de NOx são reduzidas. Acima desta zona, uma zona rica em oxigênio é mantida de modo a completar a combustão de CO e COVs.
c) O estadiamento do combustível é feito com vista a reduzir a temperatura das zonas de combustão. Na parte inferior de um forno, cerca de 70-80% da carga total de calor é realizada com menos excesso de ar. Na zona acima, a carga de calor remanescente é realizada com controle de relação ar-combustível e, finalmente, na zona superior, as reações de combustão são completadas fornecendo-se quantidade adequada de ar e proporcionando espaço suficiente.
(d) Modificações operacionais, tais como a recirculação do gás de combustão para a zona de combustão, redução do reaquecimento do ar, injeção de vapor ou água na zona de combustão reduzem a formação de NOx baixando a temperatura da zona de combustão.
Na segunda etapa da estratégia de controle de emissões de NO x, o gás de combustão contendo NOx é submetido ao processo de 'Redução Catalítica Seletiva (SCR)'. Para controlar a emissão de NO x de automóveis, os conversores catalíticos estão sendo usados hoje em dia.
