COMPUSII CU AZOT

Download COMPUSII CU AZOT

Post on 27-Jun-2015

2.717 views

Category:

Documents

7 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

<p>ELIMINAREA COMPUILOR CU AZOT</p> <p>2009</p> <p>CUPRINS</p> <p>1 FORMAREA I CARACTERISTICILE OXIZILOR DE AZOT............................3 1.1 FORMAREA OXIZILOR DE AZOT TERMICI...............................................4 1.2 FORMAREA OXIZILOR DE AZOT PROMI................................................4 1.3 FORMAREA OXIZILOR DE AZOT DIN COMBUSTIBILI.............................4 2 SURSE DE EMISIE ALE OXIZILOR DE AZOT................................................10 3 TEHNICI DE REDUCERE A EMISIILOR DE OXIZI DE AZOT.........................12 3.1 MASURI PRIMARE DE REDUCERE A NOX............................................12 3.2 MSURI SECUNDARE PENTRU DENOXAREA GAZELOR DE ARDERE ...........................................................................................................................17 3.3 PROCEDE UMEDE I USCATE DE DENOXARE, DENOXARE I DESULFURARE SIMULTAN..........................................................................17 3.4 REDUCEREA OMOGEN N FAZ GAZOAS CU AMONIAC................19 3.5 REDUCEREA OMOGEN N FAZ GAZOAS CU UREE.......................20 3.6 REDUCEREA CATALITIC SELECTIV...................................................20 3.7 TEHNICI DE REDUCERE A NOX DIN SURSELE MOBILE......................23 4 CALCULUL EMISIEI DE NOX DIN ATMOSFER...........................................27 5 CONCLUZII........................................................................................................28 5.1 EFECTUL POLURII COMPUILOR CU AZOT ASUPRA SNTII I MEDIULUI.................................................................28 6 BIBLIOGRAFIE.................................................................................................31</p> <p>2</p> <p>1 FORMAREA I CARACTERISTICILE OXIZILOR DE AZOTn contextul n care arderea combustibililor convenionali reprezint una din sursele majore de poluare, extinderea utilizrii surselor regenerabile de energie constituie una din componentele majore ale politicii energetice a Uniunii Europene. Problema oxizilor de azot este legat n primul rnd de importana lor n controlul concentraiei radicalilor liberi din troposfer, ca precursori implicai n producerea ozonului i direct sau indirect, n producerea i depunerea acizilor. Din cei apte oxizi ai azotului care pot fi prezeni n aer: NO, NO 2, N2O, NO3, N2O3, N2O4 i N2O5 doi apar n concentraii i cu efecte semnificative n urma proceselor de ardere: NO i NO2 grupai mpreun sub denumirea generic de NOx . Din totalul compuilor cu azot N0x, NO reprezint peste 90% i NO2 sub 5%. Formarea oxizilor de azot n timpul arderii, are loc, pe baza azotului din aer i a azotului coninut n combustibil. Acest mecanism, spre deosebire de cel al formrii de dioxid de sulf, poate fi controlat i monitorizai , prin msuri primare adecvate procesului de ardere. Respectarea normelor privind nivelul maxim admis al emisiilor de oxizi de azot la co se poate planifica, lund n considerare dou aspecte: controlul mecanismului de formare a oxizilor de azot (n special NO) n focar, prin msuri primare, i purificarea gazelor de ardere de oxizii de azot, prin msuri secundare. Mecanismele de formare a oxizilor de azot sunt: mecanismul termic de formare a oxidului de azot din azotul din aerul necesar arderii; mecanismul de formare a oxidului de azot din azotul existent n compoziia combustibilului; mecanismul formrii oxidului de azot prompt sau timpuriu. Oxizii de azot termici sunt formai n majoritate din NO.3</p> <p>1.1</p> <p>FORMAREA OXIZILOR DE AZOT TERMICI Formarea NOT se face printr-un mecanism lent, aplicabil azotului din aer,</p> <p>ncepnd din zona imediat urmtoare frontului de flacr sau n arztoarele de gaz, unde temperatura este suficient de ridicat pentru a excita particulele la o energie superioar energiei de legtur. Formarea NOT este descris de un numr de reacii, cunoscute sub denumirea de mecanismul Zeldovich. Conform reaciilor din tabelul nr. 1, azotul din aer este atacat fie de oxigenul atomic care provine din disocierea oxigenului molecular, fie de radicalul OH care provine din disocierea apei. Reacia global care descrie formarea oxizilor de azot termic este: H2 + O2 2NOT.</p> <p>1.2</p> <p>FORMAREA OXIZILOR DE AZOT PROMI</p> <p>Oxizii de azot prom, NOPr se formeaz n zona flcrii prin atacarea azotului molecular din aer de ctre radicalii hidrocarbonai pentru a forma acidul cianhidric ( HCN ) i HN. De menionat c, prin mecanism promt se formeaz numai NO, nu i ali oxizi ai azotului. Contribuia NOPr la totalul oxizilor de azot este de 5...10%.</p> <p>1.3</p> <p>FORMAREA OXIZILOR DE AZOT DIN COMBUSTIBILI Oxizii de azot din combustibil NOC depind de natura combustibilului i este</p> <p>mai mare n instalaiile care utilizeaz crbune.</p> <p>4</p> <p>Tabelul nr. 1 Combustibilul Crbune Biomas ( lemn ) Turb Pcur Gaz natural Gaze derivate Azot n combustibil, % mas 0,5...2 &lt; 0,5 1,5...2,5 &lt; 1,0 0,0 0,1...1</p> <p>n produsele petroliere lichide i n crbuni, substane organice cu compui de azot sunt de urmtoarele tipuri: amine ( R-HN 2 ), amide ( R-CO-NH2), nitrobenzen ( C6H5-NO2 ), compui heterociclici. n timpul arderii, azotul, legat de atomii de carbon sau de hidrogen, ncepe s se degaje sub form de molecule azotate cu mas molar redus ( NH 3 ) sau de radicali liberi ( NH2, NH, HNC, CN ), care joac rol de precursor n formarea monoxidului de azot. Un factor important care influeneaz cantitatea, dar i tipul emisiilor de oxizi de azot este procesului de ardere. De exemplu, n cazul crbunelui: n focarele pentru arderea prafului de crbune cu evacuarea cenuii n stare solid, unde temperatura de ardere este de 1 300 -1 400 C, se formeaz relativ puin NO termic. Din cantitatea de NO format, o mare parte de monoxid de azot are drept provenien azotul eliberat odat cu materiile volatile i mai puin cel din reziduul carbonos. n focarele pentru arderea crbunelui brun i n focarele cu ardere n strat fluidizat, NO se formeaz aproape n totalitate din azotul coninut de combustibil. n focarele pentru praf de crbune i evacuarea cenuii n stare lichid, NO termic are ponderea cea mai mare. Proprietatea specific a crbunilor de a forma NO depinde att de coninutul de azot ct i de coninutul de volatile i de natura curbei lor de degajare.</p> <p>5</p> <p>Pentru combustibili gazoi, atunci cnd azotul este sub form de N2, nu se poate face distincie ntre formarea de oxizi de azot termici i cei de tip combustibil, deoarece gazul azot introdus cu combustibilul nu difer de cel introdus cu aerul care particip la ardere. Concentraia maxim de NOX se realizeaz la amestecuri srace, care conin 10... 25% aer n exces. Oxigenul, sau aerul, oxideaz NO n absena umezelii, dup reacia: 2 NO + O2 2 NO2. Peste temperatura de 1500 0C, NO2 se descompune n NO i O2, iar sub aceast temperatur polimerizeaz n tetraoxid de diazot. Printr-o serie de reacii, NO2 formeaz cu apa HNO3 i monoxidul de azot: 3 NO2 + H2O 2 HNO3 + NO Dioxidul de azot coexist n special cu specia N2O4 cu care se afl n echilibru: 2NO2</p> <p> N2O4</p> <p>Mecanismul de formare a protoxidului de azot (N2O) nu a fost clarificat nc complet. Exist un posibil mecanism de formare bazat pe produsele intermediare (HCN, NH3), acesta fiind comparabil cu formarea de NO. S-a observat c temperaturile mai joase de ardere, de ex. sub 1000 0C, cauzeaz emisii mai mari de N2O. La temperaturi mai mici, molecula de N2O este relativ stabil, iar la temperaturi mai mari, N2O format se reduce la N2. Ali oxizi de azot, ca trioxidul de diazot (N2O3), dioxidul de diazot (N2O2) i pentaoxidul de diazot (N2O5) sunt emii n cantiti infime n urma reaciilor de ardere.</p> <p>Tabelul nr. 2Oxizii de azot Zona de producere</p> <p>NOMecanismul reaciei Factorii de influien</p> <p>6</p> <p>- concentraia de oxigen atomic; dup Zeldovich: - flacr, termic - zona de dup reacie; a) exces de aer: O + N2 = NO + N N + O2 = NO + O b) exces de combustibil : N + OH = NO + H - temperatur mai mare 300 0C. NO promt - flacr dup Fenimore: CN + H2 = HCN* + H CN + H2O = HCN* + OH CN + H2 = HCN* + H - concentraia de oxigen atomic, - coeficientul excesului de aer ; - concentraia azotului din combustibil; azotul din combustibil - concentraia - flacr oxigenului; - coeficientul excesului de aer ; - temperatura flcrii. - timpul de reacie,</p> <p>Tabelul nr. 3</p> <p>NO27</p> <p>Oxizii de azot</p> <p>Zona de producere - flacr</p> <p>Mecanismul reaciei dup Fenimore: NO + H2O = NO2 + H2 dup Bodenstein 2 NO + O2 = 2 NO2</p> <p>Factorii de influen - ncetinirea bruc a reaciei de ardere - temperaturi &lt; 650 0C, - concentraia oxigenului, - timpul de reacie - concentraia oxigenului,</p> <p>- canale de gaze, - co de fum NO2</p> <p>- atmosfer liber</p> <p>NO2 + ruv = NO + O</p> <p>- timpul de reacie - lumina solar, - gradul de murdrire a atmosferei.</p> <p>Formarea monoxidului de azot termic va avea loc acolo unde arderea decurge la temperaturi de peste 1 300 C; n focarele cu ncrcare termic ridicat se va forma mai mult NO termic, dect n cele cu ncrcare termic sczut, datorit temperaturilor de ardere ridicate; o reducere minor a temperaturii de ardere n focarele cu ncrcare termic ridicat determin o reducere mult mai mare a cantitii de monoxid de</p> <p>8</p> <p>azot termic format, comparativ cu situaia n care aceeai msur se ia pentru focarele cu ncrcare termic mai sczut. Explicaia este legat de legea dependenei exponeniale a fenomenului de parametrul temperatur; dac o flacra este rcit rapid, nu se atinge echilibrul pentru reacia de formarea monoxidului de azot termic; avnd n vedere c timpul pentru formarea monoxidului de azot este diferit pentru fiecare instalaie, msurile primare pentru reducerea formrii de NOx termic sunt specifice.</p> <p>Caracterul dependenei dintre temperatura din flacr i formarea de NOx conform celor trei mecanisme</p> <p>9</p> <p>2 SURSE DE EMISIE ALE OXIZILOR DE AZOTConform Inventarului Corinair, sursele de emisie ale oxizilor de azot sunt urmtoarele sectoare economice: centralele de producere a energiei electrice i alte procese distincte de nclzire; instalaiile de conversie a combustibililor; sectorul agricol, comercial i casnic; transporturile; industria; alte utilizri ale combustibililor; alte surse de emisii. Sectorul de producere a energiei electrice i alte procese distincte de nclzire se subdivide n: instalaii noi i vechi ( nainte de 1990 ) pentru care valorile limit admise ale emisiilor de NOX sunt diferite. Sectorul de conversie a combustibililor include prelucrarea petrolului, producia de cocs i brichete de crbune, instalaiile de gazeificare a crbunilor etc. Sursele de emisii de oxizi de azot din sectorul denumit transport se divizeaz astfel: transport rutier ( vehicule grele, vehicule uoare cu patru cilindri, vehicule uoare cu doi cilindri), transport nerutier (maini agricule, vehicule de transport intern industrial), transport naval (nave de dimensiuni mari i medii). Sursele de emisii de oxizi de azot din sectorul denumit industrie se mparte n urmtoarele subsectoare: rafinrii, prelucrarea crbunilor, furnalele de obinere a fontei, topitoriile de metale neferoase, instalaiile de obinere a acidului sulfuric sau azotic, instalaiile de produs ciment i var nestins i fabricile de celuloz. n categoria alte utilizri ale combustibililor se include folosirea fraciunilor petroliere grele la asfaltarea drumurilor. n categoria alte surse de emisii face parte sectorul de tratare a deeurilor.10</p> <p>Contribuia surselor principale de emisie a NOX la totalul emisiilor este prezentat n tabelul nr.4: Tabelul nr. 4 Sectorul Transport Arderea combustibililor Procese industriale Diverse Contribuie, % 49 45 4 2</p> <p>Din datele din tabelul nr. 4 reiese c principalul productor mondial de NOX l constituie sectorul de transport. Celelalte sectoare contribuie cu aprox. 50% la emisiile de NOX, din care cea mai mare pondere ( 45%) o are arderea combustibililor n centrale termice i industrie.</p> <p>11</p> <p>3 TEHNICI DE REDUCERE A EMISIILOR DE OXIZI DE AZOTTehnicile de reducere a emisiilor NOX din surse staionare se grupeaz n dou categorii: primare ( modificri aduse arderii) i secundare ( tratarea gazelor de ardere). O metod suplimentar de reducere a emisiilor de oxizi de azot este nlocuirea combustibililor actuali cu unii cu coninut mai redus de compui cu azot.</p> <p>3.1</p> <p>MASURI PRIMARE DE REDUCERE A NOX Din studiul genezei NOx se constat c principalii factori, care determin</p> <p>formarea ntr-o cantitate mai mare sau mai mic a acestei noxe, sunt temperatura ridicat i excesul mare de oxigen, n zona de ardere. Alturi de acesti factori trebuie luat n considerare i calitatea combustibilului, concretizat prin coninutul de azot i puterea calorific. n cazul crbunilor un rol deloc neglijabil l are coninutul de volatile, nu numai sub aspect cantitativ, dar i sub alte aspecte, cum ar fi temperatura la care are loc degajarea lor, viteza cu care se desfsoar acest fenomen etc. Din punct de vedere tehnic, minimizarea producerii de NOx se realizeaz prin aa numitele msuri primare, care, n fond, urmresc scderea simultan, n zona de ardere, att a temperaturii ct i a coeficientului excesului de aer, uneori chiar pn la valori subunitare. Aceste scopuri sunt atinse prin diverse metode, dar mai ales, prin aa numita metod de ardere n trepte, care se aplic att la nivelul focarului, ct i la nivelul arztorului. Tehnicile primare de micorare a emisiilor de NOX din surse staionare au cunoscut trei generaii: prima generaie a constat n scderea temperaturii de prenclzire a aerului de ardere prin urmtoarele metode: - utilizarea excesului de ardere;</p> <p>12</p> <p>- recircularea gazelor de ardere evacuate n focar; a doua generaie const n: - realizarea de arztoare pentru NOX sczut; - o recirculare a gazelor de ardere evacuate n arztor; a treia generaie const n : - arderea n trepte; - perfecionarea arztoarelor pentru NOX sczut; - emulsionarea combustibililor cu ap. Reducerea excesului de aer se realizeaz prin tehnicile: - amestecarea combustibililor cu mai puin aer, astfel nct s se reduc vrful de temperatur a flcrii. Msura este eficient pentru reducerea formrii de NOX din combustibil i pentru obinerea unei cantiti mai mici de NOX termic. Funcionarea cu exces de aer redus este aplicabil tuturor tipurilor de cazane i poate duce la o scdere cu aproximativ 12-25% a NOX n unele centrale cu costuri minime. - utilizarea aerului teriar insuflat prin fante speciale amplasate deasupra arztoarelor normale. Aerul teriar poate reprezenta 15...30% din aerul necesar arderii. Rolul lui este de a completa procesul de ardere la o temperatur sczut. Aceast tehnic se poate aplica la cuptoarele mari, cu mai multe rnduri de arztoare situate la nlimi diferite, unde numai la arztoarele superioare se introduce aer teriar. Aceast tehnic se numete overfire air (aer peste flacr ). Arztoare n trepte pentru praf de crbune: Aplicarea metodei de ardere n trepte la nivel de arztor a condus la apariia unei game speciale de arztoare, cunoscute sub denumirea de "arztoare srace n NOx". Exist multe realizri practice i studii care se extind asupra tuturor arztoarelor turbionare pentru combustibili solizi, lichizi sau gazoi, precum i pentru arztoarele de tip fant, folosite pe scar larg, pentru echiparea focarelor mari, care funcionea...</p>

Recommended

View more >