Tehnologii de Conversie a Oxizilor de Azot

I.INTRODUCERE

Cele mai multe instalaţii de ardere utilizează combustibil sau alte materii prime din resursele naturale ale pamântului, transformate în energie utilă. Combustibilii fosili reprezintă sursele de energie cele mai dese, utilizate astăzi. Cu toate acestea arderea lor are ca rezultat un impact relevant şi, în timp, semnificant asupra mediului în întregul său. Procesul de ardere conduce la generarea de emisie în aer, apă şi sol, dintre care emisiile în aer sunt considerate a fi una dintre principalele probleme ale mediului.

Cele mai importante emisii în aer provenite de la arderea combustibililor fosili sunt SO2, NOx, CO, pulberile(PM10) şi gazele cu efect de seră, precum N2O şi CO2. Celelalte substanţe precum metalele grele, compuşii halogenaţi şi dioxinele sunt emise în cantităţi mai mici.

Oxizii de azot emişi în timpul arderii combustibililor fosili sunt oxizii de azot (NO), dioxizii de azot (NO2) şi protoxidul de azot (N2O). Primele două dintre acestea formează un amestec cunoscut ca NOX, constituind mai mult de 90 % de NO din principalele tipuri de instalaţii mari de ardere.

Formarea NOX este predominată de trei mecanisme esenţiale; caracterizată de originea azotului şi de mediul unde reacţia are loc:

- NOX termic rezultă din reacţia oxigenului cu azotul din aer

- NOX din combustibil este format din azotul conţinut în combustibil

- NOX instantaneu format la conversia azotului molecular în flamă în prezenţa compuşilor intermediari de hidrocarbon

Cantitatea de NOX formaţi de mecanismul dat de NOX instantaneu este în general cu mult mai mică decât cea generată pe celelalte căi de reacţie. Formarea NOX termic depinde foarte mult de temperatură. Dacă arderea poate fi realizată la temperaturi sub 1000°C, emisiile de NOX sunt semnificativ de mici. Când temperatura maximă de ardere este sub 1000 °C, formarea de NOX depinde cel mai mult de azotul din combustibil. Formarea NOX termic este calea dominantă prin care NOX este generat de către instalaţiile ce utilizează combustibili gazoşi sau lichizi.

Aplicarea tehnologiilor de depoluare reprezintă astăzi o necesitate. O tehnică de depoluare intervine la nivelul emisiilor înregistrate în aval de procesul iniţial. Principalul obiectiv al aplicării acestora este ca emisiile din aer, apă şi deşeuri rezultate datorită funcţionării instalaţiilor energetice, să corespundă reglementărilor în vigoare.

O primă măsură pentru reducerea emisiilor de poluanţi este creşterea randamentului de producere a căldurii şi energiei electrice. În general, randamentul depinde de tipul tehnologiei de producere folosite. Cel mai ridicat randament se obţine în cazul ciclurilor combinate gaze/abur.

Randamentul de utilizare a puterii calorice a cărbunelui poate fi îmbunătăţit dacă căldura evacuată de proces este utilizată pentru termoficare.

În acest fel pot fi evitate emisiile datorate încălzirii casnice individuale şi poate fi minimizată evacuarea căldurii centralei prin răcire sau prin turnurile de răcire.

Modificările aduse procesului de ardere sunt în strânsă legătură cu înţelegerea mecanismului de formare a emisiei de NOX :

- optimizarea condiţiilor de funcţionare (exces de aer scăzut);

- arderea în două trepte (ove fire air);

- arzătoare sărace în NOX ;

- trepte de combustibil (reardere – reburning – utilizând alt combustibil);

- recircularea gazelor de ardere.

II. TEHNOLOGII DE CONVERSIE A OXIZILOR DE AZOT

Conversia catalitică a oxizilor de azot din gazele reziduale se realizează prin reacţii de reducere. În funcţie de natura sursei, deci de compoziţia efluenţilor gazoşi supuşi tratării, reducerea NOX se poate aplica în două variante:

- reducerea catalitică neselectivă (NSCR-NOx), bazată pe acţiunea reducătoare a unor componente existente în gaze (hidrocarburi, CO, H2),

- reducerea catalitică selectivă (SCR-NOx), care utilizează amoniacul ca agent de reducere.

II.1. NSCR-NOX

Această tehnică se aplică curent în depoluarea gazelor de eşapament auto, catalizatorii cei mai performanţi fiind de tipul TWC (catalizatori cu acţiune triplă). Sursele staţionare la care metoda NSCR-NOx este aplicabilă sunt cele prevăzute cu turbine sau motoare cu combustie internă (ex. compresoarele de la staţiile de transport gaze naturale, generatoare electri¬ce), precum şi fabricile de acid azotic. Gazele emise de aceste surse, după unele corecţii (ex. diminuarea conţinutului în oxigen) pot fi aduse la o compoziţie tipică efluenţilor de la motoarele auto. În aceste condiţii, tehno¬logiile de depoluare sunt foarte asemănătoare celor aplicate la sursele mobile.