Noxe Atmosfericedocx

=== Noxe atmosferice ===

NOXE ATMOSFERICE

VLĂSCEANU IOANA NICOLETA, LEVINȚA NICOLETA

Cuvinte cheie:

INTRODUCERE

Ca urmare a creșterii economice generale, progreselor obținute în toate domeniile vieții economice și sociale, omul a ajuns astăzi să dispună de mijloace tehnice atât de perfecționate,încât consumă cantități imense de resurse naturale regenerabile și neregenerabile, exploatând tot

mai intens factorii de mediu și modificând natura într-un ritm rapid. Neimpunând însă asupra acțiunilor sale un control adecvat și conștient, omul lasă cale liberă dezlănțuirii unor dezechilibre economice, cu efecte negative asupra calității vieții sale cât și asupra evoluției biosferei.

Societatea contemporana este caracterizata de cresterea economica bazata in cea mai mare parte pe resurse energetice neregenerabile si pe relatii care au ca scop profitul imediat.Din activitatile industriale rezulta reziduuri care se acumuleaza in cantitati mari, astfel incat acestea nu se mai integreaza in natura si provoaca alterarea factorilor de mediu. Dincolo de un anumit prag , aceste fenomene nu mai pot fi compensate de procesele naturale de absorbtie, transformarile devenind ireversibile .

Cauzele poluarii sunt reprezentate de activitatile de productie si consum ale societatii omenesti. Estimarea emisilor este o statistica a ratelor la care poluantii sunt emisi din procesele de ardere sau din procesarea cantitatilor de material date.

Datorita caracterului limitat al resurselor provenite din mediu, dar si faptului ca fara existenta sa dezvoltarea omenirii nu ar fi posibila, mediul trebuie utilizat in cadrul proceselor productive in conditii de maxima eficacitate si eficienta, excluzand la maximum risipa si mai ales prevenind degradarea sau ceea ce este mai grav distrugerea iremediabila a unor componente ale acestuia.

FORMARE A NOXELOR

Cei mai importanți agenți poluanți atmosferici sunt: NOX, SOX, CO2 și CO. Aceste noxe sunt generate, în special, de activități industriale, precum procesele de combustie:

Procesul de aglomerare din sinterizare (cantitate mare de energie pentru topirea materialelor);

Încălzirea camerelor bateriilor de cocs;

Procesul de cocsificare;

Producția de fontă brută în cuptoarele de topire;

Procesul de producere a oțelului din fonta brută pe baza oxigenului.

Sursa celor mai multe emisii de CO și N2O sunt cuptoarele industriale cu flacără, urmate de bateriile de cocsificare, instalațiile de sinterizare și de cuptoarele ce utilizează oxigenul. Factorii de emisie sunt acceptați în operațiile de procesare, operare și ardere, ele depind de calitatea materialului folosit și de eficiența controlului poluării aerului.

Cantitate de oxizi de azot generată în timpul arderii depinde atît de compoziția și natura combustibilului, cît și de condițiile în care se desfășoară reacția dată. În urma acestui proces industrial, se formează monoxidul de azot (NO), iar dioxidul de azot (NO2) reprezentând circa 5% din totalul oxizilor de azot formați și cunoscuți sub denumirea de oxizi de azot (NOX). Factorii principali care influențează mecanismul de formare a NO în focar sunt:

Parametrii de ardere (temperatura, concentrația oxigenului, timpul de staționare);

Proprietățile combustibilului (puterea calorică, conținului de azot și materii volatine).

Formarea NO termic este influențată de timpul de reacție, aceasta decurgând în general lent. Dacă flacăra este răcită rapid și se reușește scoaterea reactanților din zona de reacție fără atingerea echilibrului, va rezulta mai puțin monoxid de azot termic decât în condițiile obișnuite. Așadar, procesul de formare va fi preponderent la temperatura de peste 1300 oC.

În procesul de ardere a combustibilului în focare, cea mai mare parte a sulfului – peste 50% – se transformă în SO3, iar restul 5% – în SO3. Astfel, conținutul emisiilor de oxid de sulf depinde de cantitatea de sulf din combustibil și de consumul de combustibil al instalației de ardere.

Oxidare sulfului are loc atât în flacără (dacă excesul de aer este relativ mare), cât și pe traseul gazelor arse (în prezența de catalizatori precum oxizii de vanadiu sau fier la temperaturi de peste 800 oC). În urma degajării bioxidului de sulf (SO2) în atmosferă, acesta reacționează în proporție de 1:2‰/h cu oxigenul (sub influența radiației ultraviolete ) formându-se anhidrida sulfurică (SO3), care la rindul său interacționează cu vaporii de apa formând acidul sulfuric.

METODE DE MĂSURARE A CANTITĂȚILOR DE NOXE

În funcție de scopul urmărit , există două metode de măsurare a noxelor: continuu sau discontinuu. În cazul măsurărilor continue se urmărește evoluția în timp a valorilor măsurate, iar în cazul celor discontinue – se determină valorile medii pentru controlul efectuat. Atunci când măsurătorile sunt făcute direct la locul de prelevare a probei se utilizează măsurătorile on-line, respectiv off-line când proba este transportată în laborator (vezi Tabel 1). Folosind metoda off-line există posibilitatea apariției unor erori de măsurare, întrucât păstrarea probei un anumit interval de timp favorizează apariția unei cantități suplimentare de protoxid de azot (N2O).

Tabel 1: Metode de investigare a impurităților gazoase din atmosferă

METODE DE REDUCERE A NOXELOR

Oxizii de azot sunt considerați a avea un impact important asupra mediului înconjurător: contribuie la formarea de ploi acide, care au efecte asupra ecosistemelor; participă la poluarea fotochimică și la formarea de ozon troposferic; favorizează bolile pulmonare și efect ilariant (protoxidul de azot). Din aceste cauze, emisiile de oxizi de azot, sunt reglementate strict.

Măsurile aplicare la reducerea cantității de oxizi de azot din gazele arse sunt de două tipuri: primare și secundare. Cele primare urmăresc scăderea simultană a temperaturii și a coeficientului excesului de aer din zona de ardere prin metoda arderii în trepte (vezi Tabel 2). Dacă măsurile de denoxare nu garantează încadrarea în normele ecologice, se aplică procedeele secundare de denoxare a gazelor prin reținerea oxizilor de azot înainte ca ele să fie evacuate în atmosferă.

Tabel 1: Metodele primare principale prin care se controlează sau se reduce producția de NOx, precum și efectele acestora

Măsurile de reducere presupun realizarea unor arzătoare perfectionate care să conduc la o ardere completă si uniformă, cu un reglaj fin al raportului aer combustibil și îmbunătătirea amestecului în zona de reactie. Aceasta realizează simultan și reducerea emisiei de oxizi de carbon. Dificultățile și limitele metodelor primare, impun, într-un mare număr de cazuri, recurgerea la tehnici secundare de reducere a oxizilor de azot (NOx) în avalul arderii, prin procedee post-combustie.

Reducerea selectivă, fie catalitică sau necatalitică, are loc prin injectarea unui produs chimic ce permite eliberarea unui radical NH2, care atacă moleculele de NO și NO2. Exemple de reducători sunt: amoniacul, NH3; ureea, CO(NH2)2; acidul izocianuric, (HOCN)3.

Reducerea selectivă necatalitică – SNCR: Reducerea se produce într-o fereastră de temperatură care se situează între 850 și 1000 oC. Din punct de vedere al procesului de reducere, aceasta fereastra este relativ îngusta.

Reducerea selectivă catalitică – SCR: Principiul acestei reducerii de oxizi de azot este similar cu tehnica SNCR, cu excepția faptului că reducerea se face în acest caz la o temperatura joasă. Pentru ca reacția să nu fie extrem de lungă, reducerea se petrece în prezența unui catalizator. Reacțiile de denoxare (denitrare) sunt exoterme, ceea ce conduce la o ușoară creștere a temperaturii catalizatorului.

Reducerea NO cu carbon solid: În cele ce urmeaza s-au evidențiat rezultatele obținute, atât pe plan cinetic și cat si pe plan fizic (influența caracteristicilor cărbunelui) al reacției eterogene de reducere a NO pe carbon solid.

Mecanisme globale: Produsele dominante ale reacției de reducere a NO pe carbon sunt: N2, CO, CO2.

C+2NO→ CO2 + N2

C + NO → CO + ½ N2

CO + NO → CO2 +½N2

Specia CO, produs de reacție N2O + C → N2 + CO, are posibilitatea de a reacționa cu NO la suprafața carbonului solid în conformitate cu reacția SO2 + H + M ↔ HSO2 + M. Prin urmare, este dificil să se obțină date cinetice intrinseci privind reactia de reducere a NO , fără a ține seama de aceasta reacție. În timpul reacției dintre NO și a reziduurilor de carbon, azotul poate reacționa pentru a forma de N2O.

Cocsul de petrol este un combustibil al cărui conținut de sulf natural este ridicat, și diferă de pe o gamă largă de la un cocs la altul. În timpul arderii cocsului de petrol, sulful va oxida pentru formarea unei reactii, responsabila de ploile acide: SO2. Cu toate acestea, în sectorul cimentului, prezența calcarului și varului permit fixarea acestui SO2 . Această reacție are loc la temperaturi în care eficiența de captare este cea mai mare, astfel încât prin vatra, emisiile de SO2 sunt practic zero. În condiții prielnice, formarea de NO din combustibil este sporită de prezența de sulfului , în conformitate cu următoarele reacții :

SO2 + H↔ SO + OH

HCN + OH ↔ SO + OH

NH2 + OH ↔ NH + H2O

SO + NH ↔ NO + SH

Diminuarea noxelor folosind ureea: Ureea (NH2)2CO se obține prin încălzirea dioxidului de carbon și amoniacului la 130°C și 50 bar. Este sub formă de cristale incolore și este solubilă în apă, se descompune termic formând amoniacul și acidul izocianic conform relației:

(NH2)2CO → NH3 + HNCO

Procesul de denoxare se datorează radicalului activ NH2 care reacționează cu NO formând azotul molecular și apa conform reacției:

NH2 + NO → N2 + H2O

Radicalul NH2 se obține fie prin combinarea amoniacului cu radicalul oxidril, fie cu oxigenul atomic conform reacțiilor:

NH3 + OH → NH2 + H2O

2NH3 + O → 2NH2 + H2O

Prezența într-o proporție corespunzătoare a apei oxigenate (H2O2) în substanța activă injectată, contribuie la creșterea gradului de denoxare producând radicali OH prin descompunerea apei oxigenate la temperaturi de circa 400°C.

Procesul de descompunere a apei oxigenate trebuie foarte bine controlat din punct de vedere al ferestrei de temperatură deoarece dacă se depășește acesta temperatură de 400°C se pot produce emisii secundare de noxe cum ar fi NH3, protoxid de azot (N2O), acid izocianic (HNCO) și CO.

În ceea ce privește emisia de CO, pentru fiecare mol de uree rezultă un mol de CO care se oxidează la CO2 datorită oxigenului conținut în excesul de aer.

Noxele lichide sau solide având dimensiuni de ordinul μm formează aerosolii. Când umiditatea aerului este relativ mare se formează smogul.

Smogul se formează prin acțiunea umidității din aer, a dioxidului de sulf și a altor particole cum ar fi aerosolii. In prezența vaporilor de apă și sub acțiunea radiațiilor ultraviolete ruv, dioxidul de sulf se va transforma în trioxid de sulf care dizolvat în apă formează acidul sulfuric conform reacțiilor :

2SO2 + O2 + ruv =2SO3

SO3 + H2O = H2SO4

Utilizarea ureei este un procedeu recomandabil atunci când instalația de încălzire utilizează un combustibil cu un conținut relativ mare de sulf. Ureea se amestecă în proporție corespunzătoare cu apa calda si se malaxeaza .

Ureea astfel preparata se pompează în lancia de injecție . Aceasta este amplasata pe cosul de evacuare a gazelor. Răcirea lanciei se realizeaza de către fluidul reducător (apă cu uree).