Các phương pháp chính để loại bỏN2Otừ khí thải là quá trình nhiệt phân, khử xúc tác chọn lọc và xúc tác phân hủy và khử.
Nhiệt phân là phản ứng giữa N2O và khí đốt ở nhiệt độ cao (1200 - 1500 độ). Nó là một quá trình đơn giản, không cần chất xúc tác, nhưng tốn kém để vận hành, Yêu cầu tiêu thụ khí nhiên liệu cao và khó bảo trì. Do đó, việc sử dụng phương pháp nhiệt phân để loại bỏ thành phần N2O trong khí thải hóa học sẽ bị hạn chế trong các ứng dụng thực tế. Phương pháp này hiện đang được Asahi ở Nhật Bản và công ty hóa chất nổi tiếng DuPont sử dụng trong các nhà máy axit adipic.
Quá trình khử xúc tác có chọn lọc thường đạt được bằng cách sử dụng amoniac hoặc khí tự nhiên làm chất khử, thêm chất xúc tác kim loại quý đã nạp vào và điều chỉnh nhiệt độ phản ứng (thường từ 200 đến 600 độ) tùy thuộc vào chất khử và chất xúc tác để loại bỏ N2O. Nó được chỉ ra rằng sự chuyển đổi N2O có thể đạt 90% ở 373 độ khi sử dụng PdAlPO-5 làm chất xúc tác.
So với sự phân hủy trực tiếp, chất khử đã cải thiện đáng kể tốc độ phân hủy của N2O trong cùng điều kiện nhiệt độ và chất xúc tác. Ở 130 độ, tỷ lệ khử H2 thành N2O đạt 90%; ở 360 độ, tốc độ phân hủy CO thành N2O có thể đạt 100%.
Xúc tác khử N2O đã được sử dụng trong các nhà máy axit nitric ở Nga và Mỹ. Phương pháp này có tỷ lệ loại bỏ cao, nhưng nó tạo ra các tạp chất mới (CO, CO2) khi phản ứng loại bỏ tiến triển, gây ra ô nhiễm thứ cấp. Việc sử dụng chất khử cũng làm tăng chi phí của quá trình, do đó có những hạn chế đối với việc áp dụng thương mại của phương pháp này. Đặc biệt, nếu công nghệ sử dụng khí tự nhiên làm nhiên liệu xe được đẩy mạnh và sử dụng thì quy trình sử dụng khí mêtan làm chất khử để xử lý N2O trong khí thải xe có thể có triển vọng ứng dụng tốt hơn.
Phương pháp khử cracking xúc tác đề cập đến sự phân hủy trực tiếp N2O thànhO2vàN2dưới tác dụng của chất xúc tác. Do phương pháp này không cần đưa các chất khác tham gia vào phản ứng loại bỏ, chi phí thấp và không gây ô nhiễm thứ cấp nên đã thu hút được sự quan tâm rộng rãi của các nhà nghiên cứu. Năng lượng hoạt hóa cần thiết cho quá trình phân hủy N2O cao (250kJ / mol), khó thực hiện nếu không có sự tham gia của xúc tác. Do đó, trọng tâm nghiên cứu chủ yếu là phát triển các chất xúc tác cracking hoạt tính thấp - nhiệt độ cao - mới.
Since the 1970s, researchers have developed a large number of catalysts that can be used to catalyse the decomposition of N2O, and many studies have achieved satisfactory results in the laboratory. The catalysts that have been developed can be divided into three main categories depending on the active component: metal oxide catalysts, loaded precious metal catalysts and metal ion exchange molecular sieves. Metal oxide catalysts have high catalytic activity, mainly including transition metal oxides (Co3O4, CoO, NiO), alkaline earth metal oxides (CaO, MgO), rare earth metal oxides and their composite metal oxides.
Chất xúc tác kim loại quý có tải là chất xúc tác đầu tiên được sử dụng trong nghiên cứu phân hủy N2O và đã được điều chỉnh cho phù hợp với các quy trình công nghiệp thực tế nhờ diện tích bề mặt riêng lớn của chất mang và khả năng phân tán cao của các thành phần hoạt động. Hoạt động của các chất xúc tác này cùng chịu ảnh hưởng của các thành phần hoạt động và các loài chất mang. Hiện nay, các vectơ thường được sử dụng là Al2O3, MgO, SiO2, TiO2 và ZrO2, và các kim loại thường được sử dụng là Rh, Ru, Pd, Pt, Au, và In. Hầu hết các chất xúc tác rây phân tử thu được bằng cách trao đổi ion của các kim loại chuyển tiếp (Fe, Co, Ni, Cu, Ru, Rh, Pd, v.v.) với các rây phân tử như ZSM - 5, ZSM-11 và X-type . Các chất xúc tác oxit kim loại hỗn hợp hoạt động hơn và ổn định nhiệt hơn và đã được ứng dụng thực tế trong các quy trình công nghiệp.
Các chất xúc tác kim loại quý có hoạt tính xúc tác cao và khả năng chống thấm nước và lưu huỳnh tốt, nhưng nhiệt độ hoạt động hạn chế ứng dụng thực tế của chúng. Xúc tác rây phân tử trao đổi ion kim loại - đã thu hút được nhiều sự chú ý do hoạt tính xúc tác cao hơn, nhưng ứng dụng của chúng trong các quá trình công nghiệp thực tế còn hạn chế do tính ổn định thuỷ nhiệt của rây phân tử kém. Hiện nay có rất nhiều ứng dụng sử dụng xúc tác phân hủy trực tiếp, nhưng lâu nay công nghệ xúc tác liên quan đến phương pháp này chỉ được một số công ty ở một vài nước phát triển như BASF, Invista và Radici nắm giữ và là công nghệ đã được cấp bằng sáng chế.
Tái chế oxit nitơ trong khí đuôi
The main methods for preparing N2O are ammonium thermal decomposition of nitrate and contact oxidation of ammonia. At present, the international common process is dry decomposition of ammonium nitrate, but the equipment cost is relatively high.
The purity of the products obtained directly is usually low, and products with a purity of 99 percent after purification can meet the requirements of pharmaceutical applications, but for the microelectronics sector, this purity is far from the target. In the aspect of N2O product purification, there have been related research reports on the method of preparing high-purity N2O by using low-purity N2O as raw material by purification process, and relevant experimental researches have been carried out on the removal of various impurities in low-purity feed gas. In order to meet the environmental protection requirements, most chemical enterprises will carry out N2O removal treatment before exhaust emission. However, considering the wide application prospect of N2O and the cost of preparing it directly, when the tail gas contains high levels of N2O, as in the case of tail gas from the production of nitric acid and adipic acid. Although the direct removal method can meet the environmental protection requirements, it is also a waste of potential resources. Therefore, the technology of recovering and purifying N2O products of different grades has attracted more attention. While meeting the environmental protection requirements, the by-products are used to achieve profits.
Quá trình thu hồi và tinh chế N2O từ khí đuôi tinh khiết khác với quá trình điều chế các sản phẩm có độ tinh khiết - cao từ các sản phẩm có độ tinh khiết - thấp.
Tùy thuộc vào hàm lượng N2O và các thành phần tạp chất trong khí đuôi của các quá trình khác nhau, thường không thể tinh chế một đơn vị tinh chế duy nhất để thu được sản phẩm N2O có độ tinh khiết - cao đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật.
Depending on the chemical process, the impurity components contained in the exhaust gas are also different, and usually contain CO2, CO, hydrocarbons, H2O, NO, NO2, H2 and N2. Adsorption is the main method in existing purification research, which is feasible for the purification of small quantities of low-purity products.
Tuy nhiên, từ quan điểm hoạt động và kinh tế, nó không thích hợp để xử lý một lượng lớn khí đuôi hóa học có hàm lượng tạp chất - cao, trong đó các phương pháp xử lý khác nhau như hấp phụ và chưng cất thường được yêu cầu để hoàn thành quá trình tinh chế, tùy thuộc vào hàm lượng tạp chất.
Công nghệ được cấp bằng sáng chế sử dụng quá trình tích hợp tinh lọc, hấp phụ và chưng cất hóa học để loại bỏ các tạp chất trong khí thải để thu được sản phẩm N2O tinh khiết cao.