PL187980B1

PL187980B1 - Sposób usuwania tlenków azotu z przemysłowych gazów odlotowych

Info

Publication number: PL187980B1
Application number: PL32510798A
Authority: PL
Inventors: Andrzej Chmielewski; Zbigniew Zimek; Janusz Licki
Original assignee: Inst Fiziki Jadrowej
Priority date: 1998-03-02
Filing date: 1998-03-02
Publication date: 2004-11-30
Also published as: PL325107A1

Abstract

Sposób usuwania tlenków azotu z przemysłowych gazów odlotowych metodą radiacyjną, wstępnie zwilżonych parą wodną, wzbogaconych amoniakiem w ilości bliskiej stechiometrycznej względem NOx lub sumy NOX i SO2, napromieniowanych w komorze reakcyjnej wiązką lub wiązkami przyspieszonych elektronów o energii w zakresie 0,3 - 3,0 MeV, które następnie odprowadza się poprzez urządzenie filtrujące, wentylator i komin do atmosfery, znamienny tym, że w komorze reakcyjnej napromieniowuje się przemysłowe gazy odlotowe przygotowane jak wyżej z dodatkiem par związków alifatycznych, korzystnie alkoholu etylowego, korzystnie w ilości stechiometrycznej do NOx.

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób usuwania tlenków azotu z przemysłowych gazów odlotowych, zwłaszcza 7 gazów spalinowych pochodzących z kotłów energetycznych elektrowni opalanych węglem i/lub ropą naftową albo gazem lub ich pochodnymi przy zastosowaniu metody radiacyjnej opartej na wykorzystaniu wiązki przyspieszonych elektronów.

Wiadomo, że metoda radiacyjna pozwala wyeliminować w jednej instalacji 95% SO₂i do 80% NOx oraz około 60 - 70% zanieczyszczeń organicznych. Wydajność instalacji radiacyjnych zależy od dawki zaabsorbowanego promieniowania, temperatury i składu chemicznego gazów odlotowych. Zwiększenie wydajności osiąga się poprzez wstępne nawilżenie gazów odlotowych parą wodną, ponieważ w suchej mieszaninie nie zachodzi proces tworzenia rodników utleniających. Stwierdzono, że proces nawilżania gazów odlotowych ma szczególne znaczenie w przypadku usuwania SO₂, natomiast dla usuwania NOx wpływ tego parametru jest mniejszy.

Ponadto do gazów odlotowych przed napromieniowaniem wiązką przyspieszonych elektronów dodaje się amoniak w ilości bliskiej stechiometrycznej, która wynosi 2 mole NH3 na mol SO₂ plus 1 mol NH3 na mol NOx. Dodanie amoniaku pozwala uzyskać w wyniku zachodzących reakcji po napromieniowaniu produkty stałe, które mogą być wykorzystane jako nawozy sztuczne (azotan i siarczan amonu). Nadmiar amoniaku prowadzi do niepożądanej emisji amoniaku z gazami odlotowymi.

Po nawilżeniu i dodaniu amoniaku, gazy odlotowe poddawane są napromieniowaniu w komorze reakcyjnej wiązką przyspieszonych elektronów, korzystnie o energii 0.3 - 3.0 MeV, a dawkę energii przekazanej do strumienia gazów ustala się korzystnie w zakresie 2-20 kGy w zależności od własności fizyko-chemicznych gazu jego składu i zakładanej efektywności usuwania zanieczyszczeń.

W wyniku napromieniowania gazu wiązką przyspieszonych elektronów zachodzi w nim szereg procesów takich jak wzbudzenie i jonizacja molekuł, powstawanie rodników, zjawiska dysocjacji i rekombinacji itp. W szczególności, w trakcie napromieniowania gazów odlotowych następuje formowanie rodników atomowych i cząsteczkowych, a także swobodnych elektronów, przy czym rodniki OH, O, H₂O są odpowiedzialne za procesy utleniania SO₂i NOx do występujących w areozolu związków H2SO4 i NHO4 oraz substancji organicznych do CO2 i H2O. Związki te w obecności amoniaku przechodzą w produkty stałe NH4NO3 i (NH4)₂S04 dające wykorzystać się jako nawozy sztuczne. Część tlenków azotu redukowana jest do azotu atmosferycznego, natomiast z substancji organicznych mogą być tworzone areozole stałe np. sadza. Procesy te zachodzą w temperaturze 65 - 100°C. Zużycie energii wiązki zachodzi głównie w procesie usuwania NOx, przy czym jedynie zastosowanie wiązki przyspieszonych elektronów umożliwia usuwanie tlenków azotu w omawianym procesie.

187 980

Ostatnio wysiłki naukowców skierowane są na obniżenie kosztów prowadzenia procesu usuwania niepożądanych składników z gazów odlotowych jak również na optymalizację warunków roboczych instalacji.

I tak w polskim opisie patentowym nr 169 749 zaproponowano dzielone napromieniowanie gazu poprzez kierowanie go przez etapy napromieniowania, przy czym dawka napromieniowania określana jest stężeniem NOx w gazie wprowadzanym do tego etapu i pożądanym stopniem redukcji zanieczyszczeń; podobne rozwiązanie przedstawiono w amerykańskim opisie patentowym nr 4.435.260.

W amerykańskim opisie patentowym nr 4.882.020 opisano sposób napromieniowania gazu odlotowego zawierającego tlenki azotu w strefie napromieniowania, dodanie amoniaku do gazu przed, w trakcie, lub po napromieniowaniu, odebranie otrzymanego siarczanu amonu i/lub azotanu amonu w kolektorze pyłu i odprowadzenie gazu odlotowego do atmosfery. Stopień odsiarczania i denitryfikacji poprawiano przez zastosowanie, jako kolektora gazu, filtra workowego samego lub wraz z elektrostatycznym urządzeniem do wytrącania.

W polskim opisie patentowym nr 162 895 opisano zastosowanie elektrofiltra kondensacyjnego do odbioru produktów reakcji otrzymanych w postaci aerozolu po napromieniowaniu. Elektrofiltr ten wykonany jest z materiału nieprzewodzącego, pokrytego przewodzącą warstwą wykroplonego produktu.

W amerykańskim opisie patentowym nr 4.969.984 opisano sposób traktowania gazu odlotowego, w którym gaz odlotowy najpierw napromieniowano w obecności amoniaku z utworzeniem materiału drobnoziarnistego, który następnie oddzielano w elektrostatycznym urządzeniu do wytrącania, a potem w filtrze mechanicznym, skąd odbierano wytrącony produkt, a oczyszczone gazy odprowadzano do atmosfery.

W polskim opisie patentowym nr 172 964 opisano sposób, w którym proponuje się zwiększenie drogi przepływu gazu w strefie napromieniowania poprzez nadanie mu ruchu wirowego, wymuszając tym samym kilkakrotne przejście gazu przez obszar napromieniowania.

Usuwanie tlenków azotu z przemysłowych gazów odlotowych, wstępnie nawilżonych, z dodatkiem amoniaku w ilości bliskiej stechiometrycznej względem NOx lub sumy NOx i SO2 w przypadku obecności tego drugiego zanieczyszczenia, poprzez napromieniowanie w komorze reakcyjnej wiązką przyspieszonych elektronów o energii w zakresie 0,3 - 3,0 MeV sposobem według wynalazku polega na tym, że w komorze reakcyjnej napromieniowuje się gazy odlotowe przygotowane jak wyżej z dodatkiem par związków alifatycznych, korzystnie alkoholu etylowego, korzystnie w ilości stechiometrycznej do NOx.

Zaletą sposobu według wynalazku jest to, że zastosowanie par związków alifatycznych, korzystnie alkoholu etylowego, korzystnie w ilości stechiometrycznej do NOx powoduje niewielki wzrost kosztów typowej instalacji do radiacyjnego oczyszczania przemysłowych gazów odlotowych, natomiast zwiększa jej wydajność. Sposób według wynalazku może znaleźć zastosowanie w ograniczeniu emisji tlenków azotu z dużych silników Diesla stosowanych w energetyce, w przemyśle stoczniowym, hutniczym itp.

Sposób według wynalazku realizuje się w instalacji do radiacyjnego usuwania SO2 i NOx z przemysłowych gazów odlotowych przedstawionej na rys. (fig. 1).

Do rurociągu 1, poprzez który przepływają wstępnie nawilżone gazy odlotowe doprowadza się z urządzenia wtryskującego 2 amoniak w ilości bliskiej stechiometrycznej względem NOx lub sumy NOx i SO2 w przypadku obecności tego drugiego zanieczyszczenia, a z urządzenia wtryskującego 3 pary związków alifatycznych, korzystnie alkoholu etylowego, korzystnie w ilości stechiometrycznej do NOx. Wytworzoną mieszankę kieruje się do komory radiacyjnej 4, do której poprzez okno 5 wprowadza się wiązkę przyspieszonych elektronów z akceleratora 6. Przy czym zależnie od rodzaju i wielkości instalacji można wykorzystywać jedną lub wiele wiązek elektronów, emitowanych przez jeden lub wiele akceleratorów. Usytuowanie wiązki względem komory reakcyjnej zależy od kształtu komory i energii elektronów. Najczęściej stosuje się przemiatanie wiązek elektronów wzdłuż lub w poprzek komory reakcyjnej. Umieszczenie kilku źródeł przyspieszonych elektronów powoduje lepsze wykorzystanie energii emitowanej przez poszczególne akceleratory oraz przyczynia się do zredukowania wymiarów geometrycznych komoiy. Po przejściu przez komorę reakcyjną gazy wyprowadzane są

187 980 rurociągiem 7 do urządzenia filtrującego 8, gdzie zatrzymywane są produkty stałe zachodzących reakcji, a oczyszczone gazy poprzez wentylator 9 kieruje się do komina 10 i atmosfery.

Praktyczną realizację sposobu według wynalazku można ocenić na podstawie następującego przykładu.

Przykład: W instalacji o ciągłym przepływie przemysłowych gazów odlotowych z wydajnością 5m³/h przeprowadzono proces usuwania NÓx metodą radiacyjną. Pierwsza wersja eksperymentu polegała na tym, że do strumienia gazów odlotowych nawilżonych wstępnie parą wodną do wilgotności 12 - 15% dodano amoniak w ilości bliskiej stechiometrycznej względem sumy ΝΟχ i SO₂, a = 0,95 i tak przygotowaną mieszankę wprowadzono do komory reakcyjnej. Stwierdzono, że przy dawce 11 kGy tlenki azotu zostały usunięte z gazów odlotowych w 70%. Druga wersja eksperymentu polegała na tym, że do strumienia gazów odlotowych wstępnie nawilżonych, z dodatkiem amoniaku jak wyżej, dodano pary alkoholu etylowego w ilości stechiometrycznej do ΝΟχ i tak przygotowaną mieszankę wprowadzono do komory reakcyjnej, gdzie została napromieniowana. Stwierdzono, że tlenki azotu zostały usunięte z gazów odlotowych w 70% już przy dawce 1,5 kGy.

Zastosowanie sposobu według wynalazku pozwoliło zatem na 7-krotne zmniejszenie dawki energii przy zachowaniu tej samej skuteczności procesu usuwania ΝΟχ.

Figura 2 przedstawia wyniki opisanych wyżej eksperymentów. Krzywa A charakteryzuje proces usuwania ΝΟχ z przemysłowych gazów odlotowych bez użycia par alkoholu etylowego, natomiast krzywa B charakteryzuje proces usuwania ΝΟχ z przemysłowych gazów odlotowych z użyciem par alkoholu etylowego w ilości stechiometrycznej do ΝΟχ.

187 980

Isuboane MO

Dawka [kGy] fig. 2

187 980

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz. Cena 2,00 zł.

Claims

Zastrzeżenie patentowe

Sposób usuwania tlenków azotu z przemysłowych gazów odlotowych metodą radiacyjną, wstępnie zwilżonych parą wodną, wzbogaconych amoniakiem w ilości bliskiej stechiometrycznej względem NOx lub sumy NOx i SO₂, napromieniowanych w komorze reakcyjnej wiązką lub wiązkami przyspieszonych elektronów o energii w zakresie 0,3 - 3,0 MeV, które następnie odprowadza się poprzez urządzenie filtrujące, wentylator i komin do atmosfery, znamienny tym, że w komorze reakcyjnej napromieniowuje się przemysłowe gazy odlotowe przygotowane jak wyżej z dodatkiem par związków alifatycznych, korzystnie alkoholu etylowego, korzystnie w ilości stechiometrycznej do NOx.