Способ очистки газов от оксидов азота

 

Использование: очистка от NO_x дымовых газов и отходящих газов при денитрации кислот и в производстве слабой азотной кислоты. Сущность изобретения: газ с примесью NО_х пропускают поочередно в прямом и обратном направлении последовательно через два слоя инертного материала, выполненных в виде насадок регенеративного теплообменника, и слой катализатора, расположенный между ними, например ABK-10. При пропускании газов только в одном направлении в них вводят аммиак при соотношении NH₃ : NO_x = (1,9 - 4,5) : 1. 1 ил., 1 табл. 1

Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано для очистки отходящих газов от оксидов азота (NO_x) в производстве слабой азотной кислоты; производствах, связанных с денитрацией кислот, а также для удаления NO_x из дымовых газов.

При обезвреживании от NO_x холодных отходящих газов (например после абсорбции), чтобы избежать образования аммонийных солей используют регенеративный теплообмен, когда слой катализатора размещают между слоями инертного материала, причем направление пропускания отходящих газов через слой катализатора периодически изменяют, а аммиак вводят в отходящий газ, прошедший через один из слоев инерта, перед слоем катализатора [1] После изменения направления пропускания газов через слой катализатора (каждые 2 8 мин) место ввода аммиака изменяют. Его вводят в отходящий газ после прохождения противоположного слоя инертного материала. Такое периодическое изменение мест ввода аммиака в отходящий газ обеспечивает поддержание в газе, поступающем на слой катализатора, необходимого соотношения NH₃ NO_x. Способ характеризуется следующими параметрами: температура на выходе из первого по ходу газа слоя инертного материала (соответственно на входе в слой катализатора) составляет 250 350^oС; степень очистки газов от окислов азота 90 По наибольшему количеству сходных признаков описанный способ [3] принят за прототип.

Прототип обладает следующими недостатками.

1. Чередование мест ввода аммиака усложняет технологическую схему осуществления процесса, так как требует использования быстродействующей арматуры, переключающей поток газообразного аммиака.

2. Степень очистки газов от оксидов азота не высока и составляет, как уже указывалось, только 90 что в ряде случаев не соответствует санитарным нормам.

Целью предлагаемого изобретения является упрощение технологической схемы при увеличении степени очистки отходящих газов от оксидов азота.

Цель достигается тем, что процесс ведут циклически, чередуя пропускание отходящих газов через слой катализатора при отношении аммиак оксиды азота, равном(1,9:4,5):1, и пропускание отходящих газов в отсутствие ввода аммиака, причем ввод аммиака осуществляют при одном направлении пропускания газов через слой катализатора, а в противоположном направлении газы подаются без аммиака, после чего вся последовательность полностью повторяется.

Процесс осуществляют следующим образом (фиг. 1).

Предварительно разогревают слой катализатора до температуры 240 - 350^oС. Этот разогрев носит разовый характер и далее не повторяется. Отходящий газ, содержащий оксиды азота в концентрации , пропускают через верхний слой инертного материала, где он нагревается за счет контакта с твердым материалом, после чего в отходящий газ вводят аммиак, причем отношение (концентрация аммиака) поддерживают равным (1,9 + 4,5) 1.Это отношение превышает стехиометрически необходимое примерно в два раза. Направление пропускания газов показано на фиг.1 непрерывными стрелками. В слое катализатора протекают реакции восстановления оксидов азота, сопровождающиеся выделением тепла. Избыточный аммиак при 240 350^oС адсорбируется на катализаторе и по слою катализатора в направлении пропускания газов распространяется волна адсорбированного аммиака Через определенное время изменяют направление пропускания отходящих газов через слой катализатора на противоположное (штриховые стрелки на фиг.) При этом прекращается подача аммиака и на восстановление оксидов азота используется адсорбированный ранее аммиак. Происходит очистка слоя от аммиака. Через некоторое время вновь изменяют направление пропускания газов и вся последовательность полностью повторяется.

Осуществление процесса очистки при значительном избытке аммиака позволяет практически полностью удалить оксиды азота из отходящих газов. При изменении направления пропускания газов, когда оксиды азота взаимодействуют с ранее адсорбированным аммиаком, степень очистки несколько снижается, однако в среднем за весь цикл остается высокой.

Предлагаемое изобретение имеет следующие сходные с прототипом признаки: 1. Процесс осуществляют при периодических изменениях направлений пропускания отходящих газов через слой катализатора.

2. Очистку газов от оксидов азота ведут за счет взаимодействия с аммиаком в присутствии катализатора.

3. Слой катализатора размещен между слоями инертного материала.

Отличительными признаками изобретения, позволяющими получить положительный предлагаемый эффект, являются: 1. Чередование пропускания отходящих газов через слой катализатора при отношении аммиак оксиды азота, равном (1,9 4,5) 1, и пропускания отходящих газов через слой в отсутствии ввода аммиака.

2. Ввод аммиака осуществляют при одном направлении пропускания газов через слой катализатора, а в противоположном направлении газы подаются без аммиака.

Из существующего в настоящее время уровня техники не известен способ очистки газов от оксидов азота, включающий все сходные и отличительные признаки предлагаемого изобретения, следовательно, способ соответствует критерию "новизны" изобретения.

Циклическое чередование пропускания отходящих газов через слой катализатора при отношении аммиак оксиды азота, равном (1,9 4,5) 1, и пропускания отходящих газов через слой в отсутствии ввода аммиака, причем ввод аммиака осуществляется при одном направлении пропускания газов через слой катализатора, а при противоположном направлении газы подаются без аммиака, позволяет получить неочевидный для специалиста в этой области положительный эффект упрощение технологической схемы и повышение степени очистки газов от оксидов азота. Это говорит о соответствии предлагаемого решения критерию изобретения "изобретательский уровень".

Приведем примеры конкретной реализации изобретения.

П р и м е р 1. Отходящий газ с концентрацией оксидов азота (отношение NO NO₂ равно 1 1) 6 г/м³ (0,35 об.) подают в реактор, загруженный слоем зернистого ванадиевого оксидного катализатора (ABK-10) высотой 1 м. По торцам этого слоя размещены слои инертного материала (кольца Рашига) высотой также по 1 м. Температура газов на входе составляет 40^oС, линейная скорость на входе в слой катализатора 0,6 м/с. Слои инерта и катализатора предварительно нагреты до 230^oС.

Газ, содержащий оксиды азота, пропускают через первый слой инертного материала. Затем, перед слоем катализатора, вводят аммиак в отношении к оксидам азота 2,0 т.е. концентрацию аммиака поддерживают равной 0,7 об. После смешения полученную газовую смесь пропускают через слой катализатора, на котором происходит очистка от оксидов азота, избыточный аммиак адсорбируется при этом в слое катализатора. После очистки нагретые газы пропускают через второй слой инерта и выбрасывают в атмосферу. Через 15 мин прекращают подачу аммиака и изменяют направление пропускания отходящих газов через слой катализатора на противоположное. В течение следующих 15 мин через слой катализатора пропускают отходящие газы, в которые не вводится аммиак, а процесс восстановления обеспечивается за счет ранее адсорбированного аммиака. Через 15 мин вновь меняют направление пропускания газов через слой, и вся последовательность действий полностью повторяется.

Расход аммиака соответствует за цикл стехиометрически необходимому. Средняя степень очистки газов от NO_x 98,7 Результаты приведены в таблице.

П р и м е р 2. Процесс осуществляют по методике примера 1. Используется катализатор V₂O₅ на двуокиси титана, промотированный оксидом вольфрама (V₂O₅/WO₃/TiO₂). Kонцентрация оксидов азота (NO 4 г/м³. Результаты приведены в таблице.

П р и м е р 3. Процесс осуществляют по методике примера 1 на катализаторе АМЦ (алюмомедьцинковом). Концентрация NO₂ 8 г/м³. Результаты приведены в таблице.

П р и м е р 4. Процесс осуществляют по методике примера 1 на катализаторе ABК-10. Концентрация оксидов азота ( NO:NO₂ равно 1 1) составляет 6 г/м³. Результаты приведены в таблице.

П р и м е р 5. Процесс осуществляют на катализаторе V₂O₅/WO₃/TiO₂ по методике примера 1. Концентрация диоксида азота в очищаемых газах 6 г/м³. Результаты приведены в таблице.

П р и м е р 6 (прототип). Отходящий газ с концентрацией оксидов азота (NO) 8 г/м³ пропускают через слой инертного теплоаккумулирующего материала. После прохождения этого слоя и нагрева до 350^oС в отходящий газ вводят в стехиометрическом соотношении аммиак и подают на слой катализатора АВК-10. После выхода газа из слоя катализатора его пропускают через слой инертного материала и выбрасывают в атмосферу. Через 8 мин изменяют направление пропускания отходящих газов через слой катализатора. Теперь газ пропускают через слой инертного материала, служившего раньше в качестве выходного, затем в газ вводят аммиак, пропускают через слой катализатора и через второй слой инерта (ранее бывший входным). Через 8 мин вновь изменяют направление пропускания отходящих газов через слой катализатора и вся последовательность повторяется. Степень очистки газов от NO 88 Результаты приведены в таблице.

Из сравнения примеров 1 3 и 6 (прототип) видно, что циклический ввод аммиака, когда при одном направлении пропускания газов через слой катализатора аммиак вводится в отношении к оксидам азота (1,9 4,5) 1, a при противоположном направлении пропускания газов через слой катализатора ввод аммиака отсутствует, позволяет упростить технологическую схему (одно место ввода аммиака вместо двух) и повысить степень очистки газов от оксидов азота (96 99 вместо 88). Примеры 1 3 показывают, что положительный эффект сохраняется независимо от используемого типа катализатора, концентрации оксидов азота и времени между изменениями направления пропускания отходящих газов через слой катализатора.

При снижении избытка аммиака по отношению к NO_x (менее 1,9) наблюдается падение степени очистки (см. пример 4). Это происходит за счет недостатка адсортированного аммиака при подаче на очистку газов без ввода аммиака, если отношение NH₃ NO_x превысит величину 4,5 (см. пример 5), т это приведет к появлению избыточного аммиака на выходе, т.к. будет происходить постепенное адсорбционное заполнение слоя катализатора с последующей десорбцией NH₃ в газовую фазу.

Формула изобретения

Способ очистки газов от оксидов азота путем восстановления их аммиаком, включающий поочередное пропускание очищаемых газов в прямом и обратном ему направлениях последовательно через два слоя инертного материала, выполненных в виде насадок регенеративного теплообменника, и слой катализатора, расположенный между ними, при этом аммиак вводят в очищаемые газы перед слоем катализатора, отличающийся тем, что аммиак вводят при пропускании очищаемых газов только в одном направлении при соотношении аммиака и оксидов азота, равном (1,9 4,5) 1.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2