Материал для удаления загрязняющих примесей из газообразного потока

 

Представлен способ уменьшения уровня выделений NO_x, CO и SO₂ в газовой турбине. Для окисления загрязняющих оксидов и поглощения их используют каталитический поглотитель, выполненный предпочтительно из оксида алюминия, платины, карбонатной соли. Каталитический поглотитель можно затем регенерировать и использовать повторно. Описаны также устройство для обработки дымовых газов и способ получения каталитического поглотителя. Технический результат - уменьшение уровня загрязняющих примесей. 4 с. и 53 з.п. ф-лы, 6 ил., 12 табл.

Настоящее изобретение относится к способу уменьшения загрязняющих примесей в воздухе, а именно оксидов азота (NO_x), оксидов серы и/или окиси углерода (CO), которые получаются при сгорании углеводородов или водорода в двигателях или паровых котлах и, главным образом, в газовых турбинах. Настоящее изобретение относится также к устройству для осуществления способа и способу создания реактора/каталитического поглотителя.

Предшествующий уровень техники Турбинные силовые установки стали стандартными установками для генерирования электричества, потому что они являются также эффективными по сравнению с любыми другими средствами производства энергии. Турбинные силовые установки, в которых для получения энергии для жилых домов сжигают метан, и средства производства энергии в городах производят в качестве загрязняющих веществ окись углерода и окись азота. Уменьшение или устранение этих загрязняющих веществ весьма желательно для того, чтобы в результате выработки электроэнергии не загрязнялся воздух.

Ранее допустимый уровень загрязнения вследствие работы силовых установок оксидами азота (NO_x), которые включают окись азота (NO) и двуокись азота (NO₂), составлял менее, чем 100 част. на миллион (ppm), и уровень окиси углерода (CO) составлял также менее чем 100 част. на миллион.

Позже была осуществлена вторая попытка уменьшения содержания NO_x до уровня менее чем 25 част. на миллион, а допустимый на сегодняшний день уровень CO все еще составляет количество менее 100 част. на миллион. При использовании общепринятой технологии уровни выхода NO_x могут быть уменьшены до диапазона от 5 до 9 частей на миллион плюс попадание аммиака, образующегося в результате технологии селективного каталитического восстановления (SCR), описанной ниже.

Единственная технология, которая является общедоступной для получения уровней NO_x 5 - 9 част. на миллион, называется селективным каталитическим восстановлением, при котором с дымовым газом смешивают аммиак и затем пропускают над катализатором, который селективно смешивает оксиды азота и аммиак для устранения основной части NO_x. Одна из проблем селективного каталитического восстановления состоит в том, что на практике при его использовании можно уменьшить содержание NO_x только до диапазона от 5 до 9 част. на миллион. Другая проблема вызвана попаданием вредного аммиака, проходящего через катализатор.

Еще одна проблема технологии SCR состоит в том, что рабочих условий, необходимых для SCR, достигают только посредством дорогостоящих модификаций расположенного ниже по потоку парового котла или теплообменной системы.

Существуют другие технологии уменьшения загрязнения, которые являются более прогрессивными, например, избыточное разбавление водой в камере сгорания, и они также обладают потенциалом для уменьшения загрязнения окислами азота NO_x, но при этом ни одна из них не уменьшает содержание NO_x до уровней, которые бы были гораздо меньше, чем от 5 до 9 частей на миллион.

В находящейся на совместном рассмотрении заявке, принадлежащей правопреемнику настоящей заявки, описана система, включающая, по существу, двухстадийный процесс. На первой стадии дымовые газы сначала контактируют при определенных условиях с катализатором, что вызывает окисление определенных загрязняющих оксидных веществ, включая NO и CO. На второй стадии окисленные загрязняющие вещества поглощаются в абсорбционный слой.

Желательно соединить стадии окисления и поглощения в одну стадию, осуществляемую с помощью одного материала.

Сущность изобретения Настоящее изобретение обладает способностью уменьшать уровень загрязняющих примесей, образующихся при сгорании углеводородов в двигателях, и в особенности загрязняющих примесей, полученных в газовых турбинах, включая оксид азота, окись углерода и оксиды серы. Изобретение, которое будет описано ниже более подробно, включает новый каталитический поглотитель и способ получения поглотителя, новый способ и устройство, которые способны уменьшить уровень загрязняющих воздух примесей, и способ создания устройства.

Загрязняющие вещества из турбины в дымовой трубе, генерирующей энергию, присутствуют, главным образом, в виде NO. Способ настоящего изобретения вызывает окисление NO до NO₂. Он дает возможность получения NO₂ из по существу всего количества оксида азота (NO). NO₂ является гораздо более активным материалом и может легко поглощаться и поглощается каталитическими поглотителем из газового потока даже в тех случаях, когда он присутствует при низких концентрациях, в диапазоне част. на миллион.

Отходящие газы турбин после удаления из них энергии находятся первоначально при температуре около 1000^oF (537.78^oC). Эти газы для удаления энергии и получения водяного пара при охлаждении отходящих или дымовых газов затем пропускают над теплообменниками. Дымовые газы движутся с высокой скоростью, зависящей от диаметра дымовой трубы, и после удаления тепла они обычно имеют температуру в диапазоне от 250 до 500^oF (от 121.11 до 260^oC) и движутся со скоростью 30-50 фут/сек (9.14-15.24 м/сек). Газ содержит 13 - 15% кислорода, до около 12% воды и около 4% диоксида углерода. Это в дополнение к загрязняющим веществам, которые представляют NO_x, смешанные с приблизительно 90% NO и 10% NO₂, CO в диапазоне от 30 до 200 частей на миллион и диоксидом серы (SO₂) в диапазоне от около 0,2 до 2,0 част. на миллион, когда природным газом является топливо.

Настоящее изобретение включает одностадийный/одноэлементный способ и устройство, предназначенные для удаления из дымовых газов оксидов азота, окиси углерода и оксидов серы. При использовании объединенного катализатора/поглотителя оксиды азота окисляются до диоксида азота, окись углерода окисляется до диоксида углерода и диоксид серы (SO₂) окисляется до трехокиси серы (SO₂). Это окисление происходит при температуре в диапазоне от 150^o до 425^oF (от 65,56^oC до около 218,33^oC) и более предпочтительно в диапазоне от 175^o до 400^oF (от 79,44 до 204,44^oC) и наиболее предпочтительно в диапазоне от 200 до 365^oF (от 93,33 до 195^oC). Скорость подачи отходящего газа может быть в диапазоне от 5000 до 50000 в час (час^-1) и более предпочтительно в диапазоне от 100000 до 20000 час^-1, хотя ожидается, что больший диапазон будет благоприятствовать эффективному процессу без чрезмерного уменьшения количества выходящего газа. Приведенный здесь термин "скорость подачи газа" означает объемные единицы катализатора в час.

Каталитический поглотитель настоящего изобретения поглощает окисленные оксиды таким образом, что лишь незначительный процент, обычно 10% или менее, исходных оксидных загрязняющих веществ проходит через систему и затем выделяется. Без намерения быть связанными с какой-либо конкретной теорией изобретатели полагают, что происходящие реакции для каждого из трех загрязняющих веществ будут выглядеть следующим образом, при этом после окисления следует реакция с карбонатом, например Na₂CO₃.

Катализатор CO + 1/2 O₂ ---> CO₂ CO₂ + H₂O + Na₂CO₃ ---> 2NaHCO₃ Катализатор NO + 1/2 O₂ ---> NO₂ 2NO₂ + Na₂CO₃ ---> NaNO₃ + NaNO₂ + CO₂ Катализатор SO₂ + 1/2 O₂ ---> SO₃
SO₃ + Na₂CO₃ ---> Na₂SO₄ + CO₂
SO₂ + Na₂CO₃ ---> Na₂SO₃ + CO₃
Катализатор/поглотитель может быть платиновым катализатором, поддерживаемым на оксиде алюминия, покрытым карбонатом или бикарбонатом щелочного или щелочноземельного металла, при этом карбонатным покрытием является карбонат лития, натрия, калия или кальция, и предпочтительным покрытием является карбонат калия.

Поглотитель может быть заменен, когда он становится неэффективным и, в особенности, когда уровень загрязняющих веществ, полученных из устройства после контакта с каталитическим поглотителем, возрастает сверх приемлемого уровня, и использованный поглотитель может быть перезаряжен опять до эффективного состояния. Перезарядку катализатора осуществляют путем удаления отработанного (насыщенного или частично насыщенного) карбоната и замены отработанного карбоната свежим, не вступившим в реакцию карбонатом.

Краткое описание рисунков
Фиг. 1 представляет схематическое изображение каталитического поглотителя настоящего изобретения.

Фиг. 1a представляет рисунок сферы каталитического поглотителя в предпочтительном варианте.

Фиг. 1b представляет увеличенное изображение части поверхности сферы каталитического поглотителя настоящего изобретения.

Фиг. 1с представляет рисунок поверхности монолита каталитического поглотителя настоящего изобретения.

Фиг. 2 представляет технологическую схему, показывающую способ получения катализатора настоящего изобретения.

Фиг. 3 является иллюстрацией колесного устройства для изменения и регенерации катализатора окисления/поглотители настоящего изобретения.

Фиг. 4 является иллюстрацией карусельного устройства для изменения и регенерации катализатора окисления/поглотителя настоящего изобретения.

Фиг. 5 является иллюстрацией устройства с псевдоожиженным слоем для изменения и регенерации катализатора окисления/поглотителя настоящего изобретения.

Фиг. 6 является иллюстрацией устройства с несколькими псевдоожиженными слоями для изменения и регенерации катализатора окисления/поглотителя настоящего изобретения.

Подробное описание изобретения
Настоящее изобретение направлено на материал для удаления из отходящих потоков сгорания газообразных загрязняющих веществ, при этом материал содержит катализатор окисления, расположенный на подложке, имеющей большую площадь поверхности, покрытый поглощающим материалом. Разновидность катализатора окисления выбирают из группы элементов, содержащей благородные металлы, переходных элементов и их сочетаний. Более конкретно, разновидности катализатора окисления выбирают из платины, палладия, родия, кобальта, никеля, железа, меди и молибдена, предпочтительно из платины и родия, и наиболее предпочтительно им является платина.

Концентрация катализатора окисления составляет от 0,05 до 0,6% по весу относительно веса материала, предпочтительно она составляет от 0,1 до 0,4% по весу относительно веса материала и наиболее предпочтительно от 0,15 до 0,3% по весу относительно веса материала. В качестве разновидности катализатора окисления может быть использован более чем один элемент, и при таких условиях каждый из элементов имеет концентрацию в диапазоне от 0,05 до 0,6% по весу.

Подложку с большой площадью поверхности изготавливают из оксида алюминия, диоксида циркония, диоксида титана, диоксида кремния или из сочетания двух или нескольких из этих оксидов. Подложку с большой площадью поверхности изготавливают предпочтительно из оксида алюминия. Площадь поверхности подложки составляет от 50 до 350 м²/г, предпочтительно от 100 до 325 м²/г и более предпочтительно от 200 до 300 м²/г. Подложка с большой площадью поверхности может быть нанесена на керамическую или металлическую матричную структуру.

Каталитический поглотитель может иметь, например, форму сферы, сплошного цилиндра, полого цилиндра, звезды или колеса.

Поглотитель покрывают, по крайней мере, одним щелочным или щелочноземельным соединением, которым может быть гидроксидное соединение, бикарбонатное соединение или карбонатное соединение или смеси гидроксидов и/или бикарбонатов и/или карбонизированных соединений. Поглотитель включает предпочтительно по существу карбонат и наиболее предпочтительно карбонат натрия, карбонат калия или карбонат кальция. Поглотитель располагают на материале при концентрации в диапазоне от 0,5 до 20% по весу относительно веса материала, предпочтительно от 5 до 15% по весу относительно веса материала и наиболее предпочтительно около 10% по весу относительно веса материала.

Способ получения нового каталитического поглотителя настоящего изобретения включает нанесение разновидности катализатора окисления из раствора. Раствор предпочтительно является неводным раствором. Катализатор окисления может быть также нанесен из водного раствора, не содержащего хлорида. После нанесения катализатор окисления сушат и, кроме того, после нанесения его можно активировать, например, путем прокаливания.

После полной или частичной отработки каталитического поглотителя его можно регенерировать. Регенерацию осуществляют путем удаления и замены отработанного поглотителя и устранения удаленного отработанного поглотителя. Отработанный поглотитель можно использовать в качестве удобрения, потому что он обогащен азотом, углеродом и серой. Альтернативно, регенерацию осуществляют путем разложения компонентов, образованных посредством соединения загрязняющих веществ с поглотителем и улавливания концентрированных загрязняющих газов с целью их устранения или использования. Устройство настоящего изобретения поддерживает каталитический поглотитель и обеспечивает контактирование каталитического поглотителя с отходящими газообразными продуктами сгорания. Оно включает средства для удаления отработанного каталитического поглотителя от контакта с газообразными продуктами сгорания и в то же время для подачи эквивалентного количества нового или регенерированного каталитического поглотителя с целью контактирования с газообразными продуктами сгорания, чтобы поддержать установленным предел концентрации загрязняющих веществ на выходе. Устройство имеет форму колеса или карусели или оно может представлять псевдоожиженный слой или два или несколько слоев, которые альтернативно используют для поглощения загрязняющих газов и затем регенерируют.

Как показано на фиг. 1, каталитический поглотитель настоящего изобретения может иметь различные конфигурации. Фиг. 1а показывает сферический каталитический поглотитель, выполненный из алюминийоксидной сферы 10 с платиновым покрытием 12 и расположенным на нем карбонатным покрытием 14. Как показано на фиг. 1b, поверхность сферы является очень неровной для того, чтобы существовала очень большая площадь поверхности на г материала. Как показано на фиг. 1c, каталитический поглотитель может иметь форму монолитной поверхности, включающей подложку 20 из керамики или нержавеющей стали, слой оксида алюминия 22, платиновый слой 24 и карбонатный слой 26.

Способ получения каталитического поглотителя показана на фиг. 2. Катализатор/поглотитель настоящего изобретения получают, начиная прежде всего со сфер из оксида алюминия, имеющих большую площадь поверхности от 50 до 350 м²/г, эти сферы коммерчески доступны из нескольких источников и предпочтительно от La Roche Chemicals, Inc. (Ля Роше Кемикалз Инк.), Baton Rouge La (Батон Руже, Ля). Сферы имеют диаметр, равный приблизительно 1/8 дюйма (0,317 см). Следует понимать, что без отклонения от сущности и области настоящего изобретения могут быть использованы другие виды подложек. Сферы из оксида алюминия для удаления свободносвязанных с поверхностью мелких частиц промывают дистиллированной водой. Затем сферы сушат в течение времени около 16 часов при температуре 300^oF (148,9^oC) для обеспечения того, чтобы все полости и щели в сферах были полностью высушены и чтобы поверхность не содержала воду. Затем сферы хранят в водонепроницаемом контейнере до тех пор, пока они будут готовы для дальнейшей обработки.

Раствор 2-этилгексаноата Pt, который содержал 25% Pt, добавили к толуолу для получения такой концентрации платины, чтобы она соответствовала загрузке, равной 0,23 вес.% на вес оксида алюминия. Затем сферы, покрытые платиной, сушили на воздухе в течение 1 часа при температуре 900^oF (482,22^oC). После чего сферы охладили приблизительно до комнатной температуры и опять хранили в воздухонепроницаемом контейнере. Затем на сферы, покрытые платиной, нанесли покрытие, состоящее из карбоната или бикарбоната щелочного или щелочноземельного металла, при этом карбонат или бикарбонат щелочного или щелочноземельного металла выбирали из раствора карбоната или бикарбоната лития, натрия, калия или кальция, предпочтительно из раствора карбоната натрия при концентрации 14% по весу в дистиллированной воде. Для растворения всего карбоната натрия воду нагрели. Затем сферы, покрытые карбонатом, сушили в течение двух часов при 300^oF (148,89^oC). Конечный каталитический поглотитель имел покрытие из платины в количестве 0,23 вес.%, добавленной к оксиду алюминия, и 10 вес.% Na₂CO₃, добавленного к оксиду алюминия. Затем сферы поместили в корзину из проволочной сетки размером 3 х 3 х 6 дюймов (7,62 х 7,62 х 15,24 см) и использовали, как описано ниже.

Альтернативно, если использовать керамические или металлические монолитные подложки, каталитический поглотитель может иметь иную форму. Испытания осуществляли путем использования стержневой пробки из металлического монолита, имеющего приблизительно 300 отверстий на дюйм² (46 отверстий на см²), получения из монолита стержня соответствующих размеров для использования в испытательном оборудовании, покрытия поверхности каналов в монолите оксидом алюминия из водной суспензии, прокаливания при 900^oF (482,22^oC) в течение 3-х часов и охлаждения. Этот стержень затем покрыли платиновым покрытием, как описано выше для сфер, и затем нанесли карбонат с применением способа, использованного для сфер.

После истощения и насыщения каталитического поглотителя его можно регенерировать. Типичная методика регенерации является следующей:
1. Шарики после охлаждения перенесли в контейнеры размером приблизительно 7 х 10 х 5 дюймов (17,78 х 25,4 х 12,7 см). Контейнеры имели плотно закрывающиеся крышки и линии для поступающего или отходящего газа или для отвода жидкости.

2. Приблизительно 260 дюймов³ (4260 см³) сфер промыли при 190^oF (87,78^oC) 4 л деминерализованной воды в течение 5 минут при перемешивании.

3. Взяли пробы, когда жидкость слили.

4. В контейнер добавили 3 литра приблизительно 14% раствора карбоната натрия или калия.

5. Сферы перемешали и пропитали в течение 20 минут или в течение небольшого промежутка времени, например, от двух до пяти минут.

6. Взяли пробы, когда раствор слили.

7. В печи, нагретой до 300^oF (148,89^oC), шарики сушили в течение 45 минут нагретым сухим воздухом, протекающим через контейнер.

8. Взвешенные сухие шарики возвратили на сито контейнера для повторного использования.

Как показано на фиг. 3, каталитический поглотитель настоящего изобретения можно поместить в колесное устройство для обеспечения контактирования дымовых газов с каталитическим поглотителем и регенерации каталитического поглотителя после его насыщения или частичного насыщения. Как показано на фиг. 3, колесное устройство содержит входное отверстие 30 для подачи газообразных продуктов сгорания и дымовую трубу 32 для выпуска отработанных газов, цилиндрический узел 34, содержащий каталитический поглотитель, и регенерационную установку 36 для регенерации отработанного катализатора, при этом регенерационная установка имеет входное отверстие 37 и выходное отверстие 38 для пополнения свежей регенерационной жидкостью. Внутренняя стенка 39 и наружная стенка 40 части колеса, расположенной по соседству с дымовой трубой 32, перфорированы или выполнены с отверстиями для обеспечения прохождения газов. Внутренняя и/или наружная стенка 41 и 42 оставшейся части колеса перекрыты, для того чтобы отходящие газы выходили только через дымовую трубу 32. Для дискретного или непрерывного вращения колеса использовали привод 44. Стрелка A означает направление вращения привода 44, а стрелка B показывает направление вращения колеса.

На фиг. 4 представлено альтернативное устройство для каталитического поглощения, в котором используют карусель. Дымовые газы поступают через входное отверстие 50 и выходят через дымовую трубу 52. Каталитический поглотитель помещают на линию с дымовыми газами в 54, и когда он отработает, его отводят в карусель 56 и затем помещают новый поглотитель. Отработанный каталитический поглотитель затем регенерируют. Свежая регенерационная жидкость поступает через входное отверстие 57 и ее удаляют через выходное отверстие 58.

На фиг. 5 представлено устройство с псевдоожиженным слоем. Это устройство имеет входное отверстие для газообразных продуктов сгорания 60 и выходное отверстие дымовой трубы 70. На линии с газом имеется псевдоожиженный слой 62, который содержит активный каталитический поглотитель. Часть каталитического поглотителя удаляют из псевдоожиженного слоя и направляют в регенерационную установку 64. В регенератор 65 направляют регенерационную жидкость и удаляют ее с помощью жидкостного сепаратора 66.

На фиг. 6 представлено устройство с несколькими псевдоожиженными слоями. Это устройство имеет входное отверстие для газообразных продуктов сгорания 71 и выходное отверстие дымовой трубы 80. На линии с газом имеется первый псевдоожиженный слой 72, который содержит активный каталитический поглотитель. Существует также второй псевдоожиженный слой 73, который регенерируют. Первый псевдоожиженный слой имеет входное отверстие 76 и выходное отверстие 77 с клапанами для обеспечения втекания и вытекания регенерационной жидкости. Второй псевдоожиженный слой имеет входное отверстие 74 и выходное отверстие 75 с клапанами для обеспечения втекания и вытекания регенерационной жидкости. Клапан 78 регулирует поступление газообразных продуктов сгорания в первый или второй псевдоожиженный слой.

В последующих примерах осуществлено измерение содержания газа следующим образом. Содержание CO измеряли инфракрасным анализатором TECO 48 модели, содержание CO₂ измеряли измерителем интенсивности инфракрасного излучения Horiba (Гориба), и содержание NO и NO₂ измерили, используя детектор хемилюминесценции с конвертером, изготовленным из нержавеющей стали. Содержание оксидов серы измерили с использованием анализатора импульсной флуоресценции TECO модели N 43a.

Примеры осуществления настоящего изобретения изложены ниже.

Эксперимент N 1 (см. табл. 1)
В каждом из последующих экспериментов исходный газ получили из скользящего потока отработанного газа турбины. Каталитический поглотитель поместили в две корзины из проволочной сетки, имеющие размер 3 х 3 х 6 дюймов (7,62 х 7,62 х 15,24 см), и разместили последовательно на линии со скользящим потоком для сведения к минимуму краевых эффектов и обеспечения контактирования всего скользящего потока с каталитическим поглотителем. Скорость подачи скользящего потока составила 18000 час^-1. Две перечисленные температуры показывают температуру первой корзины, расположенной выше по потоку, и температуру второй корзины, расположенной ниже по потоку. Все измерения загрязняющих веществ представлены в частях на млн. NO_x является общей концентрацией оксида азота (NO) и диоксида азота (NO₂).

Начальные уровни загрязняющих веществ
CO 10,98 част. на миллион
NO 29,0 част. на миллион
NO_x 33,0 част. на миллион
Эксперимент N 1a (см. табл. 2)
Каталитический поглотитель регенерировали и эксперимент осуществили опять при тех же самых условиях и использовании регенерированного каталитического поглотителя.

Начальные уровни загрязняющих веществ
CO 9,91 част. на миллион
NO 30,0 част. на миллион
NO_x 36,0 част. на миллион
Предполагается, что первое показание, произведенное через 15 минут, показало высокий уровень загрязнения, потому что температура каталитического поглотителя была ниже температуры, необходимой для окисления.

Эксперимент 1b (см. табл. 3)
Каталитический поглотитель регенерировали второй раз и эксперимент осуществили опять при тех же самых условиях с использованием дважды регенерированного каталитического поглотителя.

Начальные уровни загрязняющих веществ
CO 13,16 част. на миллион
NO 26,0 част. на миллион
NO_x 32,5 част. на миллион
Эксперимент N 1c (см. табл. 4)
Каталитический поглотитель регенерировали опять, и эксперимент осуществили опять при тех же самых условиях с использованием трижды регенерированного каталитического поглотителя.

Начальные уровни загрязняющих веществ
CO 12,13 част. на миллион
NO 28,0 част. на миллион
NO_x 34,0 част. на миллион
Эксперимент N 1d (см. табл. 5)
Каталитический поглотитель регенерировали опять и эксперимент повторили при тех же самых условиях с использованием четырежды регенерированного каталитического поглотителя.

Начальные уровни загрязняющих веществ
CO 13,16 част. на миллион
NO 28,0 част. на миллион
NO_x 34,0 част. на миллион
Эксперимент N 2 (см. табл. 6)
Условия для этой серии экспериментов были такими же, как и условия для эксперимента N 1. Эту серию экспериментов осуществляли с использованием нового каталитического поглотителя того же самого типа и конфигурации, которые описаны выше для эксперимента N 1.

Начальные уровни загрязняющих веществ
CO 10,98 част. на миллион
NO 29,0 част. на миллион
NO_x 33,0 част. на миллион
Эксперимент N 2a (см. табл. 7).

Каталитический поглотитель регенерировали и эксперимент осуществляли опять при тех же условиях с использованием регенерированного каталитического поглотителя.

Начальные уровни загрязняющих веществ
CO 11 част. на миллион
NO 29 част. на миллион
NO_x 33 част. на миллион
Эксперимент 2b (см. табл. 8)
Каталитический поглотитель регенерировали опять и эксперимент осуществили опять при тех же самых условиях с использованием дважды регенерированного каталитического поглотителя.

Начальные уровни загрязняющих веществ
CO 11 част. на миллион
NO 29 част. на миллион
NO_x 33 част. на миллион
Эксперимент N 2c (см. табл. 9)
Каталитический поглотитель регенерировали опять и эксперимент осуществили опять при тех же условиях с использованием трижды регенерированного каталитического поглотителя.

Начальные уровни загрязняющих веществ
CO 9,05 част. на миллион
NO 26,0 част. на миллион
NO_x 32,0 част. на миллион
Эксперимент N 3 - первый опыт (см. табл. 10)
Этот эксперимент осуществили с использованием катализатора в виде монолитного стержня при условиях, установленных ниже. Среднечасовая скорость подачи составила 10000 час^-1.

Начальные уровни загрязняющих веществ были установлены при нулевой точке отсчета времени. Использовали только один блок каталитического поглотителя и температуру измеряли как раз перед каталитическим поглотителем.

Эксперимент N 3 - второй опыт (см. табл. 11)
Каталитический поглотитель регенерировали и эксперимент повторили опять при тех же условиях с использованием регенерированного каталитического поглотителя.

Эксперимент N 4 (см. табл. 12)
В последующем эксперименте исходный газ получили из скользящего потока отходящего газа турбины, как и в экспериментах N 1 и N 2.

Скорость подачи скользящего потока составила 18000 час^-1. Температура расположенной выше по потоку первой корзины составила 330^oF (165,56^oC), а расположенной ниже по потоку второй корзины - 300^oF (148,89^oC). Все измерения загрязняющих веществ представлены в частях на миллион.

Устройство
Для применения каталитического поглотителя, используемого для непрерывного уменьшения газообразных загрязняющих веществ в дымовых газах, необходимо устройство. Каталитический поглотитель приводят в контакт с дымовым газом и оставляют там до тех пор, пока уровни окиси углерода, оксидов азота и/или оксидов серы на выходе будут ниже установленных низких концентраций. Затем каталитический поглотитель выводят из контакта с дымовым газами для регенерации, при этом его заменяют свежим или предварительно регенерированным каталитическим поглотителем. Регенерированный каталитический поглотитель возвращают обратно для контактирования с дымовыми газами.

Устройство, применяемое при использовании каталитического поглотителя настоящего изобретения, может быть в виде колеса или карусели, одна часть которого находится в контакте с дымовым газом, а другая вне контакта с дымовым газом. В этом случае каталитический поглотитель устанавливают на колесе, и когда колесо вращается, он приходит в контакт и выходит из контакта с потоком дымовых газов. Альтернативно, устройство может представлять движущуюся непрерывную ленту с каталитическим поглотителем, расположенным на этой ленте. Альтернативно, псевдоожиженный слой алюминийоксидных сфер каталитического поглотителя может быть расположен в потоке дымового газа. В этом варианте незначительную часть каталитического поглотителя, например, один процент в минуту, непрерывно удаляют, регенерируют и возвращают. Для осуществления указанных здесь целей может быть использовано любое другое устройство, при этом выбор такого устройства зависит от особенностей применения.

Для специалистов в данной области очевидно, что без отклонения от сущности и области настоящего изобретения могут быть сделаны изменения и модификации описанного способа, устройства и методик. Предполагается, в что настоящее изобретение охвачено формулой изобретения, которая представлена здесь, и всеми ее вариантами, входящими в область соответствующих эквивалентов.

Формула изобретения

1. Материал для удаления газообразных загрязняющих веществ из отходящих газообразных продуктов сгорания, включающий разновидность катализатора окисления, выбранного из платины, палладия, родия, кобальта, никеля, железа, меди, молибдена или их сочетаний, расположенного на подложке с большой площадью поверхности, при этом каталитический компонент однородно и полностью покрыт поглощающим материалом, выбранным из гидроксида, карбоната, бикарбоната или их смеси щелочного или щелочноземельного металла или их смесей.

2. Материал по п.1, отличающийся тем, что разновидностью катализатора окисления является платина.

3. Материал по п.1, отличающийся тем, что концентрация разновидности катализатора окисления составляет 0,05 - 0,6% по весу относительно веса материала.

4. Материал по п.3, отличающийся тем, что концентрация разновидности катализатора окисления составляет 0,1 - 0,4% по весу относительно веса материала.

5. Материал по п.4, отличающийся тем, что концентрация разновидности катализатора составляет 0,15 - 0,3% по весу относительно веса материала.

6. Материал по п.1, отличающийся тем, что в качестве разновидности катализатора окисления используют более чем один элемент, при этом каждый из элементов имеет концентрацию 0,05 - 0,6% по весу.

7. Материал по п.1, отличающийся тем, что подложка с большой площадью поверхности содержит оксид алюминия, диоксид циркония, диоксид титана, диоксид кремния или сочетание из двух или нескольких из этих оксидов.

8. Материал по п.7, отличающийся тем, что подложка с большой площадью поверхности содержит оксид алюминия.

9. Материал по п.1, отличающийся тем, что площадь поверхности подложки составляет 50 - 350 м²/г.

10. Материал по п.9, отличающийся тем, что площадь поверхности подложки составляет 100 - 325 м²/г.

11. Материал по п.10, отличающийся тем, что площадь поверхности подложки составляет 200 - 300 м²/г.

12. Материал по п.1, отличающийся тем, что щелочной металл выбирают из группы, состоящей из лития, натрия и калия.

13. Материал по п.1, отличающийся тем, что, по крайней мере, часть поглотителя включает гидроксидное соединение.

14. Материал по п.1, отличающийся тем, что, по крайней мере, часть поглотителя включает бикарбонатное соединение.

15. Материал по п.1, отличающийся тем, что, по крайней мере, часть поглотителя включает карбонатное соединение.

16. Материал по п.1, отличающийся тем, что поглотитель содержит смеси гидроксидов, и/или бикарбонатов, и/или карбонизированных соединений.

17. Материал по п.15, отличающийся тем, что поглотитель состоит по существу из карбоната.

18. Материал по п.17, отличающийся тем, что поглотитель состоит по существу из карбоната натрия.

19. Материал по п.17, отличающийся тем, что поглотитель состоит по существу из карбоната калия.

20. Материал по п.17, отличающийся тем, что поглотитель состоит по существу из калия.

21. Материал по п.1, отличающийся тем, что поглотитель располагают на материале при концентрации 0,5 - 20% по весу относительно веса материала.

22. Материал по п. 21, отличающийся тем, что концентрация поглотителя составляет 5,0 - 15% по весу относительно веса материала.

23. Материал по п. 22, отличающийся тем, что концентрация поглотителя составляет около 10% по весу относительно веса материала.

24. Способ получения материала для удаления газообразных загрязняющих веществ, включающий осаждение разновидности катализатора, выбранного из платины, палладия, родия, кобальта, никеля, железа, меди, молибдена или их сочетаний, из раствора на подложку с большой площадью поверхности, сушку подложки и осаждение из раствора на разновидность катализатора окисления поглощающего материала, выбранного из гидроксида, карбоната или бикарбоната и их смеси щелочного или щелочноземельного металла или их смесей, и сушку подложки вследствие покрытия разновидности катализатора окисления упомянутым поглотителем.

25. Способ по п. 24, отличающийся тем, что разновидность катализатора окисления после нанесения активируют.

26. Способ по п. 24, отличающийся тем, что разновидность катализатора окисления после нанесения сушат.

27. Способ по п. 24, отличающийся тем, что разновидность катализатора окисления после нанесения и сушки прокаливают.

28. Способ по п.27, отличающийся тем, что подложка для каталитического поглотителя представляет неорганический материал с большой площадью поверхности, имеющий форму, выбранную из сферы, сплошного цилиндра, полого цилиндра, звездообразной формы и формы колеса.

29. Способ по п.27, отличающийся тем, что подложку с большой площадью поверхности наносят на металлическую матричную структуру.

30. Способ по п.27, отличающийся тем, что подложку с большой площадью поверхности наносят на керамическую матричную структуру.

31. Способ по п. 27, отличающийся тем, что металлическую матричную структуру покрывают материалом с большой площадью поверхности и покрытие стабилизируют прокаливанием.

32. Способ по п.27, отличающийся тем, что поглощающий материал наносят на поверхность разновидности стабилизированного катализатора окисления из раствора, содержащего растворитель, и затем растворитель удаляют.

33. Способ по п. 27, отличающийся тем, что поглотитель наносят на поверхность разновидности стабилизированного катализатора окисления из водного раствора и сушат.

34. Способ по п.24, отличающийся тем, что разновидность катализатора окисления включает платину.

35. Способ по п.34, отличающийся тем, что поглотитель включает карбонат.

36. Способ по п.35, отличающийся тем, что поглотитель включает карбонат щелочного металла.

37. Материал по п.1, отличающийся тем, что подложку с большой площадью поверхности наносят на керамическую или металлическую матричную структуру.

38. Материал по п.37, отличающийся тем, что керамическая или металлическая матричная структура включает монолит.

39. Материал по п.38, отличающийся тем, что матричная структура включает металлический монолит.

40. Материал по п.39, отличающийся тем, что подложка с большой площадью поверхности включает оксид алюминия.

41. Материал по п.40, отличающийся тем, что разновидность катализатора окисления включает платину, а упомянутый поглощающий материал включает карбонат.

42. Материал по п.1, отличающийся тем, что поглощающее покрытие прилегает к разновидности катализатора окисления.

43. Материал по п.1, отличающийся тем, что разновидность катализатора окисления прилегает к подложке.

44. Способ удаления оксидов азота, окиси углерода и оксидов серы из отходящих газов турбины, включающий стадии: обеспечения каталитического поглотителя, включающего подложку из оксида алюминия, платиновое покрытие на подложке из оксида алюминия и слой карбонатной соли, контактирования воздуха с каталитическим поглотителем при температуре, равной, по крайней мере, 150^oF (65,56^oC), вследствие чего оксид азота, окись углерода и оксиды серы окисляют и затем поглощаются каталитическим поглотителем до тех пор, пока каталитический поглотитель станет, по крайней мере, частично насыщенным.

45. Способ по п.44, отличающийся тем, что температура находится в диапазоне 200 - 400^oF (93,33 - 204,44^oC).

46. Способ по п.45, отличающийся тем, что температура находится в диапазоне 300 - 365^oF (148,89 - 185^oC).

47. Способ по п.44, отличающийся тем, что платину размещают на катализаторе в количестве около 0,23 вес.% относительно веса оксида алюминия.

48. Способ по п.44, отличающийся тем, что карбонат представляет карбонат натрия и его размещают на катализаторе в количестве около 10 вес.% относительно веса оксида алюминия.

49. Способ по п.44, отличающийся тем, что каталитический поглотитель состоит из алюминийоксидных сфер, имеющих площадь поверхности, выбранную из площади поверхности от 50 до 350 м²/г.

50. Способ по п. 44, отличающийся тем, что каталитический поглотитель включает множество алюминийоксидных сфер, расположенных в контейнере из проволочной сетки.

51. Способ по п. 44, отличающийся тем, что каталитический поглотитель после истощения регенерируют.

52. Способ по п.44, отличающийся тем, что включает, кроме того, стадии удаления поглотителя из газового потока и обеспечения нового поглотителя, когда уровень газообразных загрязняющих веществ возрастет до предварительно определенного уровня.

53. Устройство для поддержания каталитического поглотителя и контактирования каталитического поглотителя с отходящими газообразными продуктами сгорания, содержащее средства для удаления отработанного каталитического поглотителя от контакта с газообразными продуктами сгорания, и, в то же время, для подачи эквивалентного количества нового или регенерированного каталитического поглотителя с целью контактирования с газообразными продуктами сгорания, чтобы поддержать установленный предел концентрации загрязняющих веществ на выходе, отличающееся тем, что устройство содержит материал по п. 1.

54. Устройство по п.53, отличающееся тем, что оно имеет форму колеса.

55. Устройство по п.53, отличающееся тем, что оно имеет вид карусели.

56. Устройство по п.53, отличающееся тем, что оно является устройством с псевдоожиженным слоем.

57. Устройство по п.56, отличающееся тем, что оно имеет два или несколько слоев, которые альтернативно используют для поглощения загрязняющих газов и регенерируют.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12