СПОСОБ СНИЖЕНИЯ ОКСИДОВ АЗОТА И ОКСИДОВ СЕРЫ В ВЫХЛОПНОМ ГАЗЕ ИЗ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2016 года по МПК F01N3/20 B01D53/60 B01D53/94 

Описание патента на изобретение RU2584217C2

Данное изобретение относится к способу снижения количества оксидов азота и оксидов серы, присутствующих в выхлопном газе из двигателей внутреннего сгорания, с помощью восстанавливающего агента, такого как аммиак и мочевина. В частности, данное изобретение направлено на удаление таких соединений из выхлопных газов двигателей, работающих на топливе, имеющем высокое содержание серы.

Выброс оксидов азота вместе с выхлопными газами при работе стационарных конструкций и моторных средств передвижения в течение долгого времени является одной из основных экологических проблем. Вредное воздействие оксидов азота (NOx) и оксидов серы (SOx) хорошо известно.

В энергетической и автомобильной промышленности, особенно в выхлопных газах из двигателей, работающих на бедных смесях, восстановление NOx до азота (N2) обычно проводят с применением аммиака или мочевины в качестве восстанавливающих агентов над подходящим катализатором в процессе так называемого селективного каталитического восстановления (СКВ).

СКВ и катализаторы для применения в процессе восстановления описаны в известном уровне техники и не нуждаются в дополнительном описании.

Раньше удалению оксидов серы из выхлопного газа двигателя уделялось меньшее внимание, очевидно, из-за того, что содержание серы в выхлопном газе ниже существующих в настоящее время требований. Большая часть двигателей внутреннего сгорания в автомобильной промышленности работает на обессеренном топливе, и содержание серы в выхлопном газе ниже существующих в настоящее время требований или выбросы с высокими содержаниями, которые соответствуют природному уровню серы в нефтяном топливе, являются приемлемыми.

В настоящее время большие двигатели внутреннего сгорания для стационарного применения и применяемые на борту морских судов работают на топливе с высоким содержанием серы.

В качестве примера можно привести, что не существует операционного технического решения для процесса селективного каталитического восстановления DeNOx (SCR DeNOx) в сочетании с двигателями внутреннего сгорания, заправляемыми тяжелым дизельным топливом (ТДП) с содержанием серы более 1%.

Такие двигатели обычно оборудованы турбокомпрессорами для улучшения эффективности двигателя.

Очистка выхлопного газа из турбонагнетаемых двигателей внутреннего сгорания является проблематичной по следующим причинам.

Аммиак, являясь обычным восстанавливающим агентом, применяемым в СКВ газов NOx, взаимодействует с оксидом серы, также присутствующим в выхлопном газе, особенно в выхлопном газе из двигателей, заправляемых ТДП. Реакционными продуктами являются сульфат аммония или бисульфат аммония, который конденсируется на катализаторе СКВ и ингибирует катализатор при контакте с аммиаком, если температура выхлопного газа меньше определенного предела.

Температура выхлопного газа обычно составляет от 330 до 500°C сразу же после выхода из двигателя. Эта температура значительно больше температуры конденсации сульфатов.

Относительно высокая температура, тем не менее, означает, что некоторые из SO2 в выхлопном газе окисляются до SO3, проходя через СКВ катализатор. Образовавшийся SO3 вместе с SO3, уже присутствующим на выходе выхлопной системы двигателя, приводит к образованию кислотного шлейфа, если их не уловить в линии оборудования для обработки выхлопного газа.

После прохождения через турбину турбокомпрессора температура выхлопа снижается до температуры ниже температуры конденсации, что вызывает указанные выше проблемы.

Таким образом, основным объектом данного изобретения является способ объединенного восстановления NOx и SOx из турбонагнетаемых двигателей внутреннего сгорания, не имеющий указанных выше проблем.

Главной характеристикой данного изобретения является применение избыточного количества аммиака в выхлопном газе по сравнению с количеством, необходимым для СКВ, чтобы улавливать SO3 в виде сульфата аммония или бисульфата аммония в линии оборудования, установленной далее, или количества аммиака для создания низкого проскока из СКВ, чтобы SO3 мог улавливаться в виде H2SO4 в мокром газоочистителе.

Следовательно, в данном изобретении представлен способ снижения количества оксидов азота и серы в выхлопном газе из двигателя внутреннего сгорания, работающего на бедных смесях, включающий пропускание выхлопного газа вместе с отрегулированным количеством аммиака через каталитическую систему, содержащую один или более катализаторов, активных в отношении реакции с оксидами азота с получением азота, где в выхлоп вводят сам аммиак или аммиак образуется после введения в выхлопной газ до пропускания выхлопного газа через каталитическую систему;

пропускание обработанного таким образом выхлопного газа через турбину в турбокомпрессоре; и

удаление триоксида серы и/или аммониевых соединений серы, присутствующих в выхлопе из турбокомпрессора, на последующей стадии обработки выхлопного газа, где

выхлопной газ пропускают через каталитическую систему при температуре выше температуры конденсации аммониевых соединений серы, образованных по реакции с аммиаком в выхлопном газе, и где количество аммиака в выхлопном газе регулируют таким образом, чтобы получить количество менее 2 част./млн объемных или более 10 част./млн объемных после пропускания через каталитическую систему.

В конкретных вариантах выполнения, количество аммиака может составлять менее 0,5 част./млн объемных после пропускания через каталитическую систему.

При создании избытка аммиака по сравнению с количеством NOx, что приводит к проскоку аммиака, образовавшийся SO3 может улавливаться в виде бисульфата аммония (БСА) или сульфата аммония (СА). БСА и СА являются водорастворимыми соединениями и могут быть легко удалены очисткой водой в газоочистителе. БСА и СА также могут быть удалены с помощью оборудования для продувки сажи.

Газоочиститель оптимизирован для улавливания SO3. В таком альтернативном рабочем режиме проскок аммиака поддерживают на минимальном уровне для минимизации загрязнения установленного далее оборудования.

Если проскок аммиака из СКВ держится выше 10 част./млн объемных, бисульфат аммония и сульфат аммония конденсируются в паровом утилизаторе тепла отработавших газов либо на теплопередающих поверхностях, либо в виде твердых частиц в газовой фазе. Отложения, образовавшиеся на поверхностях в установленном далее оборудовании, могут быть удалены очисткой водой и/или в ходе продувки сажи, а частицы удаляют в установленном далее газоочистителе SOx.

В качестве альтернативы, проскок аммиака поддерживают низким (<2 част./млн), что означает, что загрязнение установленного далее оборудования бисульфатом аммония и сульфатом аммония минимизировано. Затем SO3 может быть удален в газоочистителе SOx, который оптимизирован для удаления SO3.

Аммиак для применения в соответствии с данным изобретением может подаваться в виде газообразного аммиака или посредством раствора мочевины, который разлагается до аммиака после впрыска в выхлопной газ.

Способ в соответствии с данным изобретением особенно подходит для двухтактных двигателей. Такие двигатели обычно применяют на борту морских судов, и их заправляют серосодержащим тяжелым дизельным топливом.

Пример

Двухтактный двигатель на морском судне выпускает 1500 част./млн (объемных) NOx, 750 част./млн (объемных) SO2 и 15 част./млн (объемных) SO3 на выходе из двигателя. Температура выхлопного газа двигателя на входе в устройство СКВ составляет от 330 до 500°C при избыточном давлении между 2 и 4 бар (бар изб.). После находящейся под давлением системы СКВ (до турбокомпрессора) уровень NOx снижается до 300 част./млн, но образуется дополнительно 30 част./млн SO3. Проскок аммиака после устройства СКВ доводят до более 20 част./млн, что вызывает образование и конденсацию бисульфата аммония и сульфата аммония в паровом утилизаторе тепла отработавших газов (он находится после турбокомпрессора) либо на теплопередающих поверхностях, либо в виде твердых частиц в газовой фазе. Отложения, образованные на поверхностях, могут быть удалены путем периодической очистки утилизатора водой, а частицы удаляют в установленном далее газоочистителе SOx. В альтернативном случае проскок аммиака поддерживают низким (<2 част./млн), что означает, что загрязнение установленного далее оборудования бисульфатом аммония и сульфатом аммония минимизируется. Затем SO3 может быть удален в газоочистителе SOx, который оптимизирован для удаления SO3.

Похожие патенты RU2584217C2

название год авторы номер документа
КАТАЛИТИЧЕСКИЙ ФИЛЬТР С ДВОЙНОЙ ФУНКЦИЕЙ 2012
  • Спрейцер Глен
  • Чаттерджи Сугато
  • Раджарам Радж Рао
  • Коллир Джилиан Элэйн
  • Миллингтон Пол Джеймс
  • Лароз Сильви Сесиль
RU2597090C2
КАТАЛИЗАТОРЫ ОБРАБОТКИ НЕСТАЦИОНАРНЫХ ВЫБРОСОВ NO 2012
  • Чандлер Гай Ричард
  • Грин Александр Николас Майкл
  • Мелвилл Джоанн Элизабет
  • Филлипс Пол Ричард
  • Рид Стюарт Дэвид
RU2586685C2
СПОСОБ СЕЛЕКТИВНОЙ КАТАЛИТИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ ВЫХЛОПНЫХ И ТОПОЧНЫХ ГАЗОВ ОТ ОКСИДОВ АЗОТА 2011
  • Кумпаненко Илья Владимирович
  • Рощин Александр Викторович
  • Эпинатьев Игорь Даниилович
  • Лейкин Юрий Алексеевич
RU2481890C1
КАТАЛИЗАТОР-АДСОРБЕР NOx 2018
  • Чэндлер, Гай Ричард
  • Филлипс, Пол Ричард
  • Притцвальд-Стегманн, Джулиан
  • Рид, Стюарт Дэвид
  • Штрелау, Вольфганг
RU2762194C2
КАТАЛИЗАТОРЫ ОБРАБОТКИ НЕСТАЦИОНАРНЫХ ВЫБРОСОВ NO 2010
  • Чандлер Гай Ричард
  • Грин Александр Николас Майкл
  • Мелвилл Джоанн Элизабет
  • Филлипс Пол Ричард
  • Рид Стюарт Дэвид
RU2582341C2
СПОСОБ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОГО СЕЛЕКТИВНОГО КАТАЛИТИЧЕСКОГО ВОССТАНОВЛЕНИЯ NO УГЛЕВОДОРОДАМИ, СИСТЕМА ВЫХЛОПА ДЛЯ ОБРАБОТКИ NO И УСТРОЙСТВО 2007
  • Кольер Джилиан Элайн
  • Блэкмен Филип Джеральд
  • Тингей Изабел Зоуи
  • Милингтон Пол Джеймс
  • Раджарам Радж Рао
  • Уокер Эндрю Питер
RU2442638C2
ТЕРМИЧЕСКИ РЕГЕНЕРИРУЕМЫЙ АДСОРБЕНТ ОКСИДОВ АЗОТА 2007
  • Мелвилл Джоанн Элизабет
  • Брисли Роберт Джеймс
  • Кин Орла
  • Филлипс Пауль Ричард
  • Маунтстивенс Элизабет Хазель
RU2436621C2
КАТАЛИЗАТОР-АДСОРБЕР NO 2017
  • Дюран-Мартин, Дезире
  • Максимович, Ребекка
  • Рэдклифф, Джонатан
  • Раджарам, Радж Рао
RU2755126C2
СПОСОБ И СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ВЫБРОСАМИ ОКСИДОВ АЗОТА ИЗ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2015
  • Нильссон Магнус
  • Биргерссон Хенрик
RU2670480C2
УСТОЙЧИВАЯ К СЕРЕ СИСТЕМА ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ ОБРАБОТКИ ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ ДЛЯ ОКИСЛЕНИЯ NO 2009
  • Деринг Андреас
RU2426894C2

Реферат патента 2016 года СПОСОБ СНИЖЕНИЯ ОКСИДОВ АЗОТА И ОКСИДОВ СЕРЫ В ВЫХЛОПНОМ ГАЗЕ ИЗ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Изобретение относится к снижению количества оксидов азота и оксидов серы, присутствующих в выхлопных газах. Способ снижения количества оксидов азота и серы в выхлопном газе из двигателя внутреннего сгорания, работающего на бедных смесях, включает пропускание выхлопного газа вместе с отрегулированным количеством аммиака через каталитическую систему, содержащую один или более катализаторов, активных в отношении реакции с оксидами азота с получением азота, где в выхлоп вводят сам аммиак или аммиак образуется после введения в выхлопной газ до пропускания выхлопного газа через каталитическую систему; пропускание обработанного таким образом выхлопного газа через турбину в турбокомпрессоре; удаление триоксида серы и/или аммониевых соединений серы, присутствующих в выхлопе из турбокомпрессора, на последующей стадии обработки выхлопного газа. Выхлопной газ пропускают через каталитическую систему при температуре выше температуры конденсации аммониевых соединений серы, образованных по реакции с аммиаком в выхлопном газе. Количество аммиака в выхлопном газе регулируют таким образом, чтобы получить количество менее 2 част./млн объемных или более 10 част./млн объемных после пропускания через каталитическую систему. Техническим результатом изобретения является эффективное снижение оксидов азота и серы в выхлопном газе из двигателя внутреннего сгорания, работающего на бедных смесях. 2 н. и 5 з.п. ф-лы.

Формула изобретения RU 2 584 217 C2

1. Способ снижения количества оксидов азота и серы в выхлопном газе из двигателя внутреннего сгорания, работающего на бедных смесях, включающий пропускание выхлопного газа вместе с отрегулированным количеством аммиака через каталитическую систему, содержащую один или более катализаторов, активных в отношении реакции с оксидами азота с получением азота, где в выхлоп вводят сам аммиак или аммиак образуется после введения в выхлопной газ до пропускания выхлопного газа через каталитическую систему;
пропускание обработанного таким образом выхлопного газа через турбину в турбокомпрессоре; и
удаление триоксида серы и/или аммониевых соединений серы, присутствующих в выхлопе из турбокомпрессора, на последующей стадии обработки выхлопного газа, где
выхлопной газ пропускают через каталитическую систему при температуре выше температуры конденсации аммониевых соединений серы, образованных по реакции с аммиаком в выхлопном газе, и где количество аммиака в выхлопном газе регулируют таким образом, чтобы получить количество менее 2 част./млн объемных или более 10 част./млн объемных после пропускания через каталитическую систему.

2. Способ по п. 1, в котором количество аммиака в выхлопном газе регулируют таким образом, чтобы получить количество менее 0,5 част./млн объемных после пропускания через каталитическую систему.

3. Способ по п. 1 или 2, в котором двигателем внутреннего сгорания является двухтактный двигатель.

4. Способ по любому из пп. 1 или 2, в котором последующая стадия обработки выхлопного газа включает промывание или газоочистку водой.

5. Способ по п. 4, в котором стадию обработки выхлопного газа проводят в паровом утилизаторе тепла отработавших газов и/или мокром газоочистителе.

6. Способ по п. 5, в котором паровой утилизатор тепла отработавших газов периодически промывают водой или очищают продувкой сажи.

7. Применение способа по одному из пп. 1-6 для снижения оксидов азота и серы в выхлопном газе из двигателя внутреннего сгорания, работающего на бедных смесях, установленного на борту морского судна.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2016 года RU2584217C2

US 4141959 A, 27.02.1979
US 2009304559 A1, 10.12.2009
US 2008072579 A1, 27.03.2008
US 4847054 A, 11.07.1989
US 6941742 B2, 13.09.2005.

RU 2 584 217 C2

Авторы

Тогерсен Иоаким Раймер

Тролле Хенрик

Даты

2016-05-20Публикация

2012-03-06Подача