СПОСОБ И УСТАНОВКА ДЛЯ ОЧИСТКИ ХВОСТОВОГО ГАЗА Российский патент 2019 года по МПК B01D53/56 B01D53/72 B01D53/14 B01D53/86 B01D53/75 C07C203/00 

ОБЛАСТЬ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к способам и установкам для очистки хвостового газа, содержащего оксиды азота и алкилнитриты.

ПРЕДПОСЫЛКИ К СОЗДАНИЮ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Под оксидами азота (NO_x) в основном подразумеваются NO₂ и NO. NO_x могут стимулировать работу легких и привести к повреждению легких. NO_x также могут снижать уровень видимости в атмосфере. Кроме того, NO_x вступают в реакцию с присутствующей в воздухе водой, образуя при этом кислотные дожди, что приводит к ухудшению состояния окружающей среды. Метилнитрит (MN) является легковоспламеняющимся и взрывоопасным газом, обладающим сильной токсичностью. После вдыхания MN может при контакте с присутствующими в крови красными кровяными клетками образовывать метгемоглобин, вследствие чего такие красные кровяные клетки теряют способность переносить кислород. По механизму своего токсичного действия MN подобен монооксиду углерода (СО), но он значительно токсичней, чем СО. Поэтому необходимо производить очистку содержащих NO_x и алкилнитриты (RONO) хвостовых газов путем удаления из них NO_x, снижая его концентрацию до уровня, удовлетворяющего соответствующим экологическим нормам, с одновременным преобразованием присутствующего в таких хвостовых газах MN перед сбросом их в атмосферу. В уровне техники известен способ очистки хвостового газа, содержащего оксиды азота и алкилнитрит, раскрытый, например, в документе CN 101095997.

Однако сохраняется потребность в простом, низкоэнергозатратном и эффективном способе очистки газов, содержащих оксиды азота и алкилнитриты, и оборудовании, предназначенном для очистки таких газов.

ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В рамках настоящего изобретения предлагается способ очистки хвостового газа, содержащего оксиды азоты и алкилнитриты.

При этом предлагается способ очистки хвостового газа, содержащего оксиды азота и алкилнитриты. Этот способ включает (а) введение хвостового газа в присутствии кислорода в контакт с эффективным количеством алкилового спирта для осуществления абсорбции алкилнитрита с получением таким образом абсорбированного газа; (b) введение абсорбированного газа в присутствии эффективного количества катализатора в контакт с восстановительным газом для снижения уровня оксидов азота с получением таким образом абсорбированного и восстановленного газа; и (с) промывку абсорбированного и восстановленного газа с получением таким образом очищенного хвостового газа.

Содержание оксидов азота в таком очищенном хвостовом газе может составлять менее 50 ч. на млн. Содержание алкилнитритов в таком очищенном хвостовом газе может составлять менее 10 ч. на млн.

Молярное отношение оксидов азота на этапе (а) к кислороду на этапе (а) может составлять от 1:10 до 10:1. Молярное отношение алкилового спирта на этапе (а) к алкилнитритам на этапе (а) может составлять от 1:1 до 100:1. Упомянутый алкиловый спирт может быть выбран из группы, состоящей из метанола, этанола, пропанола и бутанола.

Этап (а) может осуществляться при рабочем давлении от 0,1 до 1,0 МПа. Этап (а) может осуществляться при рабочей температуре от -30°С до 90°С.

Этап (а) может осуществляться в первой абсорбционной колонне (1). Первой абсорбционной колонной (1) может быть насадочная колонна, промывочная колонна либо оросительная колонна.

Молярное отношение восстановительного газа к оксидам азота на этапе (b) может составлять от 1:1 до 10:1. Сам восстановительный газ может содержать Н₂, СО, NH₃ либо их сочетание. Упомянутый катализатор может содержать Pd, Pt, Cu, Rh либо их сочетание.

Этап (b) может осуществляться при температуре от 50°С до 500°С. Этап (b) может осуществляться под давлением от 0 до 1 МПа изб. (от 0 до 10 бар изб.). Этап (b может осуществляться при объемной скорости газа от 50 до 10000 час^-1.

Этап (b) может осуществляться в реакторе. Таким реактор может быть реактор с неподвижным слоем.

Упомянутый абсорбированный и восстановленный газ на этапе (с) может быть подвергнут промывке водой либо алкиловым спиртом. Используемым на этапе (с) алкиловым спиртом может быть метанол, этанол, пропанол либо бутанол. Алкиловый спирт, используемый на этапе (с), может быть идентичен алкиловому спирту, используемому на этапе (а). Молярное отношение алкилового спирта либо воды на этапе (с) к алкилнитритам на этапе (а) может составлять от 1:1 до 1000:1.

Этап (с) может осуществляться во второй абсорбционной колонне (2). Второй абсорбционной колонной (2) может быть насадочная колонна, промывочная колонна либо оросительная колонна.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На фиг. 1 отображен способ и установка абсорбции и удаления присутствующих в газе оксидов азота (NO_x) и алкилнитритов в соответствии с одним из вариантов осуществления данного изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Данное изобретение относится к способу очистки хвостового газа, содержащего оксиды азота (NOx) и алкилнитриты (RONO). Настоящее изобретение было разработано на основании совершенного его авторами неожиданного открытия новейшего способа очистки, позволяющего удалять RONO и NO_x из хвостового газа, соответственно, посредством абсорбции алкиловым спиртом и посредством реакции каталитического восстановления до такой степени, что содержание NO_x в очищенном таким образом хвостовом газе ниже 50 ч. на млн., а содержание в нем RONO ниже 10 ч. на млн. Также здесь предлагается установка, в которой реализуется указанный способ очистки.

При этом предлагается способ очистки хвостового газа. В этом хвостовом газе присутствуют оксиды азота (NO_x) и алкилнитриты (RONO). Указанный способ включает введение хвостового газа в контакт с эффективным количеством алкилового спирта в присутствии кислорода для осуществления абсорбции алкилнитрита, введение полученного в результате этого абсорбированного газа в контакт с восстановительным газом в присутствии эффективного количества катализатора для снижения уровня оксидов азота, и промывку полученного в результате этого абсорбированного и восстановленного газа. В результате получается очищенный хвостовой газ.

К оксидам азота относятся, например, монооксид азота (NO) и диоксид азота (NO₂). Начальное содержание оксидов азота в таком хвостовом газе может составлять более 50000 либо 100000 ч. на млн. В очищенном же хвостовом газе содержание оксидов азота может быть менее примерно 60, 55, 50, 45, 40, 35, 30, 25, 20, 15 или 10 ч. на млн., предпочтительно менее примерно 50 ч. на млн.

К алкилнитритам относятся, например, метилнитрит (MN) и этилнитрит. В очищенном хвостовом газе содержание алкилнитритов может быть менее примерно 20, 15, 14, 13, 12, 11, 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2 или 1 ч. на млн., предпочтительно менее примерно 10 ч. на млн.

На этапе абсорбции алкилнитритов молярное соотношение оксидов азота к кислороду может составлять от примерно 1:10 до примерно 10:1, предпочтительно от примерно 1:5 до примерно 5:1, а более предпочтительно от примерно 1:2 до примерно 2:1.

Молярное соотношение алкилового спирта к алкилнитритам может составлять от примерно 1:1 до примерно 100:1, предпочтительно от примерно 2:1 до примерно 50:1, а более предпочтительно от примерно 5:1 до примерно 30:1. Упомянутый алкиловый спирт может быть выбран из группы, в которую входят метанол, этанол, пропанол и бутанол.

Этап абсорбции алкилнитритов может осуществляться при рабочем давлении примерно от 0,1 до 1,0 МПа, предпочтительно примерно от 0,1 до 0,7 МПа, а более предпочтительно примерно от 0,1 до 0,3 МПа.

Этап абсорбции алкилнитритов может осуществляться при рабочей температуре от примерно -30°С до примерно 90°С, предпочтительно от примерно -10°С до примерно 60°С, а более предпочтительно от примерно 0°С до примерно 50°С.

Этап абсорбции алкилнитритов может осуществляться в абсорбционной колонне (1), функцию которой может выполнять насадочная колонна, промывочная колонна либо оросительная колонна.

На этапе восстановления молярное соотношение восстанавливающего газа к оксидам азота может составлять от примерно 1:1 до примерно 10:1, предпочтительно от примерно 1:1 до примерно 5:1, а более предпочтительно от примерно 1:1 до примерно 3:1. Сам восстановительный газ может содержать H₂, СО, NH₃ либо их сочетание. Упомянутый катализатор может содержать Pd, Pt, Cu, Rh либо их сочетание.

Этап восстановления может осуществляться при температуре примерно от 50 до 500°С, предпочтительно примерно от 100 до 450°С, а более предпочтительно примерно от 150 350°С. Этап восстановления может осуществляться под давлением примерно от 0 до 1 Мпа изб. (от 0 до 10 бар изб.), предпочтительно примерно 0 до 0,8 Мпа изб. (от 0 до 8 бар изб.), а более предпочтительно примерно 0 до 0,5 Мпа изб. (от 0 до 5 бар изб.). Этап восстановления может осуществляться при объемной скорости газа примерно от 50 до 10000 час^-1, предпочтительно примерно от 70 до 5000 час^-1, а более предпочтительно от 100 до 2000 час^-1.

Этап восстановления может осуществляться в реакторе. Таким реактор может быть реактор с неподвижным слоем.

На этапе промывки абсорбированный и восстановленный газ может быть подвергнут промывке водой либо алкиловым спиртом. Используемым на этапе промывки алкиловым спиртом может быть метанол, этанол, пропанол либо бутанол. Алкиловый спирт, используемый на этапе промывки, может быть идентичен алкиловому спирту, используемому на этапе абсорбции. Молярное соотношение алкилового спирта либо воды, используемых на этапе промывки, к алкилнитритам, задействованным на этапе абсорбции, может составлять от примерно 1:1 до примерно 1000:1, предпочтительно от примерно 2:1 до примерно 500:1, а более предпочтительно от примерно 5:1 до примерно 300:1.

Этап промывки может осуществляться во второй абсорбционной колонне (2). Второй абсорбционной колонной (2) может быть насадочная колонна, промывочная колонна либо оросительная колонна.

Также предлагается установка очистки хвостового газа, содержащего оксиды азота и алкилнитриты. Данная установка состоит из первой абсорбционной колонны (1), реактора и второй абсорбционной колонны (2). В первой абсорбционной колонне (1) на хвостовой газ в присутствии кислорода оказывается воздействие эффективным количеством алкилового спирта с целью осуществления абсорбции алкилнитритов, в результате чего образуется абсорбированный газ. В реакторе на абсорбированный газ в присутствии эффективного количества катализатора оказывается воздействие восстановительным газом с целью снижения уровня оксидов азота, в результате чего образуется абсорбированный и восстановленный газ. Во второй абсорбционной колонне (2) абсорбированный и восстановленный газ подвергается промывке. В результате получаются очищенный хвостовой газ.

Первой абсорбционной колонной (1) может быть насадочная колонна, промывочная колонна либо оросительная колонна. Таким реактор может быть реактор с неподвижным слоем. Второй абсорбционной колонной (2) может быть насадочная колонна, промывочная колонна либо оросительная колонна.

Термин «примерно», используемый в настоящем документе при упоминании измеряемого значения, например, количества, процента и тому подобного, предназначен для охвата отклонений в пределах ±20% либо ±10%, более предпочтительно - ±5%, еще более предпочтительно - ±1% и еще более предпочтительно - ±0,1% от указанного значения, поскольку такие отклонения соответствуют норме.

Образец 1. Очищенный газ 1

Хвостовой газ подвергся очистке, в результате чего образовался очищенный газ 1. Газ, содержащий оксиды азота (NO_x) и метилнитрит (MN), вместе с воздушной смесью был введен в первую промывочную колонну. Молярное соотношение NO_x к кислороду (O₂) в воздушной смеси составляло 1:10. Для абсорбции MN был введен метанол, молярное соотношении которого к MN при этом составляло 1:1. Рабочее давление составляло 0,1 МПа. Рабочая температура составляла -30°С. Газ, поступавший из верхней части абсорбционной колонны, вместе с водородом (Н₂) направлялся в реактор с неподвижным слоем, оборудованный содержащим Pt катализатором, для осуществления каталитического восстановления в присутствии восстановительного газа при молярном соотношении восстановительного газа к NO_x на уровне 1:1. Температура реакции составляла 500°С. Давление реакции составляло 0 бар изб. Объемная скорость газа составляла 50 час^-1. Из реактора с неподвижным слоем восстановленный газ направлялся во вторую промывочную колонну для осуществления перед процедурой очистки промывки водой при молярном соотношении воды к метилнитрату на уровне 1000:1, а после промывки использованная вода сбрасывалась в виде сточных вод. Газ, поступавший из верхней части промывочной колонны, представлял собой очищенный газ 1. Затем очищенный газ 1 был подвергнут очистке сжиганием.

В таблице 1 приведены данные по основным технологическим условиям, применявшимся для получения очищенного газа 1, а также значения содержания метилнитрита на уровне 8 ч. на млн. и содержания NOx на уровне 43 ч. на млн.

Образец 2. Очищенный газ 2

Хвостовой газ подвергся очистке, в результате чего образовался очищенный газ 2. Газ, содержащий оксиды азота (NO_x) и этилнитрит, вместе с воздушной смесью был введен в первую насадочную колонну. Молярное соотношение NO_x к кислороду (О₂) в воздушной смеси составляло 10:1. Для абсорбции этилнитрита был введен этанол, молярное соотношении которого к этилнитриту при этом составляло 100:1. Рабочее давление составляло 1,0 МПа. Рабочая температура составляла 90°С. Газ, поступавший из верхней части насадочной колонны, вместе с СО запускался в реактор с неподвижным слоем, оборудованный катализатором на основе Pt, для осуществления каталитического восстановления в присутствии восстановительного газа при молярном соотношении восстановительного газа к NO_x на уровне 10:1. Температура реакции составляла 50°С.Давление реакции составляло 1 Мпа изб. (10 бар изб.). Объемная скорость газа составляла 10000 час^-1. Восстановленный газ направляли во вторую насадочную колонну для осуществления перед процедурой очистки промывки этанолом при молярном соотношении этанола к присутствовавшему в хвостовом газе этилнитриту на уровне 1:1, а после промывки использованный этанол вводился в первую насадочную колонну для повторного использования на этапе абсорбции. Газ, поступавший из верхней части промывочной колонны, представлял собой очищенный газ 2. Затем очищенный газ 2 был подвергнут очистке сжиганием.

В таблице 1 приведены данные по основным технологическим условиям, применявшимся для получения очищенного газа 2, а также значения содержания метилнитрита на уровне 9 ч. на млн. и содержания оксида азота на уровне 43 ч. на млн.

Образец 3. Очищенные газы от 3 до 6 и сравнительные образцы газа от 1 до 3

Были проведены дополнительные исследования на предмет очистки хвостового газа, содержащего оксид азота и алкилнитрит, по способу, описанному в примере, за исключением отличных условий, указанных в таблице 1. В таблице 1 приведены данные по технологическим условиям, применявшимся для получения очищенных газов от 3 до 6 и сравнительных образцов газа от 1 до 3, а также значения содержания в них метилнитрита и оксида азота.

Хотя заявленное изобретение проиллюстрировано и описано в настоящем документе с упоминанием конкретных варианты осуществления, оно никак не ограничивается продемонстрированными характеристиками. Наоборот, в эти характеристики в пределах объема и диапазона эквивалентов формулы изобретения могут вноситься различные изменения без отступления от самого изобретения.

Данное изобретение относится к способу очистки хвостового газа, содержащего оксиды азота и алкилнитриты. Указанный способ включает введение хвостового газа в присутствии кислорода в контакт с эффективным количеством алкилового спирта для осуществления абсорбции алкилнитрита, введение полученного в результате этого абсорбированного газа в присутствии катализатора в контакт с восстановительным газом для снижения уровня оксидов азота, а также промывку абсорбированного и восстановленного газа, с получением таким образом очищенного хвостового газа. Также предлагается установка очистки хвостового газа, содержащего оксиды азота и алкилнитриты. Очищенный хвостовой газ имеет низкое содержание оксида азота и низкое содержание алкилнитрита. Изобретение позволяет повысить эффективность очистки хвостового газа. 18 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

1. Способ очистки хвостового газа, содержащего оксиды азота и алкилнитрит, включающий:

(a) введение хвостового газа в присутствии кислорода в контакт с эффективным количеством алкилового спирта для осуществления абсорбции алкилнитрита с получением таким образом абсорбированного газа;

(b) введение абсорбированного газа в присутствии эффективного количества катализатора в контакт с восстановительным газом для снижения уровня оксидов азота с получением таким образом абсорбированного и восстановленного газа; и

(c) промывку абсорбированного и восстановленного газа с получением таким образом очищенного хвостового газа; причем

указанный катализатор содержит Pd, Pt, Cu, Rh или их сочетание;

этап (b) осуществляют при температуре от 50 до 500°С;

этап (b) осуществляют при объемной скорости газа от 50 до 10000 час^-1;

абсорбированный и восстановленный газ на этапе (с) подвергают промывке водой или алкиловым спиртом.

2. Способ по п. 1, в котором содержание оксида азота в очищенном хвостовом газе составляет менее 50 ч. на млн.

3. Способ по п. 1, в котором содержание алкилнитрита в очищенном хвостовом газе составляет менее 10 ч. на млн.

4. Способ по п. 1, в котором молярное соотношение оксидов азота к кислороду на этапе (а) составляет от 1:10 до 10:1.

5. Способ по п. 1, в котором молярное отношение алкилового спирта на этапе (а) к алкилнитритам на этапе (а) составляет от 1:1 до 100:1.

6. Способ по п. 1, в котором алкиловый спирт выбран из группы, состоящей из метанола, этанола, пропанола и бутанола.

7. Способ по п. 1, в котором этап (а) осуществляют при рабочем давлении от 0,1 до 1,0 МПа.

8. Способ по п. 1, в котором этап (а) осуществляют при рабочей температуре от -30 до 90°С.

9. Способ по п. 1, в котором этап (а) осуществляют в первой абсорбционной колонне.

10. Способ по п. 9, в котором первая абсорбционная колонна представляет собой насадочную колонну, промывочную колонну либо оросительную колонну.

11. Способ по п. 1, в котором молярное соотношение восстановительного газа к оксидам азота на этапе (b) составляет от 1:1 до 10:1.

12. Способ по п. 1, в котором восстановительный газ содержит Н₂, СО, NH₃ или их сочетание.

13. Способ по п. 1, в котором этап (b) осуществляют под давлением от 0 до 1 МПа изб. (от 0 до 10 бар изб.).

14. Способ по п. 1, в котором этап (b) осуществляют в реакторе.

15. Способ по п. 14, в котором указанный реактор представляет собой реактор с неподвижным слоем.

16. Способ по п. 1, в котором молярное отношение алкилового спирта на этапе (с) к алкилнитриту на этапе (а) составляет от 1:1 до 1000:1.

17. Способ по п. 1, дополнительно включающий введение алкилового спирта после этапа (с) в этап (а).

18. Способ по п. 1, в котором этап (с) осуществляют во второй абсорбционной колонне.

19. Способ по п. 18, в котором вторая абсорбционная колонна представляет собой насадочную колонну, промывочную колонну либо оросительную колонну.