СПОСОБ КОМПЛЕКСНОЙ ОЧИСТКИ ГАЗООБРАЗНЫХ ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ
METHOD OF COMPLEX TREATMENT OF GASEOUS PRODUCTS OF COMBUSTION

Изобретение относится к способу обработки газообразных продуктов сгорания, более конкретно, к способу для очистки подобных продуктов и может быть использовано для систем очистки от токсичных компонентов выхлопных газов и отходящих производственных вентиляционных выбросов, в частности для очистки выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания.
Известен способ каталитической очистки отходящих газов от оксидов азота при повышенной температуре с применением аммиака и использованием катализатора, содержащего активный компонент в виде отхода промышленного производства и глину, в качестве активного компонента используют шлам сточных вод тепловых электростанций, образующийся при промывке котлоагрегатов, а катализатор дополнительно содержит мазут. (Патент РФ 2111045, МПК B01D 53/86, опубл. 20.05.1998., Сухарников А.Е., Махоткин А.Ф., Шамсивалеев М.Г., Бирюков В.В., Шкедов В.М., Устимец А.А., Хайруллин Р.Г., Будилкин В.В. «Способ каталитической очистки газов от оксидов азота»).
Недостатком данного способа является низкая степень качества очистки газообразных продуктов сгорания.
Известен способ очистки газообразных продуктов сгорания, состоящий в охлаждении газообразных продуктов сгорания до температуры конденсации, отделении образованной жидкости и ее утилизации (Патент РФ №2258148, МПК F01N 3/04, опубл. 10.08.2005. Бруззо Виталь «Способ и устройство очистки газообразных продуктов сгорания»).
Недостатком данного способа является низкая степень качества очистки выхлопных газов.
Данное техническое решение выбрано авторами в качестве прототипа.
Техническим результатом является повышение степени очистки газообразных продуктов сгорания.
Технический результат достигается тем, что в способе очистки газообразных продуктов сгорания, заключающемся в охлаждении газообразных продуктов сгорания до температуры конденсации, отделении образованной жидкости и ее утилизации, первоначально отделяют из газообразных продуктов сгорания мелкодисперсные частицы сажи и аэрозоли, а газообразные продукты сгорания охлаждают до значений температуры, давления и удельного объема меньше критических, образуя жидкую фазу углеводородов и отделяя ее, остальные газообразные продукты сгорания нейтрализуют, образуя в них фазу паров воды, затем газообразные продукты сгорания охлаждают до твердой фазы воды, которую отделяют, далее остатки газообразных продуктов сгорания охлаждают до твердой фазы диоксида углерода, которую отделяют от продуктов сгорания, причем жидкую фазу углеводородов, твердые фазы воды и диоксида углерода утилизируют, а остатки газообразных продуктов сгорания выпускают в атмосферу.
Первоначальное отделение мелкодисперсных частиц сажи и аэрозолей позволяет уменьшить содержание твердых частиц в продуктах сгорания и облегчить устранение вредных газообразных продуктов сгорания. Конденсация углеводородов позволяет образовать жидкие углеводороды и легко отделить их. Нейтрализация позволяет уменьшить содержание оксидов азота в продуктах сгорания. Кристаллизация паров воды позволяет образовать лед и отделить его от газообразных продуктов сгорания. Кристаллизация диоксида углерода позволяет образовать сухой лед и отделить его от газообразных продуктов сгорания.
Способ очистки газообразных продуктов сгорания от вредных компонентов реализуется через следующие технологические операции:
- охлаждение отработавших газов;
- отделение мелкодисперсных частиц сажи и аэрозолей;
n
m
- конденсация углеводородов CH;
x
- нейтрализация оксидов азота NO;
2
- кристаллизация паров воды HO;
2
- кристаллизация диоксида углерода CO.
n
m
При реализации данного способа газообразные продукты сгорания предварительно охлаждают. Охлажденный газ пропускают, например, через уловитель мелкодисперсных частиц сажи и аэрозолей, в результате чего происходит очистка отработавших газов от твердых частиц. Затем газообразные продукты сгорания охлаждают и сжимают до значений температуры, давления и удельного объема меньше критических. В результате чего несгоревшие углеводороды CH переходят из газообразной фазы в жидкую. Критические параметры углеводородов представлены в таблице 1. Образованная жидкость отводится от газообразных продуктов сгорания.
Таблица 1
Наименование газа
Критическое давление, МПа
Критическая температура, °C
Плотность при критическом давлении и температуре, кг/м<sup>-1</sup>
Метан CH<sub>4</sub>
4,64
-82,5
162
Этан C<sub>2</sub>H<sub>6</sub>
4,86
32,1
200
Пропан C<sub>3</sub>H<sub>8</sub>
4,07
96,8
226
Бутан C<sub>4</sub>H<sub>10</sub>
3,55
152,1
228
Пентан C<sub>5</sub>H<sub>12</sub>
3,3
197,2
232
x
3
3
2
2
2
2
2
После отделения жидкой фазы углеводородов производят нейтрализацию оксидов азота NO. Нейтрализацию осуществляют, например, путем добавления в поток отработавших газов аммиака NH. В этом случае аммиак NH реагирует с ОН, образуя NH; NO реагирует с NH, образуя воду и N (или NO, что также в конечном итоге приводит к образованию N). Наиболее важные элементы реакции этого процесса:
3
2
2
NH+H→NH+H
3
2
NH+О→NH+ОН
3
2
2
NH+OH→NH+HO
2
2
NH+OH→NH+HO
2
2
NH+O→NHO+OH
2
2
3
NH+NH→NH+NH
2
2
2
NH+NO→N+HO
2
2
NH+OH→NH+OH
2
3
NH+HNO→NH+NO
3
HNO+H→NH+OH
HNO+M→H+NO+M
2
HNO+OH→NO+HO
2
2
NH+M→N+H+M
2
2
NH+NO→N+HNO
2
2
2
NH+OH→N+HO
2
2
2
2
2
Далее производят кристаллизацию паров воды HO. Газ охлаждают до температуры кристаллизации воды. Вода переходит из газообразной фазы в твердую. Образованные кристаллы льда отводят от газообразных продуктов сгорания. Далее производят кристаллизацию диоксида углерода CO. Газ охлаждают до температуры кристаллизации диоксида углерода CO и сжимают. В результате диоксид углерода переходит в твердую фазу. Образованные кристаллы диоксида углерода (сухого льда) отводят от продуктов сгорания. Температуры кристаллизации воды HO и диоксида углерода CO представлены в таблице 2.
Таблица 2
Наименование газа
Температура кристаллизации, °C
Водяной пар H<sub>2</sub>O
0
Диоксид углерода CO<sub>2</sub>
-57
После поочередного устранения всех вредных компонентов продуктов сгорания очищенный газ выпускают в атмосферу. Собранные жидкие углеводороды, лед и сухой лед утилизируют.
Предлагаемый способ очистки газообразных продуктов сгорания позволяет достигнуть устранения до 98% всех вредных веществ и обеспечить экологическую безопасность работы двигателей внутреннего сгорания и других энергетических установок.