СПОСОБ СНИЖЕНИЯ ОКСИДОВ АЗОТА И ОКСИДОВ СЕРЫ В ВЫХЛОПНОМ ГАЗЕ ИЗ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
METHOD FOR REDUCING NITROGEN OXIDES AND SULPHUR OXIDES IN EXHAUST GAS OF INTERNAL COMBUSTION ENGINE

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.
x
x
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 (NO) и оксидов серы (SO) хорошо известно.
x
2
В энергетической и автомобильной промышленности, особенно в выхлопных газах из двигателей, работающих на бедных смесях, восстановление NO до азота (N) 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.
2
3
3
3
Относительно высокая температура, тем не менее, означает, что некоторые из SO в выхлопном газе окисляются до SO, проходя через СКВ катализатор. Образовавшийся SO вместе с SO, 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.
x
x
Таким образом, основным объектом данного изобретения является способ объединенного восстановления NO и SO из турбонагнетаемых двигателей внутреннего сгорания, не имеющий указанных выше проблем.
3
3
2
4
Главной характеристикой данного изобретения является применение избыточного количества аммиака в выхлопном газе по сравнению с количеством, необходимым для СКВ, чтобы улавливать SO в виде сульфата аммония или бисульфата аммония в линии оборудования, установленной далее, или количества аммиака для создания низкого проскока из СКВ, чтобы SO мог улавливаться в виде HSO 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.
x
3
При создании избытка аммиака по сравнению с количеством NO, что приводит к проскоку аммиака, образовавшийся SO 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.
3
Газоочиститель оптимизирован для улавливания SO. В таком альтернативном рабочем режиме проскок аммиака поддерживают на минимальном уровне для минимизации загрязнения установленного далее оборудования.
x
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 SO.
3
x
3
В качестве альтернативы, проскок аммиака поддерживают низким (<2 част./млн), что означает, что загрязнение установленного далее оборудования бисульфатом аммония и сульфатом аммония минимизировано. Затем SO может быть удален в газоочистителе SO, который оптимизирован для удаления SO.
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
x
2
3
x
3
x
3
x
3
Двухтактный двигатель на морском судне выпускает 1500 част./млн (объемных) NO, 750 част./млн (объемных) SO и 15 част./млн (объемных) SO 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 NO снижается до 300 част./млн, но образуется дополнительно 30 част./млн SO. 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 SO. В альтернативном случае проскок аммиака поддерживают низким (<2 част./млн), что означает, что загрязнение установленного далее оборудования бисульфатом аммония и сульфатом аммония минимизируется. Затем SO может быть удален в газоочистителе SO, который оптимизирован для удаления SO.