СПОСОБ УДАЛЕНИЯ ОКСИДОВ АЗОТА ИЗ ГАЗА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПОДВЕРГНУТОГО ИОННОМУ ОБМЕНУ С ЖЕЛЕЗОМ ЦЕОЛИТНОГО КАТАЛИЗАТОРА
METHOD FOR REMOVING NITROGEN OXIDES FROM GAS USING ZEOLITE CATALYST SUBJECTED TO ION EXCHANGE WITH IRON

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к системам, предназначенным для удаления оксидов азота из газа.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
x
x
x
x
x
Удаление оксидов азота (NO) из газа представляет интерес по экологическим соображениям. Отходящий газ, образующийся в процессе горения, обычно содержит NO, поскольку азот и кислород, содержащиеся в использующемся в качестве окислителя воздухе, вступают в реакцию при высокой температуре проведения сгорания. Другим представляющим интерес случаем является удаление NO из остаточного газа, образующегося при производстве азотной кислоты. При производстве азотной кислоты остаточный газ обычно означает газообразный поток, извлекаемый из абсорбционной колонны, в которой NO абсорбируется водой с образованием азотной кислоты. Остаточный газ содержит остаточные количества NO, которые необходимо удалить перед выгрузкой газа.
x
x
2
2
Известной методикой удаления NO из газового потока является пропускание содержащего NO газа через слой подходящего катализатора с использованием аммиака в качестве восстановительного реагента. В присутствии аммиака оксиды азота подвергаются каталитическому восстановлению с образованием N и НО.
x
Добавление аммиака необходимо тщательно регулировать, чтобы обеспечить целевое удаление NO и при этом предотвратить проскок аммиака, т.е. выделение некоторого количества аммиака из слоя катализатора. Наличие аммиака в полученном газе, выходящем из слоя катализатора, является нежелательным, в особенности, если газ, выходящий из слоя катализатора, выпускают в атмосферу. Допустимое содержание аммиака в газе, выпускаемом в атмосферу, обычно является очень низким, например, 5 част./млн. В некоторых странах, выпуск аммиака в атмосферу может являться причиной для наложения штрафа.
x
Проскок аммиака может привести к образованию нежелательных соединений, таких как нитрит или нитрат аммония, которые могут повредить оборудование, использующееся для последующей обработки. Например, остаточный газ, образующийся при производстве азотной кислоты, находится под давлением и после удаления NO его обычно направляют в экспандер. Указанные выше соединения могут повредить экспандер.
КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
x
x
3
x
Согласно изобретению неожиданно было установлено, что проскок аммиака является неожиданно низким или пренебрежимо малым, если содержащий NOгазовый поток пропускают через удаляющий NO слой катализатора, содержащий подвергнутый ионному обмену с железом цеолитный катализатор, и отношение количества молей NH к количеству молей NO в газе, направляемом в слой катализатора, является сравнительно высоким и составляет более 1,33.
x
Соответственно, объектом настоящего изобретения является способ удаления NO из газового потока, соответствующий пункту 1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления раскрыты в зависимых пунктах формулы изобретения.
x
2
Термин NO означает совместно NO и NO.
Предпочтительно, если подвергнутым ионному обмену с железом цеолитным катализатором, также называющимся заполненным железом цеолитным катализатором, является любой из следующих: MFI, BEA, FER, MOR, FAU, MEL или их комбинация. Предпочтительно, если указанным подвергнутым ионному обмену с железом цеолитом является цеолит типа Fe-ZSM-5.
x
Предпочтительно, если указанное отношение количества молей NH3 к количеству молей NO составляет более 1,4, более предпочтительно составляет от 1,4 до 2, более предпочтительно от 1,4 до 1,6, еще более предпочтительно равно примерно 1,5. Предпочтительные значения включают любое из следующих: 1,4, 1,45, 1,5, 1,55, 1,6.
x
x
Предпочтительно, если после пропускания газа через указанный удаляющий NO слой катализатора остаточное количество NO в газе составляет не более 100 част./млн, более предпочтительно не более 50 част./млн, более предпочтительно не более 25 част./млн. Термин част./млн означает количество объемных частей на миллион.
x
В предпочтительном варианте осуществления указанный удаляющий NOслой катализатора работает при температуре, находящейся в диапазоне от 400 до 450°С, предпочтительно равной 430°С или равной примерно 430°С. Предпочтительные рабочие температуры для слоя катализатора включают: 420°С, 425°С, 430°С, 435°С.
x
-1
-1
-1
Предпочтительно, если часовая объемная скорость газа в указанном удаляющем NO слое катализатора равна от 10000 до 14000 ч, более предпочтительно от 10000 до 13000 ч и более предпочтительно, если она равна 13000 ч.
x
x
В некоторых вариантах осуществления содержащий NO газ находится под давлением. В некоторых вариантах осуществления абсолютное давление газа в указанном удаляющем NO слое катализатора равно более 1 бар, предпочтительно более 2 бар, более предпочтительно от 2 до 25 бар, еще более предпочтительно от 5 до 15 бар.
x
Содержащим NO входящим газовым потоком может являться отходящий газ, образующийся в процессе горения, или остаточный газ, образующийся при производстве азотной кислоты, а именно, газ, извлекаемый из абсорбционной колонны. Удаление вредных для окружающей среды соединений из такого остаточного газа (после его выхода из абсорбционной колонны) также называется третичным устранением загрязнения, в отличие от первичного и вторичного устранения загрязнения, которые проводят до подачи газа в абсорбционную колонну, или четвертичного устранения загрязнения, которое проводят после последующего расширения газа с помощью экспандера.
x
2
x
В одном варианте осуществления способ, предлагаемый в настоящем изобретении, не включает пропускание содержащего NO газа (например, отходящего газа, образующегося в процессе горения, или остаточного газа, образующегося при производстве азотной кислоты) через удаляющий NO слой катализатора до его пропускания через указанный удаляющий NO слой катализатора.
x
x
2
x
В одном варианте осуществления способ, предлагаемый в настоящем изобретении, не включает пропускание содержащего NO газа (например, отходящего газа, образующегося в процессе горения, или остаточного газа, образующегося при производстве азотной кислоты) через серию дополнительных удаляющих NO слоев катализатора и последующее пропускание через удаляющий NO слой катализатора до его пропускания через указанный удаляющий NO слой катализатора.
x
x
x
x
x
x
3
x
x
2
Однако содержащий NO газ можно пропустить через первый удаляющий NO слой катализатора и затем через указанный удаляющий NO слой катализатора. Вариант осуществления способа, предлагаемого в настоящем изобретении, включает: пропускание содержащего NO газа через первый удаляющий NO слой катализатора, добавление использующегося в качестве восстановительного реагента аммиака в поток, выходящий из указанного первого удаляющего NO слоя катализатора, до обеспечения отношения количества молей NH к количеству молей NO в указанном выходящем газовом потоке, составляющего более 1,33, предпочтительно составляющего от 1,4 до 1,6, пропускание выходящего газового потока и аммиака непосредственно через указанный удаляющий NO слой катализатора без его пропускания через удаляющий NO слой катализатора.
В некоторых вариантах осуществления аммиак может являться чистым или представлять собой восстановительный реагент, содержащий аммиак.
Слой катализатора, предлагаемый в настоящем изобретении, можно поместить в подходящий сосуд и в соответствии с разными вариантами осуществления его можно пересекать осевым, радиальным или смешанным осевым/радиальным потоком. Если имеются два или большее количество слоев катализатора, то их можно расположить в одном сосуде высокого давления или в отдельных сосудах высокого давления. Два или большее количество слоев катализатора, содержащихся в одном сосуде высокого давления, можно расположить друг над другом или концентрически.
x
x
В настоящем изобретении используют пропускание некоторого избытка аммиака через удаляющий NO слой катализатора, количество аммиака составляет 1,33 моля аммиака в пересчете на 1 моль NO.
3
x
3
x
Авторы настоящего изобретения неожиданно обнаружили, что использование комбинации заполненного железом цеолитного катализатора и указанного выше отношения NH/NO, в особенности, при рабочей температуре катализатора, равной примерно 430°С, обеспечивает практически полное отсутствие проскока аммиака, обычно составляющего менее 1 част./млн. В то же время обеспечено эффективное удаление оксидов азота. Соответственно, настоящее изобретение относится к способу, который соответствует наиболее строгим ограничениям, налагаемым на количество выпускаемых в атмосферу NH и NO.
Настоящее изобретение дополнительно разъяснено со ссылкой на неограничивающий пример.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
x
x
3
x
Содержащий NO газ, которым может являться отходящий газ, образующийся в процессе горения, или остаточный газ, образующийся при производстве азотной кислоты, пропускают через удаляющий NO слой катализатора с добавлением аммиака в качестве восстановительного реагента и при отношении количеств NH/NO в газе, равном более 1,33.
x
x
x
Содержащий NO газ можно пропускать непосредственно через удаляющий NO слой катализатора или в некоторых вариантах осуществления его можно подвергнуть предварительной обработке, например пропустить через другой удаляющий NO слой катализатора.
x
2
x
3
x
-1
Например, газ, содержащий 200 част./млн NO и 10 част./млн и NO, пропускают через удаляющий NO слой заполненного железом цеолитного катализатора при часовой объемной скорости газа, равной 13000 ч , при давлении, равном 7 бар (абсолютное), и температуре, равной 430°С. Газом является остаточный газ, образующийся при производстве азотной кислоты, и он дополнительно содержит 3% кислорода и примерно 0,3% воды. Отношение количеств NH/NO изменяют от 1,33 до 1,5.
3
х
x
3
x
x
При отношении количеств NH/NO, равном 1,4, наблюдалось удаление 99,4% NO и при отношении количеств NH/NO, равном 1,5, наблюдалось удаление 99,7% NO. Содержание аммиака в выходящем газе находилось ниже предела обнаружения, т.е. не наблюдали проскок аммиака.