DE2756186C3

DE2756186C3 - Verfahren zur Verringerung der Konzentration an Stickstoffoxiden in Abgasen durch Ultraviolettbestrahlung

Info

Publication number: DE2756186C3
Application number: DE19772756186
Authority: DE
Inventors: Francesco Genova Repetto
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-12-30
Filing date: 1977-12-16
Publication date: 1982-10-14
Also published as: GB1551588A; FR2375897A1; DE2756186A1; DE2756186B2; IT1074407B

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verringerung der Konzentration an Stickstoffoxid bzw. Stickoxid bzw. Stickstoffdioxid (im folgenden wird der Einfachheit halber nur der Begriff »Stickstoffoxid« verwendet) in Abgasen, wie Verbrennungsprodukten aus Brennern oder gasförmigen Abströmen aus industriellen Anlagen, durch Induzierung der Dissoziation des Stickstoffoxids durch Bestrahlung mit ultravioletten Strahlen.

Abgase, wie die oben beschriebenen, werden oft direkt in die Atmosphäre abgegeben. Es besteht daher ein Bedarf, die korrodierenden, unangenehmen und/ oder toxischen Substanzen, wie Oxide des Stickstoffs, aus diesen Gasen vor ihrer Abgabe zu entfernen, mindestens bei bestimmten atmosphärischen Bedingungen, bei denen die Gase nahe an der Erde konzentriert verbleiben wurden. Die Abgase werden oft bei relativ hohen Temperaturen gebildet, bei denen die Oxide des Stickstoffs hauptsächlich als Stickstoffoxid vorhanden sind, und in einem solchen Fall muß irgendeine Behandlung zur Entfernung dieser Oxide auf die Entfernung der Stickstoffoxide bzw. Stickstoffdioxide gerichtet sein.

Wie in der IT-PS 10 14 252 der gleichen Anmelderin beschrieben wird, dissoziiert Stickstoffoxid, das mit ultraviolettem Licht mit einer Wellenlänge von 1450 χ 10-⁸cm bis 1900 χ 10"⁸cm belichtet wird, in zufriedenstellendem Ausmaß in Stickstoff und Sauerstoff.

Man nimmt an, daß die Dissoziation entsprechend den folgenden Stufen abläuft:

NO + h ,-NO + O"

NO + N°
N₂ + h ν

N^ü

0°

(D

50

O₂ + N" (2)

N₂ + 0° (3)

2N°

(4)

worin N° und 0° Stickstoff- bzw. Sauerstoffradikale und h ν die Ultraviolettbestrahlung bedeuten.

Dieses Verfahren ist jedoch bei Gasen, die mehr als 2 Vol.-% Sauerstoff enthalten, nicht wirksam, vermutlich deshalb, weil der größere Teil der Sauerstoffmoleküle Reaktionen der Art

O₂ + O + M ► O, + M (5)

begünstigt, worin M eine Masse bzw. eine Substanz wie

65 das. Stickstoffmolekül, bedeutet, die Energie absorbieren kann.

Durch die Reaktion (5) wird somit die Konzentration der 0°-Radikalen in dem Gassystem verringert und das Fortschreiten der Reaktionskette von 1 bis 4 blockiert, und dadurch wird die Wirksamkeit drastisch verringert und gleichzeitig wird Ozon gebildet.

Sehr oft enthalten die Abgase aus Brennern und ebenfalls die Abgase aus industriellen Anlagen Sauerstoffmengen, die über 2% liegen. Daher kann das beschriebene Verfahren zur Verringerung der Menge an Stickstoffoxid, das in solchen Abgaben vorhanden ist, nicht verwendet werden.

Man hat verschiedene Verfahren für die Verringerung der Konzentrationen an Oxiden von Stickstoff (NOx) in solchen Abgasen vorgeschlagen. Bei einem Verfahren werden die Brenner in eine Verbrennungskammer von einer zentralen zu einer peripheren Stellung gebracht so daß die Verbrennungsgase tangential aus der Kammer abgegeben werden. Dadurch entsteht eine Wirbel- bzw. Vortexströmung in der Kammer, wodurch die Temperatur in der Kammer verringert wird. Da die Konzentration der Stickstoffoxide in den Gasen direkt proportional zu der Flammentemperatur des Brenners ist wird auch die Menge dieser Oxide in den Gasen verringert Offensichtlich ist es schwierig, dieses System in eine Anlage, die bereits in Betrieb ist, einzuführen bzw. zu integrieren.

Bei einer alternativen, bekannten System wird stromabwärts des Brenner-Boiler-Komplexes ein Raffinierverfahren eingebaut bzw. integriert in dem die .Verbrennungsprodukte durch Ammoniak in Anwesenheit eines geeigneten Katalysators, wie Platin, reduziert werden. Ein solches System ist theoretisch möglich, es treten jedoch bei Versuchen, es in der Praxis durchzuführen, beachtliche Schwierigkeiten auf, da eine genaue Temperaturkontrolle erforderlich ist und da alle die Schwierigkeiten auftreten, die bei der Verwendung solcher Katalysatoren normalerweise beobachtet werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Verringerung der Konzentration an Stickstoffoxid bzw. Oxiden des Stickstoffs in den zuvor beschriebenen Abgasen zu schaffen, bei dem die Nachteile der bekannten Verfahren vermieden werden, das leicht durchzuführen ist und relativ billig im Betrieb ist.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Verringerung der Konzentration an Stickstoffoxiden in Abgasen, indem man die Abgase mit ultravioletten Strahlen bestrahlt und so die Dissoziation der Stickstoffoxide induziert, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man die Gase vor der Bestrahlung mit Ammoniak in einer Menge von 5 χ 10-³ bis 2 χ 10~² Mol/l Abgas verwendet und so den Gehalt an in den Gasen vorhandenem Sauerstoff verringert und die Dissoziation der Stickstoffoxide bei der Bestrahlung aktiviert.

Die Anmelderin hat überraschenderweise gefunden, daß, wenn Ammoniak entweder in gasförmigem oder in flüssigem Zustand in die mehr als 2% Sauerstoff enthaltenden Gase vor der Bestrahlung mit ultraviolettem Licht eingeleitet wird, die Wirksamkeit der Reaktionskette (Stufen 1 bis 4 oben) für die Dissoziation des Stickstoffoxids wesentlich verbessert wird.

Man kann dies auf Grund der Tatsache erklären, daß Ammoniak ebenfalls durch ultraviolette Bestrahlung angeregt wird und mit einem Teil des vorhandenen

Sauerstoffs entsprechend der folgenden Gleichung reagiert:

2 NH₃ + 5/2 O₂ + h v—2 NO + 3 H₂O.

Beim Fortschreiten dieser Reaktion wird Sauerstoff allmählich verbraucht, und dadurch wird die Bildung von Ozon durch die Umsetzung (5) vermieden, und die Reaktionskette, Stufen 1 bis 4, kann ihren normalen Verlauf nehmen.

Das Ammoniak kann entweder in gasförmigem oder in flüssigem Zustand vor dem Vermischen mit den Abgasen vorliegen, und bei bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsformen werden Mengen an Ammoniak von 5 χ \§-~· bis 2 χ 10~² Mol/I Abgase verwen det.

Nach der Behandlung mit Ammoniak und der Bestrahlung mit ultraviolettem Licht zur Dissoziation dts Stickstoffoxids werden die Abgase bevorzugt mit Wasser zur Entfernung irgendwelchei, restlichen Ammoniaks vor der Abgabe in die Atmosphäre gewaschen. Das Ammoniak kann wiedergewonnen und zum weiteren Vermischen mit weiteren Abgasen recyclisiert werden.

Das Waschwasser löst ebenfalls irgendwelche Ammoniumsalze, die in den Gasen vorhanden sein können. Diese Salze können ebenfalls gewonnen werden.

Die Abgase werden bevorzugt vor dem Vermischen mit Ammoniak zur Entfernung von Staub behandelt.

An Hand der beigefügten Zeichnung wird eine erfindungsgemäße Ausführungsform näher erläutert. In der beigefügten Zeichnung ist eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch dargestellt

Wie in der Zeichnung dargestellt, werden die Abgase, die Stickstoffoxid und Sauerstoff enthalten, zuerst in eine Staubenif ?rnungsvorrichtung 1 geleitet. Aus dieser werden staubfreie Gase in eine Mischvorrichtung 2 gefördert, wo sit mit einer Menge von etwa 0,01 Mol Ammoniak/l der Gase vermischt werden. Das Ammoniak wird in die Mischvorrichtung 2 aus einem Lagerungstank (nicht dargestellt) geleitet.

Das Gemisch aus Ammoniak und Abgasen wird dann in einen Reaktor 3 geleitet, wo es mit ultravioletter Bestrahlung einer Wellenlänge von 1450 χ 10~⁸ bis 1900 χ ΙΟ-⁸ cm zur Aktivierung der Reaktion von Ammoniak mit Sauerstoff unter Bildung von Wasser und Stickstoffoxid und zur Dissoziation des entstehenden Stickstoffoxids zusammen mit dem, das ursprünglich in den Abgasen vorhanden war, unter Bildung von Stickstoff und Sauerstoff gemäß den obigen Reaktionen 1 bis 4 bestrahlt wird.

ίο Gleichzeitig reagiert ein Teil des Ammoniaks mit irgendwelchen in den Gasen enthaltenem Schwefeldioxid und Wasser unter Bildung von Ammoniumsulfit entsprechend der Gleichung:

!. SO₂ + H₂O + 2 NH₃- (NH₄J₂ SO₃.

Die restlichen Gase, zusammen mit den im Reaktor gebildeten Reaktionsprodukten, werden in einen Skrubber bzw. Waschturm bzw. Berieselungsturm 4 geleitet, wo sie mit Wasser zur Entfernung von gebildeten Ammoniumsalzen und irgendwelchem restlichen Ammoniak, das vorhanden sein kann, gewaschen werden.

Von hier werden die gereinigten Gase in die Atmosphäre über einen Schornstein (nicht dargestellt) geleitet.

Die wäßrige Lösung, die aus dem Skrubber 4 abfließt, wird zur Gewinnung des Ammoniaks erhitzt, das zu dem Mischer 2 recyclisiert wird. Sie wird dann zur Gewinnung der Ammoniumsalze, die von großer Bedeutung als Düngemittel sind, konzentriert.

jo Das erfindungsgemäße Verfahren ist somit verglichen mit bekannten Systemen, sehr vorteilhaft, da es leicht in irgendeine Art industrieller Anlagen integriert werden kann, unabhängig davon, ob sie bereits im Betrieb ist oder nicht Man kann das erfindungsgemäße

J5 Verfahren. nur zu spezifischen Zeiten in Gebrauch nehmen, z. B. wenn die Umgebungsbedingungen eine Smogbildung erwarten lassen. In europäischen Breitengraden wird es erforderlich sein, es durchschnittlich 10 bis 20 Tag/Jahr zu betreiben. Das erfindungsgemäße Verfahren ist somit billiger als bekannte Systeme zur Entfernung von Oxiden des Stickstoffs zu betreiben, und weiterhin wird bei ihm eine Vorrichtung verwendet, die relativ billig ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zur Verringerung der Konzentration an Stickstoffoxiden in Abgasen, indem man die Abgase mit ultravioletten Strahlen bestrahlt und so die Dissoziation der Stickstoffoxide induziert, dadurch gekennzeichnet, daß man die Gase vor der Bestrahlung mit Ammoniak in einer Menge von 5 χ 10~³ bis 2 χ IQ-² MoM Abgas vermischt und so den Gehalt an in den Gasen vorhandenem Sauerstoff verringert und die Dissoziation der Stickstoffoxide bei der Bestrahlung aktiviert

15