[go: up one dir, main page]

RU2724607C2 - Низкотемпературный способ scr на основе мочевины при наличии отработанных газов с высоким содержанием серы - Google Patents

Низкотемпературный способ scr на основе мочевины при наличии отработанных газов с высоким содержанием серы Download PDF

Info

Publication number
RU2724607C2
RU2724607C2 RU2017130520A RU2017130520A RU2724607C2 RU 2724607 C2 RU2724607 C2 RU 2724607C2 RU 2017130520 A RU2017130520 A RU 2017130520A RU 2017130520 A RU2017130520 A RU 2017130520A RU 2724607 C2 RU2724607 C2 RU 2724607C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
nitrate
exhaust gas
mixture
urea
scr catalyst
Prior art date
Application number
RU2017130520A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2017130520A (ru
RU2017130520A3 (ru
Inventor
Мария БРАНДМАЙР
Ральф ДОТЦЕЛЬ
Родни ФУ
Райнер ЛЕППЕЛЬТ
Йорг МЮНХ
Original Assignee
Джонсон Мэтти Паблик Лимитед Компани
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Джонсон Мэтти Паблик Лимитед Компани filed Critical Джонсон Мэтти Паблик Лимитед Компани
Publication of RU2017130520A publication Critical patent/RU2017130520A/ru
Publication of RU2017130520A3 publication Critical patent/RU2017130520A3/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2724607C2 publication Critical patent/RU2724607C2/ru

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/74—General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
    • B01D53/86—Catalytic processes
    • B01D53/8621—Removing nitrogen compounds
    • B01D53/8625—Nitrogen oxides
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/74—General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
    • B01D53/86—Catalytic processes
    • B01D53/8603—Removing sulfur compounds
    • B01D53/8609—Sulfur oxides
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/74—General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
    • B01D53/86—Catalytic processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/74—General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
    • B01D53/86—Catalytic processes
    • B01D53/8671—Removing components of defined structure not provided for in B01D53/8603 - B01D53/8668
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/74—General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
    • B01D53/86—Catalytic processes
    • B01D53/8696—Controlling the catalytic process
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/74—General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
    • B01D53/86—Catalytic processes
    • B01D53/90—Injecting reactants
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/92—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
    • B01D53/94—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/92—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
    • B01D53/94—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
    • B01D53/9404—Removing only nitrogen compounds
    • B01D53/9409—Nitrogen oxides
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/18—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
    • F01N3/20—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion ; Methods of operation or control of catalytic converters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/18—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
    • F01N3/20—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion ; Methods of operation or control of catalytic converters
    • F01N3/2066—Selective catalytic reduction [SCR]
    • F01N3/208—Control of selective catalytic reduction [SCR], e.g. dosing of reducing agent
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2251/00—Reactants
    • B01D2251/20—Reductants
    • B01D2251/206—Ammonium compounds
    • B01D2251/2067—Urea
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2251/00—Reactants
    • B01D2251/40—Alkaline earth metal or magnesium compounds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2255/00—Catalysts
    • B01D2255/20—Metals or compounds thereof
    • B01D2255/207—Transition metals
    • B01D2255/20723—Vanadium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2255/00—Catalysts
    • B01D2255/90—Physical characteristics of catalysts
    • B01D2255/915—Catalyst supported on particulate filters
    • B01D2255/9155—Wall flow filters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/40—Nitrogen compounds
    • B01D2257/404—Nitrogen oxides other than dinitrogen oxide
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2258/00—Sources of waste gases
    • B01D2258/02—Other waste gases
    • B01D2258/0283—Flue gases
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2570/00—Exhaust treating apparatus eliminating, absorbing or adsorbing specific elements or compounds
    • F01N2570/04—Sulfur or sulfur oxides
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2610/00—Adding substances to exhaust gases
    • F01N2610/01—Adding substances to exhaust gases the substance being catalytic material in liquid form
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2610/00—Adding substances to exhaust gases
    • F01N2610/02—Adding substances to exhaust gases the substance being ammonia or urea
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2900/00—Details of electrical control or of the monitoring of the exhaust gas treating apparatus
    • F01N2900/06—Parameters used for exhaust control or diagnosing
    • F01N2900/14—Parameters used for exhaust control or diagnosing said parameters being related to the exhaust gas
    • F01N2900/1404—Exhaust gas temperature
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2900/00—Details of electrical control or of the monitoring of the exhaust gas treating apparatus
    • F01N2900/06—Parameters used for exhaust control or diagnosing
    • F01N2900/16—Parameters used for exhaust control or diagnosing said parameters being related to the exhaust apparatus, e.g. particulate filter or catalyst
    • F01N2900/1602—Temperature of exhaust gas apparatus
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Abstract

Группа изобретений относится к системе селективного каталитического восстановления (SCR) и способам снижения выбросов оксидов азота в отработанных газах. Система может работать непрерывно с катализатором SCR при низких температурах (250-350°C) с отработанным газом с высоким содержанием SO(20 ppm или выше) без дезактивации из-за образования бисульфата аммония и/или с улучшенной эффективностью удаления NOпри низких температурах. Система SCR для непрерывной работы на основе мочевины включает в себя: источник раствора, содержащего мочевину и, по меньшей мере, одно соединение, образующее NO, где, по меньшей мере, одно соединение, образующее NOсодержит: соль нитрата металла; смесь соединения, содержащего нитрат металла, и NO, NOили их смеси; катализатор SCR; и устройство для введения раствора из источника раствора в поток отработанного газа, до того как отработанный газ входит в контакт с катализатором SCR. Группа изобретений обеспечивает непрерывную работу системы SCR на основе мочевины при низких температурах, работу в присутствии отработанного газа с высоким содержанием SO. 8 н. и 3 з.п. ф-лы, 1 пр., 1 табл., 3 ил.

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к системе селективного каталитического восстановления (SCR) и способам снижения выбросов оксидов азота в отработанных газах. Система может работать непрерывно с катализатором SCR при низких температурах (250-350°C) с отработанным газом с высоким содержанием SOx (20 ppm или выше) без дезактивации из-за образования бисульфата аммония и/или с улучшенной эффективностью удаления NOx при низких температурах.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В последние годы наблюдается общая тенденция к снижению температуры выхлопных газов во многих областях применения, как в промышленных, так и в мобильных, которые используют системы контроля выбросов SCR на основе мочевины. Эти сокращения температуры выхлопных газов обусловлены множеством причин, которые включают в себя, в частности, среди прочих, повышение эффективности использования топлива, режимы работы двигателя.
Использование более низких температур выхлопных газов создает серьезные проблемы для современной технологии SCR из-за наличия соединений SOx в отработанных газах, в основном, полученных из некоторых источников топлива, таких как нефть и уголь. Сочетание низких температур и высокого содержания серы приведет к образованию бисульфатов аммония (ABS), которые дезактивируют катализатор SCR посредством маскирующих эффектов. Чтобы предотвратить образование ABS, требуется либо увеличить рабочую температуру, чтобы не происходило образование ABS, либо удалить SOx соединения до блока SCR. Обе эти процедуры являются технически неосуществимыми или экономически нежелательными.
Другое решение этой проблемы заключается в эксплуатации двигателей, использующих топливо с низким или ультранизким содержанием серы. Однако это сопряжено с экономическими потерями, связанными с тем, что стоимость топлива с низким или сверхнизким содержанием серы обычно намного превышает стоимость топлива богатого серой. Кроме того, наличие таких видов топлива с низким содержанием серы также может быть ограничено.
Широко известно в области катализа отработанного газа, что реакция SCR может быть ускорена присутствием NO2. Однако не удалось найти экономичное решение для получения NO2 для неавтомобильных областей применения из-за объема требуемого катализатора, связанной с этим стоимостью катализатора и различий в стоимости и составах различных видов топлива. Наиболее распространенным способом получения NO2 является катализатор окисления, который обычно находится в некоторых системах для снижения содержания моноксида углерода (CO) и углеводородов (HCs). Однако эти катализаторы окисления также очень чувствительны к SOx соединениям и подвергаются быстрой дезактивации.
Таким образом, существует потребность в системе, которая обеспечивает непрерывную работу системы SCR на основе мочевины при низких температурах, которая работает в присутствии отработанного газа с высоким содержанием SOx.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к системе селективного каталитического восстановления (SCR) для снижения выбросов оксидов азота в отработанном газе. Система может работать непрерывно с катализатором SCR при низких температурах в присутствии отработанных газов с высоким содержанием серы. Как правило, производительность катализатора SCR будет ухудшаться со временем работы при низких температурах в присутствии как восстановителей, мочевины/NH3, так и SOx соединений из-за образования бисульфатных солей аммония, которые дезактивируют SCR катализатор. Раскрыта система, которая преодолевает эти ограничения. Изобретение также относится к способам: (1) использования такой каталитической системы, (2) уменьшения количества SO3 в отработанном газе, (3) уменьшения образования бисульфата аммония в системе SCR на основе мочевины, (4) снижения дезактивации SCR-катализатора в системе SCR на основе мочевины, (5) увеличения эффективности системы, которая производит отработанные газы, где отработанные газы обрабатываются с использованием системы SCR на основе мочевины, и (6) изменения кинетики реакции SCR в способе обработки отработанного газа, содержащего серу, с использованием системы SCR на основе мочевины.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ФИГУР
Изобретение будет лучше понято, и его преимущества станут более очевидными из нижеследующего подробного описания, особенно при использовании прилагаемых чертежей.
На фигуре 1 представлена диаграмма, показывающая общий уровень выхода NOx при разных температурах. Фигура 2 представляет собой график, показывающий общие уровни выхода NOx при температурах 200, 230 и 250°С при различных соотношениях NO:NO2 и % снижения по сравнению с газом, не имеющим NO (при соотношении NO:NO2 равном 0). Фигура 3 представляет собой график, показывающий общие уровни выхода NOx на выходе при температурах 300 и 350°С при различных соотношениях NO:NO2 и % уменьшения по сравнению с газом, не имеющим NO (при соотношении NO:NO2 равном 0).
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Термин «нитрат щелочноземельного металла» означает соль щелочноземельного металла и нитрата. Термин «щелочноземельный металл» означает металлы бериллий, магний, кальций, стронций, барий и радий, причем кальций и магний являются предпочтительными щелочноземельными металлами.
Термин «нитрат железа», как используется в настоящем документе, означает нитрат железа (II), нитрат железа (III) или их комбинацию.
Используемый здесь термин «нитрат марганца» означает нитрат марганца (II), нитрат марганца (III) или их комбинацию.
Ссылка на температуру в настоящем документе означает температуру катализатора SCR.
Используемый здесь термин «около» означает "приблизительно" и относится к диапазону, который опционально составляет ± 25%, предпочтительно ± 10%, более предпочтительно ± 5% или наиболее предпочтительно ± 1% от значения, с которым этот термин связан.
Термин «отработанный газ» относится к газу, образующемуся в результате сжигания топлива, обычно на электростанции. Состав отработанного газа зависит от сжигаемого материала и условий, при которых материал сжигается. Отработанный газ обычно включает в себя, главным образом, азот с меньшим количеством углекислого газа (CO2), паров воды и кислорода и небольшой процент таких загрязнителей, как твердые частицы, моноксид углерода, оксиды азота и оксиды серы.
Технология SCR используется в течение многих лет для контроля выбросов NOx от электростанций и других стационарных источников. Процесс контроля выбросов NOx широко описывается как прохождение горячих отработанных газов над катализатором в присутствии азотистого восстановителя, такого как аммиак или мочевина (соединения, которое преобразуется в аммиак). Часто использовался экструдированный сотовый монолитный катализатор, содержащий V2O5-WO3/TiO2. Конверсия обычно описывается как происходящая в соответствии со «стандартной SCR» реакцией (1):
4 NH3+4 NO+O2 → 4 N2+6 H2O (1)
Стандартная реакция SCR состоит из нескольких реакций, причем две наиболее важные реакции обозначаются как «Быстрая реакция» и «Медленная реакция», как показано ниже.
2NH3+NO+NO2 → 2N2+3H2O - быстрая реакция (2)
8NH3+6NO2 → 7N2+12H2O - медленная реакция (3)
Из-за быстрой реакции SCR (2) добавление NO2 к системе может ускорить скорость потребления NH3, так что малое количество NH3 остается реагировать с SO3 в отработанном газе.
Путем добавления образующей добавки NO2 в раствор мочевины, конверсия NOx может быть увеличена с помощью существующей системы путем простого изменения состава раствора, распыляемого в отработанный газ. Отдельные растворы мочевины и, по меньшей мере, одной добавки, образующей NO2, могут быть приготовлены, помещены в резервуары с двойным питанием и введены вместе в поток отработанного газа перед катализатором SCR. Для управления пропорциями мочевины может использоваться клапан и, по меньшей мере, одна добавка, образующая NO2, которая вводится через общую линию смешивания в один или несколько инжекторов. В некоторых способах применения растворы могут быть введены с помощью форсуночной решетки. Альтернативно, отдельные растворы мочевины и добавки, образующей NO2, могут быть получены и введены отдельно в поток отработанного газа перед катализатором SCR. Это может обеспечить дополнительную гибкость в обеспечении оптимальных уровней мочевины и добавки, образующей NO2, и позволяет независимо изменять количество каждого из этих материалов в зависимости от источника топлива, загрязняющих веществ, связанных с источником топлива, в рабочих условиях системы.
Описанная здесь система позволяет работать при низкой температуре блока SCR в присутствии отработанного газа с высоким содержанием серы. Это особенно выгодно для морских областей применения, особенно для двухтактных пост-турбо судовых двигателей. Это было ранее невозможно, поскольку использование низких температур и топлива с высоким содержанием серы приводит к образованию бисульфата аммония (ABS) и сульфата аммония, как показано в уравнениях (4) и (5), соответственно. Бисульфат аммония оказывает маскирующее и загрязняющее действие на SCR катализаторы и выхлопные системы.
NH3+SO3+H2O → NH4HSO4 (4)
2NH3+SO3+H2O → (NH4)2SO4 (5)
Для обеспечения NO2 могут использоваться различные источники. Эти источники включают N2O4 или N2O5. NO2 обычно образуется при окислении NO, и он трудно поддается сжатию, поскольку под высоким давлением он образует N2O4. Можно получить твердые или жидкие состояния N2O4 или N2O5, которые могут быть использованы для образования NO2 путем мягкого нагрева, которые затем будут подаваться в отработанный газ или непосредственно во впрыск мочевины в виде жидкости. Другие источники, которые могут быть использованы для обеспечения NO2, включают различные нитраты металлов, причем нитраты щелочноземельных металлов являются предпочтительными нитратами металлов. Нитрат кальция и нитрат магния являются предпочтительными щелочноземельными металлами. Другими предпочтительными нитратами металлов, которые не являются нитратами щелочноземельных металлов, являются нитраты железа и нитраты марганца.
Раствор, содержащий мочевину и, по меньшей мере, одно соединение, образующее NO2, может содержать комплекс мочевины с нитратом кальция, известный как кальций-мочевина (Ca(NO3)2•4 [OC(NH2)2]), который продавался в качестве удобрения. Еще одно удобрение является сочетанием нитрата кальция и нитрата аммония. Это удобрение, известное как «двойная соль», имеет формулу: 5Ca(NO3)2•NH4NO3•10H2O и содержит 19% кальция.
Использование нитратов металлов обеспечивает удаление серы из потока отработанного газа. Например, нитрат кальция (Ca(NO3)2) разлагается, как описано ниже в уравнении (6).
2Ca(NO3)2 → 2CaO+4NO2+O2 (6)
Образовавшийся оксид кальция (CaO) может взаимодействовать с другими газообразными веществами в отработанных газах, такими как триоксид серы (SO3), с образованием сульфата кальция (CaSO4), как показано в уравнении (7):
CaO+SO3 → CaSO4 (7)
Образование сульфата кальция было бы выгодным для удаления SO3 из отработанных газов и дополнительно уменьшало бы возможность образования ABS. В настоящее время признано, что присутствие самого оксида кальция в структуре катализатора не приводит к дезактивации катализаторов. Описанные здесь способы позволяют образовывать сульфат кальция для его прохождения через катализатор или его осаждения на поверхности катализатора, откуда его можно удалить с помощью воздуходувок для сажи. Некоторая часть сульфата кальция может попасть в ловушку на внешних поверхностях монолитов катализатора, откуда их можно удалить с помощью таких систем, как воздуходувки для сажи или вибраторы. Можно ожидать, что это удлинит время до того момента, когда катализатор будет дезактивирован. Этот способ образования сульфата кальция может также позволить сульфату кальция проходить через систему SCR и удаляться ниже по потоку за катализаторами с использованием различных методов удаления, включая скрубберы или осаждения в виде твердого вещества.
Фосфаты представляют собой еще одну группу соединений, которые, как известно, отравляют SCR катализаторы. Фосфаты, как и сульфаты, могут взаимодействовать с металлом, который является частью соли нитрата металла, или металла в смеси металлсодержащего соединения и N2O4, N2O5. Это позволит удалить фосфаты из потока отработанного газа вместе с удалением сульфатов.
Добавление нитрата аммония к отработанному газу приведет к образованию бисульфата аммония, который, как известно, дезактивирует SCR катализаторы. Нитрат аммония будет разлагаться в форме промежуточных продуктов, которые приводят к образованию NO2, как показано в уравнениях (8) и (9):
NH4NO3 ↔ NH3+HNO3 (8)
2HNO3+NO ↔ 3NO2+H2O (9)
Непрореагировавший NH4NO3 может реагировать с NO с образованием NO2, и что устраняет любой избыток соли, которая не была термически разложена, как показано в уравнение (10)
NO+NH4NO3 → NO2+N2+2H2O (10)
Обе реакции (9) и (10) используют NO в качестве реагентов. Это уменьшает количество NO, доступное для использования в быстрой реакции, и поэтому скорость быстрой реакции будет замедляться.
2NH3+NO+NO2 → 2N2+3H2O - быстрая реакция (2)
Было известно, что добавление аммиака, фосфора и катализатора усиливает образование фосфатов и сульфатов. (Charlene R. Crocker, и др. "Закупоривание катализатора SCR, благодаря образованию сульфата натрия и кальция"; Prepr. Pap.-Am. Chem. Soc., Div. Fuel Chem. 2004, 49 (1), 169). Можно ожидать, что уменьшение количества аммиака, добавляемого в систему, снизит количество сульфатов и фосфатов в отработанных газах.
Способы и методы, описанные в настоящем документе, способствуют быстрой реакции SCR путем образования NO2, таким способом как путем разложения нитратов, растворенных в дозированном растворе мочевины. Быстрая реакция SCR будет преобладать, что приводит к увеличению скорости потребления NH3 и увеличению количества потребляемого NH3, так что для реакции с SOx с образованием ABS остается малое количество NH3 или его вообще не остается. Использование нитратной соли металлов дает дополнительное преимущество удаления нежелательных сульфатов и фосфатов.
Способствуя быстрой реакции SCR путем добавления NO2 через разложение нитрата или добавление других соединений, образующих NO2, стало возможным использование системы SCR при более низких температурах, чем использовались ранее, когда образование ABS снизило бы активность катализатора SCR.
В одном аспекте настоящее изобретение относится к системе, содержащей: (a) раствор мочевины и, по крайней мере, одно вещество, образующее NO2, где, по крайней мере, одно соединение, образующее NO2, содержит: (i) соль нитрата металла; (ii) смесь соединения, содержащего металл, и N2O4 или N2O5 или их смеси; или (iii) смеси (i) и (ii), (b) катализатор SCR и (c) устройство для введения раствора в поток отработанного газа до того, как отработанный газ входит в контакт с катализатором SCR, где введение раствора допускает непрерывную работу системы при температуре в диапазоне от примерно 200 до примерно 350°С, а отработанный газ содержит SOx в концентрации 20 частей на миллион или более до того, как отработанный газ, вступает в контакт с SCR катализатором. По меньшей мере, одно соединение образующее NO2, может содержать соль нитрата металла, предпочтительно нитрат щелочноземельного металла, нитрат железа, нитрат марганца или их смеси. Соли нитрата металла могут быть нитратом кальция или нитратом магния, предпочтительно нитратом кальция. Раствор, содержащий мочевину и, по меньшей мере, одно соединение, образующее NO2, может содержать Ca(NO3)2•4[OC(NH2)2], 5Ca(NO3)2•NH4NO3•10H2O или их смеси. По меньшей мере, одно соединение, образующее NO2, может содержать смесь соединения, содержащего металл, и N2O4, N2O5 или их смеси; где, по меньшей мере, одно соединение, образующее NO2, представляет собой соль металла, предпочтительно соль щелочноземельного металла, соль железа, соль марганца или их смеси. По меньшей мере, одно соединение, образующее NO2, может содержать смесь (i) соли нитрата металла и (ii) смесь соединения, содержащего металл, и N2O4, N2O5 или их смеси.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к способу непрерывной работы системы SCR на основе мочевины, причем способ включает введение раствора, содержащего мочевину, и, по меньшей мере, одного соединения, образующего NO2, в поток отработанных газов, содержащих SOx в концентрации 20 частей на миллион или выше, до того как отработанный газ вступает в контакт с катализатором SCR, где система SCR на основе мочевины находится при температурах в диапазоне примерно от 200 примерно до 350°С. По меньшей мере, одно соединение, образующее NO2 может содержать соль нитрата металла, предпочтительно, нитрат щелочноземельного металла, нитрат железа, нитрат марганца или их смеси. Соли нитрата металла могут быть нитратом кальция или нитратом магния, предпочтительно нитратом кальция. Раствор, содержащий мочевину и, по меньшей мере, одно соединение, образующее NO2, может содержать Ca(NO3)2•4[OC(NH2)2], 5Ca(NO3)2•NH4NO3•10H2O или их смеси. По меньшей мере, одно соединение, образующее NO2, может содержать смесь соединения, содержащего металл и N2O4, N2O5 или их смеси; где, по меньшей мере, одно соединение, образующее NO2, представляет собой соль металла, предпочтительно соль щелочноземельного металла, соль железа, соль марганца или их смеси. По меньшей мере, одно соединение, образующее NO2, может содержать смесь (i) соль нитрата металла; и (ii) смесь соединения, содержащего металл, и N2O4, N2O5 или их смеси.
В еще одном аспекте настоящее изобретение относится к способу уменьшения количества SO3 в отработанном газе, причем указанный способ включает введение раствора, содержащего мочевину, соединения, содержащего щелочноземельный металл, железо или марганец, и соединения, образующего NO2, в поток отработанных газов до того, как отработанный газ входит в контакт с катализатором SCR, где соединение, содержащее щелочноземельный металл, железо или марганец и соединение, образующее NO2, могут быть тем же самым соединением или различными соединениями. Этот способ может предпочтительно использоваться, когда отработанный газ содержит SO3, и отработанный газ контактирует с катализатором SCR при температуре в диапазоне примерно от 200 примерно до 350°С. Этот способ также может уменьшать количество фосфата в отработанном газе после того, как отработанный газ входит в контакт с катализатором SCR. По меньшей мере, одно соединение, образующее NO2, может содержать соль нитрата металла, предпочтительно нитрат щелочноземельного металла, нитрат железа, нитрат марганца или их смеси. Соли нитрата металла могут быть нитратом кальция или нитратом магния, предпочтительно нитратом кальция. Раствор, содержащий мочевину и, по меньшей мере, одно соединение, образующее NO2, может содержать Ca(NO3)2•4[OC(NH2)2], 5Ca(NO3)2•NH4NO3•10H2O или их смеси. По меньшей мере, одно соединение, образующее NO2, может содержать смесь соединения, содержащего металл, и N2O4, N2O5 или их смеси; где, по меньшей мере, одно соединение, образующее NO2, представляет собой соль металла, предпочтительно соль щелочноземельного металла, соль железа, соль марганца или их смеси. По меньшей мере, одно соединение, образующее NO2, может содержать смесь (i) соли нитрата металла и (ii) смесь соединения, содержащего металл, и N2O4, N2O5 или их смеси.
Еще в одном аспекте настоящее изобретение относится к способу уменьшения образования бисульфата аммония в системе SCR на основе мочевины, причем способ включает в себя введение раствора, содержащего мочевину и, по меньшей мере, одного соединения, образующего NO2, в поток отработанных газов, до того как отработанный газ вступает в контакт с катализатором SCR. Отработанный газ может содержать SOx в концентрации 20 частей на миллион или выше, до того как отработанный газ входит в контакт с катализатором SCR. Отработанный газ может контактировать с катализатором SCR при температуре в диапазоне примерно от 200 примерно до 350°С. Предпочтительно отработанный газ может содержать SOx в концентрации 20 частей на миллион или выше, до того как отработанный газ вступает в контакт с катализатором SCR, и отработанный газ может контактировать с катализатором SCR при температуре в диапазоне примерно от 200 примерно до 350°C. Способ также может уменьшить количество фосфата в отработанном газе после того, как отработанный газ входит в контакт с катализатором SCR. По меньшей мере, одно соединение, образующее NO2, может содержать соль нитрата металла, предпочтительно нитрат щелочноземельного металла, нитрат железа, нитрат марганца или их смеси. Соли нитрата металла могут быть нитратом кальция или нитратом магния, предпочтительно нитратом кальция. Раствор, содержащий мочевину и, по меньшей мере, одно соединение, образующее NO2, может содержать Ca(NO3)2•4[OC(NH2)2], 5Ca(NO3)2•NH4NO3•10H2O или их смеси. По меньшей мере, одно соединение, образующее NO2, может содержать смесь соединения, содержащего металл, и N2O4, N2O5 или их смеси; где, по меньшей мере, одно соединение, образующее NO2, представляет собой соль металла, предпочтительно соль щелочноземельного металла, соль железа, соль марганца или их смеси. По меньшей мере, одно соединение, образующее NO2, может содержать смесь (i) соли нитрата металла и (ii) смесь соединения, содержащего металл, и N2O4, N2O5 или их смеси.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к способу снижения дезактивации катализатора SCR в системе SCR на основе мочевины, способ, включающий введение раствора, содержащего мочевину, и, по крайней мере, одного соединения, образующего NO2, в поток отработанных газов, до того как отработанный газ вступает в контакт с SCR катализатором. Отработанный газ может содержать SOx в концентрации 20 частей на миллион или выше до того, как отработанный газ входит в контакт с катализатором SCR. Отработанный газ может контактировать с катализатором SCR при температуре в диапазоне примерно от 200 примерно до 350°С. Предпочтительно отработанный газ может содержать SOx в концентрации 20 частей на миллион или выше, до того как отработанный газ вступает в контакт с катализатором SCR, и отработанный газ может контактировать с катализатором SCR при температуре в диапазоне примерно от 200 примерно до 350°C. Способ также может уменьшить количество фосфата в отработанном газе после того, как отработанный газ входит в контакт с катализатором SCR. По меньшей мере, одно соединение, образующее NO2, может содержать соль нитрата металла, предпочтительно нитрат щелочноземельного металла, нитрат железа, нитрат марганца или их смеси. Соли нитрата металла могут быть нитратом кальция или нитратом магния, предпочтительно нитратом кальция. Раствор, содержащий мочевину и, по меньшей мере, одно соединение, образующее NO2, может содержать Ca(NO3)2•4[OC(NH2)2], 5Ca(NO3)2•NH4NO3•10H2O или их смеси. По меньшей мере, одно соединение, образующее NO2, может содержать смесь соединения, содержащего металл, и N2O4, N2O5 или их смеси; где, по меньшей мере, одно соединение, образующее NO2, представляет собой соль металла, предпочтительно соль щелочноземельного металла, соль железа, соль марганца или их смеси. По меньшей мере, одно соединение, образующее NO2, может содержать смесь (i) соль нитрата металла и (ii) смесь соединения, содержащего металл, и N2O4, N2O5 или их смеси.
В еще одном аспекте настоящее изобретение относится к способу повышения эффективности системы, которая производит отработанные газы, где отработанные газы обрабатываются с использованием системы SCR на основе мочевины, причем способ включает введение раствора, содержащего мочевину, и, по меньшей мере, одного соединения, образующего NO2, в поток отработанного газа, причем отработанный газ содержит SOx в концентрации 20 частей на миллион или более, до того как отработанный газ входит в контакт с катализатором SCR, где, по меньшей мере, одно из: (1) температура отработанного газа, контактирующего с катализатором SCR, и (2) объем используемого катализатора SCR уменьшаются по сравнению с аналогичной системой, где не происходит введения, по меньшей мере, одного соединения, образующего NO2, в поток отработанного газа, до того как отработанный газ входит в контакт с катализатором SCR. Отработанный газ может содержать SOx в концентрации 20 частей на миллион или выше до того, как отработанный газ входит в контакт с катализатором SCR. Отработанный газ может контактировать с катализатором SCR при температуре в диапазоне от примерно 200 до примерно 350°С. Предпочтительно отработанный газ может содержать SOx в концентрации 20 частей на миллион или выше, до того как отработанный газ вступает в контакт с катализатором SCR, и отработанный газ может контактировать с катализатором SCR при температуре в диапазоне примерно от 200 примерно до 350°C. Способ также может уменьшить количество фосфата в отработанном газе после того, как отработанный газ входит в контакт с катализатором SCR. По меньшей мере, одно соединение, образующее NO2, может содержать соль нитрата металла, предпочтительно нитрат щелочноземельного металла, нитрат железа, нитрат марганца или их смеси. Соли нитрата металла могут быть нитратом кальция или нитратом магния, предпочтительно нитратом кальция. Раствор, содержащий мочевину и, по меньшей мере, одно соединение, образующее NO2, может содержать Ca(NO3)2•4[OC(NH2)2], 5Ca(NO3)2•NH4NO3•10H2O или их смеси. По меньшей мере, одно соединение, образующее NO2, может содержать смесь соединения, содержащего металл, и N2O4, N2O5 или их смеси; где, по меньшей мере, одно соединение, образующее NO2, представляет собой соль металла, предпочтительно соль щелочноземельного металла, соль железа, соль марганца или их смеси. По меньшей мере, одно соединение, образующее NO2, может содержать смесь (i) соли нитрата металла и (ii) смесь соединения, содержащего металл, и N2O4, N2O5 или их смеси.
В еще одном аспекте настоящее изобретение относится к способу изменения кинетики реакции SCR в процессе обработки отработанного газа, содержащего серу, с использованием системы SCR на основе мочевины, причем способ включает введение раствора, содержащего мочевину, и, по меньшей мере, одного соединения образующего NO2, в поток отработанных газов, содержащий SOx, в концентрации 20 частей на миллион или более, до того, как отработанный газ входит в контакт с катализатором SCR, где, по меньшей мере, одно из: (1) температура отработанного газа, контактирующего с катализатором SCR, и (2) объем используемого катализатора SCR уменьшаются по сравнению с аналогичной системой, где не происходит введения, по меньшей мере, одного соединения, образующего NO2, в поток отработанного газа, до того как отработанный газ входит в контакт с катализатором SCR. Конверсия NOx с использованием SCR была описана с использованием реакции «Стандартного SCR», причем две наиболее важные реакции были обозначены как «Быстрая реакция» и «Медленная реакция», как было описано выше. Благодаря быстрой SCR реакции, добавление NO2 в систему может ускорить темпы потребления NH3 таким образом, что NH3 остается мало или практически не остается для того, чтобы реагировать с SO3 в отработанных газах с образованием бисульфатов аммония или других соединений, которые дезактивируют катализатор. Отработанный газ может содержать SOx в концентрации 20 частей на миллион или выше до того, как отработанный газ входит в контакт с катализатором SCR. Отработанный газ может контактировать с катализатором SCR при температуре в диапазоне примерно от 200 примерно до 350°С. Предпочтительно отработанный газ может содержать SOx в концентрации 20 частей на миллион или выше, до того как отработанный газ вступает в контакт с катализатором SCR, и отработанный газ может контактировать с катализатором SCR при температуре в диапазоне примерно от 200 примерно до 350°C. Способ также может уменьшить количество фосфата в отработанном газе после того, как отработанный газ входит в контакт с катализатором SCR. По меньшей мере, одно соединение, образующее NO2, может содержать соль нитрата металла, предпочтительно нитрат щелочноземельного металла, нитрат железа, нитрат марганца или их смеси. Соли нитрата металла могут быть нитратом кальция или нитратом магния, предпочтительно нитратом кальция. Раствор, содержащий мочевину и, по меньшей мере, одно соединение, образующее NO2, может содержать Ca(NO3)2•4[OC(NH2)2], 5Ca(NO3)2•NH4NO3•10H2O или их смеси. По меньшей мере, одно соединение, образующее NO2, может содержать смесь соединения, содержащего металл, и N2O4, N2O5 или их смеси; где, по меньшей мере, одно соединение, образующее NO2, представляет собой соль металла, предпочтительно соль щелочноземельного металла, соль железа, соль марганца или их смеси. По меньшей мере, одно соединение, образующее NO2, может содержать смесь (i) соль нитрата металла и (ii) смесь соединения, содержащего металл, и N2O4, N2O5 или их смеси.
Альтернативно, для каждой из вышеуказанных систем и способов мочевина может находиться в отдельном растворе от раствора, содержащего, по меньшей мере, одно соединение, образующее NO2.
Системы и способы могут также использоваться в областях применения с низким содержанием серы (<20 частей на миллион). Когда системы и способы используются в областях применения с низким содержанием серы, предполагается, что потребуется сокращение объема катализатора.
При использовании систем и способов, описанных в настоящем документе, соотношение NO к NO2 должно быть тщательно сбалансировано на основании состава топлива и условий процесса таким образом, чтобы это способствовало быстрой реакции SCR. Наличие избытка NO2 в сырье приведет к медленной реакции SCR, описанной в уравнении (3)
8NH3+6NO2 → 7N2+12H2O - медленная реакция (3)
Оптимальное соотношение будет зависеть от материала катализатора и от характеристики отработанных газов, в частности, от температуры реакции. Соотношение, в целом, находится в диапазоне от 2:1 или меньше NO:NO2, предпочтительно от 1:1 или менее NO:NO2.
В некоторых системах предпочтительно, чтобы раствор мочевины дозировали в систему отдельно от раствора соединения, образующего нитрат, для достижения оптимального отношения NO:NO2 в широком диапазоне условий. В этих системах количество мочевины и соединения, образующего NO2, может варьироваться в зависимости от уровней сульфатов и/или фосфатов в отработанном газе. В системе могут использоваться различные датчики и системы управления, известные в данной области техники, для управления добавлением мочевины и соединения, образующего NO2.
ПРИМЕРЫ
Далее настоящее изобретение описано более подробно со ссылкой на примеры.
Пример 1
Влияние соотношения NO:NO2 и температуры на образование NOx было определено прохождением газа с составом, перечисленным в таблице 1, через ванадиевый сотовый катализатор SCR, содержащий 1,7% ванадия.
Таблица 1
Характеристики Величины
Объемная скорость 60000 час-1
Температура 200, 230, 250, 300, 350°C
O2 9,3%
H2O 7%
Всего NOx
NO2 		200, 250, 300, 400
0, 50, 100, 200
NH3 ANR=1
N2 Оставшаяся часть газа
Количество общего NOx, NO2 и аммиака было определено с помощью FT-IR.
Ожидается, что добавление, по меньшей мере, одного соединения, образующего NO2, как описано выше, приведет к более высоким уровням NOx.
Фигура 1 представляет собой график, показывающий концентрации NOx, образованные при температурах 200, 230, 250, 300 и 350°С с использованием соотношений NO:NO2 равных 0, 1:1, 2:1 и 4:1. Количество образующегося NOx уменьшалось с температурой, как и ожидалось. Фигура 2 представляет собой график, показывающий уровни выходящего NOx при температурах 200, 230 и 250°С при различных соотношениях NO:NO2. При этих температурах, за исключением соотношения NO:NO2 равном 1:1 при температуре 200°C, наблюдалось уменьшение количества образованного NOx по сравнению с количеством NOx, образованного в отсутствие NO. Для каждой из этих температур, соотношение NO:NO2 равное 2:1 обеспечило наибольшее снижение уровня NOx, с примерно 23% сокращением при температурах 230 и 250°C. Фиг. 3 представляет собой график, показывающий уровни выходящего NOx при температурах 300 и 350°С при различных соотношениях NO:NO2. При 300°С наблюдалось уменьшение количества образующегося NOx по сравнению с количеством NOx, образованным без NO. Опять же, соотношение NO:NO2 равное 2:1 обеспечило наибольшее сокращение уровня выбросов NOx, около 25%. При 350°С наблюдалось снижение уровней NOx при соотношениях NO:NO2 равных 1:1 и при 2:1, приблизительно на 19% и 34% при температурах 300 и 350°C соответственно.
Результаты экспериментов показаны на фигурах 1 и 2 в отношении относительного преобразования NOx и выходных уровней NOx соответственно. На фиг. 1 показано, что относительные конверсии NOx улучшаются, особенно при температурах примерно от 200 примерно до 250°С. При более высоких температурах (примерно от 300°С примерно до 350°С) наблюдается меньшее изменение относительной конверсии NOx из-за более высокой конверсии, достигнутой в отсутствие NO2. При высоких температурах концентрация выхода NOx является очень низкой, и небольшие вариации в измерениях могут повлиять на вычисление процентов. Эти измерения неожиданно показывают, что добавление NO2 к отработанному газу может привести к уменьшению уровней образованного NOx.
Все содержимое любого и всех документов, цитируемых в настоящем документе, включено в настоящее описание посредством ссылки во всей их полноте.

Claims (11)

1. Система SCR на основе мочевины для снижения выбросов оксидов азота в отработанном газе электростанции, содержащих SOx в концентрации 20 частей на миллион или более, и, указанная система содержит: (a) раствор мочевины и, по крайней мере, одно вещество, образующее NO2, где, по крайней мере, одно соединение, образующее NO2, содержит: (i) соль нитрата металла, которая представляет собой нитрат щелочноземельного металла, нитрат железа, нитрат марганца или их смеси, (ii) смесь нитрата щелочноземельного металла, нитрата железа, нитрата марганца или их смесей и N2O4, N2O5 или их смеси; или (iii) смеси (i) и (ii), (b) катализатор SCR, и (с) устройство для ввода раствора в поток отработанных газов, до того как отработанный газ входит в контакт с катализатором SCR, при температурах в диапазоне от 250 до 350°С.
2. Система по п.1, в которой нитрат щелочноземельного металла представляет собой нитрат кальция или нитрат магния.
3. Система по п.1 или 2, в которой соль нитрата металла содержит нитрат кальция.
4. Система по любому из пп. 1-3, в которой раствор, содержащий мочевину и, по меньшей мере, одно соединение, образующее NO2, включает в себя Ca(NO3)2•4[OC(NH2)2], 5Ca(NO3)2•NH4NO3•10H2O или их смеси.
5. Способ непрерывной работы системы SCR на основе мочевины, включающий введение раствора, содержащего мочевину и, по меньшей мере, одного соединения, образующего NO2, в поток отработанного газа, содержащий SOx, в концентрации 20 частей на миллион или более, до того как отработанный газ вступает в контакт с катализатором SCR, где система SCR на основе мочевины находится при температурах в диапазоне от 200 до 350°С, причем, по меньшей мере, одно соединение, образующее NO2, содержит: (i) соль нитрата металла, которая представляет собой нитрат щелочноземельного металла, нитрат железа, нитрат марганца или их смеси, (ii) смесь нитрата щелочноземельного металла, нитрат железа, нитрат марганца или их смеси, и N2O4, N2O5 или их смеси; или (iii) смеси (i) и (ii).
6. Способ уменьшения количества SO3 в отработанном газе, причем указанный способ включает введение раствора, содержащего мочевину и, по меньшей мере, одного соединения, образующего NO2, в поток отработанного газа до того, как отработанный газ входит в контакт с катализатором SCR, где, по меньшей мере, одно соединение, образующее NO2 содержит: (i) соль нитрата металла, которая представляет собой нитрат щелочноземельного металла, нитрат железа, нитрат марганца или их смеси; (ii) смесь нитрата щелочноземельного металла, нитрат железа, нитрат марганца или их смеси, и N2O4, N2O5 или их смеси; или (iii) смеси (i) и (ii).
7. Способ уменьшения образования бисульфата аммония в системе SCR на основе мочевины, включающий введение раствора, содержащего мочевину, и, по меньшей мере, одного соединения, образующего NO2, в поток отработанных газов до того, как отработанный газ входит в контакт с катализатором SCR, где, по меньшей мере, одно соединение, образующее NO2 содержит: (i) соль нитрата металла, которая представляет собой нитрат щелочноземельного металла, нитрат железа, нитрат марганца или их смеси; (ii) смесь нитрата щелочноземельного металла, нитрат железа, нитрат марганца или их смеси, и N2O4, N2O5 или их смеси; или (iii) смеси (i) и (ii).
8. Способ снижения дезактивации SCR катализатора в системе SCR на основе мочевины, включающий введение раствора, содержащего мочевину и, по меньшей мере, одного соединения, образующего NO2, в поток отработанных газов до того, как отработанный газ входит в контакт с катализатором SCR, где, по меньшей мере, одно соединение, образующее NO2, содержит: (i) соль нитрата металла, которая представляет собой нитрат щелочноземельного металла, нитрат железа, нитрат марганца или их смеси; (ii) смесь нитрата щелочноземельного металла, нитрат железа, нитрат марганца или их смеси, и N2O4, N2O5 или их смеси; или (iii) смеси (i) и (ii).
9. Способ повышения эффективности системы электростанции, которая вырабатывает отработанный газ, где отработанный газ обрабатывается с использованием системы SCR на основе мочевины, способ, включающий введение раствора, содержащего мочевину и, по меньшей мере, одного соединения, образующего NO2, в отработанный газ потока отработанного газа, включающего в себя SOx в концентрации 20 частей на миллион или более, до того как отработанный газ вступает в контакт с катализатором SCR, где, по меньшей мере, одно соединение, образующее NO2, содержит: (i) соль нитрата металла, которая представляет собой нитрат щелочноземельного металла, нитрат железа, нитрат марганца или их смеси; (ii) смесь нитрата щелочноземельного металла, нитрат железа, нитрат марганца или их смеси, и N2O4, N2O5 или их смеси; или (iii) смеси (i) и (ii) и, по меньшей мере, одно из: (1) температура отработанного газа, контактирующего с катализатором SCR, и (2) объем используемого катализатора SCR уменьшаются по сравнению с аналогичной системой, где не происходит введения, по меньшей мере, одного соединения, образующего NO2, в поток отработанного газа, до того как отработанный газ входит в контакт с катализатором SCR.
10. Способ изменения кинетики реакции SCR в процессе обработки отработанного газа, содержащего серу, с использованием системы SCR на основе мочевины, причем способ включает введение раствора, содержащего мочевину и, по меньшей мере, одного соединения, образующего NO2, в поток отработанных газов, содержащий SOx в концентрации 20 частей на миллион или более, до того как отработанный газ входит в контакт с катализатором SCR, где, по меньшей мере, одно соединение, образующее NO2, содержит: (i) соль нитрата металла, которая представляет собой нитрат щелочноземельного металла, нитрат железа, нитрат марганца или их смеси; (ii) смесь нитрата щелочноземельного металла, нитрат железа, нитрат марганца или их смеси, и N2O4, N2O5 или их смеси; или (iii) смеси (i) и (ii) и, по меньшей мере, одно из: (1) температура отработанного газа, контактирующего с катализатором SCR, и (2) объем используемого катализатора SCR уменьшаются по сравнению с аналогичной системой, где не происходит введения, по меньшей мере, одного соединения, образующего NO2, в поток отработанного газа, до того как отработанный газ входит в контакт с катализатором SCR.
11. Система SCR на основе мочевины для снижения выбросов оксидов азота в отработанном газе станции, содержащая: (а) источник раствора, содержащего мочевину и, по меньшей мере, одно соединение, образующее NO2, где, по меньшей мере, одно соединение, образующее NO2 содержит: (i) соль нитрата металла, которая представляет собой нитрат щелочноземельного металла, нитрат железа, нитрат марганца или их смеси; (ii) смесь нитрата щелочноземельного металла, нитрат железа, нитрат марганца или их смеси, и N2O4, N2O5 или их смеси; или (iii) смеси (i) и (ii); (b) катализатор SCR; и (c) устройство для введения раствора из источника раствора в поток отработанного газа, до того как отработанный газ входит в контакт с катализатором SCR.
RU2017130520A 2015-01-30 2016-01-29 Низкотемпературный способ scr на основе мочевины при наличии отработанных газов с высоким содержанием серы RU2724607C2 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201562109828P 2015-01-30 2015-01-30
US62/109,828 2015-01-30
PCT/IB2016/050462 WO2016120841A1 (en) 2015-01-30 2016-01-29 Low temperature urea-scr operation in the presence of high sulphur flue gas

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2017130520A RU2017130520A (ru) 2019-02-28
RU2017130520A3 RU2017130520A3 (ru) 2019-04-15
RU2724607C2 true RU2724607C2 (ru) 2020-06-25

Family

ID=55404751

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017130520A RU2724607C2 (ru) 2015-01-30 2016-01-29 Низкотемпературный способ scr на основе мочевины при наличии отработанных газов с высоким содержанием серы

Country Status (11)

Country Link
US (1) US9782721B2 (ru)
EP (1) EP3250312B1 (ru)
JP (1) JP6720192B2 (ru)
KR (1) KR20170107461A (ru)
CN (1) CN107206315B (ru)
BR (1) BR112017015918A2 (ru)
DE (1) DE102016101581A1 (ru)
DK (1) DK3250312T3 (ru)
GB (1) GB2538128B (ru)
RU (1) RU2724607C2 (ru)
WO (1) WO2016120841A1 (ru)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10650621B1 (en) 2016-09-13 2020-05-12 Iocurrents, Inc. Interfacing with a vehicular controller area network
US10215072B2 (en) * 2017-03-23 2019-02-26 GM Global Technology Operations LLC Methods for controlling and detecting catalyst poisoning of selective catalytic reduction devices

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0056584A1 (de) * 1981-01-15 1982-07-28 Engelhard Kali-Chemie Autocat GmbH Bifunktionaler Filter zur Behandlung von Abgasen
US7097817B2 (en) * 1999-08-13 2006-08-29 Johnson Matthey Public Limited Company Method for treating soot-containing exhaust
JP2007138887A (ja) * 2005-11-22 2007-06-07 Babcock Hitachi Kk 粒状物質含有排ガスの浄化方法および装置
FR2914688A1 (fr) * 2007-04-04 2008-10-10 Jean Claude Fayard Additif pour ameliorer le fonctionnement des systemes de reduction des oxydes d'azote par l'uree des gaz d'echappement des moteurs diesel
EP2144691A1 (en) * 2007-04-12 2010-01-20 Politecnico di Milano Apparatus and process for reducing the content of nitrogen oxides in exhaust gases of combustion systems
US7993617B2 (en) * 2006-09-25 2011-08-09 Technical University Of Denmark Alkali resistant catalyst
RU2011142542A (ru) * 2010-10-21 2013-04-27 Бабкок Энд Вилкокс Пауэр Дженерейшн Груп, Инк. Система и способ защиты scr-катализатора и регулирование множественных выбросов
WO2014044318A1 (en) * 2012-09-21 2014-03-27 Haldor Topsøe A/S Method and system for the removal of noxious compounds from engine exhaust gas
RU2516752C2 (ru) * 2008-09-04 2014-05-20 Хальдор Топсеэ А/С Способ и каталитическая система для восстановления оксидов азота до азота в отработанном газе и применение каталитической системы

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0056584A1 (de) * 1981-01-15 1982-07-28 Engelhard Kali-Chemie Autocat GmbH Bifunktionaler Filter zur Behandlung von Abgasen
US7097817B2 (en) * 1999-08-13 2006-08-29 Johnson Matthey Public Limited Company Method for treating soot-containing exhaust
JP2007138887A (ja) * 2005-11-22 2007-06-07 Babcock Hitachi Kk 粒状物質含有排ガスの浄化方法および装置
US7993617B2 (en) * 2006-09-25 2011-08-09 Technical University Of Denmark Alkali resistant catalyst
FR2914688A1 (fr) * 2007-04-04 2008-10-10 Jean Claude Fayard Additif pour ameliorer le fonctionnement des systemes de reduction des oxydes d'azote par l'uree des gaz d'echappement des moteurs diesel
EP2144691A1 (en) * 2007-04-12 2010-01-20 Politecnico di Milano Apparatus and process for reducing the content of nitrogen oxides in exhaust gases of combustion systems
RU2516752C2 (ru) * 2008-09-04 2014-05-20 Хальдор Топсеэ А/С Способ и каталитическая система для восстановления оксидов азота до азота в отработанном газе и применение каталитической системы
RU2011142542A (ru) * 2010-10-21 2013-04-27 Бабкок Энд Вилкокс Пауэр Дженерейшн Груп, Инк. Система и способ защиты scr-катализатора и регулирование множественных выбросов
WO2014044318A1 (en) * 2012-09-21 2014-03-27 Haldor Topsøe A/S Method and system for the removal of noxious compounds from engine exhaust gas

Also Published As

Publication number Publication date
JP6720192B2 (ja) 2020-07-08
RU2017130520A (ru) 2019-02-28
US9782721B2 (en) 2017-10-10
DE102016101581A1 (de) 2016-08-04
CN107206315B (zh) 2020-06-30
DK3250312T3 (en) 2020-09-28
US20160220954A1 (en) 2016-08-04
EP3250312B1 (en) 2020-07-01
KR20170107461A (ko) 2017-09-25
CN107206315A (zh) 2017-09-26
BR112017015918A2 (pt) 2018-03-27
WO2016120841A1 (en) 2016-08-04
RU2017130520A3 (ru) 2019-04-15
JP2018506421A (ja) 2018-03-08
EP3250312A1 (en) 2017-12-06
GB201601625D0 (en) 2016-03-16
GB2538128A (en) 2016-11-09
GB2538128B (en) 2018-02-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Forzatti et al. Effect of operating variables on the enhanced SCR reaction over a commercial V2O5–WO3/TiO2 catalyst for stationary applications
US4726302A (en) Method of reducing the nitrogen oxide content of a flue gas produced by a fossil-fuel power plant
CA2924319C (en) Treatment of nitrogen oxides in flue gas streams
KR101910880B1 (ko) 내연기관으로부터의 배기가스에서 질소 산화물 및 황 산화물의 환원 방법
CA2760777A1 (en) Combustion flue gas nox treatment
CN102553412A (zh) 一种利用高反应活性氨基还原剂进行烟气脱硝的方法
CN102355934A (zh) 在工业设备中对含有氨气和氮氧化物的废气流的组合废气处理
AU2016371906A1 (en) Process for the removal of contaminants from flue gas streams
Latha et al. A review on scr system for nox reduction in diesel engine
KR20130101751A (ko) 유동층 연소로에서 다단반응에 의한 질소산화물 및 아산화질소의 동시 저감방법
KR20160084527A (ko) 질소산화물과 황산화물을 저감하는 선박의 배기가스 처리 장치
CN103349900A (zh) 一种同时脱硫脱硝的方法
Zhou et al. Experimental study on removal performance of SO2 and NOx in marine exhaust gas using seawater/urea peroxide solution and analysis of ions concentration change
RU2724607C2 (ru) Низкотемпературный способ scr на основе мочевины при наличии отработанных газов с высоким содержанием серы
CN111330442B (zh) 一种氨法催化联合脱硫脱硝方法
RU2469949C2 (ru) Способ очистки дымовых газов, содержащих оксиды азота
CN108339385A (zh) 双塔氨法脱硫与氧化催化脱硝有机结合用于烧结烟气脱硫脱硝的方法
JPS61263618A (ja) 燃焼流出物のＮＯｘ放出を減少する改良方法
CN104785092A (zh) 一种sncr烟气脱硝装置
KR20080059958A (ko) 오존 및 활성 코크스에 의한 배가스 동시 탈황 탈질 방법
CN114466690A (zh) 选择性催化还原方法及选择性催化还原系统
EP3043890A1 (en) Treatment of nitrogen oxides in flue gas streams
JP2020159317A (ja) 排ガス処理方法、排ガス処理システムおよび排ガス処理システムを備える船舶
CN208003740U (zh) 烧结烟气脱硫脱硝的处理装置
Tronconi et al. The Role of NO 2 in the NH 3–SCR Catalytic Chemistry