PL165767B1 - Sposób usuwania SO2 i NOx z przemysłowych gazów odlotowych - Google Patents

Abstract

Sposób usuwania SO2 i NOx z przemysłowych gazów odlotowych przy użyciu wiązki elektronów, znamienny tym, że w obszar napromieniania strumienia gazów impulsową wiązką elektronów, wzdłuż przepływu strumienia w całym jego przekroju, wprowadza się impulsowy strumień energii mikrofalowej o natężeniu pola elektrycznego E, > 300 V/cm, długości impulsu t = 10'7 -10'3 s i częstotliwości powtarzania f > v/ak, gdzie v - oznacza prędkość strumienia gazów, ak - oznacza długość obszaru napromieniania, przy czym ciśnienie napromienianego gazu jest bliskie ciśnieniu atmosferycznemu a częstotliwość energii mikrofalowej zawiera się w przedziale 200 - 10000 MHz.

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób usuwania kwaśnych zanieczyszczeń takich jak SO2 i NOx w procesie radiacyjnego oczyszczania gazów odlotowych z urządzeń przemysłowych, których najbardziej typowym przykładem są elektrownie i elektrociepłownie opalane węglem.

Zanieczyszczenie powietrza gazowymi produktami towarzyszącymi wytwarzaniu energii elektrycznej i cieplnej w instalacjach opalanych węglem jest problemem w skali światowej. W przybliżeniu można przyjąć, że typowa elektrownia o mocy 500 MW emituje w ciągu godziny 3 - 5 t zanieczyszczeń gazowych, których szkodliwy wpływ na środowisko naturalne nasila się coraz bardziej. Poszukiwanie skutecznych metod doprowadziło do opracowania wielu technologii.

Usuwanie kwaśnych zanieczyszczeń z gazów odlotowych instalacji przemysłowych metodami chemicznymi polega na ich absorpcji w roztworach elkalicznych np. zawiesinie wapna. Te tak zwane mokre metody wymagają składowania dużych ilości produktów odpadowych, pozwalają na usuwanie jedynie SO2 i wymagają budowy oddzielnych instalacji dla usuwania NOx, np. na drodze katalitycznej redukcji amoniakiem do azotu gazowego.

W technologii radiacyjnej wykorzystuje się strumień przyspieszonych elektronów do inicjowania powstawania wolnych rodników prowadzących do przyspieszenia reakcji i wiążących SO2 i NOx z dodatkami alkalicznymi co prowadzi do oczyszczania gazów spalinowych.

Metoda radiacyjna pozwala na wyeliminowanie w jednej instalacji 95% SO2 i do 80% NOx. Istotnym problemem instalacji radiacyjnej jest zwiększenie wydajności zachodzących procesów, które zależą z jednej strony od dawki promieniowania jonizującego a z drugiej strony od ilości, temperatury i składu chemicznego mieszaniny gazów. Zwiększenie wydajności osiągnięto przez wstępne nawilżenie gazów odlotowych i dodanie przed procesem napromieniania określonej ilości amoniaku co przedstawiono w polskich opisach patentowych nr nr 153 259 i 162 895 (zgłoszenia patentowe nr nr P. 263 933 i P. 284 996).Sposoby te pozwalają na jednoczesne uzyskanie w wyniku zachodzących po napromienianiu reakcji produktów stałych, które mogą być wykorzystane jako nawozy sztuczne.

165 767

W trakcie napromieniania gazów; odlotowych po dodaniu wody w postaci aerozolu następuje formowanie rodników atomowych i cząsteczkowych a także swobodnych elektronów, przy czym rodniki OH*, O’ i H2O’ są odpowiedzialne za procesy utleniania SO2 i NO_X do SO3 i NO2, które w reakcji z parą wodną tworzą występujące w aerozolu H2SO4 i HNO3. Związki te w obecności amoniaku przechodzą w produkty stałe NH4NO3 i /NH4/2SO4 dające wykorzystać się jako nawozy sztuczne. Procesy te zachodzą w temperaturze 65-100°C

Optymalizacja temperatury, stopnia nawilżania i ilości dodawanego amoniaku zależy od składu i natężenia przepływu gazów i może zmieniać jedynie nieznacznie efektywność usuwania kwaśnych zanieczyszczeń z gazów odlotowych.

Znane są sposoby zwiększania efektywności radiacji przez zastosowanie dodatkowo pola elektrostatycznego i elektromagnetycznego dla uzyskania dodatkowych elektronów i zwiększenia ilości rodników decydujących o przebiegu reakcji chemicznych.

Znany sposób według opisu patentowego DD-243-216 A /87- 170590/25/ polega na zastosowaniu obok wiązki elektronów o energii 50-500 keV pola elektrycznego o natężeniu do 100 V/cm dla zmniejszenia zużycia energii elektrycznej w procesie oczyszczania a tym samym podniesienie efektywności tego procesu. Wadą tej metody jest zastosowanie w komorze reakcyjnej elektrod siatkowych rozmieszczonych co 16 cm dla wprowadzenia pola elektrycznego w obszar zachodzących reakcji. Powoduje to zablokowanie komory reakcyjnej przez nieusunięte w procesie filtracji pyły niesione przez gazy spalinowe oraz tworzący się stały produkt zachodzących reakcji chemicznych.

Niedostatki powyższego sposobu eliminuje rozwiązanie według opisu patentowego JO1099-633-A /89-156548/21/, gdzie do komory reakcyjnej obok wiązki elektronów wprowadza się dodatkową wiązkę laserową/laser ArF o długości fali 193 nm/ oraz CH3OH wzbudzany przez światło dla generacji rodników OH co prowadzi do wiązania NO i SO2 w produkty stałe a tym samym umożliwia ich skuteczne usunięcie. Wprowadzenie promieniowania laserowego daje pozytywne skutki ale przemysłowa realizacja tego sposobu jest skomplikowana i kosztowna. Ponadto metoda ta charakteryzuje się niską efektywnością powodowaną ograniczoną penetracją promieniowania UV w komorze reaktora na skutek m.in. obecności pary wodnej oraz trudności w jednorodnym naświetleniu odpowiednio dużej komory reakcyjnej a także wymaga wprowadzenia dodatkowo związku CH3OH.

W dużych instalacjach przemysłowych zagadnienie obniżenia mocy wiązki elektronowej ma duże znaczenie ekonomiczne zważywszy, że około 2-4% mocy elektrowni idzie na pokrycie mocy wiązki elektronów.

Zasadniczym elementem sposobu według wynalazku jest wtórne wykorzystanie swobodnych elektronów powstających w procesie napromieniania i wprowadzanych do układu w postaci wiązki przyspieszonych elektronów do generacji rodników utleniających, poprzez zastosowanie energii mikrofalowej zwiększającej ilości swobodnych elektronów i utrzymującej ich energię na optymalnym poziomie. W efekcie prowadzi to do obniżenia dawki promieniowaniajonizującego a tym samym do obniżenia mocy średniej wiązki przyspieszonych elektronów oraz obniżenia nakładów na akceleratory i urządzenia towarzyszące przy zachowaniu skuteczności procesu radiacyjnego.

Według wynalazku sposób usuwania SO2 i NO_X z przemysłowych gazów odlotowych przy użyciu wiązki elektronów polega na wprowadzeniu w obszar napromieniania strumienia gazów impulsowej wiązki elektronów, wzdłuż przepływu strumienia gazów w całym jego przekroju, dodatkowego impulsowego strumienia energii mikrofalowej o natężeniu pola elektrycznego E, > 300 V/cm 1 długość impulsu τ = 10‘7 - 10- s i częstotliwości powtarzania f > v/ak, gdzie v oznacza prędkość strumienia gazów, ak oznacza długość obszaru napromieniania, przy czym ciśnienie napromienianego gazu jest bliskie ciśnieniu atmosferycznemu a częstotliwość energii mikrofalowej zawiera się w przedziale 200 - 10000 MHz.

Jednocześnie z impulsami elektronów i impulsami energii mikrofalowej można wprowadzać ciągły strumień energii mikrofalowej o natężeniu pola elektrycznego Ec równym 100-300 V/cm 1 częstotliwości zawierającej się w przedziale 200 - 10000 MHz.

165 767

Można również wiązkę przyspieszonych elektronów wprowadzać impulsowo przy czasie trwania impulsów przedziale Te = 10'⁸ -10’⁵ s, przy czym impulsy te poprzedzają impulsy energii mikrofalowej.

Tak więc w rozwiązaniu według wynalazku obok impulsowej wiązki elektronów do komory reakcyjnej wprowadza się energię mikrofalową o częstotliwości 200 - 10000 MHz. Trafiające do komory radiacyjnej gazy odlotowe oczyszcza się z zanieczyszczeń pyłowych oraz nawilża zgodnie z zasadami prowadzenia procesu radiacyjnego. Wprowadzenie do całej objętości komory reakcyjnej energii mikrofalowej prowadzi do zwiększenia ilości rodników OH z uwagi na zwiększoną ilość swobodnych elektronów ne według zależności:

ne = neo e gdzie neo oznacza ilość swobodnych elektronów przed wprowadzeniem energii mikrofalowej, D, oznacza częstotliwość zderzeń jonizujących proporcjonalną m.in. do natężenia pola elektrycznego impulsu mikrofalowego, zaś t oznacza czas.

W rezultacie, wprowadzenie impulsów energii mikrofalowej powoduje rozmnożenie swobodnych elektronów, a poprzez wprowadzenie ciągłego tła o określonym natężeniu podtrzymywany jest niezbędny poziom energii tych elektronów. Tym samym do generacji rodników niezbędnych w procesie oczyszczania nie jest wymagane wprowadzenie dodatkowych elektrod czy też stosowanie CH3OH.

Poniższe przykłady ilustrują sposób według wynalazku.

Przykład I. Strumień gazów odlotowych po wprowadzeniu do komory reakcyjnej napromieniono impulsową wiązką elektronów wraz z impulsowym strumieniem energii mikrofalowej o natężeniu pola elektrycznego Ei > 300 V/cm, częstotliwości w zakresie 200 - 10000 MHz i czasie trwania impulsu T = 10‘⁷ -10’³ s. W wyniku takiego napromienienia zwiększyła się ilość swobodnych elektronów, co z kolei spowodowało zwiększenie stężenia rodników odpowiedzialnych za przebieg procesów chemicznych prowadzących do związania kwaśnych zanieczyszczeń w produkty stałe, które następnie usunięto ze strumienia gazów odlotowych za pomocą filtracji. Końcowym rezultatem zastosowanego sposobu, było obniżenie zużycia energii elektrycznej, która zwykle jest potrzebna do oczyszczania gazów odlotowych znanymi metodami radiacyjnymi.

Przykład II. Strumień gazów odlotowych po wprowadzeniu do komory reakcyjnej napromieniono impulsową wiązką elektronów wraz z zastosowaniem impulsowego strumienia energii mikrofalowej podobnie jak w przykładzie I dodając jeszcze ciągły strumień energii mikrofalowej. W wyniku takiego oddziaływania uzyskano podtrzymanie energii swobodnych elektronów w przerwach między impulsami elektronów i impulsami energii mikrofalowej, co dało skuteczniejszą generację rodników odpowiedzialnych za przebieg procesów chemicznych prowadzących do związania kwaśnych zanieczyszczeń w produkty stałe, które następnie usunięto ze strumienia gazów odlotowych za pomocą filtracji. Wyniki te były korzystniejsze w stosunku do wyników jakie otrzymuje się stosując metodę radiacyjnego oczyszczania przemysłowych gazów odlotowych z SO2 i NOx.

Departament Wydawnictw UP RP Nakład 90 egz. Cena 1,,00 zł.

Claims (3)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób usuwania SO2 i NO_X z przemysłowych gazów odlotowych przy użyciu wiązki elektronów, znamienny tym, że w obszar napromieniania strumienia gazów impulsową wiązką elektronów, wzdłuż przepływu strumienia w całym jego przekroju, wprowadza się impulsowy strumień energii mikrofalowej o natężeniu pola elektrycznego E1 > 300 V/cm, długości impulsu T = 10’⁷ -10'³ s i częstotliwości powtarzania f > v/ak, gdzie v - oznacza prędkość strumienia gazów, ak - oznacza długość obszaru napromieniania, przy czym ciśnienie napromienianego gazu jest bliskie ciśnieniu atmosferycznemu a częstotliwość energii mikrofalowej zawiera się w przedziale 200 - 10000 MHz.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jednocześnie z impulsami elektronów i impulsami energii mikrofalowej wprowadza się ciągły strumień energii mikrofalowej o natężeniu pola elektrycznego Ec = 100 - 300 V/cm i częstotliwości zawartej w przedziale 200 - 10000 MHz.
3. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wiązkę przyspieszonych elektronów wprowadza się impulsowo a czas trwania impulsów zawiera się w przedziale x_e = 10-⁸ -10'⁵ s, przy czym impulsy te poprzedzają impulsy energii mikrofalowej.