IT9085570A1

IT9085570A1 - METHOD OF REDUCTION OF POLLUTING GASES PRODUCED BY BURNING FUELS

Info

Publication number: IT9085570A1
Application number: IT085570A
Authority: IT
Inventors: Giuseppe Canova; Mario Mazzi
Original assignee: Rbl Spa
Priority date: 1990-05-16
Filing date: 1990-05-16
Publication date: 1991-11-16
Also published as: IT9085570A0; IT1240867B

Description

DESCRIZIONE DESCRIPTION

La presente invenzione riguarda un metodo per la riduzione dei gas inquinanti prodotti bruciando combustibili specialmente liquidi o gassosi come olio combustibile o gas metano. The present invention relates to a method for the reduction of polluting gases produced by burning especially liquid or gaseous fuels such as fuel oil or methane gas.

E' noto che durante i processi di combustione, siano essi riferibili a combustione per riscaldamento o combustione per trazione, vengono utilizzati combustibili che per lo piu' sono prodotti organici come gasolio o gas naturale (metano), che producono come gas di scarico in maggior parte anidride carbonica, vapor d'acqua ed in parte non trascurabile sottoprodotti della combustione che possono essere classificati come monossido di carbonio (CO), gruppi SO, SO2 , gruppi ΝΟx , ed anche sostanze aromatiche incombuste. It is known that during the combustion processes, whether they refer to combustion for heating or combustion by traction, fuels are used which are mostly organic products such as diesel oil or natural gas (methane), which they produce as exhaust gas in greater part carbon dioxide, water vapor and partly not negligible by-products of combustion which can be classified as carbon monoxide (CO), SO, SO2 groups, ΝΟx groups, and also unburnt aromatic substances.

Il monossido di carbonio, CO e gli ossidi di azoto NOx , sono presenti come prodotti della combustione sia nella combustione del gasolio che quella del metano, mentre i gruppi SO, SO2 sono essenzialmente presenti nella combustione del gasolio. Carbon monoxide, CO and nitrogen oxides NOx, are present as combustion products both in the combustion of diesel fuel and that of methane, while the SO, SO2 groups are essentially present in the combustion of diesel fuel.

E' universalmente noto come il monossido di carbonio CO sia conosciuto come un gas temibilissimo dall'uomo in quanto completamente inodore e capace di essere letale anche se respirato in piccole quantità'. Soprattutto nelle utenze domestiche il monossido di carbonio e' responsabile di incidenti gravi anche mortali, per essere inconsapevolmente inalato a causa di impianti con combustione difettosa. It is universally known that carbon monoxide CO is known as a very dangerous gas by man as it is completely odorless and capable of being lethal even if breathed in small quantities'. Especially in domestic users, carbon monoxide is responsible for serious and even fatal accidents, due to being unknowingly inhaled due to systems with defective combustion.

E' ben conosciuto anche il fenomeno cosiddetto delle piogge acide, dovute alla presenza dell'atmosfera di quantità' non trascurabili di anidridi solforosa o solforica (SO2, - SO3) e di anidride nitrosa 0 nitrica generata appunto dalla combinazione dell'idrogeno con ossidi di azoto e gruppi SO, SO2 prodotti dalle combustioni che reagiscono con l'H20 generando H2 SO4 e HNO3 (acido solforico e acido nitrico). Questi fenomeni sono ugualmente dovuti sia alle combustioni di gasolio 0 gas nelle caldaie per riscaldamento 0 per produzioni industriali, sia per combustioni che avvengono nei motori a scoppio endotermici. The so-called phenomenon of acid rain is also well known, due to the presence in the atmosphere of non-negligible quantities of sulfur dioxide or sulfur dioxide (SO2, - SO3) and nitrous or nitric anhydride generated by the combination of hydrogen with oxides of nitrogen and SO, SO2 groups produced by combustion that react with H20 generating H2 SO4 and HNO3 (sulfuric acid and nitric acid). These phenomena are equally due both to the combustion of diesel oil or gas in the boilers for heating or for industrial production, and to the combustion that occurs in internal combustion engines.

Allo stato attuale della tecnica uno dei metodi utilizzati per la riduzione di gas inquinanti e' quello di migliorare la combustione sia migliorando la qualità' dei combustibili, sia migliorando di per se' il processo di combustione, mentre risulta abbastanza difficile e problematica la bonifica dei gas di scarico sia per il volume degli stessi sia per l'elevata temperatura alla quale detti gas vengono scaricati. Lo scopo principale che si propone l'invenzione e' quello di realizzare un metodo per la riduzione parziale dell'inquinamento dovuto allo scarico dei gas di combustione inquinanti dell'atmosfera che sia di facile l'applicazione oltre che alle caldaie, anche ai motori endotermici, senza per questo cambiare radicalmente la loro costruzione. In the current state of the art, one of the methods used for the reduction of polluting gases is to improve combustion both by improving the quality of the fuels and by improving the combustion process per se, while the remediation of the gases is quite difficult and problematic. exhaust gases both for their volume and for the high temperature at which said gases are discharged. The main purpose of the invention is to provide a method for the partial reduction of pollution due to the discharge of the polluting combustion gases of the atmosphere that is easy to apply not only to boilers, but also to endothermic engines. , without radically changing their construction.

Si vuole anche che il metodo della riduzione dei gas inquinanti sia realizzabile con mezzi economici e non complicati tali da non introdurre costi aggiuntivi di manutenzione e di periodica revisione agli impianti in funzione. It is also desired that the method of reducing polluting gases be achievable with economic and uncomplicated means such as not to introduce additional costs of maintenance and periodic overhaul of the plants in operation.

Tutti questi scopi ed altri che verranno meglio evidenziati in seguito sono raggiunti da un metodo per la riduzione dei gas inquinanti nei gas di scarico dei prodotti della combustione in un ciclo di combustione di combustibili preferibilmente liquidi o gassosi, ciclo che comprende una fase di imissione dell'aria comburente e di miscelazione con il combustibile in una zona di combustione, oppure in una camera di combustione o di scoppio, una fase di combustione o di scoppio del combustibile liquido o gassoso realizzata tramite mezzi noti, una fase di scarico dei prodotti della combustione in atmosfera, dove detto metodo, in accordo con la rivendicazione principale, e' caratterizzato dal fatto che in una qualsiasi fase di detto ciclo, ma comunque prima dello scarico dei prodotti della combustione in atmosfera, viene immessa aria ionizzata contenente ozono, dove detta aria con ozono e' prodotta con mezzi noti ed immessa nell'impianto che realizza il ciclo di combustione, e dove l'ozono si combina con l'ossido di carbonio trasformandolo in anidride carbonica. Nel caso che vengano trattati fumi di scarico di caldaie, l'impianto di produzione di aria ionizzata contenente ozono può' essere applicato sia al bruciatore posizionando l'impianto in corrispondenza della presa d'aria dello stesso, sia nel tubo di scarico dei fumi e cioè' nel camino prima che detti fumi raggiungano l'atmosfera libera. All these purposes and others that will be better highlighted below are achieved by a method for the reduction of polluting gases in the exhaust gases of combustion products in a combustion cycle of preferably liquid or gaseous fuels, a cycle which includes a phase of emission of the '' combustion air and mixing air with the fuel in a combustion zone, or in a combustion or combustion chamber, a combustion or bursting phase of the liquid or gaseous fuel carried out by known means, a phase of discharging the products of combustion into the atmosphere, where said method, in accordance with the main claim, is characterized by the fact that in any phase of said cycle, but in any case before the combustion products are discharged into the atmosphere, ionized air containing ozone is introduced, where said air with ozone is produced with known means and introduced into the plant that carries out the combustion cycle, and where the ozone is i combines with carbon monoxide turning it into carbon dioxide. In the event that boiler exhaust fumes are treated, the ionized air production system containing ozone can be applied both to the burner by positioning the system in correspondence with its air intake, and in the fumes exhaust pipe and that is, in the chimney before said fumes reach the free atmosphere.

Nel caso che l'abbattimento dei gas inquinanti si riferisca a quelli prodotti dai motori a scoppio, come ad esempio motori per trazione per auto, anche in questo caso l'aria ionizzata contenente ozono può' essere immessa nel tubo di scarico dei fumi prima che questi raggiungano l'atmosfera libera o anche prima dell'immissione della miscela di aria combustibile nella camera di scoppio. In the event that the abatement of polluting gases refers to those produced by internal combustion engines, such as traction engines for cars, also in this case the ionized air containing ozone can be introduced into the flue gas exhaust pipe before these reach the free atmosphere or even before the fuel air mixture is introduced into the combustion chamber.

Da prove effettuate risulta che i maggiori vantaggi nell'abbattiamento dei gas inquinanti si hanno quando viene immessa aria contenente ozono dopo la combustione e quindi quando l'aria ionizzata con l'ozono viene inserita nei gas di scarico. Tests have shown that the greatest advantages in reducing polluting gases are obtained when air containing ozone is introduced after combustion and therefore when the air ionized with ozone is inserted into the exhaust gases.

Si e' visto inoltre che minore e' la temperatura del gas di scarico, maggiore e' l'effetto di abbattimento che provoca l'ozono e l'aria ionizzata. It has also been seen that the lower the temperature of the exhaust gas, the greater the abatement effect caused by the ozone and ionized air.

Questo fenomeno sembra giustificato dal fatto che l'ozono di per se', essendo uno stato allotropico dell'ossigeno, e' instabile e quindi la sua instabilità' aumenta con la temperatura. This phenomenon seems justified by the fact that ozone itself, being an allotropic state of oxygen, is unstable and therefore its instability increases with temperature.

Ulteriori caratteristiche e particolarità' dell'invenzione verranno meglio evidenziate nell'esemplificazione di un metodo secondo l'invenzione, dato a titolo indicativo che viene descritto ed illustrato con l'ausilio dei disegni, ove: Further characteristics and particularities of the invention will be better highlighted in the exemplification of a method according to the invention, given by way of example which is described and illustrated with the aid of the drawings, where:

- la fig. 1 mostra in vista laterale una caldaia con l'impianto di produzione di aria ionizzata ed ozono applicato al condotto dei gas di scarico dei prodotti di combustione; - la fig. 2 e la fig. 3 mostrano un'altra applicazione del metodo dell'invenzione in cui il dispositivo di produzione dell'aria ionizzata e dell'ozono e' applicato nella fase precedente la combustione e cioè' nella presa d'aria di un bruciatore; - fig. 1 shows a side view of a boiler with the ionized air and ozone production plant applied to the exhaust gas duct of the combustion products; - fig. 2 and fig. 3 show another application of the method of the invention in which the ionized air and ozone production device is applied in the phase preceding the combustion, that is, in the air intake of a burner;

- la fig. 4 mostra una vista da sotto di un auto con l'applicazione dell'impianto per la produzione di aria ionizzata ed ozono applicato prima dell'uscita dei gas di scarico in atmosfera. - fig. 4 shows a view from below of a car with the application of the system for the production of ionized air and ozone applied before the outlet of the exhaust gases into the atmosphere.

Con particolare riferimento alla fig. 1 si osserva che la caldaia indicata complessivamente ed in modo schematico con 1, e' una caldaia per la combustione del gasolio provvista di un bruciatore convenzionale 2 avente una presa d'aria 3. La camera di combustione e' indicata con 4, mentre il tubo di scarico dei fumi e' indicato con 5. With particular reference to fig. 1 it is observed that the boiler indicated as a whole and schematically with 1, is a boiler for the combustion of diesel fuel equipped with a conventional burner 2 having an air intake 3. The combustion chamber is indicated with 4, while the fumes exhaust pipe is indicated with 5.

Come si può' osservare in fig. 1, il dispositivo di produzione dell'aria ionizzata e dell'ozono indicato con 6 e' collegato al tubo di scarico 5 dei fumi. Detto dispositivo di ionizzazione può' essere un dispositivo di tipo tradizionale consistente essenzialmente in piastre elettriche avvicinate tra di loro ed alimentate a potenziale abbastanza elevato, compreso tra gli 8 e 10 KV attraverso le quali passa una corrente d'aria. Il passaggio dell'aria e quindi dell'ossigeno attraverso dette piastre provoca la formazione di gas ionizzati costituenti l'aria ed anche ozono. L'ozono viene immesso nel condotto di espulsione dei fumi 5 e reagisce innanzitutto con il monossido di carbonio trasformandolo in anidride carbonica secondo la reazione CO+O3 = CO2+ O2 . Ulteriori reazioni secondarie si hanno per l'ossido di azoto NO che si trasforma in anidride nitrosa NO20 in anidride nitrica NO3. Se e' presente zolfo, le molecole di SO si trasformano in SO2 · Inoltre si ha come precedentemente ricordato, l'effetto di rottura della catene aromatiche se allo scarico dei fumi c'e' presenza di sostanze cicliche. As can be seen in fig. 1, the ionized air and ozone production device indicated by 6 is connected to the flue gas discharge pipe 5. Said ionization device can be a traditional type device essentially consisting of electric plates placed close to each other and fed at a fairly high potential, between 8 and 10 KV through which an air current passes. The passage of air and therefore of oxygen through said plates causes the formation of ionized gases constituting the air and also ozone. The ozone is introduced into the smoke expulsion duct 5 and first of all reacts with the carbon monoxide transforming it into carbon dioxide according to the reaction CO + O3 = CO2 + O2. Further secondary reactions occur for nitric oxide NO which is transformed into nitrous anhydride NO20 in nitric anhydride NO3. If sulfur is present, the SO molecules are transformed into SO2 · Furthermore, as previously mentioned, there is the effect of breaking the aromatic chains if there is the presence of cyclic substances at the exhaust of the fumes.

Prove effettuate nelle condizioni di immissione di aria ionizzata con ozono allo scarico dei fumi in una caldaia a gasolio, hanno portato a stabilire che per una caldaia di 20.000 kcal/h con immissione di aria ionizzata con ozono a 50 cm. dalla bocca di uscita dei fumi aventi temperatura fino a 130 gradi circa, si e' trovato un abbattimento del contenuto di NOx , del 6,5%, di SO2 del 8%, mentre si e' notata la sparizione completa del CO. Tests carried out in the conditions of introduction of ionized air with ozone to the flue gas discharge in a diesel boiler, have led to establish that for a boiler of 20,000 kcal / h with the introduction of ionized air with ozone at 50 cm. from the outlet of the fumes having a temperature of up to about 130 degrees, a reduction of the NOx content of 6.5%, of SO2 of 8% was found, while the complete disappearance of CO was noted.

In una caldaia di 13.000 kcal/h con immissione di aria ionizzata ed ozono a 80 cm. dalla bocca di uscita dei fumi e con temperature degli stessi di 87 gradi, si e' avuto un abbattimento di SO2 pari al 21% rispetto a scarichi senza inserimento di ozono e un abbattimento di NOx pari all'11%. Nelle caldaie alimentate a gas metano si e' potuto notare abbattimenti di NO varianti dal 23% al 57% a seconda della zona di immissione dei fumi con temperatura variante da 100 a 64 gradi centigradi. In a 13,000 kcal / h boiler with ionized air and ozone at 80 cm. from the outlet of the fumes and with temperatures of 87 degrees, there was a reduction of SO2 equal to 21% compared to exhausts without insertion of ozone and a reduction of NOx equal to 11%. In the boilers fueled by methane gas it was possible to notice NO abatements varying from 23% to 57% depending on the area of inlet of the fumes with a temperature varying from 100 to 64 degrees centigrade.

Sostanzialmente si può' asserire che minore e' la temperatura dei fumi maggiore e' il risultato dell'azione dell'aria ionizzata e dell'ozono in essa contenuto in quanto detto ozono riesce a combinarsi con le molecole reattiva all' ossigeno prima che l'ozono stesso venga distrutto dall'elevata temperatura e per la sua stessa instabilità'. Basically it can be asserted that the lower the temperature of the fumes, the higher is the result of the action of the ionized air and the ozone contained in it, as said ozone manages to combine with the reactive oxygen molecules before the ozone itself is destroyed by the high temperature and its own instability '.

In fig. 2 ed in fig. 3 si osserva che il dispositivo di produzione dell'aria ionizzata e dell'ozono 6 e' inserito in prossimità' della bocca di aspirazione dell'aria del bruciatore 2 anziché' nella tubazione di scarico dei fumi 5. Questa e' una possibile variazione della disposizione del dispositivo di produzione dell'aria ionizzata e dell'ozono che sostanzialmente sposta la fase di immissione dei gas ionizzati e dell'ozono prima della combustione anziché' dopo. In fig. 2 and in fig. 3 it is observed that the ionized air and ozone production device 6 is 'inserted near' the air intake port of burner 2 instead of in the flue gas discharge pipe 5. This is a possible variation of the arrangement of the ionized air and ozone production device which substantially moves the ionized gas and ozone injection phase before combustion rather than after.

Risultati sperimentali hanno dimostrato una minore efficacia nell'abbattimento dei gas inquinanti. Experimental results have shown a lower effectiveness in the abatement of polluting gases.

In fig. 4 e' mostrata un'automobile indicata complessivamente con 10 e vista dal di sotto, in cui i gas di scarico provenienti dal motore a combustione interna 11 e passante attraverso la tubazione di scarico 12 e la marmitta 13 prima di uscire dalla bocca di scarico 14 vengono bonificati dall'immissione di aria ionizzata ed ozono prodotto dal dispositivo 15 che sfrutta aria in ingresso dalla bocca 16 durante il cammino della macchina ed immette, attraverso la tubazione 17, nel tratto di tubazione finale 10 l'aria ionizzata e l'ozono prodotto dal dispositivo 15, cosi' da far reagire l'ozono prima che i fumi escano in atmosfera. In fig. 4 shows an automobile indicated as a whole with 10 and seen from below, in which the exhaust gases coming from the internal combustion engine 11 and passing through the exhaust pipe 12 and the muffler 13 before exiting the exhaust port 14 they are reclaimed by the introduction of ionized air and ozone produced by the device 15 which uses the air entering the mouth 16 during the movement of the machine and introduces, through the pipe 17, into the final pipe section 10 the ionized air and the ozone produced from the device 15, so as to make the ozone react before the fumes leave the atmosphere.

Negli esempio di realizzazione del metodo di riduzione dell'invenzione si e' accennato ad un solo dispositivo di produzione dell'aria ionizzata e dell'ozono, ma in effetti i dispositivi di produzione dell'ozono potranno essere anche piu' di uno, senza per questo uscire dall'ambito dell'idea inventiva. In the embodiment examples of the reduction method of the invention, only one ionized air and ozone production device was mentioned, but in fact the ozone production devices may be even more than one, without for this leaving the scope of the inventive idea.

Si vuole inoltre precisare che i risultati di abbattimento dei gas inquinanti del metodo dipendono anche dalla quantità' di produzione di gasi ionizzati e quindi anche in misura significativa dai dispositivi che realizzano la produzione degli stessi. It should also be pointed out that the results of the method of abatement of polluting gases also depend on the quantity of ionized gas production and therefore also to a significant extent on the devices that produce the same.

Il metodo di abbattimento dei gas inquinanti di cui all'invenzione può' essere agevolmente applicato anche ai prodotti della combustione delle cucine a gas domestiche, dove alle fiamme dei fornelli si ottengono come prodotti della combustione gruppi di CO e NOX che possono agevolmente essere trattati da impianti di ionizzazione dell'aria e di produzione di ozono posti nelle cappe di aspirazione sovrastanti dette cucine. The method of abatement of polluting gases according to the invention can be easily applied also to the combustion products of domestic gas cookers, where the flames of the stoves are obtained as combustion products groups of CO and NOX which can easily be treated by air ionization and ozone production systems placed in the suction hoods above said kitchens.

Claims

CLAIMS 1) Method for the reduction of polluting gases in the exhaust gases of combustion products in a combustion cycle of preferably liquid or gaseous fuels comprising: - a phase of introducing the combustion air and mixing it with the fuel in a combustion zone, or in a combustion or combustion chamber; - a combustion or bursting phase of the fuel carried out by known means; - a phase of discharging the products of combustion into the atmosphere, characterized in that in any phase of said cycle, but in any case before the combustion products are discharged into the atmosphere, air ionized with ozone is introduced into the system that carries out said combustion cycle, said ozone being produced by known means and realizing the transformation of the carbon monoxide present in the exhaust gases into carbon dioxide.

2) Method according to claim 1), characterized in that the introduction of the ionized air containing ozone takes place in the duct (5.18) of the exhaust gases after combustion.

3) Method according to claim 1), characterized in that the ionized air containing ozone takes place in the air supply duct (3) before combustion.

4) Method according to claim 2), characterized by the fact that the introduction of the ionized air containing ozone into a combustion process obtained from a boiler or an endothermic engine, takes place in correspondence with the flue exhaust pipe and by means of a device production of ionized air and ozone connected in suction with the external environment and in delivery with the flue gas exhaust pipe.

5) Method according to claim 3), characterized in that the introduction of the ionized air containing ozone into a combustion process obtained from the boiler takes place in correspondence with the introduction of the air into the intake ducts of the burner.