NO971071L - Reaktiv blanding og fremgangsmåte for rensing av en nitrogenoksydholdig gass - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår rensing av gasser som er forurenset med nitrogenoksyd, spesielt rensing av røk generert ved forbrenning av et brennstoff i nærvær av luft.

Røk som dannes ved forbrenning av gassformige, flytende eller faste brenn-bare materialer er vanligvis forurenset med oksyder av nitrogen som stammer fra atmosfærisk nitrogen og i noen tilfeller fra nitrogenforbindelser som er til stede i brennstoffet. I disse røktyper utgjør nitrogenoksyd (NO) hovedandelen av oksydene av nitrogen, idet resten i hovedsak består av nitrogendioksyd (N02).

Den høye toksisitet for nitrogenoksyd og nitrogendbksyd og deres bidrag til dannelsen av surt regn betyr at disse må fjernes fra røken før den slippes ut i atmosfæren.

Patent US-A-4 783 325 tilveiebringeren to-trinns prosess for rensing en gass som inneholder nitrogenoksyd. I et første trinn føres en gassblanding som inneholder oksygen og en initiator av perhydroksylradikalerinn i gassen som skal renses og som holdes på høy temperatur, for å oksydere nitrogenoksydet til nitrogendioksyd; i et andre trinn behandles gassen som er tatt ut fra det første trinn med ulesket kalk, natriumkarbonat, natriumhydrogenkarbonat eller natriumseskvikarbonat, for å dekomponere nitrogendioksydet. I denne kjente prosess kan gassforbindelsen som er initiator for perhydroksylradikalene, være et fordampet hydrokarbon eller et gassformig hydrogenperoksyd. Denne kjente prosess innebærer at to forskjellige reaktanter føres inn separat og suksessivt i gassen som skal behandles, noe som kompliserer gjennomføringen og krever kostbart utstyr. Anvendelsen av en gassformig reaktant kompliserer gjennomføringen av prosessen

i enda høyere grad.

For å rense en gass for nitrogendioksyd er det også blitt foreslått å la den gjennomgå vasking ved hjelp av en alkalisk løsning av hydrogenperoksyd eller av en peroksydforbindelseså som natriumperborat eller -perkarbonat (japansk patent-søknad JP-A-51 006 884). Denne prosess angår imidlertid ikke rensing av en gass som er forurenset med nitrogenoksyd. Videre har prosessen den ulempe at det kreves komplisert og kostbart utstyr for gjennomføring av vasking av gassen som skal renses med den vandige alkaliske løsning.

Det har også vært foreslått å føre inn natriumperkarbonat eller natriurrv perborat i et sigarettfilter med det formål å fjerne nikotin, karbonmonoksyd, nitrogenoksyd og nitrogendioksyd fra røken (japansk patentsøknad JP-A-57 018 974).

Oppfinnelsen har satt seg som mål å tilveiebringe en fast, reaktiv blanding som muliggjør effektiv rensing av en gass som er forurenset med nitrogenoksyd under unngåelse av ulempene ved de kjente prosesser beskrevet ovenfor.

Oppfinnelsen angår således en pulverisert, fast, reaktiv sammensetning for å rense en gass som inneholder nitrogenoksyd for nitrogenoksyd, idet sammensetningen omfatter en blanding som er sammensatt av minst én fast peroksydforbindelse og minst ett alkalimetallsalt valgt fra alkalimetallkarbonater, alkalimetalhydrogerv karbonater, og faste løsninger av alkalimetallkarbonat og alkalimetallhydrogenkarbonat.

I sammensetningen i henhold til oppfinnelsen skal det med fast peroksydforbindelse forstås en peroksydforbindelse som er fast og stabil ved romtemperatur. Som en generell regel må peroksydforbindelsen være fast og stabil ved temperaturer på minst 15°C og fortrinnsvis minst 25°C. Funksjonen av peroksydforbindelsen er å frigi aktivt oksygen inn i gassen. Peroksydforbindelsen i sammensetningen i henhold til oppfinnelsen må derfor ha en dekomponeringstemperatursom på det høyeste er lik eller som fortrinnsvis er lavere enn den normale temperatur for rensebehandlingen av gassen. I praksis velges peroksydforbindelsen fra de forbindelser hvor den normale dekomponeriffgstemperatur ligger under 200°C og fortrinnsvis under 100°C, idet peroksydforbindelser som har en dekomponerings-temperatur lavere enn eller lik 60°C er spesielt fordelaktige.

Peroksydforbindelsen kan være en uorganisk forbindelse eller en organisk forbindelse. Den kan f.eks. være valgt fra metallperoksyderog persalter avledet fra uorganiske eller organiske syrer. Den velges med fordel fra alkalimetallforbindelser. Alkalimetallperkarbonaterforetrekkes.Natriumperkarbonatanbefales spesielt.

Sammensetningen i henhold til oppfinnelsen kan omfatte en enkelt peroksydforbindelse eller et antall forskjellige peroksydforbindelser.

Alkalimetallsaltet i sammensetningen i henhold til oppfinnelsen velges fra alkalimetallkarbonater, alkalimetallhydrogenkarbonaterog faste løsninger av alkali metallkarbonat og alkalimetallhydrogenkarbonat.Alkalimetallsaltet velges fortrinnsvis fra natriumsalter, mer presist natriumkarbonat, natriumhydrogenkarbonat, natriumseskvikarbonat og Wegscheiders salt. Natriumhydrogenkarbonat og natriumseskvikarbonat er spesielt fordelaktige. Natriumhydrogenkarbonat foretrekkes. I det tilfelle hvor alkalimetallsaltet i sammensetningen i henhold til oppfinnelsen samtidig omfatter alkalimetallkarbonat og alkalihydrogenkarbonat, er det ønskelig at den omfatter mer enn 98 vekt% (fortrinnsvis minst 99 vekt%) alkalimetallhydrogenkarbonat og mindre enn 2 vekt% (fortrinnsvis høyest 0,1 vekt%) alkalimetallkarbonat.

Sammensetninger i henhold til oppfinnelsen som foretrekkes er slike hvor alkalimetallperoksydforbindelsen omfatter en natriumperoksydforbindelse og hvor alkalimetallsaltet velges fra natriumkarbonat, natriumhydrogenkarbonat og faste løsninger av natriumkarbonat og natriumhydrogenkarbonat.

I sammensetningene i henhdld til oppfinnelsen vil de respektive innhold av peroksydforbindelse og alkalimetallsalt avhenge av forskjellige parametere, spesielt av den valgte peroksydforbindelse, av det valgte alkalimetallsalt og av sammensetningen av gassen som skal renses, spesielt gassens relative innhold av nitrogenoksyd og det mulige nærvær av andre nitrogenforbindelser, svoveloksyder, hydrogenklorid og oksygen. Disse innhold må derfor bestemmes i hvert enkelt tilfelle ved rutinemessig laboratoriearbeid. Sammensetningen i henhold til oppfinnelsen kan således omfatte peroksydforbindelsen i en vektmessig mengde fra 5% (fortrinnsvis fra 20%) til 95% (fortrinnsvis inntø 80%) av vekten av blandingen bestående av peroksydforbindelsen og av alkalimetallsaltet. I henhold til en spesielt fordelaktig utførelse inneholder sammensetningen i henhold til oppfinnelsen peroksydforbindelsen i en vektmessig mengde fra 10 til 50% (fortrinnsvis fra 10 til 25%) av vekten av den ovenfor nevnte blanding.

Sammensetningen i henhold til oppfinnelsen kan etter valg inneholde additiver i tillegg til blandingen av peroksydforbindelsen og alkalimetallsaltet, f.eks. stabilisatorer for peroksydforbindelsen eller et additiv som letter fluidisering av sammensetningen for å bringe den i kontakt med en gass som skal renses.

Sammensetningen i henhold til oppfinnelsen er i form av et pulver. For dette formål er det å foretrekke at peroksydforbindelsen og alkalimetallsaltet har partikkel- størrelsesfordelingeri samme størrelsesorden, selv om dette ikke er en avgjørende betingelse. Den optimale partikkelstørrelse for sammensetningen i henhold til oppfinnelsen vil avhenge av hvor den skal anvendes, spesielt av gassen som skal renses, gassens strømningsgrad og av prosessene som anvendes for behandling av gassen med sammensetningen. I praksis må partikkelstørrelsesfordelingenfor den reaktive sammensetning være et kompromiss, ettersom det er kjent at fine partikkelstørrelser vil fremme reaksjonen med nitrogenoksydene med gassen som skal renses, mens en grovere partikkelstørrelse vil fremme den etterfølgende separasjon av de faste reaksjonsprodukter. Den må derfor defineres i hvert spesielle tilfelle, ved hjelp av rutinemessige laboratorietester i henhold til destina-sjonen for sammensetningen. I praksis viser det seg å være fordelaktig å velge en partikkelstørrelse som erkarakterisert veden midlere partikkeldiameter på mindre enn 50 \ im (fortrinnsvis høyest lik 30 |am) og en partikkelstørrelsesgradientmindre enn 5 (fortrinnsvis høyest lik 3), idet den mindre diameter Dmog partikkelstørrelses-gradienten a er definert ved ligningene

hvor n, angir hyppigheten (vektmessig) av partiklene med diameter Dj, og D90(hhv. D50og D10) representerer diameteren ved hvilken 90% (hhv. 50 og 10%) av partiklene i den reaktive sammensetning (uttrykt ved vekt) har en diameter mindre enn D90(hhv. D50og D10), Disse partikkelstørrelsesparametredefineres ved analyse-metoden med diffraksjon av laserstråler under anvendelse av en måleinnretning av modell Helos 12LA, fremstilt av Sympatex GmbH. Partikkelstørrelser som spesielt anbefales er de som tilsvarer en midlere diameter på 10 til 30 nm og en partikkelstørrelsesgradientpå 1 til 3.

Selv om den er spesielt egnet for rensing av gasser for nitrogenoksyd, er den reaktive sammensetning i henhold til oppfinnelsen også egnet for rensing av gasser som er forurenset med andre nitrogenoksyder, så som dinitrogenoksyd (N20), nitro-gentrioksyd (N203), nitrogenpentoksyd (N205) og nitrogendioksyd (N02). Kombinasjonen av nitrogenoksydene i gassen vil i det følgende bli angitt som NOx. Videre kan sammensetningen i henhold til oppfinnelsen også ved passende valg av alkalimetallsaltet og av innholdet av dette salt også være egnet for rensing av en gass som er forurenset med hydrogenklorid eller svoveloksyder, spesielt svoveldioksyd. Sammensetningen i henhold til oppfinnelsen har således den fordelaktige egenskap at den muliggjør samtidig rensing av en gass for nitrogenoksyderNOx, for hydrogenklorid og for svoveloksyder. Sammensetningen i henhold til oppfinnelsen finner følgelig anvendelse ved rensing av røk generert ved forbrenning av svovel-holdige, fossile brennstoffer (så som brenselolje eller kull) og ved rensing av avløpsrøk fra forbrenning av avfall, så som f.eks. husholdningsavfall, avfall fra sykehus og fra fabrikker.

I henhold til en spesiell utførelse av oppfinnelsen omfatter den reaktive sammensetning karbon i form av partikler. Den reaktive sammensetning i henhold til denne utførelse av oppfinnelsen er spesielt egnet for rensing av en røk som er forurenset med kvikksølv, dioksiner og furaner. I denne utførelse av oppfinnelsen er karbonet med fordel aktivt kull og partikkelstørrelsener i samsvar med betingelsene som er angitt ovenfor for peroksydforbindelsen og alkalimetallsaltet. Vektinnholdet av karbon i den reaktive sammensetning er generelt minst 0,5% (fortrinnsvis minst 1%) av vekten av blandingen sammensatt av persoksydforbindelsen og alkalimetallsaltet; det er generelt mindre enn 20% (fortrinnsvis mindre enn 15%) av vekten av denne blanding. Sammsetningersom spesielt anbefales omfatter fra 1 til 10 vekt% karbon i forhold til vekten av blandingen.

Oppfinnelsen angår også en fremgangsmåte for rensing av en røk for nitrogenoksyd, i henhold til hvilken en reaktiv sammensetning i henhold til oppfinnelsen føres inn i røken og røken gjennomgår så støvfjerning.

Ved fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen føres den reaktive sammensetning i fast form inn i røken. Generelt føres den reaktive sammensetning inn i en strøm av røken som beveger seg inne i et reaksjonskammer. Nitrogenoksydene ødelegges i sistnevnte ved hjelp av den reaktive blanding, under dannelse av alkalimetallnitritt og -nitrat. Dersom det dreier seg om en røk forurenset med hydrogenklorid eller svoveloksyder, dekomponeres disse forbindelser under dannelse av alkalimetallklorid eller -sulfat. Dersom det dreier seg om en røk forurenset av kvikk-sølv, dioksiner eller furaner, velges med fordel en reaktiv sammensetning som omfatter karbonpartikler. På denne måte renses røken for kvikksølv, dioksiner og furaner, idet disse forurensningeradsorberes på karbonpartiklene.

Fjerning av støv fra røken funksjonerer slik at partiklene av alkalimetallnitritt og -nitrat ekstraheres fra røken og, dersom det er aktuelt, partiklene av alkalimetallklorid eller -sulfat som er dannet, samt karbonpartiklene impregnert med kvikksølv, dioksiner og furaner. Støvfjerning kan gjennomføres på hvilke som helst passende måter, f.eks. ved mekanisk separasjon i en syklon, ved filtrering gjennom en filterduk eller ved elektrostatisk separasjon. Filtrering gjennom en filterduk (f.eks. et posefilter) er den foretrukne metode for støvfjerning.

Ved fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen må behandling av røken med den reaktive sammensetning gjennomføres ved en temperatur som er egnet for at effektiv reaksjon av sammensetningen med nitrogenoksydet i røken skal være mulig. I praksis må temperaturen være høyere enn 350 K og fortrinnsvis minst lik 375 K, idet temperaturer høyere enn eller lik 400 K er spesielt fordelaktige. I prinsippet tilsvarer den maksimalt tillatte temperaturgrense smeltetemperaturen for forbindelsene i den reaktive sammensetning og forbindelsene fra reaksjonen med bestanddelene i røken. I praksis bestemmes den av den mekaniske styrke for det industrielle utstyr, spesielt støvsamleren. Dersom støvfjerning omfatter filtrering gjennom en filterduk, anbefales det at temperaturen i røken ikke overstiger ca. 550 K på filterduken. For å favorisere utbyttet fra rensingen er det selvsagt mulig å føre den reaktive sammensetning inn i røken ved en temperatur som er markert høyere og så avkjøle den før støvfjerning finner sted.

Uten ønske om å være bundet av en teoretisk forklaring, antar oppfinnerne at ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen dekomponeres peroksydet ved kontakt med den varme røk og frigir oksygen i atomform, som påvirker alkalimetallsaltet slik at nitrogenoksyd omvandles til alkalimetallnitritt og -nitrat. Den reaktive blanding må derfor anvendes i en mengde som er tilstrekkelig til å omvandle en betydelig fraksjon av nitrogenoksydene NOxtil alkalimetallnitritt og -nitrat, idet denne fraksjon f.eks. tilsvarer en nasjonal eller internasjonal standard som er fastlagt for sammensetning av røk fra industri eller husholdning og som slippes ut til atmosfæren. Den optimale mengde reaktive forbindelser som skal anvendes må derfor bestemmes i hvert spesifikke tilfelle ved rutinetester eller beregninger, i henhold til de fastsatte rensestandarder.

Fordelene med oppfinnelsen vil fremkomme fra beskrivelsen av de følgende eksempler med referanse til den vedlagte tegning, som består av 12 diagrammer som viser sammensetningen av forurenset røk, før og etter den har gjennomgått en rensebehandling.

I eksemplene som beskrives i det følgende er avløpsrøk fra et industrielt an-legg blitt renset, idet denne røk inneholder nitrogenoksyd, nitrogenoksyder (NOx), hydrogenklorid og svoveldioksyd, idet resten i hovedsak utgjøres av karbondioksyd og vanndamp. For å rense denne røk ble den ført gjennom et reaksjonskammerog et reaktivt pulver ble injisert i dette. Innholdet av hydrogenklorid (HCI), svoveldioksyd (S02), nitrogenoksyd (NO) og summen av nitrogenoksydene (NOx) i røken ble målt ved inngangen og utgangen av reaksjonskammeret. Resultatene av testene (omfor-met til tilfellet av en standardisert røk inneholdende 9 volum% karbondioksyd) er blitt overført til diagrammene i figurene 1 til 12. I disse diagrammer representerer skala-ene på abscissene tiden (i minutter), skalaen på ordinatene i figurene 1, 5 og 9 representerer nitrogenoksydinnholdet i røken, uttrykt som g/Sm<3>, skalaen på ordinatene i figurene 2, 6 og 10 representerer innholdet av summen av nitrogenoksydene NOxi røken (dette innhold er uttrykt som g oksyder, betraktet i form av N02, pr. m<3>gass); skalaen på ordinatene i figurene 3, 7 og 11 representerer hydrogenkloridinnholdet i røken, som g/Sm<3>, og skalaen på ordinatene i figurene 4, 8 og 12 representerer svoveldioksydinnholdet i røken, som g/m<3>. Symbolene □ angår sammensetningen av røken ved inngangen til reaksjonskammeret og symbolene + angår sammensetningen av røken ved utgangen av reaksjonskammeret. Når det gjelder reaktantene, ble det fremstilt et natriumperkarbonatpulver (innhold av aktivt oksygen: 135,7 g/kg), et natriumhydrogenkarbonatpulverog et pulver oppnådd ved å blande natriumperkarbonatpulveret (15 vekt%) og natrium-hydrogenkarbonatpulveret(85 vekt%). Pulverne hadde en midlere diameter på 15 til 25 |im og en partikkelstørrelsesgradientpå 2 til 3, som definert i det foregående.

Eksempel 1 (for referanse)

I dette eksempel ble røken behandlet med 5 kg av natriumperkarbonat-pulve-ret pr. time. Resultatene av testen er vist i diagrammene på figurer 1 til 4. Det obser veres at rensingen av røken for nitrogenoksyd (fig. 1) og nitrogenoksyder NOx (fig.

2) var dårlig og svært irregulær.

Eksempel 2 (for referanse)

Testene ifølge eksempel 1 ble gjentatt, idet det som reaktiv sammensetning ble anvendt 5 kg av natriumhydrogenkarbonat-pulveretpr. time. Resultatene av testen er vist i diagrammene på figurer 5 til 8. Det observeres at natriumhydrogen-karbonatet ikke hadde noen virkning av betydning på rensingen av røken for nitrogenoksyd (fig. 5), for nitrogenoksyder(NOx) (fig. 6) og for svoveldioksyd (fig. 8).

Eksempel 3 (i henhold til oppfinnelsen)

Testen ifølge eksempel 1 ble gjentatt, idet den reaktive sammensetning i henhold til oppfinnelsen, sammensatt av blandingen av natriumperkarbonat og natriumhydrogenkarbonat, ble anvendt. 10 kg pr. time av den reaktive blanding ble injisert i røken. Resultatene av testen er vist i diagrammene på figurer 9 til 12. Det observeres at røken er blitt svært effektivt renset, ikke bare for nitrogenoksyd (fig. 9), men også for kombinasjonen av nitrogenoksyder NOx(fig. 10). Videre var rensingen for hydrogenklorid (fig. 11) og for svoveldioksyd (fig. 12) bedre enn det som ble oppnådd i testene ifølge eksempler 1 og 2.

Claims (11)

1. Pulverisert, fast, reaktiv sammensetning for rensing av en gass som inneholder nitrogen for nitrogenoksyd, karakterisert ved at sammensetningen omfatter en blanding bestående av minst én fast peroksydforbindelse og minst ett alkalimetallsalt valgt fra alkalimetallkarbonater, alkalimetallhydrogenkarbonaterog faste løsninger av alkalimetallkarbonat og alkalimetallhydrogenkarbonat.

2. Sammensetning ifølge krav 1, karakterisert ved at peroksydforbindelsen omfatter en alkalimetall-peroksydforbindelse.

3. Sammensetning ifølge krav 2, karakterisert ved at alkalimetall-peroksydforbindelsenomfatter en natrium-peroksydforbindelse, og at alkalimetallsaltet er valgt fra natriumkarbonat, natriumhydrogenkarbonat og faste løsninger av natriumkarbonat og natriumhydrogenkarbonat.

4. Sammensetning ifølge krav 2 eller 3, karakterisert ved at alkalimetall-peroksydforbindelsen omfatter natrium-perkarbonat.

5. Sammensetning ifølge hvilket som helst av kravene 1 til 4, karakterisert ved at blandingen inneholder peroksydforbindelsen i en vektmessig mengde fra 10 til 25%.

6. Sammensetning ifølge hvilket som helst av kravene 1 til 5, karakterisert ved at alkalimetallsaltetomfatter mer enn 98 vekt% alkalimetallhydrogenkarbonat og mindre enn 2 vekt% alkalimetallkarbonat.

7. Sammensetning ifølge hvilket som helst av kravene 1 til 6, karakterisert ved at den har en partikkelstørrelse definert ved en midlere partikkeldiameterpå 1 til 30f im og en partikkelstørrelsesgradientpå 1 til 3.

8. Sammensetning ifølge hvilket som helst av kravene 1 til 7, karakterisert ved at den i tillegg omfatter fra 1 til 10 vekt% karbon i forhold til vekten av den ovenfor angitte blanding.

9. Fremgangsmåte for rensing av en røk for nitrogenoksyd, karakterisert ved at en sammensetning i henhold til hvilket som helst av kravene 1 til 8 føres inn i røken og at røken så gjennomgår støvfjerning.

10. Fremgangsmåte for rensing av en røk for hydrogenklorid samt for nitrogenoksyd og/eller svoveloksyd, karakterisert ved at en sammensetning i henhold til hvilket som helst av kravene 1 til 8 føres inn i røken og at røken så gjennomgår støvfjerning.

11. Fremgangsmåte ifølge krav 9 eller 10, karakterisert ved at den reaktive blanding føres inn i røken ved en temperatur som minst er lik 375 K.