RU2678278C1 - Способы и системы для удаления материала частиц из потока технологических отработанных газов - Google Patents
Способы и системы для удаления материала частиц из потока технологических отработанных газов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2678278C1 RU2678278C1 RU2018108812A RU2018108812A RU2678278C1 RU 2678278 C1 RU2678278 C1 RU 2678278C1 RU 2018108812 A RU2018108812 A RU 2018108812A RU 2018108812 A RU2018108812 A RU 2018108812A RU 2678278 C1 RU2678278 C1 RU 2678278C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- exhaust gases
- particle material
- less
- paragraphs
- mass
- Prior art date
Links
- 239000007789 gas Substances 0.000 title claims abstract description 247
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 162
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 115
- 239000002245 particle Substances 0.000 title claims abstract description 102
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 claims abstract description 108
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims abstract description 107
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 claims abstract description 64
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims abstract description 58
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims abstract description 58
- 239000011236 particulate material Substances 0.000 claims abstract description 35
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims abstract description 30
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 29
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 claims abstract description 12
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 68
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 42
- 239000003921 oil Substances 0.000 claims description 32
- RAHZWNYVWXNFOC-UHFFFAOYSA-N Sulphur dioxide Chemical compound O=S=O RAHZWNYVWXNFOC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 28
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 25
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 25
- 239000012717 electrostatic precipitator Substances 0.000 claims description 24
- 229910001868 water Inorganic materials 0.000 claims description 24
- XTQHKBHJIVJGKJ-UHFFFAOYSA-N sulfur monoxide Chemical class S=O XTQHKBHJIVJGKJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 claims description 21
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 claims description 21
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 claims description 15
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- 229910052815 sulfur oxide Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims description 11
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 9
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000003245 coal Substances 0.000 claims description 8
- 239000002641 tar oil Substances 0.000 claims description 8
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 7
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 claims description 7
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000005909 Kieselgur Substances 0.000 claims description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 6
- 229910052792 caesium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000011734 sodium Substances 0.000 claims description 6
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 claims description 5
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- TVFDJXOCXUVLDH-UHFFFAOYSA-N caesium atom Chemical compound [Cs] TVFDJXOCXUVLDH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 238000004523 catalytic cracking Methods 0.000 claims description 5
- 238000004821 distillation Methods 0.000 claims description 5
- 238000002309 gasification Methods 0.000 claims description 5
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 5
- 239000011591 potassium Substances 0.000 claims description 5
- 238000004230 steam cracking Methods 0.000 claims description 5
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 claims description 5
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims description 4
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052878 cordierite Inorganic materials 0.000 claims description 4
- QDOXWKRWXJOMAK-UHFFFAOYSA-N dichromium trioxide Chemical compound O=[Cr]O[Cr]=O QDOXWKRWXJOMAK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- JSKIRARMQDRGJZ-UHFFFAOYSA-N dimagnesium dioxido-bis[(1-oxido-3-oxo-2,4,6,8,9-pentaoxa-1,3-disila-5,7-dialuminabicyclo[3.3.1]nonan-7-yl)oxy]silane Chemical compound [Mg++].[Mg++].[O-][Si]([O-])(O[Al]1O[Al]2O[Si](=O)O[Si]([O-])(O1)O2)O[Al]1O[Al]2O[Si](=O)O[Si]([O-])(O1)O2 JSKIRARMQDRGJZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 4
- 239000000295 fuel oil Substances 0.000 claims description 4
- WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);methyl n-[[2-(methoxycarbonylcarbamothioylamino)phenyl]carbamothioyl]carbamate;n-[2-(sulfidocarbothioylamino)ethyl]carbamodithioate Chemical compound [Mn+2].[S-]C(=S)NCCNC([S-])=S.COC(=O)NC(=S)NC1=CC=CC=C1NC(=S)NC(=O)OC WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 4
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 claims description 4
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 4
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 claims description 4
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 abstract description 10
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 5
- 238000000605 extraction Methods 0.000 abstract description 2
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 abstract 1
- 235000019198 oils Nutrition 0.000 description 16
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 16
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N Nitric oxide Chemical compound O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 239000000047 product Substances 0.000 description 14
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 13
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 12
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 11
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 11
- TXKMVPPZCYKFAC-UHFFFAOYSA-N disulfur monoxide Inorganic materials O=S=S TXKMVPPZCYKFAC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 10
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical class [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 9
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 8
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 8
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 8
- AKEJUJNQAAGONA-UHFFFAOYSA-N sulfur trioxide Chemical compound O=S(=O)=O AKEJUJNQAAGONA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 7
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 7
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 7
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 7
- MGWGWNFMUOTEHG-UHFFFAOYSA-N 4-(3,5-dimethylphenyl)-1,3-thiazol-2-amine Chemical compound CC1=CC(C)=CC(C=2N=C(N)SC=2)=C1 MGWGWNFMUOTEHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 description 6
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 6
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 6
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 6
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 6
- JCXJVPUVTGWSNB-UHFFFAOYSA-N nitrogen dioxide Inorganic materials O=[N]=O JCXJVPUVTGWSNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 6
- 150000003464 sulfur compounds Chemical class 0.000 description 6
- QGJOPFRUJISHPQ-UHFFFAOYSA-N Carbon disulfide Chemical compound S=C=S QGJOPFRUJISHPQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- JJWKPURADFRFRB-UHFFFAOYSA-N carbonyl sulfide Chemical compound O=C=S JJWKPURADFRFRB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 5
- 238000005201 scrubbing Methods 0.000 description 5
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 5
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 4
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 4
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 4
- LELOWRISYMNNSU-UHFFFAOYSA-N hydrogen cyanide Chemical compound N#C LELOWRISYMNNSU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 4
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 4
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 4
- RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N Dihydrogen sulfide Chemical compound S RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000003915 air pollution Methods 0.000 description 3
- HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N alpha-acetylene Natural products C#C HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 3
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 3
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 3
- 125000002534 ethynyl group Chemical group [H]C#C* 0.000 description 3
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 3
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 3
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 3
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 3
- 230000009469 supplementation Effects 0.000 description 3
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 2
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 2
- 150000004945 aromatic hydrocarbons Chemical class 0.000 description 2
- 238000011956 best available technology Methods 0.000 description 2
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 2
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 2
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 2
- 239000000567 combustion gas Substances 0.000 description 2
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 2
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 2
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 2
- 231100001261 hazardous Toxicity 0.000 description 2
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910000037 hydrogen sulfide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000006233 lamp black Substances 0.000 description 2
- 239000002480 mineral oil Substances 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 238000000066 reactive distillation Methods 0.000 description 2
- 239000004071 soot Substances 0.000 description 2
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 2
- 235000015112 vegetable and seed oil Nutrition 0.000 description 2
- 239000008158 vegetable oil Substances 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 description 1
- 206010008428 Chemical poisoning Diseases 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 208000007764 Legionnaires' Disease Diseases 0.000 description 1
- 241000872198 Serjania polyphylla Species 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- XHCLAFWTIXFWPH-UHFFFAOYSA-N [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[V+5].[V+5] Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[V+5].[V+5] XHCLAFWTIXFWPH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002250 absorbent Substances 0.000 description 1
- 230000002745 absorbent Effects 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 239000006230 acetylene black Substances 0.000 description 1
- 239000003463 adsorbent Substances 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- QGJOPFRUJISHPQ-NJFSPNSNSA-N carbon disulfide-14c Chemical compound S=[14C]=S QGJOPFRUJISHPQ-NJFSPNSNSA-N 0.000 description 1
- 229910002090 carbon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012876 carrier material Substances 0.000 description 1
- 238000010531 catalytic reduction reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005465 channeling Effects 0.000 description 1
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 238000009841 combustion method Methods 0.000 description 1
- 230000009849 deactivation Effects 0.000 description 1
- 230000034994 death Effects 0.000 description 1
- 231100000517 death Toxicity 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005202 decontamination Methods 0.000 description 1
- 230000003588 decontaminative effect Effects 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- -1 duct black Chemical compound 0.000 description 1
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 1
- 238000005485 electric heating Methods 0.000 description 1
- 238000005367 electrostatic precipitation Methods 0.000 description 1
- 238000000921 elemental analysis Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 1
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 description 1
- 239000006232 furnace black Substances 0.000 description 1
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 239000003317 industrial substance Substances 0.000 description 1
- 208000015181 infectious disease Diseases 0.000 description 1
- 239000000976 ink Substances 0.000 description 1
- 229910052747 lanthanoid Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002602 lanthanoids Chemical class 0.000 description 1
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910017464 nitrogen compound Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002830 nitrogen compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 description 1
- 239000003973 paint Substances 0.000 description 1
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 description 1
- 239000000049 pigment Substances 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 239000002574 poison Substances 0.000 description 1
- 231100000614 poison Toxicity 0.000 description 1
- 231100000572 poisoning Toxicity 0.000 description 1
- 230000000607 poisoning effect Effects 0.000 description 1
- 125000003367 polycyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 230000000135 prohibitive effect Effects 0.000 description 1
- VXPLXMJHHKHSOA-UHFFFAOYSA-N propham Chemical compound CC(C)OC(=O)NC1=CC=CC=C1 VXPLXMJHHKHSOA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003908 quality control method Methods 0.000 description 1
- 239000002516 radical scavenger Substances 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 1
- 238000011946 reduction process Methods 0.000 description 1
- 238000003303 reheating Methods 0.000 description 1
- 239000012763 reinforcing filler Substances 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 238000009738 saturating Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- RMAQACBXLXPBSY-UHFFFAOYSA-N silicic acid Chemical compound O[Si](O)(O)O RMAQACBXLXPBSY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 239000000779 smoke Substances 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 238000011064 split stream procedure Methods 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 238000001308 synthesis method Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 239000006234 thermal black Substances 0.000 description 1
- 150000003681 vanadium Chemical class 0.000 description 1
- 229910001935 vanadium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 1
- 238000005550 wet granulation Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09C—TREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
- C09C1/00—Treatment of specific inorganic materials other than fibrous fillers; Preparation of carbon black
- C09C1/44—Carbon
- C09C1/48—Carbon black
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09C—TREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
- C09C1/00—Treatment of specific inorganic materials other than fibrous fillers; Preparation of carbon black
- C09C1/44—Carbon
- C09C1/48—Carbon black
- C09C1/50—Furnace black ; Preparation thereof
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D49/00—Separating dispersed particles from gases, air or vapours by other methods
- B01D49/02—Separating dispersed particles from gases, air or vapours by other methods by thermal repulsion
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D49/00—Separating dispersed particles from gases, air or vapours by other methods
-
- 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
- B01D53/46—Removing components of defined structure
- B01D53/48—Sulfur compounds
- B01D53/50—Sulfur oxides
- B01D53/501—Sulfur oxides by treating the gases with a solution or a suspension of an alkali or earth-alkali or ammonium compound
- B01D53/502—Sulfur oxides by treating the gases with a solution or a suspension of an alkali or earth-alkali or ammonium compound characterised by a specific solution or suspension
-
- 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
- B01D53/46—Removing components of defined structure
- B01D53/48—Sulfur compounds
- B01D53/50—Sulfur oxides
- B01D53/507—Sulfur oxides by treating the gases with other liquids
-
- 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
- B01D53/77—Liquid phase processes
- B01D53/78—Liquid phase processes with gas-liquid contact
-
- 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
- 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
- B01D53/864—Removing carbon monoxide or hydrocarbons
-
- 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
- B01D53/869—Multiple step processes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
- B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09C—TREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
- C09C1/00—Treatment of specific inorganic materials other than fibrous fillers; Preparation of carbon black
- C09C1/44—Carbon
- C09C1/48—Carbon black
- C09C1/487—Separation; Recovery
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09C—TREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
- C09C1/00—Treatment of specific inorganic materials other than fibrous fillers; Preparation of carbon black
- C09C1/44—Carbon
- C09C1/48—Carbon black
- C09C1/56—Treatment of carbon black ; Purification
- C09C1/565—Treatment of carbon black ; Purification comprising an oxidative treatment with oxygen, ozone or oxygenated compounds, e.g. when such treatment occurs in a region of the furnace next to the carbon black generating reaction zone
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
- F23G7/00—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals
- F23G7/06—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of waste gases or noxious gases, e.g. exhaust gases
- F23G7/07—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of waste gases or noxious gases, e.g. exhaust gases in which combustion takes place in the presence of catalytic material
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (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)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)
- Treating Waste Gases (AREA)
- Filtering Of Dispersed Particles In Gases (AREA)
- Catalysts (AREA)
- Processes For Solid Components From Exhaust (AREA)
- Exhaust Gas After Treatment (AREA)
- Developing Agents For Electrophotography (AREA)
- Devices And Processes Conducted In The Presence Of Fluids And Solid Particles (AREA)
Abstract
Группа изобретений относится к области очистки газов и может быть использована в металлургической, химической промышленности, на тепловых электростанциях. Для уменьшения содержания материала частиц в отработанных газах из способа получения углеродной сажи сжигают отработанные газы с получением сгоревших отработанных газов, содержащих материал частиц. Производят каталитическое окисление материала частиц для удаления материала частиц из сгоревших отработанных газов с использованием защитного слоя, содержащего катализатор окисления. Система содержит устройство сгорания и устройство для удаления материала частиц. Обеспечивается термодинамическая эффективность и повышение степени извлечения материала в виде частиц из отходящих газов. 2 н. и 30 з.п. ф-лы, 4 ил., 5 табл., 5 пр.
Description
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Оксиды серы (например, SO2) присутствуют в отработанных газах, высвобождающихся из многих металлургических и химических установок, и в топочных газах (например, в отработанных газах) из тепловых электростанций, генерирующих электричество посредством сжигания ископаемых топлив. Контроль загрязнений воздуха, возникающих в результате высвобождения оксидов серы в атмосферу, становится все более важным. Дополнительной причиной для удаления оксидов серы из отработанных газов является извлечение полезных соединений серы, которые без этого теряются, высвобождаясь в атмосферу. Однако большие объемы этих отработанных газов по отношению к количеству серы, которое они содержат, могут сделать удаление или извлечение соединений серы из этих газов дорогостоящим. Также, хотя возможные побочные продукты, которые могут в конечном счете быть получены из извлекаемой серы, такие как элементарная сера и серная кислота, имеют в принципе безграничные рынки в качестве основных исходных материалов, они продаются по относительно низкой цене. Следовательно, требуются эффективные и дешевые способы их удаления и извлечения.
В США и других странах имеются постоянно усиливающиеся законодательные попытки ограничения количества оксидов серы из отработанных газов, связанных с получением углеродной сажи. Углеродная сажа (известная также как ацетиленовая сажа, канальная сажа, печная сажа, ламповая сажа, газовая сажа и термическая сажа) представляет собой форму паракристаллического углерода с высоким отношением площади поверхности к объему. Углеродная сажа находится среди 50 главных промышленных химикалиев, производимых в мире, по отношению к ежегодно получаемой массе. В 2014 году, общее производство углеродной сажи составляло примерно 16144000 метрических тонн. Наиболее распространенными применениями для углеродной сажи являются пигменты (например, в пластиках, красках и чернилах) и применение в качестве армирующего наполнителя в шинах и других каучуковых продуктах.
Углеродная сажа может быть получена посредством сжигания углеводородов (например, ароматических углеводородных масел, минеральных масел, растительных масел, природного газа, ацетилена, и тому подобное) с помощью кислорода внутри больших печей. При изменении количества углеводорода и воздуха, внутренняя температура печи может изменяться, что делает возможным манипулирование размером частиц и связями между частицами производимой углеродной сажи.
Способ получения углеродной сажи может осуществляться, например, в модуле способа получения углеродной сажи, который может использовать реакторную печь, имеющую горелку или камеру сгорания, за которой следует реактор. Поток исходных материалов горючего газа, такого как углеводородный газ, или потока жидкости (например, природного газа, жидкого углеводорода или чего-либо подобного) может сжигаться в части с горелкой вместе с потоком исходных материалов газа-окислителя, такого как воздух или кислород, для получения горячих газов горения, которые затем проходят в реакторную часть печи. В реакторной части печи, исходные материалы углеводородов могут экспонироваться для горячих газов горения. Часть исходных материалов может сгорать, в то время как остальная часть может разлагаться с образованием углеродной сажи, водорода и других газообразных продуктов. Затем продукты реакции могут гаситься, и полученная в результате углеродная сажа и восстановленная смесь отработанных газов может переноситься в рукавный фильтр или в другую систему фильтрования, при этом содержание углеродной сажи может отделяться от восстановленных отработанных газов (также упоминаемых как хвостовой газ). Извлеченная углеродная сажа может перерабатываться в виде рыночного продукта, например, с помощью распыления и мокрого гранулирования. Затем высушенные гранулы могут переноситься из сушилки для объемного хранения или других манипуляций.
Отработанные газы, генерируемые в модуле способа получения углеродной сажи, могут также быть субъектом применения контроля качества воздуха или соответствующих требований. Кроме прямой вентиляции, выбросы отработанных газов могут высвобождаться с использованием факелов. Восстановленные отработанные газы могут содержать горючие газовые компоненты, это означает, что восстановленные отработанные газы может переноситься в топки или бойлеры для производства энергии, извлечения тепла или инсинерации (например, для дальнейшего сгорания). Композиция восстановленных отработанных газов, после отделения углеродной сажи и перед любой последующей обработкой может изменяться в соответствии с производимым сортом углеродной сажи и другими параметрами способа. Восстановленные отработанные газы, от производства углеродной сажи могут содержать одно или сочетание нескольких из следующих веществ: материал частиц, оксиды углерода (CO и CO2), соединения серы, соединения азота, полициклическое органическое вещество, микроскопические элементы и другие компоненты, некоторые из которых классифицируются U.S. Environmental Protection Agency в качестве опасных загрязнений воздуха (HAP). Как таковые, предписания относительно окружающей среды требуют уменьшения количества SO2 и других компонентов, выбрасываемых установками для получения углеродной сажи.
В настоящее время, главные установки для получения углеродной сажи, которые перерабатывают свои отработанные газы, используют газовые скрубберы для понижения уровней SO2. Газовые скрубберы могут, как правило, классифицироваться как сухие скрубберы или мокрые скрубберы. Многие газы, включая SO2, могут удаляться из отработанных газов с использованием сухого газового скруббера, содержащего материал поглотителя. Отработанные газы могут проходить через картридж, который заполнен одним или несколькими материалами поглотителей, адаптированными для химических свойств компонентов, которые должны удаляться. Компонент (например, SO2) может удаляться либо посредством химической реакции с твердым адсорбентом, либо посредством адсорбции на его поверхности с последующим окислением адсорбированного компонента. Как правило, реакция между твердым телом и газом является медленной и имеет неэффективную кинетику реакции, которая ограничивается доступной площадью поверхности твердого тела. Также, определенные полученные в результате продукты сами по себе не поддаются легко регенерации исходных материалов (это означает, что материал поглотителя должен заменяться после насыщения его поверхности) или извлечению любых удаленных полезных соединений серы.
Мокрые скрубберы работают посредством приведения в контакт целевого соединения или материала частиц с промывным раствором. Используемый промывной раствор будет зависеть от свойств целевого компонента, и он может включать, например, воду (например, для материала частиц) или растворы реагентов, которые конкретно нацелены на определенное соединение.
В мокром скруббере, поток отработанных газов может приводиться в контакт с промывным раствором, например, посредством: распыления промывного раствора в потоке отработанных газов, нагнетания потока отработанных газов через бассейн с промывным раствором или с помощью какого-либо другого способа приведения в контакт. Эффективность удаления целевого компонента может быть улучшена посредством увеличения времени пребывания в мокром скруббере или посредством увеличения площади поверхности промывного раствора (например, посредством использования распылительного сопла, башен с насадкой или воздуходувки). Разнообразие мокрых скрубберов дает возможность для построения многочисленных их конфигураций, которые могут конструироваться для обеспечения хорошего контакта между промывной жидкостью и потоком отработанных газов. Полученная в результате промывная жидкость (например, с целевым компонентом, уловленным в ней) обычно должна обрабатываться перед любым конечным высвобождением или перед повторным использованием.
Способы мокрого поглощения (например, мокрые скрубберы) страдают от общего недостатка, отработанные газы по существу охлаждаются и насыщаются водой. Это охлаждение отработанных газов может уменьшить общую эффективность способа из-за потребности в дополнительной энергии для диспергирования отработанных газов в атмосфере. Кроме того, связанная с этим конденсация и преципитация выпаренной воды, содержащей загрязнения, в окружающей среде и общее образование столбов дыма в месте выбросов из заводских труб, могут создавать существенные проблемы. Также, в случае удаления SO2, могут возникать сложности, когда пытаются осуществить экономичное и эффективное извлечение растворенного поглотителя и полезных соединений серы из водного раствора. Кроме того, плохо обслуживаемые скрубберы (например, те, которые не чистятся соответствующим образом) имеют потенциал распространения болезненных бактерий. Например, причина возникновения в 2005 году вспышки болезни легионеров в Норвегии, которая вызвала 10 смертей и более 50 случаев инфицирования, как выяснилось, связана с несколькими инфицированными скрубберами.
Альтернативные способы газового скруббинга, такие как система мокрого синтеза серной кислоты (WSA), осуществляются не так уж широко в промышленных и производственных системах из-за чувствительности их работы к концентрациям серы и материалу частиц, но они, как правило, встраиваются в оборудование при разработке месторождений и в оборудование тепловых электростанций. Системы WSA, как правило, работают при концентрациях оксида серы, которые более чем на порядок величины больше, чем обычно наблюдается в способе получения углеродной сажи, по технологическим и экономическим причинам. Кроме того, катализатор, используемый в системе WSA для преобразования оксидов серы в серную кислоту, является исключительно чувствительным к дезактивации посредством химического отравления, механической блокировки и термической деградации от материала частиц в потоках сгорающих отработанных газов. Как таковые, все системы WSA, независимо от конкретного места установки, содержат электростатический преципитатор (ESP) для удаления материала частиц. Использование ESP вызывает значительные потери термодинамической эффективности системы - за охлаждением газового потока для удаления материала частиц следует нагрев газового потока для каталитического преобразования. Вследствие этого, затраты на работу ESP (электричество, перепад давления, поток) могут стать непомерно большими.
Мокрые скрубберы и обычные системы WSA не рекомендуются для удаления SO2 из отработанных газов из способов получения углеродной сажи. Это связано с тем, что отработанные газы из способов получения углеродной сажи имеют низкие уровни серы и высокие уровни материала частиц и воды. Как таковые, желательными являются экономически и коммерчески жизнеспособные способы и системы для скруббинга отработанных газов, получаемых во время получения углеродной сажи, которые преодолевают или, по меньшей мере, ослабляют некоторые из указанных выше недостатков существующих решений. Способы и системы, обсуждаемые в настоящем документе, удовлетворяют эти и другие потребности.
Сущность изобретения
В соответствии с задачами описанных способов и систем, как воплощается и в широком смысле описывается в настоящем документе, описываемый предмет изобретения относится к способам и системам уменьшения содержания материала частиц из технологических отработанных газов, в частности, отработанных газов, возникающих в результате осуществления способов получения углеродной сажи. Кроме того, описываемый предмет изобретения относится к способам и системам уменьшения содержания материала частиц в отработанных газах от способа получения углеродной сажи, которые должны обрабатываться с использованием способа WSA.
В некоторых примерах, описанные способы могут включать получение углеродной сажи из углеводородов в способе получения углеродной сажи. В некоторых примерах, получение углеродной сажи может включать неполное сгорание углеводорода. В некоторых примерах, получение углеродной сажи может включать термическое разложение углеводорода. Соответственно, отработанные газы могут быть также получены от термического разложения углеводорода или неполного сгорания углеводорода. Отработанные газы, получаемые в способе получения углеродной сажи, могут содержать один или несколько компонентов, которые могут окисляться, например, посредством сгорания, и они, соответственно, упоминаются также в настоящем документе как ʺвосстановленные отработанные газыʺ. Примеры соответствующих углеводородов включают, но, не ограничиваясь этим, тяжелые дистиллятные масла; тяжелые остаточные масла; вакуумные дистиллятные масла; тяжелые вакуумные масла; дистиллятные масла от каталитического крекинга в псевдоожиженном слое; остаточные масла от каталитического крекинга в псевдоожиженном слое; дистиллятные, остаточные или дегтярные масла от газификации или разгонки угля; дистиллятные, остаточные или дегтярные масла от процессов парового крекинга или реакционной разгонки полимеров; другие серосодержащие, конденсируемые, углеводородные газы или остаточные тяжелые масла; дистиллятные, топливные или остаточные масла из биологических или возобновляемых источников; ароматические углеводородные масла, минеральные масла, растительные масла, природный газ, ацетилен или их сочетания.
В некоторых примерах, описанные способы могут дополнительно включать сбор углеродной сажи. Сбор углеродной сажи может включать, например, фильтрование для отделения углеродной сажи от восстановленных отработанных газов.
В некоторых примерах, восстановленные отработанные газы из способа получения углеродной сажи могут содержать материал частиц, предшественник оксида серы, предшественник оксида азота или их сочетания. Восстановленные отработанные газы могут содержать, например, от 1 до 5000 мг/м3(н. у.) материала частиц. Как используется в настоящем документе единица ʺмг/м3(н. у.)ʺ обозначает массу материала частиц в миллиграммах на единичный объем отработанных газов в кубических метрах при стандартных (нормальных) условиях (101,325 кПа, 25°C), если не указано иного. Способы в соответствии с настоящим изобретением могут дополнительно включать, в некоторых примерах, удаление, по меньшей мере, части материала частиц из восстановленных отработанных газов из способа получения углеродной сажи.
В соответствии с настоящим изобретением, восстановление материала частиц из отработанных газов от способа получения углеродной сажи может, в частности, включать сгорание отработанных газов с получением при этом сгоревших восстановленных отработанных газов; каталитическое окисление, по меньшей мере, части материала частиц, с удалением тем самым, по меньшей мере, части материала частиц из сгоревших отработанных газов с использованием защитного слоя, содержащего катализатор окисления.
В некоторых примерах, описанные способы могут таким образом использовать восстановленные отработанные газы из способа получения углеродной сажи. В описанных способах, восстановленные отработанные газы из способа (модуля) получения углеродной сажи могут затем сжигаться для получения сгоревших отработанных газов. Сгоревшие отработанные газы могут содержать материал частиц и, необязательно, другие материалы подобные оксиду серы, оксиду азота или их сочетаниям. В некоторых примерах, сгоревшие отработанные газы могут содержать от 1 до 5000 мг/м3(н. у.) материала частиц.
В некоторых примерах, описанные способы могут включать удаление, по меньшей мере, части материала частиц из сгоревших отработанных газов с использованием катализатора окисления. Каталитическое окисление осуществляется в присутствии достаточного количества избыточного кислорода. Катализатор окисления может находиться в защитном слое, который может представлять собой отдельную емкость, соединенную с реактором WSA, или часть или ступень реактора WSA. Катализатор окисления может представлять собой такой катализатор, как обычно используется в способе WSA. Примеры пригодных для использования катализаторов окисления включают, но, не ограничиваясь этим, ванадий, кобальт, молибден, марганец, натрий, калий, цезий, платина, палладий, железо или их сочетания. Защитный слой, в некоторых примерах, может дополнительно содержать термически стабильный носитель, на который может быть нанесен катализатор окисления. Примеры пригодных для использования термически стабильных носителей включают, но, не ограничиваясь этим, оксид алюминия, оксид кремния, оксид хрома, диоксид циркония, вольфрам, диатомовую землю, кордиерит или их сочетания. В некоторых примерах, защитный слой может удалять 90% масс или больше материала частиц из сгоревших отработанных газов, по отношению к общей массе материала частиц, присутствующего в сгоревших отработанных газах до прохождения защитного слоя. В некоторых примерах, после удаления, по меньшей мере, части материала частиц из сгоревших отработанных газов, сгоревшие отработанные газы могут содержать 30 мг/м3(н. у.) или меньше материала частиц. Из-за такой сравнительно низкой концентрации материала частиц сгоревшие отработанные газы, из которых удалена, по меньшей мере, часть материала частиц, могут эффективно обрабатываться в способе WSA.
В настоящем документе также описываются системы для восстановления материала частиц из отработанных газов из модуля способа получения углеродной сажи. Описанные системы могут необязательно содержать модуль способа получения углеродной сажи. В некоторых примерах, описанные системы могут содержать устройство горения, конфигурируемое для приема восстановленных отработанных газов из модуля способа получения углеродной сажи, и сжигать восстановленные отработанные газы с получением сгоревших восстановленных отработанных газов. Как уже указано выше, сгоревшие отработанные газы могут дополнительно содержать, в дополнение к материалу частиц, например, оксид серы, оксид азота или их сочетания. В некоторых примерах, описанные системы могут дополнительно содержать устройство для удаления материала частиц, такое как защитный слой, конфигурируемое для приема сгоревших отработанных газов и удаления посредством каталитического окисления, по меньшей мере, части материала частиц из сгоревших отработанных газов. Описанные системы могут также содержать проходы, через которые восстановленные отработанные газы переносятся из модуля способа получения углеродной сажи в устройство сгорания и из устройства сгорания в устройство для удаления материала частиц (например, защитный слой).
Дополнительные преимущества будут приведены частично в описании, которое следует далее, или могут быть изучены посредством осуществления аспектов, описанных ниже. Преимущества, описанные ниже, будут реализованы и достигнуты с помощью элементов и сочетаний, конкретно отмеченных в прилагаемой формуле изобретения. Необходимо понять, что, как предшествующее общее описание, так и следующее далее подробное описание, являются только иллюстративными и пояснительными и не являются ограничивающими.
Описание фигур
Прилагаемые фигуры, которые включаются в настоящее описание и составляют его часть, иллюстрируют несколько аспектов, описанных ниже.
Фигура 1 показывает схему стандартного способа мокрого синтеза серной кислоты (WSA)из SNOX. Показан электростатический преципитатор (ESP).
Фигура 2 показывает блок-схему иллюстративной системы, описанной в настоящем документе.
Фигура 3 показывает блок-схему другой иллюстративной системы, описанной в настоящем документе.
Фигура 4 представляет собой диаграмму, показывающую улучшение эффективности способа получения углеродной сажи, при использовании установки WSA.
Подробное описание
Способы и системы, описанные в настоящем документе, могут быть поняты проще со ссылками на следующее далее подробное описание конкретных аспектов описанного предмета изобретения и Примеров и Фигур, включенных в него.
Перед объяснением и описанием способов и систем по настоящему изобретению, необходимо понять, что аспекты, описанные ниже, не ограничиваются конкретными способами или конкретными системами, поскольку они, разумеется, могут изменяться. Необходимо также понять, что терминология, используемая в настоящем документе, предназначена только для цели описания конкретных аспектов и не рассматривается как ограничивающая.
Также, в настоящем описании упоминаются различные публикации. Описания этих публикаций во всей их полноте тем самым включаются в качестве ссылок в настоящую заявку для более полного описания состояния области техники, кo которой относится описываемый предмет. Описываемые ссылки также индивидуально и конкретно включаются в качестве ссылок в настоящий документ относительно материала, содержащегося в них, который обсуждается в предложении, на котором основывается ссылка.
Определения
В настоящем описании и в формуле изобретения, следующей далее, будет упоминаться ряд терминов, которые должны быть определены как имеющие следующие значения:
В описании и в формуле настоящего изобретения слово ʺсодержатьʺ и другие формы этого слова, такие как ʺсодержащийʺ и ʺсодержитʺ, означают включение, но, не ограничение этим, и не предназначаются для исключения, например, других добавок, компонентов, целых чисел или стадий.
Как используется в описании и прилагаемой формуле изобретения, формы единственного числа включают ссылки на множественное число, если контекст не диктует четко иного. Так, например, ссылка на ʺкомпозициюʺ включает смеси двух или более таких композиций, ссылка на ʺсоединениеʺ включает смеси двух или более таких соединений, ссылка на ʺагентʺ включает смесь двух или более таких агентов, и тому подобное.
Все значения, приведенные как ʺм. д. объемʺ, определяются как объемные доли с порядком миллионных долей, вычисленные при эталонных условиях, при 0°C, без воды и без кислорода (0% объем H2O и O2).
Как используется в настоящем документе ʺспособ получения углеродной сажиʺ означает любой способ получения углеродной сажи (CB).
Как используется в настоящем документе способ ʺWSAʺ или ʺспособ мокрого синтеза серной кислотыʺ означает любой способ, где SO2 каталитически преобразуется в SO3 из мокрого газового потока и SO3 удаляется на следующей стадии. Это удаление осуществляется предпочтительно, но не обязательно, в виде серной кислоты посредством понижения температуры до температуры конденсации.
Как используется в настоящем документе ʺкатализатор WSAʺ представляет собой любой катализатор пригодный для использования в способе WSA. Эти катализаторы обычно представляют собой, но не обязательно, катализаторы на основе ванадия на пористом, термически стабильном материале носителя. Посредством добавления дополнительных элементов температура плавления активного компонента может быть понижена, то есть, рабочая температура понижается. Например, катализатор WSA может представлять собой оксид ванадия с одним или несколькими необязательными металлами, подобными натрию, калию и цезию.
Под ʺPMʺ или ʺматериалом частицʺ подразумевается любой материал, независимо от его природы или источника, который конденсируется при температуре фильтрования, используемой в способе характеризации EN13284 (ʺStationary Source Emissions: Determination of Flow Range Mass Concentranions of Dustʺ), или выше нее, по отношению к сухому веществу. Под ʺуглеродистым материалом частицʺ подразумевается материал частиц, который содержит, главным образом, углерод, например, по меньшей мере, 90% масс, или по меньшей мере, 92% масс, или по меньшей мере, 94% масс, или по меньшей мере, 96% масс, или по меньшей мере, 98% масс углерода, по отношению к общей массе материала частиц. Содержание углерода материала частиц может определяться с помощью способов, известных в данной области, например, с помощью элементного анализа сжиганием.
Под ʺметодом добавокʺ подразумевается искусственное увеличение содержания компонента вводимого газа для моделирования условий способа. Метод добавок должен сосредотачиваться на соответствующем перемешивании добавляемого компонента и технологического газа и избегать добавления дополнительных компонентов (примесей) в систему.
Как используется в настоящем документе, ʺвосстановленные отработанные газыʺ относится к отработанным газам, которые могут окисляться, например, посредством сгорания.
Теперь будут упоминаться подробно конкретные аспекты описываемых материалов, соединений, композиций, изделий и способов, примеры которых иллюстрируются в прилагаемых Примерах и на Фигурах.
Способы
Способы получения углеродной сажи
В настоящем документе описаны способы уменьшения содержания материала частиц отработанных газов из способа получения углеродной сажи. Способы, описанные в настоящем документе, могут, например, включать получение углеродной сажи и восстановленных отработанных газов из углеводорода в способе получения углеродной сажи. Углеродная сажа и восстановленные отработанные газы могут быть получены посредством любого из способов известных в данной области. Способ получения углеродной сажи может осуществляться, например, в модуле способа получения углеродной сажи. Углеродная сажа может быть получена, например, посредством неполного сгорания или термического разложения газообразных или жидких углеводородов при контролируемых условиях. Способы неполного сгорания для получения углеродной сажи включают, например, способы с печью, работающей на жидком топливе, способы получения ламповой сажи, канальные способы и способы с газовой печью. Способы термического разложения включают, например, способы разложения ацетилена и способы термического разложения природного газа. Температура и/или время реакции могут регулироваться для получения углеродной сажи с различными размерами и структурами частиц. Эти регулировки могут также влиять на композицию восстановленных отработанных газов.
В некоторых примерах, получение углеродной сажи может включать неполное сгорание углеводорода. В некоторых примерах, получение углеродной сажи может включать термическое разложение углеводорода. Примеры пригодных для использования углеводородов включают, но не ограничиваясь этим, тяжелые дистиллятные масла; тяжелые остаточные масла; вакуумные дистиллятные масла; тяжелые вакуумные масла; дистиллятные масла от каталитического крекинга в псевдоожиженном слое; остаточные масла от каталитического крекинга в псевдоожиженном слое; дистиллятные, остаточные или дегтярные масла от газификации или разгонки угля; дистиллятные, остаточные или дегтярные масла от парового крекинга или реакционной разгонки полимеров; другие серосодержащие, конденсируемые, углеводородные газы или остаточные тяжелые масла; дистиллят, топливо, или остаточные масла из биологических или возобновляемых источников или их сочетания.
В некоторых примерах, описанные способы могут дополнительно содержать сбор углеродной сажи. Углеродную сажу можно собирать с помощью любых способов, известных в данной области. В некоторых примерах, сбор углеродной сажи может включать фильтрование для отделения углеродной сажи от восстановленных отработанных газов. Примеры соответствующих фильтров могут включать, например, рукавные фильтры и керамические фильтры. В соответствии с настоящим изобретением сбор углеродной сажи может в частности, осуществляться до дальнейшей обработки (отделенных) отработанных газов, как приведено ниже.
Восстановленные отработанные газы
Восстановленные отработанные газы из способа получения углеродной сажи, как правило, содержат материал частиц. Дополнительные компоненты, которые также могут содержаться в восстановленных отработанных газах, включают, но не ограничиваясь этим, например, воду, кислород, монооксид углерода, диоксид углерода, предшественник оксида азота, такой как азот, аммиак и/или цианистый водород, предшественник оксида серы, такой как карбонил сульфид, дисульфид углерода и/или сернистый водород, диоксид серы, триоксид серы, монооксид азота, диоксид азота или их сочетания. Опасные загрязнения воздуха (HAP), выбрасываемые из способа получения углеродной сажи (например, в отработанных газах), таким образом, могут, например, содержать восстановленные соединения серы. Согласно U.S. Environmental Protection Agency, имеется четыре главных HAP, выбрасываемых из способа получения углеродной сажи: дисульфид углерода, карбонил сульфид, сернистый водород и цианистый водород. Как используется в настоящем документе, отработанные газы из способа получения углеродной сажи могут упоминаться как восстановленные отработанные газы и могут содержать, среди других материалов, материал частиц и предшественник оксида серы (например, дисульфид углерода, карбонил сульфид и сернистый водород).
В некоторых примерах, восстановленные отработанные газы могут содержать 1 мг/м3(н. у.) или больше материала частиц (например, 2 мг/м3(н. у.) или больше; 3 мг/м3(н. у.) или больше; 4 мг/м3(н. у.) или больше; 5 мг/м3(н. у.) или больше; 10 мг/м3(н. у.) или больше; 20 мг/м3(н. у.) или больше; 30 мг/м3(н. у.) или больше; 40 мг/м3(н. у.) или больше; 50 мг/м3(н. у.) или больше; 100 мг/м3(н. у.) или больше; 150 мг/м3(н. у.) или больше; 200 мг/м3(н. у.) или больше; 250 мг/м3(н. у.) или больше; 300 мг/м3(н. у.) или больше; 350 мг/м3(н. у.) или больше; 400 мг/м3(н. у.) или больше; 450 мг/м3(н. у.) или больше; 500 мг/м3(н. у.) или больше; 600 мг/м3(н. у.) или больше; 700 мг/м3(н. у.) или больше; 800 мг/м3(н. у.) или больше; 900 мг/м3(н. у.) или больше; 1000 мг/м3(н. у.) или больше; 1500 мг/м3(н. у.) или больше; 2000 мг/м3(н. у.) или больше; 2500 мг/м3(н. у.) или больше; 3000 мг/м3(н. у.) или больше; 3500 мг/м3(н. у.) или больше; 4000 мг/м3(н. у.) или больше; или 4500 мг/м3(н. у.) или больше). Восстановленные отработанные газы, в некоторых примерах, могут содержать 5000 мг/м3(н. у.) или меньше материала частиц (например, 4500 мг/м3(н. у.) или меньше; 4000 мг/м3(н. у.) или меньше; 3500 мг/м3(н. у.) или меньше; 3000 мг/м3(н. у.) или меньше; 2500 мг/м3(н. у.) или меньше; 2000 мг/м3(н. у.) или меньше; 1500 мг/м3(н. у.) или меньше; 1000 мг/м3(н. у.) или меньше; 900 мг/м3(н. у.) или меньше; 800 мг/м3(н. у.) или меньше; 700 мг/м3(н. у.) или меньше; 600 мг/м3(н. у.) или меньше; 500 мг/м3(н. у.) или меньше; 450 мг/м3(н. у.) или меньше; 400 мг/м3(н. у.) или меньше; 350 мг/м3(н. у.) или меньше; 300 мг/м3(н. у.) или меньше; 250 мг/м3(н. у.) или меньше; 200 мг/м3(н. у.) или меньше; 150 мг/м3(н. у.) или меньше; 100 мг/м3(н. у.) или меньше; 50 мг/м3(н. у.) или меньше; 40 мг/м3(н. у.) или меньше; 30 мг/м3(н. у.) или меньше; 20 мг/м3(н. у.) или меньше; 10 мг/м3(н. у.) или меньше; 5 мг/м3(н. у.) или меньше; 4 мг/м3(н. у.) или меньше; 3 мг/м3(н. у.) или меньше; 2 мг/м3(н. у.) или меньше; или 1 мг/м3(н. у.) или меньше). Количество материала частиц в восстановленных отработанных газах может находиться в пределах от любых минимальных значений, описанных выше, до любых максимальных значений, описанных выше. Например, восстановленные отработанные газы могут содержать от 1 до 5000 мг/м3(н. у.) материала частиц (например, от 1 мг/м3(н. у.) до 2500 мг/м3(н. у.); от 2500 мг/м3(н. у.) до 5000 мг/м3(н. у.); от 1 мг/м3(н. у.) до 1000 мг/м3(н. у.); от 1000 мг/м3(н. у.) до 2000 мг/м3(н. у.), от 2000 мг/м3(н. у.) до 3000 мг/м3(н. у.); от 3000 мг/м3(н. у.) до 4000 мг/м3(н. у.); от 4000 мг/м3(н. у.) до 5000 мг/м3(н. у.) или от 100 мг/м3(н. у.) до 4000 мг/м3(н. у.)). Как используется в настоящем документе, количество материала частиц в отработанных газах может определяться с использованием European Method EN13284 (ʺStationary Source Emissions: Determination of Flow Range Mass Concentrations of Dustʺ) по отношению к сухому веществу. Необходимо понять, что значения, описанные в настоящем документе для материала частиц, могут относиться, в частности, к углеродистому материалу частиц, так что упоминаемые значения относятся аналогичным образом к углеродистому материалу частиц.
Описанные способы могут необязательно включать удаление, по меньшей мере, части материала частиц из восстановленных отработанных газов перед сгоранием. По меньшей мере, часть материала частиц может удаляться из восстановленных отработанных газов, например, посредством механического фильтрования или других способов, известных в данной области.
Сгоревшие отработанные газы
В описанных способах, восстановленные отработанные газы из способа получения углеродной сажи могут сжигаться с получением сгоревших отработанных газов. Сгоревшие отработанные газы могут содержать, среди других материалов, материал частиц, диоксид серы и воду. Сжигание восстановленных отработанных газов может, например, преобразовывать предшественники оксидов серы в оксиды серы. Другими словами, в некоторых примерах, сгоревшие отработанные газы могут содержать материал частиц, оксид серы, воду или их сочетания.
В некоторых примерах, сгоревшие отработанные газы могут содержать 1 мг/м3(н. у.) или больше материала частиц (например, 2 мг/м3(н. у.) или больше; 3 мг/м3(н. у.) или больше; 4 мг/м3(н. у.) или больше; 5 мг/м3(н. у.) или больше; 10 мг/м3(н. у.) или больше; 20 мг/м3(н. у.) или больше; 30 мг/м3(н. у.) или больше; 40 мг/м3(н. у.) или больше; 50 мг/м3(н. у.) или больше; 100 мг/м3(н. у.) или больше; 150 мг/м3(н. у.) или больше; 200 мг/м3(н. у.) или больше; 250 мг/м3(н. у.) или больше; 300 мг/м3(н. у.) или больше; 350 мг/м3(н. у.) или больше; 400 мг/м3(н. у.) или больше; 450 мг/м3(н. у.) или больше; 500 мг/м3(н. у.) или больше; 600 мг/м3(н. у.) или больше; 700 мг/м3(н. у.) или больше; 800 мг/м3(н. у.) или больше; 900 мг/м3(н. у.) или больше; 1000 мг/м3(н. у.) или больше; 1500 мг/м3(н. у.) или больше; 2000 мг/м3(н. у.) или больше; 2500 мг/м3(н. у.) или больше; 3000 мг/м3(н. у.) или больше; 3500 мг/м3(н. у.) или больше; 4000 мг/м3(н. у.) или больше; или 4500 мг/м3(н. у.) или больше). Сгоревшие отработанные газы, в некоторых примерах, могут содержать 5000 мг/м3(н. у.) или меньше материала частиц (например, 4500 мг/м3(н. у.) или меньше; 4000 мг/м3(н. у.) или меньше; 3500 мг/м3(н. у.) или меньше; 3000 мг/м3(н. у.) или меньше; 2500 мг/м3(н. у.) или меньше; 2000 мг/м3(н. у.) или меньше; 1500 мг/м3(н. у.) или меньше; 1000 мг/м3(н. у.) или меньше; 900 мг/м3(н. у.) или меньше; 800 мг/м3(н. у.) или меньше; 700 мг/м3(н. у.) или меньше; 600 мг/м3(н. у.) или меньше; 500 мг/м3(н. у.) или меньше; 450 мг/м3(н. у.) или меньше; 400 мг/м3(н. у.) или меньше; 350 мг/м3(н. у.) или меньше; 300 мг/м3(н. у.) или меньше; 250 мг/м3(н. у.) или меньше; 200 мг/м3(н. у.) или меньше; 150 мг/м3(н. у.) или меньше; 100 мг/м3(н. у.) или меньше; 50 мг/м3(н. у.) или меньше; 40 мг/м3(н. у.) или меньше; 30 мг/м3(н. у.) или меньше; 20 мг/м3(н. у.) или меньше; 10 мг/м3(н. у.) или меньше; 5 мг/м3(н. у.) или меньше; 4 мг/м3(н. у.) или меньше; 3 мг/м3(н. у.) или меньше; 2 мг/м3(н. у.) или меньше; или 1 мг/м3(н. у.) или меньше). Количество материала частиц в сгоревших отработанных газах может находиться в пределах от любых минимальных значений, описанных выше, до любых максимальных значений, описанных выше. Например, сгоревшие отработанные газы могут содержать от 1 до 5000 мг/м3(н. у.) материала частиц (например, от 1 мг/м3(н. у.) до 2500 мг/м3(н. у.); от 2500 мг/м3(н. у.) до 5000 мг/м3(н. у.); от 1 мг/м3(н. у.) до 1000 мг/м3(н. у.); от 1000 мг/м3(н. у.) до 2000 мг/м3(н. у.), от 2000 мг/м3(н. у.) до 3000 мг/м3(н. у.); от 3000 мг/м3(н. у.) до 4000 мг/м3(н. у.); от 4000 мг/м3(н. у.) до 5000 мг/м3(н. у.) или от 100 мг/м3(н. у.) до 4000 мг/м3(н. у.)). Как используется в настоящем описании, количество материала частиц в отработанных газах может определяться с использованием способа характеризации EN13284 (ʺStationary Source Emissions: Determination of Flow Range Mass Concentrations of Dustʺ) по отношению к сухому веществу.
В некоторых примерах, сгоревшие отработанные газы могут содержать диоксид серы. Сгоревшие отработанные газы могут содержать, например, 50 м. д. объем или больше диоксида серы (например, 50 м. д. объем или больше, 100 м. д. объем или больше, 150 м. д. объем или больше, 200 м. д. объем или больше, 250 м. д. объем или больше; 300 м. д. объем или больше; 350 м. д. объем или больше; 400 м. д. объем или больше; 450 м. д. объем или больше; 500 м. д. объем или больше; 600 м. д. объем или больше; 700 м. д. объем или больше; 800 м. д. объем или больше; 900 м. д. объем или больше; 1000 м. д. объем или больше; 1500 м. д. объем или больше; 2000 м. д. объем или больше; 2500 м. д. объем или больше; 3000 м. д. объем или больше; 3500 м. д. объем или больше; 4000 м. д. объем или больше; 4500 м. д. объем или больше; 5000 м. д. объем или больше; или 5500 м. д. объем или больше). В некоторых примерах, сгоревшие отработанные газы могут содержать 6000 м. д. объем или меньше диоксида серы (например, 5500 м. д. объем или меньше; 5000 м. д. объем или меньше; 4500 м. д. объем или меньше; 4000 м. д. объем или меньше; 3500 м. д. объем или меньше; 3000 м. д. объем или меньше; 2500 м. д. объем или меньше; 2000 м. д. объем или меньше; 1500 м. д. объем или меньше; 1000 м. д. объем или меньше; 900 м. д. объем или меньше; 800 м. д. объем или меньше; 700 м. д. объем или меньше; 600 м. д. объем или меньше; 500 м. д. объем или меньше; 450 м. д. объем или меньше; 400 м. д. объем или меньше; 350 м. д. объем или меньше; 300 м. д. объем или меньше; 250 м. д. объем или меньше; 200 м. д. объем или меньше; 150 м. д. объем или меньше; или 100 м. д. объем или меньше).
Количество диоксида серы в сгоревших отработанных газах может находиться в пределах от любых минимальных значений, описанных выше до любых максимальных значений, описанных выше. Например, сгоревшие отработанные газы могут содержать от 50 м. д. объем до 6000 м. д. объем диоксида серы (например, от 50 до 4000 м. д. объем; от 3000 м. д. объем до 6000 м. д. объем; от 50 м. д. объем до 1000 м. д. объем; от 1000 м. д. объем до 3000 м. д. объем; от 100 м. д. объем до 3000 м. д. объем; от 3000 м. д. объем до 4000 м. д. объем; от 200 м. д. объем до 2000 м. д. объем; от 5000 м. д. объем до 6000 м. д. объем; или от 500 м. д. объем до 5500 м. д. объем). В некоторых примерах, количество диоксида серы в сгоревших отработанных газах может содержать от 50 м. д. объем до 10% масс. Например, сгоревшие отработанные газы могут содержать от 50 м. д. объем до 1000 м. д. объем, от 500 м. д. объем до 2000 м. д. объем, от 1% масс до 10% масс, от 2% масс до 6% масс, от 3% масс до 4% масс, или от 5% масс до 10% масс SO2. Как используется в настоящем описании, концентрация компонента (в м. д. объем) в отработанных газах приводится по отношению к сухому веществу при 0% O2.
В некоторых примерах, количество воды в сгоревших отработанных газах может составлять от 10% масс до 50% масс, по отношению к общей массе сгоревших отработанных газов. Например, количество воды в сгоревших отработанных газах может составлять от 10% масс до 25% масс, от 25% масс до 50% масс, от 20% масс до 40% масс, или от 30% масс до 50% масс воды, по отношению к общей массе сгоревших отработанных газов.
Катализатор окисления
В некоторых примерах, описанные способы могут дополнительно включать удаление, по меньшей мере, части материала частиц из сгоревших отработанных газов с использованием катализатора окисления. Каталитическое окисление может вызывать преобразование, по меньшей мере, части углеродистого материала частиц в газообразное вещество с уменьшением количества материала частиц в сгоревших отработанных газах. Катализатор окисления может быть таким, как обычно используется в способе WSA. В описанных способах и системах, может быть найдено положение катализатора окисления, которое называется защитным слоем, который представляет собой любую емкость или часть описываемой системы, которая содержит катализатор окисления для использования при уменьшении количества материала частиц, такого в частности, как углеродистый материал частиц, в сгоревших отработанных газах. Защитный слой может представлять собой емкость отдельную от реактора WSA, хотя и соединенную с ним, или начальную часть или ступень самого реактора WSA. В описанных способах, материал частиц, такой, например, как углеродистый материал частиц, может удаляться из сгоревших отработанных газов посредством прохождения материала частиц через защитный слой (или через катализатор окисления, который может содержаться в защитном слое или может предусматриваться другим способом) и окисления, по меньшей мере, части материала частиц до газообразного продукта.
Также, в описанных способах и системах, нет необходимости в использовании электростатического преципитатора (ESP) для достижения достаточно низких уровней материала частиц, как требуется для обработки отработанных газов посредством способа WSA. Соответственно, электростатический преципитатор (ESP), как правило, не используется для удаления материала частиц на любой стадии способа в соответствии с настоящим изобретением. Это является неожиданным и благоприятным результатом, поскольку обычные системы WSA требуют ESP для предотвращения дезактивации катализатора. Подобно другим производственным способам, в которых используются системы WSA, способ получения углеродной сажи производит отработанные газы, которые имеют высокие уровни углеродистого материала частиц, и, как правило, можно ожидать, что такой материал должен удаляться с помощью ESP и что он не будет отрицательно влиять на катализаторы окисления, используемые далее в способе WSA, или иным способом влиять на способ преобразования SO2. Однако, неожиданно, катализатор окисления, например, содержащийся в защитном слое, можно использовать в сочетании со способом получения углеродной сажи, частично потому, что значительная доля материала частиц, полученного в способе получения углеродной сажи, представляет собой углеродистый материал частиц. Устранение ESP с помощью использования защитного слоя обеспечивает значительную экономию термодинамической эффективности. Например, посредством устранения избыточного охлаждения для достижения рабочей температуры ESP и повторного нагрева для достижения температуры каталитического преобразования оксидов серы, может получаться улучшение термической эффективности, по меньшей мере, на 48%, которое может быть значительно больше, в зависимости от способов и систем для нагрева и охлаждения газового потока. Улучшение термической эффективности может основываться на сравнении со способом, в котором по существу эквивалентное уменьшение содержания материала частиц достигается с использованием электростатического преципитатора. Соответственно, описанные способы могут дополнительно включать обработку сгоревших отработанных газов, из которых, по меньшей мере, часть материала частиц удалена посредством каталитического окисления в способе WSA. В соответствии с описанными способами, которые не требуют ESP, оксиды серы могут удаляться в способе мокрого синтеза серной кислоты без нагрева сгоревшего газа. Соответственно, оксиды серы могут удаляться из сгоревшего газа при повышенной термической эффективности, по сравнению со способом, в котором по существу эквивалентное уменьшение содержания материала частиц достигается с использованием электростатического преципитатора.
Защитный слой может содержать катализатор окисления и, необязательно, материал для механического фильтрования, инертный фильтр или их сочетание. Для катализаторов окисления можно использовать любой катализатор WSA, а также любой катализатор окисления на основе благородного металла и любой другой катализатор окисления на носителе, выдерживающем условия способа. Примеры пригодных для использования катализаторов окисления включают, но, не ограничиваясь этим, ванадий, кобальт, молибден, марганец, натрий, калий, цезий, платину, палладий, железо, или их сочетания. Эти катализаторы, используемые в способах WSA, являются хорошо известными и коммерчески доступными. В некоторых примерах защитный слой может дополнительно содержать термически стабильный носитель, на который может наноситься катализатор окисления. Примеры пригодных для использования термически стабильных носителей включают, но, не ограничиваясь этим, оксид алюминия, оксид кремния, оксид хрома, диоксид циркония, вольфрам, диатомовую землю, кордиерит или их сочетания.
В качестве конкретных примеров, пригодные для использования катализаторы окисления могут содержать носители на основе диатомовой земли с солями ванадия в качестве активного компонента. (Смотри WO2011128830 и WO2013182502, которые включаются в настоящий документ в качестве ссылок во всей их полноте относительно их концепций катализаторов окисления). Другие пригодные для использования катализаторы используют Rh в качестве активного центра (смотри WO2007035949), носители на основе кремниевой кислоты (смотри EP0129903), керамические пены с покрытием из пористого оксида (смотри WO2006018059), катализаторы на основе лантаноидов (смотри EP0947234). Катализаторы окисления также включают каталитически активные фильтры (WO2016037981, WO2016029926).
Инертные фильтры различных типов можно использовать в сочетании с катализаторами окисления. (Примеры инертных фильтров описываются в EP0369330, WO2008142353 и EP27495912, которые включаются в настоящий документ в качестве ссылок во всей их полноте относительно их концепции инертных фильтров).
Стадия каталитического окисления, по меньшей мере, части материала частиц для удаления тем самым, по меньшей мере, части материала частиц из сгоревшего газа может осуществляться при любой температуре, при которой катализатор является активным, так что, по меньшей мере, часть материала частиц окисляется, как правило, это требует повышенных (по отношению к условиям окружающей среды) температур. Такая (повышенная) температура зависит соответствующим образом от используемого катализатора. В некоторых примерах, повышенная температура может составлять 200°C или больше (например, 220°C или больше, 240°C или больше, 260°C или больше, 280°C или больше, 300°C или больше, 320°C или больше, 340°C или больше, 360°C или больше, 380°C или больше, 400°C или больше, 420°C или больше, 440°C или больше, 460°C или больше, 480°C или больше, 500°C или больше, 520°C или больше, 540°C или больше, 560°C или больше, или 580°C или больше). В некоторых примерах, повышенная температура может составлять 600°C или меньше (например, 580°C или меньше, 560°C или меньше, 540°C или меньше, 520°C или меньше, 500°C или меньше, 480°C или меньше, 460°C или меньше, 440°C или меньше, 420°C или меньше, 400°C или меньше, 380°C или меньше, 360°C или меньше, 340°C или меньше, 320°C или меньше, 300°C или меньше, 280°C или меньше, 260°C или меньше, 240°C или меньше, или 220°C или меньше).
Повышенная температура может находиться в пределах от любых минимальных значений, описанных выше, до любых максимальных значений, описанных выше. Например, повышенная температура может находиться в пределах от 200°C до 600°C (например, от 200°C до 400°C, от 400°C до 600°C, от 200°C до 280°C, от 280°C до 360°C, от 360°C до 440°C, от 440°C до 520°C, от 520°C до 600°C, от 360°C до 600°C, от 400°C до 550°C или от 410°C до 450°C).
Соответственно, реакция в защитном слое может осуществляться в диапазоне температур, где катализатор окисления является активным. Для катализаторов WSA на основе ванадия, этот нижний предел дается температурой зажигания, которая может достигать 300°C. Промышленные катализаторы WSA, как правило, работают при температуре от 400 до 600°C, иногда ниже или выше. В некоторых примерах, реакция в защитном слое происходит при температуре от 400, 450, 500, 550 или 600°C, где любые приведенные значения могут образовывать верхнюю или нижнюю точку диапазона.
Реакция в защитном слое может осуществляться в присутствии кислорода. Количество кислорода может быть избыточным по сравнению с PM. Источники кислорода известны специалистам в данной области и включают воздух, O2, воду и другие.
В некоторых примерах, защитный слой может удалять 90% масс или больше материала частиц из сгоревших отработанных газов (например, 90,5% масс или больше, 91% масс или больше, 91,5% масс или больше, 92% масс или больше, 92,5% масс или больше, 93% масс или больше, 93,5% масс или больше, 94% масс или больше, 94,5% масс или больше, 95% масс или больше, 95,5% масс или больше, 96% масс или больше, 96,5% масс или больше, 97% масс или больше, 97,5% масс или больше, 98% масс или больше, 98,5% масс или больше, 99% масс или больше, или 99,5% масс или больше), по отношению к общей массе материала частиц, присутствующего в сгоревших отработанных газах до прохождения через защитный слой. В некоторых примерах, защитный слой может удалять 100% масс или меньше материала частиц из сгоревших отработанных газов (например, 99,5% масс или меньше, 99% масс или меньше, 98,5% масс или меньше, 98% масс или меньше, 97,5% масс или меньше, 97% масс или меньше, 96,5% масс или меньше, 96% масс или меньше, 95,5% масс или меньше, 95% масс или меньше, 94,5% масс или меньше, 94% масс или меньше, 93,5% масс или меньше, 93% масс или меньше, 92,5% масс или меньше, 92% масс или меньше, 91,5% масс или меньше, 91% масс или меньше, или 90,5% масс или меньше), по отношению к общей массе материала частиц, присутствующего в сгоревших отработанных газах до прохождения через защитный слой.
Количество материала частиц, удаляемого с помощью защитного слоя, может находиться в пределах от любых минимальных значений, описанных выше, до любых максимальных значений, описанных выше. Например, защитный слой может удалять от 90% масс до 100% масс материала частиц из сгоревших отработанных газов (например, от 90% масс до 95% масс, от 95% масс до 100% масс, от 90% масс до 92% масс, от 92% масс до 94% масс, от 94% масс до 96% масс, от 96% масс до 98% масс, от 98% масс до 100% масс, от 99% масс до 100% масс, или от 93% масс до 97% масс), по отношению к общей массе материала частиц, присутствующего в сгоревших отработанных газах до прохождения через защитный слой. В некоторых примерах, защитный слой может удалять по существу весь материал частиц из сгоревших отработанных газов, например, 99% масс или больше (например, 99,1% масс или больше, 99,2% масс или больше, 99,3% масс или больше, 99,4% масс или больше, 99,5% масс или больше, 99,6% масс или больше, 99,7% масс или больше, 99,8% масс или больше, или 99,9% масс или больше), по отношению к общей массе материала частиц, присутствующего в сгоревших отработанных газах до прохождения через защитный слой.
В некоторых примерах, после удаления, по меньшей мере, части материала частиц из сгоревших отработанных газов, сгоревшие отработанные газы могут содержать 30 мг/м3(н. у.) или меньше материала частиц (например, 28 мг/м3(н. у.) или меньше, 26 мг/м3(н. у.) или меньше, 24 мг/м3(н. у.) или меньше, 22 мг/м3(н. у.) или меньше, 20 мг/м3(н. у.) или меньше, 18 мг/м3(н. у.) или меньше, 16 мг/м3(н. у.) или меньше, 14 мг/м3(н. у.) или меньше, 12 мг/м3(н. у.) или меньше, 10 мг/м3(н. у.) или меньше, 9 мг/м3(н. у.) или меньше, 8 мг/м3(н. у.) или меньше, 7 мг/м3(н. у.) или меньше, 6 мг/м3(н. у.) или меньше, 5 мг/м3(н. у.) или меньше, 4 мг/м3(н. у.) или меньше, 3 мг/м3(н. у.) или меньше, 2 мг/м3(н. у.) или меньше, или 1 мг/м3(н. у.) или меньше). В некоторых примерах, после удаления, по меньшей мере, части материала частиц из сгоревших отработанных газов, сгоревшие отработанные газы могут содержать 0 мг/м3(н. у.) больше материала частиц (например, больше чем 0 мг/м3(н. у.) или больше, или, 1 мг/м3(н. у.) или больше, 2 мг/м3(н. у.) или больше, 3 мг/м3(н. у.) или больше, 4 мг/м3(н. у.) или больше, 5 мг/м3(н. у.) или больше, 6 мг/м3(н. у.) или больше, 7 мг/м3(н. у.) или больше, 8 мг/м3(н. у.) или больше, 9 мг/м3(н. у.) или больше, 10 мг/м3(н. у.) или больше, 12 мг/м3(н. у.) или больше, 14 мг/м3(н. у.) или больше, 16 мг/м3(н. у.) или больше, 18 мг/м3(н. у.) или больше, 20 мг/м3(н. у.) или больше, 22 мг/м3(н. у.) или больше, 24 мг/м3(н. у.) или больше, 26 мг/м3(н. у.) или больше, или 28 мг/м3(н. у.) или больше).
Количество материала частиц, остающегося в сгоревших отработанных газах после удаления, по меньшей мере, части материала частиц из сгоревших отработанных газов, может находиться в пределах от любых минимальных значений, описанных выше, до любых максимальных значений, описанных выше. Например, после удаления, по меньшей мере, части материала частиц из сгоревших отработанных газов, сгоревшие отработанные газы могут содержать от 0 мг/м3(н. у.) до 30 мг/м3(н. у.) материала частиц (например, от 0 мг/м3(н. у.) до 14 мг/м3(н. у.), от 14 мг/м3(н. у.) до 30 мг/м3(н. у.), от 0 мг/м3(н. у.) до 6 мг/м3(н. у.), от 6 мг/м3(н. у.) до 12 мг/м3(н. у.), от 12 мг/м3(н. у.) до 18 мг/м3(н. у.), от 18 мг/м3(н. у.) до 24 мг/м3(н. у.), от 24 мг/м3(н. у.) до 30 мг/м3(н. у.), или от 2 мг/м3(н. у.) до 28 мг/м3(н. у.)). Как используется в настоящем описании, количество материала частиц в отработанных газах может определяться с использованием способа характеризации EN13284 (ʺStationary Source Emissions: Determination of Flow Range Mass Concentrations of Dustʺ) по отношению к сухому веществу.
Системы
В настоящем документе также описываются системы, на которых могут осуществляться способы, описанные в настоящем документе. Например, в настоящем документе также описываются системы для уменьшения количества материала частиц из отработанных газов из модуля способа получения углеродной сажи. Например, описанные системы могут удалять, по меньшей мере, часть материала частиц из сгоревших отработанных газов из модуля способа получения углеродной сажи.
В литературе описана обработка отработанных газов, включая способ мокрого синтеза серной кислоты (WSA) для удаления NOx и SOx (также упоминается как удаление SNOx). Оксиды серы (SOx) могут поступать из сгоревших топочных газов, например, посредством сжигания восстановленных отработанных газов. Удаление SOx может осуществляться с помощью катализатора окисления, который использует избыток кислорода и влажности в топочном газе для преобразования SO2 в SO3, который образует газообразную серную кислоту, которая затем конденсируется. Общая схема способа WSA (или способа SNOx) показана на Фигуре 1.
Такой способ WSA имеет определенные преимущества при использовании для получения углеродной сажи, поскольку он не требует поглотителя или последующей утилизации отработанного поглотителя, вместо этого он создает продаваемый побочный продукт (например, серную кислоту). Однако высокие капитальные затраты на оборудование, включая электростатический преципитатор, предотвращают внедрение этого способа и технологии WSA.
В соответствии с описанными способами и системами, эффективный контроль PM может достигаться без необходимости в электростатическом преципитаторе. Иллюстративные системы WSA для использования вместе со способами, описанными в настоящем документе показаны на Фигурах 2 и 3. В этих системах, некоторая часть, если не все, удаление PM, и термические неэффективности, связанные с работой при удалении PM, могут быть значительно уменьшены или устранены.
Обращаясь теперь к Фигурам 2 и 3, здесь, в некоторых примерах, система 100 может содержать модуль 102 способа получения углеродной сажи, конфигурируемый для получения углеродной сажи и восстановленных отработанных газов. Модуль 102 способа получения углеродной сажи может содержать любые средства для получения углеродной сажи, известные в данной области. В некоторых примерах, система 100 может дополнительно содержать фильтр для отделения углеродной сажи от восстановленных отработанных газов. В некоторых примерах, восстановленные отработанные газы могут содержать, среди других материалов, материал частиц и предшественник оксида серы. В некоторых примерах, как показано на Фигуре 3, система 100 может дополнительно содержать обычное устройство для удаления материала частиц, такое как фильтр 106, конфигурированный для приема восстановленных отработанных газов и для удаления, по меньшей мере, части материала частиц из восстановленных отработанных газов. Фильтр 106 может также отсутствовать в системе 100, как показано на Фигуре 2. В некоторых примерах, модуль 102 способа получения углеродной сажи может дополнительно содержать, например, сушилку, гранулятор или любые другие известные компоненты для получения и сбора готового продукта углеродной сажи.
В некоторых иллюстративных системах, система 100 может дополнительно содержать устройство 110 сгорания, конфигурируемое для приема восстановленных отработанных газов и сжигания восстановленных отработанных газов с получением сгоревших отработанных газов. Сгоревшие отработанные газы могут содержать, среди других материалов, диоксид серы и материал частиц. В некоторых примерах, система 100 может дополнительно содержать средства для направления восстановленных отработанных газов из модуля 102 способа получения углеродной сажи в устройство 110 сгорания. Например, система 100 может содержать проход 104, конфигурируемый для направления восстановленных отработанных газов из модуля 102 способа получения углеродной сажи в фильтр 106, и проход 108, конфигурируемый для направления отфильтрованных восстановленных отработанных газов из фильтра 106 в устройство 110 сгорания. Альтернативно, если фильтр 106 не используется, проход 104 будет направлять восстановленные отработанные газы из модуля 102 способа получения углеродной сажи в устройство сгорания.
Сгоревшие отработанные газы могут содержать материал частиц и оксид серы. В некоторых примерах, система 100 может дополнительно содержать устройство для удаления материала частиц, такое как защитный слой 118, конфигурируемое для приема сгоревших отработанных газов и удаления, по меньшей мере, части материала частиц из сгоревших отработанных газов посредством каталитического окисления. Система может содержать катализатор окисления, который может содержаться, например, в защитном слое 118 или предусматриваться другим образом. Катализатор окисления может необязательно наноситься на термически стабильный носитель. Пригодные для использования иллюстративные катализаторы окисления и термически стабильные носители, которые можно использовать в системах в соответствии с настоящим изобретением, описаны выше в контексте способов в соответствии с настоящим изобретением. В некоторых примерах, система 100 может дополнительно содержать средства для направления сгоревших отработанных газов из устройства 110 сгорания в защитный слой 118. Например, система 100 может содержать проход 112, конфигурируемый для направления сгоревших отработанных газов из устройства 110 сгорания в вентилятор 114, который может конфигурироваться для направления сгоревших отработанных газов через проход 116 в защитный слой 118.
В некоторых примерах, система 100 может дополнительно содержать элемент 126 способа восстановления диоксида азота для удаления, по меньшей мере, части диоксида азота из сгоревших отработанных газов. В некоторых примерах, система 100 может дополнительно содержать средства для направления сгоревших отработанных газов из защитного слоя 118 в элемент 126 способа восстановления диоксида азота. Например, система может дополнительно содержать проход 120, конфигурируемый для направления сгоревших отработанных газов из защитного слоя 118 в теплообменник 122, и проход 124 для направления сгоревших отработанных газов из теплообменника в элемент 126 способа восстановления диоксида азота.
В некоторых примерах, система 100 может дополнительно содержать реактор 130, конфигурируемый для: приема сгоревших отработанных газов; окисления, по меньшей мере, части диоксида серы в сгоревших отработанных газах до триоксида серы с получением обогащенных триоксидом серы отработанных газов; для удаления тем самым, по меньшей мере, части диоксида серы из сгоревших отработанных газов. Реактор 130, например, может содержать катализатор, конфигурируемый для окисления, по меньшей мере, части диоксида серы в сгоревших отработанных газах с помощью кислорода при повышенной температуре. В некоторых примерах, система 100 может дополнительно содержать средства для направления сгоревших отработанных газов в реактор 130. Например, система может дополнительно содержать проход 128 для направления сгоревших отработанных газов из элемента 126 способа восстановления диоксида азота в реактор 130.
В некоторых примерах, реактор 130 может дополнительно конфигурироваться для взаимодействия, обогащенных триоксидом серы отработанных газов с водой с получением, обогащенных серной кислотой отработанных газов. В некоторых примерах, система 100 может дополнительно содержать конденсор 136, конфигурируемый для приема обогащенных серной кислотой отработанных газов и конденсации серной кислоты из обогащенных серной кислотой отработанных газов с получением очищенных отработанных газов и конденсированной серной кислоты. В некоторых примерах, система 100 может дополнительно содержать средства для направления обогащенных серной кислотой отработанных газов в конденсор 136. Например, система 100 может содержать проход 132, конфигурируемый для направления обогащенных серной кислотой отработанных газов из реактора 130 в теплообменник 122, и проход 134, конфигурируемый для направления обогащенных серной кислотой отработанных газов из теплообменника 122 в конденсор 136.
Конденсор может, например, конфигурироваться для понижения температуры обогащенных серной кислотой отработанных газов до температуры конденсации, с конденсацией тем самым серной кислоты. В некоторых примерах, конденсор 136 может конфигурироваться для приема холодного воздуха и/или воды для уменьшения температуры обогащенных серной кислотой отработанных газов и выпуска (или получения) горячего воздуха и/или водяного пара. Например, система 100 может содержать проход 146, конфигурируемый для направления холодного воздуха в воздушный компрессор 148, и проход 150, конфигурируемый для направления холодного воздуха из воздушного компрессора 148 в конденсор 136. В некоторых примерах, модуль 102 способа получения углеродной сажи и/или устройство 110 сгорания может конфигурироваться для приема горячего воздуха из конденсора 136. В некоторых примерах, система 100 может дополнительно содержать средства для направления горячего воздуха из конденсора 136 в модуль 102 способа получения углеродной сажи и/или в устройство 110 сгорания. Например, система 100 может содержать проход 152, конфигурируемый для направления горячего воздуха из конденсора 136 в модуль 152 способа получения углеродной сажи, и/или проход 154, конфигурируемый для направления горячего воздуха из конденсора 136 в устройство 110 сгорания.
В некоторых примерах, система 100 может дополнительно содержать средства для направления очищенных отработанных газов из конденсора 136. Например, система 100 может дополнительно содержать проход 138, конфигурируемый для направления очищенных отработанных газов из конденсора 136.
В некоторых примерах, система 100 может дополнительно содержать средства для сбора конденсированной серной кислоты. Например, система 100 может дополнительно содержать холодильник (например, теплообменник) 142 для продукта серной кислоты, конфигурируемый для приема конденсированной серной кислоты из конденсора. В некоторых примерах, система 100 может дополнительно содержать средства для направления конденсированной серной кислоты из конденсора 136 в холодильник 142 для продукта серной кислоты. Например, система может дополнительно содержать проход 140, конфигурируемый для направления конденсированной серной кислоты из конденсора 136 в холодильник (например, теплообменник) 142 для продукта серной кислоты. В некоторых примерах, холодильник 142 для продукта серной кислоты может конфигурироваться для приема холодной воды, например, из прохода 156, и для выхода горячей воды (например, с помощью прохода 158) и охлажденной серной кислоты (например, с помощью прохода 144). В некоторых примерах, модуль 102 способа получения углеродной сажи может конфигурироваться для приема горячей воды из холодильника 142 для продукта серной кислоты. Например, система 100 может дополнительно содержать проход 158, конфигурируемый для направления горячей воды из холодильника 142 для продукта серной кислоты в модуль 102 способа получения углеродной сажи.
В некоторых примерах, контроль PM может осуществляться таким образом посредством включения после сгорания каталитической системы защитного слоя перед катализатором преобразования SO2. Например, защитный слой со слоем катализатора окисления (V, Co, Mo, Mn, K, Cs, Pt, Pd, Fe, и тому подобное), нанесенного на термически стабильный носитель (Al2O3, SiO2, Cr2O3, ZrO2, W, и тому подобное), можно использовать для окисления большей части PM, включая углеродистые PM, в сгоревших отработанных газах. Защитный слой может необязательно содержать материал для механического фильтрования и/или инертный наполнитель. Необязательно, перед сгоранием восстановленных отработанных газов (например, восстановленного топочного газа) дополнительно могут предусматриваться обычные средства для удаления PM (механическое фильтрование, электростатическое фильтрование, и тому подобное).
Некоторые преимущества систем и способов в соответствии с настоящим изобретением представляют собой: небольшую потребность в дополнительной воде или ее отсутствие; небольшое генерирование сточных вод или его отсутствие; потенциал извлечения энергии более высокий чем в некоторых других операциях скруббинга; и сохранение преимуществ модульной системы (например, реактора WSA и оборудования конденсора). Системы и способы, обсуждаемые в настоящем документе, могут устранить, по меньшей мере, часть препятствия капитальных и рабочих затрат, связанного с обычным способом WSA. Кроме того, системы и способы, обсуждаемые в настоящем документе, могут иметь возможности для встроенного извлечения энергии, например, посредством подключения бойлерного экономайзера для замены теплообменника для продукта реактора окисления, и/или встраивания горячего воздуха из конденсора для серной кислоты непосредственно в способ получения углеродной сажи.
Экономические преимущества системы, описанной в настоящем документе, могут определяться, до некоторой степени, размером и содержанием серы для обрабатываемого потока отработанных газов. Применение технологии может давать в результате преимущества в затратах на работу по сравнению с обычной системой скруббинга. При уменьшении капитальных затрат, предусмотренных здесь, капитальные затраты на эффективную систему уменьшения содержания SOx могут быть ниже чем для обычных систем скрубберов. Способы и системы, обсуждаемые в настоящем документе, могут быть экономически преимущественными по сравнению с другими технологиями скруббинга, используемыми в настоящее время в промышленности углеродной сажи.
Примеры, ниже, предназначаются для дополнительного иллюстрирования определенных аспектов систем и способов, описанных в настоящем документе, и не предназначаются для ограничения рамок формулы изобретения.
ПРИМЕРЫ
Следующие далее примеры приводятся ниже для иллюстрации способов и результатов в соответствии с описываемым предметом изобретения. Эти примеры не рассматриваются как включающие все аспекты предмета изобретения, описанного в настоящем документе, но скорее, как иллюстрация репрезентативных способов и результатов. Эти примеры, как предполагается, не исключают эквивалентов и вариантов настоящего изобретения, которые очевидны для специалистов в данной области.
Делаются попытки обеспечения точности относительно чисел (например, количеств, температуры, и тому подобное), но некоторые ошибки и отклонения должны учитываться. Если не указано иного, части представляют собой части массовые, температура приводится в °C или представляет собой температуру окружающей среды, и давление является атмосферным или близким к нему. Имеются многочисленные варианты и сочетания условий реакции, например, концентрации компонентов, температур, давлений и других диапазонов, и условий реакции, которые можно использовать для оптимизации чистоты и выхода, получаемых от описываемого способа.
Экспериментальная установка:
Катализаторы
Оценивают в целом четыре лепестковых катализатора от трех глобальных поставщиков. Подробности для каждого катализатора (средние значения) приводятся в таблице 1.
Таблица 1
| Катализатор I | Катализатор II | Катализатор III | Катализатор VI | ||
| Активный элемент | ванадий | ||||
| Промоторы | Na, K | Na, K, Cs | Na, K | Na, K | |
| Носитель | диатомовая земля | ||||
| Длина | мм | 14 | 10 | 22 | 14 |
| Диаметр | мм | 12 | 7 | 10 | 12,5 |
| Центральное отверстие | мм | 6 | 3 | 6 | 3,5 |
Установка с разделенным потоком
Все эксперименты осуществляют в установке с разделением потока, соединенной с выходом селективного (оксиды азота) каталитического восстановления S(N)CR промышленной установки для получения углеродной сажи с помощью центрированного сопла для отбора образцов. После S(N)CR газ сгорает в бойлере и после этого направляется в дымовую трубу. Типичная композиция потока сгоревших газов, направляемых в дымовую трубу, представляет собой 35-45% объем H2O, 0,5-3% объем O2, ≤100 м. д. объем NOx, 50-400 м. д. объем SO2, <15% объем CO2 и≤10 мг/м3(н. у.) PM.
Газовый поток, извлеченный из исследования с разделением потока, контролируется с помощью измерителя массового потока (20-60 м3(н. у.)/час, что дает в результате скорости газа 0,59-1,78 м/сек внутри защитного слоя и реактора) и вводится через электрическую нагревательную систему для регулировки температуры (350-600°C) независимо от S(N)CR. На следующей стадии, устанавливается возможность для импульсного введения PM и/или SO2 и/или воздуха (содержания O2). Метод добавок SO2 осуществляют с помощью 50% SO2 в бутыли с газом N2 и при фиксированной скорости потока, контролируемой с помощью измерителя массового потока. Следовательно, можно вводить фиксированное количество добавок SO2, и типичные флуктуации (50-400 м. д. объем) не компенсируются. Добавки PM, как правило, вводятся как атомизированная дисперсия при добавлении 500 мл/час и при атомизированном потоке воздуха 1 м3(н. у.)/час. Также, различные виды углеродной сажи (CB) добавляются как твердый продукт, с использованием полу-непрерывного дозирования приблизительно при 0,5 мг, добавляемых каждые 2-60 секунд и при контроле общего дозируемого количества. После прохождения нескольких метров трубопровода, чтобы убедиться, что газ хорошо перемешивается после введения добавок, газ вводится в нисходящий реактор с датчиком SO2 для концентрации на входе. Первый сегмент (di=109,1, h=300 мм) представляет собой защитный слой, за ним следует датчик образца для измерения SO2. Реактор имеет три сегмента (у каждого di =109,1, h=450 мм), что делает возможным точное определение профиля использованных катализаторов по длине. Третий датчик SO2 устанавливают на выходе реактора. Защитный слой и реактор электрически нагревают до температуры реакции, предотвращая потери на нагрев. Измеряют разность давлений в защитном слое и в каждом сегменте реактора, а также разность давлений на защитном слое и на реакторе, например, на секциях установки, заполненных катализатором. Газ вводится через конденсор, затем в боковую канальную воздуходувку и в дымовую трубу.
Кинетические исследования
Кинетические исследования осуществляют посредством смешивания воздуха с SO2 (их контролируют с помощью измерителей массовых потоков), введения смеси через газовый смеситель, предварительного нагрева в нагревательном рукаве и введения в металлический реактор, установленный в трубчатой печи с разделителем. SO2 измеряют на выходе реактора, а также на входе. При исследовании множества различных катализаторов, реактор заполняют консистентной массой катализатора и используют инертный песок для сведения к минимуму воздействий пристеночных потоков. Типичные рабочие условия представляют собой:
поток воздуха на входе 2,5 л (н. у.)/мин
поток на входе, 2% объем SO2 в N2 0,075 л (н. у.)/мин
температура нагревательного рукава 450°C
температура трубчатой печи с разделителем 500°C
масса катализатора 22,5 г
внутренний диаметр трубки реактора 20 мм
Показано, что исследование осуществляется без транспортных ограничений, и каналирование потока предотвращается с помощью инертного материала наполнителя. Все эксперименты осуществляются до достижения равновесия. В дополнение к этому, осуществляют регулярные эталонные измерения со свежим катализатором I, чтобы показать стабильность исследования.
Пример 1
Первый пример оценивает, имеется ли возрастание давления или отравление катализатора, когда его осуществляют при содержании PM во много раз выше чем <1 мг/м3(н. у.), как правило, достигаемое после удаления PM из сгоревших отработанных газов с использованием электростатической преципитации (ESP).
Первый опыт (1-A) осуществляют с катализатором IV и при скорости потока 60 м3(н. у.)/час, что приблизительно в три раза выше чем скорость газа в реакторе в коммерческих установках WSA, и, следовательно, намеренно усиливаются возможные отрицательные воздействия PM. Рабочие условия представляют собой:
SO2, 50-500 м. д. объем, при среднем значении 225 м. д. объем
H2O >30% объем
O2 обычно около 1,2% объем
PM <0,1 гPM/кгкатализатора ⋅ час
температура реактора (газовая фаза) 420°C
Обнаружено, что даже после 28 дней работы разность давлений не возрастает ни в защитном слое (4,5 мбар), ни на реакторе (12 мбар). Последующее кинетическое исследование нескольких образцов по длине защитного слоя и вдоль реактора не показывают значимых различий со свежим образцом. Этот пример показывает, что PM на основе CB окисляются с помощью катализатора в защитном слое, поскольку роста давления нет. Кроме того, этот пример показывает, что это горение не влияет термически на катализатор, и катализатор не отравляется тяжелыми металлами, поступающими из вводимого масла (как показано с помощью кинетического исследования). Неожиданно, катализатор в защитном слое не отравляется, чего нельзя было ожидать из-за тяжелых металлов во вводимых маслах.
Второй опыт (I-B) является повторением, но с использованием катализатора I, и он длится 42 дня. Параметры способа являются следующими:
SO2 50-500 м. д. объем, при среднем значении 215 м. д. объем
H2O >35% объем
O2 обычно около 2,5% объем
PM <0,1 гPM/кгкатализатора ⋅ час
температура реактора (газовая фаза) 395°C
Опять не наблюдают ни повышения разности давлений (защитный слой 2 мбар, реактор 12,5 мбар), ни потери активности в различных точках по длине защитного слоя и реактора.
Пример 2
Эти примеры показывают воздействие уровня SO2 на преобразование SO2.
Преобразование SO2 осуществляют при сравнимых условиях способа (поток 30 м3(н. у.)/час, H2O>>30% объем, O2>>1% объем, катализатор 10 л, Tреакции=395°C, нагрузка PM <0,15 гPM/кгкатализатора ⋅ час]), но уровни SO2 изменяются как в таблице 2.
Таблица 2
| Катализатор | SO2 на входе [м. д. объем] |
SO2 на выходе реактора [м. д. объем] | преобразование SO2 [отн.%] |
| I | 96 | 24 | 75 |
| I | 150 | 15 | 90 |
| I | 310 | 9 | 97 |
| I | 735 | 22 | 97 |
| I | 1950 | 58 | 97 |
| II | 160 | 7,3 | 95 |
| II | 1200 | 38 | 97 |
Эти измерения показывают, что обычный катализатор WSA также является активным при условиях способа типичных для установки получения CB. Исследований при более высоких нагрузках SO2 (диапазон процентов, выражаемых одной цифрой) не осуществляют, поскольку катализатор будет, по меньшей мере, таким же активным, как и при низких уровнях SO2, постольку, поскольку содержание кислорода является достаточно высоким и уровни SO2 не превышают уровней типичных для WSA.
Эксперименты также показывают, что при очень низких уровнях SO2 выбор катализатора может значительно влиять на преобразование.
Примеры 1 и 2 демонстрируют, что нет (значимого) различия в преобразовании при использовании защитного слоя по сравнению со способом WSA, использующим электростатический преципитатор.
Пример 3
Показывая, что защитный слой может защищать обычный способ WSA от отравления высокими уровнями PM, демонстрируется устойчивость способа. Самой большой угрозой для системы защитный слой/катализатор было бы повышение нагрузки PM, либо из-за работы бойлера, либо из-за пробоя фильтра. Для моделирования этих операций в режиме отказа дополнительные добавки CB вводят в систему, повышая содержание PM до 500 мг/м3(н. у.) в течение нескольких часов. При работе в режиме отказа, продолжающейся только в течение нескольких минут, это исследование намеренно сильно повышает нагрузку PM, имея целью демонстрацию стойкости системы.
Опыт 3-A осуществляется с катализатором I, с концентрацией SO2 на входе, изменяющейся в пределах между 700-1100 м. д. объем и при потоке газа, поддерживаемом постоянным при 30 м3(н. у.)/час. Каждую стадию применяют в течение, по меньшей мере, 3 часов, и в течение исследования добавляют ы целом 278 г CB (таблица 3).
Таблица 3
| Нагрузка PM [гPM/кгкатализатора⋅час] |
метод добавок PM [мг/м3(н. у.)] | dpзащиный слой+реактор [мбар] |
SO2 на выходе [м. д. объем] |
| <0,15 | 0 | 13,9 | 22 |
| 0,27 | 50 | 14,2 | 22 |
| 0,53 | 100 | 14,4 | 26 |
| 0,79 | 150 | 16,7 | 24 |
| 1,06 | 200 | 17,2 | 26 |
| 1,32 | 250 | 16,6 | 25 |
| 1,58 | 300 | 17,3 | 30 |
Хотя разность давлений слегка повышается при повышении уровней PM, при непрерывном дозировании устанавливается равновесие между добавлением нового PM и окислением осажденного PM. Данные показывают, что разность давлений немного повышается с каждым уровнем PM после нескольких минут дозирования, но остается на этом уровне в течение оставшегося времени введения добавок. Это показано посредством многократного добавления определенного уровня PM и прекращения дозирования. Показано, что разность давлений изменяется в пределах между начальным значением (без импульсного введения PM) и чуть более высоким значением во время введения добавок. Незначительное уменьшение преобразования при повышении нагрузки PM, вероятно, основано на том факте, что защитный слой является каталитически активным (это такой же материал катализатора как в реакторах) и что окисление PM конкурирует с окислением SO2. С другой стороны, уровень кислорода в экспериментах является скорее низким. В промышленном применении уровень кислорода контролировался бы после защитного слоя посредством добавления горячего воздуха, показывая, что преобразование в реакторе не ограничивается.
Эксперимент 3-B использует катализатор II, с SO2 на входе, изменяющимся около 1100 м. д. объем, при постоянном общем потоке газа 20 м3(н. у.)/час, O2≥1,5% объем, H2O≥40% объем, и каждая стадия дозирования продолжается в течение приблизительно 5 часов. Отметим, что, в целом, в реактор заполняется меньше катализатора, чтобы подчеркнуть потенциальные изменения преобразования. Добавленный CB в целом составляет 130 г (таблица 4).
Таблица 4
| Нагрузка PM [гPM/кгкатализатора ⋅час] |
Метод добавок PM [мг/м3(н. у.)] | dpзащитный слой+реактор [мбар] |
SO2 на выходе [м. д. объем] |
| <0,15 | 0 | 15,5±0,5 | 35 |
| 1,42 | 150 | 15,5±0,5 | 35 |
| 1,90 | 200 | 15,5±0,5 | 35 |
| 2,85 | 300 | 15,5±0,5 | 35 |
| 4,75 | 500 | 15,5±0,5 | 35 |
Выгода от катализатора II с высокой активностью (с Cs промотором) по сравнению с катализатором I является очевидной по отношению к эффективности окисления CB. Даже при нереально высоких нагрузках PM, защитный слой может окислять PM без значительного увеличения разности давлений.
Кинетическое исследование образцов катализатора и защитного слоя из опытов 3-A и 3-B не показывает значительных отличий от свежего эталонного катализатора такого же типа.
Пример 4
Способность различных защитных слоев понижать уровень PM исследуют для различных материалов. Механические металлические фильтры являются самыми слабыми с точки зрения эффективности. Кроме выбора материала, может осложняться выбор размеров просветов. Слишком большой фильтр неэффективен, слишком малый фильтр блокируется уже через несколько минут, даже при нормальной работе. Материал поглотителя представляет собой возможность, которая может работать в течение скорее долго времени без повышения разности давлений. Они очень мало пригодны при сценариях с неполадками, где вероятность блокирования является высокой. Каталитически активный монолитный фильтр на основе благородного металла не блокируется, даже если каналы монолита находятся в диапазоне мм. Углеродистый материал эффективно выжигается с помощью благородных металлов, чему способствует достаточно высокая температура газового потока (>400°C). Множество лепестковых катализаторов WSA сильно уменьшают нагрузку PM, при значительных различиях в эффективности. Измерения PM осуществляют согласно EN13284. Данные по эффективности приведены в таблице 5.
Таблица 5
| Материал защитного слоя | Эффективность удаления PM [отн.%] | PM после защитного слоя [мг/м3(н. у.)] |
| катализатор I | 61 | ≤25 |
| катализатор II | 98 | ≤1 |
| катализатор III | 84 | ≤10 |
| катализатор IV | 34 | ≤35 |
| материал поглотителя на основе оксида алюминия | 52 | ≤25 |
| каталитически активный монолитный фильтр на основе благородного металла | 81 | ≤10 |
Все исследования осуществляют при повышенных нагрузках PM (0,79 гPM/кгкатализатора ⋅час) и эффективность исследуют после 36-45 часов введения добавок PM. По этой причине, это исследование значительно недооценивает эффективность защитных слоев, намеренно их перегружая. Это обеспечивает то, что защитные слои работают также при нестандартных условиях. Снова демонстрируется превосходная эффективность окисления PM для катализатора II, как уже было видно в Примере 3-B.
Пример 5
Включение установки WSA в оборудование для получения углеродной сажи, как описано в настоящем документе, не только соответствует глобальному директивному ужесточению пределов выбросов, как демонстрируется в предыдущих примерах, но также обеспечивает значительную выгоду повышения общей эффективности оборудования (то есть, отношение МВт⋅час/тоннауглеродной сажи). Это улучшение эффективности иллюстрируется на Фигуре 4.
Оборудование для получения углеродной сажи без объединения нагрева и электроэнергии не достигает 50% от общей эффективности оборудования. Однако оборудование, использующее описанные способы и содержащее описанные системы, может достигать общей эффективности >85%. Все данные по эффективности установки в базовом случае основаны на Главе 4 документа EU BREF (European Commission, Integrated Pollution Prevention and Control, The BAT (наилучшие доступные технологии) Reference Document (BREF), озаглавленной Large Volume Inorganic Chemicals-Solids and Others (LVIC-S) industry, которая отражает обмен информацией, осуществляемый согласно Статье 16(2) Council Directive 96/61/EC (IPPC Directive), August 2007, которая включается в качестве ссылки в настоящий документ относительно ее концепций технологий способов, оборудования и устройств для получения углеродной сажи).
В дополнение к этому, при удалении NOx и SOx ожидается, что топочный газ будет содержать очень малые количества загрязнений, что должно дать дополнительную возможность простой и экономически эффективной конденсации топочного газа. Это будет приводить к дополнительному увеличению выгод, таких как дополнительное понижение выбросов PM и SOx. PM будет по существу удаляться из топочного газа, что может дать возможность использования исходных материалов с более высоким содержанием S и тем самым возможность для поддержания конкурентоспособности (исходные материалы с более низким содержанием S, как ожидается, очень сильно вырастут в цене в течение следующих лет). Дополнительная выгода может представлять собой уменьшение потребления воды. Потребление воды является другой давящей проблемой с точки зрения законодательных ограничений относительно окружающей среды, а также с точки зрения затрат. Возможность иметь установку конденсации топочного газа, дающую чистый конденсат, может позволить рециклирование воды для использования в качестве технологической воды. Кроме того, установка конденсации топочного газа может существенно повысить выход тепла для бытовых или коммерческих применений.
Другие преимущества, которые являются очевидными и которые присущи настоящему изобретению, будут понятны специалистам в данной области. Будет понятно, что определенные признаки и субкомбинации являются полезными и могут использоваться без ссылок на другие признаки и субкомбинации. Это предполагается формулой изобретения и находится в ее в рамках. Поскольку множество возможных вариантов осуществления настоящего изобретения могут осуществляться без отклонения от его рамок, необходимо понять, что весь материал в настоящем документе, приведенный в нем или показанный на прилагаемых чертежах, должен интерпретироваться как иллюстративный, а не в смысле ограничения.
Способы и системы прилагаемой формулы изобретения не ограничиваются рамками конкретных способов и систем, описанных в настоящем документе, которые рассматриваются как иллюстрации нескольких аспектов формулы изобретения, и любые способы и системы, которые являются функционально эквивалентными, как предполагается, попадают в рамки формулы изобретения. Различные модификации способов и систем, в дополнение к тем, которые показаны и описаны в настоящем документе, как предполагается, попадают в рамки прилагаемой формулы изобретения. Кроме того, хотя только определенные стадии репрезентативных способов/средства систем, описанные в настоящем документе, описаны конкретно, другие сочетания стадий способов/средств систем также, как предполагается, попадают в рамки прилагаемой формулы изобретения, даже если не они конкретно не упоминаются. Таким образом, сочетание стадий, элементов, компонентов или составляющих может рассматриваться в настоящем документе в явном виде, однако, включаются и другие сочетания стадий, элементов, компонентов и составляющих, даже если они и не упоминаются в явном виде.
Claims (36)
1. Способ уменьшения содержания материала частиц в отработанных газах из способа получения углеродной сажи, включающий:
сжигание отработанных газов с получением тем самым сгоревших отработанных газов, содержащих материал частиц;
каталитическое окисление по меньшей мере части материала частиц с удалением тем самым по меньшей мере части материала частиц из сгоревших отработанных газов с использованием защитного слоя, содержащего катализатор окисления.
2. Способ по п. 1, в котором сгоревшие отработанные газы не проходят через электростатический преципитатор.
3. Способ по любому из пп. 1 и 2, в котором перед сжиганием отработанные газы фильтруются для удаления по меньшей мере части материала частиц.
4. Способ по любому из пп. 1-3, в котором отработанные газы получают от термического разложения углеводорода или неполного сгорания углеводорода.
5. Способ по п. 4, в котором углеводород включает тяжелое дистиллятное масло, тяжелое остаточные масло, вакуумное дистиллятное масло, тяжелое вакуумное масло, дистиллятное масло от каталитического крекинга в псевдоожиженном слое, остаточное масло от каталитического крекинга в псевдоожиженном слое; дистиллятное масло от газификации угля, остаточное масло от газификации угля, дегтярное масло от газификации угля, дистиллятное масло от разгонки угля, остаточное масло от разгонки угля, дегтярное масло от разгонки угля, дистиллятное масло от процессов парового крекинга, остаточное масло от процессов парового крекинга, дегтярное масло от процессов парового крекинга, дистиллятное масло от процессов реакционной разгонки полимеров, остаточное масло от процессов реакционной разгонки полимеров, дегтярное масло от процессов реакционной разгонки полимеров, дистиллятное масло из биологического источника, топливное масло из биологического источника, остаточное масло из биологического источника, дистиллятное масло из возобновляемого источника, топливное масло из возобновляемого источника, остаточное масло из возобновляемого источника или их сочетания.
6. Способ по любому из пп. 1-5, дополнительно включающий сбор углеродной сажи.
7. Способ по п.6, в котором сбор углеродной сажи включает фильтрование для отделения углеродной сажи от отработанных газов.
8. Способ по любому из пп. 1-7, в котором отработанные газы содержат от 1 до 5000 мг/м3(н. у.) материала частиц.
9. Способ по любому из пп. 1-8, в котором отработанные газы содержат 30 мг/м3(н. у.) или меньше материала частиц.
10. Способ по любому из пп. 1-9, в котором сгоревшие отработанные газы содержат от 1 до 5000 мг/м3(н. у.) материала частиц.
11. Способ по любому из пп. 1-10, в котором по меньшей мере часть материала частиц окисляется с помощью катализатора окисления.
12. Способ по п. 11, в котором катализатор окисления представляет собой катализатор WSA.
13. Способ по любому из пп. 1-12, в котором по меньшей мере часть материала частиц окисляется при прохождении материала частиц через защитный слой.
14. Способ по п.13, в котором защитный слой содержит катализатор окисления.
15. Способ по любому из пп. 11-14, в котором катализатор окисления содержит ванадий, кобальт, молибден, марганец, натрий, калий, цезий, платину, палладий, железо или их сочетания.
16. Способ по любому из пп. 11-15, в котором катализатор окисления наносится на термически стабильный носитель.
17. Способ по п. 16, в котором термически стабильный носитель содержит оксид алюминия, оксид кремния, оксид хрома, диоксид циркония, вольфрам, диатомовую землю, кордиерит или их сочетания.
18. Способ по любому из пп. 13 или 14, в котором защитный слой окисляет 90% масс. или больше материала частиц по отношению к общей массе материала частиц, присутствующего в сгоревших отработанных газах до прохождения через защитный слой.
19. Способ по любому из пп. 1-18, в котором после удаления по меньшей мере части материала частиц из сгоревших отработанных газов они содержат 30 мг/м3(н. у.) или меньше материала частиц.
20. Способ по любому из пп. 1-19, в котором сгоревшие отработанные газы содержат от 50 до 6000 м. д. объемных диоксида серы.
21. Способ по любому из пп. 1-20, дополнительно включающий удаление оксидов серы в способе мокрого синтеза серной кислоты без нагрева сгоревших газов.
22. Способ по любому из пп. 1-21, в котором оксиды серы удаляются из сгоревших отработанных газов с повышенной термической эффективностью по сравнению со способом, в котором по существу эквивалентное уменьшение содержания материала частиц достигается с использованием электростатического преципитатора.
23. Способ по любому из пп. 1-22, в котором сгоревшие отработанные газы содержат от 10 до 50% масс. воды, меньше 10 мг/м3(н. у.) материала частиц и от 50 м. д. объемных до 10% масс. диоксида серы.
24. Система для уменьшения содержания материала частиц в восстановленных отработанных газах из модуля способа получения углеродной сажи, содержащая:
устройство сгорания, конфигурируемое для приема восстановленных отработанных газов и сгорания восстановленных отработанных газов с получением сгоревших отработанных газов, содержащих материал частиц; и
устройство для удаления материала частиц, конфигурируемое для приема сгоревших отработанных газов и каталитического окисления по меньшей мере части материала частиц из сгоревших отработанных газов.
25. Система по п. 24, где система не содержит электростатического преципитатора.
26. Система по п. 24 или 25, где устройство для удаления материала частиц содержит защитный слой.
27. Система по п. 26, где защитный слой содержит катализатор окисления.
28. Система по п. 27, где катализатор окисления представляет собой катализатор WSA.
29. Система по п. 27 или 28, где катализатор окисления содержит ванадий, кобальт, молибден, марганец, натрий, калий, цезий, платину, палладий, железо или их сочетания.
30. Система по любому из пп. 27-29, где катализатор окисления наносится на термически стабильный носитель.
31. Система по п. 30, где термически стабильный носитель содержит оксид алюминия, оксид кремния, оксид хрома, диоксид циркония, вольфрам, диатомовую землю, кордиерит или их сочетания.
32. Система по любому из пп. 26-31, где защитный слой удаляет 90% масс. или больше материала частиц, по отношению к общей массе материала частиц, присутствующей в сгоревших отработанных газах до прохождения через защитный слой.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US201562205146P | 2015-08-14 | 2015-08-14 | |
| US62/205,146 | 2015-08-14 | ||
| PCT/EP2016/069057 WO2017029169A1 (en) | 2015-08-14 | 2016-08-10 | Methods and systems for particulate matter removal from a process exhaust gas stream |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2678278C1 true RU2678278C1 (ru) | 2019-01-24 |
Family
ID=56842786
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018108812A RU2678278C1 (ru) | 2015-08-14 | 2016-08-10 | Способы и системы для удаления материала частиц из потока технологических отработанных газов |
Country Status (16)
| Country | Link |
|---|---|
| US (3) | US10870762B2 (ru) |
| EP (1) | EP3334787B1 (ru) |
| JP (1) | JP6419388B2 (ru) |
| KR (1) | KR101899763B1 (ru) |
| CN (2) | CN112057995A (ru) |
| AR (1) | AR105693A1 (ru) |
| BR (1) | BR112018002339B1 (ru) |
| CA (1) | CA2992172C (ru) |
| ES (1) | ES2904509T3 (ru) |
| MX (1) | MX365444B (ru) |
| PL (1) | PL3334787T3 (ru) |
| RU (1) | RU2678278C1 (ru) |
| TW (1) | TWI679057B (ru) |
| UA (1) | UA118163C2 (ru) |
| WO (1) | WO2017029169A1 (ru) |
| ZA (1) | ZA201800654B (ru) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ES2891751T3 (es) | 2015-04-21 | 2022-01-31 | Haldor Topsoe As | Un proceso para la eliminación de hollín de una corriente de gas sulfuroso |
| MX365444B (es) | 2015-08-14 | 2019-06-03 | Orion Eng Carbons Gmbh | Métodos y sistemas para remoción de materia particulada de una corriente de gas de escape de proceso. |
| AR112622A1 (es) * | 2017-08-08 | 2019-11-20 | Haldor Topsoe As | Un proceso para la remoción de gotitas de aerosol y una planta de proceso para la producción de ácido sulfúrico |
| CN109340789B (zh) * | 2018-11-26 | 2024-06-14 | 江苏中圣园科技股份有限公司 | 炭黑尾气低氮稳燃工艺及炭黑尾气低氮稳燃系统 |
| CA3168609A1 (en) * | 2020-02-14 | 2021-08-19 | Topsoe A/S | Process for the removal of particulate matter from an aqueous stream |
| WO2021250161A1 (en) | 2020-06-11 | 2021-12-16 | Haldor Topsøe A/S | Catalytic oxidation of carbon black exhaust gas |
| CN112679996A (zh) * | 2021-01-15 | 2021-04-20 | 无锡东恒新能源科技有限公司 | 一种资源重复利用的炭黑生产方法 |
| CN113694827A (zh) * | 2021-08-27 | 2021-11-26 | 新希望六和股份有限公司 | 一种饲料生产用离心颗粒成型机的颗粒等距截断方法 |
| CN118454692A (zh) * | 2024-07-10 | 2024-08-09 | 合肥河晨科技有限公司 | 一种过渡金属掺杂的铂基催化剂的制备方法及其应用 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1530083A3 (ru) * | 1982-09-03 | 1989-12-15 | Дегусса Аг (Фирма) | Способ удалени сажи из выхлопных газов дизельных двигателей |
| RU93019279A (ru) * | 1993-04-13 | 1996-01-20 | Л.С. Скворцов | Способ очистки отработавших газов |
| RU2210030C2 (ru) * | 2001-07-18 | 2003-08-10 | Конструкторско-технологический институт технического углерода СО РАН | Способ и реактор для термического обезвреживания отходящих газов производства технического углерода |
| EP2404656A2 (en) * | 2010-07-08 | 2012-01-11 | Air Products And Chemicals, Inc. | Treatment of flue gas from an oxyfuel combustion process |
| WO2012149170A1 (en) * | 2011-04-26 | 2012-11-01 | Atlantic Hydrogen Inc. | Method for producing carbon black and generating energy |
Family Cites Families (46)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US411655A (en) * | 1889-09-24 | Heel trimming machine | ||
| GB411655A (en) * | 1933-03-28 | 1934-06-14 | Richard Blum | Improvements in and relating to methods of and apparatus for purifying the exhaust gases of internal combustion engines |
| JPS515633B1 (ru) * | 1970-02-20 | 1976-02-21 | ||
| US3861885A (en) * | 1971-09-22 | 1975-01-21 | Inst Gas Technology | Carbon black fuel production |
| JPS549190A (en) | 1977-06-23 | 1979-01-23 | Nittetsu Kagaku Kogyo Kk | Production plant for carbon black equipped with denitrizing and desulfurizing apparatus for exhausted gas |
| JPS5637027A (en) | 1979-09-03 | 1981-04-10 | Tokai Carbon Co Ltd | Method for removal of hydrogen sulfide in formation gas of carbon black |
| DE3041188A1 (de) * | 1980-11-03 | 1982-06-03 | Degussa Ag, 6000 Frankfurt | Vorrichtung zur oxidativen nachbehandlung von russ |
| US4536281A (en) * | 1981-05-05 | 1985-08-20 | Ashland Oil, Inc. | Large pore catalysts for heavy hydrocarbon conversion |
| DE3322940A1 (de) | 1983-06-25 | 1985-01-03 | Basf Ag, 6700 Ludwigshafen | Verfahren zur herstellung eines katalysators fuer die oxidation von schwefeldioxid zu schwefeltrioxid |
| US4946487A (en) | 1988-11-14 | 1990-08-07 | Norton Company | High temperature filter |
| US5853684A (en) | 1995-11-14 | 1998-12-29 | The Hong Kong University Of Science & Technology | Catalytic removal of sulfur dioxide from flue gas |
| RU2108140C1 (ru) * | 1996-06-24 | 1998-04-10 | Александр Юрьевич Логинов | Способ очистки отработавших газов |
| WO2000015323A1 (en) * | 1998-09-11 | 2000-03-23 | David Sterling | Process for the removal of pollutants from flue gases |
| DE60024866T2 (de) * | 1999-10-22 | 2006-08-17 | Mecs, Inc. | Verfahren zur gewinung von schwefel |
| DE10023439A1 (de) | 2000-05-12 | 2001-11-22 | Dmc2 Degussa Metals Catalysts | Verfahren zur Entfernung von Stickoxiden und Rußpartikeln aus dem mageren Abgas eines Verbrennungsmotors und Abgasreinigungssystem hierfür |
| US20040074809A1 (en) * | 2002-10-21 | 2004-04-22 | George Yaluris | Reduction of gas phase reduced nitrogen species in partial burn FCC processes |
| KR100599882B1 (ko) * | 2004-06-08 | 2006-07-13 | 한국과학기술연구원 | 황화수소와 이산화황의 동시 처리를 위한 탈황 방법 |
| WO2006018059A2 (en) | 2004-08-19 | 2006-02-23 | Haldor Topsøe A/S | Process and catalyst for the oxidation of so2 to so3 |
| MY142221A (en) * | 2005-04-06 | 2010-11-15 | Cabot Corp | Method to produce hydrogen or synthesis gas |
| RU2422357C2 (ru) | 2005-09-23 | 2011-06-27 | Мекс, Инк. | Катализаторы на основе оксида рутения для конверсии диоксида серы в триоксид серы |
| FR2895413B1 (fr) * | 2005-12-27 | 2011-07-29 | Alstom Technology Ltd | Installation de conversion d'hydrocarbures petroliers a installation de combustion integree comprenant une capture du dioxyde de carbone |
| JP4904458B2 (ja) * | 2006-02-07 | 2012-03-28 | Ｄｏｗａエレクトロニクス株式会社 | Ｐｍ燃焼触媒用複合酸化物およびフィルター |
| GB0607851D0 (en) * | 2006-04-24 | 2006-05-31 | Johnson Matthey Plc | Particulate matter generator |
| JP4516091B2 (ja) * | 2007-04-23 | 2010-08-04 | 株式会社東芝 | ナノカーボン生成装置 |
| FR2916366B1 (fr) | 2007-05-23 | 2009-11-27 | Saint Gobain Ct Recherches | Filtre a particules texture pour applications catalytiques |
| US7655213B2 (en) * | 2008-05-13 | 2010-02-02 | General Electric Company | Direct oxidation of sulfur with carbon dioxide recycle |
| JP2010051867A (ja) * | 2008-08-27 | 2010-03-11 | Panasonic Corp | 排ガス浄化フィルタ |
| US20100143222A1 (en) * | 2008-11-10 | 2010-06-10 | Phil Chandler | Exhaust condensate removal apparatus for abatement system |
| EP2335808B1 (de) * | 2009-12-21 | 2015-06-03 | Bernhard Kahlert | NO2 Sperrkatalysator |
| WO2011128830A1 (de) | 2010-04-12 | 2011-10-20 | Basf Se | Katalysator zur oxidation von so2 zu so3 |
| CN102441326B (zh) * | 2010-10-12 | 2014-08-20 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种含烃含硫废气的处理方法 |
| BR112013011849B1 (pt) | 2010-11-12 | 2020-10-20 | Cabot Corporation | método e aparelho para reduzir as emissões de nox na incineração de gás residual |
| CN102240599A (zh) | 2010-12-07 | 2011-11-16 | 河南绿源新星环保设备有限公司 | 一种裂化气电滤器 |
| DE102012218475A1 (de) * | 2011-10-10 | 2013-04-18 | Heesung Catalysts Corp. | Katalysator ohne PGM zum Verbrennen von Kohlenstoffruß sowie Filtrationsfilter und Vorrichtung zur Nachbearbeitung von Abgasen, welche diesen verwendet |
| CN103917589B (zh) | 2011-11-24 | 2016-04-20 | 住友橡胶工业株式会社 | 橡胶组合物以及充气轮胎 |
| KR20130083347A (ko) * | 2012-01-12 | 2013-07-22 | 서희동 | 배기가스에 함유된 이산화탄소를 회수하는 방법 |
| MX348403B (es) | 2012-06-06 | 2017-06-09 | Haldor Topsoe As | Proceso para la oxidación de so2 a so3. |
| JP5990095B2 (ja) | 2012-12-18 | 2016-09-07 | 日本碍子株式会社 | 微粒子捕集フィルタ |
| CN104249994B (zh) * | 2013-06-25 | 2016-04-13 | 中国石油化工股份有限公司 | 硫磺回收工艺中液硫脱气的处理方法 |
| EP2826971A1 (de) * | 2013-07-17 | 2015-01-21 | DEUTZ Aktiengesellschaft | Verfahren zur Verminderung von Stickoxiden in dieselmotorischen Abgasen und Abgasnachbehandlungssystem zur Durchführung des Verfahrens |
| CN103497801B (zh) * | 2013-10-16 | 2015-12-02 | 西南化工研究设计院有限公司 | 一种利用炭黑尾气制备合成天然气的工艺 |
| CN106605045A (zh) | 2014-08-25 | 2017-04-26 | 托普索公司 | 用于从发动机废气中去除颗粒物质和重金属的方法和系统 |
| DE102014112862A1 (de) | 2014-09-08 | 2016-03-10 | Continental Automotive Gmbh | Partikelfilter und Verfahren zur Herstellung eines Partikelfilters |
| CN104513501B (zh) * | 2014-12-23 | 2016-08-17 | 中橡集团炭黑工业研究设计院 | 一种炭黑尾气的处理方法及炭黑生产系统 |
| ES2891751T3 (es) | 2015-04-21 | 2022-01-31 | Haldor Topsoe As | Un proceso para la eliminación de hollín de una corriente de gas sulfuroso |
| MX365444B (es) | 2015-08-14 | 2019-06-03 | Orion Eng Carbons Gmbh | Métodos y sistemas para remoción de materia particulada de una corriente de gas de escape de proceso. |
-
2016
- 2016-08-10 MX MX2018001019A patent/MX365444B/es active IP Right Grant
- 2016-08-10 WO PCT/EP2016/069057 patent/WO2017029169A1/en active Application Filing
- 2016-08-10 PL PL16757834T patent/PL3334787T3/pl unknown
- 2016-08-10 US US15/752,331 patent/US10870762B2/en active Active
- 2016-08-10 ES ES16757834T patent/ES2904509T3/es active Active
- 2016-08-10 CN CN202010931476.2A patent/CN112057995A/zh active Pending
- 2016-08-10 RU RU2018108812A patent/RU2678278C1/ru active
- 2016-08-10 CA CA2992172A patent/CA2992172C/en active Active
- 2016-08-10 BR BR112018002339-6A patent/BR112018002339B1/pt active IP Right Grant
- 2016-08-10 CN CN201680047893.2A patent/CN108137943B/zh active Active
- 2016-08-10 KR KR1020187004602A patent/KR101899763B1/ko active IP Right Grant
- 2016-08-10 UA UAA201802525A patent/UA118163C2/uk unknown
- 2016-08-10 EP EP16757834.3A patent/EP3334787B1/en active Active
- 2016-08-10 JP JP2018507499A patent/JP6419388B2/ja active Active
- 2016-08-11 TW TW105125632A patent/TWI679057B/zh active
- 2016-08-12 AR ARP160102484A patent/AR105693A1/es active IP Right Grant
-
2018
- 2018-01-31 ZA ZA2018/00654A patent/ZA201800654B/en unknown
-
2020
- 2020-05-18 US US16/876,917 patent/US11667794B2/en active Active
- 2020-06-29 US US16/915,668 patent/US20200325345A1/en not_active Abandoned
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1530083A3 (ru) * | 1982-09-03 | 1989-12-15 | Дегусса Аг (Фирма) | Способ удалени сажи из выхлопных газов дизельных двигателей |
| RU93019279A (ru) * | 1993-04-13 | 1996-01-20 | Л.С. Скворцов | Способ очистки отработавших газов |
| RU2210030C2 (ru) * | 2001-07-18 | 2003-08-10 | Конструкторско-технологический институт технического углерода СО РАН | Способ и реактор для термического обезвреживания отходящих газов производства технического углерода |
| EP2404656A2 (en) * | 2010-07-08 | 2012-01-11 | Air Products And Chemicals, Inc. | Treatment of flue gas from an oxyfuel combustion process |
| WO2012149170A1 (en) * | 2011-04-26 | 2012-11-01 | Atlantic Hydrogen Inc. | Method for producing carbon black and generating energy |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN112057995A (zh) | 2020-12-11 |
| WO2017029169A1 (en) | 2017-02-23 |
| US20200325345A1 (en) | 2020-10-15 |
| US11667794B2 (en) | 2023-06-06 |
| EP3334787B1 (en) | 2022-01-05 |
| KR101899763B1 (ko) | 2018-09-17 |
| ES2904509T3 (es) | 2022-04-05 |
| JP6419388B2 (ja) | 2018-11-07 |
| TWI679057B (zh) | 2019-12-11 |
| CA2992172A1 (en) | 2017-02-23 |
| EP3334787A1 (en) | 2018-06-20 |
| CA2992172C (en) | 2018-08-28 |
| BR112018002339B1 (pt) | 2022-10-25 |
| AR105693A1 (es) | 2017-11-01 |
| BR112018002339A2 (ru) | 2018-10-02 |
| CN108137943A (zh) | 2018-06-08 |
| KR20180030661A (ko) | 2018-03-23 |
| JP2018532570A (ja) | 2018-11-08 |
| CN108137943B (zh) | 2020-09-15 |
| US20190085168A1 (en) | 2019-03-21 |
| MX365444B (es) | 2019-06-03 |
| US20200277501A1 (en) | 2020-09-03 |
| MX2018001019A (es) | 2018-05-23 |
| US10870762B2 (en) | 2020-12-22 |
| PL3334787T3 (pl) | 2022-05-23 |
| TW201726230A (zh) | 2017-08-01 |
| UA118163C2 (uk) | 2018-11-26 |
| ZA201800654B (en) | 2018-12-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2678278C1 (ru) | Способы и системы для удаления материала частиц из потока технологических отработанных газов | |
| US8883106B2 (en) | Method and a device for removing nitrogen oxides and sulphur trioxide from a process gas | |
| WO2016116007A1 (zh) | 一种废气除尘方法和除尘剂 | |
| EP1308198B1 (en) | Mercury removal method and system | |
| US6018090A (en) | Process and plant for the thermal treatment of waste material | |
| JP4594239B2 (ja) | ガス精製システムおよびガス精製方法 | |
| JP4723922B2 (ja) | 炭素質吸着材の製造方法、それを用いた環境汚染物質の除去方法及び除去装置 | |
| JP5161906B2 (ja) | ガス化設備におけるガス処理方法及びガス化設備 | |
| EP3285913B1 (en) | METHOD FOR THE REMOVAL OF SOOT FROM A SULPHURED GAS FLOW | |
| CN102895856B (zh) | 一种垃圾焚烧烟气净化的设备及其净化工艺 | |
| EP2628533A1 (en) | Method and installation for the regeneration of spent carbonaceous adsorbent | |
| US7052661B1 (en) | Method for abatement of mercury emissions from combustion gases | |
| US6042795A (en) | Methods and apparatus for treating waste gas streams from wood burning processes | |
| JP4508307B2 (ja) | ガス化設備におけるガス処理方法及びガス化設備 | |
| CN107890755A (zh) | 运用制硫酸系统处理活性焦法焦炉烟气脱硫脱硝酸汽的生产工艺及处理系统 | |
| Tan et al. | Post-combustion air emission control | |
| BE1020400A5 (nl) | Nieuwe werkwijze en inrichting voor het regenereren van afgewerkt, koolstofhoudend adsorbeermiddel. | |
| JPH1157402A (ja) | ガス精製方法及びガス精製設備 | |
| WO2011140294A1 (en) | Method and apparatus for eliminating pollutants from a gas stream | |
| SE469547B (sv) | Saett att rena roekgaser |