RU2792608C1 - Device for neutralization of toxic components of flue gases without introduction of external reagent - Google Patents

Device for neutralization of toxic components of flue gases without introduction of external reagent Download PDF

Info

Publication number
RU2792608C1
RU2792608C1 RU2022120660A RU2022120660A RU2792608C1 RU 2792608 C1 RU2792608 C1 RU 2792608C1 RU 2022120660 A RU2022120660 A RU 2022120660A RU 2022120660 A RU2022120660 A RU 2022120660A RU 2792608 C1 RU2792608 C1 RU 2792608C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
flue gas
catalytic
neutralization
flue
boiler
Prior art date
Application number
RU2022120660A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Ольга Александровна Баландина
Светлана Михайловна Пуринг
Денис Николаевич Ватузов
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный технический университет"
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный технический университет" filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный технический университет"
Application granted granted Critical
Publication of RU2792608C1 publication Critical patent/RU2792608C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: energy engineering.
SUBSTANCE: invention relates to a device for processing gaseous combustion products and can be used to remove toxic components of CO and NOx emissions in the heat and power industry. The invention is intended for neutralization of toxic NOx and CO components in flue gases without introducing an external reagent and can be applied in the heat and power industry. In the device for neutralization of toxic components of flue gases NOx and CO from boiler plants without the introduction of an external reagent, neutralization reactions take place in a catalytic module of a honeycomb design with square channels, which has optimal overall dimensions to reduce the hydraulic resistance of the catalytic layer. It also includes the determination of a reasonable location for the reactor module in the gas path of the boiler plant, which maintains high thermal and environmental efficiency of the boiler.
EFFECT: reducing energy consumption during flue gas cleaning.
4 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к устройству обработки газообразных продуктов сгорания и может быть использовано для очистки от токсичных компонентов выбросов CO и NOx в теплоэнергетической отрасли.The invention relates to a device for processing gaseous combustion products and can be used to remove toxic components of CO and NO x emissions in the heat and power industry.

В настоящее время в процессе очистки выбросов энергетического оборудования применяют гранулированные катализаторы /см. Пат. RU 83945 U1. МПК (2006) B01J21/00. B01J23/10/, которые имеют значительное гидравлическое сопротивление и не могут обеспечить эффективную очистку при повышенной скорости выбросов. Решение данной задачи заключается в замене гранулированных катализаторов на катализаторы блочной сотовой структуры с многочисленными каналами, расположенными по направлению течения газового потока. Currently, in the process of cleaning emissions from power equipment, granular catalysts are used / see. Pat. EN 83945 U1. IPC (2006) B01J21/00. B01J23/10/, which have significant hydraulic resistance and cannot provide effective cleaning at high emission rates. The solution to this problem is to replace granular catalysts with catalysts of a block honeycomb structure with numerous channels located in the direction of the gas flow.

Известен катализаторный блок для очистки уходящих газов от оксидов азота /см. Пат. UA 90106 U. МПК (2014.01) B01J35/00, B01J37/00/, включающий формирование блока из предварительно гофрированных титановых пластин, прислоненных в виде каналов квадратного сечения, покрытых пористым слоем оксида, на который нанесено каталитически активное вещество.Known catalyst block for purification of exhaust gases from nitrogen oxides /see. Pat. UA 90106 U. IPC (2014.01) B01J35 / 00, B01J37 / 00 /, including the formation of a block of pre-corrugated titanium plates leaning in the form of square channels, covered with a porous oxide layer, on which a catalytically active substance is applied.

Существенным недостатком этого устройства является большой расход дорогостоящих металлов из-за применения титановых листов и увеличение времени окислительных реакций из-за недостаточно быстрого прогрева носителя, что снижает эффективность очистки, а также достаточно высокое гидравлическое сопротивление из-за маленьких размеров ячейки.A significant disadvantage of this device is the high consumption of expensive metals due to the use of titanium sheets and the increase in the time of oxidative reactions due to insufficiently fast heating of the carrier, which reduces the cleaning efficiency, as well as a rather high hydraulic resistance due to the small cell size.

Наиболее близким, по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому устройству, является устройство управления выделениями из котлов, которое состоит из котла, содержащего печь, средств для введения топлива, первичного и вторичного воздуха, перегревателя, экономайзера, дымового канала с секцией катализатора, подогревателя для нагрева воздуха, пылесборника и дымовой трубы /см. Пат. RU 2299758 С2.МПК (2006.01) B01D 53/86, F23J 15/02, F23C 7/00, F23N 3/00/. Принят за прототип.The closest, in terms of technical essence and the achieved result to the proposed device, is a device for controlling emissions from boilers, which consists of a boiler containing a furnace, means for introducing fuel, primary and secondary air, a superheater, an economizer, a smoke channel with a catalyst section, a heater for air heating, dust collector and chimney / see Pat. RU 2299758 C2.MPK (2006.01) B01D 53/86, F23J 15/02, F23C 7/00, F23N 3/00/. Taken as a prototype.

Недостатками этого устройства является регулирование общего количества воздуха, поступающего в зону горения, путем управления соотношением СО/NOx, включая управление общими и локальными температурами внутри камеры сгорания, а также модификацию конструкции зоны первичного зажигания или конструкции горелок, что ведёт к дополнительным капитальным затратам. Кроме того, предложенное устройство рассматривает применение широкого спектра конфигураций катализаторов, включая различные материалы подложки и катализационного слоя, без учета гидравлического сопротивления носителей, что может привести к увеличению потерь давления в газоходе котла, а также повлиять на эффективность очистки.The disadvantages of this device are the regulation of the total amount of air entering the combustion zone by controlling the CO / NO x ratio, including the control of general and local temperatures inside the combustion chamber, as well as modifying the design of the primary ignition zone or the design of the burners, which leads to additional capital costs. In addition, the proposed device considers the use of a wide range of catalyst configurations, including various substrate and catalytic layer materials, without taking into account the hydraulic resistance of carriers, which can lead to an increase in pressure losses in the boiler flue, as well as affect the purification efficiency.

Также в описании данного устройства отсутствуют показатели эффективности очистки в катализационном модуле, которые зависят от вида сжигаемого топлива (твердого, жидкого или газообразного) и режима работы устройства.Also, in the description of this device, there are no indicators of cleaning efficiency in the catalytic module, which depend on the type of fuel burned (solid, liquid or gaseous) and the mode of operation of the device.

Техническим результатом изобретения является повышение уровня очистки дымовых газов от токсичных выбросов оксидов азота и оксида углерода, снижение гидравлического сопротивления каталитического реактора без снижения эффективности очистки дымовых газов, повышение эффективности работы и упрощение устройства для нейтрализации токсичных компонентов дымовых газов.The technical result of the invention is to increase the level of flue gas cleaning from toxic emissions of nitrogen oxides and carbon monoxide, reduce the hydraulic resistance of the catalytic reactor without reducing the efficiency of flue gas cleaning, increase the efficiency and simplify the device for neutralizing toxic components of flue gases.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном устройстве для нейтрализации токсичных компонентов дымовых газов NOx и СО без введения внешнего реагента, содержащем канал дымового газа для направления дымового газа в атмосферу, размещённую в канале дымового газа секцию катализатора, включающую катализатор, активные вещества которого выбранные из группы, состоящей из платины, палладия вместе с родием, оксидов основных переходных металлов, и их смесей и нанесены на керамическую сотовую подложку, подогреватель воздуха, расположенный ниже по потоку газа, чем секция катализатора, а также дымовую трубу, особенность заключается в том, что секция катализатора представляет из себя сборный катализационный модуль с габаритными размерами L⁄D экв в диапазоне 0,6÷1,4, сформированный из монолитных блоков сотовой ячеистой структуры квадратного сечения с размерами элементарной ячейки 8 × 8 мм с нанесенным слоем каталитически активного вещества. Блоки катализационного модуля имеют параллельные каналы, выровненные в направлении потока дымовых газов. Активные вещества в каналах катализационного модуля нанесены с периферийным расположением. Катализационный модуль расположен в зоне газохода котельного агрегата с температурой дымовых газов в диапазоне 250÷350°C.This technical result is achieved by the fact that in a known device for neutralizing toxic components of flue gases NO x and CO without introducing an external reagent, containing a flue gas channel for directing flue gas into the atmosphere, a catalyst section located in the flue gas channel, including a catalyst, the active substances of which selected from the group consisting of platinum, palladium together with rhodium, basic transition metal oxides, and mixtures thereof and deposited on a ceramic honeycomb substrate, an air preheater located downstream of the catalyst section, and a smokestack, the feature is that that the catalyst section is a prefabricated catalytic module with overall dimensions L⁄D equiv in the range of 0.6÷1.4, formed from monolithic blocks of a square-section honeycomb cellular structure with unit cell dimensions of 8 × 8 mm with a deposited layer of a catalytically active substance . The catalytic module blocks have parallel channels aligned in the direction of the flue gas flow. The active substances in the channels of the catalytic module are applied with a peripheral arrangement. The catalytic module is located in the flue zone of the boiler unit with flue gas temperature in the range of 250÷350°C.

Нейтрализация токсичных компонентов дымовых газов NOx и СО без введения внешнего реагента осуществляется в устройстве, содержащем канал дымового газа для направления дымового газа в атмосферу, размещённую в канале дымового газа секцию катализатора, включающую катализатор, активные вещества которого выбранные из группы, состоящей из платины, палладия вместе с родием, оксидов основных переходных металлов, и их смесей и нанесены на керамическую сотовую подложку, подогреватель воздуха, расположенный ниже по потоку газа, чем секция катализатора, а также дымовую трубу. При этом секция катализатора представляет из себя сборный катализационный модуль с габаритными размерами L⁄D экв в диапазоне 0,6÷1,4, сформированный из монолитных блоков сотовой ячеистой структуры квадратного сечения с размерами элементарной ячейки 8 × 8 мм с нанесенным слоем каталитически активного вещества. Блоки катализационного модуля имеют параллельные каналы, выровненные в направлении потока дымовых газов. Активные вещества в каналах катализационного модуля нанесены с периферийным расположением.Neutralization of toxic components of flue gases NOx and CO without the introduction of an external reagent is carried out in a device containing a flue gas channel for directing flue gas into the atmosphere, a catalyst section located in the flue gas channel, including a catalyst whose active substances are selected from the group consisting of platinum, palladium along with rhodium, basic transition metal oxides, and mixtures thereof, and deposited on a ceramic honeycomb substrate, an air preheater located downstream of the catalyst section, and a chimney. In this case, the catalyst section is a prefabricated catalytic module with overall dimensions L⁄D equiv in the range of 0.6÷1.4, formed from monolithic blocks of a square-section honeycomb cellular structure with unit cell dimensions of 8 × 8 mm with a deposited layer of a catalytically active substance . The catalytic module blocks have parallel channels aligned in the direction of the flue gas flow. The active substances in the channels of the catalytic module are applied with a peripheral arrangement.

Нейтрализация токсичных компонентов дымовых газов, в заявленном устройстве, осуществляется в катализационном модуле, расположенном в рациональной зоне газохода котла, выбранной с учетом комплексного влияния содержания кислорода, скорости движения дымовых газов по тракту и температуры дымовых газов на гидравлическое сопротивление катализационного слоя и эффективность очистки.Neutralization of toxic components of flue gases, in the claimed device, is carried out in a catalytic module located in the rational zone of the boiler flue, selected taking into account the complex effect of oxygen content, flue gas velocity along the duct and flue gas temperature on the hydraulic resistance of the catalytic layer and purification efficiency.

Принцип работы устройства основан на каталитическом термическом обезвреживании оксидов азота и углерода в реакторном слое, реакции нейтрализации протекают в конструкции катализационного модуля. The principle of operation of the device is based on the catalytic thermal neutralization of nitrogen and carbon oxides in the reactor layer, neutralization reactions occur in the design of the catalytic module.

Основная доля выбросов NOх в дымовых газах котельных установок приходится на термический и быстрый сценарии окисления азота в воздухе. Концентрация NOх, выделяющихся в процессе сжигания углеродного топлива в основном определяется стехиометрическими параметрами и температурой в зоне горения. Одной из перспективных технологий нейтрализации токсичных компонентов уходящих газов является избирательное каталитическое окисление без введения дополнительных реагентов. Ключевым элементом настоящего изобретения является определение рациональной зоны установки катализационного модуля в газовом тракте котла для повышения эффективности нейтрализации токсичных компонентов выбросов. The main share of NOx emissions in the flue gases of boiler plants falls on thermal and fast scenarios of nitrogen oxidation in the air. The concentration of NO x released during the combustion of carbon fuel is mainly determined by stoichiometric parameters and temperature in the combustion zone. One of the promising technologies for neutralizing toxic components of exhaust gases is selective catalytic oxidation without the introduction of additional reagents. The key element of the present invention is the definition of a rational zone for installing a catalytic module in the gas path of the boiler in order to increase the efficiency of neutralizing toxic components of emissions.

Особой задачей настоящего изобретения является разработка конструкции устройства сборного катализационного модуля, включая определение геометрических параметров элементарной ячейки блочного катализатора на керамическом носителе, с учетом степени внешней диффузии токсичных компонентов, ограниченной лимитирующей стадией окислительного процесса на поверхности катализационных ячеек блока реактора, определяемой по изменению ее кинетической скорости при варьировании нагрузки котла.A special objective of the present invention is the development of a design for a device for a prefabricated catalytic module, including the determination of the geometric parameters of the unit cell of a block catalyst on a ceramic carrier, taking into account the degree of external diffusion of toxic components, limited by the rate-limiting stage of the oxidative process on the surface of the catalytic cells of the reactor block, determined by the change in its kinetic velocity when varying the load of the boiler.

Материал, размер и геометрия катализационного модуля определены так, чтобы большая часть, или предпочтительно весь объем выбросов NOx в дымовых газах, был нейтрализован на катализаторе до атомарного азота. Более того, любой избыточный СО в дымовом газе был предпочтительно доокислен в CO2на поверхности катализатора посредством избыточного кислорода в дымовом газе. The material, size and geometry of the catalytic module is determined so that most, or preferably all, of the NO x emissions in the flue gases is neutralized on the catalyst to atomic nitrogen. Moreover, any excess CO in the flue gas was preferably further oxidized to CO 2 on the catalyst surface by the excess oxygen in the flue gas.

Выбор платины, в качестве активатора катализа (сплав 0,5÷0,6 мас.%), обоснован ее способностью к повышению степени очистки за счет перехода окислительных реакций к первому порядку (для платиновых катализаторов n=1; для ванадиевых n=1,8; для железо оксидных n=2,5). Выбор керамики (кордиерит) в качестве материала сотовой подложки основан на сокращении времени окислительных реакций, за счет ускоренного прогрева и с учетом более низкой стоимости керамического носителя, по сравнению с металлическим.The choice of platinum as a catalysis activator (an alloy of 0.5÷0.6 wt.%) is justified by its ability to increase the degree of purification due to the transition of oxidative reactions to the first order (for platinum catalysts n=1; for vanadium n=1, 8; for iron oxide n=2.5). The choice of ceramics (cordierite) as a honeycomb substrate material is based on a reduction in the time of oxidative reactions due to accelerated heating and taking into account the lower cost of a ceramic carrier compared to a metal one.

Допустима замена активатора катализа - платины, на палладий или родий, нанесенные на керамическую подложку. Альтернативно, катализатор может быть выполнен из некоторых других материалов, например оксидов основных переходных металлов, таких как железо, никель, алюминий, кобальт или медь, или их смесей. It is acceptable to replace the catalysis activator - platinum, with palladium or rhodium deposited on a ceramic substrate. Alternatively, the catalyst may be made from some other materials, such as oxides of basic transition metals such as iron, nickel, aluminium, cobalt or copper, or mixtures thereof.

Окислительные реакции на поверхности катализационного модуля представляют собой взаимодействие

Figure 00000001
и
Figure 00000002
х с атомарным кислородом на поверхности ячеек
Figure 00000003
Oxidative reactions on the surface of the catalytic module are the interaction
Figure 00000001
And
Figure 00000002
x with atomic oxygen on the cell surface
Figure 00000003

Figure 00000004
(1)
Figure 00000004
(1)

Figure 00000005
(2)
Figure 00000005
(2)

Figure 00000006
(3)
Figure 00000006
(3)

Figure 00000007
(4)
Figure 00000007
(4)

Figure 00000008
(5)
Figure 00000008
(5)

Figure 00000009
(6)
Figure 00000009
(6)

Figure 00000010
(7)
Figure 00000010
(7)

Figure 00000011
(8)
Figure 00000011
(8)

Figure 00000012
(9)
Figure 00000012
(9)

Скорость каталитических реакций на поверхности катализационного модуля определяется с учетом влияния температуры процесса и лимитируется кинетической скоростью самой медленной реакции в цепи на основании в уравнения Аррениуса: The rate of catalytic reactions on the surface of the catalytic module is determined taking into account the influence of the process temperature and is limited by the kinetic rate of the slowest reaction in the chain based on the Arrhenius equation:

Figure 00000013
(10)
Figure 00000013
(10)

где k - константа скорости реакции, численно равная наблюдаемой скорости реакции при фиксированной температуре и концентрации 1/c; Tк - температура на поверхности катализатора, K;

Figure 00000014
- предэкспоненциальный множитель, не зависящий от температуры и определяемый только видом реакции;
Figure 00000015
- энергия активации реакции, показывающая избыток энергии, необходимый для осуществления реакции,
Figure 00000016
; R - газовая постоянная.where k is the reaction rate constant, numerically equal to the observed reaction rate at a fixed temperature and concentration 1/c; T to the temperature on the surface of the catalyst, K;
Figure 00000014
- pre-exponential factor, which does not depend on temperature and is determined only by the type of reaction;
Figure 00000015
- activation energy of the reaction, showing the excess energy required to carry out the reaction,
Figure 00000016
; R is the gas constant.

Конструкция катализационного модуля для очистки отходящих газов котельных установок, сжигающих газообразное топливо от токсичных компонентов, включает в себя монолитные блоки сотовой структуры квадратного сечения, собранные в модуль так, чтобы образовались параллельные непересекающиеся каналы, выровненные в направлении потока дымовых газов. Технический результат, а именно снижение гидравлического сопротивления при высокой степени очистки достигается путем создания конструкции катализационного модуля сотовой структуры с каналами квадратного сечения размером 8 × 8 мм, сформированного из монолитных керамических блоков, на которые нанесено равномерно распределенное каталитически активное вещество.The design of the catalytic module for the purification of exhaust gases from boiler plants that burn gaseous fuel from toxic components includes monolithic blocks of a square-section honeycomb structure assembled into a module so that parallel non-intersecting channels are formed, aligned in the direction of the flue gas flow. The technical result, namely the reduction of hydraulic resistance at a high degree of purification, is achieved by creating a design of a catalytic module of a honeycomb structure with square channels 8 × 8 mm in size, formed from monolithic ceramic blocks, on which a uniformly distributed catalytically active substance is applied.

Выбор рациональной зоны размещения катализационного модуля в газоходе котла, учитывающей комплексное влияние режимов работы котельного агрегата, скорости движения дымовых газов по тракту и температуры дымовых газов на эффективность очистки, производился в результате решения уравнений алгоритма, описывающего взаимодействия

Figure 00000017
и
Figure 00000018
х с атомарным кислородом на поверхности катализационного модуля.The choice of a rational zone for the location of the catalytic module in the boiler flue, taking into account the complex effect of the operating modes of the boiler unit, the speed of movement of flue gases along the duct and the flue gas temperature on the cleaning efficiency, was made as a result of solving the equations of the algorithm describing the interactions
Figure 00000017
And
Figure 00000018
x with atomic oxygen on the surface of the catalytic module.

Figure 00000019
Figure 00000020
(11)
Figure 00000019
Figure 00000020
(eleven)

Для

Figure 00000021
Figure 00000022
(12)For
Figure 00000021
Figure 00000022
(12)

где

Figure 00000023
– время протекания реакции, с;.
Figure 00000024
- концентрация NOx на поверхности катализатора,
Figure 00000025
,
Figure 00000026
- концентрация СО на поверхности катализатора,
Figure 00000027
;
Figure 00000028
- порядок реакции;
Figure 00000029
- константа реакционной скорости
Figure 00000030
,
Figure 00000031
;
Figure 00000032
- число реакций;
Figure 00000033
- удельная площадь поверхности катализатора,
Figure 00000034
;
Figure 00000035
- коэффициент массоотдачи,
Figure 00000036
;
Figure 00000037
коэффициент теплоотдачи,
Figure 00000038
;
Figure 00000039
- тепловой эффект реакции
Figure 00000040
,
Figure 00000041
;
Figure 00000042
– высота катализационного слоя,
Figure 00000043
;
Figure 00000044
- скорость потока газа,
Figure 00000045
.Where
Figure 00000023
is the reaction time, s;
Figure 00000024
- concentration of NO x on the surface of the catalyst,
Figure 00000025
,
Figure 00000026
is the CO concentration on the catalyst surface,
Figure 00000027
;
Figure 00000028
- reaction order;
Figure 00000029
- reaction rate constant
Figure 00000030
,
Figure 00000031
;
Figure 00000032
- number of reactions;
Figure 00000033
is the specific surface area of the catalyst,
Figure 00000034
;
Figure 00000035
- mass transfer coefficient,
Figure 00000036
;
Figure 00000037
heat transfer coefficient,
Figure 00000038
;
Figure 00000039
- thermal effect of the reaction
Figure 00000040
,
Figure 00000041
;
Figure 00000042
is the height of the catalytic layer,
Figure 00000043
;
Figure 00000044
- gas flow rate,
Figure 00000045
.

Наиболее оптимальные условия нейтрализации токсичных компонентов дымовых газов, с использованием катализационного модуля для окисления NOx и СО без введения внешнего реагента с учетом гидравлического сопротивления реакторного слоя, определены по результатам проведенных авторами изобретения экспериментальных исследований и основаны на следующих выводах:The most optimal conditions for the neutralization of toxic components of flue gases, using a catalytic module for the oxidation of NO x and CO without the introduction of an external reagent, taking into account the hydraulic resistance of the reactor layer, are determined by the results of experimental studies carried out by the inventors and are based on the following conclusions:

- наибольшая эффективность конверсии по токсичным компонентам наблюдается при температуре дымовых газов на входе в катализационный модуль T=250÷350°C;- the highest conversion efficiency for toxic components is observed at flue gas temperature at the inlet to the catalytic module T=250÷350°C;

- максимальная эффективность очистки отходящих газов по токсичным компонентам наблюдается при относительных размерах катализационного модуля L⁄Dэкв в диапазоне [0,6÷1,4];- the maximum efficiency of purification of exhaust gases by toxic components is observed at the relative sizes of the catalytic module L⁄D equiv in the range [0.6÷1.4];

- оптимальные показатели степени нейтрализации по всем видам токсичных компонентов наблюдаются при содержании окислителя в зоне установки катализационного модуля от 3 до 5%.- optimal indicators of the degree of neutralization for all types of toxic components are observed when the content of the oxidizer in the zone of installation of the catalytic module is from 3 to 5%.

Эффективность предложенного устройства, оценивалась на типовом котельном оборудовании предприятий энергетического комплекса (КА ТГМЕ-464), с использованием данных режимных карт при концентрации NOx в диапазоне 168-286 мг/м3, СО до 80 мг/м3, скорости движения потока дымовых газов на входе в катализационный модуль в диапазоне 5,68-10,64 м/с, температуре выбросов в диапазоне - 275-333°C, при варьировании нагрузки котельного агрегата от 220 до 500 т/ч. Полученные данные исследований демонстрируют степень восстановления оксидов азота до 96%, оксида углерода до 90%, при гидравлическом сопротивлении катализационного модуля от 4500 до 12000 Па. Предложенный блочный катализационный модуль сотового типа обеспечивает высокую степень очистки, имеет сравнительно несложную технологию изготовления и низкое гидравлическое сопротивление.The effectiveness of the proposed device was evaluated on a typical boiler equipment of enterprises of the energy complex (KA TGME-464), using data from regime maps at NO x concentration in the range of 168-286 mg/m 3 , CO up to 80 mg/m 3 , flue gas flow rate gases at the inlet to the catalytic module in the range of 5.68-10.64 m/s, emission temperature in the range of - 275-333°C, while varying the load of the boiler unit from 220 to 500 t/h. The obtained research data demonstrate the degree of reduction of nitrogen oxides up to 96%, carbon monoxide up to 90%, with a hydraulic resistance of the catalytic module from 4500 to 12000 Pa. The proposed honeycomb-type block catalytic module provides a high degree of purification, has a relatively simple manufacturing technology and low hydraulic resistance.

На фиг. 1 представлена схема размещения устройства, посредством которого осуществляется очистка дымовых газов в газовом тракте котельной установки, состоящей из конвективной шахты котла 1,газохода 2, присоединённого к верхнему патрубку регенеративного воздухоподогревателя 4, газохода 5, отводящего газы в дымовую трубу 6. На участке газохода 2 от конвективной шахты 1 до регенеративного воздухоподогревателя 4 установлен катализационный модуль 3, представляющий собой сборную конструкцию из монолитных катализационных блоков сотовой структуры на керамическом носителе.In FIG. 1 shows the layout of the device, by means of which flue gases are cleaned in the gas path of the boiler plant, consisting of a convective shaft of the boiler 1, flue 2 connected to the upper branch pipe of the regenerative air heater 4, flue 5, which discharges gases into the chimney 6. At the section of flue 2 from the convective shaft 1 to the regenerative air heater 4, a catalytic module 3 is installed, which is a prefabricated structure of monolithic catalytic blocks of a honeycomb structure on a ceramic carrier.

На фиг. 2 изображен поперечный разрез конструкции устройства катализационного модуля очистки дымовых газов, состоящего из монолитного блока 7 в форме параллелепипеда (вариативно в виде цилиндра) с сотовой структурой квадратного сечения монолитного носителя 8 с параллельными непересекающимися каналами.In FIG. 2 shows a cross-section of the design of the catalytic module for flue gas purification, consisting of a monolithic block 7 in the form of a parallelepiped (optionally in the form of a cylinder) with a honeycomb structure of a square section of a monolithic carrier 8 with parallel non-intersecting channels.

На фиг. 3 изображен профильный продольный разрез конструкции устройства катализационного модуля очистки дымовых газов, где показаны: монолитный блок 7, монолитный носитель 8.In FIG. 3 shows a profile longitudinal section of the design of the catalytic module for flue gas cleaning, which shows: a monolithic block 7, a monolithic carrier 8.

На фиг. 4 изображен увеличенный фрагмент сотовой структуры монолитного блока с элементарной ячейкой 9, имеющей размеры 8 × 8 мм.In FIG. 4 shows an enlarged fragment of the honeycomb structure of a monolithic block with unit cell 9, which has dimensions of 8 × 8 mm.

Очистка дымовых газов от NOx и СО происходит следующим образом.Cleaning flue gases from NO x and CO is as follows.

Дымовые газы, образовывающиеся при горении газообразного топлива, например, природного газа, от конвективной шахты котла 1 по газоходу 2 направляются в катализационный модуль 3 очистки дымовых газов, где с помощью метода каталитического термического обезвреживания происходит нейтрализация содержащихся в них оксидов азота и углерода. После нейтрализации очищенные дымовые газы направляются в регенеративный воздухоподогреватель 4, а затем по газоходу 5 отводятся дымовую трубу 6. Нейтрализация протекает при содержании окислителя от 3 до 5%, окислителем является кислород.Flue gases generated during the combustion of gaseous fuels, for example, natural gas, from the convective shaft of the boiler 1 through the flue 2 are sent to the catalytic module 3 for flue gas cleaning, where, using the method of catalytic thermal decontamination, the nitrogen and carbon oxides contained in them are neutralized. After neutralization, the purified flue gases are sent to the regenerative air heater 4, and then the chimney 6 is discharged through the gas duct 5. Neutralization proceeds when the oxidant content is from 3 to 5%, the oxidizer is oxygen.

Предложенное техническое решение повышает эффективность работы устройства путем достижения высокого (до 99% и выше) уровня очистки дымовых газов от токсичных выбросов оксидов азота и оксида углерода и минимизирует гидравлическое сопротивление каталитического реактора без снижения эффективности очистки.The proposed technical solution improves the efficiency of the device by achieving a high (up to 99% and higher) level of flue gas purification from toxic emissions of nitrogen oxides and carbon monoxide and minimizes the hydraulic resistance of the catalytic reactor without reducing the purification efficiency.

Claims (4)

1. Устройство для нейтрализации токсичных компонентов дымовых газов NOx и СО без введения внешнего реагента, содержащее канал дымового газа для направления дымового газа в атмосферу, размещённую в канале дымового газа секцию катализатора, включающую катализатор, активные вещества которого выбранные из группы, состоящей из платины, палладия вместе с родием, оксидов основных переходных металлов, и их смесей и нанесены на керамическую сотовую подложку, подогреватель воздуха, расположенный ниже по потоку газа, чем секция катализатора, а также дымовую трубу, отличающееся тем, что секция катализатора представляет из себя сборный катализационный модуль с габаритными размерами L⁄D экв в диапазоне 0,6-1,4, сформированный из монолитных блоков сотовой ячеистой структуры квадратного сечения с размерами элементарной ячейки 8 × 8 мм с нанесенным слоем каталитически активного вещества.1. A device for neutralizing toxic components of flue gases NO x and CO without introducing an external reagent, containing a flue gas channel for directing flue gas into the atmosphere, a catalyst section located in the flue gas channel, including a catalyst whose active substances are selected from the group consisting of platinum , palladium together with rhodium, oxides of the main transition metals, and their mixtures and deposited on a ceramic honeycomb substrate, an air heater located downstream of the gas flow than the catalyst section, as well as a chimney, characterized in that the catalyst section is a prefabricated catalytic a module with overall dimensions L⁄D equiv in the range of 0.6-1.4, formed from monolithic blocks of a square-section honeycomb cellular structure with unit cell dimensions of 8 × 8 mm with a deposited layer of a catalytically active substance. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блоки катализационного модуля имеют параллельные каналы, выровненные в направлении потока дымовых газов.2. Device according to claim 1, characterized in that the catalytic module blocks have parallel channels aligned in the direction of the flue gas flow. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что активные вещества в каналах катализационного модуля нанесены с периферийным расположением.3. The device according to claim 1, characterized in that the active substances in the channels of the catalytic module are applied with a peripheral arrangement. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что катализационный модуль расположен в зоне газохода котельного агрегата с температурой дымовых газов в диапазоне 250-350°C.4. The device according to claim 1, characterized in that the catalytic module is located in the zone of the gas duct of the boiler unit with a flue gas temperature in the range of 250-350°C.
RU2022120660A 2022-07-28 Device for neutralization of toxic components of flue gases without introduction of external reagent RU2792608C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2792608C1 true RU2792608C1 (en) 2023-03-22

Family

ID=

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5055278A (en) * 1988-07-12 1991-10-08 Apparatebau Rothemuhle Brandt Method for decreasing nitrogen oxides (nox) in waste furnace gases
RU2088316C1 (en) * 1995-02-28 1997-08-27 Институт катализа имени Г.К.Борескова СО РАН Method of scrubbing the exhaust gases from nitrogen oxides
US6365118B1 (en) * 1992-12-14 2002-04-02 Delphi Technologies, Inc. Reduction of NOx in the exhaust from leanOx internal combustion engines
RU2259228C2 (en) * 2000-03-01 2005-08-27 Умикоре Аг Унд Ко.Кг Catalyst for neutralizing exhaust gases from diesel engines and a method for preparation thereof
RU2293254C2 (en) * 2004-11-04 2007-02-10 Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет Method of removing toxic agents from combustion products of gas fuel
RU2299758C2 (en) * 2002-12-18 2007-05-27 Фостер Уилер Энерджи Корпорейшн Device and the method of control over nitrogen dioxide ejections from the boilers burning the carbonic fuels without usage of the external reactant
RU83945U1 (en) * 2009-02-09 2009-06-27 ООО НПП "Экологические системы" CATALYST FOR CLEANING EXHAUST GASES OF INTERNAL COMBUSTION ENGINES AND GAS EMISSIONS OF INDUSTRIAL ENTERPRISES
UA90106U (en) * 2013-12-23 2014-05-12 Национальный технический университет "Харьковский политехнический институт" Method of manufacturing block catalyst for purification of exhaust gases from nitrogen oxides

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5055278A (en) * 1988-07-12 1991-10-08 Apparatebau Rothemuhle Brandt Method for decreasing nitrogen oxides (nox) in waste furnace gases
US6365118B1 (en) * 1992-12-14 2002-04-02 Delphi Technologies, Inc. Reduction of NOx in the exhaust from leanOx internal combustion engines
RU2088316C1 (en) * 1995-02-28 1997-08-27 Институт катализа имени Г.К.Борескова СО РАН Method of scrubbing the exhaust gases from nitrogen oxides
RU2259228C2 (en) * 2000-03-01 2005-08-27 Умикоре Аг Унд Ко.Кг Catalyst for neutralizing exhaust gases from diesel engines and a method for preparation thereof
RU2299758C2 (en) * 2002-12-18 2007-05-27 Фостер Уилер Энерджи Корпорейшн Device and the method of control over nitrogen dioxide ejections from the boilers burning the carbonic fuels without usage of the external reactant
RU2293254C2 (en) * 2004-11-04 2007-02-10 Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет Method of removing toxic agents from combustion products of gas fuel
RU83945U1 (en) * 2009-02-09 2009-06-27 ООО НПП "Экологические системы" CATALYST FOR CLEANING EXHAUST GASES OF INTERNAL COMBUSTION ENGINES AND GAS EMISSIONS OF INDUSTRIAL ENTERPRISES
UA90106U (en) * 2013-12-23 2014-05-12 Национальный технический университет "Харьковский политехнический институт" Method of manufacturing block catalyst for purification of exhaust gases from nitrogen oxides

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2299758C2 (en) Device and the method of control over nitrogen dioxide ejections from the boilers burning the carbonic fuels without usage of the external reactant
US20070149394A1 (en) Catalyst, a method of using a catalyst, and an arrangement including a catalyst, for controlling NO and/or CO emissions from a combustion system without using external reagent
US5055278A (en) Method for decreasing nitrogen oxides (nox) in waste furnace gases
US20060096282A1 (en) Method and apparatus for purifying exhaust gases
CA2184827A1 (en) Flow modification devices for reducing emissions from thermal voc oxidizers
EP1973632A2 (en) A catalyst, a method of and an arrangement for controlling emissions
EP3259528B1 (en) Exhaust system for power generating apparatus
Kolios et al. Heat-integrated reactor concepts for catalytic reforming and automotive exhaust purification
WO2009134419A1 (en) Emission control system internal to a boiler
Thevenin et al. Catalytic total oxidation of methane. Part II. Catalytic processes to convert methane: partial or total oxidation
RU2792608C1 (en) Device for neutralization of toxic components of flue gases without introduction of external reagent
RU215634U1 (en) Flue gas cleaning device
RU2796831C1 (en) Device for neutralization of toxic components of flue gases without introduction of external reagent
US20200392884A1 (en) Method of producing heat in a power station
Reay Catalytic combustion: Current status and implications for energy efficiency in the process industries
JP3775761B2 (en) Exhaust gas denitration system and exhaust gas denitration method
RU2674231C1 (en) Method of catalytic burning gaseous fuels and device for its implementation
Yang et al. Catalytic process for decolorizing yellow plume
Fukuzawa et al. Catalytic combustion for gas turbines
Giugliano et al. Thermal and Catalytic Conversion of Atmospheric Pollutants
WO1998057049A1 (en) Pollutant reduction catalyst in thermal oxidizer
KR19990000079A (en) How to reburn and release pollutants contained in combustion exhaust gas
RU2342185C1 (en) Method for cleaning of exhaust gases of gas-turbine plant and device for its realisation
Saravanakumar et al. Catalytic Converter—An Integrated Approach to Reduce Carbon Dioxide Emission
KR101182355B1 (en) Indirect heating type active catalytic system and fuel reforming reactor having indirect heating type active catalyst