Способ и устройство для предотвращения глобального потепления

Способ и устройство для предотвращения глобального потепления

Реферат

 

Изобретение касается предотвращения глобального потепления посредством разложения N₂O, который позволяет разлагать N₂O, содержащуюся в N₂O-содержащем подлежащем обработке газе, при относительно низкой температуре, а также устройство для осуществления способа. Способ предотвращения глобального потепления заключается в том, что в процессе термического или каталитического разложения N₂O в N₂O-содержащем подлежащем обработке газе разделяют поток подлежащего обработке N₂O-содержащего газа на части, подогревают его часть, чтобы экзотермически разложить N₂O в потоке газа для формирования потока горячего газа, и подают остальную часть разделенного потока подлежащего обработке газа в поток горячего газа для обеспечения непрерывного разложения N₂O, чтобы предотвратить глобальное потепление, и предложено также устройство для осуществления способа. Изобретение позволяет уменьшить размер аппаратуры, уменьшить энергоемкость и простоту эксплуатации. 5 с. и 16 з.п.ф-лы, 5 ил., 6 табл.

Настоящее изобретение относится к способу обработки газа, вызывающего глобальное потепление, и устройству для его осуществления. В частности, изобретение относится к способу предотвращения глобального потепления посредством экзотермического разложения закиси азота (N₂O), которая вызывает глобальное потепление, на азот (N₂), кислород (O₂) и, возможно, окиси азота (NO, NO₂ и т.п.), и устройству для его осуществления.

В способе получения адипиновой кислоты в качестве окислителя используется азотная кислота. При этом обычно в атмосферу выбрасывается закись азота, образующаяся как побочный продукт образования адипиновой кислоты при окислении циклогексанона и/или циклогексанола азотной кислотой.

В последнее время закись азота привлекла к себе внимание общественности как один из газов, вызывающих глобальное потепление, хотя и не настолько известный, как углекислый газ, который является типичным газом, вызывающим глобальное потепление.

Основным источником выделения закиси азота является природная почва или сельскохозяйственные угодья. Следовательно, химическая промышленность является источником только небольшой части закиси азота, выделяющейся на земле. Тем не менее, считается, что можно контролировать количество закиси азота, образующейся в химических процессах, таких как процесс получения адипиновой кислоты, которые являются искусственными источниками N₂O. Поэтому в последнее время прежде всего предпринимаются попытки уменьшить количество закиси азота, образующейся в этих химических процессах.

Предлагались разные способы уменьшения образования закиси азота в химических процессах. Многие из этих предложений относятся к способам разложения закиси азота (N₂O) на азот (N₂) и кислород (О₂) и, возможно, окиси азота (NO, NO₂). Эти способы основаны на двух основных типах разложения N₂O, a именно на термическом разложении, при котором разложение осуществляется посредством нагревания без использования какого-либо катализатора, и каталитическом разложении, при котором разложение осуществляется с использованием какого-либо катализатора. Далее опишем каждый из этих типов.

Известные примеры способов термического разложения без использования какого-либо катализатора включают способы, предложенные, например, в следующих документах: патент США 2974019, JP-A-61-257940, JP-A-5-339003 и JP-W-A-508346 (в данном контексте "JP-A" означает "опубликованная нерассмотренная японская заявка на патент", а термин "JP-W-A" означает "международная заявка на патент, опубликованная согласно японской национальной процедуре"). Однако каждое из этих предложений имеет нерешенные проблемы, которые будут изложены ниже. Таким образом, до настоящего времени не было предложено эффективного способа термического разложения закиси азота.

В частности, в патенте США 2974019 предложено устройство, обеспечивающее термическое разложение N₂O при высокой температуре (до 1692^oС) и повышенном давлении (до 25,5 атм) для получения NO₂. Однако высоко надежный материал для данного устройства, который был бы способен выдержать указанные высокую температуру и повышенное давление, трудно доступен, а это, в свою очередь, делает такое устройство очень дорогостоящим. Поэтому этот способ мало применяется на практике.

В техническом решении, раскрытом в документе JP-A-61-257940, также предложенном заявителем настоящего изобретения, описано, что если предварительно подогреть выпускаемый газ, содержащий N₂O, а затем его нагревать, то термическое разложение N₂O начинается при температуре около 900^oС, и N₂O может термически разлагаться при 1000^oC или выше. В способе термического разложения N₂O, предложенном в этом документе, необходимо контролировать общее содержание NO и NO₂ на уровне 10% или ниже в подлежащем обработке N₂O-coдepжaщeм газе. Следовательно, возникает проблема, состоящая в том, что требуется дополнительная операция для контролирования состава выпускаемого газа.

В документе JP-A-5-339003 предложено усовершенствование описанного в документе JP-A-61-257940 способа термохимическим разложением N₂O посредством огневой обработки в способе термического разложения. В этом способе N₂O подвергается термохимическому разложению в присутствии пламени теплотой сгорания пламени. Поэтому существует опасность, что термохимическая реакция в этом способе будет происходить при гораздо более высокой температуре в результате соединения теплоты горения пламени и теплоты разложения N₂O. Поскольку в этом способе пламя непрерывно используется для термохимического разложения N₂O, существует необходимость использования достаточно большого количества топлива для образования пламени. В результате образуется большое количество газообразных продуктов сгорания и поэтому концентрация NO и NO₂ в разлагаемом термохимическим способом газе понижается, что приводит к другой проблеме, а именно потребности использования крупногабаритного устройства (например, абсорбционной башни) для восстановления NO и NO₂.

В документе JP-W-A-9-508346 предложен способ термического разложения N₂O, аналогичный описанному в JP-A-61-257940, который усовершенствован в части для подогрева в целях получения NO из N₂O. Более конкретно, этот документ раскрывает способ получения NO из N₂O посредством нагрева N₂O-coдepжaщего газа до 400-700^oС с помощью теплообменника, последующего нагрева газа до приблизительно 850^oС без использования теплообменника за счет теплоты сгорания горючего газа и т.п., термического разложения N₂O в этом газе при 1000^oС или выше и последующего быстрого охлаждения образовавшегося газа, чтобы восстановить NO. Однако в этом способе требуется нагревать весь N₂O-содержащий газ, подлежащий обработке, до 850^oС с использованием сгорания горючего газа и т.п. Это неизбежно приводит к необходимости использовать большое количество горючего газа. Следовательно, этот способ имеет такую же проблему, как и способ, предложенный в упомянутом выше документе JP-A-5-339003. Кроме того, в данном способе существует опасность того, что температура в реакционной камере повысится до очень высокого уровня, так как в ней вырабатывается большое количество теплоты разложения N₂O вместе с теплотой сгорания, как было описано выше. В этом отношении в описании данной заявки сказано, что температура в реакционной камере может повышаться до 1500^oС.

В случае термического разложения N₂O реакция, в процессе которой N₂O разлагается на N₂ и О₂, является экзотермической реакцией. Следовательно, существует проблема того, что температура в реакционной системе, в которой N₂O подвергается термическому разложению, заметно повысится за счет вырабатываемой в большом количестве теплоты разложения. Так как температура в реакционной системе повышена, в реакторе и разных устройствах для обработки газа, выпускаемого из реактора (например, в теплообменнике, устройстве для абсорбции образовавшегося газа, трубах, соединяющих эти устройства, и т.п.), необходимо использовать больше дорогостоящих термостойких материалов. Кроме того, есть опасность, что это усложнит эксплуатацию оборудования. Однако в описанных выше известных технических решениях никак не учтены проблемы, связанные с теплотой разложения N₂O.

Таким образом, до настоящего времени не было предложено удовлетворительного метода термического разложения закиси азота.

В качестве примеров способов каталитического разложения с использованием катализатора можно привести технические решения, раскрытые в документах JP-A-5-4027, JP-A-6-277453 и т.д. Однако каждый из этих способов имеет нерешенную проблему, которая будет описана ниже. То есть, до настоящего времени не было предложено удовлетворительного способа каталитического разложения закиси азота, подобного способам термического разложения.

Например, в техническом решении JP-A-5-4027, также предложенном заявителем настоящего изобретения, раскрыт способ каталитического разложения выпускаемого N₂O-содержащего газа на N₂ и O₂ в присутствии катализатора из окиси меди (II). Этот документ раскрывает, что температура реакции предпочтительно составляет от 400 до 600^oС, что в случае адиабатической реакции желательно подавать в реактор газ, разбавленный воздухом и т.п., так как температура на выходе реактора повышается из-за большой теплоты реакции каталитического разложения, и что теплота реакции каталитического разложения регенерируется из газа в виде пара после завершения каталитического разложения с помощью теплообменника или же эта теплота отводится за счет разбавления газа воздухом и т.п. после завершения каталитического разложения. Однако отвод теплоты реакции с помощью теплообменника или газа-разбавителя, как предложено в этом документе, имеет свою проблему, поскольку теплота каталитического разложения N₂O составляет до 19,5 ккал/моль. Например, в случае каталитического разложения N₂O-содержащего газа при концентрации N₂O 34% вырабатывается большое количество теплоты разложения, так что после завершения реакции каталитического разложения температура повышается приблизительно на 600^oС. Для отвода этой теплоты предложенным выше способом необходимо использовать большое количество газа-разбавителя или крупногабаритный теплообменник, что приводит к повышению расходов на отвод теплоты.

В документе JP-A-6-277453 предложен усовершенствованный способ каталитического разложения N₂O. В этом документе сказано, что газ на выходе из зоны разложения охлаждается и часть охлажденного газового потока возвращается в зону разложения, чтобы поддерживать температуру во всей зоне разложения N₂O не выше, чем максимально допустимая температура Т_mах. Однако в этом техническом решении также существует проблема, связанная с теплотой реакции, вырабатываемой в большом количестве в связи с разложением N₂O, аналогично описанному выше документу JP-A-5-4027.

Таким образом, до настоящего времени не было предложено удовлетворительного способа каталитического разложения закиси азота.

Согласно изобретению предложен способ разложения N₂O, позволяющий преодолеть нерешенные проблемы, присущие известным предлагаемым способам разложения N₂O, подробно описанным выше, и тем самым предотвратить глобальное потепление посредством разложения N₂O.

Таким образом, в основу настоящего изобретения поставлена задача создания практически применимого способа и устройства для предотвращения глобального потепления посредством разложения N₂O, которые бы позволили эффективно разлагать N₂O, содержащуюся в подлежащем обработке N₂O-coдepжaщeм газе, при низкой температуре с эффективным контролированием вырабатываемой при этом теплоты разложения ₂O и восстанавливать при необходимости NO и NO₂ с использованием только небольшой тепловой нагрузки на устройство для разложения N₂O и другое оборудование и которые бы при этом требовали исключительно небольшого количества подводимой извне тепловой энергии при низких расходах на оборудование и эксплуатацию.

Авторами изобретения были проведены интенсивные работы по созданию способа разложения N₂O, в частности способа, который бы позволил решить перечисленные выше проблемы, связанные с теплотой разложения N₂O. В результате был разработан способ экзотермического разложения N₂O, совершенно отличный от описанных выше известных способов разложения N₂O, который позволяет решить упомянутую выше задачу изобретения.

Таким образом, согласно настоящему изобретению предложены: 1. Способ предотвращения глобального потепления, включающий процесс термического или каталитического разложения N₂O в подлежащем обработке N₂O-содержащем газе, согласно которому разделяют поток N₂O-содержащего газа на части, подогревают его часть для обеспечения экзотермического разложения N₂O в упомянутом потоке газа и образования потока горячего газа и подают остальную часть разделенного потока подлежащего обработке газа в упомянутый поток горячего газа, обеспечивая тем самым постоянное разложение N₂O для предотвращения глобального потепления.

2. Способ предотвращения глобального потепления по п.1, в котором упомянутое экзотермическое разложение N₂O осуществляют посредством термического разложения без использования какого-либо катализатора.

3. Способ предотвращения глобального потепления по п.2, в котором остальную часть разделенного подлежащего обработке газа подают в множество мест в направлении течения упомянутого потока горячего газа.

4. Способ предотвращения глобального потепления по пп.2 или 3, в котором упомянутое разложение N₂O в подлежащем обработке газе осуществляют в состоянии практически поршневого движения потока.

5. Способ предотвращения глобального потепления по пп.2 или 3, в котором упомянутый подогрев осуществляют в системе прямого нагрева с использованием окислительной экзотермической реакции топлива.

6. Способ предотвращения глобального потепления по п.5, в котором упомянутым топливом является водород или метанол.

7. Способ предотвращения глобального потепления по п.1, в котором упомянутое экзотермическое разложение N₂O осуществляют посредством каталитического разложения.

8. Способ предотвращения глобального потепления по п.7, в котором остальную часть разделенного подлежащего обработке газа подают в множество мест в направлении течения потока горячего газа и каждое из них соответственно приводят в контакт с каталитическим слоем.

9. Способ предотвращения глобального потепления по пп.7 или 8, в котором поток газа непосредственно перед контактированием с каталитическим слоем представляет собой смесь с газом-разбавителем.

10. Способ предотвращения глобального потепления по п.9, в котором упомянутым газом-разбавителем является воздух и/или газ, подвергнутый каталитическому разложению N₂O в подлежащем обработке газе.

11. Способ предотвращения глобального потепления по п.9, в котором газ, подвергнутый каталитическому разложению N₂O в подлежащем обработке газе, охлаждают и затем используют в качестве газа-разбавителя.

12. Способ предотвращения глобального потепления по любому из пп.7, 8, 10 или 11, в котором упомянутый подогрев осуществляют посредством смешивания подлежащего обработке газа и/или газа-разбавителя с паром, образовавшимся при реакции водорода и кислорода, с применением катализатора из благородного металла.

13. Устройство для предотвращения глобального потепления посредством термического разложения N₂O в N₂O-содержащем газе, содержащее (a) часть для введения подлежащего обработке N₂O-содержащего газа, (b) часть для подогрева введенного подлежащего обработке газа, (c) часть для термического разложения, расположенную рядом с частью для подогрева, содержащую средство для подвода подлежащего обработке газа, предусмотренное в одном или нескольких местах в направлении течения потока газа, и (d) часть для выпуска газа, полученного в результате термического разложения.

14. Устройство для предотвращения глобального потепления по п.13, в котором упомянутая часть для подогрева имеет средство для сжигания топлива.

15. Устройство для предотвращения глобального потепления по п.14, в котором температуру потока газа на выходе из части для выпуска поддерживают на постоянном уровне посредством регулирования количества топлива, подаваемого в средство для сжигания топлива.

16. Устройство для предотвращения глобального потепления по любому из пп. 13, 14 или 15, в котором упомянутая часть для термического разложения имеет пористую пластину и/или многотрубное сопло впереди и/или сзади по меньшей мере одного средства для подвода подлежащего обработке газа.

17. Устройство для предотвращения глобального потепления по любому из пп.13, 14 или 15, в котором упомянутая пористая пластина, многотрубное сопло и/или вход для подлежащего обработке газа расположены таким образом, что поток газа, проходящий к средству для подвода подлежащего обработке газа, протекает в виде вращающегося потока.

18. Устройство для предотвращения глобального потепления посредством разложения N₂O в N₂O-содержащем газе в контакте с каталитическим слоем для обеспечения каталитического разложения N₂O, содержащее (a) часть для введения подлежащего обработке газа и/или газа-разбавителя, (b) часть для смешивания подлежащего обработке газа и/или газа-разбавителя, (с) часть для смешивания, имеющую одно или несколько средств для подвода подлежащего обработке газа и/или газа-разбавителя в разные места в продольном направлении устройства, (d) часть для каталитического разложения, имеющую каталитический слой, и (е) часть для выпуска газа, полученного в результате каталитического разложения.

19. Устройство для предотвращения глобального потепления посредством каталитического разложения N₂O в N₂O-содержащем газе, содержащее средство, включающее (a) часть для введения подлежащего обработке газа и/или газа-разбавителя, (b) часть для смешивания подлежащего обработке газа и/или газа-разбавителя, (c) часть для каталитического разложения, содержащую каталитический слой, и (d) часть для выпуска газа, полученного в результате каталитического разложения, и одно или более средств, каждое из которых содержит (е) часть для введения выпускаемого газа, полученного в результате каталитического разложения подлежащего обработке газа и/или газа-разбавителя, (f) часть для смешивания выпускаемого газа, полученного в результате каталитического разложения подлежащего обработке газа и/или газа-разбавителя, (g) часть для каталитического разложения, содержащую каталитический слой, и (h) часть для выпуска газа, полученного в результате каталитического разложения.

20. Устройство для предотвращения глобального потепления по пп.18 или 19, в котором упомянутая часть для смешивания подлежащего обработке газа и/или газа-разбавителя содержит часть для подогрева газа, подлежащего обработке, и/или газа-разбавителя.

21. Способ получения адипиновой кислоты с пониженным выпуском N₂O, вызывающей глобальное потепление, включающий (1) этап окисления азотной кислотой, на котором циклогексанол и/или циклогексанон окисляют азотной кислотой для образования адипиновой кислоты, (2) этап восстановления азотной кислоты, на котором восстанавливают NНО₃ из N₂O-содержащего газа, полученного на этапе окисления азотной кислотой, (3) этап разложения N₂O, на котором разделяют остальной поток подлежащего обработке N₂O-содержащего газа, из которого была восстановлена НNО₃, подогревают его часть для экзотермического разложения N₂O в потоке газа для образования потока горячего газа, а остальную часть разделенного потока подлежащего обработке газа подают в поток горячего газа для обеспечения непрерывного разложения N₂O, и (4) этап регенерации теплоты разложения N₂O, на котором регенерируют теплоту разложения N₂O, выделившуюся на этапе разложения N₂O.

Фиг. 1 изображает схематический вид устройства для термического разложения N₂O согласно изобретению, фиг. 2 изображает схематический вид устройства для термического разложения, использованного в примере 1, фиг. 3 изображает схематический вид устройства для термического разложения, использованного в примере 7, фиг. 4 изображает вид модели устройства для каталитического разложения N₂O, содержащего множество каталитических слоев, согласно изобретению, фиг. 5 изображает вид модели устройства для каталитического разложения N₂O, содержащего множество независимых друг от друга каталитических слоев, согласно изобретению.

Цифровые обозначения, использованные на представленных чертежах, имеют следующее значение: 1 - часть для введения N₂O-coдepжaщeгo газа, 2 - часть для подогрева, 3 - часть для приема подогретого газа, 4 - часть для подвода N₂O-coдepжaщeгo газа, 5 - часть для термического разложения N₂O, 6 - часть для выпуска газа, полученного в результате термического разложения, 7 - стенка части для термического разложения, 8 - часть для термического разложения, 9 - пористая пластина, 10 - часть для подогрева, 11 - перегородка, 12 - часть для подвода N₂O-содержащего газа, 13 - часть для термического разложения, 14 - пористая пластина, 15 - часть для подогрева, 16 - часть для подвода N₂O-содержащего газа, 17 - часть для введения подлежащего обработке газа, 18 - часть для введения газа-разбавителя, 19 - часть для подогрева, 20 - часть для приема подогретого газа, 21 - пространство, 22 - часть для каталитического разложения, 23 - часть для смешивания, 24 - часть для подвода подлежащего обработке газа, 25 - часть для подвода газа-разбавителя, 26 - часть для выпуска газа, полученного в результате каталитического разложения, и 27 - стенка части для каталитического разложения.

Далее следует подробное описание изобретения.

Целью изобретения является предотвращение глобального потепления посредством экзотермического разложения N₂O в N₂O-содержащем газе и уменьшения выброса в атмосферу газообразной N₂O, которая вызывает глобальное потепление. Известно, что разложение N₂O происходит в виде реакций, представленных следующими формулами (1) и (2) N₂O --> N₂ + 1/2 O₂ (1) N₂O --> NO + 1/2 N₂ (2) Реакция по формуле (1) является экзотермической реакцией, при которой вырабатывается 19,5 ккал/моль теплоты, а реакция, представленная формулой (2), является эндотермической реакцией, потребляющей 1,96 ккал/моль теплоты. Если теплота, выработанная в реакции по формуле (1), превосходит теплоту, поглощенную в реакции по формуле (2), то вся реакция разложения N₂O является экзотермическим разложением. Термин "разложение N₂O", используемый в данном контексте, означает такое экзотермическое разложение N₂O.

Согласно изобретению в процессе разложения N₂O посредством термического разложения или каталитического разложения N₂O в подлежащем обработке N₂O-содержащем газе поток N₂O-содержащего газа делится на части. Затем его часть подогревают, чтобы тем самым экзотермически разложить N₂O в потоке газа и получить поток горячего газа. После этого остальную часть разделенного потока газа подают в поток горячего газа и тем самым обеспечивают непрерывное разложение N₂O.

Предпочтительно, чтобы подлежащий обработке N₂O-содержащий газ являлся газообразным сырьем, получаемым в процессе производства адипиновой кислоты методом окисления азотной кислотой, хотя изобретение этим не ограничено. Кроме того, помимо N₂O он может содержать воздух, азот, кислород, влагу, углекислый газ, моноксид углерода, моноксид азота, двуокись азота, углеводороды и т.п.

Понятие "термическое разложение N₂O", используемое в данном контексте, означает превращение N₂O в N₂, O₂, NO, NO₂ и т.п. посредством экзотермического разложения N₂O в N₂O-coдepжащем газе без использования какого-либо катализатора. Согласно изобретению поток N₂O-coдepжaщeгo газа (т.е. подлежащего обработке газа) разделяется на множество газовых потоков и его часть подогревается.

На этом этапе предпочтительно, чтобы подогрев осуществлялся до такой температуры, которая практически позволяет инициировать термическое разложение N₂O. Согласно изобретению предпочтительная температура подогрева составляет от 750 до 950^oС включительно. При температуре подогрева ниже приблизительно 750^oС существует опасность того, что N₂O не сможет термически разлагаться с практической скоростью реакции, когда поток подогретого газа подается в зону термического разложения N₂O. С другой стороны, при температуре подогрева выше приблизительно 950^oС начинается существенное термическое разложение N₂O и поэтому не может быть реализовано преимущество изобретения, обеспечиваемое подогревом. В зависимости от температуры подогрева можно соответственно определить время удержания подлежащего обработке газа, который вводится в зону термического разложения вблизи зоны подогрева.

Часть потока подогретого газа, подлежащего обработке, как описано выше, вводится в зону термического разложения N₂O, находящуюся рядом с зоной подогрева. В этой зоне термического разложения экзотермически начинается термическое саморазложение N₂O, и, таким образом, происходит термическое разложение N₂O. Благодаря теплоте разложения N₂O температура газового потока повышается еще больше в направлении течения потока подаваемого газа, образуя тем самым поток горячего газа с высокой температурой.

Согласно изобретению остальная часть разделенного потока подлежащего обработке газа подается в этот поток горячего газа. Следовательно, температура остальной части подлежащего обработке газа повышается до температуры термического разложения N₂O или выше, и N₂O, содержащаяся в подлежащем обработке газе, который был подан в поток горячего газа, непрерывно термически разлагается.

При этом предпочтительно подавать остальную часть разделенного потока подлежащего обработке газа в множество мест (наиболее предпочтительно в два-пять мест) в направлении течения вышеупомянутого потока горячего газа. Согласно изобретению теплоту разложения, образовавшуюся при термическом саморазложении N₂O в потоке подлежащего обработке газа, который был подан раньше, можно успешно и эффективно использовать для повышения температуры потока подлежащего обработке газа, подаваемого позже. Можно также регулировать температуру атмосферы в системе термического разложения N₂O на оптимальном уровне от зоны с относительно низкой температурой (выше 1000^oС) до зоны с умеренной температурой (около 1300^oС). При увеличении числа разделенных потоков газа количество топлива для подачи в систему можно уменьшить, что, в свою очередь, позволит снизить расходы на энергию, необходимую для поддержания реакции разложения N₂O при определенной температуре.

При термическом разложении N₂O в N₂O-coдepжaщeм газе согласно изобретению предпочтительно, чтобы газовый поток, предназначенный для введения в зону термического разложения N₂O, находился в состоянии поршневого движения. Следовательно, теплота разложения, образующаяся при термическом разложении N₂O в потоке подлежащего обработке газа, может более эффективно использоваться при повышении температуры потока подлежащего обработке газа, подаваемого позже в зону термического разложения N₂O. Когда поток газа находится в состоянии поршневого движения, температуру потока горячего газа в зоне термического разложения N₂O можно более эффективно контролировать и поэтому остальную часть разделенного потока подлежащего обработке газа можно подавать в желаемые места потока горячего газа в желаемой температурной зоне.

Когда поток подлежащего обработке газа разделяют и часть полученного газового потока подогревают согласно изобретению, способ подогрева не имеет никаких конкретных ограничений и можно использовать любой общеизвестный способ нагрева газа. Например, можно использовать системы косвенного нагрева, такие как трубный нагрев, при котором труба, по которой проходит поток подлежащего обработке газа, нагревается снаружи, способ нагрева газообразным теплоносителем, при котором поток подлежащего обработке газа подается в газ, образованный продуктами сгорания, и нагревается им, системы прямого нагрева, такие как способ нагрева частичным сжиганием, при котором топливо и/или часть потока подлежащего обработке газа подвергают сжиганию и поток подлежащего обработке газа нагревается выработанным при этом теплом, систему нагрева с использованием электрической печи, систему нагрева сверхвысокой частотой и т.п.

Среди перечисленных выше способов подогрева особенно предпочтительным для данного изобретения является применение системы прямого нагрева, так как она позволяет легко и экономично нагреть поток газа до требуемой температуры по сравнению с другими системами нагрева.

Далее будет более подробно описана система прямого нагрева. Способ нагрева частичным сжиганием можно осуществлять, например, посредством непосредственной реакции N₂O в потоке подлежащего обработке газа с топливом, при этом поток подлежащего обработке газа нагревается теплотой, выработанной в этой реакции. Способ нагрева газообразным теплоносителем можно осуществлять, например, посредством смешивания горячего газа, образовавшегося при сжигании топлива, с потоком обрабатываемого газа.

Упомянутое выше топливо согласно настоящему изобретению означает вещество, подвергающееся сжиганию в присутствии поддерживающего горение газа. Для этого можно широко использовать газообразное топливо, жидкое топливо и твердое топливо. Примеры газообразного топлива включают природный газ, газообразный углеводород (метан, пропан, бутан и т.п.), газообразный водород, аммиак и гидразин. Примеры жидкого топлива включают углеводороды (бензин, керосин, светлые нефтепродукты и т.п.) и спирты (метанол, этанол и т.п.). Наиболее предпочтительным газообразным топливом является газообразный водород, преимущество которого перед другими видами топлива заключается в том, что он не образует углекислый газ и не оказывает значительного воздействия на окружающую среду. Из жидкого топлива наиболее предпочтительным для данного изобретения является метанол в силу его низкой стоимости и простоте обработки. Примерами поддерживающего горения газа является воздух, кислород и закись азота.

Далее будет проиллюстрировано предложенное устройство для предотвращения глобального потепления посредством термического разложения N₂O.

Согласно изобретению устройство для предотвращения глобального потепления посредством термического разложения ₂O, т.е. устройство для термического разложения N₂O, содержит (a) часть для введения подлежащего обработке N₂O-содержащего газа, (b) часть для подогрева введенного подлежащего обработке газа, (c) часть для термического разложения, расположенную рядом с частью для подогрева, содержащую средство для подвода подлежащего обработке газа, предусмотренное в одном или нескольких местах в направлении течения потока газа и (d) часть для выпуска газа, полученного в результате термического разложения.

Часть для термического разложения является зоной, в которой происходит термическое разложение N₂O.

На фиг. 1 представлен схематический вид, иллюстрирующий устройство для термического разложения N₂O, согласно изобретению. Цифровые обозначения на фиг.1 имеют следующие значения: 1 - часть для введения N₂O-содержащего газа, 2 - часть для подогрева введенного газа, 3 - часть для приема подогретого газа, 4 - часть для подвода N₂O-содержащего газа, 5 - часть, в которой осуществляется термическое разложение N₂O, 6 - часть для выпуска газа, полученного в результате термического разложения, 7 - стенка реактора (печи) для термического разложения.

Часть потока подлежащего обработке газа подается из части 1 для введения газа в часть 2 для подогрева, в которой она равномерно нагревается до температуры, при которой может начаться термическое разложение N₂O. Если подогрев выполняется с помощью описанной выше системы прямого нагрева, часть для подогрева может быть снабжена частью для ввода топлива и поддерживающего горение газа (не показана). В этом случае полезно, чтобы часть для подогрева была снабжена средством для сжигания топлива, таким как горелка.

Подогретый таким образом N₂O-coдepжaщий газ вводится из части 3 для приема подогретого газа в часть 5 для термического разложения. Часть 5 для термического разложения расположена рядом с частью 2 для подогрева или присоединена к нему через часть 3 для приема подогретого газа. В части 5 для термического разложения N₂O подвергается термическому разложению при температуре термического разложения N₂O или выше и за счет выработанной при этом теплоты разложения N₂O формируется поток горячего газа.

В части 5 для термического разложения сформированный поток горячего газа смешивается с остальной частью разделенного потока подлежащего обработке газа, который подается из части 4 для подачи газа. В случае, проиллюстрированном на фиг. 1, предусмотрено три части 4 для подвода N₂O-содержащего газа. Согласно изобретению особенно предпочтительно, чтобы было обеспечено от двух до пяти частей для подвода (т.е. число ступеней подвода подлежащего обработке газа) в части 5 для термического разложения N₂O-содержащего газа.

Предпочтительно, чтобы часть 4 для подвода N₂O-coдepжaщего газа была снабжена средством для подачи газа, позволяющим регулировать условия потока горячего газа. Например, одна или более частей для подвода газа может содержать одно или несколько сопел, позволяющих регулировать направление и скорость потока газа. При наличии такого средства поток подлежащего обработке газа с соответственно отрегулированными направлением и скоростью можно вводить в часть для термического разложения и тем самым регулировать условия потока горячего газа в зоне термического разложения.

Описанный выше поток горячего газа объединяется и смешивается с газом, подаваемым из первой части 4 для подвода газа. При этом его температура временно понижается. По мере того как происходит термическое разложение N₂O, температура смешанного газового потока повышается и поэтому снова формируется поток горячего газа. Этот поток горячего газа объединяется и смешивается с потоком подлежащего обработке газа, подаваемым из второй части 4 для подвода газа. Таким образом, N₂O, содержащаяся в потоке подлежащего обработке газа, подаваемом из частей 4 для подачи газа, подвергается последовательному термическому разложению. После завершения термического разложения с высоким коэффициентом конверсии газ выпускается из устройства для реакции термического разложения через часть 6 для выпуска газа, полученного в результате термического разложения.

Согласно изобретению является предпочтительным, чтобы термическое разложение N₂O протекало стабильно как цепная реакция. Для достижения этой цели предпочтительно, чтобы поток газа в части 5 для термического разложения находился в состоянии практически выдавливаемого потока (т.е. в состоянии поршневого движения). При необходимости часть для термического разложения может быть снабжена средством для регулирования газового потока, таким как барьер, перегородка, пористая пластина, насадка и т.п. Предпочтительно также, чтобы часть 5 для термического разложения была снабжена пористой пластиной и/или многотрубным соплом (не показано) впереди и/или сзади части 4, предназначенной для придания газовому потоку поршневого движения.

Также предпочтительно регулировать поток газа таким образом, чтобы поток горячего газа, протекающий к средству для подвода N₂O-содержащего газа, протекал