Способ очистки дымовых газов от оксидов азота

 

Изобретение относится к области очистки промышленных газовых выбросов от оксидов азота и может быть использовано для снижения содержания NO_x в продуктах сгорания. Дымовые газы обрабатывают при температуре 700-1200^oC продуктами термического разложения карбамида, полученными при нагревании твердого карбамида вне зоны восстановления оксидов азота при одновременном продувании слоя твердого карбамида и последующем введении образованной газовой смеси в зону восстановления оксидов азота. Изобретение позволяет повысить степень очистки дымовых газов и упростить технологию процесса. 3 з.п. ф-лы, 2 ил., 2 табл.

Изобретение относится к области очистки промышленных газовых выбросов от оксидов азота и может быть использовано для снижения содержания NOx в продуктах сгорания теплоэнергетических установок и газовых выбросах технологических агрегатов.

Известны способы некаталитической высокотемпературной очистки дымовых газов от оксидов азота с использованием в качестве восстановителя карбамида (Патент США N 4719092, кл. C 01 B 21/00 от 12.01.88; Патент Австрии N 390208, кл. B 01 D 53/34 от 10.04.90 и др.). Все эти способы основаны на взаимодействии продуктов термического разложения карбамида с оксидами азота, содержащимися в очищаемом газе, при температуре 700-1200^oC с максимальной эффективностью очистки в диапазоне температур 900-1100^oC.

Продуктами реакции восстановления оксида азота являются молекулярный азот, диоксид углерода и водяной пар: 2CO(NH₂)₂ + 4NO + O₂ --> 2CO₂ + 4N₂ + 4H₂O (1) К недостаткам указанных способов относится снижение степени очистки при уменьшении температуры ниже 900^oC, а также то, что карбамид используется в виде водного раствора определенной концентрации, который получают предварительным растворением твердого карбамида. Приготовление водного раствора карбамида требует использования специального технологического оборудования и значительных производственных площадей для его размещения. Оборудование должно размещаться в обогреваемых помещениях в связи с тем, что водный раствор карбамида замерзает при отрицательных температурах окружающей среды. Это усложняет технологическую схему очистки в целом и существенно увеличивает затраты на реализацию процесса очистки.

Наиболее близким к предлагаемому является способ, сущность которого состоит в предварительной термообработке и испарении водного раствора карбамида соответственно при температурах 60-150^oC и 100-350^oC и введении образующейся восстанавливающей смеси в поток очищаемых газов, температура которых находится в пределах от 700 до 1200^oC (Патент РФ N 2040737, кл. F 23 J 15/00 от 10.08.92).

Указанные выше недостатки, связанные с использованием для восстановления оксидов азота водного раствора карбамида, характерны и для данного способа очистки.

Задачей настоящего изобретения является повышение степени очистки дымовых газов, а также упрощение технологии процесса за счет исключения технологической операции приготовления раствора карбамида и улучшение, тем самым, технико-экономических показателей процесса.

Поставленная задача решается предлагаемым способом очистки дымовых газов от оксидов азота, включающим обработку дымовых газов при температуре 700-1200^oC продуктами термического разложения карбамида, в котором согласно изобретению для обработки используют продукты термического разложения карбамида, полученные при нагревании твердого карбамида вне зоны восстановления оксидов азота при одновременном продувании слоя твердого карбамида газом-носителем и последующем введении образованной газовой смеси в зону восстановления оксидов азота.

В предпочтительных вариантах: используют продукты термического разложения карбамида, полученные при нагревании твердого карбамида до температуры 50-200^oC; нагрев твердого карбамида осуществляют газом-носителем, имеющим температуру выше температуры разложения карбамида на 10-50^oC; в качестве газа-носителя используют воздух или азот, или дымовые газы, или водяной пар, или их смесь.

Способ осуществляют следующим образом.

Термическую обработку твердого карбамида ведут при температуре 50-200^oC, без предварительного растворения его в воде, а продукты термического разложения карбамида подают в зону восстановления оксидов азота с помощью газа-носителя, в качестве которого могут служить воздух или азот, или дымовые газы, или водяной пар, или их смесь. Термическая обработка твердого карбамида может осуществляться горячим газом-носителем, имеющим температуру выше температуры разложения карбамида на 10-50^oC, или с помощью электронагрева.

Конечными продуктами термического разложения твердого карбамида являются аммиак и изоциановая кислота: CO(NH₂)₂ = NH₃ + HNCO, которые избирательно восстанавливают оксиды азота при температуре 700-1200^oC.

Предлагаемый принцип проведения процесса позволяет значительно упростить технологическую схему очистки дымовых газов, так как из нее исключается узел приготовления раствора карбамида, включающий в себя баки-растворители, насосное хозяйство и связанное с ними технологическое оборудование. Кроме того, экспериментально был установлен новый эффект, заключающийся в том, что процесс восстановления оксидов азота продуктами термического разложения твердого карбамида в области низких температур (700-900^oC) протекает с более высокой эффективностью, чем процесс восстановления с использованием продуктов термического разложения водного раствора карбамида (фиг. 1). При использовании продуктов термического разложения водного раствора карбамида эффективность очистки газов в этом температурном интервале составляет не более 55%; при использовании твердого карбамида эффективность очистки возрастает до 90%. Предположительно это связано с изменением соотношения составляющих компонентов продуктов разложения (аммиака и изоциановой кислоты).

Поскольку температура дымовых газов теплоагрегатов зависит от их нагрузки, при работе агрегатов с переменной нагрузкой температура очищаемых газов часто бывает ниже оптимальной, соответствующей максимальной эффективности восстановления оксидов азота с использованием в качестве восстановителя продуктов термического разложения раствора карбамида. В этих случаях эффективность очистки газов с использованием продуктов термического разложения водного раствора карбамида становится недостаточной.

Таким образом, при использовании для восстановления оксидов азота карбамида в твердом виде, исключая стадию его растворения, возможно расширение температурного диапазона эффективного протекания процесса, что дает возможность использовать прелагаемый метод для очистки газов тепловых агрегатов, работающих с переменной нагрузкой.

На фиг. 2 приведена принципиальная схема установки, позволяющей реализовать предлагаемый способ очистки дымовых газов от оксидов азота. Твердый карбамид подается в устройство 1 для термического разложения, в котором поддерживается температура, обеспечивающая выделение восстановителей в количестве, необходимом для восстановления оксидов азота. В это же устройство подается газообразный носитель, обеспечивающий необходимые газодинамические параметры истечения восстановителей смеси в поток очищаемых газов. Смесь продуктов термического разложения твердого карбамида с газом-носителем с помощью распределительных устройств 2 подается в зону теплоагрегата 3, где температура дымовых газов находится в диапазоне 700-1200^oC.

Ниже приведены примеры очистки газов от оксидов азота предлагаемым способом.

Пример 1. Твердый карбамид в количестве 1,5 г размещают в электрическом нагревателе, где поддерживают температуру 50-200^oC. Через нагреватель пропускают смесь газов, содержащую азот, кислород и оксиды азота. После нагревателя газовая смесь поступает в термостатированный кварцевый реактор, температуру в котором изменяют в диапазоне 700-1100^oC. Расход смеси составляет 120 л/ч. Содержание NOx на входе в реактор - 110 ppm. Содержание кислорода 7,8 об. %. Остальное - азот. Время пребывания газовой смеси в зоне реакции 0,5 с. Содержание оксидов азота в исследуемой газовой смеси измеряют на входе и на выходе из установки. Результаты исследований приведены в табл. 1.

Пример 2. Эксперимент проводят в условиях, идентичных приведенным в примере 1. Температура нагрева твердого карбамида составляет 100^oC. Для сопоставления эффективности восстановления оксидов азота с использованием продуктов термического разложения твердого карбамида и эффективности процесса в тех же условиях с применением продуктов термического разложения водного раствора карбамида параллельно проводят эксперименты с подачей в реактор водного раствора карбамида в количестве, достаточном для восстановления NOx. Результаты исследований приведены в табл. 2.

Как видно из представленных данных, предлагаемый способ очистки дымовых газов от оксидов азота с использованием в качестве восстановителя твердого карбамида, предварительно нагретого до температуры 50-200^oC, и вводом продуктов термического разложения карбамида в поток очищаемых газов с температурой 700-1200^oC с помощью газа носителя является эффективным и обеспечивает высокую степень очистки в широком диапазоне изменения температуры газов и, следовательно, при различных нагрузках теплоагрегатов. Технология предлагаемого способа значительно упрощается по сравнению с прототипом, так как исключается необходимость создания узла приготовления раствора карбамида.

Формула изобретения

1. Способ очистки дымовых газов от оксидов азота, включающий обработку дымовых газов при 700 - 1200^oC продуктами термического разложения карбамида, отличающийся тем, что для обработки используют продукты термического разложения карбамида, полученные при нагревании твердого карбамида вне зоны восстановления оксидов азота при одновременном продувании слоя твердого карбамида газом-носителем и последующем введении образованной газовой смеси в зону восстановления оксидов азота.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют продукты термического разложения карбамида, полученные при нагревании твердого карбамида до 50 - 200^oC.

3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что нагрев твердого карбамида осуществляют газом-носителем, имеющим температуру выше температуры разложения карбамида на 10 - 50^oC.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве газа-носителя используют воздух, или азот, или дымовые газы, или водяной пар, или их смесь.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3