Способ очистки дымовых газов от оксидов азота

Изобретение относится к области очистки дымовых газов и может быть использовано для снижения выбросов оксидов азота методом высокотемпературного селективного некаталитического восстановления. Способ включает подачу предварительно приготовленной парогазовой восстановительной смеси в газоход топливосжигающего агрегата с температурой потока очищаемых газов 700-1200°С, при этом парогазовую восстановительную смесь получают в подключенном к газоходу высокоскоростном реакторе в течение 0,5-5 сек путем введения в контакт водного раствора карбамида с перегретым паром при давлении 3-10 атм. Концентрация водного раствора карбамида составляет 20-40 мас.%. Время контакта водного раствора карбамида и перегретого пара преимущественно составляет 0,5-2 сек. Давление в реакторе преимущественно составляет 3-6 атм. Температура перегретого пара составляет 200-400°С. Изобретение позволяет упростить технологическую схему очистки отходящих газов от оксидов азота, повысить степень очистки газа в широком диапазоне температур очищаемых продуктов сгорания, а также существенно снизить количество вторичного загрязнителя - аммиака, в очищенных газах. 4 з.п. ф-лы, 1 ил., 2 табл.

 

Изобретение относится к области очистки дымовых газов и может быть использовано для снижения выбросов оксидов азота с продуктами сгорания топливосжигающих агрегатов методом высокотемпературного селективного некаталитического восстановления оксидов азота с использованием карбамида (мочевины).

Известны способы селективной некаталитической высокотемпературной очистки дымовых газов (СНКВ) от оксидов азота US №4208386, C1 423/235, 1980 [1]; US №4325924, C1 423/235, 1982 [2], использующие для этой цели карбамид. Карбамид может инжектироваться в очищаемый газовый поток с температурой, превышающей 1300°F (причем преимущественно температура очищаемых газов не должна превышать 1900 [1] - 2500°F [2]), в виде сухого порошка, расплава или его раствора в одном растворителе или смеси растворителей.

Недостатками указанных способов являются низкая эффективность процесса очистки отходящих газов от оксидов азота, высокое содержание в очищенных газах вторичного загрязнителя - аммиака, а также ограниченный температурный интервал, внутри которого протекает процесс более эффективной очистки газов от оксидов азота.

В ряде патентов, в том числе и в вышеупомянутых, для повышения эффективности процесса очистки газов от оксидов азота с использованием карбамида предлагается использовать вместе с карбамидом ряд иных восстанавливающих химических веществ (US №4751065, C1 423/235 1988; US №4844878, C1 423/235, 1989; US №4888165, C1 423/235, 1989).

Недостатками указанных способов являются также низкая эффективность процесса очистки отходящих газов от оксидов азота, высокое содержание в очищенных газах вторичного загрязнителя - аммиака, а также ограниченный температурный интервал, внутри которого протекает процесс наиболее эффективной очистки газов от оксидов азота.

Совершенствование процесса очистки газов от оксидов азота с использованием карбамида в направлении повышения эффективности процесса и снижения выброса вторичных загрязнителей, основным из которых является аммиак, описано в патентах: US №4777024, US C1 423/235, 1988; US №4780289, US C1 423/235, 1988. При добавлении различных химических веществ удалось достигнуть содержания аммиака в очищенных газах 30-90 ppm.

Недостатком указанных способов является необходимость ввода дополнительных химических реагентов, а также недостаточно высокая эффективность процесса по отношению к очистке газов от оксидов азота (до 50-60%).

Известен способ очистки дымовых газов от оксидов азота Патент US №5240688, US C1 423/235, 1993, заключающийся в том, что в поток очищаемых газов вводятся продукты гидролиза карбамида, причем в данном патенте указано, что для гидролиза карбамида используется ее водный раствор, сам процесс гидролиза проводят при температуре 300-500°F и в течение, по крайней мере, не менее трех минут (для фактически полного протекания реакции гидролиза мочевины время должно составлять не менее шести минут) с образованием, по крайней мере, одного из далее перечисленных продуктов, или же их смесей: карбамата аммония, карбоната аммония, бикарбоната аммония и аммиака. Скорость гидролиза может быть увеличена путем проведения реакции под повышенным давлением (1200-1500 psi), либо введением в нейтральный водный раствор мочевины гидролизующих агентов - веществ, изменяющих рН водного раствора карбамида. Возможно также использование для очистки отходящих газов от оксидов азота композиций, включающих в свой состав, помимо продуктов гидролиза карбамида, ряд органических соединений, что позволяет удовлетворительно очищать от оксидов азота отходящие газы с более низкой температурой.

Недостатками данного способа являются также низкая степень очистки отходящих газов от оксидов азота, а также использование дополнительных реагентов, которые бы увеличивали эффективность данной очистки.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ очистки дымовых газов от оксидов азота по патенту РФ №2040737, кл. F 23 J 15/00, 1992, согласно которому очистку продуктов сгорания топливосжигающих агрегатов от оксидов азота осуществляют путем впрыскивания в зону отходящих газов с температурой 700-1200°С парогазовой восстанавливающей смеси, предварительно полученной в результате термогидролиза мочевины в ее водном растворе при температуре 60-150°С с последующим испарением реакционной смеси при температуре 100-350°С с помощью перегретого пара. Процессы термогидролиза и испарения полученной в результате термогидролиза восстанавливающей смеси осуществляют в последовательно расположенных реакторах.

Недостатками указанного способа являются недостаточная эффективность очистки отходящих газов от оксидов азота в широком интервале температур очищаемых газов, загрязнение отходящих газов вторичным загрязнителем - аммиаком, а также сложность технологического процесса получения восстанавливающей смеси.

Задачей изобретения является упрощение технологической схемы очистки отходящих газов от оксидов азота, повышение степени очистки газа в широком диапазоне температур очищаемых продуктов сгорания, а также существенное снижение количества вторичного загрязнителя - аммиака, в очищенных газах.

Задача по изобретению решается тем, что в способе селективной некаталитической очистки дымовых газов от оксидов азота, включающем подачу предварительно полученной парогазовой восстановительной смеси в газоход топливосжигающего агрегата в поток очищаемых газов с температурой 700-1200°С, согласно изобретению парогазовую восстановительную смесь получают в подключенном к газоходу высокоскоростном реакторе путем введения в контакт в течение 0,5-5 с водного раствора карбамида с перегретым паром при давлении 3-10 атм.

Задача решается также тем, что концентрация водного раствора карбамида составляет 20-40 мас.%, давление преимущественно составляет 3-6 атм, а температура перегретого пара 200-400°С.

Задача решается также тем, что в качестве газа-носителя, равномерно распределяющего восстановительную смесь в потоке очищаемых газов, используют воздух, водяной пар, дымовые газы.

Сущность заявленного изобретения заключается в следующем.

Принципиальная технологическая схема процесса селективной некаталитической высокотемпературной очистки дымовых газов от оксидов азота показана на чертеже.

В высокоскоростной реактор 1 по линии 2 подают водный раствор карбамида с концентрацией 20-40 мас.%, по линии 3 подают перегретый пар с температурой 200-400°С. Расход раствора карбамида определяется объемом очищаемых газов и концентрацией в них оксидов азота. Расход перегретого пара зависит от расхода раствора карбамида и может составлять 15-30 кг на 1 кг раствора. В высокоскоростном реакторе под давлением 3-10 атм происходит контакт водного раствора мочевины и перегретого пара в течение 0,5-5,0 с, в результате которого протекает термическое разложение карбамида и испарение продуктов разложения с образованием парогазовой восстановительной смеси, которую через сопловые устройства 4, подключенные к выходу высокоскоростного реактора, с помощью линии подачи 5 газа-носителя вводят в газоход 6, температура газового потока в котором находится на уровне 700-1200°С.

Следующие примеры только иллюстрируют изобретение, но не ограничивают его.

Пример 1 (прототип). Паровой котел паропроизводительностью 100 т/ч работал в режиме 50%-ной нагрузки. Процесс очистки дымовых газов проводился парогазовой восстановительной смесью, полученной предварительным термогидролизом 20%-ного водного раствора мочевины и последующим испарением образовавшихся веществ. Испарение обеспечивалось путем добавления перегретого пара с температурой 250°С и давлением 5 атм. Результаты испытаний приведены в таблице 1.

Таблица 1
Режим	Температура газов в зоне ввода карбамида, °С	Содержание NOx, мг/м3	Степень очистки, %	Содержание NH3 после очистки, мг/м3
До ввода карбамида	После ввода карбамида
1	1006	181	54	70	26
2	1006	131	32	76	21
3	1006	121	38	69	19

Пример 2. Процесс очистки дымовых газов осуществлялся на мусоросжигательном котле. Объем очищаемых газов 40000 нм³/ч. В качестве восстановителя использовался водный раствор карбамида с концентрацией 40 мас.%. Расход раствора карбамида составлял 10-20 кг/ч. Процесс очистки дымовых газов осуществлялся парогазовой восстановительной смесью, предварительно полученной в высокоскоростном реакторе путем введения в контакт в течение 1 сек 40%-ного водного раствора карбамида и перегретого водяного пара с температурой 250°С и давлением 5 атм. Расход перегретого пара составлял 300-600 кг/ч. Результаты испытаний приведены в таблице 2.

Таблица 2
Режим	Температура газов в зоне ввода карбамида, °С	Содержание NOx, мг/м3	Степень очистки, %	Содержание NH3 после очистки, мг/м3
До ввода карбамида	После ввода карбамида
1	990	289	35	88	2
2	950	314	50	84	5
3	860	295	89	70	11
4	1010	288	32	89	2
5	870	291	81	72	10
6	960	300	41	86	4
7	840	280	92	67	13
8	890	266	67	75	9

Сравнительный анализ результатов очистки отходящих дымовых газов от оксидов азота по прототипу и по изобретению показал значительное повышение степени очистки газов, а также расширение температурного интервала эффективного протекания процесса при использовании способа по изобретению. Кроме того, в очищенных газах существенно снижается концентрация вторичного загрязнителя - аммиака.

1. Способ селективной некаталитической очистки дымовых газов от оксидов азота, включающий подачу предварительно приготовленной парогазовой восстановительной смеси в газоход топливосжигающего агрегата с температурой потока очищаемых газов 700-1200°С, отличающийся тем, что парогазовую восстановительную смесь получают в подключенном к газоходу высокоскоростном реакторе в течение 0,5-5 с путем введения в контакт водного раствора карбамида с перегретым паром при давлении 3-10 атм.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что концентрация водного раствора карбамида составляет 20-40 мас.%.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что время контакта водного раствора карбамида и перегретого пара преимущественно составляет 0,5-2 с.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что давление в реакторе преимущественно составляет 3-6 атм.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что температура перегретого пара составляет 200-400°С.