Способ селективной некаталитической очистки дымовых газов от оксидов азота

Изобретение относится к процессам селективной некаталитической очистки дымовых газов от оксидов азота и может быть использовано для снижения содержания оксидов азота в низкотемпературных дымовых газах от топливосжигающих установок. Способ селективной некаталитической очистки дымовых газов от оксидов азота включает подачу в поток отходящих дымовых газов с температурой 200-700°С газообразной восстановительной смеси, предварительно полученной совместным термическим разложением карбамида и пероксида водорода при температуре 150-500°С. Для получения газообразной восстановительной смеси используют либо водные растворы пероксигидрата мочевины или карбамида и пероксида водорода, либо пероксигидрат мочевины в твердом виде. Восстановительную газовую смесь подают с помощью газа-носителя, в качестве которого используют водяной пар, дымовые газы, сжатый воздух, азот. Концентрация водных растворов карбамида и пероксида водорода составляет 1-40 мас.% и 0,5-20 мас.%. Результат изобретения: повышение эффективности очистки дымовых газов от оксидов азота при низких температурах без образования вторичных загрязнителей. 3 з.п. ф-лы, 3 табл.

 

Изобретение относится к процессам некаталитической очистки дымовых газов от оксидов азота (NO_x) и может быть использовано для снижения содержания NO_x в низкотемпературных дымовых газах от топливоиспользующих установок.

Известно, что восстановителями для процесса селективного некаталитического восстановления NO_x могут служить карбамид, аммиак, соли аммония, изоциановая кислота и другие аминосодержащие соединения (US №3,900,554, US №4,208,386).

Из большого числа возможных восстановителей NO_x практическое значение имеют аммиак и карбамид, причем карбамид является более предпочтительным с точки зрения экологической безопасности процесса.

Оптимальная температура процесса некаталитической очистки газов с использованием карбамида находится в достаточно узком диапазоне (900-1000°С) (US №4,208,386).

Существует ряд тепловых агрегатов, в которых зона камеры сгорания, где температура дымовых газов оптимальна для процесса некаталитической очистки, недоступна для ввода восстановителя. Это двигатели внутреннего сгорания, дизельные двигатели, газотурбинные и газомоторные установки, технологические печи. Известно также, что в процессе эксплуатации тепловых агрегатов происходят значительные колебания тепловой нагрузки. В случае снижения температуры дымовых газов в зоне ввода восстановителя снижается эффективность процесса некаталитической очистки дымовых газов от оксидов азота.

Для решения этой проблемы используют добавки к восстановителю, снижающие температуру процесса восстановления NO_x, например кислородсодержащие органические соединения: альдегиды, кетоны, этиленгликоль и др. (US №4,719,092), гуанидин, меламин, фурфурол, цианамид кальция, метилфенолы и др. (US №4,751,065, US №4,770,863, US №4,927,612), а также ввод восстановителя в топку теплового агрегата на нескольких уровнях (US №4,777,024, US №4,863,704, US №5,057,293).

Однако ввод вышеуказанных добавок, снижающих температуру процесса восстановления NO_x, как правило, не обеспечивает достаточной эффективности процесса очистки при пониженных температурах, а ввод восстановителя на нескольких уровнях усложняет технологический процесс.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ селективной некаталитической очистки дымовых газов в области низких температур от NO_x с использованием карбамида и различных кислородсодержащих добавок - окислителей (US №4,119,702, 10.10.1978), согласно которому окислитель в смеси с водным раствором карбамида вводится в поток очищаемых дымовых газов.

В качестве окислителей используют озон, азотную кислоту, пероксид водорода, диоксид хлора (ClO₂), хлорную кислоту, хлорноватокислый натрий, гипохлорит натрия и т.д.

Использование окислителей в качестве добавок к водному раствору карбамида позволяет проводить процесс селективного восстановления оксидов азота в диапазоне температур 200-800°С.

Недостатками данного способа являются возможность образования опасных вторичных загрязнителей в процессе очистки газов от оксидов азота с использованием хлорсодержащих окислителей и низкая степень очистки газов от оксидов азота при использовании в качестве окислителя озона или пероксида водорода. Согласно приведенным в указанном патенте примерам конкретного осуществления способа степень очистки газов от NO_x в диапазоне температур 400-700°С составляет 3-15% при использовании в качестве добавки пероксида водорода и 0-30% - при использовании озона.

Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности очистки дымовых газов от NO_x при низких температурах (200-700°С) без образования вторичных загрязнителей.

Поставленная задача решается способом селективной некаталитической очистки дымовых газов от оксидов азота, включающим подачу в газоход топливосжигающего агрегата с температурой потока отходящих дымовых газов 200-700°С газообразной восстановительной смеси, предварительно полученной совместным термическим разложением карбамида и пероксида водорода при температуре 150-500°С, причем для получения газообразной восстановительной смеси используют либо водные растворы пероксигидрата мочевины или карбамида и пероксида водорода, либо пероксигидрат мочевины в твердом виде.

Задача решается также тем, что для получения газообразной восстановительной смеси используют водные растворы карбамида и пероксида водорода следующих концентраций: карбамида - 1-40 мас.%, пероксида водорода - 0,5-20 мас.%.

А также тем, что газообразную восстановительную смесь подают в поток дымовых газов, имеющих преимущественно температуру 300-600°С.

Задача решается также тем, что восстановительную газовую смесь подают с помощью газа-носителя, в качестве которого используют водяной пар, дымовые газы, сжатый воздух, азот.

Сущность заявленного изобретения заключается в следующем.

Для приготовления газообразной восстановительной смеси используют мочевину и пероксид водорода. Эти компоненты могут быть использованы либо в виде смеси их водных растворов, либо в виде водного раствора пероксигидрата мочевины, имеющую формулу (СО(NH₂)₂·H₂O₂) (ТУ 6-00-04691277-186-97), либо в виде исходного (твердого) пероксигидрата мочевины.

Исходный карбамид и пероксид водорода (в виде либо твердого пероксигидрата мочевины, либо его водного раствора, либо смеси водных растворов карбамида и пероксида водорода) переводят в газообразную форму путем их термического разложения при температуре 150-500°С. При использовании водных растворов мочевины и H₂O₂ их исходная концентрация составляет, соответственно, 1-40 мас.% и 0,5-20 мас.%. Полученную газовую восстановительную смесь либо непосредственно, либо с помощью газа-носителя (в качестве которого могут быть использованы водяной пар, дымовые газы, сжатый воздух, азот) вводят в поток очищаемых дымовых газов с температурой 200-700°С в количестве, достаточном для восстановления содержащихся в них оксидов азота.

Ниже приведены примеры очистки газов от оксидов азота, иллюстрирующие изобретение, не ограничивая его.

Пример 1.

В кварцевый реактор диаметром 20 мм, помещенный в электрическую печь, непрерывно подавали со скоростью 180 л/час исходную смесь газов, содержащую азот, кислород и оксид азота (NO). Содержание кислорода в данной смеси 6.5 об.%, содержание оксида азота указано в таблице, остальное - азот.

В реактор в поток очищаемого газа непрерывно подавали с помощью водяного пара (в качестве газа-носителя) восстановительную газовую смесь, предварительно полученную термическим разложением смеси 1%-ного водного раствора карбамида и 0,5%-ного водного раствора пероксида водорода, взятых в соотношении 1:1, при температуре 300°С. Расход смеси растворов составлял 20 мл/час. Результаты экспериментов приведены в таблице 1.

Таблица 1.
Температура в реакторе, °С	Концентрация NO на входе, ppm	Концентрация NO на выходе, ppm	Степень очистки, %
200	78	69	11
280	83	54	35
390	68	33	51
460	75	19	75
510	60	26	56
570	67	31	53
640	72	40	45

Пример 2.

В реактор в поток очищаемой газовой смеси подавали восстановительную газовую смесь, полученную в результате термического разложения пероксигидрата мочевины (в виде 1,5 мас.% водного раствора) при температуре 150°С. Расход раствора 20 мл/час. Остальные условия эксперимента аналогичны охарактеризованным в примере 1. Результаты экспериментов приведены в таблице 2.

Таблица 2
Температура в реакторе, °С	Концентрация NO на входе, ppm	Концентрация NO на выходе, ppm	Степень очистки, %
400	72	33	54
450	65	14	78
500	68	24	65
550	75	32	58
600	70	37	47

Пример 3.

Состав и расход исходной газовой смеси аналогичны приведенным в примере 1.

К исходной смеси газов в реактор добавляют восстановительную газовую смесь, полученную в результате термического разложения твердого пероксигидрата мочевины при температуре 180°С. Расход пероксигидрата мочевины составляет 0,2 г/ч. Результаты экспериментов приведены в таблице 3.

Таблица 3.
Температура в реакторе, °С	Концентрация NO на выходе, ppm	Концентрация NO на выходе, ppm	Степень очистки, %
250	74	10	86
280	67	9	87
350	86	9	89
390	70	8	89
460	62	6	90
580	76	7	91

1. Способ селективной некаталитической очистки дымовых газов от оксидов азота, включающий подачу в поток отходящих дымовых газов с температурой 200-700°С газообразной восстановительной смеси, предварительно полученной совместным термическим разложением карбамида и пероксида водорода при температуре 150-500°С, причем для получения газообразной восстановительной смеси используют либо водные растворы пероксигидрата мочевины или карбамида и пероксида водорода, либо пероксигидрат мочевины в твердом виде.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют водные растворы карбамида концентраций 1-40 мас.%, перекиси водорода 0,5-20 мас.%.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что газообразную восстановительную смесь подают в поток дымовых газов, имеющих преимущественно температуру 300-600°С.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что восстановительную газовую смесь подают с помощью газа-носителя, в качестве которого используют водяной пар, дымовые газы, сжатый воздух, азот.