СПОСОБ ОЧИСТКИ ДЫМОВЫХ ГАЗОВ ОТ ОКСИДОВ АЗОТА
METHOD OF REMOVING NITROGEN OXIDES FROM FLUE GASES

x
x
Изобретение относится к процессам некаталитической очистки дымовых газов от оксидов азота (NO) и может быть использовано для снижения содержания NO в дымовых газах топливосжигающих установок любой мощности и назначения.
Известно, что восстановителями для процесса селективного некаталитического восстановления оксидов азота могут служить карбамид, аммиак, соли аммония, изоциановая кислота и другие аминосодержащие соединения (US №3900504, US №4208386, US №4726302).
Недостатками указанных способов являются низкая эффективность процесса очистки отходящих газов от оксидов азота, присутствие в очищенных газах вторичного загрязнителя - аммиака, а также ограниченный температурный интервал, внутри которого протекает процесс более эффективной очистки газов от оксидов азота.
Из большого числа возможных восстановителей оксидов азота практическое значение имеют аммиак и карбамид, причем карбамид является более предпочтительным с точки зрения экологической безопасности процесса (RU №2271856, 2006).
Оптимальная температура процесса некаталитической очистки газов с использованием карбамида находится в достаточно узком диапазоне 900-1000°С (US №4208386, US №4726302, RU №2271856).
Однако существует ряд тепловых агрегатов, в которых зона камеры сгорания, где температура дымовых газов оптимальна для процесса некаталитической очистки, недоступна для ввода восстановителя, а температура дымовых газов на выходе из теплоагрегата составляет 300-500°С. 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 и эффективность процесса некаталитической очистки дымовых газов от оксидов азота.
Для возможности проведения процесса восстановления оксидов азота при более низкой температуре используют добавки к восстановителю, например кислородсодержащие органические соединения: альдегиды, кетоны, этиленгликоль и др. (US №4719092), гуанидин, меламин, фурфурол, цианамид кальция, метилфенолы и др. (US №4751065, US №4770863, US №4927612), а также озон, азотную кислоту, пероксид водорода, диоксид хлора, хлорную кислоту, хлорноватокислый натрий, гипохлорит натрия и др. (US №4119702, 1978, RU №2314861, US №4213944, 1980).
Использование указанных добавок к водному раствору карбамида позволяет проводить процесс селективного восстановления оксидов азота в диапазоне температур 200-800°С.
Недостатками вышеперечисленных способов очистки с использованием добавок являются возможность образования опасных вторичных загрязнителей в процессе очистки газов от оксидов азота, а также недостаточно высокая степень очистки газов от оксидов азота.
Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ некаталитической очистки дымовых газов, описанный в патенте US №4119702, 1978.
Согласно указанному способу очистку дымовых газов от оксидов азота проводят в присутствии водного раствора мочевины и кислородсодержащих добавок, в частности озона при температуре 200-800°С.
Однако согласно приведенным в патенте примерам конкретного осуществления способа степень очистки газов от оксидов азота с использованием озона в диапазоне температур 400-700°С составляет 0-30%.
Таким образом, недостаток способа заключается в низкой степени очистки дымовых газов.
Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности очистки дымовых газов от оксидов азота и расширение температурного диапазона эффективной очистки газов.
Поставленная задача решается способом очистки дымовых газов от оксидов азота, заключающимся в том, что осуществляют контактирование водного раствора карбамида с перегретым водяным паром при температуре 150-500°С, давлении 3-10 атм, в течение 0,5-5,0 с, полученную парогазовую восстановительную смесь смешивают с озоновоздушной или озонокислородной смесью и продукт смешения подают в поток дымовых газов с температурой 150-1000°С, при этом массовое отношение озон:карбамид составляет 0,01-1,0.
Предпочтительно продукт смешения подают в поток дымовых газов, имеющих температуру 250-450°С.
Предпочтительно также время пребывания продукта смешения в потоке дымовых газов составляет 0,2-1,0 с.
Продукт смешения возможно подавать газом-носителем, выбранным из группы, содержащей воздух, водяной пар, дымовые газы, инертные газы или их смесь.
Достигаемый технический результат заключается в повышении степени очистки дымовых газов от оксидов азота в широком диапазоне температур.
Сущность заявленного изобретения заключается в следующем.
Для приготовления газообразной восстановительной смеси используют водный раствор карбамида в количестве, достаточном для восстановления содержащихся в дымовых газах оксидов азота. Исходный раствор карбамида переводят в парогазовую фазу путем его термического разложения при температуре 150-500°С, давлении 3-10 атм, в течение 0,5-5,0 с. К полученной парогазовой восстановительной смеси добавляют озоносодержащую, а именно озоновоздушную или озонокислородную смесь, и продукт смешения вводят с помощью газа-носителя в поток очищаемых дымовых газов с температурой 150-1000°С, предпочтительно 250-450°С. Массовое отношение озон:карбамид составляет 0,01-1,0. Время пребывания продукта смешения в потоке дымовых газов составляет 0,2-1,0 с. В качестве газа-носителя могут быть использованы водяной пар, дымовые газы, сжатый воздух, азот, инертные газы или их смесь.
Проведение процесса согласно изобретению обеспечивает получение неожиданного результата, заключающегося в резком повышении степени очистки дымовых газов за счет введения вышеуказанной озоносодержащей смеси непосредственно в парогазовую восстановительную смесь, полученную по вышеописанной технологии.
Ниже приведены примеры, иллюстрирующие, но не ограничивающие описываемое изобретение.
Пример 1.
2
В кварцевый реактор диаметром 20 мм, помещенный в электрическую печь, подают со скоростью 210 л/ч исходную смесь газов, имитирующую дымовые газы и содержащую азот, кислород, оксиды азота (NO и NO). Содержание кислорода в смеси составляет 10 об.%, содержание оксидов азота указано в табл.1, остальное - азот. Восстановительную парогазовую смесь, полученную термическим разложением 0,5%-ного водного раствора карбамида смешивают с озоновоздушной смесью. Коэффициент расхода карбамида по отношению к оксидам азота составляет 1,5. Массовое отношение озон:карбамид составляет 0,02. Время пребывания газовой смеси в потоке очищаемого дымового газа, в зоне реакции, составляет 1 с. Результаты экспериментов приведены в табл.1.
Таблица 1
Т, °C
Концентрации на входе в реактор, ppm
Концентрации на выходе из реактора, ppm
Степень восстановления NO<sub>x</sub>, %
NO<sub>2</sub>
NO
NO<sub>x</sub>
NO<sub>2</sub>
NO
NO<sub>x</sub>
158
95
167
263
30
192
222
15,52
226
95
164
258
82
0
82
68,26
253
96
164
260
27
0
27
89,61
293
93
164
258
3
0
3
98,84
328
93
164
258
2
0
2
99,22
353
93
164
258
2
0
2
99,22
400
93
164
258
3
1
4
98,45
426
93
164
258
2
4
6
97,67
515
93
164
258
1
14
15
94,18
625
93
164
258
0
21
21
91,85
720
93
164
258
1
25
26
89,91
820
93
164
258
1
14
15
94,18
915
93
164
258
1
8
9
96,51
1000
87
164
251
1
26
27
89,25
Пример 2.
Условия проведения эксперимента аналогичны условиям, приведенным в примере 1, за исключением следующих:
- скорость подачи исходной смеси газов - 660 л/ч;
- содержание кислорода в смеси - 15 об.%;
- массовое отношение озон:карбамид составляет 0,2;
- время пребывания газовой смеси в зоне реакции - 0,32 с.
Результаты экспериментов приведены в табл.2.
Таблица 2
Т, °С
Концентрации на входе в реактор, ppm
Концентрации на выходе из реактора, ppm
Степень восстановления NO<sub>x</sub>, %
NO<sub>2</sub>
NO
NO<sub>x</sub>
NO<sub>2</sub>
NO
NO<sub>x</sub>
180
166
18
184
64
0
64
24,75
260
162
18
179
35
0
35
80,50
308
176
17
193
4
0
4
97,93
363
163
17
180
6
0
6
96,66
417
166
16
183
2
34
36
95,46
517
172
17
189
10
18
28
85,19
545
173
17
190
9
0
9
95,25
622
172
17
190
9
4
13
93,14
721
172
17
189
14
29
43
77,26
822
172
17
189
10
26
36
80,96
912
172
17
189
2
11
13
84,96
960
176
17
193
2
17
19
80,10
Пример 3.
Условия проведения эксперимента аналогичны условиям, приведенным в примере 1, за исключением следующих:
- скорость подачи исходной смеси газов - 420 л/ч;
- содержание кислорода в смеси - 20 об.%;
- массовое отношение озон:карбамид составляет 0,9;
- время пребывания газовой смеси в зоне реакции - 0,5 с.
Результаты экспериментов приведены в табл.3.
Таблица 3
Т, °С
Концентрации на входе в реактор, ppm
Концентрации на выходе из реактора, ppm
Степень восстановления NO<sub>x</sub>, %
NO<sub>2</sub>
NO
NO<sub>x</sub>
NO<sub>2</sub>
NO
NO<sub>x</sub>
206
146
20
166
137
0
137
17,33
250
147
20
167
24
0
24
85,58
300
147
20
167
3
0
3
98,20
336
143
20
163
2
0
2
98,77
392
145
20
16
4
1
5
96,96
451
140
20
160
5
6
11
93,14
526
140
21
161
5
9
14
91,28
595
141
21
162
4
13
17
89,48
620
142
21
163
5
14
19
88,34
717
146
22
168
6
19
25
85,09
829
145
17
162
4
22
26
83,94
929
141
17
158
1
13
14
91,16
1010
141
19
160
1
32
33
89,38
Аналогичные результаты получают при использовании озонокислородной смеси.
Как видно из приведенных данных в результате проведения способа согласно изобретению степень очистки дымовых газов от оксидов азота достигает 99%, при этом высокая степень очистки наблюдается в широком температурном интервале (250-1000°С и выше).