СПОСОБ ОЧИСТКИ ДЫМОВЫХ ГАЗОВ ОТ ТОКСИЧНЫХ ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ ТОПЛИВА Российский патент 1998 года по МПК B01D53/56 B01D53/50 B01D53/75 

Изобретение относится к области очистки дымовых газов и может быть использовано в различных теплоэнергетических агрегатах.

Известен высокотемпературный способ очистки дымовых газов от оксидов азота обработкой водным раствором карбамида при температуре выше 1000^oC, взятом в количестве, достаточном для восстановления оксидов азота. Степень очистки от оксидов азота в зависимости от условий проведения процесса составляет 35 100% [1]
Наиболее близким аналогом является способ очистки дымовых газов от оксидов азота, включающий обработку этих газов при 700 1200^oC мочевиной или ее производными, преимущественно в форме водных растворов, которые сначала впрыскивают в поток воздуха или пара, а затем эту смесь вводят в поток отходящих газов [2]
Недостатками известного способа является то, что он не позволяет очистить дымовые газы от других токсичных компонентов, в частности оксидов серы.

Задачей настоящего изобретения является разработка способа очистки дымовых газов, позволяющего удалить из них не только оксиды азота, но и оксиды серы.

Поставленная задача решается предлагаемым способом очистки дымовых газов от токсичных продуктов сгорания топлива, включающим обработку дымовых газов при температуре 850 1100^oC водным раствором аминосодержащего реагента, отличительная особенность которого состоит в том, что осуществляют дополнительную обработку дымовых газов водным раствором аминосодержащего реагента при температуре 300 800^oC, после чего производят нейтрализацию оксидом серы и поглощение продуктов нейтрализации при 40 90^oC.

Предпочтительно дополнительную обработку дымовых газов аминосодержащим реагентом осуществлять при 500 700^oC.

Желательно нейтрализацию оксидов серы и поглощение продуктов нейтрализации осуществлять при 70 90^oC, причем использовать водный раствор сульфит-бисульфитных солей, образующихся в процессе нейтрализации оксидов серы.

Предлагаемый способ позволяет очистить дымовые газы от оксидов азота со степенью 85 90% и оксидов серы со степенью 90 95%
На чертеже приведена общая схема установки, позволяющей реализовать предлагаемый способ очистки дымовых газов от оксидов азота и серы.

Раствор аминосодержащего реагента концентрацией 10 40% по массе смешивается с паром и подается в высокотемпературную (850 1100^oC) зону энергоустановки 1 через распределительные сопла 2 для восстановления оксидов азота. В качестве аминосодержащего реагента можно использовать любые известные аминосодержащие восстановители, например, водный раствор карбамида, аммиака, карбоната аммония, оксалата аммония и другие соединения (наиболее широкое распространение среди аминосодержащих восстановителей находит карбамид).

Продуктами реакции восстановления являются молекулярный азот, диоксид углерода и водяной пар:
2CO(NH₂)₂ + 4NO + O₂ _→ 2CO₂ + 4H₂O (1)
Раствор аминосодержащего реагента, например карбамида для нейтрализации оксидов серы подается через форсунки 3 в зону, где температура дымовых газов составляет 300 800^oC, предпочтительно 500 700^oC. При этих температурах происходит термическое разложение карбамида, при котором выделяется аммиак. Дымовые газы, содержащие аммиак, с температурой 180 - 200^oC поступают в насадочный скруббер 4. В начальный период работы скруббер орошается водой, при этом температура газов снижается до требуемой величины 40 90^oC, предпочтительно 70 90^oC, и происходит процесс нейтрализации оксидов серы и растворения образующихся аммонийных солей:

После скруббера раствор с температурой 50 80^oC с помощью циркуляционного насоса 5 подается в теплообменный аппарат 6, где охлаждается до температуры 20 30^oC за счет нагрева воды, которая может использоваться, например, для горячего водоснабжения или для других целей. Далее раствор возвращается в цикл. Насыщение раствора происходит за счет его многократной циркуляции в качестве орошающей жидкости, причем по мере увеличения содержания солей эффективность поглощения оксидов серы повышается. При достижении достаточной для дальнейшей переработки концентрации аммонийных солей в растворе, часть его выводится из процесса, собирается в бак-накопитель 7 и направляется к потребителю. Количество орошающей жидкости, выводимой из процесса, восполняется за счет подпитки свежей водой. Дымовые газы с температурой 70 90^oC с помощью дымососа 8 выбрасываются в атмосферу.

Ниже приведены примеры очистки дымовых газов от оксидов азота и серы на печи термического обезвреживания жидких отходов.

Пример 1. В технологическую печь для термического обезвреживания подают 50 кг/ч раствора, содержащего 15% по массе сульфата аммония. В качестве топлива в печи используется природный газ. Расход газа 45 м³/ч. Общий объем дымовых газов на выходе из топки печи 700 м³/ч. Согласно данным аналитических замеров концентрация оксидов азота составляет 530 мг/м³, концентрация оксидов серы 2450 мг/м³. Температура дымовых газов на выходе из топки печи равна 960^oC.

В дымоход печи на выходе из топки подают раствор карбамида концентрацией 10% по массе в количестве 7 кг/ч, после чего содержание оксидов азота на выходе из печи снижается до 50 мг/м³. Содержание оксидов серы на выходе составляет 2300 мг/м³, концентрация аммиака 100 мг/м³.

Пример 2. В дымоход печи, описанной в примере 1, на выходе из топки при температуре 960^oC подается раствор карбамида концентрацией 10% по массе в количестве 7 кг/ч для восстановления оксидов азота. В зону дымохода, где температура дымовых газов составляет 700^oC, в поток продуктов сгорания вводят раствор карбамида концентрацией 10% по массе в количестве 20 кг/ч. Дымовые газы поступают в насадочный скруббер, орошаемый в пусковой период водой в количестве 3 м³/ч, а в дальнейшем раствором, образующимся в скруббере в результате связывания оксидов серы продуктами термического разложения карбамида и растворения образующихся сульфит-бисульфитных солей аммония. Температура газов в скруббере 70^oC. Результаты исследований приведены в таблице.

Таким образом, показана возможность осуществления процесса очистки дымовых газов от оксидов азота и серы с использованием одного и того же реагента, в данном случае карбамида, с эффективностью 85 90% по оксидам азота и 90 95% по оксидам серы.

При проведении процесса совместной очистки отмечено значительное сокращение содержания NH₃ в уходящих газах после второй стадии за счет участия непрореагировавшего в высокотемпературной стадии аммиака в реакциях нейтрализации оксидов серы.

Использование: для очистки дымовых газов различных теплоэнергетических агрегатов. Сущность способа состоит в обработке дымовых газов при температуре 850 - 1100^oC водным раствором, содержащим аминогруппу, причем согласно изобретению производят дополнительную обработку дымовых газов раствором аминосодержащего реагента при температуре 300 - 800^oC, после чего производят нейтрализацию оксидов серы и поглощение продуктов нейтрализации при 40 - 90^oC. В предпочтительном варианте дополнительную обработку дымовых газов аминосодержащим реагентом осуществляют при 500 - 700^oC, а нейтрализацию при 70 - 90^oC. Желательно при нейтрализации оксидов серы и поглощения продуктов нейтрализации использовать водный раствор сульфит-бисульфитных солей, образующихся в процессе нейтрализации оксидов серы. Предлагаемый способ позволяет осуществлять одновременную очистку дымовых газов от оксидов азота и оксидов серы со степенью очистки соответственно 85 - 90% и 90 - 95%. 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 ил.

1. Способ очистки дымовых газов от токсичных продуктов сгорания топлива, включающий обработку дымовых газов при 850 1100^oС водным раствором реагента, содержащего аминогруппу, отличающийся тем, что осуществляют дополнительную обработку дымовых газов водным раствором реагента, содержащего аминогруппу, при 300 800^oС, после чего проводят нейтрализацию оксидов серы и поглощение продуктов нейтрализации при 40 90^oС. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве реагента, содержащего аминогруппу, используют карбамид, аммиак, карбонат аммония или оксалат аммония. 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что при нейтрализации оксидов серы и поглощении продуктов нейтрализации используют водный раствор сульфит-бисульфитных солей, образующихся в процессе нейтрализации оксидов серы.