СПОСОБ ОБРАБОТКИ ДЫМОВОГО ГАЗА Российский патент 2002 года по МПК B01D53/56 C01C1/08 

Изобретение относится к способу обработки дымовых газов и, более конкретно, к способу очистки (кондиционирования) таких газов путем добавления аммиака. Более конкретно, это изобретение относится к способу очистки дымового газа путем добавления аммиака, где аммиак получают путем гидролиза мочевины.

Хорошо известно, что аммиак добавляют к дымовым газам, чтобы удалить, например, оксиды азота, которые образуются в процессе горения. Взаимодействие аммиака с оксидами азота в присутствии кислорода приводит к образованию азота и воды в соответствии со следующей реакцией:
2NН₃+NO+О₂-->3Н₂O+N₂.

Газообразный аммиак впрыскивают в поток дымового газа, который должен быть обработан с паром, полученным путем десорбционной обработки аммиака, содержащегося в водном растворе аммиака, где концентрация аммиака приблизительно равна 30% по массе. Водный раствор аммиака необходимо транспортировать от производящей установки к утилизирующей его установке, хранить, направлять к отпарной (десорбционной) установке, чтобы получить требуемый аммиак, затем остаточную воду, содержащую аммиак, необходимо нейтрализовать перед использованием.

Растворы аммиака в настоящее время классифицируют как токсичные материалы. Поэтому необходимо следовать некоторым конкретным правилам обращения с ними из-за высокой летучести аммиака и высокого уровня загрязнения им.

Чтобы избежать вышеупомянутых проблем, было предложено применение нетоксичных безвредных соединений, которые в условиях реакции могут давать аммиак. Для этой цели была использована мочевина, чтобы производить аммиак без образования какого-либо нежелательного побочного продукта. Применение мочевины в качестве агента для обработки дымовых газов разрешало проблемы, связанные с транспортировкой и хранением высоко токсичного материала; однако получение тонких частиц твердой мочевины и равномерное впрыскивание их в поток дымового газа все еще представляет существенные трудности.

ВUS-520688, Von Harpe, было предложено использовать в качестве источника аммиака, вместо твердой мочевины, продукты, полученные при гидролизе мочевины. Такие продукты гидролиза получают путем нагревания раствора мочевины. Продукты полного гидролиза, а именно карбонат аммония, карбамат аммония, бикарбонат аммония и аммиак, используют для восстановления NO_x. Однако простое нагревание концентрированного раствора мочевины не позволяет достичь удовлетворительного количества продуктов гидролиза. В указанном патенте раскрыто применение среды основного или кислотного характера или добавление катализатора. Однако применение катализатора или продуктов кислотного или основного характера может приводить к некоторым проблемам из-за присутствия указанного материала и в секции гидролиза, и в секции восстановления NO_x.

Согласно US-A-4168299, удаление продуктов гидролиза мочевины может быть достигнуто путем адсорбирования сжатого СО₂ в разбавленном растворе мочевины, затем десорбирования адсорбированного СО₂. В этом процессе используют разбавленный раствор мочевины и источник сжатого CO₂.

Одна цель данного изобретения - обеспечить способ кондиционирования дымового газа путем впрыскивания аммиака очень простым и жизнеспособным путем в поток указанных дымовых газов, который исключает проблемы, связанные с транспортировкой и хранением вредного материала.

Другая цель данного изобретения - обеспечить способ получения на месте газообразного аммиака, где указанный аммиак может быть использован без необходимости применения каких-либо особых правил безопасности и без какого-либо обязательства по обслуживанию, транспортировке и хранению больших объемов растворов аммиака и токсичного вредного материала, как этого требуют обычные процессы, ни чтобы удалить какой-либо отработанный раствор аммиака или предшественника аммиака.

Эти и другие цели данного изобретения достигаются способом кондиционирования дымового газа, в котором аммиак доставляют в поток указанного дымового газа, в котором мочевину растворяют в воде, получая раствор мочевины; нагревают и подвергают давлению указанный раствор мочевины, получая нагретый и имеющий избыточное давление раствор мочевины; гидролизуют растворенную мочевину в указанном нагретом и имеющем избыточное давление раствора мочевины, получая гидролизованный раствор, содержащий аммиак и диоксид углерода, отгоняют указанный аммиак и диоксид углерода из указанного гидролизованного раствора путем контактирования указанного гидролизованного раствора с паром, оставляя позади отпаренный гидролизованный раствор, добавляют указанные аммиак и диоксид углерода в указанный поток дымового газа и возвращают в цикл указанный отпаренный гидролизованный раствор для растворения указанной мочевины после доведения давления и температуры до величин, совместимых с подготовкой растворения мочевины.

Раствор мочевины, который должен быть гидролизован, содержит в пределах от около 10 до 70% мочевины по массе. Гидролиз мочевины предпочтительно проводят при температуре в пределах от около 100 до 233^oС и давлении в пределах от около 0,1•10³ кПа до 3,0•10³ кПа. Раствор гидролиза после отгонки газообразных продуктов гидролиза все еще содержит от около 1 до 5% по массе негидролизованной мочевины.

Устройство поясняется чертежом, который представляет схематическую диаграмму процесса в соответствии с одним воплощением этого изобретения.

Это изобретение теперь будет описано более подробно со ссылкой на чертеж и следующий экспериментальный пример. Чертеж и пример приведены, чтобы лучше пояснить изобретение и не должны толковаться как ограничивающие сферу его действия.

Как показано на чертеже, твердую мочевину в форме гранул или кристаллов вводят в бункер 1, имеющий достаточную емкость для осуществления непрерывного гидролиза по меньшей мере в течение одного дня. Мочевину через питатель 3 вальцового типа вводят в резервуар 4 для растворения, где получают раствор мочевины с концентрацией около 40%, используя водный конденсат из пределов батареи установки и/или возвращаемый в цикл отходящий конденсат, который также вводят в резервуар 4 для растворения. Операции растворения мочевины облегчают действием мешалки 5. Золотниковый клапан 2 может быть предусмотрен на выходе из бункера 1, если необходимо.

Полученный таким образом раствор мочевины и воды сжимают насосом 6 до рабочего давления аппарата для гидролиза и предварительно нагревают до температуры гидролиза посредством подогревателя 7. В соответствии с одним воплощением этого изобретения рабочие условия аппарата для гидролиза следующие:
Давление - 1,9•10³ кПа
Температура - 195^oС
Время пребывания - 40 мин
При этих условиях концентрация мочевины около 30-40% по массе в подаваемом материале снижается до около 1-5% по массе в гидролизованном растворе. Аммиак, образующийся во время процесса гидролиза, отгоняют из водного раствора посредством определенного количества пара, поступающего из пределов батареи и вспрыскиваемого в нижнюю часть устройства для гидролиза 8. Продукты гидролиза, содержащие насыщенный водой аммиак и диоксид углерода, подают в зону реакции через трубопровод 10. Воду расширяют (давление воды резко снижают) через клапан 11 и направляют ее в сепаратор 9, работающий при атмосферном давлении, и затем возвращают в цикл в резервуар для растворения 4. Пары, полученные, главным образом, при расширении аммиака и воды, через трубопровод 12 добавляют к парам гидролиза для того, чтобы избежать какого-либо загрязнения окружающей среды. Воду из сепаратора 9 возвращают в цикл через трубопровод 13 в резервуар для растворения 4 при температуре около 100^oС, так что после снабжения мочевины теплом раствора получают раствор при температуре около 40^oС.

Пример. Чтобы лучше пояснить способ этого изобретения далее приведен количественный пример на основе емкости аммиака 100 кг/ч.

Количество мочевины, подаваемой в установку, 177 кг/ч и количество конденсата, выходящего из пределов батареи установки 87 кг/ч. Количество возвращаемой в цикл воды составляет 150 кг/ч, включая около 4,5 кг/ч остаточной мочевины в растворе. Раствор, выходящий из резервуара для растворения 4, имеет температуру около 40^oС и концентрацию мочевины около 44% по массе, его направляют к насосу 6, повышающему давление вплоть до около 1,6•10³ кПа и через подогреватель 7, повышающий температуру до около 195^oС. Раствор поступает в устройство для гидролиза 8, образуя в результате продукты гидролиза, имеющие следующие характеристики, приведенные в таблице.

Необходимый непосредственный расход пара в устройстве для гидролиза 8, чтобы поддерживать постоянную температуру гидролиза и отпаривать продукты гидролиза, равен 155 кг/ч.

Результатом способа этого изобретения является то, что установка требует только оборудования для хранения мочевины, повсеместно используемого азотного удобрения, которое не подвергается какому-либо ограничительному регулированию и поэтому не требует какой-либо специальной заботы при манипуляции. Другими главными преимуществами данного изобретения являются безопасность операций установки, отсутствие какого-либо хранения работающим персоналом опасных веществ, отсутствие какого-либо загрязняющего материала и снижение капиталовложений по сравнению с применением растворов аммиака согласно предшествующему уровню техники.

Изобретение относится к способу очистки дымовых газов путем добавления аммиака. Способ кондиционирования дымового газа путем впрыскивания аммиака в поток указанного дымового газа отличается тем, что растворенную мочевину подвергают гидролизу путем нагревания под давлением, чтобы получить аммиак и диоксид углерода, продукт гидролиза отгоняют из гидролизованного раствора посредством горячего пара и впрыскивают в поток дымового газа, в то время как воду, выходящую из гидролизованного раствора, повторно используют для растворения свежей мочевины, которая должна быть направлена в установку. Способ позволяет использовать только оборудование для хранения мочевины, обезопасить операции установки, исключить хранение опасных веществ и присутствие загрязняющего материала, снизить капиталовложения. 4 з.п.ф-лы, 1 ил., 1 табл.

1. Способ кондиционирования дымового газа, в котором аммиак добавляют в поток указанного дымового газа, отличающийся тем, что мочевину растворяют в воде, получая раствор мочевины, нагревают и подвергают давлению указанный раствор мочевины, получая нагретый и имеющий избыточное давление раствор мочевины, гидролизуют растворенную мочевину в указанном нагретом и имеющем избыточное давление растворе мочевины, получая гидролизованный раствор, содержащий аммиак и диоксид углерода, отгоняют указанный аммиак и диоксид углерода из указанного гидролизованного раствора путем контактирования указанного гидролизованного раствора с паром, оставляя позади отпаренный гидролизованный раствор, добавляют указанные аммиак и диоксид углерода в указанный поток дымового газа и возвращают в цикл указанный отпаренный гидролизованный раствор для растворения указанной мочевины после доведения давления и температуры до величин, совместимых с подготовкой растворения мочевины. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что указанный раствор мочевины содержит мочевину в количестве около 10 - 70% по массе. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что указанную растворенную мочевину подвергают гидролизу при температуре около 100-233^oС. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что указанную растворенную мочевину подвергают гидролизу при давлении в пределах давлений около 0,1•10³ кПа - 3,0•10³ кПа. 5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что указанный отпаренный гидролизованный раствор расширяют, получая пары гидролиза, которые объединяют с указанными аммиаком и диоксидом углерода и впрыскивают в указанный поток указанного дымового газа горения.