СПОСОБ ОЧИСТКИ ДЫМОВЫХ ГАЗОВ ОТ ОКСИДОВ АЗОТА Российский патент 2011 года по МПК B01D53/56 

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

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 NO₂). 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_x, % NO₂ NO NO_x NO₂ NO NO_x 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_x, % NO₂ NO NO_x NO₂ NO NO_x 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_x, % NO₂ NO NO_x NO₂ NO NO_x 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).

Изобретение относится к процессам некаталитической очистки дымовых газов от оксидов азота и может быть использовано для снижения их содержания в дымовых газах топливосжигающих установок любой мощности и назначения. Водный раствор карбамида контактирует с перегретым 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. Массовое отношение озон:карбамид составляет 0,01-1,0. Предпочтительно продукт смешения подают в поток дымовых газов, имеющих температуру 250-450°С, время пребывания продукта смешения в потоке дымовых газов составляет 0,2-1,0 с. Продукт смешения подают газом-носителем, выбранным из группы, содержащей воздух, водяной пар, дымовые газы, инертные газы или их смесь. Способ позволяет повысить степень очистки дымовых газов от оксидов азота в широком диапазоне температур. 3 з.п. ф-лы, 3 табл.

1. Способ очистки дымовых газов от оксидов азота, заключающийся 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 вводят в поток дымовых газов с температурой 150-1000°С, при этом массовое отношение озон : карбамид составляет 0,01-1,0.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что продукт смешения вводят в поток дымовых газов, имеющих температуру 250-450°С.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что время пребывания продукта смешения в потоке дымовых газов составляет 0,2-1,0 с.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что продукт смешения подают газом-носителем, выбранным из группы, содержащей воздух, водяной пар, дымовые газы, инертные газы или их смесь.