способ восстановления оксидов азота и серы до n₂ и s

Формула изобретения

Способ восстановления оксидов азота и серы до N₂ и S, отличающийся тем, что в зоне вращающейся печи, где температура отходящих газов выше 850°С и ниже 1400°С, создают восстановительные условия за счет выгорания углесодержащих отходов и поддержания коэффициента избытка воздуха =1,05...1,1, а в зоне печи, где температура отходящих газов ниже 800°С, коэффициент избытка воздуха повышают до 1,2 путем подачи горячего воздуха.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области производства обжиговых строительных материалов. При производстве строительных материалов в процессе обжига происходит постоянный выброс токсичных газов, который можно уменьшить, корректируя коэффициент избытка воздуха () и применяя техногенные отходы (золошлаки, обогащения угля, сланцы, углистые глины), содержащие до 30% угля.

Известны способы очистки отходящих дымовых газов: реагентный, окислительный, восстановительный, мокрой очистки и др. способы описаны: Смола В.И., Кельцев Н.В. Защита атмосферы от двуокиси серы. - М.: Металлургия, 1976. - С.37-42; Образование окислов азота в процессах горения и пути снижения выброса их в атмосферу. / Сб. науч. тр. - Киев: Наук. думка, 1979. - С.57-63; Термическая и каталитическая очистка газовых выбросов в атмосферу. / Сб. науч. тр. - Киев: Наук. думка, 1984. - С.36-39. Из указанных способов близкими к предлагаемому изобретению является восстановительный и реагентный способы, описанные в книге Сигал И.Я. Защита воздушного бассейна при сжигании топлива. - Л.: Недра, 1988. - 312 с. При восстановительном способе производится сжигание природного газа в печи с низким коэффициентом избытка воздуха (=0,75...0,85) при температурах 1200...1450°С, создавая тем самым условия для восстановления оксидов азота и серы избытком метана до N ₂ и S, с последующим дожиганием отходящих газов при более низкой температуре 400...600°С. При реагентном способе восстановительная среда создается благодаря подаче в отходящие газы аммиака NH ₃, который, вступая в реакцию с NO_x и SO ₂, переводит их в безвредные соединения. Недостатками этих способов являются их неприменимость для процессов обжига строительных материалов, так как сильновосстановительная среда (=0,75...0,85) при температуре 1200...1450°С приводит к образованию FeO, снижающего качество получаемых материалов; неэффективные методы создания восстановительной среды за счет сжигания топлива в печи; агрессивность газа NH₃, вызывающего активную коррозию оборудования; невысокая степень очистки.

Наиболее близким аналогом данного изобретения является способ понижения содержания вредных оксидов азота и серы в отходящих газах при производстве портландцементного клинкера, описанный в статье Л.И.Ткач. Влияние технологических факторов на содержание вредных оксидов в отходящих газах // Цемент, - 1991. - №7-8. - С.58-68. Автор способа предлагает снижать содержание NO_x и SO₂ в отходящих газах путем поддержания коэффициента избытка воздуха во всех зонах вращающейся печи равным 1,1 и, сжигая топливо в зоне, где температура отходящего газа опускается ниже 1400°С. Либо подавая NH₃ в "температурное окно", где температура отходящего газа колеблется в интервале 900...1000°С. Недостатком данного способа является то, что он требует дополнительного расхода топлива или аммиака при достаточно жестком технологическом режиме обжига клинкера с точным выдерживанием коэффициента =1,1. Это сложно обеспечить в низкотемпературных зонах, где происходит выгорание органических примесей сырья и возможно образование восстановительной газовой среды, приводящей к наличию в отходящих газах другой вредной примеси - СО.

Задачей изобретения является снижение загрязнения атмосферы путем создания условий в печи для перевода токсичных отходящих газов NO_x и SO₂ в нетоксичные азот N₂ и серу S с одновременной утилизацией углесодержащих отходов.

Сущность изобретения заключается в том, что оксиды азота и серы - наиболее вредные примеси из отходящих газов, восстанавливаются до элементарных N₂ и S путем поддержания в зоне обжига вращающейся печи коэффициента избытка воздуха =1,05...1,1. При этом в зоне, где температура отходящих газов изменяется от 1400°С до 850°С, создаются восстановительные условия за счет выгорания углесодержащих отходов, вводимых в сырьевую смесь. На участке, где температура отходящих газов опускается ниже 800°С, подается горячий воздух, повышающий значение коэффициента до 1,2 для удаления избытка СО, образовавшегося в восстановительных условиях.

Создание восстановительных условий обжига сырьевой смеси во вращающихся печах в начале зоны декарбонизации за счет применения углесодержащих отходов может осуществляться как при мокром, так и сухом способе производства. Наилучшим образом восстановительная среда создается в декарбонизаторе сухого способа производства. Восстановительные условия образуются благодаря выгоранию углесодержащих отходов при низком содержании кислорода (0,5...1,0%) в присутствии паров воды в отходящих газах печи. В обжигаемом материале при температурах 600...1000°С появляются восстановительные реагенты СО и Н₂, при этом протекают реакции:

2С+O ₂=2СО; С+Н₂О=СО+Н₂; СО₂ +С=2СО;

SO₂+2СО=S+2СO₂; SO₂ +2Н₂=S+2H₂О;

2NO_x+2xСО=N ₂+2хСO₂, 2NO_x+2xH₂ =N₂+2xН₂O.

В результате реакций токсичные NO_x и SO₂ переходят в N₂ и S. Элементарная сера улавливается из отходящих газов (ог) в циклонах или электрофильтрах. Избыток СО сгорает в предыдущей зоне, куда подаются дополнительное количество горячего воздуха, поднимающее значение коэффициента до более высокого - 1,2. Так как, оксиды азота и серы могут образовываться в отходящих газах только при температурах выше 1100°С, поднятие до 1,2 в более холодных зонах (при t_ог<1000°С) не вызывает их повторного образования.

Предлагаемое изобретение отличается тем, что вместо сжигания топлива или подачи аммиака в сырьевую смесь для обжига клинкера вводятся углесодержащие отходы и подается горячий воздух в зону подогрева.

Испытания, проведенные на лабораторной установке, имитирующей газовую среду во вращающихся печах, свидетельствуют о высокой эффективности степени очистки отходящих газов при использовании в качестве восстановительного агента углесодержащих отходов с содержанием угля 12...30%. Результаты испытаний приведены в табл.1.

Таблица 1
№ п/п	Содержание углесодержащих отходов в сырьевой смеси, %	Температурный интервал экзотермического эффекта, °С	Дополнительный ввод 3% топлива при декарбонизации сырьевой смеси	Содержание NOx в отходящих газах, мг/м 3	Содержание SO2 в отходящих газах, мг/м3	Степень очистки, %
1	о	-	Нет	1130	371	0
2	о	-	Есть	529	159	55,2
3	5	573...430	Нет	372	185	58,6
4	7	580...420	Нет	305	142	67,4
5	10	590...420	Нет	264	114	73,0
6	14	600...450	Нет	175	86	80,7