способ очистки дымовых газов от оксидов азота

Формула изобретения

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.

Описание изобретения к патенту

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 NOx, %
NO2	NO	NOx	NO2	NO	NOx
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 NOx, %
NO2	NO	NOx	NO2	NO	NOx
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 NOx, %
NO2	NO	NOx	NO2	NO	NOx
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).