BG62925B1

BG62925B1 - Метод и съоръжение за производство на тор от газ, съдържащ серни оксиди

Info

Publication number: BG62925B1
Application number: BG103509A
Authority: BG
Inventors: Masahiro Izutsu; Akiko Yokoyama; Yoshitaka Iizuka; Ryoji Suzuki
Original assignee: Ebara Corporation
Priority date: 1996-11-25
Filing date: 1999-06-21
Publication date: 2000-11-30
Also published as: WO1998023557A1; EP0953554A1; PL333501A1; CN1238746A; BG103509A; BR9713397A; EP0953554A4; US20020088261A1; US6355084B1

Description

Изобретението се отнася до метод за производство на тор, по-специално до метод и съоръжение за производство на тор чрез впръскване на амоняк в газ, съдържащ серни оксиди, и обработване на газа с електронен лъч.

Предшестващо състояние на техниката

Известен е метод за производство на тор, включващ подаване на съдържащ серни оксиди газ, в технологичен реактор, например пещен газ, образуван при изгарянето на изкопаемо гориво /по-нататък наричан “отработен пещен газ”/, впръскване на амоняк в технологичния реактор и обработване на газа с електронен лъч. В резултат на това се получава продукт, съдържащ главно амониев сулфат, който е типичен азотен тор. Продуктът се събира в колектор, например електростатичен утаител. Съгласно метода, при който се впръсква амоняк в съдържащ серни оксиди газ, например отработен пещен газ, и газът се обработва с електронен лъч съвместно с амониевия сулфат се получава значително количество амониев сулфамат (NH₄SO₃NH₂), който е вреден за растежа на растенията. За да се използва горният продукт в качеството на тор, е необходимо да се отстрани амониевият сулфамат от продукта или да се вземат подходящи мерки, за да се предотврати получаването на амониев сулфамат.

Един от известните методи за отстраняването на амониевия сулфамат като вторичен продукт е да се нагрее продуктът. Известно е също, че се предотвратява образуването на амониев сулфамат чрез смесване на амоняк и вода и впръскване на сместа в технологичния реактор.

Първият от посочените методи, при който продуктът се нагрява, изисква устройство и източник за нагряване след събиране на продукта в колектора. При втория метод, съгласно който в технологичния реактор се впръсква смес от амоняк и вода, има проблеми, тъй като е невъзможно при всяка оперативна характеристика на газа и работен режим да се получи продукт със съдържание на амониев сулфамат в достатъчно ниски количества, който да е годен да използване като тор.

Техническа същност на изобретението

Целта на настоящото изобретение е да се създадат метод и съоръжение за производство на тор от съдържащ серни оксиди газ, например отработил пещен газ, които да осигурят получаване на продукт с достатъчно ниско съдържание на амониев сулфамат, годен за използването му като тор, без да е необходимо използването на допълнително устройство и топлинен източник и при широки граници на оперативните характеристики на газа и работните режими.

За да се реши проблемът е изучен подробно механизмът на образуване на амониев сулфамат при използването на метода, при който в съдържащ серни оксиди газ се впръсква амоняк и газът се обработва с електронен лъч, както следва.

SO₂, който е основният компонент от серните окиси, съдържащи се в отработилите пещни газове или подобни на тях, се окислява много бързо до SO₃ от активни компоненти, включващи О-радикали, ОН-радикали и подобни на тях, които се образуват от съдържащите се в газа кислородни или водни молекули при облъчването му с електронен лъч. SO₃ реагира с амоняка, в резултат на което се образува сулфаминова киселина по следната реакция:

SO₃ + NH₃ -> HSO₃NH₂ (1)

Отработилият пещен газ обикновено съдържа SO₂ и малки количества SO₃.SO₃ се превръща в сулфаминова киселина съгласно реакция (1) без облъчване с електронен лъч.

SO₃ също така реагира със съдържащата се в газа вода и се превръща в сярна киселина по следната реакция:

SO₃ + Н₂О -> H₂SO₄ (2)

Съотношението Rj на серните окиси, съдържащи се в пещните газове или подобни на тях, от които се образува сулфаминова киселина, към серните окиси, от които се образува сярна киселина, се определя на съотношението ([NH₃] вх. [Н₂О] вх.) и концентрацията на водата ([Н₂О]) вх.в газа преди облъчването му с електронен лъч. Когато съотношението [NH₃] вх. [Н₂0] вх. е по-малко, частта от серните окиси, които се превръщат в сулфаминова киселина, е по-малка. Това е така, тъй като скоростта v₍ на ** реакцията (1) и скоростта v₂ на реакцията (2) се изчисляват от: съответните константи k_t и к₂ на скоростите на химичните реакции; концентрацията на SO₃ ([SO₃]) в газа веднага след превръщането на SO₂ в SO₃ вследствие облъчването с електронен лъч; концентрацията на амоняка ([NH₃]bx.) и концентрацията на водата ([Н₂О]вх.) в газа преди протичането на реакциите (1) и (2). Тези скорости се изчисляват по формулите (А₍) и (А₂), тъй като концентрациите преди започването на реакциите (1) и (2) са равни на концентрациите преди облъчването с електронен лъч.

ν, = к₍ х [SO₃].[NHJbx. (А,) v, = k₂x [SO₃].[H₂O] вх. (А₂)

Част от сулфаминовата киселина, получена съгласно реакцията (1), отново реагира с амоняк от дадената по-долу реакция (3), в резултат на което се получава амониев сулфамат, а част от сулфаминовата киселина реагира със съдържащата се в газа вода по реакция (4) и хидролизира до сярна киселина и амоняк:

hso₃nh₂ +nh₅-> NH₄SO₃NH₂ (3) HSO₃NH₂ + H₂o -> H₂so₄ + NH₃ (4)

Получената сярна киселина при протичането на реакциите (2) и (4) реагира с амоняка от газа или с получения по реакцията (4) амоняк и се неутрализира до амониев сулфат по реакцията (5):

H₂so₄ + 2NH₃ -+ (NH₄)₂SO₄ (5)

Последователността на реакциите от (1) до (5) са илюстрирани на фиг.7.

Образуването на SO₃ чрез облъчване с електронен лъч и последващите реакции (1) и (2) протичат много бързо и завършват за по-малко от 1 s след облъчването с електронен лъч. От друга страна, реакциите (3) и (4), включващи сулфаминова киселина, са относително бавни и завършват за време от порядъка на няколко секунди до няколко десетки секунди. Затова тези реакции протичат предимно, след като при облъчване с електронен лъч реакциите (1) и (2) са завършили до събирането на продукта в колектор, например в електростатичен утаител, и извеждането на газа извън системата. Затова съотношението R₂ между сулфаминовата киселина, получена по реакция (1) непосредствено след облъчването с електронен лъч, която се превръща в амониев сулфамат съгласно реакция (3), и сулфаминовата киселина, която се превръща в амониев сулфамат съгласно реакции (4) и (5), се определя от съотношението ( [NH₃] изх. [Н₂О] изх.между концентрацията на амоняка [NH₃] изх. и водата (Н₂О] изх. в газа след облъчването с електронен лъч. Ако съотношението [NH₃] изх. / [Н₂О] изх. е по-малко, количеството на сулфаминовата киселина, която се превръща в амониев сулфамат, е по-малко. Това е така, тъй като скоростта v₃ на реакцията (3) и скоростта v₄ на реакцията (4) се изчисляват от: съответните константи к₃ и к₄ на скоростите на химичните реакции; концентрацията на сулфаминовата киселина ([HSO₃NH₂]); концентрацията на амоняка ([NH₃] изх.)] и концентрацията на водата ([Н₂О]изх.) в газа непосредствено след облъчването с електронен лъч и завършването на реакциите (1) и (2) съгласно следните формули (А₃) и (А₄) v₃ = к₃ х [HSO₃NH₂]. [NH₃] изх. (А₃) v₄ - к₄ х [HSO₃NH₂]. [Н₂О] изх. (А₄)

Тъй като реакциите (1) и (2) протичат много бързо, състоянието, което се постига след облъчването с електронен лъч и завършването на реакциите (1) и (2), може на практика да се разглежда като състояние, постигнато след облъчването с електронен лъч.

Съотношението R между амониевия сулфамат и амониевия сулфат в крайния продукт е равно на произведението на съотношението R₁и съотношението R₂.R₍ е съотношението на серните окиси, съдържащи се в отработения пещен газ или подобен на него, които са се превърнали в сулфаминова киселина, към серните оксиди, превърнали се в сярна киселина. Съотношението R₂ представлява съотношението на получената сулфаминова киселина, превърнала се в амониев сулфамат, към получената сулфаминова киселина, превърнала се в амониев сулфат. Съотношението R се изразява със следната формула:

R = R, х R₂ (6)

Съотношението R₍ е функция от съотношението [NH₃] / вх. [Н2О вх] и R₁ е по-малко, когато това съотношение е по-малко. Съотношението Rj е функцията от съотношението [ N Н₃] изх. и R₂ е по-малко, когато това съотношение е помалко. Установено е, че съотношението R на амониевия сулфамат в продукта е функция от [NH₃]bx./ [Н₂О] вх. и [1ЧН₃]изх./[Н₂О]изх. и R е по-малко, когато [NH₃]bx./[H₂O]bx. и [NH₃]h3x./ [H₂0] изх. са по-малки.

Обикновено в отработените пещни газове концентрацията на водата [Н₂О]вх. преди облъчването с електронен лъч е от порядъка на около 1 до 20%, концентрацията на серни окиси [SOx] вх. е от порядъка на около 10 до 10000 ppm и концентрацията на азотни окиси ([NOx]bx.) е от порядъка на около 10 до 500 ppm. Когато съдържащият серни окиси газ, например отработен пещен газ, получен при изгарянето на изкопаемото гориво, и с посочените концентрации се подаде в технологичен реактор, след което в него се впръсква амоняк и се облъчи с електронен лъч, серните окиси се превръщат главно в амониев сулфат, а азотните окиси в - амониев нитрат, като впръснатият в газа амоняк отчасти остава нереагирал. Концентрацията на амоняк ([NH₃] вх.), който се впръсква в газа, подаден в технологичния реактор за облъчване с електронен лъч, и концентрацията на амоняка (NHJ изх.), останал след облъчването с електронен лъч, са в зависимост, която се изразява със следната формула:

[NH₃]bx. = 2[SO_x.]bx. х (η_ωχ /100) + + [NOJbx. x (η_Νοχ/100) + [NH₃]h3X. (7) където η_50χ е постигнатият коефициент на полезно действие при конверсията на серните окиси вследствие облъчването с електронен лъч η_ΝΟχ - постигнатият коефициент на полезно действие при конверсия на азотните оксиди вследствие облъчването с електронен лъч. Коефициентът на полезно действие при конверсията на серните оксиди r]_SOx и коефициентът на полезно действие при конверсията на серните оксиди Sox и коефициентът на полезно действие при конверсията на азотните оксиди η_ΝΟχ обикновено са съответно в границите от 80 до 99% и от 70 до 90%.

Повторен е експериментът за получаване на продукт, състоящ се главно от амониев сулфат, от съдържащи серни оксиди газ като е използвано съдържанието, показано на фиг. 1. Отработеният пещен газ, отведен от котел 1, се охлажда чрез топлообменник 2 и водоразпръскваща охладителна кула 3, при което от газа се отнема топлина за изпаряване на вода, и се подава към технологичен редуктор 4. Амоняк, подаван от уредба 9 за захранване с амоняк, се смесва с въздух в тръбен смесител 10. След това получената газова смес се смесва с индустриална вода в смесителната камера за газтечност на двойна дюза 11. Получената смес се впръсква в технологичния реактор 4 през входен отвор. В технологичния реактор 4 сместа се облъчва с 8 kGy електронен лъч, подаван от електронен ускорител 8. На изпускателния отвор на технологичния реактор 4 газът е с температура 65°С и се подава към елекростатичен утаител 6, в който продуктът се отделя от газа. След това чрез всмукателен вентилатор 7 газът се изпуска в атмосферата.

В този експеримент в котел 1 се изгарят различни видове изкопаеми горива, за да се получат газове с различни концентрации на вода, серни оксиди и азотни оксиди в посочените граници преди облъчване с електронен лъч. Поспециално концентрацията на вода в пещния газ се мени в границите от 1 до 30%, на серните оксиди - от 10 до 10000 ppm и на азотните оксиди - от 10 до 500 ppm. Концентрацията на вода преди облъчването с електронен лъч се мени при изменение на температурата на пещния газ на изхода на топлообменника 2 и количеството на изпарилата се във вода водоразпръскващата охладителна кула 3. Концентрацията на амоняк след облъчването с електронен лъч се мени в граници, които не превишават 1000 ppm, чрез изменение на количеството на амоняк, което се подава от уредбата 9 за захранване с амоняк. От продукта, който се събира при различни работни режими в електростатичния утаител 6, се вземат проби и се подлагат на анализ за концентрация на йони на сярна киселина и йони на сулфаминова киселина, за да се изчисли съотношението R на амониевия сулфамат към амониевия сулфат и продукта.

В резултат е установено, че при посочения състав на газа в широки граници съотношението R между амониевия сулфамат и амониевия сулфат се определя от коефициент, изразен чрез следната формула:

r_A -([NH₃]bx./[H₂O]bx.)x ([NH₃]m3X./ [Н₂О]изх.) (8)

На фиг.2 е показана зависимостта между R и г , получена по експериментален път. На фиг.2, на абциста са нанесени стойностите на г_А, а на ориднатата - на R. Ако R е около 0,01% или по-малък, продуктът може да се използва без проблеми като тор. Съгласно метода, при който е отработен пещен газ, получен при изгарянето на изкопаемо гориво и със състав в посочените граници, се впръсква амоняк, след което се обработва с електронен лъч, като концентрацията на водата на практика остава една и съща преди и след облъчването с електронен лъч, ако не се впръсква вода след облъчването. Тъй като [Н₂О]\вх. = [Н₂О₂]изх., формула (8) може да се модифицира във формула (8’):

г_А = ([NHJbx./ χ [(NH₅]h3X./ ([H₂O]bx.)² (8’)

За да се решат проблемите при известния метод, при метода, съгласно изобретението коефициентът г_А, изчислен съгласно формула (8) или (8’), се намалява 1,5 х 10‘⁵или по-ниско, предимно 7,5 χ 10’⁶, или по-ниско, като по този начин концентрацията на амониев сулфамат в продукта се поддържа на ниско ниво чрез регулиране концентрацията на водата [Н₂О] вх. в газа преди облъчването с електронен лъч и/ или концентрацията на водата [Н₂О] изх. в газа след облъчването с електронен лъч, и/или концентрацията на амоняка [NHJ вх. в газа преди облъчването и/или концентрацията на амоняка [NH₃] вх. в газа след облъчването с електронен лъч.

В горните променливи параметри концентрацията на водата в газа преди облъчването може да се увеличи чрез впръскване на водата в съдържащия серни оксиди газ. Методът, при който в съдържащ серни оксиди газ се впръсква амоняк и газът се обработва с електронен лъч, се характеризира с това, че коефициентът на полезно действие при конверсията на серните оксиди е по-висок, когато температурата на газа е по-ниска. Обикновено температурата на газа преди облъчването с електронен лъч се регулира на около 50 до 80°С. Ако газът се охлажда чрез изпаряване на водата, която се инжектира в него, неговата температура може да се регулира и коефициентът г_А може да се поддържа

1,5 χ 10⁵ или по-нисък, за предпочитане 7,5 х 10'⁶ или по-нисък, чрез увеличаване концентрацията на водата в газа преди облъчването с електронен лъч. Възможно е също коефициентът г_Ада се намали чрез инжектиране на вода в газа след облъчването, като по този начин се увеличава концентрацията на водата в газа след облъчването с лъча. Ако водата се инжектира в газа преди облъчването с електронен лъч, концентрацията й в газа преди и след облъчването може да се увеличи, в резултат на което този начин е по-ефективен за намаляване на коефициентът г_А. Поради това се предпочита да се инжектира вода в съдържащия серни оксиди газ преди облъчването с електронен лъч.

Водата може да се инжектира в газа преди облъчването с електронен лъч чрез водоохлаждащо устройство, което осъществява директен контакт между газа и водата и е разположено по направлението на потока към технологичния реактор. Водата в газа се изпарява, като по този начин го охлажда. Устройството за инжектиране на вода е разположено до входящия отвор на технологичния реактор или устройството за инжектиране на вода е комбинирано с устройството за охлаждане на газа. Водата може да се инжектира на входния отвор на технологичния реактор отделно от амоняка, да се впръсква смес от вода и газообразен амоняк или смесен с амоняк въздух с помощта на двойна дюза или да се впръсква воден разтвор на амоняк.

Концентрацията на амоняк преди и след облъчването с електронен лъч е в съотношението, представено чрез формула (7), и може да се намали чрез намаляване на количеството амоняк, впръскван в съдържащия серни оксиди газ. Ако обаче концентрацията на серни окиси и азотни окиси, както и коефициентът на конверсия на серните окиси и коефициентът на конверсия на азотните окиси преди облъчването с електронен лъч са с дадените стойности, концентрацията на амоняк преди облъчването с електронен лъч не може да се намали под теоретично необходимата концентрация, изразена чрез следната формула:

Теоретично необходимата концентрация на амоняк =

2[SO_x]Bx.x(n_soK/100)+[NO_x]Bx.x (η_ΝΟΧ/100) <7’)

Концентрацията на амоняк след облъчването с електронен лъч може да се регулира свободно. Поради това е много ефективно да се поддържа г_А на 1,5 χ 10'⁵ или по-ниско, за предпочитане 7,5 χ 10'⁶ или по-ниско, чрез понижаване концентрацията на амоняк в газа след облъчването с електронен лъч.

Установено е, че ако концентрацията на амоняк ([NHJ изх.) в газа след облъчването с електронен лъч се намали прекомерно, коефициентът на полезно действие при конверсията на серните оксиди може значително да се намали. Следващо изследване показва, че ако съотношението r_g изчислено съгласно формула (9), е помалко от 1 х ΙΟ⁴, коефициентът на полезно действие при конверсията на серните оксиди се намалява значително. Обратно на това, коефици5 ентьт на полезно действие при конверсията на серните оксиди не се намалява значително, ако съотношението г_в е равно или по-голямо от 1 х 10Λ На фиг.З е показана зависимостта между коефициента на полезно действие при конверсията на серните оксиди и съотношението г_в. На абцисата е представена величината гВ, а на ординатата - коефициентът на полезно действие при конверсията на серните оксиди. Показаните на фиг.З. експериментални резултати са получени при използването на съоръжението от фиг.1 и при същите показатели на газа, включващи концентрацията на вода, серни и азотни окиси в пещния газ и температурата на амоняка след облъчването с електронен лъч, както при проведения експеримент, резултатите от който са показани на фиг.2, и при същата доза на облъчване и температура на изпускателния отвор на технологичния реактор. От фиг. 3 може да се види, че коефициентът на полезно действие на конверсията на серните оксиди значително се намалява, ако съотношението г_в е по-малко от 1 х 10Λ r_B = [NHJh3x./(2[SOJbx.+ [NOJbx.) (9)

Чрез регулиране на концентрацията на амоняк в газа след облъчване с електронен лъч с цел да се поддържа коефициентът г_А на 1,5 х 10^_J или по-ниско, за предпочитане 7,5 х 10'⁶или по-висок, а така също съотношението г_в на 1x10“* или по-високо, е възможно да се намали концентрацията на амониев сулфамат в продукта, без да се намалява коефициентът на полезно действие при конверсията на серните оксиди.

Концентрацията на амоняк в газа след облъчването с електронен лъч може лесно да се регулира чрез регулиране на амоняка, който се впръсква в газа. Количеството на амоняка в газа може да се регулира, като се използва метод за управление чрез обратна връзка, който регулира количеството на амоняка чрез измерване концентрацията на амоняк в газа след облъчване с електронен лъч или чрез метод за управление с пряка и обратна връзка, който представлява комбинация на посочения метод за управление чрез обратна връзка и метод за управление чрез пряка връзка, регулиращ количеството на амоняка чрез измерване на показателите на газа преди облъчването с електронен лъч, зададената стойност на коефициентите на полезно действие при конверсията на серните и азотните оксиди и зададената концентрация на амоняк.

За да се намали до минимум концентрацията на амоняк в газа след облъчването с електронен лъч с оглед съотношението г_в да не е под 1 х 10^-4, може да се осигури контролна 5 система за впръскване на амоняка, включваща множество прибори за контрол на впръснатия амоняк, която включва поне един прибор за впръскване на следи от амоняк. С такова приспособление не е необходимо да се използва 10 контролна система за впръскване на амоняк за регулиране на концентрацията му с много висока точност.

Концентрацията на амоняк в газа след облъчването с електронен лъч може да се намали 15 чрез увеличаване дозата на електронния лъч или намаляване температурата на газа по време на облъчването му с електронен лъч с цел да се увеличи коефициентът на полезно действие при конверсията на серните оксиди, което е за предпочитане в сравнение с регулиране на количеството на инжектирания в газа амоняк. Чрез използване на тези променливи величини при управление на процеса концентрацията на амоняк в газа след облъчването с електронен лъч може да се регулира по-ефективно. По-конкретно, когато характеристиките на газа преди облъчването варират, ако само количеството на амоняка, който трябва да се инжектира в газа, се намали с цел да се намали концентрацията на амоняка след облъчването с електронен лъч, коефициентът на полезно действие при конверсията на серните оксиди рязко ще се понижи. Поради това, когато характеристиките на газа преди облъчването с електронен .тъч варират, следва да се регулират не само количеството на амоняка, който трябва да се впръсне в газа, но и дозата на електронния .лъч и/или температурата на газа на изпускателния отвор на технологичния реактор. За това регулиране е възможно да се използва методът за управление чрез обратна връзка, чрез който се регулира количеството на амоняка, който следва да се впръсне в газа, и/или дозата на електронния лъч, и/или температурата на газа на изходящия отвор на технологичния реактор, като за целта се прави измерване на концентрацията на амоняк в газа след облъчване с електронен лъч и концентрацията на остатъчните серни оксиди в газа след облъчване с електронен .лъч. Също така може да се използва и методът за управление чрез пряка и обратна връзка, който представлява комбинация от посочения по-горе метод за управление чрез обратна връзка и метод за управление чрез пряка връзка. Чрез него се регулира количеството на амоняк, което следва да се инжектира, и/или дозата на електронния лъч, и/или температурата на газа на изпускателния отвор на технологичния реактор, въз основа на измерените показатели на газа преди облъчването с електронен лъч, зададените стойности на коефициента на полезно действие при конверсията на серните оксиди, коефициента на полезно действие при конверсията на серните оксиди, коефициента на полезно действие при конверсията на азотните оксиди и зададената стойност на концентрацията на амоняк.

По-конкретно, концентрацията на амоняк в газа след облъчване с електронен лъч постепенно намалява поради протичането на реакция (3), реакция (4) и реакция (5), в която участва амоняк, получен съгласно реакция (4). Тъй като концентрацията на сулфаминова киселина, получена съгласно реакция (1), обикновено е много по-ниска в сравнение с концентрацията на амоняк непосредствено след облъчването на газа с електронен лъч и реакциите (1) и (2) са завършили съгласно метода за управление на количеството на впръсквания амоняк концентрацията на амоняк в газа след облъчването с електронен лъч може да се измерва в която и да е точка, разположена от изпускателния отвор на технологичния реактор до точката, в която обратният газ се изпуска в атмосферата.

Ако сборникът за събиране на продукта е снабден с приспособление за задържане на продукта в него, например ръкавен филтър, след облъчването с електронен лъч при преминаване на газа през задържащия слой продуктът се събира в сборника. В този случай SO₂, който не е реагирал до SO₃ при облъчването с електронен лъч, остава в газа и реагира с амоняка на повърхността на задържащия слой съгласно представената по-долу реакция (10). Поради това може да има съществена разлика в концентрацията на амоняка в газа преди и след сборника.

SO₂ + 2NH₃ + (1 /2)О₂ + Н₂О -> (NH,)₂SO₄ (10)

Поради това, ако се използва сборник от горния тип, за да се осъществи контролирането на впръскването на амоняк, трябва да се измерва концентрацията му в газа преди сборника. Ако се използва електростатичен утаител за събиране на продукта, който е различен от посочения вид, за да се контролира впръскваното количество амоняк, концентрацията на амоняка в газа може да се измерва след електростатичния утаител.

Описание на приложените фигури

Фигура 1 представлява технологична схема на съоръжение за производство на тор съгласно един вариант на изпълнение на изобретението.

Фигура 2 - графика на зависимостта между съотношението R на амониевия сулфамат към амониевия сулфат в продукта и коефициента г_А.

Фигура 3 - графика, показваща зависимостта между коефициента на полезно действие при конверсията на серните оксиди и съотношението г_в.

Фигура 4 - технологична схема на съоръжение за производство на тор съгласно друг вариант на изпълнение на изобретението.

Фигура 5 - технологична схема на съоръжение за производство на тор съгласно трети вариант на изпълнение на изобретението.

Фигура 6 - технологична схема на съоръжение за производство на тор съгласно четвърти вариант на изпълнение на изобретението.

Фигура 7 представлява диаграма на реакциите, които протичат последователно след впръскване на амоняк в съдържащ серни оксиди газ и обработване на газа с електронен лъч.

Примери за изпълнение на изобретението

Описани са най-добрите варианти на изпълнение на изобретението.

Пример 1. Фиг. 1 представлява технологична схема на съоръжението за производство на тор съгласно първи вариант. 1500 m³N/h пещен газ, получен в котел 1 и съдържащ 6% вода, 700 ррт серни оксиди и 150 ррт азотни оксиди, се охлажда до температура 150°С чрез топлообменник 2.След това газът се охлажда до 60°С чрез водоразпръскваща охладителна кула 3, след което се подава в технологичен реактор 4. Амоняк Ь, подаван от уредба за захранване 9, се смесва с 7,0 m³ N/h въздух в тръбен смесител 10. Получената газова смес и 11 kg/h индустриална вода d се смесват в смесителната камера за газ-течност на двойна дюза 11 и получената смес се впръсква в технологичния реактор 4 през входния му отвор. В технологичния реактор 4 сместа се облъчва от електронен ускорител 8 с 500 keV електронен лъч при 16 mA. Преди облъчването на сместа с електронен лъч концентрацията на водата се увеличава на 12%. Пещният газ а, който е с температура 65°С на изпускателния отвор на технологичния реактор 4, се подава към електростатичен утаител 6, където продуктът се отделя от газа и се събира в него. Налягането на пещния газ се увеличава с помощта на всмукателен вентилатор 7 и газът се изпуска в атмосферата.

Когато количеството на амоняка Ь, доставен от уредбата за захранване 9, се изменя в границите от 2,00 m³N/h до 2,10 m³/N/h, концентрацията на останалия в газа амоняк на изпускателния отвор на всмукателния вентилатор 7 се изменя в границите от 1 до 30 ррт. Коефициентът г , изчислен съгласно формула (8), е

7,5 х 10'⁶ или по-малко; съотношението г_в, изчислено съгласно формула (9), е 1 х 10^ч или по-голямо. Концентрацията на серни оксиди на изпускателния отвор на всмукателния вентилатор 7 се изменя в границите от 25 до 55 ррт. Концентрацията на азотни оксиди на изпускателния отвор на всмукателния вентилатор 7 е 30 ррт и остава непроменена, а концентрацията на прах е 5 mg/m³ и остава непроменена.

Събраният в електростатичният утаител 6 продукт се анализира за съдържание на остатъчен амоняк за всеки състав и се изчисляват съотношенията R на амониевия сулфамат към амониевия сулфат за съответните състави. Всичките изчислени съотношения R са около 0,001 %, което е ниско, и продуктът може да се използва в качеството на тор. Коефициентът на полезно действие при конверсията на серните оксиди е 90% или по-висок и следователно е достатъчно висок.

Пример 2. На фиг.4 е показана технологична схема на съоръжението за производство на тор съгласно втори вариант. Пещен газ, получен в котел 1, сдържащ 6% вода, 150 ррт азотни оксиди и серни оксиди с концентрация, варираща в границите от 500 ррт до 1500 ррт, е с дебит, който варира в границите от 1000 m³N/h до 2500 m³N/h. Газът се охлажда до 150°С чрез топлообменник 2, а след това - до 60°С чрез водоразпръскваща охладителна кула 3, след което се подава в технологичен реактор 4. Амонякът Ь, подаван от уредба за захранване 9, се смесва със 7,0 m³N/h въздух с в тръбен смесител 10. Получената в тръбния смесител 10 газова смес и 100 kg/h индустриална вода d се смесват в смесителна камера за газ-течност на двойна дюза 11 и получената смес се впръсква в технологичния реактор 4 през входния му отвор. В технологичния реактор 4 сместа се облъчва от електронен ускорител 8 с 500 keV електронен лъч при 16 mA. Преди облъчването на сместа с електронен лъч концентрацията на водата се увеличава на 12%. Пещният газ се подава в електростатичен утаител 6. След като продуктът се отдели от пещния газ и се събере в утаителя 6, налягането на газа се увеличава с помощта на всмукателен вентилатор 7 и газът се изпуска в атмосферата.

На изпускателния отвор на вентилатора 7 се взема проба от газа и се измерва концентрацията на амоняк чрез анализатор 12. Подаваният от анализатор 12 сигнал се изпраща на управляващ елемент 13, който извършва ПИД (пропорционално-интегрално-диференциални) контролни изчисления, с цел да се регулира концентрацията на амоняка на 20 ррт, измервана чрез анализатора 12. Контролният сигнал, получен в резултат на ПИД - контролните изчисления, се изпраща към вентил 14 за регулиране дебита на амоняка. Този метод на управление чрез обратна връзка за регулиране концентрацията на амоняк, доставян от уредбата за захранване 9, и контролиране концентрацията на амоняк на изхода на всмукателния вентил 7 осигуряват понижаването на концентрацията на амоняка до 20 ррт ± 5 ртт. Коефициентът г_Ае 7,5 х 1 O’⁶ или по-нисък, а съотношението г_в 1 х 10‘⁴ или по-високо.

От събрания в електростатичния утаител 6 продукт се вземат проби и непрекъснато се анализира концентрацията на серните оксиди в подавания в котела 1 пещен газ, като скоростта на подаването му се изменя. Съотношението R на амониевия сулфамат към амониевия сулфат в продукта се изчислява за съответните концентрации и скорости на подаване на пещния газ. Всички изчислени съотношения R са около 0,001 %. В същото време концентрацията на серните оксиди и концентрацията на азотните оксиди на изхода на всмукателния вентилатор 7 се изменят значително. В частност, когато скоростта на пещния газ, подаван от котела 1, се увеличи на 2500 m³N/h и силата на абсорбирания от газа електронен лъч се намали или концентрацията на серните оксиди в пещния газ, подаван от котела 1, се увеличи на 1500 ррт, за да се увеличи топлината вследствие реакцията, а оттук и температурата на газа на изпускателния отвор на технологичния реактор 4, коефициентът на полезно действие при конверсията на серните оксиди пада на 50% или по-ниско.

Пример 3. На фиг.5 е показана технологична схема на съоръжението за производство на тор съгласно трети вариант.

Полученият в котел 1 пещен газ, съдържащ 6% вода, 150 ррт азотни оксиди и серни оксиди с концентрация, варираща в границите от 500 до 1500 pmm, е с дебит, който варира в границите от 1000 до 2500 m³N/h. Газът се охлажда до 150°С чрез топлообменник 2, а след това до 60°С чрез водоразпръскваща охладителна кула 3, след което се подава в технологичен реактор 4. Амоняк Ь, подаван от уредба за захранване 9, се смесва със 7,0 m³N/h въздух с в тръбен смесител 10. Получената в тръбния смесител 10 газова смес и индустриална вода d се смесват в смесителната камера за газ-течност на двойна дюза 11 и получената смес се впръсква в технологичния реактор 4 през входния му отвор. В технологичния реактор 4 сместа се облъчва от електронен ускорител 8 с 500 keV електронен лъч. Пещният газ се подава в електростатичен утаител 6 и след отделянето на продукта от него се в събира утаителя 6, а налягането на газа се увеличава с помощта на всмукателния вентилатор 7 и газът се изпуска в атмосферата.

На изхода на всмукателния вентил се взема проба от газа и се измерва концентрацията на амоняк чрез анализатора 12 и концентрацията на серни оксиди чрез анализатора 15. Сигналите от анализатора за амоняк 12 и анализатора за серни оксиди 15 се изпращат на управляващ елемент 13, който извършва контролни изчисления, за да се регулира измерваната от анализатора 12 концентрация на амоняка на 20 pmm и измерваната от анализатора 15 концентрация на серни оксиди на 50 ррт. Получените в резултат на измерванията контролни сигнали се изпращат към вентил 14 за регулиране скоростта на подаване на амоняка към управляващ елемент 16 за тока на електронния лъч и към регулиращ вентил 17 за скоростта на подаване на водата. Описаният метод за управление чрез обратна връзка регулира количеството на подавания от захранващата уредба 9 амоняк, дозата на електронния лъч и скоростта на инжектираната в технологичния реактор 4 вода, а така също се контролира намаляването на концентрацията на амоняк на изхода на всмукателния вентилатор 7 на 20 ррт ± 5 ррт и намаляването на концентрацията на серните оксиди в същата точка до 50 ррт ± 5 ртт. Коефициентът г_А е 7,5 х10'⁶или по-малък, а съотношението r_B - 1 х 10^ч или по-голямо.

От събрания в електростатичния утаител 6 продукт се взема проба за анализ, а така също непрекъснато се анализира концентрацията на серни оксиди в пещния газ, подаван от котела 1, и се изменя дебита на газа. Съотношенията R на амониевия сулфамат към амониевия сулфат се изчисляват за съответните концентрации и дебити на газа. Всички изчислени съотношения R се около 0,001 %. Възможно е да се избегне варирането на коефициента на полезно действие при конверсията на серните оксиди.

Вариант 4. На фиг.6 е представена технологична схема съгласно четвърти вариант.

Полученият в котел 1 пещен газ, съдържащ 6% вода, 150 ррт азотни оксиди и серни оксиди с концентрация, варираща в границите от 500 до 1500 ррт, е с дебит, който е от 1000 до 2500 m³N/h. Газът се охлажда до 150°С чрез топлообменник 2, а след това чрез водоразпръскваща охладителна кула 3, след което се подава в технологичен реактор 4. Амоняк Ь, подаван от уредба за захранване, 9 се смесва със 7,0 m³N/h въздух с в тръбен смесител 10. Получената в тръбния смесител 10 газова смес и 11 kg/h индустриална вода d се смесват в смесителната камера за газ-течност на двойна дюза 11 и получената смес се впръсква в технологичния реактор 4 през входния му отвор, където се облъчва от електронен ускорител 8 с 500 keV електронен лъч. Пещният газ се подава в електростатичен утаител 6. След отделянето на продукта от пещния газ той се събира в електростатичния утаител, а налягането на газа се увеличава с помощта на всмукателен вентилатор 7 и газът се изпуска в атмосферата.

На изхода на всмукателния вентил 7 се взема проба от газа и се измерва концентрацията на амоняк чрез анализатор 12 и концентрацията на серни оксиди чрез анализатор 15. Сигналите от анализатора за амоняк 12 и анализатора за серни оксиди 15 се изпращат на управляващ елемент 13, който извършва контролни изчисления, за да се регулира измерваната от анализатора 12 концентрация на амоняка на 20 ррт и измерваната от анализатора 15 концентрация на серни оксиди на 50 pmm. Получените в резултат на измерванията контролни сигнали се изпращат към вентил 14 за регулиране скоростта на подаване на амоняка, към управляващ елемент 16 за тока на електронния лъч и към регулиращия вентил 17 за скоростта на подаване на водата. Описаният метод за управление чрез обратна връзка регулира количеството на подавания от захранващата уредба 9 амоняк, дозата на електронния лъч и температурата на пещния газ на изпускателния отвор на охладителната кула 3, за да се контролира намаляването на концентрацията на амоняк на изхода на всмукателния вентилатор 7 на 20 ppm ± 5 ppm и намаляването на концентрацията на серните оксиди в същата точка на 50 pmm ± 5 pmm. Коефициентът г_Ае 7,5 х10'⁶ или по-малък, а съотношението r_B - 1 х 10“* по-голямо.

От събрания в електростатичния утаител 6 продуктът се везма проба за анализ, а така също непрекъснато се анализира концентрацията на серни оксиди в пещния газ, подаван от котела 1, и се изменя дебита на газа. Съотношенията R на амониевия сулфамат към амониевия сулфат се изчислява за съответните концентрации и дебит на газа. Всички изчислени съотношения R са около 0,001 %. Възможно е да се избегне варирането на коефициента на полезно действие при конверсията на серните оксиди.

Съгласно изобретението произведението {гА= ([NHjJbx./ [Ь^О] вх.) X ([МЦизх.ШНгОизхОН съотношението [NHJbx. [HjOJbx.) на концентрацията на амоняк към концентрацията на вода в газа преди облъчването с електронен лъч и съотношението [NH₃]h3x./ [Н₂О]изх. на концентрацията на амоняк към концентрацията на вода след облъчването с електронен лъч се контролира и е равно или по-малко от 1,5 χ 10'⁵, за предпочитане равно или по-малко от 7,5 χ 10^-6. Съотношението {г_в= [NH₃]h3x./(2[SOJbx. +[NOJbx.)} на концентрацията на амоняк в газа след облъчването с електронен лъч към сумата от концентрацията на серни оксиди, умножена по две, и концентрацията на азотни оксиди в газа преди облъчването с електронен лъч, се контролира и е равно или по-голямо от 1 χ 10Λ Контролирането на това съотношение може да се постигне чрез контролиране на концентрацията на остатъчния амоняк в газа след облъчването с електронен лъч, която трябва да се намали в границите от 1 до 30 ppm. Възможно е да се контролира количеството на амониевия сулфамат в изискваните граници, които са ниски и позволяват използването на продукта в качеството на тор, без да се намалява съществено коефициентът на по лезно действие при конверсията на серните оксиди.

Приложение на изобретението

Изобретението е приложимо в съоръжения за производство на тор чрез впръскване на амоняк в съдържащ серни оксиди газ, например пещен газ, получен при изгаряне на изкопаемо гориво, и облъчване на газа с електронен лъч.

Claims

1. Метод за производство на тор от газ, съдържащ серни оксиди, чрез впръскване на амоняк в газа, облъчване с електронен лъч и събиране на продукт, характеризиращ се с това. че произведението {γ_α=([ΝΗ₃]βχ./ [Н₂О] βχ.)χ([ΝΗ₃]η3χ./[Η₂Ο]η3Χ.)} на съотношението [ΝΗ₃] вх./Н₂0] вх. на концентрацията на амоняк към концентрацията на вода в газа преди облъчването с електронен лъч и съотношението [ХН₃]изх./[Н₂О]изх. на концентрацията на амоняк към концентрацията на вода след облъчването с електронен лъч се контролира и е равно или по-малко от 1,5 χ 10'⁵.

2. Метод съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че съотношението {г_в=[NH₃]h3x./(2[SOJbx. + [NOJbx.)} на концентрацията на амоняк в газа след облъчването с електронен лъч към сумата от концентрацията на серни оксиди, умножена по две, и концентрацията на азотни оксиди в газа преди облъчването с електронен лъч се контролира и е равно или по-голямо от 1 х 10·⁴.

3. Метод съгласно претенция 1 или 2, характеризиращ се с това, че стойността на коефициента г_А се контролира чрез регулиране на един от показателите: концентрация на вода в газа, количество на впръснатия амоняк, дозата на електронния лъч и температура на газа, когато е облъчен с електронен лъч.

4. Метод съгласно претенция 3, характеризиращ се с това, че концентрацията на вода в газа се регулира чрез инжектиране на вода в него.

5. Метод съгласно претенция 4, характеризиращ се с това, че водата се инжектира в газа преди облъчването му с електронен лъч.

6. Метод съгласно претенция 2, характеризиращ се с това, че посоченото съотношение r_g се контролира чрез регулиране количеството на впръсквания амоняк.

7. Съоръжение за производство на тор от газ, съдържащ серни оксиди, включващо технологичен реактор за подаване на газа в него и сборник за събиране на продукта, като реакторът е снабден с приспособление за впръскване на амоняк и средство за облъчване с електронен лъч, характеризиращо се с това, че е снабдено и със средство за контролиране на произведението {г_А =([NH₃]bx./[H₂O]bx.) х ([NH₃]h3x./[H₂O]h3x.)} на съотношението [NH₃] вх./ [Н₂О]вх. на концентрацията на амоняк към концентрацията на вода в газа преди облъчването с електронен лъч и съотношението [NH₃]h3x./ [Н₂О]изх. на концентрацията на амоняк към концентрацията на вода след облъчването с електронен лъч, като това произведение е равно или по-малко от 1,5 х 10’⁵.

8. Съоръжение съгласно претенция 7, характеризиращо се с това, че е снабдено със средство за контролиране на съотношението {г_в= [NH₃]h3x. / (2 (SO_x]bx.+[NO_x]bx.)} на концентрацията на амоняк в газа след облъчването с електронен лъч към сумата от концентрацията на серни оксиди, умножена по две, и концентрацията на азотни оксиди в газа преди облъчването с електронен лъч, като това съотношение е равно или по-голямо от 1 х 10’⁴.

9. Съоръжение съгласно претенция 7 или 8, характеризиращо се с това, че средството за контролиране стойността на коефициента г_А е за регулиране на един от показателите - концентрация на вода в газа, количество на впръсквания амоняк, доза на електронния лъч и температура на газа, когато последният е облъчен с електронен лъч.

10. Съоръжение съгласно претенция 9, характеризиращо се с това, че концентрацията на вода в газа се регулира поне чрез едно от

5 следните приспособления: устройство за охлаждане на газ чрез директен контакт на газа с водата, за да изпари водата и отнеме топлина от газа, разположено по направление на газовия поток към технологичния реактор, и водоразjq пръскващо устройство, разположено на входния отвор на технологичния реактор.

11. Съоръжение съгласно претенция 9, характеризиращо се с това, че температурата на газа се регулира поне чрез едно от следните

15 приспособления: устройство за охлаждане на газ чрез директен контакт на газа с водата, за да изпари водата и отнеме топлина от газа, разположено по направление на газовия поток към технологичния реактор, и водоразпръскващо устройство, разположено на входния отвор на технологичния реактор.

12. Съоръжение съгласно претенция 8, характеризиращо се с това, че средство за контролиране на съотношението г_в регулира количеството на впръсквания амоняк.

13. Съоръжение съгласно претенция 9 или 12, характеризиращо се с това, че е снабдено с множество апарати за контролиране и регулиране на впръсквания амоняк, и поне един от тях е за впръскване на следи от амоняк.