CN1036337A - 用糖还原烟气中氮氧化物的方法 - Google Patents

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Abstract

一种从燃烧含碳燃料烟气中降低氮氧化物的方 法，包括将一种含有糖的处理剂喷入烟气中，在这种 条件下，能有效地降低烟气中氮氧化物的浓度。

Description

本发明是关于从燃烧含碳燃料的烟气中，特别是富氧烟气中通过把含糖的处理剂喷入烟气，耒还原烟气中（NOx）的方法。
当所使用的氧气的浓度和空气/燃料比许可达到最高温度时，含碳燃料就能燃烧的比较完全。因此就降低了排出物中的一氧化碳和未燃烧的烃类。当使用的矿物燃料在大的通用锅炉中燃烧时，产生的温度大约为2000°F以上，通常为2200°F～3000°F。不幸的是，这种高温以及更高温度的燃烧部位，倾向于产生热的Nox，由于该温度是如此之高，因此就形成了氮和氧的自由基并且按化学方式以NOx形式结合。在操作温度为1300°F～1700°F时即使在循环流化床锅炉中，也能生成NOx。
氮氧化物，特别是NO2，是令人讨厌的污染物，当如上面所描述的那样燃烧时，在锅炉燃烧的烟气流中就形成了NOx，并是烟雾中的主要刺激剂。人们还认为，在阳光和烃类存在下，通过一系列的反应，NOx经历一个已知的化学过程，形成光化学烟雾。此外，NOx还是酸雨的主要部分。
不幸的是，在通用锅炉或循环流化床锅炉内，上述温度说明，用诸如洗涤烟气或催化之类的降低NOx浓度的最一般的方法，不是不经济的，就是不可能的或既不经济，也不可能。
为了从燃烧含碳燃料排出的烟气中降低NOx的浓度。人们已经提出了各种方法和这些方法的组合。例如：Arand等的美国专利4，208，386就描述了一种降低燃烧产生的烟气中NOx浓度的方法，是在烟气温度超过1300°F时，或者喷入粉末状的尿素，或者液态的尿素，较好是至少含10%（重量）尿素的尿素溶液。对操作温度低于1600°F。要求使用诸如链烷烃、烯烃、芳烃和氧化的烃类以及氢之类的还原材料。
在同时待审查的和一般转让的美国专利申请顺序号906，671申请日1986.9.10的申请中Bowers公开了使用包括尿素和六亚甲基四胺（HMTA）的溶液耒降低温度超过1300°F的富氧烟气中的NOx浓度。类似地，在同时待审查的和一般转让美国专利申请顺序号784，878，申请日1985.10.4的申请中，Bowers公开了一种包括尿素和氧化的烃溶剂的溶液，在温度高于1600°F的烟气中，由于有效地降低NOx浓度也就随着降低了氨的消耗。
在同时待审查的和一般转让的美国专利申请题为“使用烃或过氧化氢降低烟气中的氮化氧化物的方法”中，代理人记录号为937-0069。申请日1987.3.6.Sullivan描述了使用烃类耒降低在低温也就是低于1450°F，特别是低于1300°F烟气中的NOx值。
虽然用于降低氮氧化物浓度的方法的先有技术一般是有效的，但是目前仍然有必要以经济和方便方式提出另外的还原NOx的新方法。
本发明是关于用于从燃烧含碳燃料的烟气中降低氮氧化物浓度的方法。更具体地说，本发明方法包括把一种含糖的处理剂喷入烟气中在这种条件下，有效地降低烟气中氮氧化物的浓度。尤其是这种糖包括蔗糖。
为此目的，烟气中所有的温度都使用无屏蔽的K-型热电偶耒测量。除非另有说明，在选定的特定点。所有的份数和百分数都是以混合物的重量为基础的。
所使用的术语“糖”指的是某些有用的糖类或糖类化合物或它们的混合物，在如上所述的条件下，它们能降低烟气中的NOx浓度。它们包括非一还原和还原水溶性单糖化物和还原和非还原多糖化物和这些降解产物，例如戊糖，包括戊醛糖、甲基戊糖、类木糖Kepto戊糖，和阿拉伯糖、类鼠李三糖，脱氧醛糖、己糖和还原糖类例如：类葡萄糖、氧化己糖、半乳糖和甘露糖类果糖、己酮糖，和山梨糖。类乳糖，二糖化物，和麦芽糖。类蔗糖，非还原二糖化物和其它多糖类例如：糊精、棉子糖，含有低聚糖，水分散型多糖和水溶性或分散型纤维材料例如：醋酸纤维素成分的水合淀粉。
本发明所选择的处理剂还包括尿素，使用的术语“尿素”包括尿素本身以及在效果上相等的化合物。因此，除非另有说鳎诿枋鲋猩婕暗哪蛩夭⒉痪窒抻谄浔旧恚ρ由斓侥蛩睾退乃械韧铮η康髦赋龅氖牵跤锏韧锊⒉幌抻谧既返牡韧铩Ｒ恍┑韧镌谀承┨跫陆亲钍适褂玫模硪恍┑韧镌谏鲜鎏跫驴赡芤钚Ｈ欢恍┑韧锟赡鼙绕渌母行А?
有利的是，本发明的处理剂以液态喷入烟气中，之所以选择溶液是由于他们经济。事实上，在大部分情况下，它们可以被有效地使用有效溶液将是从饱和到稀释的溶液。然而，对于大部分应用而言，水是一种有效的溶剂，大家将认识到，有好多可以很好地使用的其它溶剂的例子，不是单独的就是同水结合起耒使用。这一点是普通技术人员早已熟知的。
溶液含糖量是0.5%～30%（重量），较好是5%～20%（重量）。在处理剂中所使用的尿素的量是2%～60%最好是5%～30%（重量）。在溶液中，当使用尿素和糖作为处理剂时，糖对尿素的重量比是1∶10～4∶1较好是1∶5～3∶1，最好是1∶4～2.5∶1。
在喷入点，烟气的温度将对溶液的浓度有影响，在温度为1300°F～1700°F时，溶液将倾向于在高浓度时有效地操作，例如：大约10%～65%（重量）的处理剂。在另一方面，在温度高于1700°F时，溶液将要被稀释，在该较高温度时，水（或非水溶液情况下的溶剂）可能大于溶液的80%，85%甚至90%（重量）。
将有效量的本发明的处理剂喷入烟气中，并因此降低了烟气中氮氧化物的浓度。有利的是，将足够量的本发明的处理剂喷入烟气中，即在处理剂中含有的氮和原始氮氧化物之摩尔比是1∶5～10∶1，较好的是1∶3～5∶1，最好是1∶2～3∶1。处理剂中没有尿素时，将处理剂喷入烟气中，提供的处理剂中的氮和原始氮氧化物的重量比为1∶5～10∶1。
在这种情况下，处理剂包括尿素和糖，喷入比能用处理剂中的氮对原始氮氧化物的标准化的化学计算比（NSR）耒表示。标准化的化学计算比是NHx基浓度〔NHX基，X是一个整数，可以认为大部分由尿素提供，在NOx分解中，而尿素有利于系列反应物的生成。〕与烟气中氮氧化物浓度之比，可用NHX/NOx表示。
处理剂，不管是以液态或以纯的形式喷射，在喷射点的烟气温度要在1300°F以上，较好的是在1400°F以上，最好是在1450°F以上。所使用的在发电厂和其他大的装置上所使用的大工作锅炉和循环流化床锅炉。一般将接近于这个极限点。在大量的典型情况中，在满负荷时，在锅炉内部火焰的温度近似于1900°F，甚至2000°F，在进行热交换之后，温度将降低，通常在1300°F～1900°F之间，在这些温度时，本发明的处理剂能有效地通入，基本上实现了烟气中氮氧化物的还原。
根据本发明所使用的处理剂，较好地是，在许多空间位置从喷咀或其它设备喷入，喷咀和其它装置能把处理剂有效而均匀地分散在燃烧的烟气中。
本发明的处理剂，最好是喷入富氧的烟气，即在烟气中有过量的氧。有利的是，氧量大于1%（体积），最好的是，氧量为1%～12%（体积），或更大的。
大家将会明白，使用本发明的降低NOx浓度的处理剂，不仅在直接地使用本发明的方法作为重要的NOx的还原方法耒实现相当量的NOx的还原时有用，而且当残留的污染物例如NH3和/或一氧化碳，在较佳的控制值时，也可以作为一个分立的步骤与其它的化学、催化或其用于降低NOx浓度及其它污染物。例如So2的其它步骤相结合时也有用。这种合适的“多步骤”方法公开在同时待审查的和一般转让的美国专利申请，题目为“用于降低烟气中污染物浓度的多步骤方法”，代理人记录号为937-00671，申请人Epperlg pater-Hoblyn Shulof和Sullivan 1987.3.6结合参考。
本发明实际使用中的一个优点是在NOx的还原过程中，同时减少了其它污染物例如NH3和一氧化碳的产生。因为其它的一些原因，应当避免在烟气中存在NH3，NH3能和So＝ 3反应生成亚硫酸铵，从而粘附在锅炉内的换热面上，另外NH3污染了大气，一氧化碳也是如此。NH3和一氧化碳低的值的原因还不完全清楚。但是，可能是因为包括糖、尿素和NOx的一系列反应就导至NOx浓度的降低没有简单地产生作为付产物的相当量的其它污染物。
下面的几个例子，是通过包括糖的处理剂在还原排泄物中的NOx的详细操作，进一步说明和解释本发明。
例1
所使用的燃烧器是一个有烟道的燃烧器，已知燃烧器烟道长约209英寸，内径8英寸，壁厚2英寸燃烧器在靠近烟道入口有一个火焰区，在靠近烟道出口有一个监测器，以测量烟气的成分，例如：NOx、SOx、NH3、CO、CO2存在的过量O2和存在在烟气中的感兴趣其它的化合物。烟道附设几个热电偶，用耒测量烟道不同位置的温度。把处理剂喷入烟气时的烟气温度是在喷入点用K-型热电偶测量。在同时待审查的和一般转让的美国专利申请题为“降低排气中污染物浓度的方法和装置”的申请顺序号为009696，申请日为1987.2.2。美国专利申请中，公开了雾化喷射器，这份专利可以结合参考，它们设置在烟道的各个位置，以便把处理剂引入和分散在烟气中。燃烧器的燃料是2号燃料油，而且燃烧器燃料的燃烧速度为8.8-9.6磅/时。
在开始试验前，记录初始的NOx浓度，以计算处理剂对初始NOx的喷射比和NSR（适当的时后）和记录最终的NOx浓度，及排出的处理剂，以计算排出的废气中降低的NOx浓度（以喷射一次处理剂为基准）。
进行如下的试验：
1.把含15%（重量）蔗糖溶液以300毫升/时的速度喷入温度为1330°F，过量氧为3.2%的烟气中，结果在表1中列出。
2.把含10%（重量）尿素，15%（重量）蔗糖和0.1%（重量）的商业上可用的表面活性剂的溶液以200毫升/时的速度喷入温度为1580°F，过量氧为3.1%的烟气中，得到NSR为1.44，结果在表1中列出。
3.把含10%（重量）尿素，15%（重量）蔗糖和0.1%（重量）的商业上可用的表面活性剂的溶液以150毫升/时的速度喷入温度为1580°F，过量氧为3.3%的烟气中，得到NSR为1.07，结果在表1中列出。
4.把含10%（重量）尿素，15%（重量）蔗糖和0.1%（重量）的商业上可用的表面活性剂的溶液以100毫升/时的速度喷入温度为1580°F，过量氧为3.3%的烟气中得到NSR为0.7。结果在表1中列出。
5.把含10%（重量）尿素，15%（重量）蔗糖和0.1%（重量）的商业上可用的表面活性剂的溶液以200毫升/时的速度喷入温度为1570°F，过量氧为4.4%的烟气中得到NSR为1.31，结果如表1所示。
6.把含10%（重量）尿素，15%（重量）蔗糖和0.1%（重量）的商业上可用的表面活性剂的溶液以200毫升/时的速度喷入温度为1555°F，过量氧为6.0%的烟气中得到NSR为1.29，结果如表1所示。
7.把含10%（重量）尿素，15%（重量）醋酸纤维素和0.1%（重量）的商业上可用的表面活性剂的溶液以300毫升/时的速度喷入温度为1510°F，过量氧为3.2%的烟气中，得到NSR为2.31，结果在表1中列出。
8.把含10%（重量）尿素，15%（重量）玉米糖浆和0.1%（重量）的商业上可用的表面活性剂的溶液以300毫升/时的速度喷入温度为1500°F，过量氧为3.1%的烟气中，得到NSR为2.33，结果在表1中列出。
表一
试验 Nox（ppM） Nox（ppM） 降低率（%） NH3（ppM）
原始    最终
1    132    74    43.9    -
2    165    92    44.2    28
3    165    100    39.4    9
4    167    132    21.0    3
5    169    99    41.4    11
6    155    105    32.3    10
7    168    112    33.3    45
8    167    102    38.9    -
从表1中可以知道，将糖喷入烟气中，特别是在尿素存在下，能满意地降低烟气中氮氧化物的浓度，因而基本上就避免产生其它污染物质，例如氨。
上面的描述，为了使本专业的普通技术人员如何实施本发明，并且不打算对所有的这些不同改进均作出详细描述，读完了上述描述后对本专业普通技术人员而言就是显而易见的。可是，所有的这些改进和修改均包括在本发明的范围内，将由下列权利要求所定义。

Claims (27)

1、一种从燃烧含碳燃料的烟气中，降低氮氧化物浓度的方法，包括：将含糖的处理剂喷入到烟气中，在这种条件下能有效地降低烟气中氮氧化物的浓度。
2、如权利要求1的方法，其中所说的处理剂还包括尿素。
3、如权利要求2的方法，其中所说的糖包括蔗糖。
4、如权利要求3的方法，其中烟气的温度为1300°F以上。
5、如权利要求4的方法，其中烟气的温度为1450°F以上。
6、如权利要求4的方法，其中烟气的温度为2000°F以下。
7、如权利要求4的方法，其中喷入烟气的处理剂中含氮量和原始的氧化氮之摩尔比为1∶5～10∶1。
8、如权利要求7的方法，其中，处理剂和原始氧化氮之摩尔比为1∶3～5∶1。
9、如权利要求3的方法，其中处理剂是溶液。
10、如权利要求9的方法，其中所说的溶液包括一种水溶液。
11、如权利要求10的方法，其中上述溶液含2%～60%（重量）的尿素。
12、如权利要求11的方法，其中上述溶液含0.5%～25%（重量）的糖。
13、如权利要求1的方法，其中烟气包括过量的氧。
14、如权利要求13的方法，其中烟气中过量的氧不大于12%（体积）。
15、如权利要求14的方法，其中在烟气中过量的氧气大约是1%～6%（体积。）
16、一种从燃烧含碳燃料的含氧烟气中降低氮氧化物浓度的方法，包括将含糖和尿素的处理剂喷入温度为1300°F以上的烟气中，在该条件下，能有效地降低烟气中氮氧化物的浓度。
17、如权利要求16的方法，其中所说的糖包括蔗糖。
18、如权利要求17的方法，其中，烟气的温度为1450°F以上。
19、如权利要求17的方法，其中，烟气的温度为2000°F以下。
20、如权利要求17的方法，其中，所说的处理剂是溶液。
21、如权利要求20的方法，其中，溶液包括一种水溶液。
22、如权利要求21的方法，其中上述溶液含2%～60%（重量）尿素。
23、如权利要求22的方法，其中上述溶液含0.5%～25%（重量）糖。
24、如权利要求18的方法，其中喷入烟气中的处理剂含氮量和原始氧化氮的摩尔比为1∶5～10∶1。
25、如权利要求24的方法，其中处理剂氮量和原始氧化氮之摩尔比为1∶3～5∶1。
26、如权利要求16的方法，其中烟气中过量的氧不大于12%（体积）。
27、一种从燃烧含碳燃料的含氧烟气中降低氮氧化物浓度的方法，包括将含大约2%～60%（重量）的尿素和0.5～25%（重量）糖的溶液处理剂喷入含大约1%～6%体积过量氧和温度为1450°F～1900°F的烟气中，处理剂中含氮量和原始氧化氮的摩尔比为1∶3～5∶1，在这种条件下能有效地降低在烟气中的氮氧化物浓度。
CN88101867A 1987-03-13 1988-03-12 用糖还原烟气中氮氧化物的方法 Pending CN1036337A (zh)

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