CN107206313B - 用于还原气流床处理设备的废气中的氮氧化物的方法和气流床处理设备 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于还原来自气流床处理设备的废气中的氮氧化物的方法，在该气流床处理设备中，使材料经受热处理；用于所述热处理的热能中的至少一些热能由热气发生器(3)提供。所公开的方法的特征在于，在来自热气发生器(3)的热气的温度降至700℃以下、优选地850℃以下之前，将还原剂混入热气。

Description

用于还原气流床处理设备的废气中的氮氧化物的方法和气流 床处理设备

技术领域

本发明涉及一种用于还原来自气流床处理设备的废气中的氮氧化物的方法，在该气流床处理设备中对材料进行热处理，用于此目的的热能至少部分地由热气发生器提供。本发明还涉及用于实施该方法的气流床处理设备。

背景技术

用于对细颗粒材料进行热处理的气流床处理设备是已知的，例如用于煅烧、焙烧或烧结白云石、菱镁矿、石灰或氢氧化铝，例如根据DE 33 29 233 A1已知这种设备。该专利文献中所述的气流床处理设备包括具有预热区域、高温区域和冷却区域的多级旋风热交换器。在这里，气体即空气流过冷却区域，而在其他区域，空气和热气的混合物从底部向上流过各个旋风器(基于重力的方向)，而将进行热处理的材料沿逆流方向从顶部向下流过旋风器。在这里，材料在旋风器中的每一者中从气流中分离并且经由出口引入随后将被供应到下面的旋风器的气流中。在冷却区域的下部旋风器中，由压缩机送入的气流冷却材料，而气体被预热。该气流随后流过高温区域的上升管，对从预热区送入的材料的实际热处理在该高温区域中发生。在这里，另外将热气经由燃烧器引入高温区域中的气流，以提供热处理所需的热能。离开高温区域的气体随后用于在预热区域中预热材料。

由于关于工业设备废气的法规变得日益严格，以减少污染物为目标的废气处理越来越多地成为这些设备的制造商和运营商关注的焦点。在这里，焦点是还原废气中的氮氧化物。

通过选择性催化还原(SCR)方法将氮氧化物从来自材料热处理设备的废气中除去是已知的；在这里，将例如含氨还原剂引入废气流，由此来实现氮氧化物的还原。还原所需的温度应由催化器的存在而降低，混合有还原剂的废气最大程度地流动穿过催化器或在催化器周围流动，使得很少的热能随着废气随后排放到环境中而损失。这样的方法和相应的设备例如根据DE 197 20 205A1是已知的。

用于除去氮氧化物的废气的选择性非催化还原(SNCR)也是已知的；在这里，省去了催化剂的降温环节。该方法具有由节省催化剂带来的成本较低的优点。然而，缺点是为了能够以令人满意的效率实现氮氧化物的还原，选择性非催化还原的废气温度需要达到大约900℃。如果废气在处理后直接排放到大气中，则由于废气仍然具有较高温度，这意味着相当大的能量损失。通过例如将热量传递到另一介质来进一步利用该热能通常是非常难以实施的，众多原因中的一个是不应出现含有氮氧化物的废气的再次污染。

发明内容

从该现有技术出发，本发明的一个目的是指出将氮氧化物从来自用于材料的热处理的气流床处理设备的废气中除去的有利的可能性。

本发明基于这样一种认识：在所讨论的类型的气流床处理装置中，材料热处理所需的热能主要由热气发生器提供，在离开气流床处理设备的废气中的氮氧化物基本上在热气发生器中形成或仅在热气发生器中形成，因此氮氧化物的去除原则上可以尽早地在热气发生器之后、直接进行，在材料的热处理中废气不会再次受到氮氧化物相当严重的污染。因此，根据本发明，可以实施从离开热气发生器的热气流(任选地与一种或多种另外的气体流混合)中去除氮氧化物，氮氧化物的这种去除能够在不使用催化剂的情况下实施，因此特别是可以以选择性非催化还原的形式实施，因为热气具有足够高的温度。

因此，在所讨论的类型的用于还原来自对材料进行热处理的气流床处理设备的废气中的氮氧化物的方法中，用于此目的的热能至少部分地由热气发生器提供，本发明提供还原剂，在来自热气发生器的热气的温度由于特别是热气与材料(和/或另一介质)混合而下降到700℃以下、优选地850℃以下之前，将还原剂混入热气中。

所讨论的类型的气流床处理设备包括：至少一个处理室，在该处理室中，可以利用热气对材料进行热处理；用于将材料引入处理室的材料供应装置；用于产生热气的热气发生器，其中热气能够经由热气入口流入处理室，而废气能够经由出口从处理室排出；根据本发明，该气流床处理设备的特征在于包括用于将还原剂引入热气的还原剂引入装置，其中，该还原剂引入装置被集成到气流床处理设备中，使得还原剂的引入在热气经由热气入口进入处理室之前发生。

在这里，优选地，应在热气发生器下游距离热气发生器非常短的距离处将还原剂与热气混合。在任何情况下，该混合应在热气与材料(或至少材料的主要部分)混合之前发生，因为热气与材料的这种混合将导致温度的相对快速且显著的降低，其结果是热气/材料混合物的温度通常可以降低到根据本发明提供的极限温度以下。

热气在与还原剂混合时的温度优选地设定为不超过1250℃，优选地不超过1100℃，特别优选地不超过1000℃，因为过高的热气温度可能对还原的程度产生不利影响。

至于还原剂，优选地使用含有氨(NH_x)的材料，特别是来自摄影处理的氨、尿素和/或废水。

为了实现足够高的还原效率，还原剂应优选地以以下方式引入热气中：在热气通过与材料混合而降至700℃以下、优选为850℃以下之前，已经过至少0.5秒、优选地至少1秒的停留时间。

此外，将该停留时间限制在不超过十秒是有利的，因为通过相对较长的停留时间通常仅可以实现相对较小幅度的还原效率的提高，但是同时在本发明的还原剂引入装置与进入气流床处理设备的处理室的热气入口之间的流体通道将不成比例地变长。

在本发明方法的另一优选实施方式中，还原剂可以以固体和/或液体的形式引入热气中。这可以实现将还原剂有利地引入和/或散布到热气中。在多个位置将还原剂引入热气也可以达到相同的目的。在这里，多个位置优选地分布在本发明的气流床处理设备的热气导管的横截面上和/或布置成在热气的流动方向上彼此间隔一定距离。

在本发明的方法的另一优选实施方式中，可以在热气与还原剂混合之后(以及可选地甚至在与材料或至少是材料的主要部分混合之前)将额外的热能引入热气。这特别地有用，以在氮氧化物的还原主要发生的停留时间期间将热气的温度保持在预期的温度范围之内，以便补偿热气由于例如还原剂本身的引入和/或由于热气在流过热气导管期间的热量损失引起的温度降低。此外，在热气与还原剂混合之后引入额外的热能在用于与还原剂混合的热气的温度设定在低于材料的随后的热处理的优选温度范围的温度范围时也是有用的，使得氮氧化物的去除和随后的材料的热处理都能够达到非常高的效率。将额外的热能引入热气/材料混合物也可以达到该目的。在这里，还可以同时或在非常短时间后将额外的还原剂引入到热气/材料混合物中，以便补偿由于引入额外的热能而可能引起的废气中的氮氧化物的含量的增加。

可以通过例如将额外的热气发生器集成到本发明的气流床处理设备和/或通过将燃料、例如煤(灰尘)引入已经与还原剂混合的热气中或引入热气/材料混合物中，燃料因此在被引入后立刻点燃，来实现额外的热能的引入。

离开热气发生器的热气可能具有比优选地设想的温度上限更高的温度。特别是在这种情况下，热气可以优选地在与材料(或至少材料的主要部分)混合之前被冷却，以便将热气的温度设定在对于与还原剂混合优选的温度范围内。热气的这种冷却可以例如通过将冷却空气与热气混合来实现。同样地，可以将一定比例的材料引入热气，这同样可以与温度的显著降低相关联。在这种情况下，材料的该“一定比例”优选(但不是绝对必要的)地在质量流量方面与材料的“主要部分”相比较小。

此外，还原剂的混入可以优选地根据热处理的工艺参数、例如温度和/或燃料的类型、和/或废气中的氮氧化物(NOx)的值来调节，以便使得氮氧化物的去除能够达到非常高的效率。

在本发明的方法的其他优选实施方式中，可以额外地对废气进行后处理以减少污染物。在这里，如果废气中氮氧化物的还原必须满足特别苛刻的要求，还可以将废气供应到SCR催化器。还可以额外引入还原剂以在选择性催化还原中进一步除去氮氧化物。

不定冠词(“一”、“一个”等)的使用，特别是在权利要求中和在解释权利要求的说明书部分中的使用应解释为这样的种类，并且不应解释为使用指示数量的单词。这种用法因此应解释为意味着具有这样的特征的元件出现至少一次并且可能多次出现。

附图说明

下面将借助于附图所描绘的工作示例说明本发明。附图示出：

图1：根据本发明的气流床处理设备的第一实施方式的示意图；以及

图2：根据本发明的气流床处理设备的第二实施方式的示意图。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的气流床处理设备，该气流床处理设备可以例如用于红土镍矿的处理。该气流床处理设备包括材料供应装置1，红土镍矿经由该材料供应装置1供应到粉碎装置2。粉碎装置2呈例如锤式粉碎机的形式。在从材料供应装置1的开口进入粉碎装置2的区域中，设置有热气入口11。已在热气发生器3中产生的热气经由该热气入口引入粉碎装置2。热气流过在粉碎之前、粉碎期间和粉碎之后都存在于粉碎装置2中的镍矿石，并在此之前使矿石干燥(热处理)。热气和镍矿石的混合导致热气的温度相对较快地降至如下范围，该范围例如在材料供应装置1的开口区域中可为650℃至400℃，而在从粉碎装置2到随后的干燥器4的过渡区域中可为300℃至200℃。

穿过镍矿石的流动也保持在干燥器4中，干燥器设置在粉碎装置2之后并且构造成呈上升管干燥器的形式。在这里，热气不仅具有干燥(并且因此热处理)的效果，而且还充当载体流体，镍矿石的粉碎颗粒通过该载体流体输送到上升管干燥器中并且在上升管干燥器内沿着与重力相反的方向输送(气流床气流)。

设置在干燥器4之后的是呈分级器形式的分离装置5。在该分离装置5中，粉碎的镍矿石被分离成细粒部分和粗粒部分。

细粒部分基本上包含镍矿石的褐铁矿部分，细粒部分从分离装置5输送到第一深处理系统6中，并且优选地，在那里通过湿法工艺进行处理，例如“高压酸浸”工艺、“压力酸浸”工艺或“大气浸出”工艺，以便从细粒部分中分离含镍材料。为了这个目的，首先将细粒部分从充当载体流体的热气中分离。然后将热气作为废气排放到大气中。

为了减少含有氮氧化物的废气的污染，根据本发明，例如，提供了一种含氨还原剂，该含氨还原剂通过还原剂引入装置12喷射到热气导管13中，以便实现将热气中的氮氧化物选择性非催化还原成氮和水，其中，热气导管13将热气发生器3连接到粉碎装置2的热气入口11。在这里，还原剂引入装置12位于热气发生器3的出口下游并与热气发生器3的出口相距很短的距离，使得在热气由于向粉碎装置2中的镍矿石传热而被冷却到预期的氮氧化物的还原反应不再以相当的程度发生的程度之前，实现还原剂在热气中停留非常长的时间。

还原程度通常在约900℃的热气温度下达到最高，为了实现非常高的还原程度，可能有用的是通过经由额外的入口14将冷却介质引入热气流中来主动地冷却离开热气发生器3的具有明显更高的温度、例如1250℃的热气。冷却介质可以是例如冷却空气。然而，也可以使将要在粉碎装置2和干燥器4中进行热处理的镍矿石的部分量分出并且将其引入热气导管13。使用部分量的镍矿石来冷却热气的优点是使热气的温度降低的热传递作用于将要进行热处理的材料本身，而不是作用在另一冷却介质上，其结果是可以完全避免热处理效率的降低或使得热处理效率的降低较小。

在分离装置5中获得的粗粒部分基本上包含镍矿石的腐泥质组分，并且可以例如，占送入的全部镍矿石的约5％至10％，该粗粒部分可以从该处理中排出，因此不用于离析含镍材料。例如，然后可以将排出的粗粒部分沉积在垃圾填埋场7中。由于粗粒部分从该处理排出，因此在第一深处理系统6中实施的湿法工艺中不会对粗粒颗粒进行处理，使得能够将处理费用、特别是相应的能量消耗保持在较低程度。

作为替代方案，粗粒部分还可以输送到第二深处理系统8，在该第二深处理系统8中，含镍材料通过火法冶金工艺例如“旋转窑/电炉”工艺或“新型冶炼工艺”从粗粒部分中分离。该方案具有以下优点：供应到设备的镍矿石的总量都用于含镍材料的分离和随后的含镍材料的离析，并且含镍材料的分离和含镍材料的离析都具有很高的单独的分离程度，因此，可以通过适应于将要单独地进一步处理的细粒部分和粗粒部分的非常优化的工艺，来实现含镍材料从镍矿石中的离析达到非常高的总体分离程度。为了对粗粒部分进行预处理以便分离含镍材料，第二深处理系统8可以包括进一步粉碎装置10，在该进一步粉碎装置10中进一步粉碎粗粒部分颗粒。

在图1所示的设备中，还可以根据需要使在分离装置5中分离出的镍矿石的粗粒部分部分地或全部地经由回流管9再循环到材料供给装置1，以便将其依次输送通过粉碎装置2、干燥器4和分离装置5。

如图2示出的用于特别是细颗粒材料的热处理的气流床处理设备包含具有预热区域15、高温区域(例如煅烧区域)16和冷却区域17的多级旋风热交换器。预热区域15包括旋风热交换器的三个上部旋风器18、19和20(基于重力方向)。位于预热区域15下方的高温区域16包括热气发生器3和旋风器21，而位于高温区域16下方的冷却区域17包括旋风热交换器的另外两个旋风器22和23。冷却区域17被描述为可选的，因为材料在通过旋风器21之后也可以直接输送到深处理装置。气流床处理设备的上述部件经由气体导管和材料导管以可以从图2中看出的方式相互连接。

由压缩机24输送的空气流连续行进通过旋风器23和22，然后进入高温区域16。在那里，该空气流与在热气发生器3中由燃料与例如外界空气的燃烧而产生的热气混合。离开高温区域16的旋风器21的气流随后行进通过预热区域15的旋风器20、19和18，然后被排出。

细颗粒材料经由材料供应装置1引入旋风热交换器，然后以已知的方式行进通过预热区域15的旋风器18、19和20，并且随后被引入通向旋风器21的上升导管25，其中，在上升导管25中对经预热的材料进行高温处理。在旋风器21中，已在高温区域16中经过处理的材料从气流中析出，然后可选地进入冷却区域17并且随后作为成品排出。

根据本发明，将例如含氨还原剂经由还原剂引入装置12喷射到将热气发生器3连接到上升导管25的热气入口11的热气导管13中，以便实现将热气中的氮氧化物选择性非催化还原成氮和水。这里，还原剂引入装置12位于热气发生器3的出口下游并与热气发生器3的出口相距很短的距离，以便实现在热气通过与来自冷却区域17的空气混合并随后与来自预热区域15的最后一个旋风器20的材料混合而被冷却到预期的氮氧化物的还原反应不再以相当的程度发生的程度之前使还原剂在热气中停留非常长的时间。

与在根据图1的气流床处理设备的情况类似，在根据图2的设备中，也可以将冷却介质经由额外的入口14引入热气导管，以便实现对离开热气发生器3的具有例如约1250℃至约900℃温度的热气的降温并且因此实现非常高效率的氮氧化物的还原。

图2还描述了通过选择性催化还原进一步处理离开气流床处理设备的废气以便能够实现最佳地除去氮氧化物的可能性。为了这个目的，旋风热交换器的废气出口可以连接至适当的还原催化器26。如果经由通向热气导管13的还原剂引入装置12引入废气中的还原剂的含量不(再)足以进行选择性催化还原并且/或者不同的还原剂将用于选择性催化还原，则额外的还原剂引入装置27可以可选地布置在还原催化器26的上游。当然，图1所示的气流床处理设备1还可以配备有用于下游选择性催化还原的适当部件。

附图标记清单：

1.材料供应装置

2.粉碎装置

3.热气发生器

4.干燥器

5.分离装置

6.第一深处理系统

7.垃圾填埋场

8.第二深处理系统

9.回流管

10.进一步粉碎装置

11.热气入口

12.还原剂引入装置

13.热气导管

14.额外的入口

15.预热区域

16.高温区域

17.冷却区域

18.旋风器

19.旋风器

20.旋风器

21.旋风器

22.旋风器

23.旋风器

24.压缩机

25.上升导管

26.还原催化器

27.额外的还原剂引入装置

Claims (20)

1.一种用于还原来自气流床处理设备的废气中的氮氧化物的方法，所述气流床处理设备具有处理室，在所述处理室中对材料进行热处理，用于此目的的热能至少部分地由热气发生器(3)提供，其中，在来自所述热气发生器(3)的热气的温度降至700℃以下之前，将还原剂混入所述热气中，其特征在于，在所述热气与所述材料混合之前，使所述还原剂混入。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在使所述还原剂混入时，所述热气的温度设定为不高于1250℃。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述还原剂被引入所述热气，使得在所述热气的温度下降至700℃以下之前，已经经过至少0.5秒和/或不多于10秒的停留时间。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在多个位置将所述还原剂引入所述热气。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述多个位置分布在热气导管(13)的横截面上和/或布置成在所述热气的流动方向上彼此间隔一定距离。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述还原剂混入之后，将额外的热能引入所述热气。

7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述热气在与所述材料混合之前被冷却。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，将冷却空气混入所述热气中。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在所述热气与所述材料混合之前，将部分量的所述材料引入所述热气以用于冷却的目的。

10.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述还原剂的混入根据所述热处理的工艺参数和/或废气中的氮氧化物含量来调节。

11.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述材料与所述热气混合之后，将额外的热能和/或额外的还原剂引入所述材料中。

12.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，对所述废气进行再处理以减少污染物。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，将所述废气供应到SCR催化器。

14.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在来自所述热气发生器(3)的热气的温度降至850℃以下之前，将还原剂混入所述热气中。

15.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在使所述还原剂混入时，所述热气的温度设定为不高于1100℃。

16.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在使所述还原剂混入时，所述热气的温度设定为不高于1000℃。

17.根据前述权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述还原剂被引入所述热气，使得在所述热气的温度下降至850℃以下之前，已经经过至少0.5秒和/或不多于10秒的停留时间。

18.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述还原剂被引入所述热气，使得在所述热气的温度下降至700℃以下之前，已经经过至少1秒和/或不多于10秒的停留时间。

19.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述还原剂被引入所述热气，使得在所述热气的温度下降至850℃以下之前，已经经过至少1秒和/或不多于10秒的停留时间。

20.一种气流床处理设备，所述气流床处理设备具有：

处理室，在所述处理室中能够通过热气对材料进行热处理；

材料供应装置(1)，所述材料供应装置用于将所述材料引入所述处理室；

热气发生器(3)，所述热气发生器用于产生所述热气，所述热气能够经由热气入口(11)流入所述处理室；

出口，废气能够经由所述出口从所述处理室排出，

所述气流床处理设备的特征在于包括还原剂引入装置(12)，所述还原剂引入装置(12)用于在所述热气经由所述热气入口(11)流入所述处理室之前将还原剂引入所述热气中。

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