DE3907330A1

DE3907330A1 - Separation process

Info

Publication number: DE3907330A1
Application number: DE19893907330
Authority: DE
Inventors: Gert Dr Lautenschlager
Original assignee: GG Noell GmbH
Current assignee: GG Noell GmbH
Priority date: 1989-03-04
Filing date: 1989-03-04
Publication date: 1990-09-13

Abstract

The optimal working range of a non-catalytic separation method is often restricted to a defined temperature range. This applies, in particular, to non-catalytic denitration methods. To adapt the separation process to great temperature variations, a solution containing the substance to be separated off is used in a support substance. Since the separation between the substance to be separated off and the support substance requires a certain time, the timepoint of the start of the reaction between the substance to be separated off and the substance separating off can be controlled and, when the medium containing the substance to be separated off moves, the site of the start of reaction can also be controlled.

Description

Die Erfindung betrifft einen Abscheidungsprozeß, bei dem eine chemische Reaktion zwischen der abzuscheidenden und einer abscheidenden Substanz erfolgt, die abscheidende Substanz mittels einer Trägersubstanz in den Reaktionsraum eingebracht wird und dort eine allmähliche Trennung von Trägersubstanz und abscheidender Substanz erfolgt.The invention relates to a deposition process in which a chemical reaction between the deposited and one separating substance takes place, the separating substance by means of a carrier substance is introduced into the reaction space and there a gradual separation of carrier and depositing Substance takes place.

Die Erfindung betrifft speziell einen nichtkatalytischen Entstickungsprozeß für Rauch- und Abgase, bei dem die zur Entstickung notwendige Substanz, insbesondere Harnstoff, als wäßrige Lösung in den Kessel eingedüst wird.The invention specifically relates to a non-catalytic Denitrification process for smoke and exhaust gases, in which the Denitrification necessary substance, especially urea, as aqueous solution is injected into the boiler.

Rund ein Drittel der NO_x-Emissionen stammen in der Bundesrepublik Deutschland aus Großfeuerungsanlagen. Um bei diesen Anlagen die Emissionsgrenzwerte für Stickoxide (NO_x) einhalten zu können, werden bislang überwiegend katalytische Verfahren (SCR-Verfahren) angewendet. Bei SCR-Verfahren stehen den guten Abscheidegraden der sehr hohe apparative Aufwand und Probleme wie Katalysatorvergiftung und Verschleiß insbesondere im high-dust-Bereich gegenüber.Around one third of the NO _x emissions in the Federal Republic of Germany come from large combustion plants. In order to be able to comply with the emission limit values for nitrogen oxides (NO _x ) at these plants, so far predominantly catalytic processes (SCR process) are used. In SCR processes, the good separation rates are offset by the very high expenditure on equipment and problems such as catalyst poisoning and wear, especially in the high-dust range.

Werden die Stickoxide aber bereits durch feuerungstechnische, also primäre Maßnahmen reduziert, dann lassen sich die gesetzlich vorgeschriebenen Grenzwerte auch mit nicht-katalytischen Verfahren (SNCR) problemlos einhalten. Bei kleinen und mittleren Anlagen, bei denen der NO_x-Gehalt von vornherein oft niedriger liegt, sind z. T. SNCR-Verfahren alleine ausreichend.However, if the nitrogen oxides are already reduced by firing technology, ie primary measures, then the legally prescribed limit values can be met without any problem even with non-catalytic processes (SNCR). For small and medium plants, where the NO _x content is often lower from the outset, z. T. SNCR procedure alone sufficient.

Der Vorteil der SNCR-Verfahren liegt hauptsächlich in dem wesentlich geringeren Investitionsaufwand, außerdem sind sie an bestehenden Anlagen wesentlich leichter nachzurüsten. The advantage of the SNCR method is mainly in the essential lower capital expenditure, and they are existing Retrofitting systems much easier.

Für die nicht katalytische Reduktion von Stickoxiden sind Rauchgastemperaturen zwischen 850 und 1050 Grad C erforderlich, die optimalen Abscheidegrade werden innerhalb eines Temperaturbereiches von ca. 100 K erzielt. Damit ergibt sich bei veränderlichen Rauchgastemperaturen die Notwendigkeit, das Reduktionsmittel möglichst an der Stelle einzubringen, wo gerade der optimale Temperaturbereich vorliegt. Dies ist beispielsweise (bei dem bekannten "Exxon"-Verfahren) durch mehrere Eindüsvorrichtungen, die in verschiedenen Höhen der Rauchgasführung angeordnet sind, annähernd zu realisieren. Je nach Rauchgastemperatur wird die Eindüsung in die Ebene verlagert, in der der genannte optimale Temperaturbereich vorliegt.For the non-catalytic reduction of nitrogen oxides Flue gas temperatures between 850 and 1050 degrees C required, the optimal separation levels are within a temperature range achieved by about 100 K. This results in variable Flue gas temperatures the need for the reducing agent as possible to introduce at the point where just the optimal Temperature range is present. This is for example (at the known "Exxon" method) by several injection devices, the are arranged at different heights of the flue gas duct, almost to realize. Depending on the flue gas temperature is the Injection is shifted to the plane in which the said optimal Temperature range is present.

Aufgabe der Erfindung war es daher, ein Verfahren anzugeben, bei dem mit geringem Aufwand eine nicht katalytische Entstickung ermöglicht wird, wobei eine Anpassung des Entstickungsverfahrens an die Betriebsweise des Gesamtprozesses gegeben ist und insbesondere auch bei stark schwankenden Temperaturverhältnissen des Rauchgases möglichst gleichbleibende Abscheidegrade für NO_x eingehalten werden können.The object of the invention was therefore to provide a method in which a low-cost non-catalytic denitrification is made possible, with an adaptation of the denitrification is given to the operation of the overall process and in particular with highly fluctuating temperature conditions of the flue gas as constant separation efficiency of NO _x can be complied with.

Die Lösung dieser Aufgabe ist im Hauptanspruch angegeben. Die Unteransprüche beschreiben bevorzugte Weiterbildungen des Verfahrens.The solution to this problem is specified in the main claim. The Subclaims describe preferred developments of the Process.

Erfindungsgemäß wird die die gewünschte Reaktion bewirkende Substanz mit einer Trägersubstanz in den Reaktionsraum eingebracht, in dem die Trägersubstanz allmählich abgetrennt wird, wobei nach im wesentlichen vollständiger Abtrennung, die gewünschte Reaktion mit der zeitlichen Verzögerung eintritt, die der für den Abtrennvorgang erforderlichen Zeitspanne entspricht.According to the invention, the substance causing the desired reaction introduced with a carrier in the reaction space, in the the carrier is gradually separated, wherein after in essential complete separation, the desired reaction with the time delay that occurs for the separation process required period of time.

Soweit es sich bei der gewünschten Reaktion um die Entstickung eines Gases, insbesondere eines Rauchgases aus Verbrennungsanlagen, z. B. für die Müllverbrennung oder die Energieerzeugung handelt, wird das Reduktionsmittel, insbesondere Harnstoff mit Wasser als Trägersubstanz in den Reaktionsraum, z. B. den Kessel eingedüst.As far as the desired reaction is the denitrification of a Gas, in particular a flue gas from incinerators, z. B. for waste incineration or power generation, that will Reducing agent, in particular urea with water as Carrier in the reaction space, z. B. injected the boiler.

Der optimale Temperaturbereich für die Entstickung mittels Harnstoff liegt etwa zwischen 850 und 1050 Grad C. Einerseits wird bei Temperaturen unterhalb von 850 Grad C die Bildung von NH₂-Radikalen vermindert. Dies äußert sich in einem schlechteren Abscheidegrad und einen höheren NH₃-Schlupf. Andererseits wird bei sehr hohen Temperaturen oberhalb von etwa 1050 Grad C NH₂ oxidiert, wodurch zusätzliche Stickoxide gebildet werden würden. Daher besteht bei stark schwankenden Rauchgastemperaturen, wie z. B. in einer Müllverbrennungsanlage das Problem, den Harnstoff an den Stellen der Verbrennungsanlage einzubringen, an denen der genannte Temperaturbereich gerade vorliegt.The optimum temperature range for denitrification using urea is about between 850 and 1050 degrees C. On the one hand is at Temperatures below 850 degrees C, the formation of NH₂ radicals reduced. This manifests itself in a worse degree of separation and a higher NH₃ slip. On the other hand, at very high Temperatures above about 1050 degrees C oxidized NH₂, which additional nitrogen oxides would be formed. Therefore persists strongly fluctuating flue gas temperatures, such. B. in one Waste incineration plant the problem of urea in the places of Incinerate to bring in the said Temperature range is currently present.

Überraschenderweise wurde gefunden, daß zur Einstellung der gewünschten Abscheidegrade die Konzentration an Harnstoff in der Harnstofflösung in Abhängigkeit von der Rauchgastemperatur am Ort der Harnstoffeindüsung in folgender Weise einzustellen ist:Surprisingly, it was found that to adjust the desired degrees of separation, the concentration of urea in the Urea solution depending on the flue gas temperature at the place to adjust the urea injection in the following manner:

Temperatur in Grad °CTemperature in degrees ° C Konzentration des Harnstoffes in GewichtsprozentConcentration of urea in percent by weight <910<910 10-3510-35 910-990910-990 3-143-14 <990<990 1- 51-5

Dabei überlappen sich die angegebenen Konzentrationsbereiche, da die Konzentration an Harnstoff von der Zusammensetzung des Rauchgases abhängig ist.The specified concentration ranges overlap because the Concentration of urea from the composition of the flue gas is dependent.

Zur Anpassung des Entstickungsverfahrens an die veränderlichen Rauchgastemperaturen wird bei gegebener Harnstoffmenge die erforderliche Konzentration der Harnstofflösung durch eine entsprechende Zugabe von Wasser eingestellt. Aus dem Harnstoffmolekül bilden sich in dem genannten Temperaturbereich NH₂-Radikale, die mit NO zu molekularem Stickstoff (N₂) und Wasser (H₂O) reagieren. Da die Bildung der NH₂-Radikale und die Reaktion mit NO erst einsetzt, wenn das Wasser der Lösung verdampft ist, ergibt sich zwischen Eintritt der Lösung in den Kessel und Beginn der chemischen Reaktion eine gewisse Verzögerungszeit. Innerhalb dieser Zeitspanne bewegen sich die Flüssigkeitströpfchen mit dem Rauchgas stromabwärts zur niedrigeren Temperaturzone. Je höher der Wasseranteil in der Harnstofflösung ist, desto größer wird die Entfernung zwischen Eindüsestelle und Ort des Reaktionsbeginns. Damit läßt sich der Reaktionsort in den Bereich der Anlage verlegen, in dem die obengenannte optimale Reaktionstemperatur vorliegt. Hierbei kann auch berücksichtigt werden, daß die Rauchgase durch das eingebrachte Wasser insbesondere auch durch Verdampfung in unmittelbarer Umgebung des Tropfens abgekühlt werden.To adapt the denitrification process to the variable Flue gas temperatures is given the amount of urea the required concentration of urea solution by a appropriate addition of water adjusted. From the Urea molecule form in the temperature range mentioned NH₂ radicals, with NO to molecular nitrogen (N₂) and water (H₂O) react. Since the formation of NH₂ radicals and the reaction with NO only starts when the water of the solution has evaporated, results between entry of the solution into the boiler and start of the chemical Reaction a certain delay time. Within this time span The liquid droplets move downstream with the flue gas to the lower temperature zone. The higher the water content in the Urea solution is, the greater the distance between Injection point and place of reaction start. This can be the Place the reaction site in the area of the system in which the above optimum reaction temperature is present. This can also be done be taken into account that the flue gases introduced by the Water in particular by evaporation in the immediate vicinity of the drop to be cooled.

Bei relativ niedrigen Temperaturen wird man entsprechend mit hoher Harnstoffkonzentration, also geringem Wassergehalt arbeiten, um die Rauchgase wenig zu kühlen und die Reaktion schnell einsetzen zu lassen. Bei hohen Temperaturen ist eine Kühlung der Rauchgase und eine Verzögerung der chemischen Reaktion bis zu tieferen Temperaturzonen erwünscht. Man erzielt dies durch eine geringe Konzentration.At relatively low temperatures, you will accordingly with high Urea concentration, so low water content work to the To cool flue gases little and use the reaction quickly to let. At high temperatures is a cooling of the flue gases and a delay of the chemical reaction to deeper Temperature zones desired. This is achieved by a low Concentration.

Beispielsweise wurde bei einer gegebenen Harnstoffmenge bei einer Temperatur von etwa 850 Grad C durch Erhöhung der Harnstoffkonzentration von 4 auf 16 Gew.-% der Abscheidegrad von 62 auf 66% erhöht.For example, for a given amount of urea, a Temperature of about 850 degrees C by increasing the Urea concentration from 4 to 16 wt .-% of the degree of separation of 62 increased to 66%.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere in einem geringen Anlagen- und Regelungsaufwand und einer stufenlosen Anpassung des Abscheidungsprozesses, insbesondere eines Entstickungsprozesses, an Temperaturschwankungen.The advantages achieved by the invention are in particular in a low plant and control effort and a stepless Adaptation of the deposition process, in particular one Denitrification process, to temperature fluctuations.

Claims

Anspruch [en] A method for controlling a deposition process by means of a chemical reaction between the substance to be deposited and the deposition substance introduced by means of a carrier, the reaction occurring in a preferred temperature range of the substance to be separated containing decreasing temperature and this temperature range at different distances from the location of the Introducing the depositing substance is present, characterized in that the separation between the carrier substance and the depositing substance takes place with a time delay and the amount of carrier substance is adjusted so that after the necessary time for the separation time, the reaction is shifted to the optimum temperature range.

2. The method of claim 1 for the separation of nitrogen oxides Flue gases of incinerators by means of urea, which in aqueous solution is injected into the boiler, characterized characterized in that to control the denitrification process the Concentration of urea solution at the place of injection the urea solution present temperature of the flue gas is adapted.

3. The method according to claim 2, characterized in that at Temperatures of the flue gas of less than 910 degrees C. Urea concentrations of 10 to 35%, preferably 15 up to 30%.

4. The method according to claim 2, characterized in that at Temperatures of the flue gas between 910 and 990 degrees C. Urea concentrations of 3 to 14%, preferably from 5 to 10% can be set.

5. The method according to claim 2, characterized in that at Temperatures of the flue gas above 990 degrees C. Urea concentrations of 1 to 5%, preferably from 2 to 4% can be set.