FI92102C - Menetelmä NOx-kaasujen poistamiseksi savukaasuista - Google Patents

Description

92102 5

Menetelmå NOx-kaasujen poistamiseksi savukaasuista Forfarande for att avlågsna NOx-gaser från rokgaser

Keksinnon kohteena on menetelmå NOx-kaasujen poistamiseksi låmposisål-tonså menettåneistå savukaasuista.

Kuten yleisesti tiedetåån typpihapon valmistus tapahtuu ammoniakkia 10 polttaen. Tålloin typpioksidien saanti edellyttåå erittåin nopeata palamiskaasujen NOx-kaasujen jååhdyttåmistå, jotta saanti olisi mahdol-lisimman hyvå. Siksi kåytetåån platina-verkkoa vålittomåsti polton jål-keisen kaasun jååhdytykseen.

15 Fysikaalis-kemiallisessa tasapainotilassa NO hajoaa 100 %:sti, kun låm-potila on alle 700°C. Låmpotilassa alle 500°C NO on metastabiilissa tilassa. Låmpotilassa noin 1700°C on vapaassa ilmatilassa 0,3-0,4 til.-% NO eli n. 3000 mg NO/m3. Nåin olien normaalissa poltossa (1200-1500°C: ssa) syntyy aina 1200-2000 mg NO/m3 savukaasuja. Kåytånnos-20 så mahdollisimman pienellå yli-ilmalla pååståån jonkun verran matalam-piin NOx-pååstoihin.

Normaali poltto palvelee yleisimmin låmmontuottoa ts. polttokaasuista pyritåån saamaan mahdollisimman tåydellisesti ja tehokkaasti låmpoener-25 gia siirtymåån kattilan tulipintoihin ja siitå seinån toisella puolella olevaan veteen tai vastaavaan våliaineeseen. Savukaasut pyritåån jååh-. dyttåmåån mahdollisimman tåydellisesti ja mieluimmin låhelle låmpotilaa 130-150°C, koska mitå alemmaksi savukaasujen låmpotilassa pååståån, sitå tehokkaammin saadaan låmpoenergia talteen. Suuremmissa kattiloissa ei 30 kuitenkaan yritetåkåån pååstå juuri oleellisesti alle låmpotilaa 160°C, koska savukaasuista alkaa kondensoitua mm. S03-kaasu, jota yleenså aina i: on hiukan savukaasuissa S02:n ohella, kattilan kylmiin osiin. Kondensaa- tion seurauksena syntyy korroosiota. S02 alkaa kondensoitua myos polt-toilman kosteuden lisååntyesså ja låmpotilan pudotessa liikaa savu-35 kaasuissa (alle 170°C) . Yleenså kattiloissa savukaasut jååhtyvåt nopeas-ti låmpotilaan alle 500°C, misså tilassa NO stabiloituu ts. se ei haj oa olotiladiagrammin mukaisesti alkuaineisiin, vaikka olotiladiagrammin mukaan NO pitåisi hajota låhtoaineisiin. Tåmå johtuu siitå, ettå ha- 2 92102 jautumisreaktio on hyvin hidas ja låhes olematon ts. mitå alemmaksi låmpotilassa tullaan, sitå våhåisempåå on hajoaminen.

Nykyisilla tekniikoilla savukaasujen NOx-pååstojå on pyritty eliminoi-5 maan ns. vaiheistetulla poltolla, jolloin polton låmpotila pyritåån pitåmåån alle 1000°C, koska tåsså låmpotilasa olotiladiagrammin mukaan on NOx-kaasujen osuus savukaasuissa oleellisesti våhåisempi kuin nor-maalissa suorassa poltossa (yli 1200°C). Tåmå on osoittautunut kuitenkin erittåin vaativaksi tehtavåksi. Vain harvoilla polttimilla on saavu-10 tettu riittåvån hyviå tuloksia ts. pudotettua NOx-kaasujen osuus esim.

50 % normaalipolttoon verrattuna.

Tekniikan tasosta tunnetaan myos ratkaisu, jossa kierråtetåån savu-kaasuja takaisin polttoon, jotta saavutetaan alhainen polton låmpotila.

15 Ratkaisulla on omat haittansa, varsinkin jos polttoaine sisåltåå mm.

klooria, dioksiineja synnyttåviå komponentteja, joiden poltto edellyt-tåå polttolåmpotilaa huomattavasti yli 1000°C, jopa yli 1200°C. Tålloin jo tasapainodiagrammin mukaan syntyy merkittåviå mååriå NOx-kaasuja puhumattakaan siitå, ettå polttoaineen sisåltåmå typpisisålto palaa 20 kokonaisuudessaan NOx-kaasuiksi.

Nykyisin tunnetuilla tekniikoilla siis yritetåån saada syntymåån poltossa mahdollisimman våhån NOx-kaasuja alentamalla polttolåmpotilaa, mutta tållbin aiheutuu muitakin kuin edellå todettuja harmeja. Tunne-.· 25 tuilla menetelmillå, paitsi ettå ne ovat kalliita ja paljon automatiik- kaa sisåltåviå, aiheutetaan epåtåydellistå polttoa, ja niillå saavutetaan yleenså korkeintaan 50-60 %:n NOx-reduktio tavalliseen polttoon verrattuna.

30 NOx-kaasujen muodostuminen ja pitoisuus savukaasuissa riippuu paitsi ; polttoaineen typpipitoisuudesta my6s siitå, misså låmpotilassa poltto tapahtuu. Polttoaineen typpi palaa låhes 100-prosenttiseksi NOx-kaasuiksi. Tekniikan tason osalta viitataan artikkeliin: Holleman-Wiber, Lehrbuch der Anorganischen Chemie, Walter de Gruyter, Berlin-New York 35 1976, sivu 395, jossa on esitetty, miten NOx-kaasut ovat tasapainossa vapaassa atmosfåårisså eri låmpotiloissa ja miten NO eri låmpotiloissa 3 92102 hajaantuu. Yleisesti tiedetåån, ettå NOx-kaasuja alkaa syntyå låmpoti-lan noin 730° ylåpuolella ja NOx-kaasujen måårå lisååntyy låhes exponen-tiaalisesti låmpotilan noustessa. Låmpotilan 500°C alapuolella NOx-kaa-sut puolestaan joutuvat ns. metastabiiliin tilaan, ts. NOx-kaasut pyr-5 kivåt hajautumaan, mutta reaktion kinetiikka on niin hidas, ettå låmpotilan 500°C alapuolella NO voidaan katsoa olevan låhes stabiilissa tilassa. Samoin on yleisesti tiedettyå, ettå låmpotilassa yli 650°C olevissa kaasuissa oleva N02 ei ole enåå mahdollinen, vaan låmpotilaan 650°C mennesså N02 on jo hajautunut NO:ksi ja hapeksi. Nåin olien tiede-10 tåån NOx-kaasujen (N02 ja NO) hajautuvan alkuaineiksi hapeksi ja typeksi låmpotila-alueella 500-730°C. Mitå låhempånå låmpotilan ylårajaa ollaan sitå nopeammin hajautuminen tapahtuu ja påinvastoin. Toisaalta jos låmpotilassa mennåån yli låmpotila-alueen ylårajan, sitå enemmån kaa-suihin alkaa myos sisåltyå NOx-kaasuja.

15

Tavallisissa kattiloissa NOx-kaasut eivåt pååse hajoamaan laisinkaan savukaasujen såteilylåmmon siirtymisen johdosta kylmille kattilaseinil-le, jolloin NOx-kaasut joutuvat metastabiiliin tilaan. Aina låmpotilaan 500°C jååhtyvå kaasu luovuttaa tunnetusti låmponså huomattavasti enemmån 20 såteilemållå kuin konvektiolla. Nåin olien kattiloissa oleva kylmå seinå eståå NOx-kaasujen hajautumisen, vaikka NOx-kaasut olisivatkin låmpotila-alueella 500-730°C låmpomittarilla mitatun låmpotilan perus-teella, koska NO ko. låmpotila-alueella luovuttaa såteilylåmpoå kylmåån pintaan Stefan-Boltzmannin kaavan 25 W - C A [( Tl/100)* - (T2/100)*], jossa TI - kaasun låmpotila 30 T2 - kattilan seinåmån låmpotila.

Kaavasta nåhdåån, ettå mikali TI - 973°K (700°C) ja T2 - 523°K (250°C) , saadaan låmmonsiirtymåksi 8214-kertainen låmmonsiirtymå kuin jos TI - T2.

35 4 92102

Tekniikan tason osalta viitataan SE-patenttijulkaisuun 466814, jossa on esitetty savukaasujen låmpotilan kohottaminen erillisellå polttimol-la låmpotilasta 850°C ylospåin låmpotilaan 900-1100°C tarkoituksena N02-kaasun hajottaminen.

5

Keksinnon pååmåårånå on aikaansaada menetelmå, joka mahdolllstaa NOx-kaasujen poistamisen låmposisåltonså jo menettåneistå savukaasuis-ta.

10 Keksinnon pååmåårå saavutetaan menetelmållå, joka on tunnettu siitå, ettå savukaasut kuumennetaan låmpotilaan 400-750°C ja viivytetåån tåsså låmpotilassa ainakin 0,1 sekunttia, jolloin NOx-kaasut hajautuvat alku-aineiksi.

15 Keksinto mahdollistaa NOx-kaasujen poistamisen savukaasuista nostamalla kattilan jålkeiset savukaasut keksinnon mukaiselle låmpotila-alueelle 400-750°C, sopivimmin låmpdtila-alueelle 500-730°C, erillisellå kuumen-nuksella ja viivyttåmållå kuumennettuja savukaasuja tåsså låmpotila-alueessa ainakin 0,1 sekunttia, edullisesti ainakin 0,5-5 sekunttia, 20 ennen savukaasujen mahdollista jååhdyttåmistå. Lamposisåltonså menettå-neiden savukaasujen kuumentaminen suoritetaan edullisesti kuumennus-kaasuvirtauksen avulla.

Keksintoå selitetåån yksityiskohtaisesti viittaamalla oheisen piirus-25 tuksen kuvioon, joka esittåå keksinnon mukaisen menetelmån eråstå edul-lista suoritusmuotoa kaaviomaisena periaateratkaisuna sivukuvana.

Piirustuksen kuviossa keksinnon mukaisessa menetelmåsså kåytettyå savukaasujen kåsittely-yksikkoå on merkitty yleisesti viitenumerolla 10.

30 Kåsittely-yksikon 10 runkoa on merkitty viitenumerolla 11. Låmposisål-tonså menettånyt savukaasuvirtaus B virtaa kattilasta joko ennen tai jålkeen suodattimen (ei esitetty) keksinnon mukaiseen NOx-kaasujen låmpoeristettyyn kåsittely-yksikkoon 10 sisåånvirtauskanavan 12 kautta. Kuumennuskaasuvirtaus A johdetaan kåsittely-yksikkoon 10 sisåånvirtaus-35 kanavan 13 kautta. Piirustuksen kuvion mukaisessa suoritusmuodossa kuumennuskaasuvirtaus A johdetaan sisåånvirtauskanavan 13 ylåpuolelle 5 92102 sijoitetun rei'itetyn tason 15 alapuolelle. Rei'itetyn tason 15 alapuo-lelle vålimatkan pååhån on sijoitettu toinen rei'itetty taso 17 ja rei'itetyt tasot 15 ja 17 on yhdistetty toisiinsa putkilla 16. Putkien 16 alapååt ulottuvat sisåånvirtauskanavan 13 alareunan alapuolelle.

5 Putket 16 muodostavat tasojen 15 ja 17 vålillå vålitilan 14. Kuuma kaasuvirtaus A virtaa vålitilassa 14 virtauksena ax alaspåin ja purkau-tuu tasossa 17 olevien rengasreikien kautta halutun suuruisella no-peudella virtauksena a2 kohti kuumennettavaa savukaasuvirtausta B. Tålloin kuuma kaasuvirtaus A ja savukaasuvirtaus B sekoittuvat erittåin 10 hyvin ja tåmån jålkeen sekoittunut kaasuvirtaus virtaa putkien 16 låpi yldspåin viivytystilaan 18. Putket 16 on edullisesti sijoitettu mahdol-lisimman tasaisesti kåsittely-yksikdn 10 poikkipintaan nåhden. Putkien 16 poikkipinta voidaan valita sellaiseksi, ettå putkissa 16 virtaavien sekoittuneiden kaasujen A ja B virtausnopeus on haluttu ja niin nopea, 15 ettå se muodostaa riittåvån paine-eron ennen putkia 16 tasaamaan no- peudet jokaiseen putkeen 16 olennaisesti tasaiseksi. Kuumentavan kaasu-virtauksen A putkien 16 ulkopinnoille aiheuttama låmpd siirtyy putkien 16 seinåmien låpi putkien 16 sisållå virtaavaan sekoittuneiden kaasu-virtauksien A ja B muodostamaan virtaukseen. Låmmonsiirtoa kuuman kaa-20 suvirtauksen A avulla såådellåån viivytystilassa 18 olevalla låmpoti-lalla, joka keksinnon mukaisesti halutaan mieluimmin låhelle låmpdtilaa 700°C. Viivytystilassa 18 savukaasuja viivytetåån ainakin 0,1 sekunttia, edullisesti 0,5-5 sekunttia, jolloin NOx-kaasut hajautuvat alkuaineik-si.

25

Viivytystilasta 18 savukaasut johdetaan konvektio-osaan 19, jossa nii-den låmpoenergia otetaan talteen ja savukaasujen låmpotila alenee poistosavukaasuille ominaiseen låmpotilaan. Konvektio-osan 19 jålkeen jååhtyneet savukaasut virtaavat poistovirtauksena C ulosvirtauskanavaan 30 20.

Keksinnosså on olennaista, ettå savukaasut joutuvat viivytystilaan 18 keksinnén mukaisessa låmpotilassa ja viipyvåt viivytystilassa 18 niin kauan, ettå NOx-kaasut hajautuvat alkuaineiksiin. On huomattava, ettå 35 viivytystilan 18 seinåmåt ovat keksinnon mukaisessa låmpotilassa, ts. viivytystilan 18 seinåmåt eivåt ole kattilan seinåmiå, joiden låmpotila 6 92102 yleenså on alle 300°C. Keksinnollå on siis ratkaistu jo kertaalleen kattilassa låmposisåltonså menettåneiden ja NOx-kaasuja sisåltåvien kaasujen kåsittely erillisesså kåsittely-yksikosså 10 nostamalla savu-kaasun låmpotila uudestaan keksinnon mukaiselle låmpotila-alueeIle 5 erillisellå låmmityksellå, edullisesti kuumennuskaasuvirtauksella ja sen jålkeen viivyttåmållå kuumennettuja savukaasuja tietyn ajan, jonka jålkeen savukaasut voidaan jååhdyttåå ts. ottaa niistå låmpo talteen.

Keksinnon mukaisella låmpotila-aluee11a NOx-kaasut hajautuvat alkuai-10 neiksi ilman varsinaista kemiallista lisåainetta. Haluttaessa voidaan luonnollisesti lisåtå esim. hiiltå sisåltåvå lisåvirtaus joko virtauk-seen B tai A tai viivytystilaan 18.

Piirustuksen kuviossa esitetty putkisekoitusratkaisu on erås edullinen 15 suoritusmuoto. Luonnollisesti kuumentava virtaus A ja kuumennettava virtaus B voidaan sekoittaa keskenåån esim. ohjaamalla puhaltimen låpi tai muulla sinånså tunnetulla sekoitustavalla. Luonnollisesti virtauk-sien A ja B virtaussuunnat voivat olla påinvastaiset kuin piirustuksen kuvioissa on esitetty.

20

Edellå on esitetty ainoastaan eråitå keksinnon edullisia suoritusmuoto-ja ja alan ammattimiehelle on selvåå, ettå niihin voidaan tehdå lukui-sia modifikaatioita oheisissa patenttivaatimuksissa esitetyn keksinnol-lisen ajatuksen puitteissa.

l·

Claims (6)

92102 Pa tent t i vaa t intuks e t

1. Menetelmå NOx-kaasujen poistamiseksi låmposisåltdnså menettåneistå savukaasuista, tunnettu siitå, ettå savukaasut kuumennetaan 5 låmpotilaan 400-750°C ja viivytetåån tåsså lampotilassa ainakin 0,1 sekunttia, jolloin NOx-kaasut hajautuvat alkuaineiksi.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmå, tunnettu siitå, ettå savukaasuja viivytetåån mainltussa lampotilassa ainakin 0,5-5 10 sekunttia ennen savukaasujen poisjohtamista.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmå, tunnettu siitå, ettå savukaasut kuumennetaan kuumennuskaasuvirtauksella (A).

4. Jonkin patenttivaatimuksien 1-3 mukainen menetelmå, tunnettu siitå, ettå kuuma våliainevirtaus (A) johdetaan putkien (16) vålisiå vålitiloja (14) pitkin vastavirtaan savukaasujen putkia (16) pitkin tapahtuvaan virtaukseen nåhden, jolloin putkien (16) alapååsså kuuma våliainevirtaus (A) sekoittuu mahdollisimman tehokkaasti savukaasuvir-20 taukseen (B).

5. Jonkin patenttivaatimuksien 1-4 mukainen menetelmå, tunnettu siitå, ettå savukaasujen kuumentaminen ja viivyttåminen suoritetaan erillisesså kåsittely-yksikosså (10), jonka viivytystilan (18) låmpoti- 25 la yllåpidetåån olennaisesti låmpdtila-alueella 400-750°.

6. Jonkin patenttivaatimuksien 1-5 mukainen menetelmå, tunnettu siitå, ettå hiiltå sisåltåvå virtaus johdetaan joko kuumaan våliaine-virtaukseen (A) tai savukaasuvirtaukseen (B) tai kåsittely-yksikon (10) 30 viivytystilaan (18). • i 92102