HU218426B - Eljárás és berendezés égetőkemencékből távozó gázok nitrogén-oxid-tartalmának szelektív csökkentésére - Google Patents

Abstract

A találmány szerint a nitrogén-oxidot (NO) tartalmazó véggázokbaoxigén jelenlétében 700 és 1100 °C közötti hőmérsékleten egycsomópontban (11) folyékony ammónia és víz elegyítésével előállítottvizes ammóniaoldatot adott esetben lehűtés után fecskendeznek be. Azeljárás jellemzője, hogy a folyékony ammóniát és a vizet a csomópontba(11) különálló szivattyúkkal (7, 9) táplálják be, és a tömegáramok avéggázok nitrogén-oxid-tartal- mától függően folyamatosanszabályozhatók. A berendezés lényeges részét képező fúvóka egy belsőcsőből (31), amelybe a vizes ammóniaoldatot vezetik, és egy eztkörülvevő külső köpenyből (32) áll, amelybe préslevegőt vezetnek, ésamelyből a két csövet összekötő nyílásokon (34, 34’) át a belső csőbejut a préslevegő, és a vizes ammóniaoldatot a belső cső végén levőkivezetőnyíláson (33) át a véggázokba porlasztja. ŕ

Description

A találmány tárgya eljárás égetőkemencéből távozó gázok nitrogén-oxid- (NO) tartalmának szelektív csökkentésére ammónia segítségével, amely eljárás szerint az ammóniát oxigén (O₂) jelenlétében 700 °C és 1100 °C közötti hőmérsékleten vezetjük be a nitrogén-oxidot tartalmazó távozó gázokba. A találmány tárgyát képezi még az eljárás kivitelezésére szolgáló berendezés is.

Egy fent vázolt célra szolgáló eljárás ismert a 3900554 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírásból. Ez a szabadalmi leírás az eljárás egy általános leírását adja az ammónia és az oxigén azon szükséges mennyiségeinek tekintetében, aminek jelen kell lennie és a hőmérséklet-tartományról, amelyen belül kell az eljárást kivitelezni. A szabadalmi leírás azonban nem ismertet semmiféle megoldást az eljárás gyakorlati kivitelezésére.

Ezen eljárás alkalmazásakor számos probléma merül fel. Például, ha a folyékony ammóniát egy olyan nyomás alatti tartályból használjuk, amely tartályban az ammóniát normálisan forráspontján tartják, akkor az ammónia hajlamos felforrni, amikor az alkalmazás helyére vezetik, amely rendszerint magasabb szinten van, mint a tartály, ami megint nehézzé teszi az ammóniának a távozó gázokba való adagolása sebességének szabályozását, és emellett kavitációs problémák is felmerülnek. Ez a probléma egyszerűen megoldható az ammónia hidraulikus nyomásának például egy szivattyú alkalmazásával való megnövelésével, ez viszont szükségessé tenné, hogy a nyomást ismét csökkentsük, például egy, az ammónia befecskendezésére szolgáló fiivókában. Kiderült azonban az, hogy az ammóniának a távozó gázokba való befecskendezésére alkalmazott fúvóka igen korlátozott élettartamú.

A gyakorlati tapasztalat azt mutatta továbbá, hogy tiszta ammóniának egy véggázba (az égetőkemencéből távozó gázba) való bevezetése nem vezet a nitrogénoxid- (NO) tartalom csökkenéséhez; ehelyett a nitrogén-oxid- (NO) tartalom inkább növekszik annak a ténynek a következtében, hogy az ammónia elég a távozó gáz áramában, és így hozzájárul a nitrogén-oxid-képződés fokozódásához.

Végül kiderült, hogy nehéz elérni az ammóniának a tisztítandó távozó gázokba való egyenletes és állandó áramú bevezetését, az ammóniának a távozó gázokban való megfelelő eloszlatását és emellett az ammóniának a távozó gázokba olyan helyekre való beadagolását, ahol a kémiai folyamatok részére a hőmérséklet és az oxigéntartalom optimális.

Az eloszlatást problémák megoldására javasolt egyik módszer az ammónia elpárologtatása és nagy mennyiségű légárammal való hígítása, amit ezt követően számos bepermetezési ponthoz juttatunk el. Van azonban ennek a megoldásnak egy határozott hátránya, hogy az égetőrendszerben a mellékesen beadagolt levegő mennyisége jelentősen megnövekszik. Ezzel a megoldással kapcsolatban fennáll az a veszély, hogy az ammónia egy része eléghet, és hozzájárul a nitrogén-oxid(NO) képződés növekedéséhez az egyes helyeken előforduló magas oxigénszázalék eredményeképp, és ezért az ammónia hasznosulásának hatásossága alacsony. Jelentős mennyiségű hő használódik el az ammónia elpárologtatására is, és az elpárologtató nagyon bonyolult és költséges berendezés.

Az ammónia hasznosulásának hatásosságát az időegységenként eltávolított nitrogénmolekulák számának az időegységenként beadagolt ammóniamolekulák számához viszonyított arányaként definiáljuk.

Egy másik ismert módszer is mutatkozott az eloszlatást problémák megoldására, a vízzel kevert ammónia alkalmazása, mivel egy folyékony elegy, mint például az ammóniás víz, egyszerű eszközökkel egyenletesen adagolható, és hatásos módon eloszlatható a távozó gázokban, hogy az ammónia magas hasznosulást hatásosságát érjük el. Továbbá az ammónia nem ég el, és nem okozza nitrogén-oxid (NO) képződését, amikor vízzel hígítják. Ennek a megoldásnak azonban az a hátránya, hogy az ammóniás víz költsége viszonylag magas, többek között amiatt, hogy desztillált vizet használnak a gyártásához, és ezért az ammónia nyerésének ez a módszere nagyon drága. Sőt, mi több, az ammóniának a gyártás helyéről a felhasználás helyére való kilogrammonkénti szállítási költségei ammóniás víz esetében a folyékony ammóniához képest viszonylag magasabbak. Emellett egy további hátrány, hogy az ammónia koncentrációja előre meghatározott, úgyhogy a művelet alatt nem lehetségesek folyamatos változtatások.

A JP-A-50-91953 számú bejelentésnek megfelelő JP-A-52 016 472 számú japán szabadalmi leírásban közölnek egy eljárást égési gázok nitrogén-oxidtartalmának csökkentésére, amelyben egy tárolótankból a folyékony ammóniát egy vizet tartalmazó tároló tartályba vezetik, ahol vízben elnyeletik, és a vizes ammóniaoldatot egy szivattyúval egy szabályozószeleppel ellátott vezetéken keresztül táplálják be az égetőkamrából távozó véggázokba. Az eljárás és a berendezés hátránya egyrészt az, hogy az ammónia elnyeletésére és a vizes ammóniaoldat tárolására szolgáló tartály viszonylag nagy térfogata miatt a beadagolandó ammónia mennyisége csak lassan változtatható, és a véggáz nitrogénoxid-tartalmának változását az ammónia beadagolásának változása nehezen követheti, másrészt az ammónia vízben való elnyeletése exoterm folyamat, emiatt a tartályban levő vizes ammóniaoldat erősen melegszik, és a meleg oldat mind a tartályt, mind a szállítószivattyút erősen korrodálja, továbbá az oldat forrásig melegedhet, ami szállítási és adagolási problémákat okoz.

A fentebb tárgyalt szállítási és adagolási problémákat a JP-A-2 265 619 számon közzétett japán szabadalmi bejelentés szerint úgy próbálták megoldani, hogy a tárolótartály és beadagolási pont között levő szivattyúhoz egy tiszta vizet szállító csövet csatlakoztattak, így viszonylag jobban szabályozható az ammónia beadagolása, mivel nagyobb mennyiségű tiszta víz adagolásával könnyen lecsökkenthető az ammónia koncentrációja, ha a véggáz nitrogén-oxid-tartalmának csökkenése miatt a beadagolandó ammónia mennyisége nagyon kicsi lesz. A megoldás hátránya az, hogy a hozzáadott víz mennyisége miatt adott esetben nagyon lecsökkenhet a véggázok hőmérséklete, másrészt a tárolótartályban levő koncentráció felülről korlátozza a beadagolható maximális

HU 218 426 Β ammóniamennyiséget, és ez a tartály nagy térfogata miatt a fentebb tárgyaltak alapján csak lassan növelhető.

Találmányunk célkitűzése az volt, hogy olyan eljárást és berendezést biztosítsunk egy véggáz nitrogénoxid- (NO) tartalmának folyékony ammónia segítségével való csökkentésére, amely eljárással az előbb említett hátrányok elkerülhetők, és egyidejűleg az ammónia magas hasznosulási hatásfokát és az ammónia alacsony költségét is biztosíthatjuk.

A találmány szerint ezt a célt a bevezetőben leírt fajtájú eljárással érjük el, amelyet az jellemez, hogy a folyékony ammóniát a véggázok nitrogén-oxid-tartalmának függvényében egy csomópontba adagoljuk, ahol a vízárammal keverve vizes ammóniaoldattá alakul a nitrogén-oxid-tartalmú gázokba való bevezetés előtt, és a csomópontba vezetett folyékony ammónia és víz hidraulikus nyomását és térfogatáramait a folyékony ammónia és a víz csomópontba való szivattyúzására szolgáló különálló szivattyúk segítségével szabályozzuk.

Az ammóniának a távozó gázokba való bevezetés előtt vízzel, például vízvezetéki vízzel, szennyvízzel és/vagy hulladékvízzel történő keverésével - ahogy a találmány javasolja - az ismert módszerhez képest az ammónia magasabb hasznosulási hatásfokát és a nitrogén-oxid-tartalom fokozottabb csökkenését érjük el, mivel az ammónia nem ég el, és nem okoz nitrogénoxid- (NO) képződést, ha vízzel hígítjuk. Az eljárás javított lehetőséget biztosít az ammóniának a távozó gázokban való tökéletes eloszlatásának elérésére nagy mennyiségű levegő felhasználása nélkül, és anélkül, hogy a befecskendező fúvóka túlzottan elhasználódna. A találmány szerinti eljárás további előnye, hogy a mezőgazdasági célokra alkalmas technikai minőségű folyékony ammónia használható - ez egyébként messze a legolcsóbb lehetőség -, és a beszerzési és szállítási költségek alacsonyak azokhoz a költségekhez képest, amelyek a külső forrásból késztermék állapotban vásárolt ammóniás víz beszerzésekor merülnek fel, ez elsődlegesen az ammónia állandósult állapotú bevitelét (óránként azonos kilogramm mennyiségű NH₃) eredményezi. Ellenben, ha az ammóniás víz adagolásának lehetőségét választjuk, akkor ez lehetőséget teremt az ammóniamennyiség változtatására a víz/ammónia keverési aránynak az idő folyamán végzett megváltoztatásával.

Továbbá előny az, hogy az ammóniakoncentráció folyamatosan változtatható a nitrogén-oxid-tisztítás optimális hasznosítási hatékonyságának beállítására.

Az ammónia és a víz elegyét előnyösen rögtön a keverés után egy hőcserélőben lehűtjük.

Előnyös továbbá az is, ha az ammóniának, illetve a víznek a csomópontba való betáplálását oly módon szabályozzuk, hogy a víz/ammónia tömegarány a keverékben 90/10 és 60/10 között, előnyösen 85/10 és 75/25 között legyen. A találmány szerint azonban nem szükséges minden időben pontosan ugyanazt az ammónia/víz arányt fenntartani. Használható egy állandó vízmennyiség, míg az ammónia beviteli aránya változtatható az égetőműből távozó gázokban levő és onnan eltávolítandó nitrogén-oxid-tartalommal összhangban.

Az ammóniának a távozó gázokban való lehető legjobb eloszlatása és ennélfogva a gázokban levő nitrogén-oxid-tartalom optimális csökkentése érdekében a találmány szerint előnyös, ha az ammónia és a víz keverékét egy porlasztófüvókán keresztül juttatjuk be a távozó gázokba, előnyösen egy préslevegős porlasztófuvókán keresztül, és a préslevegőt az ammóniás vízbe közvetlenül utóbbinak a távozó gázokba való bevezetése előtt juttatjuk be.

Egy találmány szerinti eljárás kivitelezésére szolgáló berendezésnek tartalmaznia kell legalább a következőket: egy folyékony ammónia tárolására szolgáló nyomásálló tartály, egy víztároló tartály, csővezetékek az ammóniának, illetőleg a víznek a csomópontba vagy keverőkamrába való vezetésére és az ammónia/víz elegynek ettől a ponttól arra a helyre való vezetésére, ahol a távozó gázokba való betáplálás történik, egy hőcserélő az ammónia/víz elegy lehűtésére és egy porlasztóberendezés az ammónia/víz elegynek a távozó gázokba való befecskendezésére.

Az ammónia, illetőleg az ammóniás víz hidraulikus nyomásának szabályozása és ezáltal az utóbbi felfonásának meggátlása és a csővezetékekben a folyadékáramok szabályozása érdekében előnyös, ha a berendezés tartalmaz még számos folyadékszállító eszközt, előnyösen szivattyúkat.

Azt találtuk, hogy az ammóniás víz a legjobban úgy oszlatható el a távozó gázokban, ha a gázokba egy olyan füvóka alkalmazásával fecskendezzük be ezeket, amelybe préslevegőt vezetünk be, és ezért a berendezés előnyösen tartalmaz egy préslevegős permetezőfuvókát és préslevegőellátást is.

A préslevegős füvóka tartalmaz egy belső csővezetéket az ammóniás víz betáplálására és egy ezt körülvevő olyan csővezetéket, amely a végén zárt, és a préslevegő bevezetésére szolgál, és a belső cső végén van egy kimenőnyílás, a két csővezeték között számos összekötő nyílás van a kimenőnyílástól bizonyos távolságban elrendezve, hogy lehetővé váljon a préslevegőnek az ammóniás vízbe való bevezetése.

A találmányt a továbbiakban részletesen leírjuk a csatolt rajzokra való hivatkozásokkal, ahol az 1. ábra egy, a találmány szerinti eljárás megvalósítására szolgáló berendezés vázlatát mutatja; a 2. ábra egy préslevegős porlasztófúvókát ábrázol, amelyet a találmány szerinti eljárás megvalósításához használnak;

a 3. ábra egy olyan üzem vázlatát mutatja, ahol a találmány szerinti eljárás kivitelezhető; és a 4. ábra egy másik olyan üzem vázlatát mutatja, ahol a találmány szerinti eljárás kivitelezhető.

Az 1. ábrán bemutatott 1 berendezés tartalmaz egy, a folyékony ammónia tárolására szolgáló 2 nyomásálló tartályt, egy, a vízvezetéki rendszerből az 5 visszacsapó szelepen át bevezetett vízzel feltöltött 3 víztároló tartályt, két 7 és 8 szivattyút a folyékony ammónia, illetve a víz szállítására, egy 9 fojtószelepet, egy 11 csatlakozópontot vagy keverőkamrát az ammónia és a víz keve3

HU 218 426 Β résére, egy 13 hőcserélőt az ammóniás víz lehűtésére, 15,15’ fóvókákat az ammóniás víznek a 16 távozó gázvezetékben levő távozó gázokba való bepermetezésére, egy 17 préslevegőellátót és 19, 20, 21 és 22 csővezetékeket.

A 2. ábrán egy olyan 15 préslevegős fóvóka látható, amely előnyösen használható ammóniás víznek a távozó gázokba való bepermetezésére. A 15 fuvóka tartalmaz egy, az ammóniás víz bevezetésére szolgáló 31 belső csövet, egy ezt körülvevő, a végén zárt és a préslevegő bevezetésére szolgáló 32 külső csövet, egy 33 kivezető szájnyílást és számos, a két cső között összeköttetést biztosító 34,34’ összekötő nyílást.

A 3. ábra egy példát mutat be egy cementklinker égetésére szolgáló 41 SLC-S égetőműre, ahol a találmány szerinti eljárás nagyon előnyösen kihasználható, mivel ebben az égetőműben minden lehetőség megvan a tisztítás hatásosságának optimalizálását biztosító hőmérséklet, valamint az oxigénszint beállítására anélkül, hogy ez bármilyen hatással lenne az égetőmű kapacitására vagy üzemelési gazdaságosságára. Amint az ábrán látható, a 41 égetőműben van egy négy ciklonból álló 42 előmelegítő ciklonsor, egy 43 előkalcináló, egy 44 forgó égetőkemence, egy 45 klinkerhűtő és egy 46 ventilátor.

Az 1 berendezésből származó ammóniás víz lényegében két helyen permetezhető be a távozó gázokba, mégpedig az égetőmű 43 előkalcinálóját egy 47 kivezető gázvezetéken át elhagyó távozó gázokba vagy az égetőmű 44 forgó égetőkemencéjét egy 48 elvezető gázvezetéken át elhagyó távozó gázokba.

A 4. ábra példaként egy 51 SLC égetőművet mutat be, amely cementklinker égetésére is használható, és ahol a találmány szerinti eljárás szintén alkalmazható. Ebben az 51 égetőműben két - 52 és 52’ - ciklon előmelegítő vonal van, amelyek mindegyike négy ciklonból áll, van egy 53 előkalcináló, egy 54 forgó égetőkemence, egy 55 klinkerhűtő és két - 46, 46’ - ventilátor. Ebben az égetőműben az 1 berendezésből származó ammóniás víz befecskendezése az 57 és 58 helyeken történhet.

Az eljáráshoz szükséges oxigén jelen van a távozó gázban. Feltételezhető, hogy az égetőmű normál légfelesleggel üzemel, amikor 1-3% oxigén marad azon a ponton, ahol az ammóniás vizet befecskendezik. A befecskendezés során bevitt levegő a füstgáz-tömegáramhoz képest olyan kis tömegáram, hogy az oxigén%-ot észrevehetően nem növeli.

Claims (10)

1. SZABADALMI IGÉNYPONTOK

   1. Eljárás égetőkemencéből távozó gázok nitrogénoxid-tartalmának szelektív, nem katalitikus csökkentésére a nitrogén-oxid-tartalmú véggázokba oxigén jelenlétében 700 °C és 1000 °C közötti hőmérsékleten bevezetett ammónia segítségével, azzal jellemezve, hogy a tisztítandó véggázok nitrogén-oxid-tartalmának függvényében folyékony ammóniát adagolunk egy csomópontba (11), ahol azt a nitrogén-oxid-tartalmú gázokba való bevezetés előtt vízárammal keverve vizes ammóniaoldattá alakítjuk, és a csomópontba (11) táplált folyékony ammónia és víz hidraulikus nyomását és tömegáramait és a csomópontból kimenő vizes ammóniaoldat áramát a folyékony ammóniának és a víznek a csomópontba (11) való táplálására szolgáló, különálló szivattyúk (7, 8) segítségével szabályozzuk.
2. 2. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a vizet állandó egyenletes áramban tápláljuk a csomópontba (11).
3. 3. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a vizes ammóniaoldatot közvetlenül keverés után egy hőcserélőben lehűtjük.
4. 4. Az 1-3. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a folyékony ammóniának és a víznek a csomópontba (11) való betáplálását úgy szabályozzuk, hogy a víz/ammónia tömegarány az elegyben a 90/10 és 60/40 közötti tartományban legyen.
5. 5. A 4. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a tömegarány 85/15 és 75/25 közötti tartományban legyen.
6. 6. Az 1-4. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a vizes ammóniaoldatot egy permetezőfóvókán (15) át vezetjük be a véggázokba.
7. 7. A 6. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy fóvókaként egy préslevegős permetezőfüvókát használunk.
8. 8. Berendezés az 1-5. igénypontok bármelyike szerinti eljárás kivitelezésére, azzal jellemezve, hogy tartalmaz egy tárolótartályt (2) a folyékony ammónia részére, egy víztárolót (3), csővezetékeket (19, 20, 21) a folyékony ammóniának és a víznek a csomópontba (11) táplálására, illetve a vizes ammóniaoldatnak közvetlenül ettől a ponttól arra a helyre való elvezetésére, ahol azt a távozó gázokba bevezetjük, szivattyúkat (7, 8) a csomópont (11) felé vezető szakaszokon a víznek és a folyékony ammóniának egymástól elkülönítetten a csomópontba (11) való táplálására, egy hőcserélőt (13) az ammónia/víz elegy lehűtésére és egy porlasztóeszközt (15) az ammónia/víz elegynek a véggázokba való bevezetésére.
9. 9. A 8. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy porlasztóeszközként egy préslevegős permetezőfóvókát (15) tartalmaz, és tartalmaz továbbá egy préslevegő-ellátót (17) a fúvókéhoz.
10. 10. A 9. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a préslevegős permetezőfüvóka (15) tartalmaz egy, a vizes ammóniaoldat továbbítására szolgáló belső csövet (31), amelynek van egy kivezetőnyílása (33), egy ezt körülvevő külső csövet (32), amely a végén zárt, és a préslevegő továbbítására szolgál; továbbá a kivezetőnyílástól (33) bizonyos távolságra elrendezett, a két cső (31, 32) között összeköttetést biztosító számos összekötő nyílást (34, 34’).