NO168344B - Fremgangsmaate og anlegg for gjenvinning av ammoniakk ved separering av nitrogenoxyder fra roekgasser - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte for gjenvinning av ammoniakk ved utskillelse av nitrogenoxyder, NO , fra røk-gassen som dannes ved forbrenning av brennbare materialer, spesielt fossile brensler, i et fyringsanlegg, hvor ammoniakk, NH^, i en reaksjonssone ledes inn i røkgasstrømmen og reduserer nitrogenoxydgassene til elementært nitrogen, N2/ idet røkgasstrømmen utsettes for en våt-røkgassvasking som ut-føres efter reaksjonsfasen, hvorved den ikke-reagerte som slump betegnende ammoniakk hhv. ammoniumklorid fjernes fra røkgassen sammen med vaskevannet, og oppfinnelsen angår videre et anlegg for å utføre denne fremgangsmåte.

Røkgasser inneholder oxyder av nitrogen, N0x, i mer eller mindre sterk grad, og fremfor alt nitrogenmonoxyd,

NO, til over 90% som dannes ved forbrenning av brensler av enhver type, spesielt fossile brensler, med luft. Dersom røkgassene avgis til atmosfæren uten at de på forhånd er blitt utsatt for en rensing, dannes nitrogendioxyd, NO2, fra nitrogenmonoxydet under innvirkning av oxygen fra luften og/ eller fra røkgassene. Nitrogenoxydet som er en lett vann-oppløselig gass, blir på grunn av fuktighet, spesielt på grunn av regn, vasket ut som salpetersyrling, HN02» eller som salpetersyre, HNO^, og bidrar derved i ikke ubetydelig grad til dannelsen av surt regn. Dessuten blir atmosfærens ozoninnhold øket på grunn av en fotokjemisk reaksjon av nitrogenoxyder, NOx-

Forskjellige fremgangsmåter for å fraskille nitrogenoxyder fra røkgasser er kjente. For de mest anvendte fremgangsmåter anvendes for dette formål ammoniakk som ledes inn i røkgasstrømmen og der reagerer med nitrogenoxydene og reduserer disse til elementært nitrogen, N2»

Ved en kjent fremgangsmåte som er kjent som SNCR-prosessen CSelective Noncatalytic Reduction Process') , se EP 79171, blir ammoniakkgass ledet inn i forbrenningsrommet i et fyringsanlegg. For å gjøre det mulig å redusere nitrogenoxydene er da en temperatur av 700-1100°C nødvendig.

Ved en ytterligere kjent fremgangsmåte som er kjent som SCR-prosessen CSelective Catalytic Reduction Process") , se

US patent 3970739, blir ammoniakk tilblandet røkgass-strømmen i et reaksjonsrom som er forsynt med egnede katalysatorer, før røkgasstrømmen innføres, idet en temperatur av 150-700°C opprettholdes i reaksjonsrommet.

Ved begge prosesser er det ikke til å unngå at en viss ammoniakkmengde ikke vil reagere med nitrogenmonoxydet.

Denne mengde blir større desto større den ønskede separerings-grad er og kan nå verdier som i henhold til de eksisterende forskrifter gjør at den ikke lenger får ledes ut i atmosfæren. Nitrogenoxydsepareringsgraden ved de kjente prosesser er derfor begrenset av de fremdeles tillatelige ammoniakk-utslipp.

Det tas ved oppfinnelsen sikte på å tilveiebringe en fremgangsmåte av den ovennevnte type ved hjelp av hvilken en høy nitrogensepareringsgrad kan oppnås under samtidig lavt forbruk av ammoniakk og uten at omgivelsene derved blir be-lastet med ammoniakk.

Denne oppgave løses i henhold til den foreliggende oppfinnelse derved at pH-verdien til vaskevannet som ved våt-røkgassvaskingen blir anriket med ammoniakk, NH^, og-ammonium, NH^, heves til over 10, hvorefter ammoniakken utdrives ved anvendelse av luft som ledes inn i vaskevannet, og at luften som er blitt ledet gjennom vaskevannet og derved er blitt anriket med ammoniakk igjen tilblandes røkgasstrømmen senest i reaksjonssonen.

Oppfinnelsen angår også et fyringsanlegg av den type som er angitt i krav 6's ingress, med en ovn og en kjele,

som har til oppgave å gjøre det mulig å oppnå en optimal gjenvinning av ammoniakk ved separering av nitrogenoxyder fra røkgasser som dannes ved forbrenning av fossile brensler og andre materialer. Denne oppgave løses ifølge oppfinnelsen derved at et våt-røkgassvaskeanlegg er innkoblet efter til-førselsledningen og via en forbindelsesledning er forbundet med en strippekolonne ved hvilken en lufttilførselsledning munner ut og til hvilken et luftutløp er tilkoblet som er forbundet med en tilførselsledning til ovnen.

Tre utførelseseksempler på den foreliggende oppfinnelse er vist på tegningene og beskrevet nedenfor. På tegningene

viser

Fig. 1 en første utførelsesform av et anlegg for separering av nitrogenoxyder fra røkgasser ved innføring av ammoniakk av røkgasstrømmen, Fig. 2 en annen utførelsesform av et anlegg for separering av nitrogenoxyder fra røkgasser ved innføring av ammoniakk i røkgasstrømmen og Fig. 3 en tredje utførelsesform av et anlegg for separering av nitrogenoxydet fra røkgasser ved innføring av ammoniakk i røkgasstrømmen.

Anlegget som er vist på Fig. 1 har en ovn 1 i hvilken brennbare materialer, spesielt fossile brensler, forbrennes. Røkgassene som derved dannes, blir overført til en kjele 3 som er tilkoblet til ovnen 1, og i kjelens 3 utløpsledning 4 blir ammoniakkgass, NH^, innført via en tilførselsledning 15. Denne gassblanding blir tilført til et reaksjonsrom 5, av den type som anvendes ved SCR-prosessen, og i reaksjonsrommet finner nitrogenoxydsepareringen, dvs. reduksjonen av nitrogenoxydene ved hjelp av ammoniakk, sted.

Røkgassene som kommer ut fra reaksjonsrommet 5, blir via en ledning 6 overført til et våtvaskeanlegg 7 hvori ureagert ammoniakk oppløses i vaskevannet. Ammoniakken vil da inngå forbindelse med de på forhånd sure bestanddeler i vannet under dannelse av ammoniumsalter.

Da det skal hindres at ammoniakk eller ammoniumfor-bindelser på omveien forlater våtvaskeanlegget 7 via vaskevannet og kommer over i omgivelsene, blir pH-verdien for vaskevannet som kommer fra våtvaskeanlegget 7 og er anriket med ammoniumioner, øket til en verdi over 10, f.eks. ved tilførsel av kalk via en ledning 16. Det oppnås derved at reaksjonslikevekten i henhold til den nedenstående ligning blir forskjøvet meget sterkt mot høyre.

I henhold til denne vil den fraskilte ammoniakk nu igjen foreligge som ammoniakk i oppløsningen.

Den oppløste ammoniakk blir i et ytterligere prosess-trinn desorbert og i form av gass drevet ut av vaskevannet. For dette formål blir ved en prosess som er betegnet som "stripp-ing" (se Ullmann Enzyklopadie der technischen Chemie Bd. 2, 1972, s. 587) en intim kontakt oppnådd mellom vaskevannet og luften, hvorved ammoniakken kan overføres fra vaskevannet til luften. For dette formål blir vaskevannet via en forbindelsesledning 8 tilført til en strippekolonne 9 som er forsynt med en lufttilførselsledning 10 og med et luftut-løp 11. Luftutløpet 11 er forbundet med en tilførselsled-ning 12 som er forbundet med ovnen 1. På denne måte blir ammoniakken som foreligger i vaskevannet, overført til luften som igjen blir innført direkte i ovnen 1 som forbrennings-luft, f.eks. som sekundærluft i røkgassene.

Røkgassene som forlater våtvaskeanlegget 7, kan slippes ut i atmosfæren via en skorstein 13.

Mens anlegget ifølge Fig. 1 på samme måte som for SCR-prosessen må ha et reaksjonsrom 5 og ammoniakken tilføres foran reaksjonsrommets innløpsside via tilførselsledningen 5, oppviser anlegget ifølge Fig. 2 intet eget reaksjonsrom, hvilket er i overensstemmelse med SNCR-prosessen. Ammoniakken blir her via ammoniakktilførselsledningen 15 ledet direkte inn i ovnen 1 eller inn i kanalen 4. Derimot er delene av anlegget for å oppnå en høy nitrogensepareringsgrad fra våtvaskeanlegget 7, dvs. forbindelsesledningen 8, strippekolonnen 9 med lufttilførselsledningen 10 og luftut-løpet 11 såvel som ammoniakktilbakeføringen 12 de samme som på Fig. 1.

Med et anlegg i henhold til Fig. 3 kan det likeledes oppnås at ammoniakken som fraskilles i våtvaskeanlegget 7, foreligger i oppløsningen som ammoniakk, idet ammoniumet ved hjelp av en selektiv ionebytter 17 skilles fra vaskevannet og ionebytteren tilbakespyles med en egnet oppløs-ning, f.eks. av kalk-natriumklorid, som innføres via en tilførselsledning 18, og tilbakespylingsoppløsningen til-føres tilstrippekolonnen 9 via en ledning 14, hvorved til-bakespylingsoppløsningens pH-verdi i henhold til det foran-stående eksempel blir hevet til en verdi over 10.

Ved hjelp av fremgangsmåten som utføres i de anlegg som er vist på Fig. 1, 2 og 2, oppnås det at nitrogenseparer-ingstrinnet kan drives med et høyt ammoniakkoverskudd, hvorved nitrogenoxydsepareringsgraden kan økes nesten efter ønske. Dessuten oppnås det at overskuddet av ammoniakk som ikke

har reagert med nitrogenoxydene i våtrøkgassvaskeren, på nytt kan anvendes ved fraskillelsen og tilbakeføringen til ovnen 1, på den samme måte som ved SNCR-prosessen. Der bidrar den igjen til nitrogenoxydreduksjonen og reduserer således ammoniakkforbruket i anlegget i en ikke ubetydelig grad.

Claims (9)

1. Fremgangsmåte for gjenvinning av ammoniakk ved separering av nitrogenoxyder, NO , fra røkgasser som dannes ved forbrenning av materialer, spesielt fossile brensler, i et fyringsanlegg, hvor ammoniakk, NH^, i en reaksjonssone ledes inn i røkgasstrømmen og reduserer nitrogenoxydgassene til elementært nitrogen, N2, idet røkgasstrømmen utsettes for en våt-røkgassvasking som utføres efter reaksjonsfasen, hvorved den ikke-reagerte som slump betegnede ammoniakk hhv. ammoniumklorid fjernes fra røkgassen sammen med vaskevannet, karakterisert ved at pH-verdien til vaskevannet, som ved våt-røkgassvaskingen blir anriket med ammoniakk, NH^, og ammonium, NH^, heves til over 10, hvorefter ammoniakken utdrives ved anvendelse av luft som ledes inn i vaskevannet, og at luften som er blitt ledet gjennom vaskevannet og derved er blitt anriket med ammoniakk igjen tilblandes røkgasstrømmen senest i reaksjonssonen.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at for å fjerne ammoniakken fra vaskevannet blir kalk tilsatt til vaskevannet eller det anvendes en selektiv ionebytter, hvorefter ammoniakken drives ut i en strippekolonne ved hjelp av luft ledet inn i vaskevannet.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at ammoniakken overføres til en sterkere konsentrert form ved tilbakespyling av ionebytteren med f.eks. en kalk-natriumkloridoppløsning.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1-3, karakterisert ved at luften som er blitt ledet gjennom vaskevannet og derved er blitt anriket med ammoniakk, henholdsvis luften fra strippekolonnen tilføres til fyringsanlegget som sekundærluft.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1-3, karakterisert ved at luften som er blitt ledet gjennom vaskevannet og derved er blitt anriket med ammoniakk, henholdsvis luften fra strippekolonnen innblandes i røkgasstrømmen før et reaksjonsrom i hvilket en innbygget katalysator anvendes.

6. Fyringsanlegg med en ovn (1), en kjele (3) og et våt-røkgassvaskeanlegg (7) for gjenvinning av ammoniakk ved separering av nitrogenoxyder, NC>x, fra de dannede røkgasser og andre materialer, hvor det i ovnen (1) eller i en ut-løpsledning (4) fra kjelen (3) er anordnet en tilførsels-ledning (15) for innføring av ammoniakk, NH^, i røkgass-strømmen, karakterisert ved at et våt-røkgassvaske-anlegg (7) er innkoblet efter tilførselsledningen (15) og via en forbindelsesledning (8) er forbundet med en strippekolonne (9) ved hvilken en lufttilførselsledning (10) munner ut og til hvilken et luftutløp (11) er tilkoblet som er forbundet med en tilførselsledning (12) til ovnen (1).

7. Fyringsanlegg ifølge krav 6, karakterisert ved at et reaksjonsrom (5), f.eks. med katalysatorer, er anordnet mellom kjelens (3) røk-gassutløpsledning (4) og våt-røkgassvaskeanleggets (7) inn-løpsside for å redusere nitrogenoxydgassene, NOx-

8. Fyringsanlegg ifølge krav 6 eller 7, karakterisert ved at en kalktilførsels-ledning (16) munner ut i forbindelsesledningen (8) mellom våt-røkgassvaskeanlegget (7) og strippekolonnen (9).

9. Fyringsanlegg ifølge krav 6 eller 7, karakterisert ved at en selektiv ionebytter (17) er innbygget mellom våt-røkgassvaskeanlegget (7) og strippekolonnen (9) og via en forbindelsesledning (14) er forbundet med strippekolonnen (9).