PL188483B1

PL188483B1 - Dry exhaust gas purification process

Info

Publication number: PL188483B1
Application number: PL98325359A
Authority: PL
Inventors: Kazimierz Gaj; Franciszek Knop; Janina Mech
Original assignee: Politechnika Wroclawska
Priority date: 1998-03-13
Filing date: 1998-03-13
Publication date: 2005-02-28
Also published as: PL325359A1

Abstract

Dry method of exhaust gas treatment, especially removing sulphur oxides, nitrogen oxides and dust, consisting of oxidising nitrogen oxide, cooling and moisturising exhaust gases, chemisorption of the sour pollutants and precipitating reaction products, unreacted sorbent and volatile ashes on a filtration barrier, characterised in that the processes of oxidising, moisturising and cooling of the exhaust gases are carried out simultaneously through injection of aqueous solution of potassium permanganate into a stream of hot exhaust gas, maintaining relative moisture of exhaust gas above 60 percent and a difference between exhaust gas temperature and moisture saturation temperature of exhaust gas below 15K, whereby a solution of potassium permanganate is used, acidified preferably with a concentrated sulphuric acid, to pH between 1 and 2, whereby the mole ratio of the dosed potassium permanganate in relation to a sum of sulphur dioxide and nitrogen oxide present in the exhaust gas is around 1.0-3.0, whereby the concentration of the dosed potassium permanganate solution is between 3 and 6.5 percent by mass, whereby the mole ratio of the dosed calcium hydroxide in relation to a sum of sulphur dioxide and nitrogen oxide is between 0.5 and 2.0

Description

Przedmiotem wynalazku jest suchy sposób oczyszczania spalin, polegający na usuwaniu gazowych zanieczyszczeń kwaśnych, zwłaszcza tlenków siarki i dwutlenku azotu oraz tlenku azotu i pyłu ze spalin kotłowych.The subject of the invention is a dry flue gas cleaning process, which consists in removing gaseous acid impurities, especially sulfur oxides and nitrogen dioxide, as well as nitrogen oxide and dust from boiler flue gases.

Sposób ten nadaje się zwłaszcza do oczyszczania spalin z kotłów o małej i średniej mocy, opalanych węglem lub olejem.The method is particularly suitable for the treatment of flue gas from low and medium power coal or oil fired boilers.

Znane są suche, wysokotemperaturowe sposoby ograniczania emisji tlenków siarki, tlenków azotu i pyłu, przez wprowadzenie do komory spalania, w strefę temperatur 1023-1273 K, tlenku wapnia, węglanu wapnia lub innych związków alkalicznych, ewentualne nawilżenie spalin i wytrącenie produktów reakcji z popiołem lotnym w suchym odpylaczu. Ze względu na mały stopień przereagowania, metody te wymagają stosowania wysokiego nadmiaru stechiometrycznego sorbentu, są mało skuteczne i powodować mogą zakłócenia w pracy kotła.There are known dry, high-temperature methods of reducing the emission of sulfur oxides, nitrogen oxides and dust by introducing calcium oxide, calcium carbonate or other alkaline compounds into the combustion chamber, in the temperature zone 1023-1273 K, optionally wetting the exhaust gas and precipitating reaction products with fly ash. in a dry dust collector. Due to the low degree of conversion, these methods require the use of a high stoichiometric excess of sorbent, are ineffective and may cause disturbances in the boiler operation.

Znane są również z polskich opisów patentowych nr 140693 i nr 148176, metody suche, polegające na nawilżeniu spalin, wprowadzeniu do nich pylistego, alkalicznego, ewentualnie schłodzonego sorbentu i wytrąceniu produktów reakcji wraz z popiołem lotnym w suchym odpylaczu. Reakcje chemiczne w tych metodach przebiegają w fazie wodnej a substraty i produkty reakcji są suche. Metody te nie umożliwiają ograniczenia emisji tlenku azotu, który - w przeciwieństwie do wyższych tlenków tego pierwiastka - nie należy do gazów kwaśnych i jest bardzo trudno rozpuszczalny w wodzie. Aby usunąć dodatkowo tlenek azotu, który stanowi ponad 90% sumy tlenków azotu zawartych w spalinach, w/w metody łączy się z pierwotnymi lub wtórnymi sposobami redukcji jego emisji. Skuteczność metod pierwotnych, polegających na zmianie organizacji procesu spalania, nie przekracza 50%. Powodować one mogą obniżenie wydajności kotła, wzrost emisji tlenku węgla, węglowodorów, koksiku i sadzy i wzrost udziału części palnych w zuzlu.Also known from Polish patents No. 140693 and No. 148176 are dry methods, consisting in wetting the flue gas, introducing a powdery, alkaline, or possibly cooled sorbent into it and precipitating the reaction products together with fly ash in a dry dust collector. Chemical reactions in these methods take place in the water phase and the reactants and reaction products are dry. These methods do not reduce the emission of nitric oxide, which - unlike the higher oxides of this element - is not an acid gas and is very sparingly soluble in water. In order to additionally remove nitrogen oxide, which constitutes over 90% of the total nitrogen oxides contained in the exhaust gas, the above-mentioned methods are combined with primary or secondary methods of reducing its emissions. The effectiveness of primary methods, consisting in changing the organization of the combustion process, does not exceed 50%. They can reduce the boiler efficiency, increase the emission of carbon monoxide, hydrocarbons, coke breeze and soot, and increase the proportion of combustible parts in the waste.

Znane suche metody wtórne ograniczenia emisji tlenków azotu to metody redukcyjno-adsorpcyjne z wykorzystaniem amoniaku jako reduktora oraz węgla aktywnego, aktywnego koksu, tlenku miedzi, tlenku cynku i tlenku glinu jako adsorbentów, metody adsorpcyjne z wykorzystaniem zelu kwasu krzemowego, zeolitów i amonitów, metody katalitycznego uwodornienia przy wykorzystaniu gazu ziemnego jako reduktora, metody katalitycznej i niekatalitycznej redukcji selektywnej przy wykorzystaniu właściwości redukujących amoniaku, metody wykorzystujące działanie jonizujące strumienia elektronów lub promieniowania UV w obecności amoniaku.Known dry methods of secondary reduction of nitrogen oxides emissions are reduction-adsorption methods using ammonia as a reducing agent and active carbon, active coke, copper oxide, zinc oxide and alumina as adsorbents, adsorption methods using silicic acid gel, zeolites and ammonites, catalytic methods hydrogenation using natural gas as a reducing agent, catalytic and non-catalytic selective reduction methods using the reducing properties of ammonia, methods using the ionizing effect of an electron beam or UV radiation in the presence of ammonia.

188 483188 483

Wymienione suche metody usuwania tlenków azotu ze spalin, łączone z suchymi metodami odsiarczania, wymagają wstępnego odpylenia spalin, stosowania podwyższonych temperatur, drogich katalizatorów czy tez kosztownych reduktorów. Są to metody trudne do zaadaptowania w przypadku istniejących instalacji odsiarczania spalin, wymagające stosowania oddzielnych aparatów.These dry methods of removing nitrogen oxides from exhaust gases, combined with dry desulphurization methods, require preliminary exhaust gas dedusting, the use of elevated temperatures, expensive catalysts or expensive reducers. These are methods that are difficult to adapt to existing flue gas desulphurization installations, requiring the use of separate apparatuses.

Wynalazek dotyczy suchego sposobu oczyszczania spalin, zwłaszcza z tlenków siarki, tlenków azotu i pyłu, polegającego na utlenieniu tlenku azotu do wyższych tlenków, schłodzeniu i nawilżeniu spalin, chemisorpcji zanieczyszczeń na warstwie filtracyjnej oraz wytrąceniu produktów reakcji, nieprzereagowanego sorbentu i popiołu lotnego na przegrodzie filtracyjnej.The invention relates to a dry process for purifying exhaust gases, especially from sulfur oxides, nitrogen oxides and dust, consisting in the oxidation of nitrogen oxide to higher oxides, cooling and moistening of the exhaust gas, chemisorption of pollutants on the filter layer and precipitation of reaction products, unreacted sorbent and fly ash on the filtration partition.

Istota wynalazku polega na tym, ze proces utleniania, nawilżania i chłodzenia spalin prowadzi się jednocześnie przez wtrysk wodnego roztworu nadmanganianu potasu do gorących spalin, utrzymując wilgotność względną spalin powyżej 60% i różnicę pomiędzy temperaturą spalin i temperaturą stanu ich nasycenia wilgocią mniejszą niż 15 K. Jako utleniacz stosuje się zakwaszony roztwór nadmanganianu potasu, korzystnie stężonym kwasem siarkowym, do pH z zakresu 1-2. Stosunek molowy dozowanego nadmanganianu potasu do sumy dwutlenku siarki i tlenku azotu zawartych w spalinach utrzymuje się w granicach 1,,0-3,0 a stężenie dozowanego roztworu nadmanganianu potasu utrzymuje się w granicach 3,0-6,5% masowych. Natomiast stosunek molowy dozowanego do spalin wodorotlenku wapnia do sumy dwutlenku siarki i tlenku azotu zawartych w spalinach utrzymuje się w zakresie 0,5-2,0.The essence of the invention consists in the fact that the process of oxidation, humidification and cooling of the exhaust gas is carried out simultaneously by injecting an aqueous solution of potassium permanganate into the hot exhaust gas, keeping the relative humidity of the exhaust gas above 60% and the difference between the exhaust gas temperature and the temperature of their saturation with moisture of less than 15 K. The oxidant used is an acidified solution of potassium permanganate, preferably with concentrated sulfuric acid, to a pH in the range of 1-2. The molar ratio of the dosed potassium permanganate to the sum of sulfur dioxide and nitrogen oxide contained in the exhaust gas is kept within the range of 1.0-3.0 and the concentration of the dosed potassium permanganate solution is kept within 3.0-6.5% by mass. On the other hand, the molar ratio of calcium hydroxide dosed to the flue gas to the sum of sulfur dioxide and nitrogen oxide contained in the flue gas is maintained in the range of 0.5-2.0.

Zaletą sposobu wg wynalazku jest możliwość równoczesnego, skutecznego odpylania, odsiarczania i odazotowania spalin oraz usuwania innych gazów kwaśnych w jednym urządzeniu, przy wykorzystaniu tego samego sorbentu. Zaletą jest też brak ścieków, niski koszt inwestycyjny oraz sucha postać produktu oczyszczania spalin. Sposób wg wynalazku pozwala na łatwą adaptację instalacji odsiarczania i odpylania spalin, pracującej z wykorzystaniem filtra tkaninowego.The advantage of the method according to the invention is the possibility of simultaneous, effective dust removal, desulphurization and denitrification of flue gases and removal of other acid gases in one device, using the same sorbent. The advantage is also the lack of wastewater, low investment cost and a dry form of the flue gas cleaning product. The method according to the invention allows for easy adaptation of the flue gas desulphurization and dedusting installation, operating with a fabric filter.

Przedmiot wynalazku przedstawiony jest w przykładzie wykonania na rysunku, na którym pokazany jest schemat realizujący ten sposób.The subject of the invention is presented in an exemplary embodiment in the drawing, which shows a diagram implementing this method.

PrzykładExample

Do strumienia spalin odciąganych z kotła 1 w ilości 23000 m_n ³/h, o temperaturze 503 K i zawartości wilgoci 0,02 kg/kg suchych spalin, zawierających dwutlenek siarki o stężeniu 0,7 g/m_n ³, tlenek azotu o stężeniu 0,1 g/mn³, dwutlenek azotu o stężeniu 0,01 g/mn oraz popiół lotny o stężeniu 1 g/mn3, wtryskuje się wodny roztwór nadmanganianu potasu w ilości 1,9 m3/h, o stężeniu 6,3% masowych, zakwaszony kwasem siarkowym do pH = 1, oraz dozuje się ze zbiornika 3 dozownikiem 4 wapno hydratyzowane w ilości 36 kg/h. Tak spreparowane spaliny kieruje się do filtra workowego 2, zabezpieczonego termicznie przed wykraplaniem się wilgoci. W efekcie oczyszczania spalin uzyskuje się ponad 99% redukcji emisji dwutlenku siarki, 70% redukcji emisji tlenków azotu i ponad 99% redukcji emisji pyłu oraz stały produkt oczyszczania w postaci suchego proszku, zawierający głównie siarczany i azotany wapnia, popiół lotny oraz nieprzereagowany sorbent.For the flue gas stream drawn from boiler 1 in the amount of 23,000 m _n ³ / h, with a temperature of 503 K and a moisture content of 0.02 kg / kg of dry flue gas, containing sulfur dioxide with a concentration of 0.7 g / m _n ³ , nitrogen oxide with a concentration of 0.1 g / mn ³ , nitrogen dioxide at a concentration of 0.01 g / mn and fly ash at a concentration of 1 g / mn3, an aqueous solution of potassium permanganate in the amount of 1.9 m3 / h with a concentration of 6.3% by mass is injected , acidified with sulfuric acid to pH = 1, and dosed from tank 3 with dispenser 4 hydrated lime in the amount of 36 kg / h. The thus prepared flue gas is directed to a bag filter 2, thermally protected against moisture condensation. As a result of flue gas treatment, over 99% reduction in sulfur dioxide emissions, 70% reduction in nitrogen oxide emissions and over 99% reduction in dust emissions, and a solid product in the form of dry powder, containing mainly calcium sulphates and nitrates, fly ash and unreacted sorbent.

188 483188 483

Departament Wydawnictw UP RP Nakład 50 egz Cena 2,00 złThe Publishing Department of the Polish Patent Office. Circulation 50 copies. Price PLN 2.00

Claims

Patent claim

A dry method of cleaning exhaust gases, especially from sulfur oxides, nitrogen oxides and dust, consisting in oxidation of nitrogen oxide, cooling and moistening of exhaust gases, chemisorption of acid pollutants and precipitation of reaction products, unreacted sorbent and fly ash on the filtration barrier, characterized by the oxidation process, exhaust gas wetting and cooling is carried out simultaneously by injection of an aqueous solution of potassium permanganate into the stream of hot exhaust gases, keeping the relative humidity of the exhaust gases above 60% and the difference between the exhaust gas temperature and the temperature of their saturation with moisture of less than 15 K, using an acidified potassium permanganate solution, preferably with concentrated sulfuric acid, to a pH in the range of 1-2, and the molar ratio of the dosed potassium permanganate to the sum of sulfur dioxide and nitrogen oxide contained in the exhaust gas is kept within the range of 1.0-3.0, while the concentration of the dosed potassium permanganate solution is kept at within 3.0-6.5% by weight and the molar ratio of calcium hydroxide dosed to the sum of sulfur dioxide and nitric oxide is kept in the range of 0.5-2.0.