SI9010827A - Postopek za odstranitev dušikovih oksidov - Google Patents

Abstract

Pri postopku za odločenje NO dodamo v zgorevalni komori amoniak v raztopljeni obliki, pri čemer kot razpršilni medij uporabimo plinasto ali uparjeno pomožno sredstvo, v katerega vbrizgamo reducent že pred vstopom v zgorevalno komoro in ga s tem delno sušimo, s čemer nastanejo intermediarne spojine, zlasti z razpadnimi produkti. S tem postopkom se da pri stehiometriji 1 do 2 vzdrževati v tem času zakonsko predpisane emisijske meje, ne da bi se pojavljale dodatne emisije, npr. z NH, istočasno pa lahko poskrbimo za odpadne tekočine z raztopljenimi ali emulgiranimi organskimi snovmi.

Description

POSTOPEK ZA ODSTRANITEV DUŠIKOVIH OKSIDOV

Tehnično področje izuma

Predloženi izum se nanaša na področje anorganske kemijske tehnologije in ekologije, specifično pa na postopek za odstranitev dušikovih oksidov iz odpadnih plinov s pomočjo amoniaka oz. amoniačnih spojin, v obliki vodnih raztopin, kijih brizgamo v tok odpadnega plina v temperaturnem območju 700 do 1200°C ter jih porazdelimo po celotnem preseku odpadnih plinov, in za to, da poskrbimo za vodne odpadne raztopine iz industrije in/ali poljedelstva.

Definicija tehničnega problema

Znano je, da v gorilno komoro naprave za proizvodnjo pare upihavajo trdna sorpcijska sredstva in s temi delno vežejo škodljive snovi kot SO_x, klor, fluor in tudi dušikove okside. Ti postopki pa imajo to hibo, da pri tem nastanejo oz. preostanejo trdne kemične spojine, ki zvišajo vsebnost pepela v odpadnih plinih in konec koncev obremenjujejo deponije. Nadaljnja hiba je v tem, da po teh znanih postopkih večinoma ni možno v čistilni stopnji doseči zakonsko predpisane čistoče odpadnega plina, tako, da so potrebne nadaljnje, absorptivne čistilne stopnje, ki tako povečajo potrebo po prostoru in zato niso primerne za stare naprave, temveč tudi drastično poslabšajo obratovalne rezulate.

Stanje tehnike

Znano je upihavanje plinastega amoniaka v vroče odpadne pline, pri čemer pride do redukcije dušikovih oksidov, pri kateri se pojavlja pomanjkljivost, da zlasti pri nihajoči vsebnosti dušikovega oksida uhaja amoniak skozi kamin, tako, da se zde potrebni nadaljnji ukrepi, zlasti preko katalizatorjev, ki postopek po nepotrebnem podraže. Nadalje je znano direktno upihavanje sečnine oz. raztopin sečnine v gorilno komoro (US-PS 4,208,386 oz. 4,325,924), pri čemer se da z dodatnim aditivom razširiti oz. premakniti temperaturno območje, v katerem je razgradnja dušika možna. Ta postopek je zelo nestabilen proti nihanjem pri obremenitvi in spremembam temperature in ker se večji del organskih spojin razgradi pri 1000°C, je življenjska doba sečnine časovno omejena, tako, da pride zaradi manjših sprememb temperature do žmanjšanja redukcije ΝΟ_χ.

Opis rešitve tehničnega problema z izvedbenimi primeri

Zato je smisel in namen izuma, da ukrepamo proti obstoječim hibam amoniaka pa tudi skladiščenja amoniaka kot tudi razgradnje sečnine, in da po možnosti v eni sami stopnji odstranimo dušikove okside iz odpadnega plina ali jih tako reduciramo, da ustrezajo zakonskim predpisom o vzdrževanju čistoče zraka.

Pozitiven učinek obstaja v tem, da je amoniačno vodo laže skladiščiti kot tekoči amoniak.

Predloženi izum je značilen po tem, da amoniak oz. amoniačne spojine in v danem primeru enega ali več aditivov v vodni raztopini in plinast ali uparjen pomožni medij posamič porazdelimo v toku odpadnega plina, ali da amoniak oz. amoniačne spojine uprašimo v tok plinastega ali uparjenega pomožnega medija in to zmes porazdelimo v toku odpadnega plina, pri čemer kot pomožni medij za upihavanje redukcijskega sredstva z aditivom uporabimo zgorevalni zrak, vodno paro, komprimiran zrak ali inertne pline, in kot aditiv reda velikosti do maksimalno 10 mas.%, z ozirom na količino amoniaka, uporabimo dušik in/ali kisik vsebujoče organske spojine, ki jih bodisi dodamo amoniakalni raztopini, ali pa na ločenem mestu primešamo toku odpadnega plina v raztopljeni obliki, da razgrade sekundarne emisije in/ali izboljšajo reaktivnost amoniaka oz. amoniačnih spojin, zlasti v smeri nižjega temperaturnega območja.

Nadaljnje bistvene značilnosti so navedene v nadaljevanju. Raztopine aditivov vsebujejo N- in/ali O-vsebujoče organske spojine, zlasti glicerin, glikol in/ali druge raztopine, ki vsebujejo večvalentne alkohole ali odpadne raztopine oz. raztopine iz industrije in/ali poljedeljstva.

Redukcijska sredstva dodamo odpadnemu plinu v odvisnosti od obremenjenosti z dušikovimi oksidi, ki jih je treba odstraniti, zlasti pa v molskem razmerju do 2,0.

Amoniačno raztopino upihavamo v prah vsebujoči, vroči odpadni plin iz parnega kotla, kurjenega predvsem s premogovim prahom, v kurilni komori na oz. po nivoju gorilnikov, pri čemer prah, ki nastaja v odpadnem plinu pri zgorevanju, učinkuje v visokem temperaturnem območju kot katalizator.

Amoniačno raztopino uvajamo v zgorevalno komoro na enem ali več nivojih, prednostno z vršnim zrakom, sekundarnim ali terciarnim zrakom gorilnika.

Amoniačno raztopino uprašimo v dovodni vod vršnega zraka ter jo v tem predhodno posušimo, kot tudi z le-tem enakomerno porazdelimo v atmosferi vodne pare v gorilni komori.

Aditivno sredstvo raztopimo v alkoholu ali neki drugi organski tekočini in ga uporabimo zlasti razredčenega ali naplavljenega z vodo.

Vnos reducenta poteka v raztopljeni obliki v odpadni tok preko sistema šob, zlasti večnovnih šob, z neznatno velikostjo kapljic, ki omogočajo fino in zlasti enakomerno porazdelitev po celotnem preseku odpadnega plina. Pri izvedbi poskusov odstranjevanja dušika smo ugotovili, da amoniačna voda, če jo upihavamo v gorilno komoro, zavira tvorbo ΝΟ_χ oz. razgrajuje tvorjeni ΝΟ_χ. Posebno dobre rezulate dobimo, če amoniak raztopimo v vodi in ga pred upihavanjem skozi šobo v gorilno komoro razpršujemo kot raztopino v vročem zraku, tako, da v vročem zraku nastajajo prenasičene amoniačne kapljice, ki jih v posebno fini obliki upihavamo v obdajajočo vodno paro v gorilni komori pri temperaturah 700 do 1200°C. Pojem voda ne velja samo za čisto vodo, temveč zlasti za odpadne raztopine kakršnekoli vrste, kot je npr. gnojnica, onečiščeno, za uživanje neprimerno vino, ter vodni kemični odpadki, v kolikor ne vsebujejo trdnih snovi.

Učinkovito temperaturno območje se da premakniti, če raztopini dodamo aditive kot triazine, cianamide, gvanidine, zlasti pa njihove soli, v količinah do 10 % količine amoniaka. Pri tem pa ni neobhodno potrebno, da aditive vbrizgavamo skupaj raztopljene z amoniakom, lahko jih vnašamo tudi na kakšnem drugem mestu, tako, da se reaktivnost amoniaka podaljša. Kažejo pa se tudi vplivi zgorelega goriva, tako, da se zdijo katalitski vplivi poletine, zlasti ob naraščajoči vsebnosti težkih kovin, dokazljivi. Nadaljna karakteristika je, da amoniačno vodo ne vbrizgamo s primarnim zrakom, temveč z vršnim zrakom oz. sekundarnim ali terciarnim zrakom pri stopenjskem zgorevanju, za zmanjšanje tvorbe ΝΟ_χ v gorilni komori, t.j. da amoniačna voda izzove nekoliko zakasnjeno in podajšano redukcijo. Za to je primerno tudi povratno sesanje dimnih plinov, zlasti pri dimnem plinu, bogatem na kisiku, če je bilo namreč gorivo sežigano s prebitkom zraka. Pri tem pa je - kot smo že omenili - bistveno, da vodna para, ki nastaja pri sušenju raztopine, katalizira redukcijo. Z molekulami vodne pare in napol vezanega kisika, vzbujenimi z visokimi temperaturami, torej praktično v nascentnem stanju, nastanejo intermediame spojine, ki razgrade ΝΟ_χ oz. preprečijo nastanek novih ΝΟ_χ molekul. Na vsak način pa je vsebnost ΝΟ_χ pri vstopu v kamin ali pri predhodno vključeni drugi čistilni stopnji v večini primerov padla na v dandanes zakonsko prenesljive vrednosti in pod nje. Nadaljnji pozitivni učinki se pojavijo, če je amoniak raztopljen v N- in/ali O- vsebujočih ogljikovodikih, kot npr. večvalentnih alkoholih, zlasti v vodnih zmeseh ali emulzijah, pri čemer se zde primerne odpadne kemikalije, emulzije, kot vrtalno olje, eventualno z manjšo vsebnostjo alkohola, ne neobhodno čiste, pri čemer se pri uporabi dodatnih aditivov lahko omejimo ali jim sploh odpovemo. Načelno pa lahko rečemo, da se v nekaterih primerih lahko sploh odpovemo uporabi dodatnih aditivov ali odpadne raztopine.

Razgradnja oz. preprečitev tvorbe ΝΟ_χ v visokem temperaturnem območju zaradi razpadnih organskih spojin ima nadalje to prednost, da je na izhodu iz kamina preboj reducenta neznaten, četudi je treba na strani goriva, zlasti pri zgorevanju smeti, računati z močno spremenljivo tvorbo ΝΟ_χ. Zaradi visokih temperatur je tvorba sekundarnih emisij oz. preboj organskih spojin vzdrževan na skrajno nizkem nivoju. Razen tega ne nastane noben dodaten material za deponiranje, celo takrat ne, kadar reducent doziramo k izstopajočim ΝΟ_χ v nadstehiometrijski količini. Posebno dobri rezultati poskusov so se prikazali pri doziranju reducenta reda velikosti 1- oz. 2-kratna stehiometrija proti pričakovani tvorbi ΝΟ_χ. Pri poskusih smo nadalje ugotovili, da grelne ploskve proizvajalca pare niso bile obremenjene z dodatnim upihavanjem amoniakalne raztopine, tako, da ni prišlo niti do odsedanj niti do zapek niti do dodatne korozije. Pri tem postopku lahko uporabljamo tudi neprijetna goriva, kot je npr. rjavi premog s spremenljivo vsebnostjo pepela, ne da bi prekoračili emisijske mejne vrednosti, pokazalo se je celo, da se pri gorivih, bogatih na pepelu, zdi možno zmanjšanje potrebnega reducenta, k čemur očitno prispeva tudi vsebnost težke kovine v poletini oz. njeni katalitski učinki. Načelno je postopek primeren za zgorevalne naprave za vsa goriva, prav tako za procesne odpadne pline.

Ni potrebno, da je amoniak raztopljen v čisti vodi. Za to so primerne vse odpadne tekočine, v kolikor tope NH₃ in ne zvišujejo nivoja škodljivih snovi v odpadnem plinu, torej glikol vsebujoče vino, olje vsebujoča voda, pralni alkohol, itd., pri čemer pa lahko mineralne raztopine (solne raztopine) zopet povzročajo težave zaradi nastajajočih trdnih sestavin.

Ena izmed zamisli izuma je tudi, da bi odpadne raztopine, oz. raztopine iz industrije in/ali poljedeljstva, ki vsebujejo amoniak oz. amoniačne spojine, uporabili namesto za ta namen sintetično pripravljenih amoniačnih raztopin, kot npr. amoniačne vode. Nadalje je zamisel izuma, da bi amoniačnim raztopinam dodali dodatne aditive, ki bi po eni strani lahko izboljšali učinek čiste amoniačne raztopine, preprečili nadaljnje sekundarne emisije ali razširili za uporabo specifično temperaturno območje. Dodatni aditivi so praviloma O- in/ali N- vsebujoče organske spojine, ki se jih da samo v neznatni količini dodati amoniačni raztopini. Dodatne aditive se da dodati tudi v obliki odpadnih raztopin, oz. raztopin iz industrije in/ali poljedeljstva, ki vsebujejo zgornje dodatne aditive. Kot primer naj tukaj omenimo glicerin oz. glikol vsebujoče raztopine oz. raztopine, ki vsebujejo derivate glicerina in/ali glikola oz. druge večvalentne alkohole.

Izkazalo se je, da so raztopine dodatnih aditivov samo v nekaterih primerih doprinesle k izboljšanju stopnje odločenja oz. zmanjšanja sekundarne emisije, tako, da niso nujno potrebne za vsak uporabni primer.

Claims (8)

1. PATENTNI ZAHTEVKI

   1. Postopek za odstranitev dušikovih oksidov iz odpadnih plinov s pomočjo amoniaka oz. amoniačnih spojin, v obliki vodnih raztopin, ki jih upihavamo v tok odpadnega plina v temperaturnem območju 700°C do 1200°C in porazdelimo po celokupnem preseku odpadnega plina, in za to, da poskrbimo za vodne odpadne raztopine iz industrije in/ali oljedelstva, označen s tem, da amoniak oz. amoniačne spojine in v danem primeru enega ali več aditivov v vodni raztopini in plinast ali uparjen pomožni medij posamič porazdelimo v toku odpadnega plina, ali da amoniak oz. amoniačne spojine uprašimo v tok plinastega ali uparjenega pomožnega medija in to zmes porazdelimo v toku odpadnega plina, pri čemer kot pomožni medij za upihavanje redukcijskega sredstva z aditivom uporabimo zgorevalni zrak, vodno paro, komprimiran zrak ali inertne pline, in kot aditiv reda velikosti do maksimalno 10 mas.%, z ozirom na količino amoniaka, uporabimo dušik in/ali kisik vsebujoče organske spojine, ki jih bodisi dodamo amoniakalni raztopini, ali pa na ločenem mestu primešamo toku odpadnega plina v raztopljeni obliki, da razgrade sekundarne emisije in/ali izboljšajo reaktivnost amoniaka oz. amoniačnih spojin, zlasti v smeri nižjega temperaturnega območja.
2. 2. Postopek po zahtevku 1, označen s tem, da raztopine aditivov vsebujejo N- in/ali O-vsebujoče organske spojine, zlasti glicerin, glikol in/ali druge raztopine, ki vsebujejo večvalentne alkohole ali odpadne raztopine oz. raztopine iz industrije in/ali poljedelstva.
3. 3. Postopek po zahtevku 1, označen s tem, da redukcijska sredstva dodamo odpadnemu plinu v odvisnosti od obremenjenosti z dušikovimi oksidi, ki jih je treba odstraniti, zlasti pa v molskem razmerju do 2,0.
4. 4. Postopek po zahtevku 1, označen s tem, da amoniačno raztopino upihavamo v prah vsebujoči, vroči odpadni plin iz parnega kotla, kurjenega predvsem s premogovim prahom, v kurilni komori na oz. po nivoju gorilnikov, pri čemer prah, ki nastaja v odpadnem plinu pri zgorevanju, učinkuje v visokem temperaturnem območju kot katalizator.
5. 5. Postopek po zahtevku 1, označen s tem, da amoniačno raztopino uvajamo v zgorevalno komoro na enem ali več nivojih, prednostno z vršnim zrakom, sekundarnim ali terciarnim zrakom gorilnika.
6. 6. Postopek po zahtevku 1, označen s tem, da amoniačno raztopino uprašimo v dovodni vod vršnega zraka ter jo v tem predhodno posušimo, kot tudi z le-tem enakomerno porazdelimo v atmosferi vodne pare v gorilni komori.
7. 7. Postopek po zahtevku 1, označen s tem, da aditivno sredstvo raztopimo v alkoholu ali neki drugi organski tekočini in ga uporabimo zlasti razredčenega ali naplavljenega z vodo.
8. 8. Postopek po zahtevku 1, označen s tem, da vnos reducenta poteka v raztopljeni obliki v odpadni tok preko sistema šob, zlasti večnovnih šob, z neznatno velikostjo kapljic, ki omogočajo fino in zlasti enakomerno porazdelitev po celotnem preseku odpadnega plina.