TWI281014B - Cleaning method of NO2 visible gas from stationary sources - Google Patents

Description

1281014 玖、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 技術領域 大體而言，本發明係關於-種從固定源燃燒程序中移 除二氧化氮的裝置與方法。尤其是關於—種藉由將還原劑 或乳化劑噴壤至來自固定源燃燒裎序之含有氮氧化物，像 是二氧化氮（n〇2)的廢氣流中，以將二氧化氮轉化為一氧 化氮或氮氣的裝置與方法。 【先前技術】 同……^此項技藝之人士所習知，來自固定源燃燒程 序的廢氣中所含的氣體種類與濃度會基於燃料的種類而變 化。舉例來說，在使用固體（煤）與液體（㈣C級燃料 油）做為燃料的固定源例子中，_中所含的硫和氮化合 物會破燃燒而產生硫氧化物（s〇x)和氮氧化物（Ν0Χ)。 』办2其眾所周知的是固定源之氮氧化物中的二氧化氮會 人二礼中的各種化合物產生光化學反應，而生成光化學化 口物14 J起光化學煙霧之臭氧，藉此污染人體與環境。 白知一氧化氮是紅棕色的有色氣體，當其從煙囪被釋 文出4會引起民眾過敏。此外，據報導可見的氣體時常在 低=率輪出（90 或更低）的擴散一燃燒程序過程中產生 。當廢氣在煙®中的滯留時間增加、煙固的直徑增加以及 煙囪内廢氣的流速和溫度降低時，可見氣體的量便增加。 1281014 同時’通常以石灰石—熟石膏程序來移除硫氧化物，並 以選擇性催化還原（SCR)程序來移除二氧化氮，其中在觸 媒存在下使用還原劑將二氧化氮轉化成氮氣和水。 氨被廣泛使用為選擇性催化還原程序中的還原劑，因 其具有優越的催化反應性與選擇性。舉例來說，u s Μ No. 5’G24,981揭露-種以蜂巢狀結構的觸媒選擇性移除 廢氣中所含二氧化氮之·3一SCR程序，其中在該觸媒中以 一虱化鈦載體支撐含有釩和鎢的活性物質。 近來’增加氣體，像异姑 诼疋被砰估為純燃料的液化天然氣 (LNG )的使用，以使固定祕陡立口产 ； 疋源U凡程序的污染物降至最低。 不像使用煤和石油做為婵料 的氮化合物，且…二 液化天然氣含有少許 釋出J篁低於容許極限的氮氧化物。 同時’在使用氣體作 乍為燃枓的例子中，大部分來自固 疋源之廢氣中所含的氣_ u ^ 产 虱化物係經由高溫下，空氣中所含 之51氣的氧化作用所產生 件而定，像是乳物的濃度是視操作條 ”，、虼序所用引擎之負荷。 幻吏用傳統觸媒進行選擇性催㈣原程序，以移除從 使用氣體做為燃料的固定 y、 俨時，一童p u疋源釋放出的少量二氧化氮可見氣 :因觸：=…有效移除’但其仍有增加的設備成本 與因觸媒引起壓力損耗的缺點。 ♦ 尤其在選擇性催化 觸媒製造者或工程公5Ί“ 而求的觸媒罝取決於 司所&供之空間速度。舉^^β 商業化之ΝΗ3-SCR程成+ 又举例木太在 @ ^ θ 中，空間速度為5000至700〇 h-i， 因此，當考量到—恥m〜 又口疋源之廢氣，在取決於功率產生容 1281014 量時，其流速為5 0 0 Π Π π z； 1 Λ 成7"_ 3 l陳刪編3/11，觸媒之數量 為70至Zoom3。因j；卜，龠要，， 至 說成效並不大。 、、IS程序就觸媒成本來 此外，在使用氣體做為燃料的固定源例 催化反應器安裳於傳統的系統中，氣體流會因觸媒前= 面影響。因此，必項力^應之前對燃燒程序造成負 W… 大故備來使用觸媒，因而需要龐大 的^成本來移除相當少量的二氧化氛可見氣體 ， 設備需要較大的區域，因而引起取得用於儀器之地點的困 難。 5 T在使用氣體做為燃料的固定源例子中，視引擎 的操作負載而定，其僅需花費30分鐘或更短的時間使可 見:體的展度達到可見值。因此緣由，使用⑽觸媒來降 ^方''相田紐的4間内產生的二氧化氮濃度，就經濟效益而 言並不具競爭性，其導致電源生產成本產生不需要的增加 〇 、一f此2仍有發展將發電廠之廢氣中所含二氧化氮轉化 成二氧化氮和氮氣之技術的需要，而其包括將還原劑或氧 化㈣由處理廢氣之裝置，而不需使用額外之裝置，來注 射遥原劑或氧化劑之步驟。 ^同4，ϋ· S· Pat· No· 5, 489, 420揭露一種藉由於高 I下將遇原劑添加至氮氧化物，以移除氮氧化物的技術， 其中使用氨於95〇t或更高的高溫下，將氮氧化物移除， • Pat· No. 5, 443, 805 與 U.S· Pat. No. 5, 536, 482 1281014 建議一種藉由在900至1 2001下，將聚合物加入氨中來移 除氮氧化物的方法。 【發明内容】 主發明之福露 口此，本發明因為關注於先前技藝所發生的問題而產 生。本發明之一目的為提供一種藉由喷灑還原劑或氧化劑 至來自固定源燃燒程序之含有氮氧化物，像是二氧化氮（ 肋2)，之廢氣流，而將二氧化氮轉化成一氧化氮或氮氣之 裝置與方法。 +本發明之另-目的為藉由安裝用於將還原冑或氧化劑 噴灑至輸送管内之廢氣流動路徑中之喷嘴，並使與噴嘴連 接^廢氣流動經過的輸送管絕緣，以防止還原劑或氧化劑 在還原劑3戈氧化劑與二氧化氮反應《前燃燒。 .S S之更另一目的為使二氧化氮可容易與還原劑或 =接觸’以藉由喷麗還原劑或氧化劑到廢氣之流動路 二丨來改良二氧化氮之移除效率，以此方式，還原劑或氧 =刻僅經由-個導管或複數個導管被喷灑至廢氣中， 或運、，、貝地經由導管被噴灑至廢氣。 為達成上述目的，本發明祖 ^ . 月如供一種處理廢氣的裝置 =用：提供來自使用氣體作為燃料之固定源燃燒心 乳化氮的廢氣之流動路徑的輪送管。— 们女1於輸送管内之噴嘴，其可 更二 劑至流經輸送管的廢氣中。—儲^4心原劑或^ 请存槽，其被安裝來儲存3 10 1281014 原劑或氧化劑。另外，注射泵在儲存槽 上與儲存槽和喷嘴連接，以從储存槽供給還二 ”嘴’以及空氣聚與嗔嘴連接以供給空氣至輪：中丨 复，广觀點來看’本發明提供一種處理廢氣之方法， 以下步驟：將來自使用氣體作為燃料之固定 =2°°到霞之含有二氧化氮的廢氣供給 …中的步驟；以及將還原劑或 : 輸送管之廢氣中的步驟。 y贺灑至机經 本發明將廢氣定義為從使用氣體作為姆 、 燒程序所釋出者，其含有較來自使用煤疋源燃 固定源烬燒程序之廢气釭i曰 ’、 '作為燃料之 )。 序之廢乳較少量之氮氧化物（例如二氧化氮 藉由喷嘴將還原劑或氧化劑連同空 中，其可將廢氣中所含之-氣化 T減到廢氣 將二氧化氮轉化成氮氣。：:化:=-氧化氮，或 所含之，氧化物之莫耳比至少為01^更高化劑與廢氣中 此時，還原劑可以是任何可 氮的物質，例如氨類，像是，一—逛原為-氧化 化合物，像是不飽和二二與尿素，及/或碳氣 些物質中，最佳:::r和雜鏈碳氫化合物。在這 此外，氧化劑可以是任何 物質，例如過氧化氣吻和臭=;轉：為氣氣的 t，最佳者為過氧化氫。 3 在故些物質 同時，本發明之空氤使還原劑或氧化劑得以從嘴嘴被 1281014 廣泛地噴灑到廢氣中。任何氣體皆可用來取 ^ 甘达 、之氧，只要 具為惰性且不與還原劑或氧化劑反應。然而， . 专ΐ到價格 人取得容易性，較佳為將空氣與還原劑或氧化 、 。 …一起使用 根據本發明之還原劑或氧化劑可以在 、 - 丹玄氣混人之 下被喷灑到廢氣中，但假如其經由喷嘴而噴 只视主廢氣中， 而沒有與空氣混合時，則不足以將還原劑 噴 全部廢氣中。 Μ噴灑至 【實施方式】 現明苓照圖式，其中在不 考篇躲b * — Μ 、τ r/T從用之相同的 亏付唬疋表示相同或類似的元件。 圖1顯示依據本發明且辦與 示意圖，而圖2說明们: 處理廢氣的裝置 置之另一個觀點之示意圖。 尾孔 參照圖1與圖2，依據本發 作為來自使用氣體作為嫌料/ $置匕括輪送管2, · 化氡的马“、、枓之固定源燃燒程序之含有-： 化虱的廢氣的流動路徨；一 汴又3有一_ 並噴灑還原劑哎氧化，或更多個安裝於輸送管2 一 4;儲存槽6,其心#2㈣動的廢氣的t 氧化劑；注射養S ^ 要错由喷嘴4喷灑出的還原劑3 從儲存槽6將還原劑=或裝,於儲存槽6和噴嘴4之間“ ，其與噴冑4連接，以.：化劑輸送到噴嘴4 ;空氣泵1 U將高度壓縮的空氣輪送至輪送管； 12 1281014 以及煙_ 12’其用以排放經處理過的廢氣。 Μ本發明之輸送管2在其第一端與固定源連接，以 接收來自使用氣體作為燃料之固定源燃燒程序 化氛的廢氣，且其在第二端與煙函12連通，以在含:一 氧化氮的廢氣於輸送管2被處理過後， 放出。 將處理過的廢氣排 本發明之噴嘴4安裝於輸送管2中，以將空氣 和逖原诏或氧化劑噴灑到流經輸送管2内之含有二氧化5 的廢氣中0以此考量，可/工乂-r + __b ^ φ 考里，了以任何方式將噴嘴4安裝於輸送 吕2中’只要可適當地將空氧沐罗疮 > 肝二札和還原劑或氧化劑噴灑到廢 二送：佳2地：可將喷嘴4以[或多，段注射方式安裝 :輸二"，以輕易地將空氣和還原劑或氧化劑喷灑到 μ經輸运官2之含有二氧化氮的廢氣中。 、 階段方式，導管14之建構可使得複數個孔洞 mW4之表面’且噴嘴4與這些孔洞連接，而在多 …式中’將二個或更多個上述的導管安裳 中。 & 二 ’如果需要的話’根據本發明之裝置還可包含安 衣方、導e 14上的閥18 ’以控制流經每_個導管14的浐雕 ^速；-個或更多個安裝於輸送管2的溫度感測器2〇 3 檢測在輪送管2内流動的廢氣的溫度；以及與閥18和、” 感測器20連接的控制單元16，以基於溫度感測器2〇:: 度數據來控制閥18。 此知，可將溫度感測器20安裝於輸送管2内的任何位 13 1281014 置：其ΓΓ測得在輸送管2内流動的廢氣的溫度。 及盘+ : 而要的話，包含在本發明裝置中之噴嘴4 及與贺嘴4連接之每個導管14的 2 緣，以防止200至> 了用、，巴緣材料絕 外，可…C的廢氣燃燒還原劑或氧化劑。此 二:入喷嘴4和/或導管14,以有效防止 。 4或氧化劑被高溫的廢氣燃燒 上所述冑;麗空氣和還原劑或氧化劑的t _ 4 崎自大氣的空氣的空氣泵㈣接。噴嘴=4:與 供給逷原劑或氧化#j i t 、，、又土與 貝角4的/主射泵8連接w芬作 6供給到主射其將還原劑或氧化劑從 b B守’空氣系1 〇運 劑供應至噴嘴4,以::二 連同還 至輸送管中，而立即將二逛原劑或氧化劑注射 化劑現合。 # 一乳化氮的廢氣與還原劑或氧 為依據本發明之裝置之操作的描述。 之八;4將來自使用氣體作為燃料之固定源燃燒程序 s有一虱化氮的廢氣供給入輸送管2。 劑注射果8將錯存於儲存槽6的還原劑或氧化 入…，同時用空氣果1。將空氣供給入喷嘴4中 内之空氣和 心後，將已供給入位於輪送管2的喷嘴4 14 1281014 還原劑或氧化劑喷灑到流經輸送昝 „ ^ ^之含有二氧化氮的麻 乳中，以將二氧化氮還原成一氧 气的廢 成虱氣，之後將處理過的廢氣從蛊 轉 自12排放出。 彳、輪…後端連接的煙 :此考量，如上所述’將由空氣栗1〇供應的i 連同遂原劑或氧化劑一起供給入 、、、二乳 貝馬4中，以助於扃古颅 下將還原劑或氧化劑喷灑至廢氣中，以立即將含有= 氮的廢氣與還原劑或氧化劑混合。 一乳化 此時，依據本發明之處理廢氣的裝置 度感測杰2 0的溫度數據來控制闕1 8。 /皿 如上所述，本裝置是使用一或 中：導管14包括複數個安裝在輸送管二噴嘴 個^官14皆與注射泵8和空氣录1()連接，且 ^ 度感測器20被安裝在輸送管2内。 個服 以此考量，閥18被安裝在導管14，且間 測器20係與控制單元a連接。 度感 中排2有：氧：氮之廢氣從使用固定源燃燒程序為辦料 中排放m會經由每個包括數個噴嘴 ； 到輸送管2中。 & t、給 基於來自溫度感測器20的溫度數據 適當的溫度範圍，像是從20〇u〇rc允制里-有 啟導管14的閥18,以韓化$、萝盾，工制早兀16開 導管14關18。轉化“原二錢氮，並關閉其餘 15 1281°14 後用/主射泵8將儲存在儲存槽 供給入導管u中，1中門…：的遇原劑或氧化劑 ，、T開啟閥18，同時用办名 氣供：入導管“中，其中開啟闕18。 一果10將空 ik後’將已供給入導 還原劑或氧化劑妳由導# :")中的空氣和 流動之含有噴灑到在輸送管2内 μ .»、 的廢ό °此程序使得可藉由將二氧 、-逦原成-氧化氮或將二氧化氮轉化成氮氣，並將广理 過的廢氣經由安梦於於译其 、处 氣中移除二氧2後端的㈣12排放，來從廢

:日”將由空氣泵10壓縮的空氣連同還原劑或氧化劑 :、、、、°人m中’以在高塵下將還原劑或氧化劑噴麗 2巾，以㈣地將含有二氧化氮的廢氣與還原劑或氧 曰經由以下實施例可對本發明獲得較佳的瞭解，但以下 出之貝知例僅為說明’並非作為本發明之限制。 實施例1

為還原劑來移險二氣化氤活付 如圖1所顯示，提供一種由SUS 304 (高度為15公分 見度為15公分和長度為100公分）之矩形輸送管，而在 具有數個噴嘴[TN050-SRW，Total nozzle c〇·，Korea]之 輪送管中裝設有四個導管，同時這些導管彼此以2()公分 之間隔隔開。 77 作用為還原劑之氨水[Doosan Co.，Korea]被加入到儲 存槽中’且儲存槽與注射泵連接，其中注射泵[M93〇， 16 1281014

YounglinCG·’ Korea]與含有噴嘴之導管連接。 之後將空氣泵[ΗΡ 2·5，Air bank c〇mpress〇 K。一與具有噴嘴的導管連接，以將空氣供給入輪送管.中 後將具有與來自使用氣體做為燃_ # _ 廢氣，成類似的注入氣體供給入SUS 304矩形輪二之 注入氣體的組成列於下表1。 表1 成份 注入氣體的組成 N0 --- -- 60 ppm N〇2__ 50 ppm C0_ .剩餘量 170 ppm 當注入氣體流經輸送管的同時，用空氣栗和注 儲存在儲存槽的空氣和氨水供給入喷嘴中。 7 、 此時，使用電爐[Gib〇 Co.，Ko;rea]將輸 始杜士 ,ΛΛ j7rT物咬官内的溫度 ' 到700 C，並使用κ型的熱偶計測量之。氨對 ::化氮的莫耳比A 2,且從喷嘴喷灑出的氨水與流經輸 达管的廢氣間的接觸時間為〇· 731秒。' 此外，在二氧化氮與氨水反應之前和之後，使用可攜 式N〇x分析器[ΜΚ II ’ Eurotron ’ Italy]來分析廢氣，並以 下式1計算二氧化氮的轉化效率。 式1 N〇2 轉化(％)= 1〇2在反應前之轉坚-no2在反應後之轉化 n〇2在反應前之轉化 其結果繪於圖 實施例2 17 100 1281014 除了使用乙醇取代氨水作為還原劑之外，重複實施例 1之步驟，而乙醇和二氧化氮之莫耳比為2。 其結果繪於圖4。 實施例3 除了使用丙酮取代氨水作為還原劑之外，重複實施例 1之步驟’而丙g同和二氧化氮之莫耳比為2。 其結果繪於圖4。 實施例4 除了使用甲醇取代氣水作為還原劑之外，重複實施例 1之步驟，而甲醇和二氧化氮之莫耳比為2。 其結果繪於圖4。 實施例5 除了使用LNG取代氣水作為還原劑之外，重複實施例 1之步驟，而LNG和二氧化氮之莫耳比為2。 其結果纟會於圖4。 實施例6 除了使用LPG取代氣水作為還原劑之外，重複實施例 1之步驟，而LPG和二氧化氮之莫耳比為2。 其結果繪於圖4。 實施例7 除了使用乙醇取代氣水作為還原劑之外，重複實施例 1之步驟’並測量二氧化氣之移除活性，而乙醇和二氧化 氮之莫耳比介於1至2之間。 其結果繪於圖5。 18 1281014 實施例8 除了使用過氧化氫作為氧化劑來取代作為還原劑的氨 水之外，重複實施例1之步驟，而過氧化氫和二氧化氮之 莫耳比為i " 其結果繪於圖6。 實施例9 將貫施例1的

發略 丁 J 二兒廠[West-Incheon steam power plant，Korea]，以、、則 ^取決於噴嘴有無被絕緣而^之下，二氧化氮移除活^ 、差異。此時’此裝置使用乙醇取代氨水作為還原劑 峻〜點而言，乙醇對二氧化氮的莫耳比為工。 當試驗一開始未使噴嘴絕緣時，即測試二氧化氮 ^性’此試驗之後，㈣嘴和導f絕緣 的移除活性。 礼化虱 其結果描述於表2。 實施例10 之外，重複實施例 除了乙醇和二氧化氮之莫耳比為 9 <步驟。 其結果描述於表2。 實施例11 9 除了乙醇和二氧化氮之莫耳比為 之步驟。 之外，重複實施例 其結果描述於表2。 19 1281014 實例 乙醇/忉2莫耳比 1絕緣之前 9 1 25.9 3778 ~ 10 3 513 6672 ~ 11 5 82· 6 94.8 ~ 1絕緣之前··絕緣之前的no2移除活性(％)。 2絕緣之後：絕緣之後的N〇2移除活性(％)。 將噴嘴和導管絕緣之後，NO2的移除活性提高。此數據 之原因在於當廢氣的溫度依據引擎負載的提高而介於5〇〇 至650°C時，乙醇在到達噴嘴之前即已被部分氧化，故乙 酉予對二氧化氮的反應性便降低。因此，使用絕緣材料將喷 嘴和導管絕緣可抑制乙醇的氧化，並藉以增進二氧化氮的 移除活性。 實施例12 在乙醇對二氧化氮之莫耳比為3以及廢氣的溫度是從 350至6 50 C之範圍的測試條件下，在11〇 Mw範圍的 發電廠[West-Incheon steam power plant，K〇rea]試驗 n〇2 的移除活性。 其結果繪於圖7。 從圖7 看到當廢氣的溫度提高到5〇〇它或更高時， 作為還原劑的乙醇便被氧化，且二氧化氮的移除活性被大 幅降低。 產業上利用性 如上所述，本發明提供一種可經濟地處理廢氣的裝置 ，而不需要在傳統選擇性催化還原程序中需要高額初二設 20 1281014 置成本或南額择作 自固巾㈣㈣或氧化㈣灌至來 =·=序之含有二氧化氮的廢氣中，並藉由將二 原成-氧化氣或將二氧化氮轉化成氮氣來移除二 本發明已經以例示性方式說明，且應瞭解 語意指說明的本質，而非pp在丨w 士 & 斤使用之術 從乂 ^ 。本毛明之許多修飾及變 月立攸則述教不的觀點來看 附申請專利範圍…： 應瞭解在所 專“巳圍之…，本發明可以非前述特定 方式而被實施。 【圖式簡單說明】 (一）圖式部分 從隨附圖式之詳細說明，可更清楚地瞭解本發 的、特徵以及其它優點，其中： 圖1為依據本發明具體實施例之處理廢 意圖； t 圖2為依據本發明具體實施例之處理廢氣的裝置 一觀點之示意圖； 、 圖3為依據本發明使用氨作為還原劑之二氧化？ 化率之圖式； 圖4為依據本發明使用碳氫化合物作為還原劑之 化氮之轉化率之圖式； Θ 圖5為依據本發明在取決於乙醇對二氧化气 之下，二氧化氮之轉化率之圖式； 明之目 之示 之另 之轉 氣 之莫耳比 21 1281014 圖6為依據本發明實施例8，使用過氧化氫竹达 劑之:氧化氮,化率之圖式；以及 為氣化 圖7為當本發明之噴嘴被絕緣或沒有被 乙醇作為還原劑之二氣化&紅 、象日可，使用 虱化虱轉化率之圖式。 (一）凡件代表符號

2 輸送管 4 噴嘴 6 儲存槽 8 注射泵 10空氣泵 12 煙囪 14 導管 16 控制單元 18 閥 20 溫度感剛器

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Claims (1)

1. ΘΙΦί 拾、申請專利範圍： I. 包括： 種用於“來自燒程料的廢氣之方法 將含有二氧化氮的廢氣供給入一 範圍在350到55 0°C之廢氣内沐 種用於移除具有溫度 * 包 y 輸送管中；以及 、一乳化氮之裝置的 ^叶不口内酉同 動之含有一氧化氮之廢氣中，盆中 '

   /、宁乙醇、丙_，或 和丙酮對廢氣中所包含之氮氧化物的莫耳比例 | 或更高。 …至少 拾壹、圖式： 如次頁

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