JP2004036983A

JP2004036983A - Method and device for treating ammonia containing gas

Info

Publication number: JP2004036983A
Application number: JP2002193856A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiko Yokohama; 横濱　克彦; Yasuo Hayata; 早田　泰雄; Yuichiro Kitagawa; 北川　雄一郎; Shintaro Honjo; 本城　新太郎; Masahiro Harada; 原田　雅浩; Makoto Suzaki; 洲崎　誠
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2002-07-02
Filing date: 2002-07-02
Publication date: 2004-02-05

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method and a device for treating an ammonia containing gas for efficiently detoxifying ammonia included in a gas with simple equipment while minimizing the generation of NOx. <P>SOLUTION: In this ammonia containing gas treatment device for burning the ammonia containing gas 17 in a combustion device 10, the combustion device 10 comprises a high-temperature gas generating zone comprising a burner 11 mounted on one end of the device 10 for generating a high-temperature gas by introducing a supporting fuel 15 and the air 16 into the device, an ammonia decomposition zone located at a downstream side of the high-temperature gas generating zone, comprising an ammonia containing gas inlet 12, and thermally decomposing ammonia by the high-temperature gas, and a combustion zone located at a downstream side of the ammonia decomposition zone and burning a combustible material generated by the thermal decomposition. Preferably, the ammonia gas inlet 12 is formed at a downstream side with respect to a position of the burner by a distance L of approximately one-two times of a gas channel width R of the combustion device. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アンモニア含有ガスを燃焼してガス中のアンモニアを除去する処理に係り、特に窒素酸化物の発生を最小限に抑制することができるアンモニア含有ガス処理方法及びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
石炭ガス化発電や石油精製等の処理において、発生したガス中に副生成物として含有されるアンモニアや硫黄化合物（硫化水素、硫化カルボニル等）を公害防止、腐食防止の観点から無害化する過程が必要とされている。
従来、これらの無害化方法として、ガスを吸収液に気液接触させる湿式ガス精製方法が広く用いられてきた。そして湿式ガス精製設備にて回収されたアンモニア及び硫黄化合物は、夫々ストリッピングして高濃度のアンモニア含有のオフガス、硫黄酸化物含有のオフガスとして無害化処理されている。
【０００３】
これらのオフガスの処理は、一般に蓄熱式燃焼炉、直燃式燃焼炉などによって燃焼処理されている。かかる燃焼炉では、助燃用燃料で形成した還元性雰囲気下で硫黄化合物含有ガス、アンモニア含有ガスを燃焼し、燃料中の一部の窒素から生成した窒素酸化物を未燃のアンモニアで分解し、かつ分解後の水素を低温で燃焼させることにより、空気中の窒素から生成される窒素酸化物を低減する２段燃焼法が知られている。
【０００４】
しかし、前記蓄燃式燃焼炉を用いた場合、硫化水素を燃焼させた際に生じる副生成物であるＳＯ_３の発生が低いという利点を有しながらも、複数の熱交換系経路を具備せねばならず弁機構等に煩雑さを避けられず、また故障等のトラブルが生じ易いため信頼性の観点からも問題があった。
また、アンモニア含有ガスを完全燃焼させるために炉内を約１５００℃以上の高温に維持する必要があるが、前記蓄燃式燃焼炉では蓄熱体である高温セラミックス材料の耐久温度等による制限から約１０００℃程度の運転に限られていた。さらに、多量のアンモニアを含有するガスを処理するにはＮＨ_３が完全に分解する温度で処理する必要がある一方、高温下で発生するＮＯｘの発生を抑制することが望まれており、かかる燃焼炉ではこれらを同時に達成することは困難であった。
【０００５】
一方、前記直燃式燃焼炉では、バーナ部から燃料を噴出させて燃焼させることにより、硫化水素やアンモニアを極めて高温で燃焼させることが可能であるが、しかしながら、かかる直燃式燃焼炉を用いてアンモニア含有ガスを高温で燃焼させた場合、高温処理に伴いＮＯｘが生成されるため、還元剤（ＮＨ_３、Ｈ_２Ｓ、ＣＯ）等によるＮＯｘ低減対策が必要となってくる。
【０００６】
そこで、ＮＯｘの発生を抑えた処理として、特開平１０−１８５１５９号にアンモニア含有オフガスと硫黄化合物含有オフガスとを同時に処理する燃焼装置が開示されている。かかる燃焼装置は、図５に示されるように、ミキサー５１により予備混合されたＮＨ_３含有ガスと補助燃料ガスと、該補助燃料ガスを完全燃焼させる空気量より少ない空気量の一次空気とを焼却炉の炉端ノズル５２より導入して還元性雰囲気の一次燃焼ゾーンで燃焼させた後、該一次燃焼ゾーンの下流部の二次空気供給ノズル５３とＨ_２Ｓ供給ノズル５４から二次空気とＨ_２Ｓを導入して未燃分とＨ_２Ｓとを完全燃焼させる。
【０００７】
これにより、前記一次燃焼ゾーンでは酸素不足のためアンモニアがＮＯｘとならず、大部分がＮ_２と水とに分解し、一部がＮＨ_３のまま残留し、また前記二次燃焼ゾーンでは未燃ガスはＣＯ_２と水蒸気となり、ＮＨ_３は一部がＮＯｘとなり、他はＮ_２とＨ_２Ｏに分解されることとなり、アンモニアを極力ＮＯｘに転換させることなく硫化水素とアンモニアを高分解率で除去することができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記特開平１０−１８５１５９号の燃焼装置においては、高濃度のアンモニアを含有するガスに適用した場合にアンモニアによる還元作用が不十分となり処理装置出口付近での窒素酸化物濃度が高くなる惧れがある。つまり、前記アンモニア含有オフガスと一次空気供給口とが隣接して配設されているため、アンモニアと一次空気とが混焼し易くなり多量の窒素酸化物が生成してしまう為に窒素酸化物の残留量が増加してしまうのである。
また、前記二次燃焼ゾーンにて窒素酸化物をアンモニアで分解させるためには炉内を約１５００℃以上の高温に保持しなければならず、大量の助燃用燃料が必要となるばかりでなく、高温燃焼装置に使用する材料が高価となり経済的でない。
従って、本発明はかかる従来技術の問題に鑑み、簡単な設備で以ってガス中に含有されるアンモニアを高除去率でかつＮＯｘの発生を最小限に抑制しながら無害化できるアンモニア含有ガス処理方法及びその装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明はかかる課題を解決するために、請求項１記載の発明は、
燃焼装置内にてアンモニア含有ガスを燃焼させることにより該ガス中のアンモニアを処理するアンモニア含有ガス処理方法において、
還元性雰囲気下に保持された前記燃焼装置内に助燃用燃料及び空気を導入して高温ガスを生成する高温ガス生成工程と、
該高温ガス生成工程の後流にて前記アンモニア含有ガスを導入して前記生成された高温ガスにより該ガス中のアンモニアを還元性雰囲気下で熱分解するアンモニア分解工程と、
該アンモニア分解工程の後流にて空気を導入して前記熱分解により生成した可燃物を燃焼させる燃焼工程と、を有することを特徴とする。
【００１０】
また、請求項２記載の発明は、前記アンモニア分解工程は、前記高温ガス生成工程に導入された空気がほぼ完全に消費された後に開始されることを特徴とする。
かかる発明によれば、前記高温ガス生成工程にて前記助燃用燃料と空気と（この部分は修正しない方がよいかと思われます。）が十分に燃焼されて前記空気中の酸素が殆ど消費された後に高温ガス中に前記アンモニア含有ガスが導入されるため、アンモニアと酸素とが接触することが殆どなくこれらの反応を阻止でき、窒素酸化物の発生を最小限に抑制することができる。
【００１１】
また、請求項３記載の発明は、前記高温ガス生成工程により生成される高温ガス温度が、約１０００℃〜１５００℃であることを特徴とする。
かかる発明では、窒素酸化物の発生が殆どみられないためにこれを分解する処理に要する約１５００℃以上の高温雰囲気を形成する必要がなく、アンモニアの熱分解に要する約１０００℃〜１５００℃程度の温度、好ましくは約１０００℃〜１２００℃程度の温度域で十分であるため、助燃用燃料等のランニングコストの削減が可能となるとともに、装置の材料コストも抑えることができる。
【００１２】
さらに経験的に最も良好な燃焼状態が得られる条件として請求項４記載の発明のように、前記高温ガス生成工程にて、前記助燃用燃料の理論燃焼空気と空気との導入比率を約１．０：０．７〜０．９９の範囲内とすることが好ましく、これにより燃焼状態を良好に保ちつつ前記アンモニア熱分解工程に酸素を殆ど残存させることなく高温ガスを生成することができる。
【００１３】
請求項５乃至７記載の発明は、前記発明を好適に実施する装置に関する発明で、請求項５記載の発明は、燃焼装置内にてアンモニア含有ガスを燃焼させることによりガス中のアンモニアを処理するアンモニア含有ガス処理装置において、
前記燃焼装置が、該装置の一端に具備され助燃用燃料及び空気を該装置内に導入して高温ガスを生成するバーナを具えた高温ガス生成域と、
該高温ガス生成域の下流側に位置し、前記アンモニア含有ガスの導入口を具えて前記高温ガスによりアンモニアを熱分解するアンモニア分解域と、
該アンモニア分解域の下流側に位置し、前記熱分解により生成した可燃物を燃焼する空気導入口を設けた燃焼域と、を備えたことを特徴とする。
【００１４】
これにより、前記高温ガス生成域にて前記助燃用燃料と空気と（この部分は修正しない方がよいかと思われます。）が十分に燃焼されて前記空気中の酸素が殆ど消費された後に前記アンモニア含有ガスが導入されるため、アンモニアと酸素とが接触することがなくこれらの反応を阻止でき、窒素酸化物の発生を最小限物に抑制することができる。
また、高温還元ガス中のアンモニアの熱分解は約１０００℃程度で十分であるため従来より装置内を低温とすることができ助燃用燃料の投入量を低減できるとともに、装置に使用される材料を安価とすることができ、低コスト化が図れる。
【００１５】
請求項６記載の発明は、前記アンモニアガス導入口が、前記バーナ位置から前記燃焼装置のガス流路幅の約１〜２倍の距離長後流側に配設されることを特徴とする。
かかる発明は、図１に示される燃焼装置において、ガス流路幅をＲ、バーナ位置からアンモニアガス導入位置までの距離をＬとすると、図３に示されるように、Ｌ／Ｒの値が約０．４付近で縦軸の炉内酸素濃度が急激に低減し、Ｌ／Ｒが約１以上で酸素濃度が略零の値を示す。一方、Ｌ／Ｒの値を２以上とすると装置が大型化し、またアンモニアガス導入位置がバーナから離れて過ぎて温度低下が懸念されるため好適でない。従って、前記Ｌ／Ｒの値が約１〜２、即ち前記アンモニアガス導入口が、前記バーナ位置から前記燃焼装置のガス流路幅の約１〜２倍の距離長後流側に配設されるように構成することにより、アンモニアガス導入口付近を略無酸素状態とすることができ、酸素とアンモニアの反応による窒素酸化物の生成を極力低減することができる。
さらに、請求項７記載の発明のように、前記バーナから供給する前記助燃用燃料の理論燃焼空気と空気との導入比率を約１：０．７０〜０．９９の範囲内とすることが好ましい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
【００１７】
図１は発明の実施形態にかかる燃焼装置の概略構成図、図２は図１における燃焼装置の概念図、図３は本実施形態の燃焼装置におけるバーナ取付位置と酸素濃度の関係を示すグラフ図、図４は本発明の実施形態にかかる燃焼装置が適用されるガス処理システムの全体構成図である。
尚、本実施形態では、燃焼装置を石炭ガス化発電設備に適用した場合につき説明しているが、これに限らず石油精製システム、化学プロセス用アンモニア処理システム等の発生ガスからアンモニアを除去するシステムであれば何れにも適用可能である。
【００１８】
まず、本実施形態にかかる燃焼装置が好適に実施されるガス処理システムについて、図４を用いて説明する。かかるガス処理システムは石炭をガス化して発電燃料とする石炭ガス化発電設備に併設されており、不図示のガス化炉にて発生する生成ガスは、熱交換器３０を介して冷却されてＣＯＳ２０にてガス中のＣＯＳがＨ_２Ｓに転換された後、水洗搭２１にてガス中のアンモニアの殆どが排水中に取り込まれる。そして、アンモニアが除去された排ガスはＨ_２Ｓ吸収搭２２に送られ、Ｈ_２Ｓが除去される。Ｈ_２Ｓ除去搭２２は、吸収液により生成ガス中のＨ_２Ｓ、ＣＯＳ等の硫黄化合物がガスタービン２８の許容濃度以下まで除去される構成となっている。
【００１９】
前記Ｈ_２Ｓ吸収搭２２で硫黄化合物を吸収した吸収液は吸収再生搭（不図示）に送られ、加熱することにより吸収しているＨ_２Ｓを脱離し再生している。Ｈ_２Ｓを除去した生成ガスは各熱交換器３０を介して昇温されてガスタービン（ＧＴ）２８に供給される。そして、Ｈ_２Ｓを含有するガスは燃焼装置２３に送給されて燃焼処理が施された後、排煙ガス脱硫装置（ＦＧＤ）２４にて脱硫されて煙突２９より系外へ排出される。
一方、前記水洗搭２１により排水に取り込まれたＮＨ_３はストリッパ２５に導かれ、該ストリッパ２５にて気液分離された排水は排水処理設備２６に送られるとともに、ＮＨ_３を含有するガスは燃焼装置２７に送給される。
【００２０】
本発明における燃焼装置は高濃度のＮＨ_３を含有する生成ガスを処理する前記燃焼装置２７であり、該燃焼装置の一実施形態として図１に燃焼装置１０の概略構成を示している。
図１において、１１は円筒状の燃焼装置１０の一端に具備されたバーナ、１４は該バーナの他端に設けられたガス出口、１２は該燃焼装置１０内で前記バーナ１１及びガス出口の間に設けられたアンモニア含有ガス導入口、１３は該アンモニア含有ガス導入口１２の下流側に配設された空気導入口である。
【００２１】
前記バーナ１１には助燃用燃料１５の供給口及び空気１６の供給口が具備されており、夫々の供給口から流量制御弁により最適な燃焼状態になるように供給量が制御されている。これらの供給量は、空気及び助燃用燃料の組成と流量、及びバーナ１１による混合状態等を基に理論空気量が設定され、好ましくは前記助燃用燃料１５と空気１６の供給量を、助燃用燃料：空気＝１．０：０．７〜０．９９の範囲内に設定するとよい。
前記アンモニア含有ガス導入口１２は、かかる燃焼装置１０の長手方向の中央部付近に具備されており、特に、該アンモニア含有ガス導入口１２の配設位置を、前記バーナ１１から前記燃焼装置１０の流路幅Ｒ（若しくは直径）の約１〜２倍の距離長Ｌだけ後流側に配置することが好適である。
【００２２】
また、ガス流路幅をＲ、バーナ１１からアンモニア含有ガス導入口１２までの距離をＬとすると、図３に示されるように、Ｌ／Ｒの値が約０．４付近で縦軸の炉内酸素濃度が急激に低減し、Ｌ／Ｒが約１以上で酸素濃度が略零の値を示す。一方、Ｌ／Ｒの値を２以上とすると装置が大型化し、またアンモニア含有ガス導入口１２がバーナ１１から離れて過ぎて温度低下が懸念されるため好適でない。従って、前記Ｌ／Ｒの値が約１〜２、即ち前記バーナ位置１１から前記アンモニア含有ガス導入口１２までの距離Ｌが、前記燃焼装置１０のガス流路幅Ｒの約１〜２倍の距離となるように配設することが最適である。尚、Ｌ／Ｒ＝０はバーナ１１の取付位置である。
これにより、前記バーナ１１から供給された助燃用燃料１５と空気１６とが十分に燃焼されて前記空気１６の酸素が殆ど消費され、前記アンモニア含有ガス導入口１２付近の酸素濃度が極めて低くなるために、該導入口１２から供給されるアンモニアと酸素との反応によるＮＯｘの生成を最小限に抑制することができる。
【００２３】
ここで、かかる燃焼装置１０内の各区域における反応を図２に示す概念図により説明する。燃焼装置１０において、前記バーナ１１が具備される上流側から高温ガス生成域１０Ａ、アンモニア分解域１０Ｂ、及び完全燃焼域１０Ｃの順に各区域が備えられている。
前記高温ガス生成域１０Ａでは、前記バーナ１１から助燃用燃料１５及び空気１６が導入され、還元性雰囲気下にて燃焼が行われて約１０００〜１５００℃の高温ガスが生成される。ここで、本燃焼装置１０は直燃式であるため前記バーナ１１から供給した助燃用燃料１５及び空気１６により燃焼装置内で燃焼が行われる。
【００２４】
前記アンモニア分解域１０Ｂは、その上流側にアンモニア含有ガス１７を導入されて、還元性雰囲気下に保持された該アンモニア分解域１０Ｂ内で、前記高温ガス生成域１０Ａにより生成された高温ガスによりアンモニアを窒素と水素とに熱分解する。このとき、前記したように、前記助燃用燃料１５と空気１６の供給量を、助燃用燃料：空気＝１．０：０．７〜０．９９の範囲内に設定し、かつアンモニア含有ガス導入口１２の配設位置を、前記バーナ１１から前記燃焼装置１０の流路幅Ｒ（若しくは直径）の約１〜２倍の距離長Ｌだけ後流側としているため、前記アンモニア分解域１０Ｂ内には殆ど酸素が残留せず、酸素とアンモニアとの反応を防止でき、有害な窒素酸化物の生成を極力低減することが可能となる。また、窒素酸化物の発生が殆どないため、燃焼装置１０内を約１０００℃程度に抑えることができ、より安価な材料で以ってかかる装置を構成することが可能となる。
【００２５】
さらに、前記完全燃焼域１０Ｃでは、前記アンモニア分解域１０Ｂにて生成した水素及び一酸化炭素を含む可燃物を窒素酸化物が生成しない温度域で燃焼させ、ガス出口１４から排出する。
このように、かかる燃焼装置１０のような構成とすることで、簡単な構成で以って、アンモニア含有量が高いガスにおいても高除去率でかつ有害な窒素酸化物を発生させることなく処理を行うことができる。
【００２６】
【発明の効果】
以上記載のごとく本発明によれば、前記高温ガス生成工程にて前記助燃用燃料と空気と（この部分は修正しない方がよいかと思われます。）が十分に燃焼されて前記空気中の酸素が殆ど消費された後に前記アンモニア含有ガスが導入されるため、アンモニアと酸素とが接触することがなくこれらの反応を阻止でき、窒素酸化物の発生を最小限物に抑制することができる。
また、高温還元ガス中のアンモニアの熱分解は約１０００℃程度で十分であるため従来より装置内を低温とすることができ助燃用燃料の投入量を低減できるとともに、装置に使用される材料を安価とすることができ、低コスト化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態にかかる燃焼装置の概略構成図である。
【図２】図１における燃焼装置の概念図である。
【図３】本実施形態の燃焼装置におけるバーナ取付位置と酸素濃度の関係を示すグラフ図である。
【図４】本発明の実施形態にかかる燃焼装置が適用されるガス処理システムの全体構成図である。
【図５】従来技術における燃焼炉の概念図である。
【符号の説明】
１０　　燃焼装置
１１　　バーナ
１２　　アンモニア含有ガス導入口
１３　　空気導入口
１５　　助燃用燃料
１６　　空気
１７　　アンモニア含有ガス
１８　　空気
１０Ａ　高温ガス生成域
１０Ｂ　アンモニア分解域
１０Ｃ　完全燃焼域[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a process for burning ammonia-containing gas to remove ammonia in the gas, and more particularly to an ammonia-containing gas processing method and apparatus capable of minimizing the generation of nitrogen oxides.
[0002]
[Prior art]
In processes such as coal gasification power generation and petroleum refining, the process of detoxifying ammonia and sulfur compounds (hydrogen sulfide, carbonyl sulfide, etc.) contained as by-products in the generated gas from the viewpoints of pollution prevention and corrosion prevention. is needed.
Conventionally, as these detoxification methods, wet gas purification methods in which a gas is brought into gas-liquid contact with an absorbent have been widely used. The ammonia and sulfur compounds recovered by the wet gas purification equipment are stripped and detoxified as high-concentration ammonia-containing offgas and sulfur oxide-containing offgas, respectively.
[0003]
The processing of these off-gases is generally performed by a regenerative combustion furnace, a direct combustion combustion furnace, or the like. In such a combustion furnace, a sulfur compound-containing gas and an ammonia-containing gas are burned in a reducing atmosphere formed of a fuel for supporting combustion, and nitrogen oxides generated from a part of nitrogen in the fuel are decomposed with unburned ammonia, A two-stage combustion method is known in which hydrogen after decomposition is burned at a low temperature to reduce nitrogen oxides generated from nitrogen in the air.
[0004]
However, when the regenerative combustion furnace is used, a plurality of heat exchange paths are provided while having an advantage that SO ₃ which is a by-product generated when hydrogen sulfide is burned is low. It is inevitable that the valve mechanism and the like must be complicated, and there is a problem from the viewpoint of reliability because troubles such as failures are likely to occur.
Further, in order to completely burn the ammonia-containing gas, it is necessary to maintain the inside of the furnace at a high temperature of about 1500 ° C. or higher. The operation was limited to about 1000 ° C. Further, in order to treat a gas containing a large amount of ammonia, it is necessary to treat at a temperature at which NH ₃ is completely decomposed. On the other hand, it is desired to suppress the generation of NOx generated at a high temperature. It was difficult to achieve these simultaneously in a furnace.
[0005]
On the other hand, in the direct combustion type combustion furnace, it is possible to burn hydrogen sulfide and ammonia at an extremely high temperature by injecting and burning fuel from a burner portion. When the ammonia-containing gas is combusted at a high temperature, NOx is generated in association with the high-temperature treatment, so that it is necessary to take measures to reduce NOx using a reducing agent (NH ₃ , H ₂ S, CO) or the like.
[0006]
Therefore, as a process for suppressing the generation of NOx, Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 10-185159 discloses a combustion apparatus for simultaneously processing an ammonia-containing off-gas and a sulfur compound-containing off-gas. As shown in FIG. 5, such a combustion device incinerates the NH ₃ -containing gas and the auxiliary fuel gas premixed by the mixer 51 and the primary air having an air amount smaller than the air amount for completely burning the auxiliary fuel gas. after introduced from oven end nozzle 52 of the furnace is burned in a primary combustion zone of the reducing atmosphere, the secondary air supply nozzle 53 of the downstream portion of the primary combustion zone and H _{2 S} two to supply nozzle 54 secondary air and H ₂ S is introduced to completely burn unburned components and H ₂ S.
[0007]
Thus, in the primary combustion zone not ammonia for oxygen shortage and NOx, mostly decomposed into N ₂ and water, a portion may remain remains NH _3, also in the secondary combustion zone unburned The gas becomes CO ₂ and water vapor, NH ₃ is partially converted into NOx, and the other is decomposed into N ₂ and H ₂ O. Hydrogen sulfide and ammonia are converted at a high decomposition rate without converting ammonia to NOx as much as possible. Can be removed.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the combustion apparatus disclosed in JP-A-10-185159, when applied to a gas containing a high concentration of ammonia, the reducing action by ammonia becomes insufficient and the nitrogen oxide concentration near the outlet of the processing apparatus may increase. There is. That is, since the ammonia-containing off-gas and the primary air supply port are disposed adjacent to each other, it is easy for the ammonia and the primary air to co-fire and a large amount of nitrogen oxide is generated, so that the residual nitrogen oxide is generated. The amount will increase.
Further, in order to decompose nitrogen oxides with ammonia in the secondary combustion zone, the furnace must be maintained at a high temperature of about 1500 ° C. or more, and not only a large amount of fuel for auxiliary combustion is required, but also The materials used for the high-temperature combustion device are expensive and not economical.
Accordingly, the present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and has a simple facility to remove ammonia contained in gas at a high removal rate and to minimize the generation of NOx, thereby making the ammonia-containing gas treatment harmless. It is an object to provide a method and an apparatus thereof.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
Then, the present invention solves such a problem, and the invention of claim 1
In an ammonia-containing gas treatment method for treating ammonia in the gas by burning the ammonia-containing gas in a combustion device,
A high-temperature gas generation step of generating a high-temperature gas by introducing a fuel for combustion and air into the combustion device held under a reducing atmosphere,
An ammonia decomposition step of introducing the ammonia-containing gas in the downstream of the high-temperature gas generation step and thermally decomposing ammonia in the gas under a reducing atmosphere by the generated high-temperature gas;
A combustion step of introducing air downstream of the ammonia decomposition step to burn combustibles generated by the thermal decomposition.
[0010]
The invention according to claim 2 is characterized in that the ammonia decomposition step is started after the air introduced into the high-temperature gas generation step is almost completely consumed.
According to the invention, in the high-temperature gas generation step, the fuel for combustion and the air (it is considered better not to be modified) are sufficiently burned, and oxygen in the air is almost consumed. Since the ammonia-containing gas is introduced into the high-temperature gas after the reaction, ammonia and oxygen hardly come into contact with each other, so that these reactions can be prevented and the generation of nitrogen oxides can be suppressed to a minimum.
[0011]
The invention according to claim 3 is characterized in that the high-temperature gas generated in the high-temperature gas generation step has a temperature of about 1000 ° C to 1500 ° C.
In this invention, since generation of nitrogen oxides is hardly observed, it is not necessary to form a high-temperature atmosphere of about 1500 ° C. or more required for the process of decomposing nitrogen oxides, and about 1000 ° C. to 1500 ° C. required for thermal decomposition of ammonia Temperature, preferably in a temperature range of about 1000 ° C. to 1200 ° C., is sufficient, so that the running cost of fuel for auxiliary combustion and the like can be reduced and the material cost of the apparatus can be suppressed.
[0012]
Further, as a condition under which the best combustion state can be obtained empirically, as in the invention according to claim 4, in the high-temperature gas generation step, the introduction ratio of the theoretical combustion air to the air of the auxiliary combustion fuel is set to about 1. 0: It is preferable to be in the range of 0.7 to 0.99, whereby a high-temperature gas can be generated while maintaining a good combustion state and leaving almost no oxygen in the ammonia pyrolysis step.
[0013]
The invention according to claims 5 to 7 relates to an apparatus for suitably implementing the invention, and the invention according to claim 5 treats ammonia in gas by burning ammonia-containing gas in a combustion device. In the ammonia-containing gas treatment device,
A high-temperature gas generation region including a burner, which is provided at one end of the device and which is configured to introduce a fuel for combustion and air into the device to generate a high-temperature gas;
An ammonia decomposition region, which is located downstream of the high-temperature gas generation region and includes an inlet for the ammonia-containing gas and thermally decomposes ammonia by the high-temperature gas,
A combustion zone located downstream of the ammonia decomposition zone and provided with an air inlet for burning combustibles generated by the thermal decomposition.
[0014]
As a result, in the high-temperature gas generation region, the fuel for combustion and the air (it is considered better not to modify this part) are sufficiently burned, and the oxygen in the air is almost consumed. Since the ammonia-containing gas is introduced, these reactions can be prevented without contact between ammonia and oxygen, and the generation of nitrogen oxides can be suppressed to a minimum.
In addition, since the thermal decomposition of ammonia in the high-temperature reducing gas is sufficient at about 1000 ° C., the inside of the apparatus can be made lower in temperature than before, the amount of auxiliary fuel to be injected can be reduced, and the material used for the apparatus is reduced. The cost can be reduced, and the cost can be reduced.
[0015]
The invention according to claim 6 is characterized in that the ammonia gas inlet is disposed downstream from the burner position by a distance of about 1 to 2 times a gas flow path width of the combustion device.
In the combustion apparatus shown in FIG. 1, when the gas flow path width is R and the distance from the burner position to the ammonia gas introduction position is L in the combustion apparatus shown in FIG. At around 0.4, the oxygen concentration in the furnace on the vertical axis sharply decreases, and when the L / R is about 1 or more, the oxygen concentration shows a value of almost zero. On the other hand, if the value of L / R is set to 2 or more, the apparatus becomes large, and the ammonia gas introduction position is too far from the burner, so that the temperature may be lowered, which is not preferable. Therefore, the value of L / R is about 1-2, that is, the ammonia gas inlet is disposed on the downstream side of the burner position at a distance of about 1-2 times the gas flow path width of the combustion apparatus. With this configuration, the vicinity of the ammonia gas inlet can be made substantially oxygen-free, and the generation of nitrogen oxides due to the reaction between oxygen and ammonia can be reduced as much as possible.
Furthermore, as in the invention according to claim 7, it is preferable that the introduction ratio of the theoretical combustion air and the air of the auxiliary fuel supplied from the burner is in the range of about 1: 0.70 to 0.99. .
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be illustratively described in detail with reference to the drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the components described in this embodiment are not intended to limit the scope of the present invention unless otherwise specified, and are merely illustrative examples. Not just.
[0017]
1 is a schematic configuration diagram of a combustion device according to an embodiment of the invention, FIG. 2 is a conceptual diagram of the combustion device in FIG. 1, and FIG. 3 is a graph showing a relationship between a burner mounting position and an oxygen concentration in the combustion device of the embodiment. FIG. 4 is an overall configuration diagram of a gas processing system to which the combustion device according to the embodiment of the present invention is applied.
In the present embodiment, a case is described in which the combustion device is applied to a coal gasification power generation facility. However, the present invention is not limited to this, and a system for removing ammonia from generated gas such as an oil refinery system, an ammonia treatment system for a chemical process, or the like. If it is, any of them can be applied.
[0018]
First, a gas processing system in which the combustion device according to the present embodiment is suitably implemented will be described with reference to FIG. Such a gas processing system is installed in a coal gasification power generation facility that gasifies coal and uses it as a power generation fuel. The generated gas generated in a gasification furnace (not shown) is cooled through a heat exchanger 30 and is cooled by a COS 20. After the COS in the gas is converted to H ₂ S in the above, most of the ammonia in the gas is taken into the wastewater in the washing tower 21. Then, the exhaust gas of ammonia has been removed is sent to the H _{2 S} absorption tower 22, H 2 _S is removed. The H ₂ S removal tower 22 is configured to remove sulfur compounds such as H ₂ S and COS in the produced gas to a concentration below the allowable concentration of the gas turbine 28 by the absorption liquid.
[0019]
The absorbing solution that has absorbed the sulfur compound in the H ₂ S absorption tower 22 is sent to an absorption regeneration tower (not shown), and desorbs and regenerates the absorbed H ₂ S by heating. The product gas from which H ₂ S has been removed is heated through each heat exchanger 30 and supplied to a gas turbine (GT) 28. Then, the gas containing H ₂ S is sent to a combustion device 23 and subjected to a combustion process, and then desulfurized by a flue gas desulfurization device (FGD) 24 and discharged out of the system from a chimney 29.
Meanwhile, the NH ₃ which is incorporated into the waste water by washing tower 21 is led to the stripper 25, together with the waste water which has been gas-liquid separated by the stripper 25 is fed to the wastewater treatment facility 26, a gas containing NH ₃ combustion It is sent to the device 27.
[0020]
The combustion device according to the present invention is the combustion device 27 that processes product gas containing high-concentration NH ₃ , and FIG. 1 shows a schematic configuration of the combustion device 10 as one embodiment of the combustion device.
In FIG. 1, reference numeral 11 denotes a burner provided at one end of a cylindrical combustion device 10, reference numeral 14 denotes a gas outlet provided at the other end of the burner, and reference numeral 12 denotes a portion between the burner 11 and the gas outlet in the combustion device 10. The ammonia-containing gas inlet 13 provided at the air inlet 13 is an air inlet provided downstream of the ammonia-containing gas inlet 12.
[0021]
The burner 11 is provided with a supply port for the auxiliary fuel 15 and a supply port for the air 16, and the supply amount of each of the supply ports is controlled by a flow control valve so as to achieve an optimal combustion state. The supply amount of these is set to a theoretical air amount based on the composition and flow rate of the air and the fuel for combustion, the mixing state by the burner 11, and the like. Preferably, the supply amounts of the fuel for combustion 15 and the air 16 are Fuel: air = 1.0: It is good to set in the range of 0.7 to 0.99.
The ammonia-containing gas inlet 12 is provided in the vicinity of the central portion in the longitudinal direction of the combustion device 10. In particular, the position of the ammonia-containing gas inlet 12 is changed from the burner 11 to the position of the combustion device 10. It is preferable to arrange on the downstream side by a distance length L about 1 to 2 times the flow path width R (or diameter).
[0022]
Assuming that the gas flow path width is R and the distance from the burner 11 to the ammonia-containing gas inlet 12 is L, as shown in FIG. The internal oxygen concentration sharply decreases, and the value of L / R is about 1 or more, and the oxygen concentration shows a value of almost zero. On the other hand, if the value of L / R is set to 2 or more, the apparatus becomes large, and the ammonia-containing gas inlet 12 is too far from the burner 11 to lower the temperature. Therefore, the value of L / R is about 1-2, that is, the distance L from the burner position 11 to the ammonia-containing gas inlet 12 is about 1-2 times the gas flow path width R of the combustion device 10. It is optimal to arrange them at a distance. Note that L / R = 0 is the mounting position of the burner 11.
As a result, the auxiliary fuel 15 and the air 16 supplied from the burner 11 are sufficiently burned, and the oxygen of the air 16 is almost consumed, and the oxygen concentration near the ammonia-containing gas inlet 12 becomes extremely low. In addition, the generation of NOx due to the reaction between the ammonia supplied from the inlet 12 and oxygen can be minimized.
[0023]
Here, the reaction in each section in the combustion device 10 will be described with reference to a conceptual diagram shown in FIG. In the combustion device 10, each zone is provided in the order of a high-temperature gas generation zone 10A, an ammonia decomposition zone 10B, and a complete combustion zone 10C from the upstream side where the burner 11 is provided.
In the high-temperature gas generation region 10A, the auxiliary fuel 15 and air 16 are introduced from the burner 11, and are burned in a reducing atmosphere to generate a high-temperature gas of about 1000 to 1500 ° C. Here, since the present combustion device 10 is of a direct combustion type, combustion is performed in the combustion device by the auxiliary fuel 15 and air 16 supplied from the burner 11.
[0024]
In the ammonia decomposition zone 10B, an ammonia-containing gas 17 is introduced upstream of the ammonia decomposition zone 10B, and in the ammonia decomposition zone 10B maintained in a reducing atmosphere, ammonia is generated by the high-temperature gas generated by the high-temperature gas generation zone 10A. Is thermally decomposed into nitrogen and hydrogen. At this time, as described above, the supply amounts of the auxiliary fuel 15 and the air 16 are set within the range of auxiliary fuel: air = 1.0: 0.7 to 0.99, and the ammonia-containing gas is introduced. Since the position of the opening 12 is set at the downstream side from the burner 11 by a distance L which is about 1 to 2 times the flow path width R (or diameter) of the combustion device 10, the position within the ammonia decomposition region 10B is limited. Almost no oxygen remains, the reaction between oxygen and ammonia can be prevented, and the generation of harmful nitrogen oxides can be reduced as much as possible. Further, since there is almost no generation of nitrogen oxides, the inside of the combustion device 10 can be suppressed to about 1000 ° C., and such a device can be formed with less expensive materials.
[0025]
Further, in the complete combustion zone 10C, combustibles including hydrogen and carbon monoxide generated in the ammonia decomposition zone 10B are burned in a temperature zone in which nitrogen oxides are not generated, and discharged from the gas outlet 14.
Thus, by adopting such a configuration as the combustion apparatus 10, even a gas having a high ammonia content can be treated with a high removal rate and without generating harmful nitrogen oxides by a simple configuration. It can be carried out.
[0026]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, in the high-temperature gas generation step, the fuel for combustion and the air (it is considered better not to modify this part) are sufficiently burned and the oxygen in the air is reduced. Since the ammonia-containing gas is introduced after almost consumption of ammonia, the reaction can be prevented without contact between ammonia and oxygen, and generation of nitrogen oxides can be suppressed to a minimum.
In addition, since the thermal decomposition of ammonia in the high-temperature reducing gas is sufficient at about 1000 ° C., the inside of the apparatus can be made lower in temperature than before, the amount of auxiliary fuel to be injected can be reduced, and the material used for the apparatus is reduced. The cost can be reduced, and the cost can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a combustion device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a conceptual diagram of the combustion device in FIG.
FIG. 3 is a graph showing a relationship between a burner mounting position and an oxygen concentration in the combustion device of the present embodiment.
FIG. 4 is an overall configuration diagram of a gas processing system to which the combustion device according to the embodiment of the present invention is applied.
FIG. 5 is a conceptual diagram of a combustion furnace in a conventional technique.
[Explanation of symbols]
Reference Signs List 10 Combustion device 11 Burner 12 Ammonia-containing gas inlet 13 Air inlet 15 Fuel for supporting 16 Air 17 Ammonia-containing gas 18 Air 10A High-temperature gas generation region 10B Ammonia decomposition region 10C Complete combustion region

Claims

燃焼装置内にてアンモニア含有ガスを燃焼させることにより該ガス中のアンモニアを処理するアンモニア含有ガス処理方法において、
還元性雰囲気下に保持された前記燃焼装置内に助燃用燃料及び空気を導入して高温ガスを生成する高温ガス生成工程と、
該高温ガス生成工程の後流にて前記アンモニア含有ガスを導入して前記生成された高温ガスにより該ガス中のアンモニアを還元性雰囲気下で熱分解するアンモニア分解工程と、
該アンモニア分解工程の後流にて空気を導入して前記熱分解により生成した可燃物を燃焼させる燃焼工程と、を有することを特徴とするアンモニア含有ガス処理方法。In an ammonia-containing gas treatment method for treating ammonia in the gas by burning the ammonia-containing gas in a combustion device,
A high-temperature gas generation step of generating a high-temperature gas by introducing a fuel for combustion and air into the combustion device held under a reducing atmosphere,
An ammonia decomposition step of introducing the ammonia-containing gas in the downstream of the high-temperature gas generation step and thermally decomposing ammonia in the gas under a reducing atmosphere by the generated high-temperature gas;
And b. Burning the combustibles generated by the thermal decomposition by introducing air downstream of the ammonia decomposition step.

前記アンモニア分解工程は、前記高温ガス生成工程に導入された空気がほぼ完全に消費された後に開始されることを特徴とする請求項１記載のアンモニア含有ガス処理方法。The method according to claim 1, wherein the ammonia decomposition step is started after the air introduced into the high-temperature gas generation step is almost completely consumed.

前記高温ガス生成工程により生成される高温ガス温度が、約１０００℃〜１５００℃であることを特徴とする請求項１若しくは２記載のアンモニア含有ガス処理方法。The method for treating an ammonia-containing gas according to claim 1, wherein a temperature of the high-temperature gas generated in the high-temperature gas generation step is about 1000 ° C. to 1500 ° C. 3.

前記高温ガス生成工程にて、前記助燃用燃料の理論燃焼空気と空気との導入比率を約１．０：０．７〜０．９９の範囲内としたことを特徴とする請求項１記載のアンモニア含有ガス処理方法。2. The method according to claim 1, wherein, in the high-temperature gas generating step, an introduction ratio of the theoretical combustion air and the air of the auxiliary fuel is set in a range of about 1.0: 0.7 to 0.99. Ammonia-containing gas treatment method.

燃焼装置内にてアンモニア含有ガスを燃焼させることによりガス中のアンモニアを処理するアンモニア含有ガス処理装置において、
前記燃焼装置が、該装置の一端に具備され助燃用燃料及び空気を該装置内に導入して高温ガスを生成するバーナを具えた高温ガス生成域と、
該高温ガス生成域の下流側に位置し、前記アンモニア含有ガスの導入口を具えて前記高温ガスによりアンモニアを熱分解するアンモニア分解域と、
該アンモニア分解域の下流側に位置し、前記熱分解により生成した可燃物を燃焼する空気導入口を設けた燃焼域と、を備えたことを特徴とするアンモニア含有ガス処理装置。In an ammonia-containing gas treatment device that treats ammonia in the gas by burning the ammonia-containing gas in a combustion device,
A high-temperature gas generation region including a burner, which is provided at one end of the device and which is configured to introduce a fuel for combustion and air into the device to generate a high-temperature gas;
An ammonia decomposition region, which is located downstream of the high-temperature gas generation region and includes an inlet for the ammonia-containing gas and thermally decomposes ammonia by the high-temperature gas,
An ammonia-containing gas treatment device, comprising: a combustion region located downstream of the ammonia decomposition region and provided with an air inlet for burning combustibles generated by the thermal decomposition.

前記アンモニアガス導入口が、前記バーナ位置から前記燃焼装置のガス流路幅の約１〜２倍の距離長後流側に配設されることを特徴とする請求項５記載のアンモニア含有ガス処理装置。6. The ammonia-containing gas treatment apparatus according to claim 5, wherein the ammonia gas inlet is disposed on the downstream side of the burner position at a distance of about 1 to 2 times a gas flow path width of the combustion apparatus. .

前記バーナから供給する前記助燃用燃料の理論燃焼空気と空気との導入比率を約１．０：０．７〜０．９９の範囲内としたことを特徴とする請求項５記載のアンモニア含有ガス処理装置。6. The ammonia-containing gas according to claim 5, wherein an introduction ratio of the theoretical combustion air and the air of the auxiliary fuel supplied from the burner is in a range of about 1.0: 0.7 to 0.99. Processing equipment.