RU2102122C1 - Method of removing toxic fuel combustion products from smoke fumes - Google Patents

Abstract

FIELD: gas treatment. SUBSTANCE: smoke fumes are treated at 850-1100 C with aqueous solution containing amino group and, according to invention, additional treatment with amino-containing reagent solution is performed at 300-800 C, after which sulfur oxides are neutralized and neutralization products are absorbed at 40-90 C. In preferred embodiment of invention, treatment of smoke fumes by amino-containing reagent is conducted at 500-700 C and neutralization at 70-90 C. In neutralization and absorption steps, aqueous solution of sulfite- bisulfite salts formed in sulfur oxide neutralization should be utilized. EFFECT: enhanced simultaneous removal of nitrogen oxides and sulfur oxides (purification degrees 85-90 and 90-95%, respectively). 3 cl, 1 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к области очистки дымовых газов и может быть использовано в различных теплоэнергетических агрегатах. The invention relates to the field of flue gas cleaning and can be used in various heat power units.

Известен высокотемпературный способ очистки дымовых газов от оксидов азота обработкой водным раствором карбамида при температуре выше 1000^oC, взятом в количестве, достаточном для восстановления оксидов азота. Степень очистки от оксидов азота в зависимости от условий проведения процесса составляет 35 100% [1]
Наиболее близким аналогом является способ очистки дымовых газов от оксидов азота, включающий обработку этих газов при 700 1200^oC мочевиной или ее производными, преимущественно в форме водных растворов, которые сначала впрыскивают в поток воздуха или пара, а затем эту смесь вводят в поток отходящих газов [2]
Недостатками известного способа является то, что он не позволяет очистить дымовые газы от других токсичных компонентов, в частности оксидов серы.Known high-temperature method for purification of flue gases from nitrogen oxides by treatment with an aqueous urea solution at a temperature above 1000 ^o C, taken in an amount sufficient to reduce nitrogen oxides. The degree of purification from nitrogen oxides depending on the process conditions is 35 100% [1]
The closest analogue is a method for purifying flue gases from nitrogen oxides, comprising treating these gases at 700 to 1200 ^° C with urea or its derivatives, mainly in the form of aqueous solutions, which are first injected into the air or steam stream, and then this mixture is introduced into the exhaust gas stream [2]
The disadvantages of this method is that it does not allow to clean flue gases from other toxic components, in particular sulfur oxides.

Задачей настоящего изобретения является разработка способа очистки дымовых газов, позволяющего удалить из них не только оксиды азота, но и оксиды серы. The objective of the present invention is to develop a method for cleaning flue gases, which allows to remove from them not only nitrogen oxides, but also sulfur oxides.

Поставленная задача решается предлагаемым способом очистки дымовых газов от токсичных продуктов сгорания топлива, включающим обработку дымовых газов при температуре 850 1100^oC водным раствором аминосодержащего реагента, отличительная особенность которого состоит в том, что осуществляют дополнительную обработку дымовых газов водным раствором аминосодержащего реагента при температуре 300 800^oC, после чего производят нейтрализацию оксидом серы и поглощение продуктов нейтрализации при 40 90^oC.The problem is solved by the proposed method of purification of flue gases from toxic products of fuel combustion, including the treatment of flue gases at a temperature of 850 1100 ^o C with an aqueous solution of an amine-containing reagent, a distinctive feature of which is that additional processing of flue gases with an aqueous solution of an amine-containing reagent at a temperature of 300 800 ^o C, after which they carry out neutralization with sulfur oxide and the absorption of the products of neutralization at 40 90 ^o C.

Предпочтительно дополнительную обработку дымовых газов аминосодержащим реагентом осуществлять при 500 700^oC.Preferably, the additional treatment of flue gases with an amine-containing reagent is carried out at 500,700 ^o C.

Желательно нейтрализацию оксидов серы и поглощение продуктов нейтрализации осуществлять при 70 90^oC, причем использовать водный раствор сульфит-бисульфитных солей, образующихся в процессе нейтрализации оксидов серы.It is desirable to neutralize sulfur oxides and absorb neutralization products at 70 ^° -90 ^° C, using an aqueous solution of sulfite-bisulfite salts formed during the neutralization of sulfur oxides.

Предлагаемый способ позволяет очистить дымовые газы от оксидов азота со степенью 85 90% и оксидов серы со степенью 90 95%
На чертеже приведена общая схема установки, позволяющей реализовать предлагаемый способ очистки дымовых газов от оксидов азота и серы.The proposed method allows you to clean flue gases from nitrogen oxides with a degree of 85 to 90% and sulfur oxides with a degree of 90 to 95%
The drawing shows a General diagram of the installation, which allows to implement the proposed method of purification of flue gases from oxides of nitrogen and sulfur.

Раствор аминосодержащего реагента концентрацией 10 40% по массе смешивается с паром и подается в высокотемпературную (850 1100^oC) зону энергоустановки 1 через распределительные сопла 2 для восстановления оксидов азота. В качестве аминосодержащего реагента можно использовать любые известные аминосодержащие восстановители, например, водный раствор карбамида, аммиака, карбоната аммония, оксалата аммония и другие соединения (наиболее широкое распространение среди аминосодержащих восстановителей находит карбамид).A solution of an amine-containing reagent with a concentration of 10 to 40% by weight is mixed with steam and fed into the high-temperature (850 1100 ^o C) zone of the power plant 1 through distribution nozzles 2 for the reduction of nitrogen oxides. As the amine-containing reagent, any known amine-containing reducing agents can be used, for example, an aqueous solution of urea, ammonia, ammonium carbonate, ammonium oxalate and other compounds (urea is most widely used among amine-containing reducing agents).

Продуктами реакции восстановления являются молекулярный азот, диоксид углерода и водяной пар:
2CO(NH₂)₂ + 4NO + O₂ _→ 2CO₂ + 4H₂O (1)
Раствор аминосодержащего реагента, например карбамида для нейтрализации оксидов серы подается через форсунки 3 в зону, где температура дымовых газов составляет 300 800^oC, предпочтительно 500 700^oC. При этих температурах происходит термическое разложение карбамида, при котором выделяется аммиак. Дымовые газы, содержащие аммиак, с температурой 180 - 200^oC поступают в насадочный скруббер 4. В начальный период работы скруббер орошается водой, при этом температура газов снижается до требуемой величины 40 90^oC, предпочтительно 70 90^oC, и происходит процесс нейтрализации оксидов серы и растворения образующихся аммонийных солей:

После скруббера раствор с температурой 50 80^oC с помощью циркуляционного насоса 5 подается в теплообменный аппарат 6, где охлаждается до температуры 20 30^oC за счет нагрева воды, которая может использоваться, например, для горячего водоснабжения или для других целей. Далее раствор возвращается в цикл. Насыщение раствора происходит за счет его многократной циркуляции в качестве орошающей жидкости, причем по мере увеличения содержания солей эффективность поглощения оксидов серы повышается. При достижении достаточной для дальнейшей переработки концентрации аммонийных солей в растворе, часть его выводится из процесса, собирается в бак-накопитель 7 и направляется к потребителю. Количество орошающей жидкости, выводимой из процесса, восполняется за счет подпитки свежей водой. Дымовые газы с температурой 70 90^oC с помощью дымососа 8 выбрасываются в атмосферу.The products of the reduction reaction are molecular nitrogen, carbon dioxide, and water vapor:
2CO (NH ₂ ) ₂ + 4NO + O ₂ _ → 2CO ₂ + 4H ₂ O (1)
A solution of an amine-containing reagent, such as urea to neutralize sulfur oxides, is fed through nozzles 3 to an area where the flue gas temperature is 300 800 ^° C, preferably 500 700 ^° C. At these temperatures, thermal decomposition of urea occurs, in which ammonia is released. Flue gases containing ammonia, with a temperature of 180 - 200 ^o C enter the nozzle scrubber 4. In the initial period of operation, the scrubber is irrigated with water, while the temperature of the gases decreases to the required value of 40 90 ^o C, preferably 70 90 ^o C, and the neutralization process sulfur oxides and dissolution of the resulting ammonium salts:

After the scrubber, a solution with a temperature of 50–80 ^° C is fed through a circulation pump 5 to a heat exchanger 6, where it is cooled to a temperature of 20–30 ^° C by heating water, which can be used, for example, for hot water supply or for other purposes. Next, the solution returns to the cycle. Saturation of the solution occurs due to its repeated circulation as an irrigating liquid, and with the increase in the salt content, the absorption efficiency of sulfur oxides increases. Upon reaching a sufficient concentration of ammonium salts in the solution for further processing, part of it is removed from the process, collected in storage tank 7, and sent to the consumer. The amount of irrigation fluid removed from the process is replenished by replenishment with fresh water. Flue gases with a temperature of 70 90 ^o C using a smoke exhauster 8 are released into the atmosphere.

Ниже приведены примеры очистки дымовых газов от оксидов азота и серы на печи термического обезвреживания жидких отходов. The following are examples of flue gas purification from nitrogen and sulfur oxides in a furnace for thermal treatment of liquid waste.

Пример 1. В технологическую печь для термического обезвреживания подают 50 кг/ч раствора, содержащего 15% по массе сульфата аммония. В качестве топлива в печи используется природный газ. Расход газа 45 м³/ч. Общий объем дымовых газов на выходе из топки печи 700 м³/ч. Согласно данным аналитических замеров концентрация оксидов азота составляет 530 мг/м³, концентрация оксидов серы 2450 мг/м³. Температура дымовых газов на выходе из топки печи равна 960^oC.Example 1. In a technological furnace for thermal neutralization serves 50 kg / h of a solution containing 15% by weight of ammonium sulfate. The fuel used in the furnace is natural gas. Gas consumption 45 m ³ / h. The total volume of flue gases at the outlet of the furnace is 700 m ³ / h. According to analytical measurements, the concentration of nitrogen oxides is 530 mg / m ³ , the concentration of sulfur oxides is 2450 mg / m ³ . The temperature of the flue gases at the outlet of the furnace is 960 ^o C.

В дымоход печи на выходе из топки подают раствор карбамида концентрацией 10% по массе в количестве 7 кг/ч, после чего содержание оксидов азота на выходе из печи снижается до 50 мг/м³. Содержание оксидов серы на выходе составляет 2300 мг/м³, концентрация аммиака 100 мг/м³.In the chimney of the furnace at the outlet of the furnace, a urea solution with a concentration of 10% by weight in the amount of 7 kg / h is fed, after which the content of nitrogen oxides at the outlet of the furnace is reduced to 50 mg / m ³ . The content of sulfur oxides at the outlet is 2300 mg / m ³ , the concentration of ammonia is 100 mg / m ³ .

Пример 2. В дымоход печи, описанной в примере 1, на выходе из топки при температуре 960^oC подается раствор карбамида концентрацией 10% по массе в количестве 7 кг/ч для восстановления оксидов азота. В зону дымохода, где температура дымовых газов составляет 700^oC, в поток продуктов сгорания вводят раствор карбамида концентрацией 10% по массе в количестве 20 кг/ч. Дымовые газы поступают в насадочный скруббер, орошаемый в пусковой период водой в количестве 3 м³/ч, а в дальнейшем раствором, образующимся в скруббере в результате связывания оксидов серы продуктами термического разложения карбамида и растворения образующихся сульфит-бисульфитных солей аммония. Температура газов в скруббере 70^oC. Результаты исследований приведены в таблице.Example 2. In the chimney of the furnace described in example 1, at the exit from the furnace at a temperature of 960 ^o C is fed a urea solution with a concentration of 10% by weight in an amount of 7 kg / h to reduce nitrogen oxides. In the chimney zone, where the temperature of the flue gas is 700 ^o C, a urea solution of a concentration of 10% by weight in an amount of 20 kg / h is introduced into the stream of combustion products. Flue gases enter the packed scrubber, irrigated in the start-up period with water in the amount of 3 m ³ / h, and then with the solution formed in the scrubber as a result of the binding of sulfur oxides by the thermal decomposition products of urea and dissolution of the formed ammonium sulfite-bisulfite salts. The temperature of the gases in the scrubber is 70 ^o C. The research results are shown in the table.

Таким образом, показана возможность осуществления процесса очистки дымовых газов от оксидов азота и серы с использованием одного и того же реагента, в данном случае карбамида, с эффективностью 85 90% по оксидам азота и 90 95% по оксидам серы. Thus, it has been shown that the process of purifying flue gases from nitrogen and sulfur oxides using the same reagent, in this case urea, with an efficiency of 85–90% for nitrogen oxides and 90–95% for sulfur oxides, is shown.

При проведении процесса совместной очистки отмечено значительное сокращение содержания NH₃ в уходящих газах после второй стадии за счет участия непрореагировавшего в высокотемпературной стадии аммиака в реакциях нейтрализации оксидов серы.During the joint purification process, a significant reduction in the content of NH ₃ in the exhaust gases after the second stage was noted due to the participation of ammonia unreacted in the high-temperature stage in the neutralization reactions of sulfur oxides.

Claims (3)

1. Способ очистки дымовых газов от токсичных продуктов сгорания топлива, включающий обработку дымовых газов при 850 1100^oС водным раствором реагента, содержащего аминогруппу, отличающийся тем, что осуществляют дополнительную обработку дымовых газов водным раствором реагента, содержащего аминогруппу, при 300 800^oС, после чего проводят нейтрализацию оксидов серы и поглощение продуктов нейтрализации при 40 90^oС.1. The method of purification of flue gases from toxic products of fuel combustion, including the treatment of flue gases at 850 1100 ^o With an aqueous solution of a reagent containing an amino group, characterized in that they carry out additional processing of flue gases with an aqueous solution of a reagent containing an amino group, at 300 800 ^o C, then carry out the neutralization of sulfur oxides and the absorption of products of neutralization at 40 90 ^o C. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве реагента, содержащего аминогруппу, используют карбамид, аммиак, карбонат аммония или оксалат аммония. 2. The method according to claim 1, characterized in that as a reagent containing an amino group, carbamide, ammonia, ammonium carbonate or ammonium oxalate are used. 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что при нейтрализации оксидов серы и поглощении продуктов нейтрализации используют водный раствор сульфит-бисульфитных солей, образующихся в процессе нейтрализации оксидов серы. 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that when neutralizing sulfur oxides and absorbing neutralization products, an aqueous solution of sulfite-bisulfite salts formed in the process of neutralizing sulfur oxides is used.

Images