Способ обработки отходящих газов путем воздействия на них электронными лучами и устройство для его осуществления - RU2153922C2

Код документа: RU2153922C2

Чертежи

Описание

Настоящее изобретение относится к способу обработки отходящих газов путем воздействия на них электронными лучами и включает добавление аммиака к отходящим гадам, содержащим оксиды серы (SOx) и/или оксиды азота (NOx) и после этого воздействие на газ электронным лучом для того, чтобы удалить оксиды серы и/или азота из него. Изобретение также относится к устройству для осуществления способа.

Когда отходящий газ, содержащий оксиды серы и/или азота, обрабатывают сначала посредством добавления аммиака к газу и затем воздействия на газ электронным лучом для того, чтобы удалить из него оксиды серы и/или оксиды азота, эффективность удаления оксидов серы (далее при случае упоминается просто как "процент десульфуризации") имеет тенденцию к возрастанию в условиях более низкой температуры. Эта проблема обычно решается путем понижения температуры отходящего газа в градирне с разбрызгиванием воды перед тем, как его направляют в реактор, и добавления аммиака на входе в упомянутый реактор, после чего газ подвергается воздействию электронного луча. Иногда воду разбрызгивают не только в градирне, расположенной выше по потоку, т.е. перед реактором, но также и на входе реактора, и в этом случае вода подается отдельно от газообразного аммиака.

Другой проблемой известного способа является то, что процент десульфуризации высоко чувствителен к температуре отходящего газа, подлежащего обработке, и для того чтобы обеспечить эффективную десульфуризацию, температура отходящего газа на выходе реактора должна быть понижена до температуры, близкой к его точке росы, но в этом случае не вся разбрызгиваемая вода будет испаряться, что приводит к образованию сточной воды или образованию роста на поверхности канала или трубопровода, идущего далее вниз по потоку от реактора.

В отдельных случаях, когда отходящий газ, содержащий окислы серы, обрабатывается сначала путем добавления аммиака к газу и затем подвергается воздействию электронного луча с тем, чтобы удалить окислы серы, образуется сульфат аммиака как побочный продукт; в известном процессе такой обработки вместе с сульфатом аммония образуется в количестве, которое никоим образом не является незначительным, сульфат аммония, неблагоприятно воздействующий на срок службы установки, и для того чтобы использовать побочный продукт сульфат аммония в качестве удобрения, сульфамат необходимо удалить.

Наиболее близким к изобретению является способ обработки отходящего газа, содержащего окислы серы и/или азота включающий добавление аммиака к отходящему газу с последующим воздействием на него электронным лучом, и устройство, содержащее реактор для обработки отходящего газа, питатель для подачи аммиака в отходящие газы в реакторе и ускоритель электронного луча, излучающий электронный луч в отходящие газы в реактор (EP N326686, М.кл. B 01 D 53/35, 09.08.89).

Краткое описание изобретения.

Настоящее изобретение осуществляется в данных условиях и целью его является создание технологии, посредством которой может быть осуществлена эффективная десульфуризация, даже если температура отходящего газа в процессе обработки довольно высока на выходе из реактора, и которая способна снизить концентрацию сульфамата аммония в побочном продукте.

Другие задачи и преимущества настоящего изобретения могут стать ясными для специалистов из последующего описания и приложенных чертежей.

Краткое описание чертежей.

Фиг.1 является технологической схемой способа настоящего изобретения для обработки отходящих газов путем воздействия на них электронным лучом, который включает образование гомогенной газожидкостной смеси из воды и смеси газообразного аммиака и воздуха и затем вбрызгивание гомогенной смеси в реактор.

Фиг.2 является технологической схемой известного способа обработки отходящих газов путем воздействия на них электронным лучом, который включает добавление только газообразного аммиака в реактор.

Фиг.3,A изображает пример сопла на две текучие среды, которое может быть использовано в настоящем изобретении.

Фиг. 3, B изображает пример переходного патрубка для применения с соплом на две текучие среды.

Фиг. 4 является графиком, показывающим взаимосвязь между температурой отходящего газа на выходе реактора и процентом десульфуризации для Примера 1 и Сравнительного Примера 1.

Подробное описание изобретения.

Цель изобретения может быть решена сначала посредством равномерного смешивания газообразного аммиака с воздухом, затем образования гомогенной газожидкостной смеси из упомянутой газовой смеси и воды и вбрызгивания упомянутой гомогенной смеси в реактор.

Отношение воды к газовой смеси газообразного аммиака и воздуха зависит от различных факторов, как например, конструкции используемого сопла на две текущие среды, давления добавляемых газов и давления разбрызгиваемой воды;
Обычно приемлемым диапазоном отношения является диапазон от 0,1 до 20 л/м3. Если отношение воды к газовой смеси газообразного аммиака и воздуха меньше, то существует вероятность неудачи в достижении эффективной десульфуризации, а также имеют место помехи в снижении эффективности подавления образования сульфамата аммония. С другой стороны, если отношение превышает 20 л/м3, то не вся вбрызгиваемая вода испаряется, что ведет к образованию сточных вод или образованию росы на поверхности канала или трубопровода, идущего ниже по потоку после реактора.

Аммиак должен использоваться в количестве, которое определяется, главным образом, как количество, необходимое для преобразования окислов серы и/или окислов азота в сульфат аммония и/или нитрат аммония, соответственно, но для определения точного количества используемого аммиака необходимо также принять во внимание и другие факторы, такие как требуемый процент десульфуризации, требуемый процент денитрации и концентрации вытекающего аммиака, как выражено следующим уравнением:


где Q - количество отходящего газа в м3Н/час;
SOx - концентрация SOx в ppm (частей на миллион);
NOx - концентрация NOx в ppm (частей на миллион);
CNH2 - концентрация вытекающего аммиака в ppm (частей на миллион);
- требуемый процент десульфуризации;
- требуемый процент денитрации.

Вода должна использоваться в количестве, которое, в конечном счете, требуется для регулирования температуры отходящего газа на выходе ректора в диапазоне температуры точки росы до не более чем 100oC. В способе обработки, воплощенном в изобретении, отходящий газ, к которому добавлен аммиак, подвергается воздействию электронного луча с тем, чтобы SOx преобразовывался в сульфат аммония и NOx - в нитрат аммония, при этом тепло для повышения температуры обрабатываемого отходящего газа генерируется в результате реакций, выраженных следующими схемами:
SO2 + 2NH3 + H2O + 1/2O2 ---> (NH4)2SO4 + 131,0 ккал/моль
SO3 + 2NH3 + H2O ---> (NH4)2SO4 + 107,5 ккал/моль
NO + NH3 + 1/2H2O + 3/4O2 ---> NH4NO3 + 68,9 ккал/моль
Доза воздействия электронных лучей выбирается из соображений концентраций SOx и NOx в отходящем газе и требуемой степени их удаления.

Количество тепла, генерируемого электронным лучом в ккал, равно
масса отходящего газа в кг • поглощенная доза в kGy/4,1855,
где 4,1855 является механическим эквивалентом теплоты в кДж/ккал.

При обработке отходящих газов, полученных от сжигания топлив, таких как уголь, нефть, или полученных от спекания чугунов и сталей, вода, требуемая во всех случаях, должна использоваться в количествах, для которых приняты во внимание вышеупомянутые условия.

Количество воздуха, которое должно быть использовано, определяется различными факторами, как например, количеством разбрызгиваемой воды, требуемым размером водяных капель и давлением воды и воздуха, но, в конечном счете, находится в вышеупомянутом диапазоне отношения между водой и газовой смесью, т.е. 0,1 - 20 л/м3.

При обработке отходящего газа, содержащего окислы серы, сначала путем добавления аммиака и затем путем воздействия на газ электронным лучом с тем, чтобы удалить окислы серы из газа, предполагается, что реакция с аммиаком осуществляется одним из двух путей: SO2 и SО3, содержащиеся в отходящем газе, реагируют непосредственно с аммиаком согласно схемам (1) и (2), указанным ниже, или, альтернативно, SO2 окисляется до SO3 радикалами, такими как Oo и ОНo, которые образуются под воздействием электронного луча, при этом полученный SO3 затем реагирует с аммиаком согласно схеме (2). Как можно видеть из факта, что обе схемы реакций (1) и (2) включают NH3 и H2O в левой части уравнения, любая реакция будет развиваться спокойно и плавно при увеличении концентраций аммиака и воды, но с понижением температуры обрабатываемого отходящего газа:
SO2 + 2NH3 + H2O + 1/2O2 ---> (NH4)2SO4 (1)
SO3 + 2NH3 + H2O ---> (NH4)2SO4 (2)
Сульфат аммония, с другой стороны, как предполагается, получается, когда SO2 реагирует согласно схеме реакции (3), указанной ниже, с аммиаком и радикалом OHo, который образуется под воздействием электронного луча. Правая часть уравнения (3) включает H2O, поэтому можно видеть, что интересующая нас реакция замедляется при увеличении концентрации воды в отходящем газе, подлежащем обработке:
SO2 + 2OH + 2NH3 ---> NH2SO3NH4 + H2O (3)
В настоящем изобретении вода вбрызгивается после смешивания ее с уже готовой газовой смесью газообразного аммиака и воздуха, так что температура на поверхностях полученных мельчайших капель водного раствора аммиака становится намного ниже, чем температура окружающего газа, вследствие испарения воды, и влажность близка к насыщенному состоянию. Более того, водный раствор аммиака испаряется одновременно с водой на поверхностях этих капель аммиака, ускоряя реакцию схемы (1) или (2), чтобы она происходила с очень большой скоростью. С другой стороны, реакция по схеме (3) будет замедляться вследствие высокой концентрации воды.

В результате эффективная десульфуризация может быть обеспечена, даже если обрабатываемый отходящий газ имеет относительно высокую температуру и, более того, может быть подавлено образование сульфамата аммония.

При разбрызгивании смеси воды с газовой смесью аммиака и воздуха можно вбрызгивать заранее приготовленную газожидкостную смесь аммиака, воздуха и воды, но в этом случае трудно изменять количества инжектируемых воды и аммиака независимо друг от друга в соответствии с температурой подлежащего обработке отходящего газа и концентрацией окислов серы, присутствующих в газе, и возникает дополнительная проблема, заключающаяся в том, что для хранения аммиака в воде водного раствора требуется крупномасштабное оборудование.

Такие проблемы не возникают, если аммиак сначала смешивают с воздухом для того, чтобы полученную газовую смесь затем смешивать с водой в отделении (12) для смешивания газа с жидкостью сопла на две текучие среды перед окончательным вбрызгиванием в реактор.

При смешивании газообразного аммиака с воздухом двуокись углерода и вода в воздухе реагируют с аммиаком с образованием бикарбоната аммония или карбоната аммония, которые потенциально могут засорить трубопровод, по которому проходит смесь аммиака и воздуха. Эти соединения будут либо затвердевать или поглощать влагу с превращением в высоковязкую жидкость, которая будет налипать в трубопроводе и, в конечном счете, становится причиной засорения. В результате различных испытаний, проведенных авторами настоящего изобретения с использованием обычного воздуха, установлено, что проблема засорения трубопровода может быть исключена путем нагревания трубопровода, по которому проходит смесь аммиака и воздуха при температуре 60oC и выше в течение периода времени от смешивания аммиака с воздухом до смешивания полученной газовой смеси с водой с образованием газожидкостной смеси. Для этой цели могут быть использованы пар, электрический нагреватель или любые другие пригодные источники тепла.

Давление газа (газовой смеси воздуха и газообразного аммиака) в сопле на две текучие среды обычно установлено порядка 1-10 кгП/см2, предпочтительнее 3-5 кгП/см2. Перед смешиванием газообразного аммиака с воздухом трубу для подачи аммиака желательно нагревать с помощью подходящего средства, такого как пар или электрический нагреватель, для гарантирования того, что аммиак, текущий через нее, не будет сжижаться при низкой температуре окружающего воздуха, а именно для поддержания аммиака в газообразном состоянии.

Степень нагревания трубы для подачи аммиака должна изменяться, как указано ниже, поскольку при более высоких давлениях аммиак имеет тенденцию к сжижению, даже если температура высокая:
Давление, кгП/см2 - Температура,oC
1 - ≥около -35
3 - ≥около -10
5 - ≥около 3
10 - ≥около 23
С целью дополнительной иллюстрации изобретения приведены следующие примеры, никоим образом не ограничивающие изобретение.

Пример 1.

Эксперимент по обработке отходящего газа путем воздействия на него электронным лучом проводили в соответствии с технологической схемой способа изобретения, приведенной на фиг. 1, которая включает сначала приготовление газовой смеси газообразного аммиака и воздуха, затем смешивание ее с водой с образованием газожидкостной смеси и вбрызгивание последней в реактор.

Отходящий газ (12,500 м3/час) из бойлера 1, содержащий 800 ppm (частей на миллион) окислов серы и 200 ppm окислов азота охлаждали до 110oC посредством подогревателя воздуха 2 и газового нагревателя 3, дополнительно охлаждали до 60oC в градирне с разбрызгиванием воды 4 и направляли в реактор 5. На этапе разделения газообразный аммиак (20 м3/час), подаваемый из питателя аммиака 6, смешивали с воздухом (1000 м3/час) в магистральном смесителе 7; полученную газообразную смесь, которую пропускали через внутреннюю часть трубы, заключенной в кожух, смешивали с водой в газожидкостном смешивающем отделении сопла 8 на две текучие среды и полученную газожидкостную смесь вбрызгивали на входе в реактор 5 из наконечника 10 сопла через сердечник 11, в то время как на нее воздействовали потоком электронных лучей (12 KGy) из ускорителя электронных лучей 9. В эксперименте воду подавали в различных количествах от 50 до 200 кг/час для изменения температуры на выходе реактора 5, которая, как установлено, находится во взаимосвязи с эффективностью десульфуризации, как показано сплошной линией на фиг.4. Концентрация сульфамата аммония в побочном продукте сульфате аммония составляла 0,05%, что совсем не составило проблемы при использовании побочного продукта в качестве удобрения.

Сравнительный пример 1.

Газожидкостную смесь, используемую в Примере 1, содержащую газообразный аммиак, воздух и воду, заменяли только газообразным аммиаком и проводили эксперимент по обработке отходящего газа путем воздействия на него электронным лучом в соответствии с технологической схемой известного способа, показанной на Фиг.2.

Отходящий газ, полученный из бойлера 1, пропускали через подогреватель воздуха и нагреватель газа для обеспечения тех же условий температуры и концентраций, что и в Примере 1. Обработанный таким образом отходящий газ охлаждали в башенном холодильнике с разбрызгиванием воды 4. Количество воды, разбрызгиваемой в башне 4, изменяли для регулирования температуры воды на выходе реактора 5. Аммиак (20 м3/час), подаваемый из питателя аммиака 6, инжектировался в виде газа в реактор 5. Отходящий газ, введенный в реактор 5, подвергали воздействию потока электронных лучей (12 kGy) из ускорителя электронного луча 7. Взаимосвязь между температурой на выходе реактора и эффективностью десульфуризации показана на Фиг.4 пунктирной линией. Концентрация сульфата аммония в побочном продукте сульфате аммония составила 2,0% и была слишком высокой для обеспечения возможности непосредственного использования побочного продукта в качестве удобрения.

Пример 2.

Процедуру Примера 1 повторяли за исключением того, что температуру трубопровода от смешивания газообразного аммиака с воздухом до смешивания упомянутой газовой смеси с водой для образования газожидкостной смеси изменяли в точках 60, 70, 80 и 100oC. Экспериментальная установка работала при каждой из этих температур в течение нескольких недель без каких-либо проблем засорения трубопровода.

Сравнительный пример 2.

Процедуру Примера 2 повторяли за исключением того, что температуру трубопровода от смешивания газообразного аммиака с воздуховодом до смешивания упомянутой газовой смеси с водой для образования газожидкостной смеси поддерживали при температуре 40oC или нормальной температуре (около 20oC). Трубопровод засорялся через несколько дней работы.

Согласно изобретению эффективная десульфуризация могла быть осуществлена, даже если температура обрабатываемого отходящего газа на выходе реактора была довольно высока, и при этом возможно снизить концентрацию сульфамата аммония в побочном продукте сульфата аммония.

Реферат

Изобретение может быть использовано при очистке газов от оксидов серы и/или оксидов азота. Способ обработки отходящих газов, включающий добавление аммиака к отходящему газу, содержащему окислы серы (SOx) и/или окислы азота (NOx), и после этого воздействие на газ электронными лучами для того, чтобы удалить из него окислы серы и/или окислы азота, отличающийся тем, что сначала равномерно смешивают газообразный аммиак с воздухом, затем образуют гомогенную газожидкостную смесь из упомянутой газовой смеси и воды и вбрызгивают упомянутую смесь в реактор. Эффективная десулфуризация может быть реализована, даже, если температура обрабатываемого отходящего газа на выходе реактора довольно высока, при этом может быть понижена концентрация сульфата аммония в субпродукте сульфата аммония. 2 с. и 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Формула

1. Способ обработки отходящего газа, включающий добавление аммиака к отходящему газу, содержащему окислы серы (SOx) и/или окислы азота (NOx), и после этого воздействие на газ электронным лучом для того, чтобы удалить окислы серы и/или азота из него, отличающийся тем, что сначала равномерно смешивают газообразный аммиак с воздухом, затем образуют гомогенную газожидкостную смесь из газовой смеси и воды и вбрызгивают гомогенную смесь в реактор.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что отношение воды к газовой смеси газообразного аммиака и воздуха находится в диапазоне от 0,1 до 20 л/м3, количество аммиака в газовой смеси находится на уровне, необходимом для преобразования окислов серы и/или окислов азота в газовой смеси в сульфат аммония и/или нитрат аммония соответственно, и количество воды находится на уровне, необходимом для регулирования температуры отходящего газа на выходе реактора, в диапазоне температур от точки роста воды до не более 100oC.
3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что температуру трубопровода, по которому проходит смесь аммиака и воздуха, поддерживают при 60oC или выше в течение промежутка времени от смешивания газообразного аммиака с воздухом до смешивания полученной смеси с водой для образования газожидкостной смеси.
4. Устройство для обработки отходящего газа, содержащего окислы серы (SOx) и/или окислы азота (NOx), включающее реактор для обработки отходящего газа, питатель для подачи аммиака в отходящие газы в реакторе и ускоритель электронного луча, излучающий электронный луч в отходящие газы в реакторе, отличающееся тем, что реактор содержит сопло на две текучие среды, содержащее наконечник и отделение для смешивания газа с жидкостью, и магистральный смеситель, в котором сначала равномерно смешивают газообразный аммиак с воздухом с образованием газообразной смеси, затем в отделении для смешивания газа с жидкостью образуют гомогенную газожидкостную смесь упомянутой газовой смеси и воды и впрыскивают указанную газожидкостную смесь в отходящий газ в реакторе из наконечника сопла.

Авторы

Патентообладатели

Заявители

СПК: B01D53/007 B01D53/32 B01D53/34 B01D53/60 B01D2259/812 B01J19/085

МПК: B01D53/00 B01D53/56 B01D53/60 B01D53/32 B01D53/50 B01D53/34 B01D53/74 B01J19/08

Публикация: 2000-08-10

Дата подачи заявки: 1995-12-09

0
0
0
0
Невозможно загрузить содержимое всплывающей подсказки.
Поиск по товарам