PL194720B1

PL194720B1 - Sposób obróbki spalin, stosowany w procesie oczyszczania gazów kominowych pochodzących ze spalania

Info

Publication number: PL194720B1
Application number: PL99344405A
Authority: PL
Inventors: Vincenzo Lagana
Original assignee: Siirtec Nigi Spa
Priority date: 1998-05-25
Filing date: 1999-05-14
Publication date: 2007-06-29
Also published as: ES2196805T3; AU3848199A; RU2193442C2; EP1089804A1; CN1168527C; AU755072B2; JP2002516169A; WO1999061136A1; CA2331268A1; CZ20004394A3; PL344405A1; TR200003469T2; DE69906291D1; EP1089804B1; ITMI981155A1; KR20010043750A; CZ294281B6; US5985224A; CA2331268C; HK1037986A1

Abstract

1. Sposób obróbki spalin, stosowany w proce- sie oczyszczania gazów kominowych pochodza- cych ze spalania, w którym wstrzykuje sie amo- niak do strumienia gazów kominowych, znamien- ny tym, ze rozpuszcza sie mocznik w wodzie dla utworzenia roztworu rozpuszczonego mocznika, podgrzewa sie roztwór rozpuszczonego mocznika i podwyzsza sie jego cisnienie, dla uzyskania podgrzanego i sprezonego roztworu rozpuszczo- nego mocznika, poddaje sie hydrolizie rozpusz- czony mocznik w podgrzanym i sprezonym roz- tworze rozpuszczonego mocznika, dla utworzenia zhydrolizowanego roztworu zawierajacego amo- niak i dwutlenek wegla, wybiera amoniak i dwutle- nek wegla z zhydrolizowanego roztworu poprzez stycznosc zhydrolizowanego roztworu z para wodna, przy pozostawieniu zubozonego zhydroli- zowanego roztworu, ponadto wstrzykuje sie amo- niak i dwutlenek wegla do strumienia gazów komi- nowych pochodzacych ze spalania, zawraca sie do obiegu zubozony hydrolizowany roztwór uzy- wajac go do rozpuszczania mocznika, po dopro- wadzeniu cisnienia i temperatury do wartosci zgodnych z tymi wartosciami, które wystepuja przy przygotowywaniu rozpuszczonego mocznika. PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób obróbki spalin, stosowany w procesie oczyszczania gazów kominowych pochodzących ze spalania. Wynalazek ten odnosi się do obróbki spalin, a zwłaszcza do procesu oczyszczania spalin poprzez dodawanie amoniaku. A dokładniej, wynalazek ten dotyczy procesu obróbki spalin poprzez dodawanie amoniaku, gdzie amoniak jest uzyskiwany z hydrolizy mocznika.

Znany jest sposób dodawania amoniaku do spalin dla usunięcia z nich, na przykład, tlenków azotu, które są wytwarzane w trakcie samego procesu spalania. Reakcja zachodząca pomiędzy amoniakiem i tlenkami azotu, w obecności tlenu, daje w wyniku azot i wodę, i przebiega zgodnie z następującym zapisem:

2NH3 + NO + O2 ® 3H2O + N2

Gaz amoniakalny jest wstrzykiwany do strumienia spalin podlegających obróbce, w postaci oparów uzyskiwanych ze zbieranego amoniaku zawartego w wodnym roztworze amoniaku, w którym stężenie amoniaku wynosi w przybliżeniu 30% wagowo. Wodny roztwór amoniaku musi być transportowany z zakładu produkcyjnego do instalacji użytkownika, magazynowany, przesyłany do instalacji pozyskiwania pożądanego amoniaku, następnie amoniak, z zawartością wody resztkowej, musi być neutralizowany przed jego usuwaniem.

Roztwory amoniakalne są obecnie klasyfikowane jako materiały toksyczne. W konsekwencji tego muszą obowiązywać specyficzne zasady przy obsłudze, na skutek wysokiej lotności amoniaku i poziomu zanieczyszczenia środowiska amoniakiem.

W celu zapobieżenia wymienionym wyżej problemom, zaproponowano stosowanie nietoksycznych, nieszkodliwych składników, z których, w odpowiednich warunkach przebiegu reakcji, można uzyskać amoniak. Do tego celu został użyty mocznik, generujący amoniak bez formowania jakichkolwiek niepożądanych produktów ubocznych. Stosowanie mocznika, jako czynnika doprowadzania spalin do pożądanego stanu, rozwiązuje problem związany z obsługą i magazynowaniem wysokotoksycznego materiału; jednakże, uzyskiwanie cząsteczek czystego mocznika w stanie stałym, i równomierne wstrzykiwanie jego do strumienia spalin, przedstawia zasadnicze problemy.

W opisie patentowym US 520688 Von Harpe, zaproponowano wykorzystywanie jako źródła amoniaku, zamiast mocznika, także produktów pozyskiwanych z hydrolizy mocznika. Takie produkty hydrolizy są uzyskiwane przez podgrzewanie roztworu mocznika. Ogólnie wzięte produkty hydrolizy, mianowicie węglan amonu, karbaminian amonu, wodorowęglan amonu, oraz amoniak, są stosowane do redukcji NOx. Jednak proste podgrzewanie stężonego roztworu mocznika nie pozwala na osiągnięcie zadawalających ilości produktów hydrolizy. Powyższy opis patentowy ujawnia stosowanie środowiska zasadowego lub kwasowego, albo dodawanie katalizatora. Jednakże używanie katalizatora, albo produktów kwasotwórczych lub zasadotwórczych, może doprowadzić, wskutek obecności wymienionego materiału, do wystąpienia pewnych problemów w procesie, zarówno na odcinku hydrolizy jak i na odcinku redukcji NOx.

Według opisu patentowego US 4168299 usuwanie produktów hydrolizy mocznika może być uzyskiwane drogą adsorbowania sprężonego CO2 w rozcieńczonym roztworze mocznika, a następnie odbierania zaabsorbowanego CO2. Proces ten wykorzystuje rozcieńczony roztwór mocznika i korzysta ze źródła sprężonego CO2.

Sposób obróbki spalin, stosowany w procesie oczyszczania gazów kominowych pochodzących ze spalania, w którym wstrzykuje się amoniak do strumienia gazów kominowych, według wynalazku charakteryzuje się tym, że rozpuszcza się mocznik w wodzie dla utworzenia roztworu rozpuszczonego mocznika, podgrzewa się roztwór rozpuszczonego mocznika i podwyższa się jego ciśnienie, dla uzyskania podgrzanego i sprężonego roztworu rozpuszczonego mocznika, poddaje się hydrolizie rozpuszczony mocznik w podgrzanym i sprężonym roztworze rozpuszczonego mocznika, dla utworzenia zhydrolizowanego roztworu zawierającego amoniak i dwutlenek węgla, wybiera amoniak i dwutlenek węgla z zhydrolizowanego roztworu poprzez styczność zhydrolizowanego roztworu z parą wodną, przy pozostawieniu zubożonego zhydrolizowanego roztworu, ponadto wstrzykuje się amoniak i dwutlenek węgla do strumienia gazów kominowych pochodzących ze spalania, zawraca się do obiegu zubożony zhydrolizowany roztwór używając go do rozpuszczania mocznika, po doprowadzeniu ciśnienia i temperatury do wartości zgodnych z tymi wartościami, które występują przy przygotowywaniu rozpuszczonego mocznika.

PL 194 720 B1

Roztwór mocznika poddawany hydrolizie zawiera mocznik w ilości od 10% do 70% wagowo.

Hydroliza mocznika jest korzystnie przeprowadzana w przedziale temperatury od 100°C do

233°C, ^{i p}rz^y ciśnieniu w pirze^ato o^{d 0,1}xW³ KPa ^do 3,0xW³ KPa.

Zubożony zhydrolizowany roztwór rozpręża się, tworzy się opary produktów hydrolizy, które są złożone z amoniaku i dwutlenku węgla, i wstrzykuje się do strumienia gazów kominowych pochodzących ze spalania.

Roztwór z hydrolizy, po odpędzeniu gazowych produktów hydrolizy, zawiera jeszcze 1% do 5% wagowo niezhydrolizowanego mocznika.

W procesie doprowadzania spalin do pożądanego stanu mocznik jest rozpuszczany w wodzie dla uzyskania stężonego roztworu mocznika, a rozpuszczony mocznik jest poddawany hydrolizie przez podgrzewanie stężonego roztworu mocznika pod ciśnieniem, przez co uzyskuje się produkty hydrolizy w postaci amoniaku i dwutlenku węgla. Produkty hydrolizy są odbierane od roztworu przy zastosowaniu gorącej pary wodnej i są wstrzykiwane do strumienia spalin, natomiast roztwór z procesu hydrolizy wychodzi z sekcji odpędzania, wciąż zawierając jeszcze pewne ilości mocznika, i jest ponownie wykorzystywany jako dodatek do świeżej wody do rozpuszczania świeżego mocznika, przeznaczonego do zasilania instalacji.

Według wynalazku sposób obróbki spalin stosowany w procesie oczyszczania gazów kominowych pochodzących ze spalania, realizowany jest przez wstrzykiwanie amoniaku do strumienia spalin, w bardzo prosty praktyczny sposób, który to proces zapobiega problemom towarzyszącym czynnościom związanym z obsługiwaniem i magazynowaniem niebezpiecznych materiałów.

Wynalazek dostarcza procesu technologicznego do wytwarzania gazowego amoniaku „na miejscu”, tam gdzie amoniak może być używany nie podlegając żadnym szczególnym zasadom bezpieczeństwa, oraz bez jakichkolwiek zobowiązań ograniczających transport, i magazynowanie, wielkich ilości roztworów amoniakalnych i toksycznych szkodliwych materiałów, jak to jest wymagane przy konwencjonalnych procesach technologicznych. Nie usuwa się też żadnego amoniaku odpadowego lub roztworu prekursora amoniakalnego.

Przedmiot wynalazku zostanie uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, który przedstawia jedną z postaci tego wynalazku.

Ten wynalazek będzie teraz opisywany bardziej szczegółowo z nawiązaniem do fig. 1, i do następującego dalej eksperymentalnego przykładu.

Jak przedstawiono na fig. 1, mocznik w stanie stałym, w postaci bryłek lub kryształków, jest wprowadzany do zsypu samowyładowczego 1 posiadającego wystarczającą pojemność dla przynajmniej jednodniowego kontynuowania operacji hydrolizy.

Mocznik jest wprowadzany przez zasilacz obrotowy 3 do urządzenia rozpuszczającego 4, gdzie roztwór o stężeniu około 40% jest formowany przy użyciu skroplin wodnych z rejonu ograniczonego do baterii instalacyjnej, i/lub przy użyciu przetwarzanego, zawracanego do obiegu kondensatu, który jest również wprowadzany do urządzenia rozpuszczającego 4. Operacje rozpuszczania mocznika są ułatwione przez działanie mieszadła 5. Jeżeli jest to niezbędne, w wylocie zsypu samowyładowczego 1 może być przewidziany zawór suwakowy 2.

W ten sposób uzyskiwany roztwór mocznik/woda jest sprężany przez pompę 6 aż do ciśnienia pracy hydrolizera i jest podgrzewany do temperatury hydrolizy za pomocą podgrzewacza wstępnego 7. Według jednego z przykładów według tego wynalazku, hydrolizer pracuje w warunkach następujących:

Ciśnienie Ί,9χΊ0³ KPa, temperatura 195°C, czas trwania 40 min.

W tych warunkach, stężenie mocznika na poziomie około 30% do 40% wagowo, występujące w materiale podawanym, obniża się do stężenia w roztworze zhydrolizowanym do poziomu około 1% do 5% wagowo. Amoniak, generowany podczas procesu hydrolizy, jest wybierany z roztworu wodnego przez określoną ilość pary wodnej pochodzącej z rejonu ograniczonego do baterii instalacyjnej, i wstrzykiwanej przez dno do hydrolizera 8. Produkty hydrolizy, zawierające wodę nasyconą amoniakiem i dwutlenkiem węgla, są przenoszone do strefy reakcyjnej przewodem 10. Woda ma obniżane ciśnienie przez zawór 11 i jest przesyłana do separatora 9, działającego pod ciśnieniem atmosferycznym, i wtedy jest zawracana do obiegu do urządzenia rozpuszczającego 4. Opary, tworzące się głownie

PL 194 720 B1 z amoniaku, i woda w stanie rozprężonym, przez przewód 12 są dodawane do oparów pochodzących z hydrolizy, w celu zapobieżenia jakiemukolwiek zanieczyszczeniu środowiska. Woda z separatora 9 jest zawracana do obiegu przewodem 13, do urządzenia rozpuszczającego 4, przy temperaturze około 100°C, tak aby po zasileniu mocznikiem, przy cieple roztworu, był uzyskiwany roztwór o temperaturze około 40°C.

Przykład

Dla lepszego zilustrowania procesu według wynalazku, jest tu następnie podany przykład ilościowy bazujący na wydajności pozyskiwanego amoniaku w ilości 100 kg/h.

Ilość mocznika podawanego do instalacji wynosi 177 kg/h, a ilość kondensatu pochodzącego z rejonu ograniczonego do baterii instalacyjnej wynosi 87 kg/h. Ilość zawracanej do obiegu wody wynosi 150 kg/h włączając w to około 4,5 kg/h resztkowego mocznika w roztworze. Roztwór opuszczający urządzenie rozpuszczające 4 ma temperaturę około 40°C i stężenie mocznika około 44% wagowo, o

jest przesyłany do pompy 6 podnoszącej jego ciśnienie aż do około 1,6x10 KPa i przechodzi przez podgrzewacz 7 podnoszący temperaturę do około 195°C. Roztwór wchodzi do hydrolizera 8 powodując tworzenie się produktów hydrolizy o następujących właściwościach:

temperatura ciśnienie skład chemiczny:	195°C 1^,5^χ10³ KPa NH3 100 kg/h CO2 129 kg/h H2O 185 kg/h	24,12% wagowo 31,24% wagowo 44,64% wagowo
Ogółem:	414 kg/h	100,00%

Bezpośredni dopływ pary wodnej do hydrolizera 8, wymagany do utrzymywania stałej temperatury hydrolizy i do wybierania produktów reakcji, wynosi około 155 kg/h.

Rezultat procesu według tego wynalazku jest taki, że instalacja wymaga tylko urządzeń magazynowych dla mocznika, najbardziej używanego nawozu sztucznego, który nie jest poddany żadnym ścisłym uregulowaniom i dlatego nie jest wymagane przy jego obsługiwaniu zachowywanie żadnej specjalnej ostrożności. Innymi poważnymi zaletami niniejszego wynalazku są: bezpieczne działanie instalacji, brak występowania jakiegokolwiek materiału zanieczyszczającego środowisko, oraz redukcja kosztów inwestycyjnych w porównaniu ze stosowaniem roztworów amoniakalnych według uprzednio stosowanej techniki.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób obróbki spalln, stosowany w procesie gazów kominowych pochodzących ze spalania, w którym wstrzykuje się amoniak do strumienia gazów kominowych, znamienny tym, że rozpuszcza się mocznik w wodzie dla utworzenia roztworu rozpuszczonego mocznika, podgrzewa się roztwór rozpuszczonego mocznika i podwyższa się jego ciśnienie, dla uzyskania podgrzanego i sprężonego roztworu rozpuszczonego mocznika, poddaje się hydrolizie rozpuszczony mocznik w podgrzanym i sprężonym roztworze rozpuszczonego mocznika, dla utworzenia zhydrolizowanego roztworu zawierającego amoniak i dwutlenek węgla, wybiera amoniak i dwutlenek węgla z zhydrolizowanego roztworu poprzez styczność zhydrolizowanego roztworu z parą wodną, przy pozostawieniu zubożonego zhydrolizowanego roztworu, ponadto wstrzykuje się amoniak i dwutlenek węgla do strumienia gazów kominowych pochodzących ze spalania, zawraca się do obiegu zubożony hydrolizowany roztwór używając go do rozpuszczania mocznika, po doprowadzeniu ciśnienia i temperatury do wartości zgodnych z tymi wartościami, które występują przy przygotowywaniu rozpuszczonego mocznika.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że roztwór rozpuszczonego mocznika zawiera mocznik w ilości od około 10% do około 70% wagowo.
3. Sposób według 1, tym, że rozpuszczony poddaje się hydrollzie przy temperaturze mieszczącej się w zakresie temperatur od 100°C do 233°C.

PL 194 720 Β1
4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że rozpuszczony mocznik poddaje się hydrolizie pod ciśnieniem mieszczącym się w zakresie ciśnień od 0,1x10³ KPa do 3,0x10³ KPa.
5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że zubożony zhydrolizowany roztwór rozpręża się, tworzy się opary produktów hydrolizy, które są złożone z amoniaku i dwutlenku węgla, i wstrzykuje się do strumienia gazów kominowych pochodzących ze spalania.