Nothing Special   »   [go: up one dir, main page]

CN101583412A - 使用再生式热交换器在燃烧烟道气侧流中热分解尿素 - Google Patents

使用再生式热交换器在燃烧烟道气侧流中热分解尿素 Download PDF

Info

Publication number
CN101583412A
CN101583412A CNA2007800392985A CN200780039298A CN101583412A CN 101583412 A CN101583412 A CN 101583412A CN A2007800392985 A CNA2007800392985 A CN A2007800392985A CN 200780039298 A CN200780039298 A CN 200780039298A CN 101583412 A CN101583412 A CN 101583412A
Authority
CN
China
Prior art keywords
flue gas
heat exchanger
urea
gas
recuperative heat
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CNA2007800392985A
Other languages
English (en)
Inventor
约翰·R·哈罗德
克莱顿·A·艾瑞克森
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Babcock Power Inc
Original Assignee
Babcock Power Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Babcock Power Inc filed Critical Babcock Power Inc
Publication of CN101583412A publication Critical patent/CN101583412A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/74—General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
    • B01D53/77—Liquid phase processes
    • B01D53/79—Injecting reactants
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/46—Removing components of defined structure
    • B01D53/54—Nitrogen compounds
    • B01D53/56—Nitrogen oxides
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/74—General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
    • B01D53/86—Catalytic processes
    • B01D53/8621—Removing nitrogen compounds
    • B01D53/8625—Nitrogen oxides
    • B01D53/8631—Processes characterised by a specific device
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/74—General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
    • B01D53/86—Catalytic processes
    • B01D53/90—Injecting reactants
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D17/00—Regenerative heat-exchange apparatus in which a stationary intermediate heat-transfer medium or body is contacted successively by each heat-exchange medium, e.g. using granular particles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2251/00—Reactants
    • B01D2251/20—Reductants
    • B01D2251/206—Ammonium compounds
    • B01D2251/2067—Urea
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S165/00—Heat exchange
    • Y10S165/909—Regeneration

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)
  • Treating Waste Gases (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)

Abstract

本发明一般性地涉及对燃烧烟道气中的氮氧化物(NOx)的处理。在某些实施方式中，本发明涉及使用再生式热交换器(RHE)在烟道气侧流中将尿素转化成氨。离开热交换器的氨和/或其它尿素分解产物与其余的烟道气混合，然后进入用于还原烟道气中的NOx的选择性催化还原(SCR)单元。反应产物被烟道气带入选择性催化还原(SCR)单元以减少烟道气中存在的NOx。RHE的使用显著改善了整个工艺的热效率。更具体地，在某些实施方式中，再生式热交换器是双室RHE。

Description

使用再生式热交换器在燃烧烟道气侧流中热分解尿素
相关申请的交叉引用
本申请要求2006年8月22日提交的美国临时专利申请No.60/839364的优先权，并通过引用将其全部公开内容结合在本文中。
技术领域
本发明一般性地涉及对燃烧烟道气(combustion flue gas)中的氮氧化物(NOx)的处理。更具体地，在某些实施方式中，本发明涉及使用再生式热交换器(RHE)在烟道气侧流中将尿素转化成氨，反应产物被烟道气带入选择性催化还原(SCR)单元以还原烟道气中存在的NOx。
背景技术
减少燃烧过程NOx的排放越来越重要。试图通过改变燃烧条件和燃料来减少NOx的技术被称为基本方法，而处理燃烧所得的排气的技术被称为辅助方法。
辅助方法包括选择性催化还原(SCR)和选择性非催化还原(SNCR)，二者通过使用氨和尿素作为还原剂来实现。由于储存、操作和运输导致的安全性问题，难以在这些工艺中直接使用氨。尿素的直接使用较为安全，但将尿素从固体或液体形式转化成活性气态物质需要高能量。
2006年2月8日提交的美国专利申请No.11/275989(2006年6月1日公布，美国专利申请公开号No.US2006/0115402)中描述了一种使用燃烧烟道气侧流来选择性催化还原NOx的方法，通过引用将其整体结合在本文中。所述方法旨在克服将尿素转化成氨以用于氨SCR NOx处理工艺的难题，这是利用待处理燃烧烟道气的侧流(例如，滑流(slipstream))来实现的。该侧流通常不超过待处理的全部烟道气的约3％，将该侧流引导通过通道，向该通道中注入尿素。加热该侧流以使被注入的尿素分解，并通过烟道气侧流将反应产物带入SCR单元的注射格栅(injection grid)。该方法实现了用于SCR还原NOx的活性气态反应物的均匀混合。
上述工艺的一个缺点是热效率较低。传统的热交换器(例如，US2006/0115402附图1-11中标号22所示的热交换器)通常无法提供足够的用于将尿素转化为氨的热量。这就需要使用喷燃器(burner)来直接加热侧流(如US2006/0115402附图2-6和11中标号38所示)。喷燃器消耗燃料，而且因其产生的热量无法后续使用而效率不高。
因此，需要一种热效率更高的工艺，用于在燃烧烟道气侧流中将尿素转化成氨，用来通过SCR催化还原NOx。
发明内容
本发明提供了一种技术方案，可以解决现有的在燃烧烟道气侧流中将尿素转化成氨以选择性催化还原(SCR)燃烧烟道气中的NOx的方法中存在的热效率问题。
在一种实施方式中，燃烧烟道气的侧流被引入再生式热交换器(RHE)，例如双室RHE。在两个室之间存在滞留室(retentionchamber)，通过操作喷燃器或蒸汽盘管加热器、热交换器或其它加热单元将该滞留室保持在高温(例如约1175-1225°F)。滞留室中的温度足以使得尿素水溶液转化成气态氨和二氧化碳，并且滞留室的尺寸可以提供对于尿素的基本完全转化来说足够的停留时间。
双室RHE中的气体流的方向被周期性地反转，在从第一室到第二室流动与从第二室到第一室流动之间交替。以此方式，热反应产物在其中通过的陶瓷室吸收和保持热量，用于“预加热”在接下来的周期中在到滞留室的途中穿过陶瓷室的烟道气。因此，喷燃器所产生的热量得以保存，热效率得到改善。将滞留室保持在足以将尿素水溶液转化为气态氨的温度所需的燃料(或其它能量源)减少。
在尿素转化之后，烟道气和气态分解产物(例如，氨)以比其露点至少高约50°F的温度离开RHE，然后与其余的烟道气混合，并被送到用于还原烟道气中的NOx的选择性催化还原单元(SCR)。
本工艺的另一个优点是可以对负荷的变化作出瞬时响应，并且根据需要产生氨，而无需高压容器或管线。
在一个方面，本发明涉及一种工艺，该工艺包括再生式热交换器(RHE)，用于在来自燃烧器(combustor)的烟道气侧流中由NOx还原剂产生反应气体。在一种优选实施方式中，反应气体包括氨。在某些实施方式中，NOx还原剂包括尿素，例如，NOx还原剂可以是尿素水溶液。
一般来说，NOx还原剂在加热时能够产生反应气体。在某些实施方式中，加热NOx还原剂产生含有氨以及HNCO的反应气体，其中HNCO与水反应形成氨和二氧化碳，不会造成NOx还原剂的预水解，从而降低伴随而来的喷嘴和其它设备堵塞的风险。
尿素可被气化以形成氨和HNCO(可进一步与水反应形成氨和二氧化碳)。可被气化形成氨和HNCO并可用于本发明的各种实施方式的其它NOx还原剂包括：三聚氰胺一酰胺；三聚氰胺二酰胺；碳酸铵；碳酸氢铵；氨基甲酸铵；氰酸铵；无机酸(包括硫酸和磷酸)的铵盐；有机酸(包括甲酸和乙酸)的铵盐；双缩脲；三缩脲；氰尿酸；异氰尿酸；尿素甲醛；蜜胺；三氰基脲；以及上述两种或更多种的混合物。可用于本发明的不形成HNCO但分解成含烃气体混合物的其它NOx还原剂包括胺及其盐(例如碳酸盐)，例如胍、胍碳酸盐、碳酸甲基胺、碳酸乙基胺、碳酸二甲基胺、六甲基胺、碳酸六甲基胺和/或化学工艺得到的含尿素的副产物流。在释放的烃组分不干扰NOx还原反应的前提下，可以使用具有较高级烷基的胺。
可用于各种实施方式的尿素或其它NOx还原剂包括商业产品及其等同物。通常，尿素的商业产品包含约95wt％或更多的尿素。在某些实施方式中，这种较纯的尿素是优选的。
在某些实施方式中，相对于合并的物流中的NOx浓度以一定的速率引入NOx还原剂。如果NOx还原剂是尿素水溶液或包含尿素水溶液，则尿素溶液的引入速率依赖于各种因素可提供约0.1-2的NSR，更典型为约0.5-1.1。术语“NSR”是指尿素或其它NOx还原剂中的氮与待处理烟道气中的NOx的氮的相对当量。
在优选的实施方式中，反应气体一旦形成，即与烟道气一起从再生式热交换器(RHE)被送至选择性催化还原单元(SCR)。在输送至SCR之前、之后和/或期间，烟道气和反应气体可以与侧流从其分出的其余烟道气混合。混合可以通过注射格栅、带或不带静态气体混合器的多个喷嘴或任何其它合适的方法实现，从而在SCR上游得到期望的分布特性。
在某些实施方式中，RHE单元是双室RHE。其它实施方式使用三室、四室或更多室的RHE。优选的是，RHE具有至少两个室，以使气体流反转，从而改善热效率。例如，在使用双室RHE的实施方式中，气体流周期性地反转，以使热反应产物加热下一周期时烟道气将通过其进入RHE的室，从而保存热量。在某些实施方式中，RHE室再生式热氧化器(RTO)。
在另一方面，本发明涉及一种用于在来自燃烧器的烟道气侧流中由NOx还原剂生成反应气体的装置，该装置包括：具有至少两个室的再生式热交换器单元(RHE)；供烟道气侧流进入和离开RHE的管道系统；能够将RHE的一部分保持在足以由NOx还原剂生成反应气体的温度的热源；和可使通过RHE的流周期性地反转的阀系统。上文中关于实施方式的特征的描述同样适用于本发明的这一方面。
在某些实施方式中，NOx还原剂和/或反应气体如上所述。在一种实施方式中，反应气体包括氨，NOx还原剂包括尿素。
在某些实施方式中，该装置包括鼓风机，用于保持烟道气的净余流(net flow)通过RHE并进入选择性催化还原单元(SCR)。
在另一个方面，本发明涉及一种用于在来自燃烧器的烟道气侧流中由NOx还原剂生成反应气体的方法，该方法包括如下步骤：将烟道气引入多室RHE；将NOx还原剂引入RHE的滞留室部分，其中滞留室保持在足以产生反应气体的温度；将包含反应气体的烟道气从RHE导入SCR；和周期性地反转通过RHE的烟道气的流动方向，同时保持烟道气的净余流进入SCR。上文中关于实施方式的特征的描述同样适用于本发明的这一方面。
在与上文类似的其它方面，本发明涉及一种用于在气流中由NOx还原剂生成反应气体的再生式热交换器，其中所述气流不一定是燃烧器的烟道气侧流，可以是任何气流，例如燃烧器的任何排气流。上文中关于实施方式的特征的描述同样适用于本发明的这一方面。
附图说明
参照附图和权利要求，可以更好地理解本发明的目的和特征。附图并非依据实际尺寸，其主要目的是说明本发明的原理。
图1示出了根据本发明的一种示例性实施方式的用于在烟道气侧流中将尿素转化成氨的双室再生式热交换器(RHE)。
具体实施方式
本文所称“燃烧器”被理解为包括燃烧一种或更多种含碳燃料以提供热量(例如用于直接或间接转化成机械能或电能)的任何单元、系统或装置。含碳燃料包括通常用作燃料的烃，以及诸如城市固体废料、工业工艺废料等的可燃废料。喷燃器或热炉以及奥托(Otto)、狄塞尔(Diesel)和涡轮类型的内燃机也包括在术语“燃烧器”中，并适用于本发明。最适用于本发明的是大尺寸的燃烧器，但也可采用所有类型的固定式和移动式燃烧器。
本文所称“烟道气”被理解为是指任何从燃烧器(或燃烧器的部分)排放或由其操作产生的气体。一般而言，大尺寸燃烧器燃烧燃料，产生的烟道气中包含氮氧化物(NOx)，这些氮氧化物必须被至少部分地去除。
本文所称“侧流”是指相对于待处理烟道气的总体积(或总体积流率)来说体积(或体积流率)较小的流。在某些实施方式中，侧流是从燃烧气体总流中分离出来的一部分。或者，侧流是通过从燃烧器的外部源引出气流所形成的。在某些实施方式中，侧流的体积(或体积流率)为总烟道气体积(或体积流率)的约3％。在其它实施方式中，侧流约为总烟道气体积(或体积流率)的约1％、约2％、约4％、约6％、约8％或约10％，但也可以比这些值更高或更低。在某些实施方式中，侧流小于总烟道气体积(或体积流率)的约10％、约8％、约6％、约4％、约2％或约1％。
在本文中，当试剂、反应物和产物被描述为含有、包括或包含一种或更多种具体组分时，或当工艺和方法被描述为具有、包括或包含一个或更多个具体步骤时，还可以预期本发明的试剂、反应物和产物可以由或基本由所述一种或更多种组分组成，本发明的工艺和方法可以由或基本由所述一个或更多个工艺步骤构成。
应当理解，在保证本发明可操作的前提下，步骤的顺序或执行某些动作的次序并不关键。此外，两个或更多个步骤或动作可同时进行。
本领域技术人员可以对本文公开的系统、工艺、单元和/或方法进行放大和/或缩小。本文描述的工艺通常为连续或半连续工艺，但也可改进以适用于间歇操作。
可以预期，US 2006/0115402的公开内容可用于实现和/或改进本发明的实施方式。例如，可以预期，US 2006/0115402中描述的方法、装置、单元、材料、设备、系统和/或工艺可用于本发明的各种实施方式。
图1的示意图100示出了用于将尿素水溶液104(NOx还原剂)转化为含氨的反应气体的双室再生式热交换器(RHE)102。尿素的转化在一定体积的烟道气的存在下发生，该一定体积的烟道气是从来自燃烧器的体积通常大得多的烟道气分流到双室RHE 102中的。例如，侧流烟道气的体积流率可为总烟道气体积流率的约3％。
两个室108、110之间为通过操作喷燃器114保持高温(例如，1175-1225°F)的滞留室112。滞留室的温度足以将被注入的尿素水溶液(如图所示，在116和118注入滞留室)转化成气态氨和二氧化碳，滞留室112的尺寸可为尿素的基本完全转化提供足够的停留时间(例如，约6-8秒，依赖于烟道气流率和其它因素)。RHE 102在大约常压下操作，不需要高压阀或其它高压设备)。
可以根据工艺所需的氨量来设计RHE 102的尺寸。例如，RHE 102的尺寸可以被设计成提供约50-5000lb/hr的氨产量，但比该范围更低或更高的量也是可行的。
通常，烟道气到每个室的管线通过共同的连接管道119连接。通过同时开启一个室的进口阀120和另一个室的出口阀122，第一周期开始并持续一段时间，例如约1-2分钟。然后，开启另一组进口阀和出口阀(124、126)，并迅速将第一组阀(120、122)关闭。结果，通过RHE的流动方向反转，而净余流仍然从烟道气管道119经RHE和鼓风机128进入注射格栅和其它注射装置。
RHH出口气体可以与燃烧器的其余烟道气混合，并引入氨注射格栅或静态气体混合器注射系统(Babcock Power公司制造)的上游。作为下游SCR工艺的替代方式，可以使用SNCR或SCR/SNCR组合工艺来还原烟道气中的NOx。US 2006/0115402中描述了可用于或可改进用于本发明的各种实施方式的SCR工艺的示例。
尿素水溶液104经泵130被输送到注射系统。位于116和118的尿素注射喷嘴优选将微细液滴引入滞留室112。例如，可以使用气助式雾化器和机械雾化器。可以设计尿素注射系统的各种配置方式来优化尿素到反应气体的转化。例如，可以根据通过RHE的气体的流动方向的变化来调整尿素溶液的注射位置和时间。
NOx的选择性催化还原
本文描述的示例性实施方式提供了基于尿素的SCR工艺，该工艺可以有利地利用烟道气的焓来将尿素转化为氨，其中烟道气可以根据需要补充。这利用了尿素试剂的易操作特性，并且通过使用侧流气体物质实现了完全气化和良好混合，以提供高水平的NOx还原所需的充分混合。在具体实施方式中，气化所需的热量来自燃烧气体的焓。
本工艺可利用尿素来实现，但也可使用能够在加热时产生含氨反应气体的其它NOx还原剂。当这些试剂中的一些被气化时，反应气体还包含会与水反应生成氨和二氧化碳的HNCO。本发明的一个优点是，可以在NOx还原剂不用预水解的情况下简单地实现上述目的，而预水解会导致喷嘴和其它设备堵塞。术语“气化”是指基本上全部尿素均转化成气体，而不留下显著量的溶解尿素或游离的固体或液体尿素接触并污染SCR催化剂。
术语“尿素”是指包括就在加热时形成氨和HNCO而言与尿素等价的试剂，而不管它们被引入燃烧气体时是否在形式上包含大量的纯化学的尿素，但是这些等价于尿素的试剂的商业产品形式通常包含可测的量的尿素，因此这些试剂包含尿素。可被气化NOx还原剂包括下列中的一种和更多种：三聚氰胺一酰胺；三聚氰胺二酰胺；碳酸铵；碳酸氢铵；氨基甲酸铵；氰酸铵；无机酸(包括硫酸和磷酸)的铵盐；有机酸(包括甲酸和乙酸)的铵盐；双缩脲；三缩脲；氰尿酸；异氰尿酸；尿素甲醛；蜜胺；三氰基脲；以及上述的任意混合物。可以使用其它的不形成HNCO但分解成含烃气体混合物的NOx还原剂。这包括各种胺及其盐(例如碳酸盐)，例如胍、胍碳酸盐、碳酸甲基胺、碳酸乙基胺、碳酸二甲基胺、六甲基胺、碳酸六甲基胺和/或化学工艺得到的含尿素的副产物流。在释放的烃组分不干扰NOx还原反应的前提下，可以使用具有较高级烷基的胺。
因此，术语“尿素”意于包括所有商业形式或等价形式的尿素。通常，商业形式的尿素基本上由尿素组成，包含95wt％或更多的尿素。这种相对纯的尿素是优选的，并且在本发明的工艺中具有一些优点。虽然根本不必使用氨，但是本文描述的装置改善了包括氨的SCR试剂的引入，从而更具有实际用途。
在穿过NOx还原催化剂之前，相对于合并的物流中的NOx浓度以一定的速率引入NOx还原剂，该速率依赖于各种因素可提供约0.1-2的NSR，更典型为约0.5-1.1。术语“NSR”是指尿素或其它NOx还原剂中的氮与待处理燃烧气体中的NOx的氮的相对当量。
术语“燃烧器”在广义上是指包括燃烧一种或更多种含碳燃料以提供热量(例如用于直接或间接转化成机械能或电能)在内的任何燃烧器。这些含碳燃料可以包括通常用作燃料的烃，以及诸如城市固体废料、工业工艺废料等的可燃废料。喷燃器或热炉以及奥托(Otto)、狄塞尔(Diesel)和涡轮类型的内燃机也包括在术语“燃烧器”的定义中，并适用于本发明。本发明成功地对使用氨作为还原剂的燃烧器实现了可靠的NOx还原，但由于大尺寸燃烧器可以凸显出优缺点，因此本文作为示例使用大尺寸燃烧器来说明。然而，本发明也可用于所有类型的固定式和移动式燃烧器。但本发明不限于燃烧器烟道气，本发明还适用于利用SCR反应器进行NOx还原的任何热烟道气。
从燃烧器的主要排出流分离出侧流，并在足以将尿素完全分解或气化成活性气体物质的温度下将尿素注入到侧流中。大尺寸燃烧器燃烧燃料，产生的烟道气中包含氮氧化物(NOx)，这些氮氧化物必须被至少部分地去除。在将尿素试剂添加到侧流之后，可选的混合设备将侧流与主燃烧气体流合并。本文所用术语“侧流”是指相对于将由气化尿素和NOx还原催化剂处理的燃烧气体的总体积来说体积较小的流。侧流可以是从燃烧气体总流中分离出来的一部分。在各种实施方式中，分离侧流可以在处理之前或之后进行。此外，侧流可以通过从燃烧器的外部源引出气流所形成。
在形成反应器的阵列中使用催化剂，该催化剂是SCR催化剂，如在使用水解、气化、热解等形式的氨或尿素还原NOx的领域中所知的。合适的SCR催化剂包括能够在氨的存在下降低排出流中的氮氧化物浓度的催化剂。这些催化剂例如包括活性炭、木炭或焦炭、沸石、氧化钒、氧化钨、氧化钛、氧化铁、氧化铜、氧化锰、氧化铬、贵金属(例如铂族金属，如铂、钯、铑和铱)或上述的混合物。还可以使用本领域中常规的并且本领域技术人员熟悉的其它SCR催化剂材料。这些SCR催化剂材料通常固定在诸如金属、陶瓷、沸石之类的载体上或者是均相整体型材料，但也可使用其它公知的载体。
可用的SCR催化剂包括下述代表性工艺中使用的那些。某些用于还原NOx的选择性催化还原工艺是已知的，并且使用了各种催化剂。例如，在欧洲专利申请WO 210392中，Eichholtz和Weiler讨论了在添加氨的条件下使用活性木炭或活性焦炭作为催化剂来选择性去除氮氧化物。Kato等在美国专利No.4138469中、Henke在美国专利No.4393031中公开了在添加氨的条件下使用铂族金属和/或其它金属(例如钛、铜、钼、钒、钨)或其氧化物来还原NOx以实现期望的催化还原。还可以参见EP 487886，该文献公开了一种工作区间为220-280℃的V2O5/WO3/TiO2催化剂。其它基于铂的催化剂甚至可以具有更低的操作温度，例如低至约180℃。
Knight的加拿大专利1100292公开了另一种催化还原工艺，该文献涉及使用沉积在耐火氧化物上的铂族金属、金和/或银催化剂。Mori等在美国专利No.4107272中讨论了在添加氨气的条件下使用钒、铬、锰、铁、铜和镍的氧硫化物、硫酸盐或亚硫酸盐化合物来催化还原NOx。
对于多相催化体系，Ginger在美国专利No.4268488中公开了，在氨的存在下，将包含氮氧化物排出流暴露于包含铜化合物(例如硫酸铜)的第一催化剂和包含金属组合(例如载体上的钒和铁的硫酸盐或钨和铁的硫酸盐)的第二催化剂。
含有反应气体的排出流优选被输送通过SCR催化剂，同时包含气化尿素或其它试剂的燃烧气体的温度为至少约100℃，通常约180-650℃，优选高于至少约250℃。以此方式，排出流中存在的活性物质因试剂溶液的气化而最有效地促进氮氧化物的催化还原并且控制水的冷凝。排出流通常含有过量的氧，例如高达完全氧化含碳燃料所需的氧的约15％。本发明通过使用上述任何的SCR催化剂(通过引用被具体包含于此的公开内容)，减少或消除了对大量氨或铵水溶液的运输、存储和操作的需要。
通过具有合适的阀和控制器的喷嘴116、118(图1)，从储罐104将尿素(在高于140℃的温度下分解)注入烟道气流106。为了实现尿素和与尿素有关的NOx还原剂的气化，通常采用高于约300℃的温度用于气化。
尿素溶液被适宜地保持在适合存储和操作而不会产生沉淀和其它问题的浓度。可以采用约5-70％的浓度，但更适合采用约15-50％的浓度。本发明的一个优点是，尿素溶液中的水的量可以独立改变，或者通过用于适当地控制侧流中的气体温度的蒸汽来改变。
由上述气化试剂生成的气体的温度应被保持在防止其冷凝的水平。通常，温度应被保持在至少约150℃，优选至少200℃。对于气化和输送由上述试剂生成的气体来说，优选的温度范围是约300-650℃。理想地，侧流106在不需要进一步加热的条件下将尿素分解成活性物质。此侧流(例如，烟道气的0.1-25％)通常小于总燃烧气体(烟道气)体积的10％，一般小于3％，例如0.1-2％，提供尿素完全分解所需的焓。
容纳侧流102的容器提供了尿素分解所需的时间和气速。注射之后，通常提供1-10秒的停留时间以使尿素完全分解，并促进HNCO与水蒸汽之间的反应以形成氨。将通过容器的侧流气速保持在1-20英尺每秒，以优化容器尺寸、获得柱塞流、强化尿素液滴分散、蒸发和分解到侧流中并使与容器壁面碰撞的液滴最少。为了得到最佳气速以及使到外部环境的热损失最小，内部通道和多壁面可能是优选的。可以例如通过利用成熟的设计工具(例如计算流体力学模型)对容器进行优化设计。
尿素注射喷嘴116、118引入精细液滴。可以使用气助式雾化器或机械雾化器。液滴尺寸小于500微米，但通常小于100微米、优选小于50微米的液滴适合快速蒸发和分解尿素液滴。而且，考虑到容器尺寸，由例如超声喷嘴产生的小且慢的液滴比大且快的液滴更合适。如果需要，可以引入蒸汽。
传统的具有密集分布的喷嘴的氨注射格栅要求侧流低至总燃烧器烟道气的0.1％。如果需要，可以使用静态混合器。或者，注射格栅可以包括较少的并且稀疏分布的喷嘴或开口，在下游具有静态混合器，从而得到均匀分布。这种替代性设计可降低注射格栅的成本并减少维护次数。与通过氨注射格栅(AIG)注射的传统氨SCR工艺相比，本发明的侧流的量高出一个量级(例如烟道气的1-2％)，因此与烟道气的混合得到促进。因此，本实施方式在注射格栅类型的具体应用上具有灵活性。
本发明的上述以及其它实施方式的一个优点是，由于在气体被引入SCR催化剂之前有较大体积的侧流气体与尿素溶液混合，因此专门的混合过程并非必需。在一个或更多个阶段提供混合气体的装置，这在许多情形下特别是当气体体积波动较大时是有利的。合适的混合装置包括静态混合器、旋风式混合器、鼓风机和其它用于混合气体的工艺设备。
本发明的此实施方式的另一个优点是，在完全的热量交换之前，利用由燃烧气体组成的侧流，将气体的焓通过与尿素水溶液直接热交换而用于气化。在低负荷条件(对NOx还原的要求也低)下，这种方式的直接热交换只是在需要时才使用补充热量，这与在冷物流中利用补充热量来气化尿素相比，效率得到明显提高。而且，有利地，可以通过向侧流中添加补充热量来有效地控制的用于稳定的尿素分解的侧流中的温度以及SCR催化剂的温度，并且将这两个稳定保持在有效的温度范围内。
尽管上文参照具体的优选实施方式对本发明进行了具体描述，但本领域技术人员应当理解，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的前提下，可以对本发明的形式和细节进行各种改变。

Claims (10)

1.一种工艺，包括配置用于在来自燃烧器的烟道气侧流中由NOx还原剂生成反应气体的再生式热交换器单元。
2.如权利要求1的工艺，其中所述反应气体包含氨。
3.如权利要求1的工艺，其中所述NOx还原剂包含尿素。
4.如权利要求1的工艺，其中所述反应气体与来自所述再生式热交换器单元的烟道气一起被输送到选择性催化还原单元中。
5.如权利要求1的工艺，其中所述再生式热交换器单元包括至少两个室。
6.如权利要求5的工艺，其中所述再生式热交换器单元是其中的气体流动方向周期性反转的双室再生式热交换器单元。
7.一种用于在来自燃烧器的烟道气侧流中由NOx还原剂生成反应气体的装置，所述装置包括：
包括至少两个室的再生式热交换器单元；
供所述烟道气侧流进入和离开所述再生式热交换器单元的管道系统；
能够将所述再生式热交换器单元的一部分保持在足以由所述NOx还原剂生成所述反应气体的温度的热源；和
可使通过所述再生式热交换器单元的流周期性地反转的阀系统。
8.如权利要求7的装置，其中所述反应气体包含氨，所述NOx还原剂包含尿素。
9.如权利要求7的装置，还包括配置用于保持烟道气的净余流通过所述再生式热交换器单元并进入选择性催化还原单元的鼓风机。
10.一种用于在来自燃烧器的烟道气侧流中由NOx还原剂生成反应气体的方法，所述方法包括如下步骤：
a)将所述烟道气引入多室再生式热交换器单元；
b)将所述NOx还原剂引入所述再生式热交换器单元的滞留室，其中所述滞留室保持在足以产生所述反应气体的温度；
c)将包含所述反应气体的烟道气从所述再生式热交换器单元导入选择性催化剂还原单元；和
d)周期性地反转通过所述再生式热交换器单元的烟道气的流动方向，同时保持烟道气的净余流进入所述选择性催化还原单元。
CNA2007800392985A 2006-08-22 2007-08-22 使用再生式热交换器在燃烧烟道气侧流中热分解尿素 Pending CN101583412A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US83936406P 2006-08-22 2006-08-22
US60/839,364 2006-08-22

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN101583412A true CN101583412A (zh) 2009-11-18

Family

ID=38982865

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNA2007800392985A Pending CN101583412A (zh) 2006-08-22 2007-08-22 使用再生式热交换器在燃烧烟道气侧流中热分解尿素

Country Status (5)

Country Link
US (1) US7682586B2 (zh)
EP (1) EP2069049A2 (zh)
CN (1) CN101583412A (zh)
IL (1) IL197162A (zh)
WO (1) WO2008024367A2 (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102068904A (zh) * 2010-12-10 2011-05-25 中电投远达环保工程有限公司 直喷尿素法scr烟气脱硝工艺及装置
CN102553412A (zh) * 2012-02-10 2012-07-11 山东大学 一种利用高反应活性氨基还原剂进行烟气脱硝的方法
CN109289521A (zh) * 2018-10-16 2019-02-01 中国华电科工集团有限公司 一种低能耗补燃加热式脱销系统及补燃加热烟气的方法
CN109289520A (zh) * 2018-10-16 2019-02-01 中国华电科工集团有限公司 一种低能耗的分布式脱销系统及热解尿素溶液的方法
CN109453665A (zh) * 2018-10-16 2019-03-12 中国华电科工集团有限公司 一种应用于脱硝系统的尿素溶液热解装置及方法
CN112516791A (zh) * 2019-09-17 2021-03-19 大荣C&E(株) 选择性催化还原反应的还原剂喷洒系统及方法

Families Citing this family (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7758831B2 (en) * 2004-09-30 2010-07-20 Babcock Power Environmental Inc. Systems and methods for removing materials from flue gas via regenerative selective catalytic reduction
US7294321B2 (en) * 2004-09-30 2007-11-13 Babcock Power Enviormental Inc. Systems and methods for removing materials from flue gas via regenerative selective catalytic reduction
US8124017B2 (en) * 2004-09-30 2012-02-28 Babcock Power Environmental Inc. Systems and methods for high efficiency regenerative selective catalytic reduction
EP2069049A2 (en) 2006-08-22 2009-06-17 Babcock Power Inc. Thermal decomposition of urea in a side stream of combustion flue gas using a regenerative heat exchanger
CN101568372B (zh) * 2006-12-23 2012-02-29 澳泽化学特罗斯特贝格有限公司 甲酸胍水溶液用于选择性催化还原车辆废气中的氮氧化物的用途
US20080267837A1 (en) * 2007-04-27 2008-10-30 Phelps Calvin E Conversion of urea to reactants for NOx reduction
US8141505B2 (en) * 2008-02-15 2012-03-27 Card-Monroe Corp. Yarn color placement system
US8359989B2 (en) * 2008-02-15 2013-01-29 Card-Monroe Corp. Stitch distribution control system for tufting machines
AT507773B1 (de) * 2009-07-15 2010-08-15 Scheuch Gmbh Verfahren und vorrichtung zur entstickung von rauchgasen
US8153090B2 (en) * 2009-10-06 2012-04-10 OnQuest, Inc. Cold selective catalytic reduction
DE102009055942C5 (de) * 2009-11-26 2015-12-17 Chemisch-Thermische Prozesstechnik Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Reinigung von Abgasen
DE102010048040B4 (de) * 2010-10-12 2017-02-23 Ctp Chemisch Thermische Prozesstechnik Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Reinigung lachgashaltiger Abgase
US9371240B2 (en) 2011-07-01 2016-06-21 Alzchem Ag Ammonia gas generator for producing ammonia in order to reduce nitrogen oxides in exhaust gases
DE102011106233A1 (de) * 2011-07-01 2013-01-03 Alzchem Ag Verfahren zur Erzeugung von Ammoniak aus einer Ammoniakvorläufersubstanz zur Reduzierung von Stickoxiden in Abgasen
US9388978B1 (en) 2012-12-21 2016-07-12 Mitsubishi Hitachi Power Systems Americas, Inc. Methods and systems for controlling gas temperatures
US9267683B2 (en) 2013-03-15 2016-02-23 Honeywell International, Inc. Coke treatment process and system to minimize NOX emissions and minimize catalyst volume
US9528414B2 (en) 2013-10-14 2016-12-27 Cummins Emission Solutions, Inc. Diesel exhaust fluid deposit mitigation
CN103663494A (zh) * 2013-12-10 2014-03-26 神华集团有限责任公司 尿素热解装置、用于烟气脱硝的预处理装置以及脱硝系统
US9192892B2 (en) 2014-01-16 2015-11-24 Cummins Emission Solutions, Inc. Selective dosing module control system
GB2528764B (en) 2014-06-13 2020-07-29 Cummins Emission Solutions Inc In-line decomposition reactor pipe with exhaust assist
US9470132B2 (en) 2014-12-05 2016-10-18 Cummins Emission Solutions, Inc. Compact radial exterior exhaust assisted decomposition reactor pipe
JP7253873B2 (ja) * 2015-03-26 2023-04-07 コーニング インコーポレイテッド 選択的非触媒ＮＯｘ還元のための方法およびシステム
DE102015108014B3 (de) * 2015-05-20 2016-11-24 Chemisch Thermische Prozesstechnik Gmbh Verfahren und Anlage zur Reinigung von mit Stickoxiden beladenen Abgasen
JP6616737B2 (ja) * 2016-05-31 2019-12-04 日立造船株式会社 排ガス脱硝装置、焼却炉および排ガス脱硝方法
CN108731011A (zh) * 2017-04-14 2018-11-02 昆山市三维换热器有限公司 烟气脱硝系统
CN109876626A (zh) * 2019-02-28 2019-06-14 华电电力科学研究院有限公司 一种三段式尿素热解制氨脱硝系统及其工作方法
CN111318148A (zh) * 2020-04-23 2020-06-23 山东科源化工有限公司 一种二甲胺或三甲胺尾气用于蓄热式高温氧化炉除硝装置及方法

Family Cites Families (32)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4107272A (en) * 1973-05-21 1978-08-15 Hitachi, Ltd. Process for removing nitrogen oxides using ammonia as a reductant and sulfated metallic catalysts
GB1581628A (en) 1976-03-18 1980-12-17 Johnson Matthey Co Ltd Catalytic purification of automobile exhaust gases
JPS5915022B2 (ja) * 1976-03-26 1984-04-07 株式会社日立製作所 排ガス中の窒素酸化物除去用触媒
US4393031A (en) * 1979-02-22 1983-07-12 Werner Henke Process for efficiently removing oxides of nitrogen from exhaust gas
US4268488A (en) * 1979-05-10 1981-05-19 Uop Inc. Process for the catalytic reduction of nitrogen oxides in gaseous mixtures
DE3406657A1 (de) * 1984-02-24 1985-08-29 Kraftanlagen Ag, 6900 Heidelberg Verfahren und vorrichtung zur katalytischen reinigung der abgase von feuerungsanlagen
DE3513810A1 (de) 1985-04-17 1986-10-30 Linde Ag, 6200 Wiesbaden Verfahren zur no(pfeil abwaerts)x(pfeil abwaerts)-entfernung aus einem abgasstrom
DE3523326A1 (de) 1985-06-29 1987-01-08 Steag Ag Verfahren zur abscheidung von no(pfeil abwaerts)x(pfeil abwaerts) aus gasen, insbesondere rauchgasen
DE3800730A1 (de) 1987-02-11 1988-08-25 Babcock Anlagen Ag Verfahren zum einmischen von ammoniak in einen rauchgasstrom
DE4038054A1 (de) 1990-11-29 1992-06-04 Man Technologie Gmbh Verfahren und vorrichtung zur selektiven katalytischen no(pfeil abwaerts)x(pfeil abwaerts)-reduktion in sauerstoffhaltigen abgasen
US5421194A (en) * 1991-03-01 1995-06-06 Axiom Analytical, Inc. Liquid quality analysis system combining sparging and an infrared gas cell
US5281403B1 (en) * 1991-09-27 1996-06-11 Noell Inc Method for converting urea to ammonia
DE4313861A1 (de) 1993-04-28 1994-11-03 Rothemuehle Brandt Kritzler Anlage zur Stickoxidminderung bei Feuerungsabgasen
US5547650A (en) * 1994-03-24 1996-08-20 The Regents Of The University Of California Process for removal of oxides of nitrogen
US5589142A (en) * 1994-07-27 1996-12-31 Salem Englehard Integrated regenerative catalytic oxidation/selective catalytic reduction abatement system
US6077491A (en) 1997-03-21 2000-06-20 Ec&C Technologies Methods for the production of ammonia from urea and/or biuret, and uses for NOx and/or particulate matter removal
DE19720205B4 (de) * 1997-05-14 2006-05-18 Johannes Schedler Anlage zur Reinigung von mit Stickoxiden beladenen Abgasen
JPH11171535A (ja) * 1997-12-05 1999-06-29 Mitsubishi Heavy Ind Ltd アンモニア発生方法及び排ガス処理方法
ITMI981155A1 (it) * 1998-05-25 1999-11-25 Siirtec Nigi S P A Processo per la produzione di ammoniaca mediante idrolisi dell'urea
US6093380A (en) * 1998-10-16 2000-07-25 Siirtec Nigi, S.P.A. Method and apparatus for pollution control in exhaust gas streams from fossil fuel burning facilities
US6403046B1 (en) * 1999-07-26 2002-06-11 Hera, Llc Pollution control systems using urea and ammonia for the control of emissions from the flue gas of fossil fuel burning facilities
US6436359B1 (en) * 2000-10-25 2002-08-20 Ec&C Technologies, Inc. Method for controlling the production of ammonia from urea for NOx scrubbing
US7829033B2 (en) * 2003-07-03 2010-11-09 Fuel Tech, Inc. Selective catalytic reduction of NOx enabled by sidestream urea decomposition
ES2278806T3 (es) * 2000-12-01 2007-08-16 Fuel Tech, Inc. Reduccion catalitica selectiva de nox, llevada a cabo por una corriente lateral de descomposicion de urea.
US6761868B2 (en) * 2001-05-16 2004-07-13 The Chemithon Corporation Process for quantitatively converting urea to ammonia on demand
US20030211024A1 (en) * 2002-05-10 2003-11-13 Wojichowski David Lee Methods of converting urea to ammonia for SCR, SNCR and flue gas conditioning
US6887449B2 (en) * 2002-11-21 2005-05-03 The Chemithon Corporation Method of quantitatively producing ammonia from urea
US7273595B2 (en) * 2004-12-30 2007-09-25 Spokoyny Felix E Method and apparatus for the production of gaseous ammonia from a urea solution
US7638058B2 (en) * 2005-04-07 2009-12-29 Matheson Tri-Gas Fluid storage and purification method and system
US8192695B2 (en) * 2005-05-04 2012-06-05 Fina Technology, Inc. Reactor apparatus having reduced back mixing
EP2069049A2 (en) 2006-08-22 2009-06-17 Babcock Power Inc. Thermal decomposition of urea in a side stream of combustion flue gas using a regenerative heat exchanger
US20080267837A1 (en) * 2007-04-27 2008-10-30 Phelps Calvin E Conversion of urea to reactants for NOx reduction

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102068904A (zh) * 2010-12-10 2011-05-25 中电投远达环保工程有限公司 直喷尿素法scr烟气脱硝工艺及装置
CN102068904B (zh) * 2010-12-10 2013-10-02 中电投远达环保工程有限公司 直喷尿素法scr烟气脱硝工艺及装置
CN102553412A (zh) * 2012-02-10 2012-07-11 山东大学 一种利用高反应活性氨基还原剂进行烟气脱硝的方法
CN109289521A (zh) * 2018-10-16 2019-02-01 中国华电科工集团有限公司 一种低能耗补燃加热式脱销系统及补燃加热烟气的方法
CN109289520A (zh) * 2018-10-16 2019-02-01 中国华电科工集团有限公司 一种低能耗的分布式脱销系统及热解尿素溶液的方法
CN109453665A (zh) * 2018-10-16 2019-03-12 中国华电科工集团有限公司 一种应用于脱硝系统的尿素溶液热解装置及方法
CN112516791A (zh) * 2019-09-17 2021-03-19 大荣C&E(株) 选择性催化还原反应的还原剂喷洒系统及方法

Also Published As

Publication number Publication date
WO2008024367A2 (en) 2008-02-28
WO2008024367A3 (en) 2008-04-10
IL197162A0 (en) 2009-12-24
IL197162A (en) 2012-10-31
EP2069049A2 (en) 2009-06-17
US7682586B2 (en) 2010-03-23
US20080050297A1 (en) 2008-02-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101583412A (zh) 使用再生式热交换器在燃烧烟道气侧流中热分解尿素
CA2397923C (en) Selective catalytic reduction of no, enabled by side stream urea decomposition
US7615200B2 (en) Selective catalytic reduction of NOx enabled by urea decomposition in heat-exchanger bypass
US7829033B2 (en) Selective catalytic reduction of NOx enabled by sidestream urea decomposition
US20010016183A1 (en) Process for converting urea into ammonia
US20050002841A1 (en) Co-axial ROFA injection system
KR20100097140A (ko) 선택적 촉매 ＮＯｘ 환원 공정 및 제어 시스템
GB2446045A (en) Reducing NOx emissions in industrial combustion systems
KR102704958B1 (ko) 대용량 요소수의 미립화를 위한 이류체 분무노즐
AU2012378238B2 (en) Ammonia gas generation from urea for low temperature process requirements
US20040185399A1 (en) Urea-based mixing process for increasing combustion efficiency and reduction of nitrogen oxides (NOx)
KR100876161B1 (ko) 질소산화물의 저감시스템
KR100739124B1 (ko) 선택적 촉매 환원법을 이용하는 질소산화물의 저감시스템
EP0643668A1 (en) PROCESS AND APPARATUS FOR REMOVING NO x? FROM EXHAUST GASES USING CYANURIC ACID--------------------------------------------------
JP3259159B2 (ja) 酸化態窒素を含有する廃水の処理方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
ASS Succession or assignment of patent right

Owner name: BABCOCK ENERGY ENVIRONMENT CO.,LTD.

Free format text: FORMER OWNER: BABCOCK ENERGY CO.,LTD.

Effective date: 20091120

C41 Transfer of patent application or patent right or utility model
TA01 Transfer of patent application right

Effective date of registration: 20091120

Address after: Massachusetts, USA

Applicant after: Babcock Power Inc.

Address before: Massachusetts, USA

Applicant before: Babcock Power Inc.

C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C12 Rejection of a patent application after its publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20091118