51.2.1 Гомогенное восстановление

В качестве газа-восстановителя в этом процессе используется аммиак, который избирательно взаимодействует только о окислами азота и поэтому его количество, необходимое для восстановления NO в дымовых газах, невелико. Процесс восстановления протекает при температурах 900-1000°С, в основном, по реакции:

4NH₃ + 4NO + 0₂  4N2 + 6Н₂О. (32)

При более высоких температурах возрастает окисление аммиака в окислах азота и снижается степень очистки. При снижении темпера­туры скорость реакций падает и недопревращенный аммиак появляет­ся на выходе. Основным разработчиком данного процесса считается американская фирма "Exxon" /50/.

На рисунке 20 приведена зависимость остаточной концентрации no (относительной) от температуры /5I/.

Рис. 20. Зависимость эффективности процесса гомогенного восстановления оксида азота аммиаком от температуры.

Начальная концентрация N0 - 300 ppv

Начальная концентрация NH3 - 300 ppv

Второй сложной проблемой при использовании гомогенного вос­становления окислов азота в дымовых газах является необходимость смешения небольших количеств аммиака с горячими (900-1000°С) ды­мовыми газами, объемы которых достигают нескольких миллионов м³/час. Значительную проблему представляет остаточный аммиак пос­ле котла. При оставлении дымовых газов NH3 взаимодействует при 210-220°С о серным ангидридом, образуя бисульфат аммония NH4HSO4, который осаждается в воздухонагревателе, выводя его из строя. До­пустимым является проскок аммиака в количестве не более 5 ppv. Это удается обеспечить при работе котла на постоянной нагрузке. Колебания нагрузки вызывают колебания концентрации окислов азота в отходящих газах, а запаздывание в регулировке расхода аммиака приведет либо к снижению степени очистки, либо к появлению NH3 на выходе.

Некаталитический процесс селективного восстановления позволяет в ряде случаев снижать выбросы NOx от 600-950 мг/м3 до 300-550 мг/м3. Однако это требует значительных затрат аммиака.

Обычно отношение NH₃/NO поддерживают на уровне 1,5-2,0, что значительно выше, чем для каталитических процессов селективного восстановления /53/.

Уступая каталитическому процессу в эффективности, гомогенное восстановление требует значительно меньших затрат. В США где этот метод получает основное распространение, его применение увеличивает капитальные затраты всего на 16-17 долл/кВт. Это в 4-5 раз меньше, чем при использовании установок СКВ /54/.

Для расчета процессов гомогенной очистки могут использоваться кинетические данные по процессу восстановления NO аммиаком в газовой фазе /52/.

В СССР следует отметить работы в данном направлении, выпол­ненные по очистке дымовых газов сжигания природного и продувочного газа в печах конверсии /55/. Экспериментально показано, что при температуре 950°С может быть достигнута максимальная очистка 90-98%. При объемах отходящих дымовых газов около 300 тыс.м³/ч и коэффициенте избытка аммиака 2,0 степень очистки составила 80-88%. В среднем валовой выброс окислов азота снизился на 80%. Основные технологические условия, позволившие достичь столь высоких степеней очистки, заключаются в равномерном смешении вводимого аммиака (который подавался в смеси с водяным паром) и в выборе времени контакта аммиака о дымовыми газами - до 4 с. Остаточное содержание NO в большинстве случаев после очистки не превышало 100 мг/м³.

Метод гомогенного восстановления испытан в СССР также на мазутных котлах. Максимальная степень очистки составила 73-78%, то есть при входной концентрации (пересчет на NO₂) 0,46-0,61г/м³ выходной - 0,1-0,16 г/м³ /5б/.

Недостаточно высокие степени очистки дымовых газов от N0₂ путем их гомогенного восстановления вызваны, по-видимому, плохим смешением основного потока горячего газа с восстановителем (ам­миаком). Технические трудности перемешивания газа обусловлены высокими температурами и большими объемами газов. Там, где удается решить эту проблему, степень очистки достигает 80-90%, что сопоставимо с эффективностью любых известных методов.