一种优选的工艺布置利用燃料气的焓（需要时可补充）使尿素（３０）转化成氨用于ＳＣＲ。将在高于１４０℃的温度下分解的尿素（３０）注射（３２）至在换热器（２２）如主过热器或节热器之后分出的燃料气流（２８）中。理想地，所述支流在不需进一步加热的情况下使所述尿素气化；而需要加热时，比加热全部废气（２３）或所述尿素（３０）所需热量低得多。此支流（典型地低于所述燃料气的３％）提供使尿素（３０）的完全分解所需温度和时间。可用旋风分离器除去颗粒并使试剂与燃料气充分混合。然后用鼓风机（３６）使此气流通向ＳＣＲ之前的注射格栅（３７）。由于支流的质量比传统氨－ＳＣＲ法中通过ＡＩＧ注射的量高一个数量级，从而有利于与燃料气混合。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种新的NOx的选择催化还原，能通过从主流中分离出的支气流或用于使尿素分解成其活性组分包括氨的热空气的支流而实现。
技术介绍
许多管辖范围内已努力减少氮的氧化物(NOx)的排放。所述技术包括更改燃烧条件和燃料的那些(称为主要措施)和处理燃烧后废气的那些(称为辅助措施)。采用有效的主要措施时，仍可采用辅助措施进一步降低。看来要最好地减少NOx，主要措施和辅助措施都是必要的。已知的辅助措施是选择催化还原(SCR)和选择性非催化还原(SNCR)。这两种方法都已用氨和尿素进行。参见例如US3 900 554，其中Lyon公开了燃烧废气中一氧化氮(NO)的SNCR，通过向燃烧废气中注射氨、特殊的氨前体或其水溶液在1600至2000°F范围内的温度下与一氧化氮混合。Lyon还建议使用还原剂如氢或各种烃，从而可在低至1300°F的废气温度下有效利用氨。但这些温度通常太高而无法有效处理，难以安全地处理氨，而且SNCR不如SCR有效。Arand，Muzio，and Sotter在US 4 208 386中和Arand，Muzio，and Teixeira在US 4 325 924中教导了针对尿素的类似方法。温度也很高，不能使用较低的温度。SCR可在较低温度(一般在100至900°F范围内)下用氨操作。在此方面，参见US 3 032 387和3 599 427。SCR(选择催化还原)在某些范围内用于减少NOx已有多年。但迄今为止，SCR依靠使用氨，它有与储存、操作和运输相关的安全问题。尿素更安全，但对于许多SCR应用尚不可行，因为难以使之由固体或水溶液形式转化成可在催化剂床上反应用于NOx还原的活性气态物质。而且，在试剂的经济性方面，无水氨优于尿素。在“A SelectiveCatalytic Reduction of NOxfrom Diesel Engines Using Injection of Urea”(Ph.D.thesis，1995年9月)中，Hultermans描述了柴油发动机方面的许多技术课题，同时给出了宽阔的技术背景。用于利用尿素使NOx还原的催化剂的使用是有效的，但对可能污损催化剂的颗粒和未分解的尿素敏感。在此方面，必须记住所述SCR处理温度范围下端的温度将不足以使尿素完全气化。此外，SCR要求在与催化剂接触之前非常均匀地混合活性气态物质，而使尿素或其分解产物与大量需要处理的废气均匀混合很难。近来授予Hug等的几篇专利包括US 5 431 893中描述了尿素SCR用于固定和移动源如柴油发动机的有限尝试。为防止催化剂污损，Hug等提出了能用尿素处理所有废气的庞大设备。不管物理形式如何，尿素需要时间在热的废气中分解，在最益于气化的温度下可能导致喷嘴堵塞。突出的问题是必须使尿素溶液保持在低于10O℃的温度下以防止在注射设备中水解。它们提出在供给尿素时用使用适度的尿素压力，发现进料管被堵塞时需要有替换手段向进料管中引入高压空气。Hug等所用喷嘴利用辅助空气辅助分散。而且，它采用稀溶液，需要大量供热使所述水蒸发。还参见WO 97/01387和EP 487 886A1。EP 615 777A1中描述了一种装置，将固体尿素供入含有废气的通道中，据说在催化剂存在下使之水解。该文献中指出为成功地操作，必须使用水解催化剂、用于分散细固体的压缩空气、将尿素研磨成细固体的装置和防止尿素颗粒粘连在一起的涂料。该文献提到如果仅催化器内和喷嘴出口端涂有催化剂，将发生腐蚀和沉积。尽管达到从所述工艺中除去水的目的，但该说明书将固体尿素引入气流中-可能使尿素沉积在SCR催化剂上。US 6 146 605(Spokoyny)中描述了一种SCR/SNCR联合法，在多级法中涉及在SCR步骤之前使尿素水解的独立步骤。US 5 985 224和6 093380(Lagana等)中公开了一种类似的方法，描述了涉及使尿素水解然后使气相与液体水解产物相分离的方法和设备。Copper等在US 6 077 491中也公开了一种尿素水解产生氨的方法。所有这些方法中，在水解期间和之后都需要处理大量含有氨的高温高压气相和液相。此额外处理需要购买和维护附加的设备、发生工艺故障情况下的应急计划和装备，需要有更安全、简单和有效地操作的系统。本领域期待开发可简单、可靠、经济且安全地在SCR法中使用尿素的方法和设备。
技术实现思路
本专利技术提供一种实现用于用尿素作试剂通过SCR使NOx还原的活性气态反应物的均匀混合的实用方法，和确保所述气体处于适合于有效NOx还原的适当温度下的新工艺布置。本专利技术的新设计能使尿素气化并与含NOx的燃烧气充分混合，可有利地利用所述燃料气的焓(需要时可补充)使尿素转化成SCR试剂如氨。将尿素(在高于140℃的温度下分解)注入支流，在其中使之气化并与其它气体混合。一种很有效的布置中，所述支流是在主过热器或节热器之后分出的燃料气流。理想地，所述支流在不需进一步加热的情况下使所述尿素分解；而需要加热时，比加热全部废气所需热量低得多。取决于温度，此支流(典型地低于所述燃料气的3％)为尿素的完全气化和所述含试剂的支流充分混入主流提供所需焓和动量。混合装置如旋风分离器、静态混合器或鼓风机可在再注入主流之前更充分地混合所述试剂和燃料气。旋风分离器的优点在于它还可除去可能存在的颗粒。然后可用高温鼓风机使含有气化尿素的支流射向SCR催化剂之前的注射格栅。涡流混合器或其它类型的静态混合器可安装在注射格栅下游使支流与主流充分混合。由于支流的质量比传统氨-SCR法中通过AIG注射的量高一个数量级，从而有利于与燃料气混合。此新方法和完成此方法的设备在不需试剂载体空气或单独用于加热和使尿素水解的附加热源的情况下利用尿素试剂的易处理特征，用支流气体提供高度的NOx还原所需充分混合。根据本专利技术一实施方案，从来自燃烧室的主废气流中分出支流，在足以使尿素完全分解或以其它方式气化成活性气体物质的温度下将尿素注入所述支流中。根据本专利技术另一实施方案，在最终处理之后从来自燃烧室的主废气流中分出支流，在足以使尿素充分气化成活性气体物质的温度下将尿素注入所述支流中。根据本专利技术再另一实施方案，从燃烧室之外的源引入支流，在足以使尿素充分气化成活性气体物质的温度下将尿素注入所述支流中。根据本专利技术另一实施方案，从来自燃烧室的主废气流中分出支流并向其中注入尿素，然后两物流混合通过旋风分离器实现完全混合和颗粒分离。本专利技术另一实施方案中，从来自燃烧室的主废气流中分出支流，在加热和注入尿素之前通过旋风分离器。本专利技术再另一实施方案中，从来自燃烧室的主废气流中分出支流，将所述支流加热，在通过旋风分离器之前注入尿素。本专利技术的一种备选实施方案利用空气流、通过燃料气-空气换热器预热的空气、或预热的燃烧空气流，将所述气流进一步加热并与尿素混合，然后所得气流通过混合器(需要时)和注射格栅，与来自燃烧室的废气流混合通过SCR反应器。这些实施方案中，都可用水蒸汽确保氨的产量最高和作为补充热源用于气化或保持催化剂的温度。而且，在这些实施方案中含有活性SCR试剂的支流都可通过传统氨-SCR法中适当设计的注氨格栅(AIG)再引入主燃料气流中。此外，在所要求的温度下适用于供应空气或燃烧气的鼓风机可位于尿素注射本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种降低燃烧气流中氮的氧化物的浓度的方法，包括：提供至少１４０℃温度的气体支流；将尿素水溶液在能使所述尿素水溶液气化的条件下加入所述支流中；将含有所述尿素气化所得气体的所述气体支流加入体积比所述支流大的含ＮＯ↓［ｘ］的气体主流中 产生混合气流；和使所述混合气流在能降低所述混合气流中ＮＯ↓［ｘ］浓度的条件下通过ＮＯ↓［ｘ］还原催化剂。
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：威廉H森，小威廉E卡明斯，皮尔斯德哈维兰，保罗G卡米格纳尼，约翰M博伊尔，
申请(专利权)人：燃料技术公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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