Спосіб обробки відхідного газу з домішками оксидів азоту і сірки та пристрій для його здійснення

41249 Данное изобретение относится к способу обработки отходящего газа и, в частности, к способу и устройству для десульфуризации и/или денитрации отходящего газа многокаскадным облучением электронным пучком. Был разработан способ обработки отходящего газа, который содержит введение отходящего газа, содержащего окиси серы и/или окиси азота, в камеру облучения электронным пучком и облучение отходящего газа электронным пучком, добавление аммиака к отходящему газу до и/или после облучения электронным пучком, удаление результирующего побочного продукта посредством пылесборника, и выпуск отходящего газа в атмосферу. Кроме того, исследовались усовершенствования вышеописанного процесса. Что касается способа обработки отходящего газа, использующего многокаскадное облучение электронным пучком, в материале, озаглавленном "Способ и устройство для десульфуризации и денитрации отходящего газа посредством многокаскадного облучения электронным пучком" (патентная публикация Японии № 40052/1984) предложен способ, использующий множество устройств облучения. Этот документ не дает теоретического описания, почему многокаскадное облучение обеспечивает повышенные степени десульфуризации и денитрации. То есть документ не упоминает о расстоянии между двумя соседними генераторами электронного луча на участке обработки. Аналогично, не делается упоминания о влиянии необлучаемой зоны (зон) в патентной публикации Японии № 501142/1988 "Процесс селективного или одновременного отделения вредных веществ из отходящего газа посредством облучения электронным пучком". В патенте США № 4435260, С01В17/60,1984 описан способ и устройство обработки отходящего газа с примесями оксидов азота и серы многокаскадным облучением пучком электронов. В соответствии с указанным патентом способ обработки отходящего газа с примесями оксидов азота и серы многокаскадным облучением пучком электронов включает добавление аммиака в отходящий газ до или после облучения, последовательное пропускание отходящего газа через несколько зон облучения и необлучаемые зоны, рас- положенные между соседними зонами облучения, удаление образовавшихся твердых продуктов вза- имодействия оксидов азота и серы с аммиаком в пылесборнике, и выпуск отходящего газа в атмосферу. В том же патенте описано и устройство для обработки отходящего газа с примесями оксидов азота и серы многокаскадным облучением пучком электронов, содержащее камеру облучения пучком электронов, имеющую множество генераторов пучка электронов. Однако в известном, по патенту, решении не было известно того, что касается процесса, как точно должны быть установлены многочисленные генераторы электронного пучка. Например, считалось, что время пребывания в необлучаемой зоне (зонах) составляет от нескольких секунд до нескольких десятков секунд. Поэтому предполагалось, что бетонное сооружение, которое экранирует камеру облучения и генераторы электронного пучка, должно быть очень большим. Задача настоящего изобретения - определить условия для установки множества генераторов электронного пучка и тем самым обеспечить многокаскадное устройство облучения пучка электронов, способное эффективно выполнять облучение пучка электронов и экономично обрабатывать отходящий газ, а также способ обработки отходящего газа, использующий указанное устройство. Для того чтобы достичь вышеуказанного эффекта, настоящее изобретение предусматривает способ обработки отходящего газа с примесями оксидов азота и серы многокаскадным облучением пучком электронов, включающий добавление аммиака в отходящий газ до или после облучения. последовательное пропускание отходящего газа через несколько зон облучения и необлучаемые зоны, расположенные между соседними зонами облучения, удаление образовавшихся твердых продуктов взаимодействия оксидов азота и серы с аммиаком в пылесборнике и выпуск отходящего газа в атмосферу, в котором, в соответствии с изобретением, процесс ведут при ускоряющем напряжении пучка электронов в интервале 300-3000 кВ скорости потока отходящего газа не более 30 м/сек, температуре отходящего газа не ниже точки росы и не выше 100°С и времени пребывания отходящего газа в необлучаемой зоне между двумя соседними зонами облучения в интервале 0,01-0,5 сек. Также решению поставленной задачи способствует устройство, предназначенное для осуществления способа для обработки отходящего газа с примесями оксидов азота и серы многокаскадным облучением пучком электронов, содержащее камеру облученияпучком электронов, имеющую множество генераторов пучка электронов, и, в соответствии с изобретением, межцентровое расстояние двух соседних генераторов пучка электронов не менее значения X, вычисленного по следующей формуле: X = 2d + tV , где X - межцентровое расстояние (м) между двумя соседними генераторами электронного луча, 2d расстояние (м), на которое распространяется поглощаемая доза в отходящем газе (направление этого расстояния пересекает направление потока отходящего газа и направление, противоположное этому; это расстояние относится к расстоянию вплоть до точки, где, по существу, реакция пучка электронов не имеет места, и изменяется в зависимости от ускоряющего напряжения генераторов пучка электронов, температуры и состава отходящего газа); V - скорость потока отходящего газа (м/сек) и t - время пребывания отходящего газа в необлучаемой зоне (сек) (это время составляет около 0,01-0,5 сек). В вышеуказанной формуле t составляет 0,1-05 сек и относится ко времени пребывания в том месте (необлучаемой зоне), где реакция пучка электронов, по существу, не имеет места. Это зна- чение основано на результатах испытания двухкаскадного облучения, показанного в примерах. В формуле расстояние (d), на которое распространяется поглощенная доза, изменяется в зависимости от ускоряющего напряжения ускорителя электронного луча, температуры и состава отходящего газа. В 41249 таблице 1 изображены справочные данные напряжения, d и X. Это - данные для случая, когда температура отходящего газа составляла 80°С, а скорость отходящего газа (V) была 10 м/сек. Таблица 1 Напряжение (KB) 300 500 800 1000 1500 2000 3000 d (м) 0,4 0,5 1,0 1,2 1,4 1,5 1,7 X (м) 0,9 1,1 2,1 2,5 3,0 3,1 3,5 Фиг. 1 изображает схематический вид устройства многокаскадного облучения пучком электронов (облучения с одной стороны) по настоящему изобретению. Фиг. 2 изображает схематический вид устройства многокаскадного облучения пучком электронов (облучения с обеих сторон) по настоящему изобретению. Фиг. 3 представляет диаграмму, изображающую соотношение между временем пребывания отходящего газа в необлучаемой зоне и концентрацией (DNOX) удаляемых окисей азота NOX. Фиг. 4 представляет диаграмму, изображающую соотношение между дозой (Мрад), поглощаемой отходящим газом, и концентрацией (DNOX) удаляемых окисей азота NOX. Фиг. 5 представляет диаграмму, показывающую соотношение между поглощаемой дозой (Мрад) и эффективностью десульфуризации. Фиг. 6 представляет диаграмму, показывающую соотношение между временем отсутствия облучения и межцентровым расстоянием (X) двух соседних генераторов пучка электронов и соотношение между временем отсутствия облучения и общей длиной камеры облучения. Фиг. 7 представляет диаграмму, показывающую соотношения между временем отсутствия облучения и общей стоимостью сооружения камер облучения и экранирующего здания. Наилучший вариант осуществления изобре- тения. Настоящее изобретение подтверждает, что эффективность удаления окиси азота может быть повышена устройством необлучаемой зоны (зон) между резервуарами облучения пучком электронов. Полагают, что реакция денитрации в зоне (зонах) облучения пучком электронов протекает так, как показано ниже формулами (2)-(8), в которых радикалы ОН, О и НO2, генерируемые облучением пучком электронов, как показано в формуле (1), действуют как реактивные вещества. O2, H2O OH'', O'', HO2'' (1) (ОН", О" и НO2" относятся, каждый, к радикалам) NO+OH HNO2+1/2 O2 + HN3 NO+O'' NO2+1/2 H2O+1/4 O2+ NH3 NH4O3 HNO2 NH4NO3 NO2 (2) (3) (4) (5) NO+HO2'' HNO3 NO 2+OH'' (6) HNO3 (7) NH4NO3 (8) HNO3+NH3 Теперь обратим особое внимание на реакции радикала О. Радикал О вырабатывается в зоне (зонах) облучения электронным лучом в соответствии с формулой (1), и этот радикал О также вырабатывает озон в соответствии с формулой (9). Этот озон окисляет NO и преобразует его в NO2 в соответствии с формулой (10), a NO2 фиксируется в виде нитрата аммония в соответствии с формулой (5). O2 + O'' O3 (9) NO+O3 NO2+1/2 H2O+1/4 O2+ NH3 NH4NO3 (5) NO2+O2 (10) 41249 Одновременно с этими реакциями возникают реакции, показанные формулами (11) и (12), в которых радикал О израсходован. Реакции, показанные формулами (11) или (12), являются не намеченными реакциями, а реакциями, которые расходуют радикал О, и, следовательно, не предпочтительны. NO2+O'' O3 + O'' NO+O2 (11) 2 O2 (12) Как упомянуто выше, реакция денитрации основана на радикалах. Реакция денитрации в боль- шой степени разделена на реакции (формула (6), формула (7) ¾¾► формула (8)), в которых NOX окисляется радикалами и преобразуется в NH4NO3, и реакции (формула (4) ——► формула (5)). Было найдено, что имеет также место реакция (формула (9) ——► формула (10)), в которой генерируется NO2. Было найдено также, что одновременно с этими реакциями имеет место реакция, как показана формулой (11), в которой NО2, генерированный по формуле (4) или (10), реагирует с радикалом О и возвращается к NO, и реакция, как показано формулой (12), в которой озон и радикал ОН исчезают. В соответствии с формулой (11) и (12) становится ясно, что протяженный электронный луч не дает повышения концентрации удаляемого NOX, а выражается просто в расходе энергии. Формула (5) и формула (11) описывают конкурирующие реакции. Однако реакция, показанная формулой (11), вызывается радикалом и более быстрая. Поэтому, пока действует облучение (т. е. пока радикал поступает), реакция по формуле (5) едва происходит. Если возможно обеспечить, чтобы происходила реакция по формуле (5), без возникновения реакции по формуле (11) и (12), можно получить максимальный эффект при минимальной затрате энергии облучающего пучка электронов. Устройство для достижения этого должно остановить генерирование радикалов, т. е. прекратить излучение пучка электронов. Путем прекращения облучения реакции по формуле (11) и (12) не происходит, а денитрация идет в соответствии с формулой (5). Если облучение пучком электронов, когда NO2 и О3 в обрабатываемом отходящем газе в соответствии с формулами (5) и (10), по существу, исчезли (в это время несреагированный NO все еще существует), денитрация может эффективно выполняться реакциями, происходящими главным образом, по формулам (1)-(8). Важным фактором является момент, в который в отходящем газе, обрабатываемом по формуле (5), по существу, исчезает газ NО2. Обычно термическая реакция газа с газом, показанная формулой (5), является медленной и считается, что она занимает от нескольких секунд до нескольких десятков секунд. Однако неожиданно авторы настоящего изобретения сделали удивительное открытие, касающееся данного процесса. А именно: было найдено, что, когда в качестве побочного продукта облучения пучком электронов сосуществует нитрат аммония, на поверхностях вышеуказанных продуктов невероятно быстро происходит реакция по формуле (5). Различные тесты показали, что при остановке облучения пучком электронов, по меньшей мере, на 0,01 секунды, реакция происходит в соответствии с формулой (5), извлекая ту выгоду, что эти продукты и NO2, по существу, исчезают из обрабатываемого отходящего газа. Таким образом, основные условия, необходимые для конструирования многокаскадного устройства облучения, которые было невозможно предсказать при обычном способе, стали более ясными. Стало ясно также, что, в противоположность нашему предположению, время пребывания отходящего газа в необлучаемой зоне (зонах) может быть таким коротким, как 0,01-0,5 сек и быть экономичным. Ниже, используя пример 250-киловаттной угольной электростанции (объем газа 900000 Нм3/час), устанавливается время пребывания отходящего газа в необлучаемой зоне (зонах) рабочего блока. Из примера 1 найдено, что нижний предел времени пребывания газа составляет 0,01 сек. Фиг. 6 изображает соотношение между временем отсутствия облучения и межцентровым расстоянием (Х) двух соседних генераторов пучка электронов по 800 KB при скорости 10 м/сек и температуре газа 80°С. Требуемое расстояние (Х) зависит от времени отсутствия облучения. Для времени отсутствия облучения 0,01 сек требуется расстояние 2,1 и для времени 0,5 сек требуется 7 м, а для 0,6 сек требуется 8 м. Чтобы обработать 900000 Нм3/час отходящего газа с концентрацией SO2 1500 частей на тысячу и концентрацией NOX 250 частей на тысячу и достичь эффективности десульфуризации 96% и эффективности денитрации 80%, может потребоваться использовать 8 генераторов пучков электронов, имеющих мощность 800 KBx500 мА (400 КВт). При времени отсутствия облучения только 0,01 сек общая длина камеры облучения, требуемая для установки 8 блоков ускорителей, составляет около 20 м (2,1 м х 7 необлучаемых зон + + 5,3 м). 5,3 м представляет объединенную длину требуемых каналов впуска и выпуска газа. Для времени отсутствия облучения 0,5 сек общая дли- на составляет около 54,3 м (7 м х 7 необлучаемых зон + 5,3 м), что является очень большой длиной (см.: фиг. 6). Как хорошо известно, генерирование электронных лучей сопровождается очень интенсивным рентгеновским излучением, которое, хотя и имеет малую мощность, требует тщательного экранирования генераторов электронного луча и камеры облучения. Как таковая, требуется бетонная оболочка толщиной около 1 м. Следовательно, повышается не только непосредственная стоимость камеры облучения, но также весьма повышается общая стоимость сооружения, включающего экран. Фиг. 7 изображает соотношение между временем отсутствия облучения и общей стоимостью конструкции камеры облучения и экранирующего сооружения. Тогда как время отсутствия облучения 0,01 сек выражается в стоимости 200 миллионов иен, для 0,5 сек стоимость возрастает примерно до 400 миллионов иен, а для еще большего времени пребывания, т.е. для 0,6 сек. стоимость возрастает примерно до 440 миллионов иен. 41249 Как приведено выше, предпочтительно, чтобы время пребывания в необлучаемой зоне (зонах) рабочего участка было ограничено максимум до 0,5сек, при котором стоимость сооружения все еще держится ниже двукратной стоимости для минимума времени отсутствия облучения 0,01 сек. Примеры Теперь изобретение будет раскрыто посредством примеров. Однако настоящее изобретение не ограничено нижеследующими примерами. Фиг. 1 и фиг. 2 изображают, каждая, схематический вид устройства многокаскадного облучения пучком электронов. Фиг. 1 иллюстрирует облучение с одной стороны, а фиг. 2 иллюстрирует облучение с обеих сторон. На фиг. 1 и фиг. 2 позиция 1 относится к генератору пучка электронов, пози- ция 2 относится к камере облучения пучком электронов, позиция 3 относится к зоне облучения, и позиция 4 относится к необлучаемой зоне. На Фиг. 1 и фиг. 2 межцентровое расстояние двух соседних генераторов электронного луча составляет, по меньшей мере, Х (м), определяемое формулой, приведенной выше, за счет чего время пребывания отходящего газа в необлучаемой зоне (зонах) может быть отрегулировано до 0,010,5 сек. Пример 1 К отходящему газу, имеющему скорость потока 15 NL/мин с первоначальной концентрацией NOX 400 частей на тысячу и первоначальной концентрацией SO2 1720 частей на тысячу был добавлен газ аммиак, так что его концентрация в смешанном газе стала 3460 частей на тысячу. Затем смешанный газ был подвергнут проверочному облучению пучком электронов, используя два каскада облучения. Были установлены шесть условий, так что время пребывания в необлучаемой зоне между облучающим резервуаром первого каскада и облучающим резервуаром второго каскада стало 0 сек (проверка однокаскадного облучения); 0,005 сек; 0,05 сек; 0,1 сек или 0,4 сек. Время пребывания в необлучаемой зоне устанавливалось путем изменения внутреннего диаметра или длины трубопровода между облучающими резервуарами первого каскада и второго каскада. Результаты представлены в таблице 2, в которой время пребывания представляет время пребывания в необлучаемой зоне, a DNOX представляет концентрацию удаляемого газа NOX. Соотношение между временем пребывания DNOX показано на диаграмме фиг. 3, где ось абсцисс представляет время пребывания, а ось ординат пред- ставляет DNOX. В соответствии с результатами DNOX (концентрация удаляемого NOX) для всех времен пребывания при двухкаскадной проверке (за исключением 0,005 сек) была, по существу, одной и той же и больше, чем концентрация для нулевого времени пребывания (при проверке однокаскадного облучения). Кроме того, температура реакции поддерживалась около 80°С. На диаграмме фиг. 4 показано соотношение между дозой, поглощенной отходящим газом, и концентрацией DNOX удаляемого газа NOX. Из диаграммы можно видеть, что для того, чтобы удалить 300 частей DNOX на тысячу (эффективность денитрации 75%) при однокаскадном облучении, требовалась доза 2,1 Мрад, тогда как при двухкаскадном облучении требовалось 1,3 Мрад. Соответственно, доза при двухкаскадном облучении была уменьшена до 0,8 Мрад (38%). Результаты десульфуризации показаны на диаграмме по фиг. 5. Из диаграммы можно увидеть, что и однокаскадное и двухкаскадное облучение, оба одинаково приемлемы. Таблица 2 Условие облучения Время пребывания Однокаскадное облучение Двухкаскадное облучение 0 сек 0,005 сек 0,01 сек 0,05 сек 0,1 сек Доза (Мрад) DNOX ppm DNOX ppm DNOX ppm DNOX ppm DNOX ppm 0,00 0,33 0,65 1,20 1,80 2,40 0 143 213 258 278 293 0 151 222 274 299 317 0 160 230 290 320 340 0 166 236 291 321 345 0 162 227 282 322 0,4 сек DNOX частей на тыс. ppm 0 171 232 286 331 Пример 2 К отходящему газу, имеющему скорость потока 1200 Nм3/час, первоначальную концентрацию NOX около 350 частей на тысячу и первоначальную концентрацию SO2 1600 частей на тысячу, был добавлен газ аммиак, так что средняя концентрация аммиака в смешанном газе стала около 3200 частей на тысячу. Затем смешанный газ был подвергнут облучению пучком электронов при температуре реакции около 70°С, используя однокаскадный и двухкаскадный резервуар облучения. Время пребывания отходящего газа в необлучаемой зоне составляло 0,5 сек. 41249 Чтобы достичь денитрации 80% (DNOX 280 частей на тысячу), потребовалась доза облучения 1,5 Мрад при двухкаскадном облучении и доза 2,0 Мрад (на 33% выше предыдущей) при однокаскадном облучении. Десульфуризация при однокаскадном и двухкаскадном облучении и доза 2,0 Мрад (на 33% выше предыдущей) при однокаскадном облучении. Десульфуризация при однокаскадном и двухкаскадном облучении дала одинаковые результаты, и ее эффективность составляла около 34%. Результаты сведены в таблицу 3. Таблица 3 Условие облучения Двухкаскадное Однокаскадное Входная концентрация NOX=350 ppm NOX=350 ppm SO2=1600 ppm Первая доза облучения Первая выходная концентрация 0,75 Мрад DNOX=160 ррm Денитрация 54% SO2=400 ppm Десульфуризация 75% 2,0 Мрад DNOX=70 ppm Денитрация 80% SO2=100 ppm Десульфуризация 94% Вторая доза облучения Вторая выходная концентрация DNOX=70 ppm 0,75 Мрад Общая денитрация 80% (общая доза SO2=100 Ppm 1,5 Мрад) Общая десульфуризация 94% Способ и устройство по настоящему изобретению для выполнения обработки отходящего газа вышеописанным образом достигают эффективного использования энергии облучения, чтобы получить максимальные результаты при минимальном облучении. Следовательно, настоящее изобретение приемлемо для проведения об- работки отходящего газа и быстро и экономично. Фиг. 1 41249 Фиг. 2 41249 Фиг.3 41249 Фиг. 4 41249 Фиг. 5 Фиг. 6 41249 Фиг. 7