Проблема загрязнения атмосферы оксидами азота (NОx) актуальна для всех промышленно развитых стран.
Мировой опыт показывает, что достижение современных нормативов по выбросам NОx возможно только при использовании специальных методов очистки газов.
Известные методы каталитической очистки отличаются высокими капитальными затратами, которые могут составлять десятки миллионов евро для одной тепловой электростанции. Методы некаталитической очистки менее затратны, однако, их эффективность, как правило, значительно ниже.
Технология некаталитической очистки основана на принципе селективного восстановления NОx до азота аминосодержащими восстановителями в газовой фазе при температуре 850 - 1100°С. Наиболее распространенными восстановителями оксидов азота являются аммиак и карбамид.
В Российском государственном университете нефти и газа им. И.М.Губкина выполнены научно-практические работы, направленные на совершенствование и повышение эффективности технологии некаталитической очистки. Осуществлено крупномасштабное внедрение систем некаталитической очистки более чем на 70 промышленных агрегатах с объемом выбрасываемых дымовых газов от 5000 до 400000 м3/ч.
Предотвращенные в результате внедрения суммарные выбросы оксидов азота в атмосферу составляют более 50 тыс. т/г. Степень очистки газов в промышленных условиях достигает 80-90%.
С точки зрения экологической безопасности более предпочтительным восстановителем является карбамид, поэтому исследования в значительной степени были направлены на развитие технологии некаталитической очистки газов с использованием карбамида. В результате разработана и внедрена на трех технологических линиях Московского мусоросжигательного завода № 2 система очистки дымовых газов, обеспечивающая концентрацию NОx в очищенных газах от 50 до 100 мг/м3.
Разработанная технология обеспечивает более высокую степень очистки газов при меньшем удельном расходе восстановителя по сравнению с известными некаталитическими технологиями. Процесс очистки не сопровождается образованием побочного продукта - монооксида углерода (СО) и характеризуется значительно меньшим выбросом не прореагировавшего аммиака.
Процесс очистки газов регулируется с помощью автоматической системы управления, которая позволяет задавать и поддерживать необходимую степень очистки газов от NОx; контролировать все параметры процесса и, при необходимости, изменять их значения; обрабатывать статистические данные процесса очистки и выводить их на дисплей компьютера в графическом или другом виде.
Стоимость системы очистки в 5-10 раз ниже стоимости зарубежных установок аналогичного назначения. Ее внедрение на Московском мусоросжигательном заводе обеспечило экономию около 3 млн. евро.
Разработанная технология применима для тепловых агрегатов различной производительности и назначения, работающих на газообразном, жидком или твердом топливе. Она может обеспечить не только существующие европейские требования по выбросам оксидов азота в атмосферу, но и перспективные, более жесткие нормативы.
Использование гибридной технологии, сочетающей низкотемпературное каталитическое и высокотемпературное некаталитическое восстановление оксидов азота позволяет обеспечить практически полную очистку газов от NОx и существенно снизить проскок не прореагировавшего аммиака. При использовании в качестве восстановителя карбамида значительно расширяется температурный диапазон работы катализаторов. Это стабилизирует эффективность очистки газов при изменении нагрузки тепловых агрегатов.
Существует ряд тепловых агрегатов, в которых зона камеры сгорания, где температура дымовых газов, оптимальная для процесса некаталитической очистки (850-1100°С), недоступна для ввода восстановителя, а температура дымовых газов на выходе из агрегата составляет 300-500°С. Это двигатели внутреннего сгорания, дизельные двигатели, газотурбинные и газомоторные установки, технологические печи. Использование традиционного высокотемпературного некаталитического восстановления оксидов азота в этих случаях невозможно.
Исследования ученых из РГУ им. И.М. Губкина показали, что при использовании в качестве восстановителя оксидов азота карбамида, активированного специальными кислородсодержащими добавками, восстановление NОx происходит при значительно более низких температурах, а именно, в области 300-500°С. При этом в зависимости от условий получения восстановительной смеси степень очистки газов составляет 50-90%.
Таким образом, показана возможность осуществления процесса низкотемпературного некаталитического восстановления оксидов азота, что дает возможность расширить область применения данной технологии.
Автор: О.Н.Кулиша и др. (РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина)
