[go: up one dir, main page]

RU2359170C2 - Method of reducing emission of nitrogen oxides by power plants on natural or associated gas - Google Patents

Method of reducing emission of nitrogen oxides by power plants on natural or associated gas Download PDF

Info

Publication number
RU2359170C2
RU2359170C2 RU2007120167/06A RU2007120167A RU2359170C2 RU 2359170 C2 RU2359170 C2 RU 2359170C2 RU 2007120167/06 A RU2007120167/06 A RU 2007120167/06A RU 2007120167 A RU2007120167 A RU 2007120167A RU 2359170 C2 RU2359170 C2 RU 2359170C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
natural
combustion
gas
associated gas
temperature
Prior art date
Application number
RU2007120167/06A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2007120167A (en
Inventor
Владимир Сергеевич Арутюнов (RU)
Владимир Сергеевич Арутюнов
Original Assignee
Закрытое Акционерное Общество "Центр Экспортных Наукоемких Технологий"
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 Закрытое Акционерное Общество "Центр Экспортных Наукоемких Технологий" filed Critical Закрытое Акционерное Общество "Центр Экспортных Наукоемких Технологий"
Priority to RU2007120167/06A priority Critical patent/RU2359170C2/en
Publication of RU2007120167A publication Critical patent/RU2007120167A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2359170C2 publication Critical patent/RU2359170C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: power engineering.
SUBSTANCE: present invention relates to a method of reducing emission of nitrogen oxides by power plants on natural or associated gas, which includes reduction of combustion temperature by supplying incombustible gas to the combustion zone. Incombustible gas is supplied through preliminary partial oxidation of natural or associated gas by compressing to pressure not less than 3 MPa, heating to temperature not below 300°C and supply of air with oxygen content of 2-8% vol., relative the initial natural or associated gas, with subsequent supply into the combustion zone of partially oxidised and incombustible gas containing nitrogen air from natural or associated gas. For further reduction of emission of nitrogen oxides from partially oxidised natural or associated gas, liquid products of oxidation are separated (oxidate, mainly containing methanol and water), and added to products of combustion at temperature of not less than 430°C, with subsequent trapping of the formed nitrogen dioxide.
EFFECT: reduced emission of nitrogen oxides into the atmosphere.
3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области охраны атмосферного воздуха от промышленных выбросов, а именно к способам снижения выброса оксидов азота на тепловых электростанциях и энергоустановках, работающих на природном или попутном газе, и может быть использовано в промышленной энергетике.The invention relates to the field of protection of atmospheric air from industrial emissions, and in particular to methods for reducing the emission of nitrogen oxides in thermal power plants and power plants running on natural or associated gas, and can be used in industrial energy.

Предшествующий уровень техникиState of the art

Оксиды азота относятся к основным загрязнителям атмосферы в индустриально развитых странах, оказывая вредное воздействие на здоровье человека и окружающую среду. Участвуя в фотохимических реакциях с кислородом и углеводородами, оксиды азота генерируют другие высокотоксичные загрязнители. Кроме того, оксиды азота наряду с углекислым газом, метаном и фреонами входят в число основных парниковых газов, а также участвуют в циклах, приводящих к разрушению озонового слоя. Хотя основным источником антропогенной эмиссии оксидов азота является транспорт, в развитых странах на долю энергетики приходится до 30% их эмиссии. В общем объеме вредных выбросов крупных тепловых электростанций, работающих на природном газе, их доля достигает 20% (Ходаков Ю.С. "Оксиды азота и теплоэнергетика: проблемы и решения". - М.: ООО «ЭСТ-М», 2001, 432 с).Nitrogen oxides are among the main atmospheric pollutants in industrialized countries, with harmful effects on human health and the environment. Participating in photochemical reactions with oxygen and hydrocarbons, nitrogen oxides generate other highly toxic pollutants. In addition, nitrogen oxides, along with carbon dioxide, methane and freons, are among the main greenhouse gases and also participate in cycles leading to the destruction of the ozone layer. Although the main source of anthropogenic emissions of nitrogen oxides is transport, in developed countries the energy sector accounts for up to 30% of their emissions. Their share in the total amount of harmful emissions of large thermal power plants operating on natural gas reaches 20% (Y. Khodakov, “Nitrogen oxides and heat power engineering: problems and solutions.” - M .: EST-M LLC, 2001, 432 from).

При высоких температурах, развиваемых в энергетических установках, образуется в основном оксид азота NO, поскольку высшие оксиды азота в этих условиях термодинамически нестабильны. По современным представлениям при сгорании топлив оксид азота может образовываться по трем различным механизмам. Во-первых, при реакции присутствующего в зоне горения молекулярного азота с кислородом («термический» NO). Во вторых, за счет активации молекулярного азота в реакциях с углеводородными радикалами («быстрый» NO). В третьих, за счет присутствующих в топливе органических соединений азота («топливный» NO). Для электростанций и энергоустановок, работающих на природном газе, основным источником образования NO является термический механизм. При температуре горения топлива на тепловых электростанциях до 2200 К и остаточной концентрации кислорода выше 1% равновесная концентрация NO может превышать 2000 млн-1. При этом наибольшее влияние на уровень выбросов оксидов азота оказывает температура горения. Увеличение температуры с 1500°С до 2100°С приводит к десятикратному росту концентрации NO. Появляясь в заметных количествах лишь при температурах выше 1300°С, концентрация термического NO далее растет экспоненциально.At high temperatures developed in power plants, nitric oxide NO is formed mainly, since higher nitrogen oxides are thermodynamically unstable under these conditions. According to modern concepts, during the combustion of fuels, nitric oxide can be formed by three different mechanisms. Firstly, during the reaction of molecular nitrogen present in the combustion zone with oxygen (“thermal” NO). Secondly, due to the activation of molecular nitrogen in reactions with hydrocarbon radicals (“fast” NO). Thirdly, due to the organic nitrogen compounds present in the fuel (“fuel” NO). For power plants and power plants operating on natural gas, the main source of NO formation is the thermal mechanism. When the temperature of burning fuel in thermal power up to 2200 K and the residual oxygen concentration above 1% of the equilibrium concentration of NO can exceed 2000 million -1. In this case, the combustion temperature has the greatest influence on the level of nitrogen oxide emissions. An increase in temperature from 1500 ° C to 2100 ° C leads to a tenfold increase in the concentration of NO. Appearing in appreciable quantities only at temperatures above 1300 ° C, the concentration of thermal NO further increases exponentially.

Без применения специальных мер подавления образования оксидов азота их уровень в выбросах энергетических котельных агрегатов при сжигании природного газа с расходом более 35 тыс. м3/ч достигает 1500 мг/м3. В настоящее время наиболее распространенными методами снижения содержания оксидов азота в отходящих дымовых газах являются высокотемпературное некаталитическое восстановление с добавлением аммиака или его производных или селективное каталитическое восстановление NO аммиаком. Более экономичным путем снижения содержания NO является модификация сжигания топлива, причем целью большинства таких модификаций является минимизация температуры горения (Друскин Л.И. "Эффективное использование природного газа в промышленных установках", Справочник. - М.: Энергоатомиздат, 1992).Without the use of special measures to suppress the formation of nitrogen oxides, their level in the emissions of energy boiler units during the combustion of natural gas with a flow rate of more than 35 thousand m 3 / h reaches 1,500 mg / m 3 . Currently, the most common methods for reducing the content of nitrogen oxides in flue gases are high-temperature non-catalytic reduction with the addition of ammonia or its derivatives or selective catalytic reduction of NO with ammonia. A more economical way to reduce the NO content is to modify the combustion of fuel, and the goal of most of these modifications is to minimize the temperature of combustion (Druskin LI "Effective use of natural gas in industrial plants", Handbook. - M .: Energoatomizdat, 1992).

Известен ряд способов снижения выброса NO на тепловых электростанциях путем снижения температуры горения природного газа рециркуляцией в зону горения топочной камеры негорючего газа (дымовых газов). При степени рециркуляции дымовых газов 20% удается снизить выход оксидов азота примерно в два раза, а при степени рециркуляции 30% - в три раза. Считается, что по условиям устойчивого горения рециркуляцию продуктов сгорания следует ограничивать величиной от 20% до 30%. При этом снижение коэффициента полезного действия установки составляет всего от 0,02% до 0,03% на 1% рециркулирующих газов (Сигал И.Я. "Защита воздушного бассейна при сжигании топлива". - Л.: Недра, 1977, 295 с.).There are a number of ways to reduce the emission of NO in thermal power plants by lowering the combustion temperature of natural gas by recirculation into the combustion zone of the combustion chamber of non-combustible gas (flue gases). With a degree of recirculation of flue gases of 20%, it is possible to reduce the yield of nitrogen oxides by about half, and with a degree of recirculation of 30%, by three times. It is believed that under conditions of sustainable combustion, the recirculation of combustion products should be limited to between 20% and 30%. Moreover, the reduction in the efficiency of the installation is only from 0.02% to 0.03% per 1% of recirculating gases (Sigal I.Ya. “Protection of the air pool during fuel combustion.” - L .: Nedra, 1977, 295 pp. )

Однако известный способ требует крупных капитальных затрат на переоборудование топочных агрегатов и значительного расхода энергии на рециркуляцию большого объема дымовых газов.However, the known method requires large capital costs for the conversion of furnace units and a significant energy consumption for the recirculation of a large volume of flue gases.

Известен способ снижения образования NO при горении путем разбавления горючих газов инертными или нереакционноспособными газами, например, специально добавляемым аргоном (Samaniegro J.-M., Labegorre В., Egolfopoulos F.N., Ditaranto M., Sautet J.-C, Charon О. "27-th Symposium (International) on Combustion", Combustion Institute, 1998, p.1385-1395). Показано, что выход NO очень сильно падает с разбавлением горючих газов аргоном, причем особенно быстрое снижение выхода NO наблюдается при концентрациях аргона в поступающем в горелки газе менее 50 об.%. При введении в подаваемый на сжигание газ аргона в концентрации 40 об.% концентрация NO в продуктах сгорания уменьшается с 480A known method of reducing NO formation during combustion by diluting flammable gases with inert or non-reactive gases, for example, specially added argon (Samaniegro J.-M., Labegorre B., Egolfopoulos FN, Ditaranto M., Sautet J.-C, Charon O. " 27th Symposium (International) on Combustion ", Combustion Institute, 1998, p. 1385-1395). It was shown that the yield of NO decreases very strongly with the dilution of combustible gases with argon, and a particularly rapid decrease in the yield of NO is observed at argon concentrations in the gas entering the burner of less than 50 vol.%. When argon is introduced into the gas supplied for combustion at a concentration of 40 vol.%, The concentration of NO in the combustion products decreases from 480

млн-1 до примерно 100 млн-1 или почти на 80%. -1 million to about 100 million -1 or almost 80%.

Однако известный способ экономически неприемлем из-за высокой стоимости инертных газов и не содержащих кислород нереакционно-способных газов, таких как азот.However, the known method is economically unacceptable due to the high cost of inert gases and oxygen-free non-reactive gases such as nitrogen.

Другим известным способом снижения выбросов NO на энергоустановках является введение в отходящие продукты сгорания метанола и/или перекиси водорода при температуре от 430°С до 830°С для окисления оксида азота до диоксида азота с последующим улавливанием диоксида азота в скруббере (Zamansky V.M., Но L., Maly P.M. et al, "Oxidation of NO to NO2 by hydrogen peroxide and its mixture with methanol in natural gas and coal combustion gases", Combust. Sci. Technol. 1996. Vol.120. P.255). Однако из-за необходимости поставки на энергоустановки большого объема этих дорогостоящих химических продуктов указанный способ не получил распространения.Another known way to reduce NO emissions in power plants is to introduce methanol and / or hydrogen peroxide into the waste products of combustion at a temperature of from 430 ° C to 830 ° C for the oxidation of nitric oxide to nitrogen dioxide, followed by trapping of nitrogen dioxide in a scrubber (Zamansky VM, But L ., Maly PM et al, "Oxidation of NO to NO 2 by hydrogen peroxide and its mixture with methanol in natural gas and coal combustion gases", Combust. Sci. Technol. 1996. Vol.120. P.255). However, due to the need to supply large volumes of these expensive chemical products to power plants, this method is not widespread.

Наиболее близким является способ снижения выброса оксидов азота на тепловых электростанциях и энергоустановках, работающих на природном или попутном газе, путем рециркуляции в зону горения топочной камеры негорючих продуктов сгорания - дымовых газов. Дымовые газы из хвостовой части топочной камеры в количестве, равном 30% от объема воздуха, поступающего на горение, охлаждают до температуры 300°С и рециркуляционным дымососом подмешивают в дутьевой воздух или подают в факел горения через шлицы в поду топки или шлицы под горелками. При этом максимальная температура факела снижается почти на 200°С, а образование оксида азота снижается в два или три раза (Друскин Л.И. "Эффективное использование природного газа в промышленных установках", Справочник. - М.: Энергоатомиздат, 1992) или (Сигал И.Я. "Защита воздушного бассейна при сжигании топлива". - Л.: Недра, 1977. 295 с.).The closest is a way to reduce the emission of nitrogen oxides in thermal power plants and power plants operating on natural or associated gas by recirculation into the combustion zone of the combustion chamber of non-combustible combustion products - flue gases. Flue gases from the tail of the combustion chamber in an amount equal to 30% of the volume of air supplied to the combustion are cooled to a temperature of 300 ° C and mixed with blower exhaust air or fed into the combustion torch through slots in the furnace hearth or slots under the burners. In this case, the maximum flame temperature decreases by almost 200 ° C, and the formation of nitric oxide is reduced by two or three times (Druskin LI "Effective use of natural gas in industrial plants", Handbook. - M .: Energoatomizdat, 1992) or ( Seagal I.Ya. “Protection of the air basin during fuel combustion.” - L .: Nedra, 1977.295 s.).

Однако способ требует крупных капитальных затрат на переоборудование топочных агрегатов и значительного расхода энергии на рециркуляцию большого объема дымовых газов.However, the method requires large capital costs for the conversion of the furnace units and a significant energy consumption for the recirculation of a large volume of flue gases.

Известно также получение метанола окислением воздухом сжатого и нагретого природного газа при начальной температуре до 500°С, давлении до 10 МПа и содержании кислорода не более 8 об.% с последующим охлаждением реакционной смеси и выделением метанола из охлажденной газожидкостной смеси (RU 2162460, С1, С07С 31/04, 27.01.2000). Получаемый метанол-сырец может использоваться в качестве экологически чистого (не содержащего серу и другие вредные примеси) жидкого резервного топлива для тепловых электростанций и энергоустановок, заменяющего нефтяное резервное топливо, например, мазут.It is also known that methanol is obtained by oxidizing air with compressed and heated natural gas at an initial temperature of up to 500 ° C, pressure up to 10 MPa and an oxygen content of not more than 8 vol.%, Followed by cooling of the reaction mixture and the separation of methanol from a cooled gas-liquid mixture (RU 2162460, C1, С07С 31/04, 01/27/2000). The resulting crude methanol can be used as an environmentally friendly (not containing sulfur and other harmful impurities) liquid reserve fuel for thermal power plants and power plants, replacing oil reserve fuel, for example, fuel oil.

Однако при этом не решается задача снижения выброса оксидов азота на тепловых электростанциях и энергоустановках.However, this does not solve the problem of reducing the emission of nitrogen oxides in thermal power plants and power plants.

Краткое описание изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION

Задачей настоящего изобретения является разработка способа снижения выброса оксидов азота тепловыми электростанциями и энергоустановками, работающими на природном или попутном газе, путем снижения температуры горения за счет частичного окисления природного или попутного газа, при котором предварительно сжатый до давления не ниже 3 МПа и нагретый до температуры не ниже 300°С природный или попутный газ частично окисляют воздухом при содержании кислорода от 2% до 8 об.% по отношению к исходному природному или попутному газу и затем подают частично окисленный и содержащий негорючий газ - азот воздуха природный или попутный газ в зону горения.The objective of the present invention is to develop a method for reducing the emission of nitrogen oxides by thermal power plants and power plants operating on natural or associated gas by lowering the combustion temperature due to the partial oxidation of natural or associated gas, in which it is pre-compressed to a pressure of at least 3 MPa and not heated to a temperature below 300 ° C, the natural or associated gas is partially oxidized with air at an oxygen content of 2% to 8% by volume relative to the source natural or associated gas and then fed Stična oxidized and comprising an incombustible gas - air, nitrogen or natural gas passing into the combustion zone.

Поставленная задача решается тем, что предварительно сжатый до давления не ниже 3 МПа и нагретый до температуру не ниже 300°С природный или попутный газ частично окисляют воздухом при содержании кислорода от 2% до 8 об.% по отношению к исходному природному или попутному газу и затем подают частично окисленный и содержащий негорючий газ - азот воздуха природный или попутный газ в зону горения.The problem is solved in that pre-compressed to a pressure of at least 3 MPa and heated to a temperature of at least 300 ° C, the natural or associated gas is partially oxidized with air at an oxygen content of 2% to 8% by volume relative to the source natural or associated gas and then partially oxidized and containing non-combustible gas - air nitrogen, natural or associated gas is supplied to the combustion zone.

Дополнительные отличия предложенного способа заключаются в том, что природный или попутный газ предпочтительно сжимают до давления от 5 МПа до 8 МПа, нагревают до температуры от 420°С до 450°С и окисляют воздухом в одном или нескольких последовательных реакторах при содержании кислорода от 2% до 4 об.% по отношению к исходному природному или попутному газу до содержания в нем азота воздуха от 20% до 35 об.%.Additional differences of the proposed method are that natural or associated gas is preferably compressed to a pressure of 5 MPa to 8 MPa, heated to a temperature of 420 ° C to 450 ° C and oxidized with air in one or more successive reactors with an oxygen content of 2% up to 4 vol.% in relation to the source of natural or associated gas to an air nitrogen content of 20% to 35 vol.%.

Дополнительное отличие состоит также в том, что перед сжиганием из частично окисленного природного или попутного газа выделяют жидкие продукты окисления (оксидат), содержащий, в основном, метанол и воду, а также небольшое количество формальдегида и этанола, и вводят их в отходящие продукты сгорания при температуре не менее 430°С с последующим улавливанием образующегося диоксида азота.An additional difference also lies in the fact that prior to combustion, liquid oxidation products (oxidate) containing mainly methanol and water, as well as a small amount of formaldehyde and ethanol are isolated from partially oxidized natural or associated gas and introduced into the exhaust products during a temperature of at least 430 ° C followed by trapping of the resulting nitrogen dioxide.

Предлагаемый способ является более эффективным и экономичным по сравнению с прототипом и другими известными способами и не требует поставки на электростанцию дополнительных химических продуктов, что ведет к снижению затрат на сокращение выброса оксидов азота. Кроме того, может быть сокращена потребность в завозе резервного жидкого топлива за счет использования в качестве резервного топлива выделяемого из жидкого оксидата метанола-сырца.The proposed method is more efficient and economical in comparison with the prototype and other known methods and does not require the supply of additional chemical products to the power plant, which leads to lower costs for reducing the emission of nitrogen oxides. In addition, the need for the importation of reserve liquid fuel can be reduced due to the use of raw methanol extracted from liquid oxidate as a reserve fuel.

Краткий перечень чертежейBrief List of Drawings

В дальнейшем предлагаемое изобретение поясняется конкретными примерами его выполнения и прилагаемым чертежом, на котором отображена расчетная зависимость конечной температуры и концентрации NO в продуктах адиабатического горения стехиометрической смеси с воздухом предварительно частично окисленного воздухом природного газа от концентрации в нем негорючего газа - азота, введенного за счет частичного окисления.The invention is further illustrated by specific examples of its implementation and the accompanying drawing, which shows the calculated dependence of the final temperature and the concentration of NO in the adiabatic combustion products of a stoichiometric mixture with air of previously partially oxidized air of natural gas on the concentration in it of a non-combustible gas - nitrogen introduced by partial oxidation.

Лучший вариант осуществления изобретенияThe best embodiment of the invention

Результаты исследований, проведенных при разработке данного способа, приведены в таблицах 1 и 2 и на чертеже. На чертеже и в таблице 1 представлен термодинамический расчет влияния азота воздуха, вводимого в природный газ при его частичном окислении по предложенному способу, на температуру горения и равновесную концентрацию оксида азота. Однако такой адиабатический расчет температуры и состава продуктов сгорания газо-воздушной смеси не учитывает тепловые потери, поэтому дает завышенные значения конечной температуры, и соответственно, завышенные значения концентрации NO по сравнению с реальными горелочными устройствами. Тем не менее, тенденция снижения по мере разбавления горючего газа азотом концентрации NO, являющегося основным оксидом азота в дымовых газах, достаточно отчетлива. Для стехиометрической смеси, согласно расчетам, введение при частичном окислении природного газа 30% азота приводит к снижению концентрации NO примерно на 20%, а 60% азота - к снижению концентрации NO более чем на 50%.The results of studies conducted during the development of this method are shown in tables 1 and 2 and in the drawing. The drawing and table 1 shows the thermodynamic calculation of the effect of nitrogen in the air introduced into natural gas during its partial oxidation by the proposed method on the combustion temperature and the equilibrium concentration of nitric oxide. However, such an adiabatic calculation of the temperature and composition of the products of combustion of a gas-air mixture does not take into account heat losses, therefore, it gives overestimated values of the final temperature, and accordingly, overestimated values of the concentration of NO in comparison with real burner devices. Nevertheless, the tendency of a decrease in the concentration of NO, which is the main nitric oxide in flue gases, as the combustible gas is diluted with nitrogen, is quite distinct. For a stoichiometric mixture, according to calculations, the introduction of 30% nitrogen during partial oxidation of natural gas leads to a decrease in the NO concentration by about 20%, and 60% of nitrogen leads to a decrease in the NO concentration by more than 50%.

Таблица 1Table 1 Адиабатический расчет равновесной температуры и концентрации NO при горении:техиометрической смеси продуктов частичного окисления природного газа и воздуха при давлении 1 атм и начальной температуре 298,15 К в зависимости от объемной концентрации азота, введенной за счет частичного окисления.Adiabatic calculation of the equilibrium temperature and concentration of NO during combustion: a techniometric mixture of products of partial oxidation of natural gas and air at a pressure of 1 atm and an initial temperature of 298.15 K, depending on the volume concentration of nitrogen introduced by partial oxidation. Концентрация СН4 в горючем газе, об.%The concentration of CH 4 in combustible gas, vol.% Концентрация N2 в горючем газе, об.%The concentration of N 2 in combustible gas, vol.% Равновесная температура продуктов сгорания, КThe equilibrium temperature of the combustion products, K Равновесная концентрация NO в продуктах сгорания, млн-1 The equilibrium concentration of NO in the combustion products, million -1 100one hundred 00 2226,52226.5 19721972 9292 88 2217,52217.5 18961896 8484 1616 2206,82206.8 18101810 7676 2424 2194,02194.0 17091709 6868 3232 2178,12178.1 15911591 6060 4040 2158,22158.2 14511451 5252 4848 2132,32132.3 12841284 4444 5656 2097,42097.4 10831083 3636 6464 2047,92047.9 842842

В реальных энергоустановках температура горения примерно на 200°С ниже адиабатической температуры горения. Проведенный для более близкого соответствия реальной температуре расчет температуры и продуктов сгорания смеси природного газа с 50%-ной добавкой диоксида углерода дан в таблице 2. При этом расчетная температура продуктов сгорания снизилась примерно на 175°С.In real power plants, the combustion temperature is approximately 200 ° C lower than the adiabatic combustion temperature. Calculation of the temperature and products of combustion of a mixture of natural gas with a 50% addition of carbon dioxide, carried out for closer correspondence to real temperature, is given in Table 2. Moreover, the calculated temperature of the products of combustion decreased by about 175 ° C.

А при частичном окислении такой смеси воздухом до достижения концентрации азота в подаваемом на сжигание газе 30% относительно суммарной концентрации в нем СН4+N2 концентрация NO снизилась с более реального значения 990 млн-1 до примерно 550 млн-1, т.е. почти на 50%. При окислении воздухом до достижения концентрации азота в подаваемом на сжигание газе 56% относительно суммарной концентрации в нем СН4+N2, концентрация NO снизилась до ~190 млн-1, т.е. на 80% или в пять раз. Таким образом, разбавление горючего газа азотом путем его частичного окисления дает возможность существенно снизить выброс NO. Данные таблицы 2 могут быть использованы для расчета снижения выброса оксида азота путем частичного окисления природного или попутного газа воздухом.A partial oxidation with air, such mixture to achieve therein CH nitrogen concentration in the combustion gas supplied to 30% relative to the total concentration of 4 + N 2 concentration of NO decreased with a real value -1 990 million to about 550 million -1, i.e. almost 50%. In the oxidation with air to achieve a nitrogen concentration in the combustion gas supplied to 56% relative to the total concentration therein CH 4 + N 2, NO concentration decreased to ~ 190 million -1, i.e. 80% or five times. Thus, dilution of a combustible gas with nitrogen by its partial oxidation makes it possible to significantly reduce the emission of NO. The data in table 2 can be used to calculate the reduction of nitric oxide emissions by partial oxidation of natural or associated gas by air.

Таблица 2table 2 Адиабатический расчет зависимости равновесной температуры и концентрации NO при горении стехиометрической смеси продуктов частичного окисления 50%-ной смеси СО2 с природным газом и воздухом при давлении 1 атм и начальной температуре 298,15 К в зависимости от объемной концентрации азота, введенной за счет частичного окисления.Adiabatic calculation of the dependence of the equilibrium temperature and the NO concentration during the combustion of a stoichiometric mixture of partial oxidation products of a 50% mixture of CO 2 with natural gas and air at a pressure of 1 atm and an initial temperature of 298.15 K, depending on the volume concentration of nitrogen introduced by partial oxidation . Концентрация СН4 относительно концентрации СН4+N2 в горючем газе, об.%The concentration of CH 4 relative to the concentration of CH 4 + N 2 in a combustible gas, vol.% Концентрация N2 относительно концентрации CH4+N2 в горючем газе, об.%The concentration of N 2 relative to the concentration of CH 4 + N 2 in a combustible gas, vol.% Равновесная температура продуктов сгорания, КThe equilibrium temperature of the combustion products, K Равновесная концентрация NO в продуктах сгорания, млн-1 The equilibrium concentration of NO in the combustion products, million -1 1one 22 33 4four 100one hundred 00 2051,02051.0 991991 9292 88 2029,22029.2 891891 8484 1616 2003,82003.8 785785 7676 2424 1973,81973.8 671671 6868 3232 1937,61937.6 552552 4444 5656 1767,81767.8 194194

Примеры различных вариантов осуществления предложенного способа представлены в таблице 3.Examples of various embodiments of the proposed method are presented in table 3.

Пример 1Example 1

Исходный попутный газ с расходом 14000 м3/ч сжимают компрессором до давления 5,0 МПа, нагревают до температуры 420°С и окисляют в реакторе подачей 5300 м3/ч воздуха при содержании кислорода 8 об.% по отношению к исходному попутному газу, а образовавшийся газ, содержащий 25 об.% азота, без выделения метанола-сырца подают в горелку топочной камеры. При этом достигается снижение температуры горения на 78°С, что приводит к снижению концентрации NO в дымовых газах до 670 млн-1 или к снижению выброса оксида азота на 32 об.%.The source gas at a rate of 14,000 m 3 / h is compressed by compressor to a pressure of 5.0 MPa, heated to a temperature of 420 ° C and oxidized in the reactor by supplying 5300 m 3 / h of air with an oxygen content of 8 vol.% With respect to the source gas. and the resulting gas containing 25% vol. nitrogen, without the allocation of raw methanol is fed into the burner of the combustion chamber. This achieves reduction in combustion temperature to 78 ° C, resulting in reduced NO concentration in the flue gas to 670 million -1 or to reduce emissions of nitrogen oxide at 32 vol.%.

Пример 2Example 2

Исходный природный газ с расходом 40234 м3/ч сжимают компрессором до давления 8,0 МПа, нагревают до температуры 450°С и окисляют в трех последовательно установленных реакторах суммарной подачей 11862 м3/ч воздуха при содержании кислорода в каждом из реакторов 2,0 об.% по отношению к исходному природному газу, а образовавшийся газ, содержащий 20,6 об.% азота, после выделения 2780 кг/ч жидких продуктов окисления, подают в горелку топочной камеры. При этом достигается снижение температуры горения на 62°С, что приводит к снижению концентрации NO в дымовых газах до 728 млн-1 или к снижению выброса оксида азота на 26 об.%.The source natural gas with a flow rate of 40,234 m 3 / h is compressed by a compressor to a pressure of 8.0 MPa, heated to a temperature of 450 ° C and oxidized in three reactors installed in series with a total supply of 11862 m 3 / h of air with an oxygen content of 2.0 in each of the reactors vol.% with respect to the source of natural gas, and the resulting gas containing 20.6 vol.% nitrogen, after separation of 2780 kg / h of liquid oxidation products, is fed to the burner of the combustion chamber. This achieves reduction in combustion temperature to 62 ° C, resulting in reduced NO concentration in the flue gas to 728 million -1 or to reduce emissions of nitrogen oxide at 26 vol.%.

Пример 3Example 3

Исходный природный газ с расходом 7330 м3/ч сжимают компрессором до давления 7,0 МПа, нагревают до температуры 450°С и окисляют в трех последовательно установленных реакторах суммарной подачей 4048 м3/ч воздуха при содержании кислорода в каждом из реакторов 3,9 об.% по отношению к исходному природному газу, а образовавшийся газ, после выделения 496 кг/ч жидких продуктов окисления подают в горелку топочной камеры. При этом достигается снижение температуры горения на 114°С, что приводит к снижению концентрации NO в дымовых газах до 552 млн-1 или к снижению выброса оксида азота на 44 об.%.The source natural gas with a flow rate of 7330 m 3 / h is compressed by a compressor to a pressure of 7.0 MPa, heated to a temperature of 450 ° C and oxidized in three reactors installed in series with a total supply of 4048 m 3 / h of air with an oxygen content of 3.9 in each of the reactors vol.% in relation to the source of natural gas, and the resulting gas, after separation of 496 kg / h of liquid oxidation products is fed into the burner of the combustion chamber. This achieves reduction in combustion temperature to 114 ° C, which leads to lower NO concentrations in flue gas to 552 million -1 or to reduce emissions of nitrogen oxide at 44 vol.%.

Пример 4Example 4

Исходный природный газ с расходом 7330 м3/ч сжимают компрессором до давления 7,0 МПа, нагревают до температуры 450°С и окисляют в трех последовательно установленных реакторах суммарной подачей 4048 м3/ч воздуха при содержании кислорода в каждом из реакторов 3,9 об.% по отношению к исходному природному газу, а образовавшийся газ после выделения 496 кг/ч жидких продуктов окисления (оксидата) подают в горелку топочной камеры, и 125 кг/ч выделенного жидкого оксидата, содержащего, в основном, метанол и воду, для дополнительного снижения выброса оксида азота вводят в отходящие продукты сгорания при температуре 490°С с последующим улавливанием образующегося диоксида азота. При этом достигается общее снижение концентрации NO в дымовых газах до 110 млн-1 или снижению выброса оксида азота на 89 об.%, т.е. в почти в 10 раз.The source natural gas with a flow rate of 7330 m 3 / h is compressed by a compressor to a pressure of 7.0 MPa, heated to a temperature of 450 ° C and oxidized in three reactors installed in series with a total supply of 4048 m 3 / h of air with an oxygen content of 3.9 in each of the reactors vol.% with respect to the source of natural gas, and the resulting gas after the separation of 496 kg / h of liquid oxidation products (oxidate) is fed into the burner of the combustion chamber, and 125 kg / h of the separated liquid oxidate, containing mainly methanol and water, for further reducing azo oxide emissions and introduced into the waste combustion gases at a temperature of 490 ° C followed by trapping of the resulting nitrogen dioxide. This achieves reduction in total NO concentrations in flue gas to 110 million -1 or reduce emissions of nitrogen oxide at 89 vol.%, I.e. almost 10 times.

Таблица 3Table 3 ПараметрParameter Пример 1*) Example 1 *) Пример 2**) Example 2 **) Пример 3**) Example 3 **) Пример 4**) Example 4 **) 1one 22 33 4four 55 Расход природного или попутного газа, м3Consumption of natural or associated gas, m 3 / h 1400014000 4023440234 73307330 73307330 Давление природного или попутного газа, МПаNatural or associated gas pressure, MPa 5,05,0 8,08.0 7,07.0 7,07.0 Температура природного или попутного газа, °СNatural or associated gas temperature, ° С 420420 450450 450450 450450 Расход подаваемого воздуха, м3Supply air consumption, m 3 / h 53005300 1186211862 40484048 40484048 Содержание кислорода в реакторах по отношению к природному или попутному газу, об.%The oxygen content in the reactors relative to natural or associated gas, vol.% 8,08.0 2,02.0 3,93.9 3,93.9

Таблица 3 (окончание)Table 3 (end) 1one 22 33 4four 55 Доля окисленного природного или попутного газа, об.%The proportion of oxidized natural or associated gas, vol.% 3,83.8 5,55.5 11,311.3 11,311.3 Расход подаваемого в горелку топочной камеры частично окисленного природного или попутного газа, м3Partially oxidized natural or associated gas supplied to the burner of the combustion chamber, m 3 / h 1841718417 47707***) 47707 ***) 10110***) 10110 ***) 10110***) 10110 ***) Состав частично окисленного природного или попутного газа, об.%Composition of partially oxidized natural or associated gas, vol.% Метан и другие углеводородыMethane and other hydrocarbons 69,069.0 76,476,4 62,662.6 62,662.6 АзотNitrogen 25,025.0 20,620.6 32,332,3 32,332,3 СОWith 3,13,1 2,02.0 3,23.2 3,23.2 СО2 CO 2 0,90.9 1,01,0 1,61,6 1,61,6 ПрочиеOther 2,02.0 -- 0,30.3 0,30.3 Теплота сгорания подаваемого на сжигание природного или попутного газа, ккал/м3 The heat of combustion supplied to the combustion of natural or associated gas, kcal / m 3 -- 65406540 54205420 54205420 Выделяемые жидкие продукты окисления, в т.ч. (кг/ч):The emitted liquid oxidation products, including (kg / h): -- 27802780 496496 496496 МетанолMethanol -- 1 1401,140 196196 196196 ФормальдегидFormaldehyde -- 106106 18,518.5 18,518.5 ЭтанолEthanol -- 2222 5,55.5 5,55.5 Расчетная температура горения,°СEstimated combustion temperature, ° С 17001700 17161716 16641664 16641664 Достигаемое снижение температуры горения AT,°CAchievable reduction in combustion temperature AT, ° C 7878 6262 114114 114114 Расчетная концентрация N0 в дымовых газах, млн'1 Estimated concentration of N0 in flue gases, million ' 1 670670 728728 552552 110****) 110 ****) Достигаемое снижение концентрации NO, об.%Achievable decrease in the concentration of NO, vol.% 3232 2626 4444 8989 *) Состав попутного газа, об.%: СН4 - 80,0; С2Н6 - 14,0%; С3Н8 - 3,0; N2 - 3,0. *) Composition of associated gas, vol.%: CH 4 - 80,0; C 2 H 6 - 14.0%; C 3 H 8 - 3.0; N 2 - 3.0. **) Состав природного газа, об.%: СН4 - 98,0; N2, CO2 - 2,0. **) Composition of natural gas, vol.%: СН 4 - 98,0; N 2 , CO 2 - 2.0. ***} После отделения жидких продуктов окисления (оксидата). ***} After separation of the liquid oxidation products (oxidate). ****) После введения жидкого оксидата в отходящие продукты сгорания (дымовые газы). ****) After the introduction of liquid oxidate into the exhaust products of combustion (flue gases).

Claims (3)

1. Способ снижения выброса оксидов азота энергоустановками на природном или попутном газе путем снижения температуры горения подачей негорючего газа в зону горения, отличающийся тем, что предварительно сжатый до давления не ниже 3 МПа и нагретый до температуры не ниже 300°С природный или попутный газ частично окисляют воздухом при содержании кислорода от 2 до 8 об.% по отношению к исходному природному или попутному газу и подают в зону горения частично окисленный и содержащий негорючий газ - азот воздуха, природный или попутный газ.1. A method of reducing the emission of nitrogen oxides by power plants using natural or associated gas by lowering the combustion temperature by supplying a non-combustible gas to the combustion zone, characterized in that the natural or associated gas is partially compressed to a pressure of at least 3 MPa and partially heated at a temperature of at least 300 ° C. they are oxidized with air at an oxygen content of 2 to 8 vol.% with respect to the source natural or associated gas, and partially oxidized and containing non-combustible gas is supplied to the combustion zone — air nitrogen, natural or associated gas. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что природный или попутный газ предпочтительно сжимают до давления от 5 до 8 МПа, нагревают до температуры от 420 до 450°С и окисляют воздухом в одном или нескольких последовательных реакторах при содержании кислорода в каждом реакторе от 2 до 4 об.% по отношению к исходному природному или попутному газу до содержания в нем азота воздуха от 20 до 35 об.%.2. The method according to claim 1, characterized in that the natural or associated gas is preferably compressed to a pressure of from 5 to 8 MPa, heated to a temperature of from 420 to 450 ° C and oxidized with air in one or more successive reactors with an oxygen content in each reactor from 2 to 4 vol.% in relation to the source of natural or associated gas to an air nitrogen content of from 20 to 35 vol.%. 3. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что перед сжиганием из частично окисленного природного или попутного газа выделяют жидкие продукты окисления (оксидат) и вводят их в отходящие продукты сгорания при температуре не менее 430°С с последующим улавливанием образующегося диоксида азота. 3. The method according to any one of claims 1 and 2, characterized in that prior to combustion, liquid oxidation products (oxidate) are isolated from the partially oxidized natural or associated gas and introduced into the exhaust products of combustion at a temperature of at least 430 ° C, followed by capture of the resulting nitrogen dioxide.
RU2007120167/06A 2005-02-22 2005-02-22 Method of reducing emission of nitrogen oxides by power plants on natural or associated gas RU2359170C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007120167/06A RU2359170C2 (en) 2005-02-22 2005-02-22 Method of reducing emission of nitrogen oxides by power plants on natural or associated gas

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007120167/06A RU2359170C2 (en) 2005-02-22 2005-02-22 Method of reducing emission of nitrogen oxides by power plants on natural or associated gas

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2007120167A RU2007120167A (en) 2009-03-27
RU2359170C2 true RU2359170C2 (en) 2009-06-20

Family

ID=40542227

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007120167/06A RU2359170C2 (en) 2005-02-22 2005-02-22 Method of reducing emission of nitrogen oxides by power plants on natural or associated gas

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2359170C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2794914C1 (en) * 2022-07-21 2023-04-25 Сергей Витальевич Перетятков Method of obtaining thermal energy

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5002483A (en) * 1985-12-20 1991-03-26 Bernard Becker Multi-stage combustion chamber for combustion of nitrogen-containing gas with reduced NOx emissions, and method for its operation
EP0463218A1 (en) * 1990-06-29 1992-01-02 Joachim Dr.-Ing. Wünning Method and device for combustion of fuel in a combustion chamber
RU2049086C1 (en) * 1992-02-21 1995-11-27 Научно-производственное предприятие "Технопром" Process for preparing methanol

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5002483A (en) * 1985-12-20 1991-03-26 Bernard Becker Multi-stage combustion chamber for combustion of nitrogen-containing gas with reduced NOx emissions, and method for its operation
EP0463218A1 (en) * 1990-06-29 1992-01-02 Joachim Dr.-Ing. Wünning Method and device for combustion of fuel in a combustion chamber
RU2049086C1 (en) * 1992-02-21 1995-11-27 Научно-производственное предприятие "Технопром" Process for preparing methanol

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2794914C1 (en) * 2022-07-21 2023-04-25 Сергей Витальевич Перетятков Method of obtaining thermal energy

Also Published As

Publication number Publication date
RU2007120167A (en) 2009-03-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Li et al. MILD oxy-combustion of gaseous fuels in a laboratory-scale furnace
ES2360421T3 (en) REDUCTION OF CO AND NOX IN THE COMBUSTION GAS OF THE REGENERATOR.
JP2020112280A (en) Boiler device and thermal power generation facility capable of co-firing ammonia
Zhu et al. Experimental investigation of NOx emissions during pulverized char combustion in oxygen-enriched air preheated with a circulating fluidized bed
US8425870B2 (en) Reduction of CO and NOx in full burn regenerator flue gas
CN101381628A (en) Coal gasification method using oxygen-rich air, CO2 flue gas and steam as gasifying agents
RU2708603C1 (en) Thermochemical regeneration by means of fuel addition
US10465905B2 (en) Energy saving combustion device for burning refractory hazardous gas and method for operating the same
RU2359170C2 (en) Method of reducing emission of nitrogen oxides by power plants on natural or associated gas
JPWO2007122678A1 (en) Method and apparatus for processing gas containing nitrous oxide
WO2023234428A1 (en) Ammonia combustion furnace
US7473095B2 (en) NOx emissions reduction process and apparatus
Sigal et al. Methods to reduce NOx formation during gas combustion in boilers
WO2006091120A1 (en) Method for reducing a nitrogen oxide emitted by power plans using a natural or associated gas
JP2009074730A (en) Combustion method and device for emulsion fuel
RU2209369C2 (en) Method for combusting liquid fuel
CN221505022U (en) Temperature-controlled regenerative thermal oxidizer
Volchyn et al. EFFECT OF CATALYTIC FUEL ADDITIVE ON THE EFFICIENCY OF A GAS STEAM BOILER
El-Adawy et al. Ammonia-Fueled Gas Turbines Towards Affordable And Clean Energy Production: A Review
RU2619658C1 (en) Method of efficient fuel combustion and device for its implementation
RU2296267C2 (en) Method and device for burning hydrocarbon fuel
CN119642205A (en) Integrated waste liquid and waste gas treatment system and method
Sigal et al. The influence of moisture in air on the working efficiency of boilers in the industrial and municipal energy sectors
JPS5844281B2 (en) Nenshiyouhouhou
Chen et al. Effects of Hydrogen Peroxide on Methane Premixed Flames

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20120223