专利名称：改进静电除尘器性能的方法
技术领域：
本发明涉及有效改进静电除尘器性能的方法和组合物。该方法包括引入组合物“调节”燃烧废气中的颗粒，以便于促进静电除尘器收集。
在实用锅炉和其它发电厂的碳质燃料燃烧时，一种结果是产生固体颗粒，通称为飘尘(flyash)。尤其所燃烧的然是固体如煤和城市固态废物(msw)更是如此。人不不希望这些固体颗粒排放到大气中，并常常有法规来限制可被逸出的量。于是，人们广泛地寻求一种在燃烧废气排放到大气之前降低颗粒数量的有效装置。
除去燃烧废气中颗粒的一种有效装置是称之为“静电除尘器”的装置。在静电除尘器中，燃烧废气通过产生电晕放电的电极之间，致使颗粒带电。当颗粒以这中方式带电时，颗粒迁移并沉积在收集电极上。在离开静电除尘器之后，基本不含颗粒的废气被排放到大气中。
已经发现操作静电除电除尘器的一个极其重要的因素是废气中夹带的颗粒的电阻率。颗粒的电阻率必须足够高，以便于收集。但是，在许多静电除尘器中，颗粒电阻率太高，大约高至1013欧姆-厘米，甚至更高。在这些条件下，颗粒的收集效果极大地降低了。收集效果降低会严重地危及静电除尘器具有污染控制效果。一般地，要求的电阻率范围为约108～1010欧姆-厘米。
为了“调节”废气中的颗粒，使之电阻率保持在要求的范围内，已经使用了一些添加剂。这些添加剂包括硫酸，三氧化硫(SO3)，和磷酸，二氧化硫是最优选的以及最普遍使用的调节剂。此外，常常用于改善静电除尘器收集效果的其它调节剂是氨。还发现它可改进静电除尘器的收集性能。
氨调节静电除尘废气的准确机理不十分清楚。但是，一种可能的解释是氨与废气中残留的三氧化硫反应形成硫酸铵和硫酸氢铵，它们起到粘结剂作用，用于粘结静电除尘器中沉积的沉淀物。这就减少了沉积的颗粒重新夹带在废气中的可能。另一种可能性是氨造成颗粒团聚，导致更有效的颗粒收集。
遗憾地是，因为氨的毒性和不稳定性，人们可能不希望使用氨作为静电除尘器调节剂。另外，维持氨成高蒸汽压气体或液体的要求也是不希望的，因为这样做要引起费用。使用氨在贮存，装卸和运输期间会带来严重的问题，这也限制了氨用作静电除尘器调节剂。
事实上，在某些场合，氨需要以氨水形式运输和贮存，最普遍使用的形式是只有约25%的氨。有时稀释成10%氨。使用氨水来提供氨以调节静电除尘埃器是不实际的，这是因为如此高的稀释物质增加了贮存和运输的成本。此外，氨水蒸发变成氨气所增加的费用也是使用它的缺点。
在将废气通过静电除尘器之前用三氧化硫和氨调节气的技术已经公开。例如，Rudolph和Cummings,Jr,在“AmmoniaSulfurTrioxideFlueGasConditioningExperienceatJ.CWeadockUnit#7”,Amer,PowerConf.Proc.491987,第58-63页中表明使用氨和三氧化硫能非常有效地改进静电除尘器的性能。
另外，Krigmont,Coe,Jr.,和Southam在美国专利5，029，535中讨论了一种用于控制添加调节剂如三氧化硫和氨到废气中的装置，以便于最佳除去静电除尘器中的沉淀物。同样，为了使颗粒除去工艺最佳化，Wright在美国专利5，032，154中也公开了一种通过监测烟囱废气中的流速体系。
因此，所需要的是通过添加氨作用调节剂改进静电除尘器的操作性能的方法和组合，同时减少或省去所需的氨的贮存，装卸或运输。
本发明涉及改进燃烧废气通过的静电除尘器性能的方法。该方法包括在存在于废气中条件下可有效地形成氨的组合物，尤其是尿素或尿素水解产物引入到废气中；并将含氨的废气通过静电除尘器。通过废气中存在的氨改进静电除尘器的性能。
通过采用本发明的方法，由存在的氨改进静电除尘器的性能，同时减少或省去不希望的氨或氨水的贮存，装卸和运输。
下面将描述本发明的目的，鉴一事无成下文的详细描述，尤其是当阅读时参看附
图1，更易理解本发明，其优点更明显。附图1是本发明采用的锅炉的示意图。
如上所述，本发明涉及降低燃烧废气中颗粒浓度，改进静电除尘器性能。该方法是通过将在废气中产生氨的包含一种或多种化合物的处理剂引入废气中，在氨的存在下实现的。有利的是这些化合物包括尿素或尿素的水解产物。当氨在废气中形成之后，将废气通过到静电除尘器。
本发明的一个有利方面可将产生氨的处理剂引入废气中以便催化可非催化地降低废气中氮氧化物(NOx，其中x为整数，一般为1或2)浓度，同时产生氨以调节静电除尘器。这种方法是使用处理剂最有效的方法。
要引入到废气中的处理剂包含非氨的含氮组合物，意指该组合物具有至少一种组份包含氮作为一种元素。经这类处理剂的氮氧化物非催化还原包括选择性地游离基媒介方法，该方法常常是指选择性非催化还原(SNCR)。
各种含氮组合物(纯的和一般市场销售的)当被加入水溶液中时将产生有效的气相NOx还原剂(如amidozine基，NH+)。这些重要的含氮组合物中的尿素；尿素产物母体；一种或多种尿素的水解产物(如氨基甲酸铵，碳酸铵，碳酸氢铵)；其它铵盐；和种各尿素复合物，包括由单一结构的碳酸铵和碳酸氢铵与氨基甲酸铵复合组成的尿素水解产物；尿素与其自身或其它组合物、相关的组合物、或这些化合物中还包括碳酸铵、甲酸铵，柠檬酸铵，乙酸铵、草酸铵，其它铵盐(有机的和无机的，但尤其是有机酸)，氢氧化铵，各种稳定的胺，胍，碳酸胍，双胍，脒基脲硫酸盐，蜜胺，双氰胺，氰氨化钙，缩二脲，1，1′偶氮二甲酰胺，羟甲基尿素，羟甲基尿素-尿素，二甲基尿素，六亚甲基四胺(HMTA)，或上述化合物的混合物。
增强剂是按污染物减少剂的有效温度范围，其使用效率等方面改善污染物减少剂效果的添加剂。可包括的增强剂是与本发明处理适当结合使用的上述物质，以及其它组合物如六亚甲基甲胺(HMTA)，氧化的碳氢化合物如乙二醇和甲醇，有机酸铵盐如乙酸铵和苯甲酸铵，至少有一个环氧的杂环碳氢化合物如糠醛、糖、糖蜜，至少有一个环氧的5或6节杂环碳氢化合物如吡啶和pyrolidine，羟氨基碳氢化合物如牛奶或脱脂奶，氨基酸，蛋白质和单乙醇胺和公开的有效还原废气中氮肥氧化物的各种其它化合物，或上述物质的混合物。其它合适的氧化的碳氢化合物的例子是酮、醛，醇包括多元醇，羧酸，糖，淀粉水解产物，氢化的淀粉水解产物，含糖残余物如糖蜜，和任何这些物质的混合物。美国专利4，719，092、4，844，878和4，877，591描述了合适的增强剂，引入本文作为参考。
这些增强剂中优选的是氧化物如氧化的碳氢化物理学，至少有一个环氧的杂环碳氢化物，糖和糖蜜。事实上，几种增强剂尤其是氧化物和某些铵盐分开加入时能起NOx还原处理剂的作用。
使用尿素作含氮处理剂是最普遍的，并由Arand,Muzio和Sotter公开于美国专利4，208，386中和Arand,Muzio和Teixeira公开于美国专利4，325，924中，其每一件专利引入本文作为参考。如上所述，使用尿素或其它非氨含氮添加剂(与氨比较)作为本发明的含氮组合物是优选的，这是由于避免了氨的毒性和不稳定性。
使用尿素的水解产物以及独特的尿素水解产物于氮氧化还原已由vonHarpe和Pachaly在1991年8月1日提出的题为“尿素管线内水解法”的国际专利申请，公开号为W092/02291；和vonHarpe,Pachaly,Lin,Diep和Wegrzyn于1991年8月1日提出的题为“采用尿素水解产物的氮氧化还原”的国际专利申请，公开号为W092/02450公开，其每一件公开文本引入本文作为参考。
引入尿素的水解产物或尿素水解液作为本发明处理剂中的含氮组合物具有突出的优点，这是由于它们能在比较宽的废气温度范围内还原氮氧化物，而是时最大限度减少产生氧化氮(N2O)，另一种污染物。
在适当的条件下，可以相信所产生的尿素水解产物包括氨(NH3)，氨基甲酸铵(NH2COOCH4)(“氨基甲酸盐”)，碳酸铵((NH4)2CO3)(“碳酸盐”)，和碳酸氢铵(“碳酸氢盐”)。水解通常是按氨基甲酸盐、到碳酸盐，然后为碳酸氢盐顺序连续进行，每种组合物都比尿素稳定。
尽管上述的每一种水解产物可单独从市场上买到，但在下文所述条件下通过尿素水解生物它们更符合要求。这是因为由此形成的水解产物优越于单个水解产物，即使是以相同近似的比例结合。主要的优点是成本，因为尿素的费用明显地低于单项水解产物。其次，已经观察到水解产物的最大溶解度约为25%(以尿素的初始浓度计)，超过碳酸氢盐的溶解度即约18%。就其运输成本和最终处理剂浓度而言是显著的。
根据溶解度和结构分析包括高压液体色谱法(HPLC)(采用磷酸作溶剂)；碳13核磁共振波谱法(NMR)；热重分析(TGA)；差示扫描量热法(DSC)；和通过酸滴定测定“P”或“M”碱度，按照本发明制备的水解产物包含至少部分单一独特结构的碳酸盐和与氨基甲酸盐复合的碳酸氢盐(表示为氨基甲酸盐·碳酸氢盐/碳酸盐)。如果对水解产物溶液施加的压力足够地高，所产生的氨不能闪蒸发掉，而是保留在溶液中并保持可得到。另外，根据所使用的条件也可存在残余的尿素。
尽管尿素溶液在室温条件下将水解，但一般低于是%，就用于NOx还原或促进静电除尘器的收集效率而方，这含量是微不足道的。在水解产物形成过程中，温度，压力，原始尿素溶液的浓度，停留时间都是重要的参数，必须权衡。高压是特别有用的，这是因为在氨基甲酸盐和碳酸盐的形成期间，反应朝着摩尔体积小的方向进行。较高的温度和较长的停留时间也引起较高浓度的水解。但是，在相同压力、温度、和停留时间下，水解随着溶液浓度的增加而降低。
有利地，10%含水尿素溶液的水解应该在压力足够高的条件下进行，以保持产生的水解产物以溶液存在。这种压力还将促进水解。理想地，水解是在至少约500磅/英寸2(psi)的压力下进行，更优选地至少约650 psi。如果需要保持氨以溶液存在，压力应该至少约750 psi。当尿素溶液的原始浓度增加时，优选地压力增加，以实现等效。
就促进水解而论，压力有上限是正确的；相反地，任何上限包括实用的限制，以与工艺限制相对，因为较高的压力即约3000psi以上，要求容器能经受住这样的压力，这一般是比较昂贵的，通常没有必要。
在要求的压力下，可改变温度和停留时间。温度只要约为250°F，将确保某些水解产物存在(如不高于5%)，而温度约为600°F～700°F时将确保实际上所有的尿素转变成水解产物。停留时间可约3-15分钟，优选地，约为5～10分钟。应该认识到上限温度和停留时间术限是不太重要的，因为相信超过它们不会造成水解浓度降低或有效的水解产物的减少。
对于尿素水解，温度和时间是相关的，当温度增加时，停留时间缩短。例如，在400°F水解10分钟一般与在500°F水解5分钟和600°F水解3分钟是等效的。
正如所述的，水解连续进行，形成氨基甲酸盐，碳酸盐，和碳酸氢盐。尽管所有三种物质甚至在极恶劣的条件下也存在，但要求水解产物中氨基甲酸盐与碳酸氢盐/碳酸盐的比率约为10∶1～约1∶200，更优选地约2∶1～1∶100是最有效的。这可通过在至少约325°F的流体温度下水解约5分钟或更长时间实现。
更优选地，尿素的水解是在金属催化剂的存在进行，如铜催化剂如硝酸铜，镍催化剂如硫酸镍，和铁催化剂如硝酸铁(III)，铜和镍催化剂是优选的。由于这类催化剂增加了尿素水解，通过使用催化剂在同样的水解条件下可获得更高的水解浓度。将催化剂金属在水解前混合到尿素溶液中。例如，每百万份(ppm)约5～15份，优选地约10份的催化剂(作为金属)混合到10%尿素溶液中，而将约20～60ppm，优选地，约50ppm的催化剂混合到25%尿素溶液中。
为了有效地提供足够量的尿素水解产物以还原氮氧化物和调节通往到静电除尘器中的废气，要求至少约25%的尿素发生水解。优选地至少约60%的尿素水解，更优选地至少约80%。
在任何特定的一组条件下获得的水解量可通过例如测定水解溶液的“P”和“M”碱度容易地确定。例如，10%尿素溶液的PH值为7.3，具有0“P”碱度和0.002% “M”碱度，如CaCO3。当水解时，水解产物的PH值约为9.5，具有高达9%“P”碱度和20.2% “M”碱度。在将水解溶液的碱度与理论最大值进行比较时，要用新鲜的尿素溶液作为参照物，可计算水解量。
还可按测定碱度的同样方式采用电导率确定水解量。10%尿素溶液的电导率约为1.2毫姆欧而10%尿素溶液完全水解时的电导率约为120毫姆欧。
尿素水解反应有利的是“在现场”(是指在适当的运输距离内如距待处理燃烧源约50英里)进行，最有利地是在管道内进行，这是因为对于运输和贮存来说，尿素是经济、稳定和比较安全的。此外，水解产物的溶解度比尿素低，使得尿素运输更实际。
正如下文讨论的，当本发明水解产物在管道内(in-line)形成时，尿素溶液应该包含足够量的尿素以提供所需量的水解产物。有利地，尿素溶液包含高达50%(重量)尿素，更优选地，约5%～45%(重量)尿素，最优选地，该溶液包含约10%～25%(重量)尿素。
为了提高效率，仍然可要求水解更高浓度的尿素溶液即约45%～60%(重量)，以使水解期间所需的热量降至最小。当水解是在“现场”进行，即在或靠近将要加入水解产物的锅炉位置而不是在管道内进行时，这么做会更有利。然后可将水解的溶液稀释成适当的浓度。现场尿素的水解可在合适的容器中进行，其中可将尿素溶液提高到要求的压力和温度。
正如所述的，尿素的水解可在管道内进行，即同时将尿素溶液提供到注射器或其它引入装置中，以加入到燃烧废气中。这可通过将尿素水溶液经过供应管道(指的是反应管道或管子)并加热和加压完成。
该管道可以是任何将尿素、氨、或其它溶液提供到燃烧废气中用于氮氧化化还原，或提供作为调节剂的用于静电除尘器的氨溶液或与操作有关的普通管子或目前使用的输送管，作为熟练的技术人员应该清楚，所提供的管道的长度和流速应足以达到要求的停留时间。由于该方法不需要大量替换或改装现有的装置，因此可实施该方法而不会明显地影响现有的调节法的效率。
事实上，由废气本身可提供水解反应所需的热量。作为熟练的技术人员应该清楚，可安装普通的热交换器，将来自废气的所需量的热传递到尿素溶液流经的管道中，以避免必需的单独热源。
正如所述的，用于加热尿素溶液以进行水解的热交换器可位于废气流中，其结果，从废气释出的热量用于促进尿素水解反应，以避免必需的单个热源。这类热交换器优选地与一装置一起构成一单元，该装置上安装有注射器或其它注射装置，并处于废气流中。该热交换器同时冷却需要在高的废气温度下的注入器装置如注射器喷枪。
优选地，将热交换器以围绕注射器喷枪的套壳形式设置。已经加热和水解的尿素溶液由热交换器直接流到燃烧废气或位于废气外面的闪蒸槽中，将所形成的气相或液相分别提供到注射器喷枪的注射器中，同时，可任意地将加压的空气加入到该气相中。
根据使氮氧化物还原达到最大同时控制或使产生的其它污染物达最小的方法，可使用上述化合物。这类方法例如在Epperly,peter-Hoblyn,Shulof,Jr.,和Sullivan的美国专利4，777，024；Epperly,Peter-Hoblyn,Shulof,Jr.,Sullivan,Sprague,和O′Leary的美国专利5，057，293；Epperly，O′Leary,和Sullivan的美国专利4，780，289；和Epperly,Sullivan,Spranue,和O′Leary的美国专利5，017，347中作了描述，每一件均引入本文作为参考。
为调节颗粒以改进静电除尘器性能，可在有效降低NOx和形成氨的条件下通过适当的加入装置将尿素，尿素水解产物，或其它含氮组合物加入到废气中。合适的加入到装置包括注射器，如由Burton在美国专利4，842，834，或由DeVita在美国专利4，915，036中公开的那些装置，每件专利均引入本文作为参考。一种特别优选的注射器装置是注射器喷枪，尤其是Peter-Hobly和Griard于1989年7月4日提出的题为“喷枪型注射装置”的国际公开号W091/00134中所公开的喷枪类型，将其引入本文作为参考。
当处理剂包含尿素，尿素水解产物，或其它含氮处理剂，而不包含非含氮碳氢化合物组份时，优选地将其在约1500°F～2100°F。事实上，在约2100°F的温度下采用尿素或尿素水解产物可实现有效的氮氧化物还原，这取决于参数如浓度和液滴大小。当处理剂还包含一种上文讨论的增强剂时，可将其约在1200°F～1750°F，更优选地约在1350°～1750°F或更高的废气温度下加入。
根据调节静电除尘器废气中所要求的氨含量，尤其是化合物的组份，和其它废气条件，如废气氧含量，可改变加入点的这些废气温度。实际上，使用增强剂一般将降低废气中的氨含量。如果增强剂将氨含量降低到低于用于静电除尘器调节所要求的含量时，可减少增强剂的加入量、或完全不加，以便存在足够量的氨。
将该化合物以化合物的氮与废气中基础氮氧化化物量的摩尔比约为1∶10～10∶1加入到废气中。更优选地，化合物氮与基础NOx量的摩尔比约为1∶5～5∶1(在加入增强剂而没有含氮组份的情况下，以约1∶10～约10∶1，优选地约为1∶5～5∶1的重量比将它们加入)。“基础氮氧化物量”是指加入化合物以前废气中氮氧化物的含量(测定或计算的)。
基础NOx量还可通过测定处理后废气中的氮氧化物含量，用测定数除以基础氮氧化物量，再从1中减去该值，乘以100得到用基础百分率表示的NOx还原，计算所降低的氮氧化物百分率。
优选地，将处理剂以溶液提供到废气中，最优选地是水溶液，其溶液中的浓度至少有效地降低废气中的NOx量。该溶液可以是从饱和溶液至非常稀的溶液。在较高的废气温度下，含氮化合物的浓度更稀，如在约2000°F低于约20%，在这些或更高的温度下约为0.5%～10%。另一方面，在温度低于2000°F时，浓度一般约为20%～40%。
有利地，溶液的液滴大小将在约10～10，000，优选地大于约50微米的范围内。液滴大小是重要的，能使处理剂与废气均匀地混合，并促进处理剂沿着锅炉内通道渗入，使之达到预期的作用。优选地，液滴的大小将随着温度升高增大。在温度低于约2000°F时，液滴大小小于约150微米是相当有效的，而当温度升高是时液滴应该更大，优选地大于约500微米。
通过改变引入含氮处理剂时的废气温度(如通过调节引入的位置)、特定的组合物和处理剂的引入比例，可至少部分地确保存在足够的氨。应该调整这些参数，以在废气中提供要求量的氨。这可采用美国专利4，780，289、4，830，839和/或5，017，347中描述的方法和技术完成，每件专利引入本文作为参考，其中利用了处理规范的氮氧化物的还原与废气温度关系曲线和其曲线的平直部分在还原NOx的同时控制第二种污染物的存在。
“氮氧化物还原-废气处理温度关系曲线”是指当将处理剂在一段废气温度范围内引入到废气中来实行处理规范和在每个引入温度下测定的氮氧化还原(一般用基础百分数表示)所得到的数据点的曲线。“曲线平直部分”指的是在一段温度范围内氮氧化物还原最大的氮氧化物还原-废气温度关系曲线上的区域，优选地包括至少两个数据点(当然，熟练的技术人员应认识到由于“数据分散”和其它实际获得数据的影响，曲线平直部分不一定是平直的)。“处理规范”是指引入(如通过注射)处理剂到废气中和引入处理剂的条件，如处理剂组分(是指处理剂的组成或化学配方)，处理剂的稀释度(是指所使用的处理剂包括溶液时处理剂的浓度)，处理剂组分的相对存在量(指的是构成处理剂的化学配方各组分的相对重量比或百分率)等等。
处理剂的引入温度，尤其是含氮处理剂，在引入处理剂之后时所实现的氮氧化物还原和废气中保持的氨量有可预见的影响。借助于对该知识的了解，可仔细地协调处理剂的性质(即组合物)和引入，以在废气中，甚至在选择的引入温度不能改变的情况下(在许多锅炉中，改变或使用不同的注射量不总是可能的或经济合理的)，产生要求量的氨。为了产生调节颗粒的氨，一般包括在引入点废气温度下引入处理剂，以便该处理剂在其氮氧化物还原-废气温度曲线平直部分的“左”侧起作用。
引入或其它相当的参数如标准化学计量比也可调节以提供氨(标准化学计量比是指废气中理论可接受的还原基如NH2或NCO基的浓度与氮氧化物的浓度之比；另一方面，当不能确定还原化学时，可用处理剂与NOx浓度的摩尔比来代替NSR；应该清楚本文使用的术语NSR适当的时候包括摩尔比)。
这些方法都造成操作发生在曲线的不同位置上，并可按两种方式之一实现。首先，曲线上的位置(在该位置上要采用的处理规范将要实行)通过在较低的废气温度下实行废气处理规范可移动。将容易地观察到，在较低废气温度下实行处理规范将使曲线上的操作位置进一步地向左移动。
在不同废气温度下实行处理可通过在废气温度不同于原始引入位置的位置进行处理剂引入来实现。可是，在不同废气温度下实行处理规范的这种方法常常是不现实的，这是因为由于各种可能的具体限制等等，通向锅炉内部的入口常常限制于一些特殊点。因此，在废气温度达到要求的度数的位置上引入常常是不可能的。
改变锅炉的操作负荷(即燃烧提供速率)也将改变废气温度，至少理论上可通过改变操作负荷来改变处理剂引入位置的废气温度。但是，实际上，因为改变废气状态的途径比改变温度参数的途径多，所以改变锅炉操作负荷不是优选的。氮氧化物量，以及其它参数如一氧化碳浓度随废气温度一起改变。此外，一般将锅炉操作负荷保持在一定的水平上，以得到特定的、要求的输出，锅炉操作负荷不是可用这种方式改变的一个要素。
在曲线上不同位置上操作的第二种方法是改变一种或多种要实行的处理规范的参数。例如，所改变的参数可能是算是剂的特定组分，伴随着处理剂引入速率改变以保持处理规范的NSR时以溶液形态的处理剂的稀释度，处理剂组合物的相对存在最，或上述任何方式的组合。通过改变处理规范参数，由改变了处理规范的氮氧化物还原-废气温度关系曲线代替原来的氮氧化物还原-废气温度关系曲线。选择要改变的参数和被改变的方式，可用向右“移动”的曲线代替原始曲线，由此导致在不同位置处操作在已移动的曲线上进行。
例如，如果实行的处理规范包括处理剂是10%尿素水解产物和15%糖醛的水溶液，和在处理位置处的废气温度为1755°F，由此向着处理规范的氮氧化物还原-废气温度关系曲线的平直部分的右侧进行的操作，然后通过省去糖醛来改变处理剂组分导致处理规范的改变，使得用在温度处的引入操作进一步向曲线平直部分左侧进行的曲线代替原始曲线。同样，如果实行处理规范包括处理剂是10%尿素水解产物和15%糖醛的水溶液，引入点的废气温度为1665°F，由此，接近处理规范的氮氧化物还原-废气温度曲线平直部分的中点处的操作，然后用15%乙二醇代替15%糖醛来改变处理剂而导致处理规范的改变，使得用废气温度处的引入操作进一步向着曲线平直部分的右侧进行的曲线代替原始曲线。
当然，按本发明公开的曲线上不同点处操作的两种方法不是相互排斥的而事实上是可以结合的。换句话说，废气温度可随着一种或多种处理规范参数而改变。
在本发明的另一上实施方案中，将上述讨论的含氮化合物在废气温度下引入到废气中，在该处，含氮化合物易于转变成氨。以促进氮氧化物的催化还原(指的是选择催化还原，或SCR)，条件是留有足够的氨以调节静电除尘器。还应该选择引入点的废气温度，以避免利用由此产生的化合物或氨通过SNCR途径降低NOx。尽管以这样的方式进行一些利用不是有害的，但可能形成某些副产物(如一氧化碳和氧化氮)，它们自身可能变成不希望的排出物。
因此，引入尿素，尿素水解产物，或其它含氮化合物(如由上述讨论的装置)的废气温度介于约1500°F，优选地，低于约1350°F。更优选地，废气温度介于约230°F和约1200°F之间。当有大量尿素存在时(即当引入尿素本身或有低于约80%水解产物时)，废气温度应该至少约350°F。最优选地，处理剂引入点的废气温度应该介于约550°F和约950°F之间。
当处理剂包含尿素水解产物时，它在引入前可处在室温下，或它可在或超过其沸点。这样水解产物在引入到废气中时可立即闪蒸掉，从而具有使得用于雾化的空气需求量减至最小的优点。
在引入尿素，尿素水解产物，或其它组合物之后，使已包含氨的经处理的废气通过催化剂。所使用的催化剂是一种在氨存在下能还原废气氮氧化物浓度的物质。这类催化剂包括例如活性炭，木炭或焦炭，氧化钒、氧化钨、氧化钛、氧化铁、氧化铜、氧化锰、氧化铬、贵金属如铂族金属如铂、钯、铑和铱，或其混合物。还可使用传统技术和熟练的技术人员所熟悉的其它催化剂物质。这些催化剂通常被施加在载体上，如陶瓷载体或沸石，不过可使用现有技术已知的其它载体。
最优选地，在废气温度介于约230°F～950°F之间时，使含氨废气通过催化剂。这样，通过引入水解了的尿素溶液而在废气中存在的氨最有效地促进氮氧化物的催化还原。
另外，可将上述两种实施方案结合起来。这样引入含氮处理剂，以便通过SNCR途径降低氮氧化物，其中产生了足够量的氨。促进NOx的催化还原，继而调节静电除尘器。
此外，可将含氮化合物独立于SNCR或SCR途径引入。在这种情况下，将本发明的尿素、已水解的尿素、或其它化合物(优选溶液，尤其水溶液)，在基本上等同于上述条件(将在进入静电除尘器之前没有发生SNCR或SCR NOx还原的情况下，在废气温度下引入废气中，其中该化合物随时可转变成氨以便于调节静电除尘器。
有利地，向废气中引入足够量的含氮处理剂以提供废气中所产生的氨的体积浓度(无论是在SNCR，SCR之后，还是在没有SNCR或SCR该化合物的引入时)能足以使颗粒的电阻率低于1013欧姆-厘米，更优选地，低于约1010欧姆-厘米。通常，氨的体积浓度应该至少为约3.0份/百万份(ppm)。更优选地，引入到废气中处理剂提供的氨浓度约为3.0～100ppmm，最优选地，约为10.0～50.00ppm。
除了含氮化合物(引入以用氨调节静电除尘器)之外，引入氧化硫，尤其是SO3也是希望的，以作为静电除尘器的调节剂。引入到废气中的硫化合物的浓度优选地至少约为6.1ppm，更优选地为约6.5～10.2ppm。事实上，已经发现在调节静电除尘器过程中，SO3和氨之间存在最佳协同作用-引入两者的性能增加比单独引入的总和还大。
在引入处理剂(任选地加SO3)之后，使已含氨的处理了的废气通过静电除尘器。适于静电除尘器的特定方案和操作特性是熟练的技术人员所熟悉的。事实上，到此为止可使用任何已建议的方案。
优选地，在废气通过静电除尘器时的废气温度介于约70°F～1350°F之间，更优选地介于约250°F～850°F之间。在某些实验静电除尘器中，操作温度可高达1500°F。这样，由引入的处理剂而在废气中存在的氨最有效地促进颗粒沉淀。
正如下文讨论的，用于管道内尿素水解的装置40被设置在废气管道20中，以便注射器装置50在废气14的温度为700°F的位置延伸到废气中14中。将25%的尿素水溶液通过装置40，将得到的尿素水解产物通过注射器装置50注入到废气14中，那儿它们分解成氨。氨通过静电除尘器30，在那样产生的氨的存在下，引起废气中存在的颗粒沉淀。
采用本发明，减少或省去了大量氨或氨水的运输，贮存和装卸。甚至在本方法没有提供用于调节废气而改进静电除尘器性能所需的全部氨的情况下，所需量的减少在安全和成本方面仍体现出很大的优势。
上述描述的目的是教本技术领域的普通熟练的技术人员如何实施本发明，对于那些所有的明显的修改和改变不打算详述，而这些修改对于熟练的技术人员在阅读了本发明的描述后变得明显。但是，我们期望所有的这类明显修改和改变被包括在由下列权利要求所限定的本发明的范围内。
权利要求
1.改进静电除尘器性能的方法，包括a)在有效形成尿素水解产物的条件下处理尿素；b)在有效形成氨和得到含氨废气的条件下，将所述的尿素水解产物引入到由碳质燃料燃烧产生的废气中；c)使含氨废气通过静电除尘器，其中通过废气中存在的氨改进静电除尘器的性能。
2.权利要求1的方法，其中所述的尿素水解产物的形成是通过将尿素溶液加热加压一段足够的时间，以使至少部分地水解所述的尿素，形成包含氨基甲酸铵与碳酸氢铵/碳酸铵复合物的水解产物，其中氨基础甲酸铵与碳酸氢铵/碳酸铵的比率为约10∶1～1∶200。
3.权利要求2的方法，其中所述的压力至少为约500psi。
4.权利要求3的方法，其中将所述的尿素水溶液加热到至少300°F，约3～14分钟，至少部分地水解所述的尿素。
5.权利要求2的方法，其中所述的尿素溶液与用于尿素水解的催化剂接触。
6.权利要求5的方法，其中所述的尿素水解催化剂选自金属，金属氧化物，金属盐和其混合物。
7.权利要求1 的方法，其中引入到废气中的所述尿素水解产物的量足以提供有效保持颗粒电阻率低于1013欧姆-厘米的氨的体积浓度。
8.权利要求7的方法，其中将所述的尿素水解产物以足以提供至少约3.0份/百万份的氨的量引入到废气中。
9.权利要求1的方法，其中所述的尿素水解产物是在静电除尘器的位置形成的。
10.权利要求9的方法，其中所述的尿素水解产物是在将其输入到燃烧废气中时管道内形成的。
11.权利要求1的方法，进一步包括将三氧化硫引入到废气中作为静电除尘器的调节剂。
12.权利要求11的方法，其中引入到废气中的三氧化硫的量至少为约6.1份/百万份。
13.改进静电除尘器性能的方法包括a)在有效形成的氨和得到含氨废气的条件下，将含氮组合物引入到燃烧碳质燃料产生的废气中，并且b)使含氨废气通过静电除尘器，其中由废气中存在的氨改进静电除尘器的性能。
14.权利要求13的方法，其中所述的含氮组合物包括尿素，尿素水解产物，或其混合物。
15.权利要求13的方法，其中引入到废气中的组合物的量足以提供有效保持颗粒的电阻率低于约1013欧姆-厘米的氨体积浓度。
16.权利要求15的方法，其中引入到废气中的组合物的量足以提供至少约3.0份/百万份的氨。
17.权利要求13的方法，进一步包括将三氧化硫引入到废气中，作为静电除尘器的调节剂。
18.权利要求17的方法，其中引入到废气中的三氧化硫量至少约为6.1份/百份。
全文摘要
本发明涉及改进燃烧废气通过的静电除尘器性能的方法。该方法一般包括在有效形成氨和产生含氨废气的条件下，将尿素、尿素水解产物或其它含氮组合物引入到废气中；使含氨废气通过静电除尘器，其中通过废气中存在的氨改进静电除尘器的性能。
文档编号B03C3/00GK1113826SQ94106528
公开日1995年12月27日 申请日期1994年6月3日 优先权日1992年12月8日
发明者佩·B·克里斯蒂安森, 林美珍, 约翰·E·霍夫曼, 威廉·H·森, 丹尼尔·V·德普 申请人:纳可环技公司