Thermodynamic assessment of carbamide use for reducing boiler NOX, co flue gas emissions

Abstract

Some aspects of boiler toxic pollutant emission reduction in the presence of carbamide are discussed in the paper. Theoretical pollution reduction investigation was conducted by using thermodynamic function calculation methods and evaluating the Gibbs’ energy value changes at various temperatures. The equations of these changes were derived. It was determined that the most reliable compounds, formed during the reaction between carbamide and nitrogen oxides, are CO₂, nitrogen and water. Other products are formed when carbamide is oxidized. Also, it was found that carbamide could reduce sulphur oxides to sulphur, and in some cases – to H₂S. The pyrolysis of carbamide is possible at temperatures above 450 K.

Termodinaminis katilinių išmetamųjų dujų NOx ir CO taršos kenksmingumo šalinimo naudojant karbamidą įvertinimas

Santrauka. Vienos iš didžiausių oro teršėjų yra elektrinės ir katilinės. Jos išmeta į atmosferą azoto oksidus, anglies monoksidą, sieros dioksidą. Pastaruoju metu azoto oksidams nukenksminti pradėtas naudoti karbamidas, kuris redukuoja azoto oksidus iki elementaraus azoto. Nagrinėjami katilinės teršalų nukenksminimo aspektai naudojant karbamidą. Šio darbo tikslas yra ištirti reakcijas, vykstančias tarp karbamido ir katilinės kamino dūmuose esančių junginių, nustatyti ir palyginti šių reakcijų patikimumą. Teoriniai nukenksminimo proceso tyrimai atlikti termodinaminiais metodais, įvertinant reakcijų Gibso energijų pokyčio vertes, esant įvairioms temperatūroms (298–1000) K. Išvestos šių pokyčių lygtys. Reakcijų patikimumas įvertintas remiantis termodinaminiais skaičiavimais ir gautomis Gibso energijos pokyčio vertėmis. Aptikta, kad, kylant temperatūrai, visų nagrinėtų reakcijų tikimybė didėja. Nustatyta, kad, vykstant azoto oksidų nukenksminimo procesui, esant karbamidui, patikimiausi reakcijos produktai yra anglies dioksidas, vanduo ir azotas; karbamidas gali redukuoti SO₂ iki sieros ir tam tikrais atvejais – iki vandenilio sulfido. Nesant kamino dūmuose deguonies ir azoto bei sieros oksidų, karbamido terminis skilimas vyksta esant daugiau kaip 450 K. Reakcijos metu išsiskiria anglies monoksidas, azotas, vandenilis ir amoniakas. Nustatyta, kad katilinės teršalams nukenksminti galima naudoti karbamidą, kuris azoto oksidus redukuoja iki azoto; Gibso energijų pokyčio vertės, karbamidui reaguojant su azoto, sieros, anglies oksidais, vandens garais, taip pat ir vykstant jo oksidacijos procesui oro deguonimi ir pirolizei, kylant temperatūrai mažėja pagal tiesinę priklausomybę. Išvestos šios priklausomybės tiesinių lygčių formulės.

Reikšminiai žodžiai: karbamidas, Gibso energija, oksidacija, redukcija, pirolizė, dujų nukenksminimas.

Термодинамическая оценка при деконтаминации эмиссии NOx и CO выхлопных газов котельных путем использования карбамида

Резюме. Одними из главных источников загрязнения воздуха являются электростанции и котельные. Они выделяют в атмосферу оксиды азота, CO и SO₂ . Недавно для дезактивации оксидов азота было предложено использовать карбамид. Карбамид редуцирует оксиды азота до элементарного азота. В настоящей статье обсуждаются некоторые аспекты деконтаминации эмиссии загрязнителей из котельной с использованием карбамида. Целью исследования было определить реакции, происходящие между карбамидом и соединениями, находящимися в газах выпускной трубы котельной, а также оценить и сравнить надежность этих реакций. Теоретическое исследование деконтаминации загрязнения проводилось с применением термодинамических методов и оценки величины изменений энергии Гиббса в реакциях при различных температурах – (298 – 1000) K. В результате исследований были получены уравнения этих изменений. Оценка надежности реакций была достигнута на основании термодинамических расчетов и полученных величин изменения энергии Гиббса. Надежность реакции увеличивается с увеличением температуры. Определено, что наиболее надежными составами, полученными в ходе реакции между карбамидом и оксидом азота, являются CO₂ , азот и вода. Кроме того, установлено, что карбамид может редуцировать оксид серы до элементарной серы и в некоторых случаях – до H₂S. Пиролиз карбамида возможен при температурах выше 450 K при отсутствии кислорода, азота и оксидов серы в газах выпускной трубы. В течение реакции выделяются CO, азот, водород и аммиак. Определено, что карбамид можно использовать для деконтаминации загрязнения из котельной. Карбамид редуцирует оксиды азота до азота. Определено, что значение ∆GT° в течение реакции карбамида с азотом, серой или углеродистыми оксидами, водным паром, а также в течение процесса его оксидации с воздушным кислородом и пиролиза с увеличением температуры уменьшается согласно линейной зависимости. В ходе исследований получены формулы уравнений этой линейной зависимости.

Ключевые слова: карбамид, энергия Гиббса, оксидация, редукция, пиролиз, деконтаминация газа.

First Published Online: 14 Oct 2010

Keyword : carbamide, Gibbs’ energy, oxidation, reduction, pyrolysis, gas decontamination