CN104364356B - 使用含有工程化燃料原料的吸附剂来缓解有害燃烧排放物 - Google Patents

Abstract

本发明涉及使用工程化燃料原料来控制在化石燃料如煤的燃烧过程中产生的基于硫的污染物、基于氯的污染物、基于氮的污染物或基于汞的污染物如SO₂、SO₃、H₂SO₄、NO、NO₂、HCl和Hg的排放。本发明公开新颖的工程化燃料原料、通过所描述的过程产生的原料、制作所述燃料原料的方法、从所述燃料原料产生能量的方法、以及从所述燃料原料产生电力的方法。

Description

使用含有工程化燃料原料的吸附剂来缓解有害燃烧排放物

相关申请信息

本申请要求2012年1月26日提交的美国临时申请号61/632,825的优先权。本申请涉及U.S.S.N.12/492,093、U.S.S.N.12/492,096和U.S.S.N.12/491,650。每个前述申请的所有公开内容出于所有目的而以引用的方式整体并入本文。

发明技术领域

本发明涉及替代燃料以及它们在缓解标准、有毒和有害空气污染物中的用途。具体地说，本发明涉及工程化燃料原料以及使这类工程化燃料原料与煤共燃以便针对腐蚀防护和燃烧过程中的操作性能改进来控制排放特征的方法。本文所描述的工程化燃料原料包含加工的城市固体废物，和吸附剂。

发明背景

适用于加热、运输和生产化学品以及石油化学产品的化石燃料来源变得越来越稀少且越来越贵。如生产能量和石油化学产品的那些的产业正在积极寻找成本有效的工程化燃料替代物以用于产生那些产品和许多其它产品。另外，由于化石燃料持续增加的成本，用于移动用以生产能量和石油化学产品的燃料的运输成本迅速逐步升高。

能量和石油化学产品生产产业等依赖于使用化石燃料如煤、油和天然气，所述化石燃料用于生产能量(热量和电力)的燃烧过程。燃烧是释放储存在燃料源内的能量的热化学过程。燃烧在空气或氧的存在下在反应器中发生。锅炉是用于加热水以产生水蒸气的一种类型的反应器。传统电厂使用锅炉来产生用于为生产电力的涡轮机提供动力的水蒸气。

燃料的燃烧性质导致显著量的污染物从燃料中释放出来并转移到所产生的气体中。气体中的污染物被释放到环境中，除非它们被捕获或处理。燃料通常含有呈不同比例的多种化学元素，所述化学元素在它们用作能源的过程之中或之后可能造成各种环境或技术问题。这类化学元素包括硫、卤素(例如，Cl、F)、氮以及包含汞(Hg)的微量重金属。如本文所述，较高含量的硫、氯或氟引起系统设备的严重腐蚀并且产生有害空气污染物。微量元素还可以是对环境或人体健康的威胁(例如，Hg、Cd、Pb、As、Cr、Se)，微量元素可能引起额外的腐蚀问题(例如，Na、K)或可能使任何催化剂(主要是As)或吸附剂(例如，粉末状活性炭)或下游所使用的催化剂(例如，SCR)污染或中毒。例如，化石燃料如煤、油和天然气在氧化气氛中的燃烧产生NO_x，NO_x是可触发哮喘发作的地面臭氧的前体。化石燃料的燃烧还是二氧化硫(SO₂)的最大单个来源，这进而产生非常精细的硫酸盐微粒。据估计，美国电厂的细颗粒污染每年缩短超过30,000人的寿命。此外，成千上万名美国人患有与来自电厂的细颗粒相关的哮喘发作、心脏问题以及上呼吸道和下呼吸道问题。为避免或最小化与这些元素相关的问题和/或由这些元素形成的、可在燃烧过程之中或之后放出或产生的产物，需要一种或多种合适的技术来减少它们排放和释放到环境中。

SO₂排放物的主要来源是工业操作如电厂(例如，燃煤或燃油的电厂)。在美国，来自这些工业操作的排放物必须遵循1990年清洁空气法修正案所设定的环境保护局(“EPA”)规定。由于新的燃煤发电设施正在建造，因此对减少SO₂排放物的经济方法重新产生兴趣。(Wu,C,Khang,S.-J.、Keener,T.C.和Lee,S.-K.，Adv.Environ.Research,8,655-666,2004)。据报道，已在世界范围内提出或开发了用于烟气脱硫(FGD)的超过250种技术(Oxley,J.H.,Rosenberg,H.S.,Barrett,R.E.，Energy Eng.88,6,1991)。然而，由于低效率，相对少的那些工艺当前在使用中(Makansi,J.，Power,137,23-56,1993)。

电厂是美国空气传播的汞排放物的最大来源。最终，空气中的汞进入水中，在那里所述汞转化成甲基汞(CH₃Hg⁺)并且进入食物链。甲基汞是积聚在身体中并且主要来自消费污染的鱼和海产品的神经毒素。监管机构像食品与药物管理局(FDA)已发布对于通过限制消费某些类型的鱼来减少接触甲基汞的指南，但在2012年之前，一直不存在缩减汞和其它有毒污染物排放的联邦法规。

响应于关于来自传统、燃烧化石燃料的电厂的排放物的日益增加的关注，EPA已要求极大地减少标准污染物如氮和硫的氧化物(NO_x和SO_x)以及有毒污染物像汞(Hg)的排放。作为响应，电厂已开始昂贵的改装操作，以便减少这些排放物。然而，如下文更详细地论述，这些缓解策略已具有其自身非有意的后果并且已导致额外污染物如三氧化硫(SO₃)和硫酸(H₂SO₄)的产生和排放。

除了化石燃料外，城市固体废物(MSW)也是用于燃烧的燃料来源。源自进行最低程度加工以去除某些金属的MSW的燃料通常被称为垃圾衍生燃料(RDF)，或在一些情况下被称为固体回收燃料(SRF)。伴随MSW燃烧的缺点包括上述化石燃料燃烧的缺点，包括污染物如NO_x、SO_x、HCl、Hg以及损害环境并且对人体有害的微粒的产生。除了这些缺点外，MSW燃烧还可能产生腐蚀和操作问题。

含有显著量的硫和/或氯的燃料和废物对于燃烧反应来说不是所期望的，因为它们可能产生有毒或腐蚀性副产物。显著量被定义为在添加至燃料原料时导致最终原料具有多于2％硫和多于1％氯的量。例如，材料如未加工的MSW、RDF、含有高硫的煤、使用过的轮胎、地毯、橡胶和某些塑料如PVC在燃烧时释放不可接受量的有害的基于硫和/或氯的气体。出于这个原因，这些材料通常被避免，或在用作燃料之前必须进行预处理以去除污染物。

另一个燃料来源为来自生物质。生物质燃料是可用作燃料或用于工业生产的活的和最近死亡的生物材料。通常，生物质燃料源自植物物质，但它们不包括煤和石油。生物质燃料还可包括可燃烧的生物可降解废物。生物质燃料的非限制性实例和类型包括木材、柳枝稷、庭院废物、植物，所述植物包括芒草、柳枝稷、大麻、玉米、白杨、柳树、甘蔗和油棕(棕榈油)、椰壳和坚果壳。一些人考虑生物质燃料作为中性CO₂的用途，这可能是电厂操作员所期望的，因为生物材料在其寿命期间储存碳，并且燃烧仅仅通过使碳返回到环境中来完成碳循环。

文献中已广泛报道，锅炉中氯诱导的高温表面腐蚀是工业中最高成本的问题之一。这个问题可导致工厂的停工期和周期性总停工，这占到操作和维护成本的相当大的部分。所述腐蚀导致在一些单元中经常一年一次更换过热器垂杆或要求使用成本更高的合金材料来防护金属表面或用作更换管材料。

腐蚀问题由于以下事实而在使用生物质和废物衍生燃料时更加严重：所述生物质和废物燃料的灰具有与煤的灰非常不同的组成和不同的熔融特征。灰组成的这种差异导致过热器管和传热过程单元的其它零件上的腐蚀和氯盐沉积。来自氯的腐蚀在过热器中在约480℃(900°F)的水蒸气温度下开始，并且随着温度增加高达约500-600℃(930-1,100°F)而增加。与燃煤工厂相比，这限制了生物质到能量和废物到能量工厂中的过热的水蒸气温度并因此限制生物质到能量和废物到能量工厂的发电效率。

为防止腐蚀和控制污染物，先前已开发或实施了用于燃烧过程中的烟气净化的系统集中于对实际燃料本身中的这些污染物的控制(即，通过限制含有相对高量的硫、氮、重金属或其它污染物和/或污染物前体的燃料的使用)或通过控制污染物通过烟气流的燃烧后处理而释放进入大气中。例如，一种污染控制策略包括将吸附剂添加到烟气流中。已将吸附剂如熟石灰、碳酸钙、倍半碳酸钠、碳酸氢钠和氧化镁注入到燃烧排气烟囱气体中，以便净化含有氯和硫的污染物的排出气体(例如，参见美国专利No.6,303,083；6,595,494；4,657,738和5,817,283，所述专利中各自的相关部分以引用的方式并入本文)。

然而，干吸附剂在约800℃至约1,100℃的温度下工作最佳并因此主要用于燃烧单元的排气流。此外，如果吸附剂如熟石灰在低于800℃的温度下使用，则通常发生污染物被吸附剂少于20％的转化或吸附，从而导致在燃烧过程中产生的有毒产物的相当大的一部分的释放和/或吸附剂的不完全或低效率的使用。因此，这些吸附剂通常以浆料形式制备并且用于半干式/半湿式和湿式洗涤器中，这改进了污染物的吸附剂吸附和/或转化。然而，半干式/半湿式和湿式洗涤器通常需要较复杂的工艺系统并且在伴随水消耗的情况下操作，从而导致更高的资金和操作成本。

燃烧炉吸附剂注入

图1是示出包括炉内吸附剂注入系统(FSI)的示例性常规煤燃烧反应器的示意图，所述炉内吸附剂注入系统是用于从燃烧反应器排气流中去除污染物的一种类型的吸附剂系统。将通常夹带在一次空气流中的粉碎或研磨的煤颗粒引入到燃烧反应器的初级燃烧区中。初级燃烧区通常以约0.8-1.15的空气当量比(AR)(例如，贫氧至富氧条件)并且在约1,300至1,650℃的温度下操作。在一些情况下，如图1中所示，还可引入二次空气流以提供额外的燃烧空气。来自初级燃烧区的燃烧产物进入燃尽区中，在所述燃尽区中温度为约1,150至1,300℃。将额外空气引入到燃尽区中以使AR增加至约1.20并因此促进从初级燃烧区向上携载的不完全燃烧的燃料的燃烧。来自燃尽区的流出物随后进一步沿着燃烧反应器的烟道向上到达对流区，在所述对流区中吸附剂被注入烟气流中以吸附燃烧反应中产生的SO₂。

在常规炉内吸附剂注入系统中可能发生几个问题。例如，由于所注入的吸附剂颗粒的部分或完全熔融，高烟气温度可能促进吸附剂烧结。对于基于钙的吸附剂来说，当温度高于约1,100℃时，吸附剂颗粒的烧结急剧增加。这种烧结可阻塞吸附剂颗粒中的孔隙或通道，从而减少吸附剂颗粒的可供用于与燃烧反应中产生的SO₂、其它硫氧化物或其它污染物反应的总有效表面积。高温度还可增加脱硫产物的热不稳定性。例如，当基于钙的吸附剂用于燃烧炉吸附剂注入过程中并且温度大于约1,050℃时，CaSO₄例如开始分解(例如，CaSO₄→CaO+SO₂+1/2 O₂)。相反，在燃烧炉吸附剂注入操作中，较低温度通常导致不完全的吸附剂煅烧以及因此低的吸附剂反应速率。由于这些竞争性的高温和低温限制，在燃烧炉吸附剂注入操作中，吸附剂注入端口必须被定位在煤燃烧器的下游，在温度对于SO₂去除来说最佳的区域中。

在典型的干式和燃烧炉吸附剂注入过程中可能遇到的另一个问题是达到足够的吸附剂停留时间以便去除SO₂。足够的停留时间是允许吸附剂颗粒接触烟气以及允许吸附剂颗粒的完全煅烧和硫酸化所必要的。然而，在约700℃至约1,100℃的典型对流区烟气温度下，2至3秒(或更长)的停留时间是大多数吸附剂实现吸附剂的完全煅烧和硫酸化所需的。对于典型的粉煤锅炉来说，对流区中所注入的吸附剂的停留时间为约1至2秒，并且吸附剂的完全煅烧和硫酸化不能实现，从而导致不完全的吸附剂使用和SO₂的低于最佳的捕获。

另一个问题是干式和炉燃烧炉吸附剂注入系统的成本。在吸附剂被注入锅炉或管道系统中后，所述吸附剂与烟气中的污染物反应以形成固体化合物，所述固体化合物随后在下游的颗粒收集装置——静电除尘器或织物过滤器)中去除。虽然这种技术可消除污染物(像SO₃排放物)，但用于吸附剂注入的安装和使用成本是显著的并且随工厂大小和试剂类型而改变。基于来自EPA整体计划模型v4.10的数据，典型的500MW工厂的资金成本可为$45,000,000或甚至更高，其中年运行及维护成本超过$50,000,000。

在典型燃烧炉吸附剂注入过程中可能遇到的又一个问题是在注入吸附剂时，在燃烧炉横截面积上实现均匀的吸附剂分布。这种均匀分布对于实现有效的吸附剂-SO₂接触以及伴随着的SO₂从烟气流中的去除来说是重要的。然而，在FSI操作中在将吸附剂注入烟气流中时，实际上很难实现均匀的吸附剂分布，这是由于较大的燃烧炉横截面积以及反应器的经常复杂的几何构造。在FSI过程中，非均匀的吸附剂分布可造成所注入的吸附剂与烟气的不完全混合，从而导致较低的SO₂去除效率和低效率的吸附剂使用。

在FSI过程中的另一个考虑包括吸附剂注入其中的反应环境。例如，流出物流中的还原或氧化条件可对SO₂去除效率具有显著的影响。在流出物流为富氧(例如，氧化条件)的情况下，大多数燃料结合的硫通过少量的SO₃转化成SO₂。然而，相对于硫化物(SO₃ ^2-)，某些脱硫副产物，包括各种硫酸盐(SO₄ ^2-)，在低温下可能是不稳定的。例如，CaSO₄在约1,050℃下开始分解。因此，在氧化条件下通过与硫吸附剂反应而产生的某些脱硫产物可能是不稳定的并且分解，从而再产生硫氧化物。此外，氧化条件通常促进燃料结合的氮转化成NO_x。

或者，当燃烧在还原条件(例如，富燃料条件)下进行时，燃料结合的硫转化成H₂S(通过微量COS)，并且燃料结合的氮通过微量NH₃转化成N₂。相对于在氧化条件下产生的硫氧化物，在还原条件下通过吸附剂注入烟气流中脱硫的副产物，如各种硫化物(例如，CaS)，在较高温度下通常是稳定的。例如，CaS具有约2,525℃的熔融温度。在氧化条件下在较高温度下，由所注入的吸附剂进行的硫吸附急剧下降，并且NOx产生增加。相反，在还原条件下，氮氧化物产生非常低，并且硫化物产生是有利的。然而，在还原条件下，不期望的H₂S形成也是有利的。因此，烟气吸附剂注入必须使得反应条件(例如，氧化或还原条件)与反应温度平衡，并且可能难以实现最佳平衡。

分级烟气脱硫

用于缓解燃烧过程中的SOx产生的另一种已知策略是分级脱硫。在这个过程中，将通常夹带在一次空气流中的粉碎或研磨的煤颗粒引入燃烧反应器的初级燃烧区中。初级燃烧区通常以约0.7至0.8的空气当量比(AR)(例如，富燃料条件)并且在约1,500℃的温度下操作。还将吸附剂(在这种情况下是Ca:S的化学计量比为约1.0至1.5的基于钙的吸附剂)与粉煤分开地或与粉煤流掺和在一起引入初级燃烧区中。

来自初级燃烧区的燃烧产物进入燃尽区中，在所述燃尽区中温度为约1,300℃。将额外的空气引入燃尽区中以使AR增加至约1.20并因此促进从初级燃烧区向上携载的不完全燃烧的燃料的燃烧。来自燃尽区的流出物随后进一步沿着燃烧反应器的烟道向上到达对流区，在所述对流区中将吸附剂在约1,100℃的温度下注入烟气流中以吸附燃烧反应中产生的SO₂。对流区通常在约1.1至1.2的AR下操作，并且吸附剂以约2.0至2.5的Ca:S化学计量比注入。

然而，如同干式吸附剂注入过程，分级脱硫存在几个问题。例如，注入初级燃烧区中的吸附剂可由于初级燃烧区中的相对高温而烧结。另外，注入至对流区的吸附剂具有极短的停留时间。此外，正如干式吸附剂注入，可能很难实现吸附剂的均匀分布，因为吸附剂和燃料颗粒两者可能不同地流动，或出现分离，因为它们具有不同的尺寸和密度。最后，分级脱硫提供对燃烧过程中产生的NO_x的有限还原。

用于还原NO_x排放物的一种策略是采用“再燃烧”过程。在这个过程中，将通常夹带在一次空气流中的粉碎或研磨的煤颗粒引入燃烧反应器的初级燃烧区中。初级燃烧区通常以约1.05至1.10的AR(例如，氧化条件)并且在约1,500℃的温度下操作。在一些情况下，还可将二次空气流与煤/吸附剂/一次空气混合物一起引入以便提供额外的燃烧空气。燃料结合的氮与氧反应以形成NO_x。

来自初级燃烧区的燃烧产物随后进入再燃烧区中。将再燃烧燃料(通常是天然气、油、丙烷等)引入再燃烧区中。这提供了稍微富燃料的还原环境(例如，AR＝0.8–0.95)，其中初级燃烧区中产生的NO_x与再燃烧燃料诱导的自由基反应并使NO_x还原为分子态氮。来自再燃烧区的流出物流随后进入燃尽区中，在所述燃尽区中温度为约1,300℃。将额外的空气引入燃尽区中以使AR增加至约1.20，以便促进从初级燃烧区向上携载的不完全燃烧的燃料和/或燃烧产物(例如，CO)的燃烧。来自燃尽区的流出物随后进一步沿着燃烧反应器的烟道向上到达对流区，在所述对流区中将吸附剂在约1,100℃的温度下注入烟气流中以吸附燃烧反应中产生的SO₂。

通过采用再燃烧技术，可实现高的NO_x还原水平(例如，约50％至70％)。此外，当使再燃烧过程与SNCR结合时，可实现显著的NO_x控制水平(例如，大于约75％)。然而，再燃烧过程没有解决以上关于FGD和分级脱硫所描述的SO₂控制问题，包括温度的平衡、每个区中的反应条件等。另外，在使燃烧区或再燃烧区维持处于还原条件(例如，AR<1)时，燃烧反应器中的灰结渣可能变得显著，并且这是因为相对于氧化条件(例如，AR>1)下的灰结渣，在还原条件下灰结渣通常在较低温度(约100至300°F)下发生。

FGD技术(像直接吸附剂注入和分级脱硫)在还原一些有害空气污染物方面已经是成功的。然而，新的规则和规定已强化了对释放到大气中的污染物的限制，并且要求许多电厂操作员进一步减少其有害锅炉排放物。一旦这一规则为美国环境保护局(EPA)的跨州空气污染规则(CSAPR)时(所述规则出于所有目的以引用的方式整体并入本文)，目前就要求到2014年，平均电厂SO₂排放物减少至2005年排放物水平的73％并且NO_x排放物减少至2005年排放水平的54％。为遵守CSAPR，其它FGD技术像湿法烟气脱硫和选择性催化还原(SCR)在燃煤电厂的使用预期在未来十年显著增加。据EPA估计，到2020年，总FGD产能预计从当前的100千兆瓦(GW)增加至231GW。这种额外的FGD产能中的大多数将可能使用湿法FGD技术。另外，据EPA估计，到2020年，总计约154GW的SCR将安装在美国燃煤电厂上。

在2012年，EPA发布针对汞及有毒气体标准(MATS)的新标准(其以引用的方式整体并入本文)，所述新标准要求许多煤和油电厂实质性地减少汞和其它有毒排放物。在MATS之前，没有联邦标准要求电厂限制其汞和其它重金属的排放。在2007年，EPA预计用于电厂的MATS的年增加遵从成本(annual incremental compliance cost)在2015年将为94亿美元。由于这些成本，EPA预期4.7GW的燃煤产能关闭，因为它们根据MATS将是不经济的。DOE测试已经表明，一些电厂可能出于几个原因而不能仅仅通过干式吸附剂注入系统来实现汞的所需减少。首先，SO₃干扰汞与碳吸附剂结合的能力，从而降低一些干式吸附剂注入系统的有效性。第二，热侧静电除尘器(ESP)的使用具有减少可结合至吸附剂并收集为微粒物质的汞的量的无意的副作用。第三，干式吸附剂注入系统很难彻底处理来自燃烧煤的锅炉的烟气，所述烟气富含元素汞，并且在未安装额外集尘室的情况下，将不可能实现MATS所要求的超过90％的汞减少，尤其是对于亚烟煤或高硫煤来说。

满足这些新的排放标准具有无意的副作用。虽然湿法FGD和SCR控制的使用的增加将显著减少SO₂和NO_x排放物，但不幸的是，这将会使得烟囱不透明度(stack opacity)成为更普遍的问题。如以下更详细描述，烟囱不透明度增加的原因是SO₃由于SO₂的进一步氧化而增加。燃煤工厂中已经历的这一现象通过SCR和/或湿法FGD控制进行改进并且在燃烧含有高硫的烟煤的电厂中是特别成问题的。

冷凝SO₃或其水合酸性形式(硫酸(H₂SO₄))是烟囱不透明度问题的主要原因之一——通常被称为“蓝烟流”的现象。据估计，具有SCR和/或湿法FGD系统的燃烧烟煤的工厂中的75％至85％可能产生足够的SO₃蒸汽和气溶胶烟雾以使得它们的排放物是不透明的。例如，在2000年，在将SCR单元安装在俄亥俄州美国电力公司的2,600-MW通用Gavin工厂之后，出现值得注意的蓝烟流例子，因为该工厂的SO₃排放物由于SCR加倍。这一增加归因于SO₂通过装填在SCR单元中的催化剂进一步氧化。SCR使用促进SO₂转化成SO₃的氧化催化剂，例如，二氧化钛、五氧化二钒和其它钛-钒催化剂。

硫酸气溶胶排放物的可见后果不是与烟气中的SO₃相关的唯一问题。它还造成几个不利的健康、环境和审美后果，并且对于燃煤电厂的操作员来说产生显著的操作和维护缺点。在足够的浓度下，SO₃可增加位于燃烧炉或锅炉下游的设备和部件的腐蚀和结垢，包括但不限于管道系统、空气加热器、ESP或织物过滤器(FF)以及烟囱本身。此外，增加的SO₃还可降低效率并减小总体工厂耗热率。在离开熔炉或锅炉和/或SCR的烟气中的较高SO₃水平的情况下，空气加热器被迫在远高于酸露点温度的气体出口温度下操作，这意味着由空气加热器进行的热回收将是较低的，从而降低工厂的热效率。同时，由于较高的烟气温度，所生成的较高烟气体积流量将降低ESP/FF微粒去除效率，从而进一步造成烟囱不透明度问题。较高的烟气体积流量还将导致诱导通风(ID)风扇的电力消耗量更多。而且，SCR催化表面可被过量的砷和汞遮蔽，所述砷和汞还将与过量的SO₃一起存在。

使空气加热器操作温度升高至高于酸露点至少20-30°F可避免SO₃冷凝，但结果是这将降低工厂效率。或者，在将烟气排放至烟囱之前对其再加热还可降低蓝烟流风险，但需要显著的能量消耗做到这一点。此外，这些策略仅解决了蓝烟流导致的可见性问题，它们不能帮助减少到大气中的SO₃排放物和相关空气污染问题。

尽管看到可见效应的特定SO₃浓度随大气条件和烟囱特征变化，但通常接受的是，如果SO₃浓度小于约5至约10ppm，那么将不存在任何视觉变色效应。电力工业的经验还表明，在空气加热器之前使烟气中的SO₃浓度减少至低水平(<10ppm)将会降低下游部件腐蚀和结垢的可能性。使熔炉或锅炉出口处的SO₃浓度从典型的30ppm减少至约5ppm将允许空气加热器在至少35°F的气体出口温度下操作。这将导致耗热率(或工厂效率)增加约1％，这将价值约$2,233,800(针对具有85％操作因素和$60/MWh功率比的500MW工厂来说)。

因此，需要创新的、高效的并且成本有效的方法来缓解有害空气污染物以及与燃煤电厂有关的相关环境、经济和操作问题。

还需要新的系统和方法用于以整合方式减少燃烧过程中产生的污染物(特别是SO_x、NO_x、HCl和Hg)以便提供最大程度的污染物去除，并且避免至少一些与常规SO_x、NO_x、HCl和Hg减少技术相关的问题。

发明内容

本发明的目的是提供燃烧包含来自加工的MSW废物流的一种或多种组分和吸附剂的工程化燃料原料的方法，所述工程化燃料原料允许使用含有显著水平的硫的燃料用于燃烧应用，而不违背规定硫排放限制。

本发明的另一个目的是提供燃烧包含来自处理的MSW废物流的一种或多种组分并且包含可用于控制一种或多种基于硫的污染物的一种或多种吸附剂的工程化燃料原料的方法。

本发明的又一个目的是提供使煤与包含来自加工的MSW废物流的一种或多种组分并且包含可用于控制一种或多种基于硫的污染物的一种或多种吸附剂的工程化燃料原料共燃的方法。

本发明的目的是提供包含来自加工的MSW废物流的一种或多种组分并且包含吸附剂的工程化燃料原料，所述工程化燃料原料允许使用含有显著水平的硫的燃料用于燃烧应用。

本发明的另一个目的是提供包含来自加工的MSW废物流的一种或多种组分并且包含可用于控制一种或多种基于硫的污染物的一种或多种吸附剂的工程化燃料原料。

本发明的目的是提供燃烧包含来自加工的MSW废物流的一种或多种组分并且包含吸附剂的工程化燃料原料的方法，所述工程化燃料原料允许使用含有显著水平的氮的燃料用于燃烧应用。

本发明的另一个目的是提供燃烧包含来自加工的MSW废物流的一种或多种组分并且包含可用于控制一种或多种基于氮的污染物的一种或多种吸附剂的工程化燃料原料的方法。

本发明的又一个目的是提供使煤与包含来自加工的MSW废物流的一种或多种组分并且包含可用于控制一种或多种基于氮的污染物的一种或多种吸附剂的工程化燃料原料共燃的方法。

本发明的目的是提供包含来自加工的MSW废物流的一种或多种组分并且包含吸附剂的工程化燃料原料，所述工程化燃料原料允许使用含有显著水平的氮的燃料用于燃烧应用。

本发明的另一个目的是提供包含来自加工的MSW废物流的一种或多种组分并且包含可用于控制一种或多种基于氮的污染物的一种或多种吸附剂的工程化燃料原料。

本发明的目的是提供燃烧包含来自加工的MSW废物流的一种或多种组分并且包含吸附剂的工程化燃料原料的方法，所述工程化燃料原料允许使用含有汞的燃料用于满足或超过了规定汞排放限制的燃烧应用。

本发明的另一个目的是提供燃烧包含来自加工的MSW废物流的一种或多种组分并且包含可用于控制汞污染物的一种或多种吸附剂的工程化燃料原料的方法。

本发明的又一个目的是提供使煤与包含来自加工的MSW废物流的一种或多种组分并且包含可用于控制汞污染物的一种或多种吸附剂的工程化燃料原料共燃的方法。

本发明的目的是提供包含来自加工的MSW废物流的一种或多种组分并且包含吸附剂的工程化燃料原料，所述工程化燃料原料允许使用含有显著水平的汞的燃料用于燃烧应用。

本发明的另一个目的是提供包含来自加工的MSW废物流的一种或多种组分并且包含可用于控制一种或多种基于汞的污染物的一种或多种吸附剂的工程化燃料原料。

本发明的目的是提供燃烧包含来自加工的MSW废物流的一种或多种组分并且包含吸附剂的工程化燃料原料的方法，所述工程化燃料原料允许使用含有显著水平的氯的燃料用于燃烧应用。

本发明的另一个目的是提供燃烧包含来自加工的MSW废物流的一种或多种组分并且包含可用于控制一种或多种基于氯的污染物的一种或多种吸附剂的工程化燃料原料的方法。

本发明的又一个目的是提供使煤与包含来自加工的MSW废物流的一种或多种组分并且包含可用于控制一种或多种基于氯的污染物的一种或多种吸附剂的工程化燃料原料共燃的方法。

本发明的目的是提供包含来自加工的MSW废物流的一种或多种组分并且包含吸附剂的工程化燃料原料，所述工程化燃料原料允许使用含有显著水平的氯的燃料用于燃烧应用。

本发明的另一个目的是提供包含来自加工的MSW废物流的一种或多种组分并且包含可用于控制一种或多种基于氯的污染物的一种或多种吸附剂的工程化燃料原料。

本发明的另一个目的是提供包含来自加工的MSW废物流的一种或多种组分并且包含可用于控制特定污染物或优选同时控制多种污染物的一种或多种吸附剂的工程化燃料原料。为了实现多污染物控制，理想地需要多功能吸附剂；或者，可使用多种吸附剂，其中每种吸附剂均针对具体元素或针对具体目的被选择来进行处理。吸附剂的选择取决于各种考虑，包括但不限于以下各项：(i)燃料特征，实质上是何种类型和何种数量的污染物需要被一种或多种吸附剂控制；(ii)操作条件，如还原或氧化环境、温度、压力和转化技术(例如，固定床、密流化床、循环流化床等)；(iii)吸附剂的反应性和副产物的特征，例如，稳定性、熔点、沸点和毒性；(iv)经济效益；以及(v)吸附剂导致下游收集器的结渣或结垢减少或操作效率增加的特性。

本发明的目的是通过使用包含来自加工的MSW废物流的一种或多种组分并且包含吸附剂的工程化燃料原料来避免与吸附剂的使用有关的成本高的资金支出。由于吸附剂是工程化燃料原料的一部分，因此没有必要具有干式和燃烧炉吸附剂注入系统(储存、输送、雾化等)通常所必需的吸附剂处理系统。而且，吸附剂/污染物反应的产物主要保留在流化床锅炉的底灰中，因此下游收集器(即，静电除尘器、集尘室、微粒物质洗涤器)上的微粒或灰尘负载将减少，从而导致这些装置所另外需要的资金、操作和维护成本的节省。在粉煤锅炉中，吸附剂/污染物反应的产物主要保留在飞灰中，其中现有下游收集器在去除将以另外方式穿过烟囱并到达烟囱外部的污染物方面变得更加有效。在吸附剂中吸附更多的烟气污染物消除了对用于使湿式洗涤器遵守日益严格的排放物标准的额外资金支出的需要。

本公开描述包含源自加工的MSW废物流的一种或多种组分和至少一种吸附剂的工程化燃料原料，所述工程化燃料原料具有一系列化学或分子特征，这使得其适用于多种燃烧目的。在一些实施方式中，工程化燃料原料包含至少两种或更多种吸附剂。组合的工程化燃料原料和吸附剂可处于松散材料、致密立方体、团块、球丸、蜂窝的形式或其它合适的形状和形式。在美国专利申请No.12/492,096和12/492,093中公开用于无吸附剂的工程化燃料的算法，所述专利申请各自内容以引用的方式整体并入本文。

本发明的另一个目的是提供用于与其它燃料如煤共燃作为控制排放物的方式的工程化燃料原料。这种控制由于越来越严格的州和联邦空气排放物标准而是需要的。在美国绝大多数燃煤电厂将由于这些规则而被迫作出关键决定，即花费数十亿美元来改装其排放控制系统来顺从这些规则，或简单地关闭电厂来避免所述费用。本发明的工程化燃料原料的使用将不仅避免以上改装成本，而且将允许所述工厂延长其操作寿命，从而避免针对排放控制的成本高的改装升级并延长现有发电厂的使用寿命，所述现有发电厂通常将不会遵守严格的排放控制规定，如新的EPA跨州空气污染规则。

本发明的目的是提供包含源自加工的MSW废物流的一种或多种组分和至少一种吸附剂的工程化燃料原料，其中所述工程化燃料原料在燃烧时产生如与至少一种其它燃料在燃烧时的已知水平的硫排放物相比较少的硫排放物。在一些实施方式中，工程化燃料原料包含至少两种或更多种吸附剂。

本发明的目的是提供包括含源自加工的MSW废物流的一种或多种组分和至少一种吸附剂的工程化燃料原料，其中所述工程化燃料原料在燃烧时产生如与至少一种其它燃料在燃烧时的已知水平的氮排放物相比较少的氮排放物。在一些实施方式中，工程化燃料原料包含至少两种或更多种吸附剂。

本发明的目的是提供包含源自加工的MSW废物流的一种或多种组分和至少一种吸附剂的工程化燃料原料，其中所述工程化燃料原料在燃烧时产生如与至少一种其它燃料在燃烧时的已知水平的氯排放物相比较少的氯排放物。在一些实施方式中，上述工程化燃料原料包含至少两种或更多种吸附剂。

本发明的目的是提供包含源自加工的MSW废物流的一种或多种组分和至少一种吸附剂的工程化燃料原料，其中所述工程化燃料原料在燃烧时产生如与至少一种其它燃料在燃烧时的已知水平的汞排放物相比较少的汞排放物。在一些实施方式中，上述工程化燃料原料包含至少两种或更多种吸附剂。

本发明的另一个目的是提供包含源自加工的MSW废物流的一种或多种组分和一种或多种选自下组的吸附剂的工程化燃料原料，所述组选自：碳酸钠碳酸氢钠二水合物(trisodium hydrogendicarbonate dihydrate)或倍半碳酸钠(天然碱(Trona))、碳酸氢钠、碳酸钠、铁酸锌、锌铜铁氧体、钛酸锌、铜铁氧体铝酸盐、铝酸铜、铜锰氧化物、氧化铝载镍、氧化锌、氧化铁(FeO、Fe₂O₃、Fe₃O₄)、铜、氧化铜(I)、氧化铜(II)、溴化铵、石灰石、石灰、铁屑、Fe、CaCO₃、Ca(OH)₂、CaCO₃·MgO、醋酸钙镁(CaMg₂(CH₃COO)₆)、苏打、硅石、氧化铝、瓷土、高岭土、矾土、酸性白土、硅镁土、煤灰、熟石灰、白云石、卵壳、以及Ca-蒙脱石。

在另一种实施方式中，工程化燃料原料包含两种或更多种上述吸附剂。在其它实施方式中，工程化燃料原料包含两种或更多种上述吸附剂并且进一步包含用于减少汞的吸附剂。在其它实施方式中，工程化燃料原料包含两种或更多种上述吸附剂并且进一步包含用于NOx减少的吸附剂。在一些实施方式中，用于减少汞的吸附剂选自对于本领域技术人员来说已知的溴化钙、溴化铵、溴化钠、含碘化合物以及含氯化合物。在一些实施方式中，用于减少汞的吸附剂为溴化钙。在一些实施方式中，用于NOx减少的吸附剂为尿素(urea)。在另外的实施方式中，工程化燃料原料包含选自基于钠的吸附剂的一种或多种吸附剂，所述基于钠的吸附剂包括碳酸钠碳酸氢钠二水合物(天然碱)、倍半碳酸钠、碳酸氢钠和碳酸钠；和选自基于钙的吸附剂的一种或多种吸附剂，所述基于钙的吸附剂包括碳酸钙(CaCO₃)、石灰或氧化钙(CaO)、熟石灰(熟石灰或氢氧化钙(Ca(OH)₂)、醋酸钙镁(CaMg₂(CH₃COO)₆)、白云石(CaCO3·MgO)；并且进一步包含溴化钙。在另一种实施方式中，工程化燃料原料包含选自基于钠的吸附剂的一种或多种吸附剂，所述基于钠的吸附剂包括碳酸钠碳酸氢钠二水合物(天然碱)、倍半碳酸钠、碳酸氢钠和碳酸钠；和选自基于钙的吸附剂的一种或多种吸附剂，所述基于钙的吸附剂包括碳酸钙(CaCO₃)、石灰或氧化钙(CaO)、熟石灰(熟石灰或氢氧化钙(Ca(OH)₂)、醋酸钙镁(CaMg₂(CH₃COO)₆)、白云石(CaCO₃·MgO)；并且进一步包含溴化钙和尿素。

在一些实施方式中，工程化燃料原料包含碳酸氢钠和碳酸钙(CaCO₃)。在一些实施方式中，工程化燃料原料包含碳酸氢钠和碳酸钙(CaCO₃)并且进一步包含溴化钙。在一些实施方式中，工程化燃料原料包含碳酸氢钠和碳酸钙(CaCO₃)并且进一步包含溴化钙和尿素。

本发明的目的是一种产生能量的方法，所述方法包括在燃烧炉或锅炉中使用包含源自加工的MSW废物流的一种或多种组分和至少一种吸附剂的工程化燃料原料。在一些实施方式中，工程化燃料原料包含至少两种或更多种吸附剂。在本发明的另一种实施方式中，能量为电力。在本发明的另一种实施方式中，能量为水蒸气。在本发明的另一种实施方式中，能量为热量。在本发明的另一种实施方式中，能量为热水。在本发明的另一种实施方式中，燃烧炉或锅炉以燃烧模式操作。在本发明的另一种实施方式中，工程化燃料原料控制硫排放物。在另一种实施方式中，工程化燃料原料控制汞排放物。在另一种实施方式中，工程化燃料原料控制基于氮的排放物。在另一种实施方式中，工程化燃料原料控制基于氯的排放物。在另一种实施方式中，工程化燃料原料控制基于硫的排放物和汞排放物。在另一种实施方式中，工程化燃料原料控制基于硫的排放物、基于氮的排放物和汞排放物。在另一种实施方式中，工程化燃料原料控制基于硫的排放物、基于氯的排放物和汞排放物。在另一种实施方式中，工程化燃料原料控制基于硫的排放物、基于氮的排放物、基于氯的排放物和汞排放物。在本发明的另一种实施方式中，工程化燃料原料控制腐蚀。在本发明的另一种实施方式中，工程化燃料原料维持排放物低于政府规定的要求。在本发明的另一种实施方式中，工程化燃料原料改进工艺性能。在本发明的另一种实施方式中，工艺性能的改进是减少的结渣和结垢。在本发明的另一种实施方式中，工艺性能的改进是更高的效率。在本发明的另一种实施方式中，工艺性能的改进是增加的燃料转化或利用。在本发明的另一种实施方式中，所述改进是延长燃烧炉或锅炉的寿命。在本发明的另一种实施方式中，所述改进是避免改装成本。在本发明的另一种实施方式中，所述改进是减少的操作成本。在本发明的另一种实施方式中，所述改进是减少的维护成本。

本发明的目的是一种在烟囱不透明度降低的情况下产生能量的方法，所述方法包括在具有至少一种化石燃料的反应器中使用工程化燃料原料，所述工程化燃料原料包含源自加工的MSW废物流的一种或多种组分和至少一种吸附剂工程化。在一些实施方式中，上述工程化燃料原料包含至少两种或更多种吸附剂。在本发明的另一种实施方式中，能量为电力。在本发明的另一种实施方式中，能量为水蒸气。在本发明的另一种实施方式中，燃烧炉或锅炉以燃烧模式操作。在本发明的另一种实施方式中，工程化燃料原料维持排放物低于政府规定的要求。在本发明的另一种实施方式中，工程化燃料原料降低或消除烟囱不透明度。在本发明的另一种实施方式中，工程化燃料原料改进工艺性能。在本发明的另一种实施方式中，工艺性能的改进是更高的效率。在本发明的另一种实施方式中，工艺性能的改进是增加的燃料转化。在本发明的另一种实施方式中，工艺性能的改进是降低的操作温度。在本发明的另一种实施方式中，所述改进是延长燃烧炉或锅炉的寿命。在本发明的另一种实施方式中，所述改进是发电厂发电站的单独部件的延长的寿命。在本发明的另一种实施方式中，所述改进是整个发电厂发电站的延长的寿命。在本发明的另一种实施方式中，所述改进是避免改装费用。在本发明的另一种实施方式中，所述改进是降低的操作成本。在本发明的另一种实施方式中，所述改进是降低的维护成本。在本发明的另一种实施方式中，所述改进是使用具有较高硫含量的比较便宜的煤但仍满足CSAPR的排放要求。在本发明的另一种实施方式中，所述改进是延长SCR催化剂的寿命。(或延长老化的电站锅炉的寿命，所述老化的电站锅炉由于不能遵守规定空气排放要求而将以另外的方式报废。

本发明的又一个目的是一种在化石燃料燃烧期间减少硫、氮、氯、汞或其它有害空气污染物的排放的方法。在本发明的另一种实施方式中，SO₂的排放减少。在本发明的另一种实施方式中，SO₃的排放减少。在本发明的另一种实施方式中，H₂SO₄的排放减少。在本发明的另一种实施方式中，NO的排放减少。在本发明的另一种实施方式中，NO₂的排放减少。在本发明的另一种实施方式中，HCl的排放减少。在本发明的另一种实施方式中，汞的排放减少。在本发明的另一种实施方式中，烟囱不透明度降低。在本发明的另一种实施方式中，蓝烟流的存在减少。

另一方面，本发明涉及包含源自加工的MSW废物流的一种或多种组分的工程化燃料原料，所述工程化燃料原料具有约25％至约59％之间的碳含量、约3％至约8％之间的氢含量和约9％至约44％之间的氧含量、小于约10％的灰含量(在添加吸附剂之前)以及一种或多种吸附剂，并且其中所述原料基本上不含玻璃、金属、砂砾和不可燃烧的废物。在一些实施方式中，上述工程化燃料原料包含至少两种或更多种吸附剂。

另一方面，本发明涉及包含源自加工的MSW废物流的一种或多种组分和基于钙的吸附剂以及基于钠的吸附剂的工程化燃料原料。在一些实施方式中，吸附剂与污染物的比小于约5，其中吸附剂中的钙的总摩尔数加上吸附剂中的钠的总摩尔数除以工程化燃料原料中存在的硫的总摩尔数加上工程化燃料原料中存在的氯的总摩尔数小于5。

另一方面，本发明涉及一种燃烧过程，所述燃烧过程包括将包含源自加工的MSW废物流的一种或多种组分并且包含一种或多种吸附剂的第一工程化燃料原料和煤引入至燃烧反应器的燃烧区，以及将氧化剂供应至燃烧反应器的燃烧区。

在另一种实施方式中，描述包含至少两种吸附剂和MSW的工程化燃料原料，其中至少一种吸附剂为基于钠的吸附剂，至少一种吸附剂为基于钙的吸附剂，并且MSW包含约5％(w/w)至约50％(w/w)的塑料和约50％(w/w)至约95％(w/w)的纤维并且基本上不含玻璃、金属、砂砾和不可燃烧的废物。在一些实施方式中，工程化燃料原料的挥发性部分具有约25％(w/w)至约59％(w/w)的碳含量、约3％(w/w)至约8％(w/w)的氢含量、约9％(w/w)至约44％(w/w)的氧含量，其中H/C比为约0.07至约0.21，并且O/C比为约0.19至约1.52。在另一种实施方式中，工程化燃料原料的挥发性部分具有约25％(w/w)至约50％(w/w)的碳含量、约3.0％(w/w)至约5.3％(w/w)的氢含量、约15％(w/w)至约39％(w/w)的氧含量，其中H/C比为约0.07至约0.19，并且O/C比为约0.36至约1.27。在另一种实施方式中，工程化燃料原料的挥发性部分具有约34％(w/w)至约37％(w/w)的碳含量、约4％(w/w)至约5％(w/w)的氢含量、约27％(w/w)至约29％(w/w)的氧含量，其中H/C比为约0.12至约0.14，并且O/C比为约0.70至约0.90。在其它实施方式中，工程化燃料原料的挥发性部分具有约31％(w/w)至约35％(w/w)的碳含量、约3.5％(w/w)至约5.5％(w/w)的氢含量、约25％(w/w)至约28％(w/w)的氧含量，其中H/C比为约0.12至约0.14，并且O/C比为约0.70至约0.90。在另一种实施方式中，工程化燃料原料的挥发性部分具有约28％(w/w)至约30％(w/w)的碳含量、约3％(w/w)至约4％(w/w)的氢含量、约22％(w/w)至约24％(w/w)的氧含量，其中H/C比为约0.12至约0.14，并且O/C比为约0.70至约0.90。在其它实施方式中，工程化燃料原料的碳含量、氢含量和/或氧含量通过ASTM测试法D5373、D3176、D6373或其组合来确定。

.在一些实施方式中，工程化燃料原料包含基于钠的吸附剂，所述基于钠的吸附剂为工程化燃料原料的总重量的约19％(w/w)至约30％。在一些实施方式中，基于钠的吸附剂选自由以下各项组成的组：碳酸钠碳酸氢钠二水合物(天然碱)、倍半碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钠，及其组合。在其它实施方式中，基于钠的吸附剂为碳酸氢钠。在一些实施方式中，工程化燃料原料包含碳酸氢钠，所述碳酸氢钠为工程化燃料原料的总重量的约19％(w/w)至约30％(w/w)。在一些实施方式中，工程化燃料原料包含基于钙的吸附剂，所述基于钙的吸附剂为工程化燃料原料的总重量的约5％(w/w)至约12％w/w。在一些实施方式中，基于钙的吸附剂选自由以下各项组成的组：碳酸钙、氧化钙、氢氧化钙、醋酸钙镁、溴化钙、白云石，及其组合。在一些实施方式中，基于钙的吸附剂选自氢氧化钙、白云石、碳酸钙或其混合物。在其它实施方式中，基于钙的吸附剂为氢氧化钙。在其它实施方式中，基于钙的吸附剂为碳酸钙。在其它实施方式中，基于钙的吸附剂为白云石。在一些实施方式中，氢氧化钙包含工程化燃料原料的总重量的约3％(w/w)至约10％(w/w)。在一些实施方式中，碳酸钙包含工程化燃料原料的总重量的约8％(w/w)至约10％(w/w)。在一些实施方式中，白云石包含工程化燃料原料的总重量的约7％(w/w)至约9％(w/w)。在一些实施方式中，工程化燃料原料包含碳酸氢钠和氢氧化钙。

在一些实施方式中，工程化燃料原料的MSW包含约10％(w/w)至约30％(w/w)的塑料和约70％(w/w)至约90％(w/w)的纤维。在一些实施方式中，工程化燃料原料的MSW包含约20％(w/w)的塑料和约80％(w/w)的纤维。在一些实施方式中，塑料包括软塑料。在一些实施方式中，工程化燃料原料包含约20％(w/w)的塑料和约80％(w/w)的纤维、碳酸氢钠以及氢氧化钙。在一些实施方式中，工程化燃料原料进一步包含用于减少汞的吸附剂。在一些实施方式中，汞吸附剂选自溴化钙、溴化铵、溴化钠、含碘化合物和含氯化合物。在一些实施方式中，基于汞的吸附剂为溴化钙。在一些实施方式中，基于汞的吸附剂包含工程化燃料原料的约0.05％(w/w)至约0.15％(w/w)。在一些实施方式中，工程化燃料原料进一步包含用于NOx减少的吸附剂。在一些实施方式中，用于NOx减少的吸附剂为尿素并且所述尿素占工程化燃料原料的约1％(w/w)至约3％(w/w)。在一些实施方式中，工程化燃料原料进一步包含汞吸附剂和NOx吸附剂。在一些实施方式中，汞吸附剂为溴化钙并且NOx吸附剂为尿素。在一些实施方式中，工程化燃料原料包含约25％至约40％的吸附剂。在一些实施方式中，工程化燃料原料包含碳酸氢钠、氢氧化钙、溴化钙和尿素。在一些实施方式中，工程化燃料原料包含约30％(w/w)至约71％(w/w)的纤维、约6％(w/w)至约38％(w/w)的塑料、约23％(w/w)至约40％(w/w)的吸附剂。在一些实施方式中，工程化燃料原料包含约44％(w/w)至约56％(w/w)的纤维、约11％(w/w)至约14％(w/w)的塑料、约3％(w/w)至约10％(w/w)氢氧化钙、约19％(w/w)至约30％(w/w)碳酸氢钠、约0.05％(w/w)至约0.15％(w/w)溴化钙和约1％(w/w)至约3％(w/w)尿素。在一些实施方式中，工程化燃料原料具有约5,000BTU/lb至约12,000BTU/lb的HHV。在一些实施方式中，工程化燃料原料具有约13％(w/w)至约33％(w/w)的灰含量。

另一方面，描述一种产生能量的方法，所述方法包括在反应器中使本文所描述的工程化燃料原料与至少一种化石燃料共燃，其中至少一种污染物的排放小于当所述化石燃料在不存在工程化燃料原料的情况下燃烧时所述污染物的排放。在一些实施方式中，能量为电力。在一些实施方式中，能量为水蒸气。在一些实施方式中，化石燃料为煤。在一些实施方式中，煤选自褐煤、次烟煤、烟煤、无烟煤，及其组合。在一些实施方式中，工程化燃料原料的能量是约10％至约50％之间的量。在一些实施方式中，当在反应器中与至少一种化石燃料共燃时，工程化燃料原料的能量是约20％至约40％之间的量。在另一种实施方式中，当在反应器中与至少一种化石燃料共燃时，工程化燃料原料是约5重量％至约40重量％之间的量。在另一种实施方式中，当在反应器中与至少一种化石燃料共燃时，工程化燃料原料是约15重量％至约40重量％之间的量。在另一种实施方式中，当在反应器中与至少一种化石燃料共燃时，工程化燃料原料是约30重量％至约35重量％之间的量。在另一种实施方式中，煤含有硫，以使得煤中的硫与工程化燃料原料中的钙的摩尔比在约1:1至约5:1之间。在另一种实施方式中，污染物为至少一种基于硫的污染物，其选自由以下各项组成的组：SO₂、SO₃、H₂SO₄、H₂S或其组合。

在另一种实施方式中，污染物为至少一种基于氯的污染物，其选自由以下各项组成的组：Cl₂、HCl或其组合。在另一种实施方式中，污染物为至少一种基于氮的污染物，其选自由以下各项组成的组：NO、NO₂、N₂O、HN、HCN、HNO₃或其组合。在另一种实施方式中，污染物为至少一种基于汞的污染物，其选自由以下各项组成的组：Hg⁰、Hg²⁺、HgCl₂或其组合。在另一种实施方式中，基于硫的污染物的排放减少50％或更多。在另一种实施方式中，基于硫的污染物的排放减少70％或更多。在另一种实施方式中，基于氯的污染物的排放减少50％或更多。在另一种实施方式中，基于氯的污染物的排放减少70％或更多。在另一种实施方式中，基于氮的污染物的排放减少50％或更多。在另一种实施方式中，基于氮的污染物的排放减少70％或更多。在另一种实施方式中，基于汞的污染物的排放减少50％或更多。在另一种实施方式中，基于汞的污染物的排放减少70％或更多。在另一种实施方式中，烟囱不透明度与当化石燃料在不存在工程化燃料原料的情况下燃烧时的烟囱不透明度相比降低。

另一方面，描述一种制备工程化燃料原料的方法，所述方法包括加工塑料并且用至少约50％的所述塑料对基于钠的吸附剂和基于钙的吸附剂进行加工以形成塑料-吸附剂球丸，随后用纤维和任何剩余的塑料(以达到100％的所需塑料)对所述塑料-吸附剂球丸进行加工以形成纤维-塑料-吸附剂球丸。在一些实施方式中，基于钠的吸附剂选自由以下各项组成的组：碳酸钠碳酸氢钠二水合物(天然碱)、倍半碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钠，及其组合。在一些实施方式中，工程化燃料原料进一步包含溴化钙。在一些实施方式中，工程化燃料原料进一步包含尿素。在一些实施方式中，工程化燃料原料进一步包含溴化钙和尿素。

附图简述

图1为典型燃煤锅炉的示意图。

图2为中试规模煤燃烧系统的示意性流程图。

图3为示出对于不同量的基于Na的吸附剂来说SO₂去除对诱导风扇通风(inducedfan draft)的图表。

图4为示出对于基于Na的吸附剂来说SO₂去除对诱导风扇通风的图表。

图5为示出对于不同量的基于Ca/Na的吸附剂来说SO₂去除对诱导风扇通风的图表。

图6为示出对于不同量的基于Ca/Na的吸附剂来说SO₂去除对诱导风扇通风的图表。

图7为示出对于具有不同量的基于Na的吸附剂的共燃工程化燃料原料来说SO₂去除对诱导风扇通风的图表。

图8为示出对于具有不同量的基于Ca的吸附剂的共燃工程化燃料原料来说SO₂去除对诱导风扇通风的图表。

图9为示出对于具有基于Ca/Na的吸附剂的共燃工程化燃料原料来说SO₂去除对诱导风扇通风的图表。

图10为示出对于具有基于Ca/Na的吸附剂的共燃工程化燃料原料来说SO₂去除对诱导风扇通风的图表。

图11为示出来自具有吸附剂的共燃工程化燃料原料的总汞减少的图表。

图12为示出来自具有吸附剂的共燃工程化燃料原料的元素汞减少的图表。

图13为气化器的示意图。

发明详述

工程化燃料原料(本文还称为“原料”或“工程化燃料原料”)具有多种所需化学和/或分子特征中的任一种，包括但不限于碳含量、氢含量、氧含量、氮含量、灰含量、水分含量以及HHV含量。这种工程化燃料原料适用于多种化学转化过程(例如像燃烧)，并且可单独使用或与其它燃料掺和使用。本文还描述了用于产生工程化燃料原料的过程和在燃烧过程中使用所述工程化燃料原料的方法。

提供新颖的工程化燃料原料，所述工程化燃料原料包含源自加工的MSW废物流的一种或多种组分(如回收残余物，所述回收残余物是混杂的住宅废物流和商业废物流的不可回收的部分)和吸附剂，所述燃料被工程化成具有预定化学或分子特征。这些新颖燃料含有(例如)独特比例的碳、氢和灰，以使得当与已知燃料相比时提供关于污染物的优异燃烧特征曲线；并且含有吸附剂，所述吸附剂在与化石燃料如煤共燃时以受控方式输送至燃烧室，从而帮助显著地控制来自煤的有害排放物。

提供用于在存在工程化燃料原料的情况下燃烧煤的新颖方法，所述工程化燃料原料包含源自加工的MSW废物流的一种或多种组分和吸附剂。在本发明的某些实施方式中，所述方法导致污染物的排放减少，所述污染物包括但不限于基于硫的污染物、基于氮的污染物、基于氯的污染物或基于汞的污染物。

以下说明书和非限制性实施例进一步更详细地说明本发明。

定义

术语“约”在紧接在数值之前时意指所述值加上或减去10％的范围，例如，“约50”意指45至55，“约25,000”意指22,500至27,500等。此外，应鉴于本文所提供的术语“约”的定义来理解短语“小于约”某个值或“大于约”某个值。

术语“空气当量比”(AR)意指供应至燃烧反应器的空气量除以完全燃料燃烧所需的空气量的比。空气当量比“AR”可由以下等式来表示：

术语“锅炉”意指燃料在其中氧化以便产生热量以供单独使用、通常用于加热水以产生水蒸气的任何设备。

术语“英国热量单位”(BTU)意指使一磅水的温度升高一华氏度所需的热能的量。

术语“碳含量”意指燃料中的固定碳(参见以下定义)和所有挥发性物质中所含有的全部碳。

术语“商业废物”意指由商店、办公室、餐厅、仓库和其它非制造非加工活动产生的固体废物。商业废物不包括家庭废物、工艺废物、工业废物或特殊废物。

术语“拆建废料”(C&D)意指由于公共事业、构筑物和马路的建造、改建、修复和拆除而造成的未污染的固体废物；以及由于场地清理而造成的未污染固体废物。所述废物包括但不限于砖块、混凝土及其它砌体材料、泥土、岩石、木材(包括涂漆的、处理的和涂覆的木材和木制品)、场地清理废料、墙面覆盖物、灰泥、干砌墙、卫生器具、非石棉绝热体、屋顶木瓦及其它屋顶覆盖层、沥青路面、玻璃、以遮蔽其它废物的方式未密封的塑料、大小为十加仑或更小并且具有不超过一英寸残余物剩余在底部的空桶、电线和不含有害液体的部件以及管道和以上任一者所附带的金属。不是C&D废料(即使是由于公共事业、构筑物和马路的建造、改建、修复和拆除以及场地清理而造成)的固体废物，其包括但不限于石棉废物、垃圾、瓦楞箱纸板、含有害液体的电器具如日光灯镇流器或变压器、日光灯、地毯、家具、用具、轮胎、鼓、大小大于十加仑的容器、具有超过一英寸残留物剩余在底部的任何容器以及燃料箱。明确地排除在拆建废料的定义之外的是由于任何加工技术而造成的固体废物(包括将以另外的方式为拆建废料的那些)，所述加工技术使得单独废物组分无法识别，如粉碎或击碎。

术语“脱挥发分”意指对燃料进行加热并排出挥发性物质的过程。脱挥发分增加了工程化燃料原料中的碳的相对量。

如本文所用，吸附剂或工程化燃料原料球丸或颗粒“直径”可指球形或半球形球丸或颗粒的直径。或者，当如本文所描述的球丸或颗粒为不规则形状或非球形时，“直径”可指球丸或颗粒的长度、宽度、高度或适当的当量直径(这些为水力直径)中的任一个。

术语“纤维”意指包括但不限于纺织品、木材、生物质、纸张、纤维板和卡纸板的材料。另外，术语“纤维”可指体积密度为约4磅每立方英尺的上述材料，并且通常包括天然产品或基于木质、纤维质或木质纤维素的生物质、植物和家畜的人造产品。就化学特征而言，纤维材料通常具有35wt.％至50wt.％、平均约45wt.％的碳含量，5wt.％至7％wt.％、平均约6wt.％的氢含量，35wt.％至45wt.％、平均约40wt.％的氧含量，以及约6,000至9,000Btu/lb、平均约7,500Btu/lb的较高的热值(均以干物质基础)。

术语“固定碳”为在燃料脱挥发分后剩下的固体可燃残余物。燃料的固定碳含量通过从样品中减去水分、挥发性物质以及灰的量来确定。

术语“垃圾”意指易腐烂的固体废物，其包括由于搬运、储存、销售、制备、烹调或提供食物而产生的动物和蔬菜废物。垃圾主要来源于家庭厨房、商店、市场、餐厅以及储存、制备或提供食物的其它地方。

术语“硬塑料”(还被称为硬质塑料)意指包括但不限于高密度聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚氯乙烯的塑料材料。另外，术语“硬塑料”可指体积密度为约15至25磅每立方英尺并且实际材料密度为约56至87磅每立方英尺的上述材料。

术语“有害废物”意指展现出有害废物的四种特征(反应性、腐蚀性、可燃性和/或毒性)之一或者确切地说像EPA在40CFR的第262部分中的规定的那样来指定的固体废物。

术语“热值”被定义为当燃料在稳流过程中完全燃烧并且产物返回至反应物的状态时所释放的能量的量。热值取决于水在燃烧产物中的参考相位。如果参考H₂O状态呈液态，则热值被称为HHV(高热值)。如果参考H₂O状态呈水蒸汽形式，则热值被称为LHV(低热值)。

术语“高热值”(HHV)意指在完全燃料燃烧、产物水处于液态的情况下所释放的卡值。在无水分的基础上，许多燃料的HHV可使用以下等式来估计：

HHV_燃料＝146.58C+568.78H+29.4S–6.58A-51.53(O+N)

其中C、H、S、A、O和N分别为碳含量、氢含量、硫含量、灰含量、氧含量和氮含量(均以重量百分比)。

术语“混合塑料”意指硬塑料和软塑料的组合，并且还可包括其它类型的塑料。

术语“城市固体废物”(MSW)意指住宅、商业机构或工业机构以及事业机构处产生的固体废物，并且包括所有可加工的废物连同可加工的拆建废料的所有组分废物，但排除有害废物、汽车废料和其它机动车废物、感染性废物、石棉废物、污染土壤和其它吸收性介质以及不同于来自家用火炉的灰的灰。用过的轮胎被排除在MSW的定义之外。城市固体废物的组分包括但不限于塑料、纤维、纸张、庭院废物、橡胶、皮革、木材以及还有回收残余物，所述回收残余物是含有在城市固体废物已用从城市固体废物中分类出来的多种组分进行加工之后剩余的可回收材料的不可回收部分的残余组分。

如本文所用，术语“NO_x”意指氮的氧化物或氧化氮，并且包括亚硝酸和硝酸以及化合物如NO、NO₂等。

术语“不可燃烧的废物”意指在反应器不容易燃烧并且在燃烧期间不放出任何有意义的能量的废物。不可燃烧的废物包括但不限于：电池，如干电池、汞电池和车辆电池；制冷机；火炉；冷冻机；洗涤机；干燥机；床垫弹簧；车架零件；曲轴箱；变速器；发动机；割草机；除雪机；自行车；文件柜；空调器；热水加热器；储水箱；水软化器；燃烧炉；锅炉；储油箱；金属家具；以及丙烷箱。

如本文所使用，术语“氧化剂”如本文所使用是指空气、氧或富氧空气。

如本文所使用，除非另外说明，所有百分比都是在重量/重量基础上(w/w)。

术语“加工的MSW废物流”意指MSW已在例如材料回收设备处通过根据MSW组分的类型进行分类而进行加工。MSW组分的类型包括但不限于塑料(包括软塑料和硬塑料)、纤维、纸张、庭院废物、橡胶、皮革、木材以及还有回收残余物，所述回收残余物是含有在城市固体废物已用从城市固体废物中分类出来的多种组分进行加工之后剩余的可回收材料的不可回收部分的残余组分。加工的MSW基本上不含玻璃、金属、砂砾或不可燃烧的废物。砂砾包括尘土、灰尘、颗粒状废物如咖啡渣和沙子，并且这样所述加工的MSW基本上不含咖啡渣。

术语“可加工的废物”意指容易燃烧的废物。可加工的废物包括但不限于报纸、邮寄宣传品、瓦楞卡纸板、办公用纸、杂志、书籍、纸板、其它纸张、橡胶、纺织品、和仅来自住宅、商业和公共机构来源的皮革，木材、食品废物以及MSW流的其它可燃烧部分。

术语“回收残余物”意指在回收设施已加工其来自进入的废物的可回收物品之后剩余的残余物，所述残余物从回收的角度来看不再含有经济价值。

术语“污泥”意指从城市、商业、或工业废水处理厂或过程、供水处理厂、空气污染控制设施或具有类似特征和作用的任何其它这样的废物中产生的任何固体、半固体或液体。

术语“软塑料”意指塑料薄膜、塑料袋和塑料泡沫，如低密度聚乙烯、发泡聚苯乙烯和挤出聚苯乙烯泡沫。另外，术语“软塑料”可指体积密度为约1-4磅每立方英尺并且形状通常是二维的或扁平的上述材料。

术语“固体废物”意指具有不足的液体含量而无法自由流动的不需要的或丢弃的固体材料，所述材料包括但不限于废物、垃圾、废旧材料、废旧杂物、渣滓、惰性填充材料和景观渣滓，但不包括有害废物、生物医学废物、化粪池污泥或农业废物，但不包括用于工业排放物中的土壤富集或固体或溶解材料的畜肥和吸收剂层理。固体废物或所述废物的成分可具有价值、可有益地使用、可具有其它用途或可为固体或可交换的事实并不使其排除在这个定义之外。

术语“吸附剂”通常意指不可燃烧的材料或添加至工程化燃料原料的材料，所述工程化燃料原料充当传统吸附剂并吸附化学或元素副产物；或与化学或元素副产物反应的试剂；或在其它情况下，仅仅作为一种添加剂以改变工程化燃料原料的特征如灰熔温度。术语吸附剂意指在以复数形式使用时可组合在一起或组合使用的一种或多种吸附剂。

如本文所使用，术语“SO_x”意指硫的氧化物或硫氧化物，如SO、SO₂、SO₃、SO₄等。

术语“挥发性材料”意指不包含水分、在加热或不加热时，作为气体或蒸气由材料放出的产物。挥发性物质包括挥发性有机化合物，所述挥发性有机化合物是在正常条件下具有足够高的蒸气压力以显著蒸发并进入大气中的有机化学化合物。挥发性材料的非限制性实例包括烷烃、烯烃、醛、酮、芳烃和其它轻质烃。

适用于生产工程化燃料原料的一种丰富的废物来源为MSW。本文描述包含源自加工的MSW废物流的一种或多种组分的工程化燃料原料。MSW在住宅、商业机构或工业机构以及事业机构处产生，并且包括所有可加工的废物连同可加工的拆建废料的所有组分废物，但排除有害废物、汽车废料和其它机动车废物、感染性废物、石棉废物、污染土壤和其它吸收性介质以及不同于来自家用火炉的灰的灰。所述MSW包括由于住宅活动、商业活动、工业活动和社区活动而产生的垃圾、渣滓和其它丢弃的材料。MSW的组成取决于收集时间、收集年份季节、在任何给定日子从中收集MSW的用户类型等广泛变化。MSW可含有非常广泛范围的废物或丢弃的材料。例如，废物可包括生物可降解废物；非生物可降解废物；铁材料；非铁金属；处于各种形式的纸张或卡纸板；广泛范围的塑料(其中的一些可含有用作催化剂、稳定剂或其它添加剂的微量有毒金属)；油漆、清漆和溶剂；织物；木制品；玻璃；包括药物、杀虫剂等的化学品；各种类型的固体废物；以及广泛范围的其它材料。废物包括家庭废物和工业废物。考虑用于本文的工业废物的毒性或有害材料含量低。对MSW进行加工以便在制造本文所描述的工程化燃料原料之前去除不可加工的组分和可销售的可回收物品。

加工的MSW已根据MSW组分的类型进行分类或库存。MSW组分的类型包括但不限于塑料、纤维、纸张、庭院废物、橡胶、皮革、木材以及还有回收残余物，所述回收残余物是含有在城市固体废物已用从城市固体废物中分类出来的多种组分进行加工之后剩余的可回收材料的不可回收部分的残余组分。加工的MSW基本上不含玻璃、金属、砂砾或不可燃烧的废物。砂砾包括尘土、灰尘、颗粒状废物如咖啡渣和沙子，并且这样所述加工的MSW基本上不含咖啡渣。如本文所使用的术语“基本上不含”意指在MSW组分中存在不超过约0.01％的所述材料。

某些类型的MSW如塑料可进一步分类。例如，塑料包括但不限于软塑料和硬塑料。软塑料包括但不限于塑料薄膜、塑料袋和塑料泡沫，如低密度聚乙烯、发泡聚苯乙烯和挤出聚苯乙烯泡沫。硬塑料包括但不限于高密度聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯和未增塑的聚氯乙烯。

MSW的另一种组分纤维可包括但不限于纺织品、木材、生物质、纸张、纤维板和卡纸板。

适用于生产工程化燃料原料的另一种类型的废物为脂肪、油和油脂(本文中还称为一种或多种“FOG”)。FOG常见于如肉类、调味汁、肉汁、调料、油炸食品、烘烤食物、奶酪、黄油等的这类东西中。许多不同的企业通过加工或提供食品来产生FOG废物，所述企业包括餐饮服务机构、承办酒席者、医院、养老院、托儿所、学校以及杂货店。因此，作为燃料的用途将提供在没有由于FOG排放到废水中而发生的SSO盛行的情况下处置FOG的方式。丢弃FOG的当前方法除了直接丢弃到污水管道系统之外还包括垃圾填埋。虽然这些类型的废物通常被认为是麻烦的，但它们含有高的碳含量和氢含量，基本上不含灰、硫和氯，并且可转化成高品质的燃料源。适用于本发明的其它类型的油和油脂为石油废品。石油废品的非限制性实例包括丢弃的发动机油。

适用于生产工程化燃料原料的又一种类型的废物为生物质废物，还称为生物源的废物。生物质是指可用作燃料或用于工业生产的活的和最近死亡的生物材料。最常见地，生物质是指为用作生物燃料而生长的植物物质，但它还包括用于生产纤维、化学品或热量的植物或动物物质。生物质还可包括可作为燃料燃烧的生物可降解废物。生物质排除已通过地质过程转化成如煤或石油的物质的有机材料。非限制性类型的生物质废物包括木材、庭院废物、植物，所述植物包括芒草、柳枝稷、大麻、玉米、白杨、柳树、甘蔗和油棕(棕榈油)、椰壳和坚果壳。

生物质的显著特征是它含有碳-14，其在所有生物中普遍存在。一旦活的生物体死亡，碳-14就缓慢且逐渐衰变。在50,000年后，所有碳-14均衰变。因此，化石燃料像煤、天然气和油不具有碳-14。通过测试碳-14，可示出给定燃料或MSW的哪种部分是生物源的。这一信息是重要的，因为它允许工厂操作员考虑在燃烧炉中燃烧的、源自可再生来源像生物质的材料的量。此外，它允许调节者直接测量归因于生物质的碳的量和来自化石燃料源的量。它还允许操作员直接计算用于产生能量的可再生燃料的数量，所述能量能够出售或交换那些碳补偿。本发明中所公开的工程化燃料原料具有调整生物质的所述部分以便实现所需目标的生物源碳的能力，这在工程化燃料原料的用户要求任何可再生能量信用时为他们提供定量测量。

适用于生产工程化燃料原料的又一种废物为污泥。污泥为在处理过程的各个阶段从废水中去除的固体废物与细菌的混合物。所述污泥可分类为“初级污泥”和“二级污泥”。初级污泥为约4％固体和96％水。所述初级污泥由在细菌消化发生之前在初级沉淀池中从废水中沉降出来的材料组成。二级或活性污泥具有多得多的液体，即，约1％固体和99％水。二级污泥由细菌和所述细菌以其为食的有机材料组成。使约30％的所产生的二级污泥返回至曝气池以辅助污水处理的生物学过程。剩余70％必须被处置掉。

考虑用于本发明的污泥为城市污泥(还称为生物固体)。城市污泥不包括造纸厂或其它工业/农业污泥。具体污泥的卡值或BTU值的关键决定因素为基于湿重表示为总固体量或TS(或相反，表示为水含量)的其干燥度，以及其挥发性固体含量(基于干重表示的总挥发性固体或TVS)。存在两种不同类型的污泥：1)原污泥(仅用初级和二级需氧澄清器处理的污泥)，和2)消化污泥(将厌氧消化添加至1号)。厌氧污泥通常为60％TVS并且原污泥通常为75％至80％TVS。污泥饼(脱水污泥)的TS取决于处理工厂用于对污泥脱水的方法而不同，并且范围为10％至97+％。一磅的挥发性固体具有约10,000至12,000BTU，例如，它需要约1,200BTU馏出一磅的水作为水蒸气。

适用于生产如本文所描述的工程化燃料原料的其它类型的材料为动物废物如粪肥、动物生物质(肉和骨组织)、家禽褥草以及化石燃料如煤、煤副产物、石油焦、黑液和炭黑。

本文所描述的工程化燃料原料包含一种或多种吸附剂。事实上，吸附有毒气体或其它类型的污染物或与其反应的任何类型的吸附剂或试剂可用于工程化燃料原料。基于钠的吸附剂以及基于钙的吸附剂两者均是有用的。基于钠的吸附剂的非限制性实例包括碳酸钠碳酸氢钠二水合物(天然碱)、倍半碳酸钠、碳酸氢钠和碳酸钠。基于钙的吸附剂的非限制性实例包括碳酸钙(CaCO₃)、石灰(CaO)、熟石灰(Ca(OH)₂)、醋酸钙镁(CaMg₂(CH₃COO)₆)、白云石(CaCO₃·MgO)，及其组合。这些吸附剂可从可再生来源如卵壳获得，或它们可从不可再生来源像矿物中获得。在燃烧过程中减少汞水平的试剂包括但不限于溴化钙、溴化铵、溴化钠、含碘化合物和含氯化合物。在燃烧过程中减少NOx水平的试剂为尿素。

适用于工程化燃料原料的吸附剂的另外实例包括但不限于铁酸锌、锌铜铁氧体、钛酸锌、铜铁氧体铝酸盐、铝酸铜、铜锰氧化物、氧化铝载镍、氧化锌、氢氧化铁、氧化铁(FeO、Fe₂O₃、Fe₃O₄)、铜、氧化铜(I)、氧化铜(II)、氧化镍、铁屑、Fe、硅石、氧化铝、瓷土、高岭土、矾土、酸性白土、硅镁土、煤灰、卵壳、以及Ca-蒙脱石，及其组合物。

在其它实施方式中，可能富含一种或多种上述元素的一些废物材料如煤灰或木灰、水泥、铁屑、白泥可用作吸附剂。确切地，煤灰具有较高的硅酸铝，所述硅酸铝具有额外的吸附剂能力。在一些实施方式中，吸附剂为被选择来控制单一或多种污染物的吸附剂的组合。

在一些实施方式中，工程化燃料原料包含约80％纤维和约20％塑料。在一些实施方式中，塑料组分为硬塑料，并且在一些实施方式中，塑料组分为软塑料。在一些实施方式中，塑料组分为硬塑料和软塑料两者的组合，还称为混合塑料。在一些实施方式中，工程化燃料原料包含约80％纤维和约20％软塑料。

在本发明的一些实施方式中，工程化燃料原料包含约50％至约95％纤维和约5％至约50％塑料，包括其间的所有范围和子范围。在一些实施方式中，工程化燃料原料包含：约60％至约80％纤维和约20％至约40％塑料；或约70％至约95％的纤维和约5％至约30％塑料；或约70％至约80％纤维和约20％至约30％塑料；或约75％至约85％纤维和约15％至约25％塑料。在一些实施方式中，工程化燃料原料包含：约80％至约95％纤维和约5％至约20％塑料；约50％至约60％纤维和约40％至约50％塑料；或约60％至约70％纤维和约30％至约40％塑料。在本发明的具体实施方式中，工程化燃料原料由约80％纤维和约20％塑料组成。在本发明的具体实施方式中，工程化燃料原料由约85％纤维和约15％塑料组成。在本发明的具体实施方式中，工程化燃料原料由约75％纤维和约25％塑料组成。在本发明的具体实施方式中，工程化燃料原料由约70％纤维和约30％塑料组成。

在本发明的具体实施方式中，工程化燃料原料由约50％至约95％纤维和约5％至约50％软塑料组成，包括其间的所有范围和子范围，例如，约50％至约60％纤维和约40％至约50％软塑料；约60％至约70％纤维和约30％至约40％软塑料；约70％至约80％纤维和约20％至约30％软塑料；约80％至约90％纤维和约10％至约20％软塑料；以及约90％至约95％纤维和约5％至约10％软塑料。在本发明的具体实施方式中，工程化燃料原料由约80％纤维和约20％软塑料组成。在本发明的具体实施方式中，工程化燃料原料由约85％纤维和约15％软塑料组成。在本发明的具体实施方式中，工程化燃料原料由约75％纤维和约25％软塑料组成。在本发明的具体实施方式中，工程化燃料原料由约70％纤维和约30％软塑料组成。

在本发明的具体实施方式中，工程化燃料原料由约50％至约95％纤维和约5％至约50％硬塑料组成，包括其间的所有范围和子范围，例如，约50％至约60％纤维和约40％至约50％硬塑料；约60％至约70％纤维和约30％至约40％硬塑料；约70％至约80％纤维和约20％至约30％硬塑料；约80％至约90％纤维和约10％至约20％硬塑料；以及约90％至约95％纤维和约5％至约10％硬塑料。在本发明的具体实施方式中，工程化燃料原料由约80％纤维和约20％硬塑料组成。在本发明的具体实施方式中，工程化燃料原料由约85％纤维和约15％硬塑料组成。在本发明的具体实施方式中，工程化燃料原料由约75％纤维和约25％硬塑料组成。在本发明的具体实施方式中，工程化燃料原料由约70％纤维和约30％硬塑料组成。

在本发明的具体实施方式中，工程化燃料原料由约50％至约95％纤维和约5％至约50％混合塑料组成，包括其间的所有范围和子范围，例如，约50％至约60％纤维和约40％至约50％混合塑料；约60％至约70％纤维和约30％至约40％混合塑料；约70％至约80％纤维和约20％至约30％混合塑料；约80％至约90％纤维和约10％至约20％混合塑料；以及约90％至约95％纤维和约5％至约10％混合塑料。在本发明的具体实施方式中，工程化燃料原料由约80％纤维和约20％混合塑料组成。在本发明的具体实施方式中，工程化燃料原料由约85％纤维和约15％混合塑料组成。在本发明的具体实施方式中，工程化燃料原料由约75％纤维和约25％混合塑料组成。在本发明的具体实施方式中，工程化燃料原料由约70％纤维和约30％混合塑料组成。

包含纤维和硬塑料、纤维和软塑料或纤维和混合塑料的工程化燃料原料的上述实施方式中的任一个可进行进一步加工以包含一种或多种吸附剂。在一些实施方式中，工程化燃料原料可进行进一步加工以包含两种或更多种吸附剂。在一些实施方式中，工程化燃料原料可进行进一步加工以包含三种或更多种吸附剂。在一些实施方式中，工程化燃料原料可进行进一步加工以包含四种吸附剂。

除非另有说明，否则针对工程化燃料原料的组成的所有值(例如，氧含量、碳含量和氢含量、灰含量、挥发性物质含量、HHV)均在添加吸附剂之后给出。

因此，一方面，本发明提供包含源自加工的MSW废物流的一种或多种组分和一种或多种吸附剂的工程化燃料原料，所述工程化燃料原料具有约25％与约59％之间的碳含量、约3％与约7％之间的氢含量、约9％与约44％之间的氧含量以及约5％至约25％之间的灰含量。在一些实施方式中，灰含量小于10％。在一些实施方式中，如本文所描述的工程化燃料原料具有约5,000BTU/lb与约14,500BTU/lb之间的HHV。在一些实施方式中，工程化燃料原料具有约75％至约95％的挥发性物质含量。在一些实施方式中，工程化燃料原料具有小于约30％的水分含量。在一些实施方式中，工程化燃料原料具有约10％与约30％之间的水分含量。在其它实施方式中，工程化燃料原料具有约10％与约20％之间的水分含量。在其它实施方式中，工程化燃料原料具有约1％与约10％之间的水分含量。工程化燃料原料基本上不含玻璃、金属、砂砾和不可燃烧的废物。

在任何前述实施方式中，工程化燃料原料可具有约25％至约59％的碳含量，包括其间的所有范围和子范围，例如约25％至约30％、约30％至约35％、约35％至约40％、约40％至约45％、约45％至约50％、约50％至约55％、约55％至约59％、约25％至约40％、约30％至约45％、约35％至约50％以及约40％至约55％。在一些实施方式中，碳含量为约25％、约28％、约30％、约34％、约38％、约42％、约46％、约51％、约56％或约59％。

在任何前述实施方式中，工程化燃料原料可具有约3％与约7％之间的氢含量，包括其间的所有范围和子范围，例如，约3％与约4％之间、约4％与约5％之间、约5％与约6％之间、约6％与约7％之间、约3％与约5％之间、约4％与约6％之间以及约5％与约7％之间。在一些实施方式中，氢含量为约3％、4％、5％、6％或7％。

在任何前述实施方式中，工程化燃料原料可具有约9％与约44％之间的氧含量，包括其间的所有范围和子范围，例如，约9％与约20％之间、约20％与约30％之间、约30％与约40％之间、约40％与约44％之间、约16％与约40％之间、约18％与约40％之间。在一些实施方式中，氧含量为约9％、约10％、约11％、约12％、约14％、约16％、约18％、约20％、约22％、约25％、约28％、约30％、约33％、约37％、约41％或约44％。

在任何前述实施方式中，工程化燃料原料可具有小于约10％的水分含量，包括小于约9％、小于约8％、小于约7％、小于约6％、小于约5％、小于约4％、小于约3％、小于约2％以及小于约1％。在一些实施方式中，工程化燃料原料不具有可检测到的水分含量。

在任何前述实施方式中，工程化燃料原料可具有约5％与约25％之间的灰含量，包括其间的所有范围和子范围，例如，约5％与约20％之间、约6％与约15％之间、约7％与约10％之间。在一些实施方式中，灰含量为约1％、约2％、约3％、约5％、约7％、约9％或约10％。

在任何前述实施方式中，工程化燃料原料可具有约5,000BTU/lb与约14,500BTU/lb之间的HHV，包括其间的所有范围和子范围，例如，约5,000BTU/lb与约6,000BTU/lb之间、约6,000BTU/lb与约7,000BTU/lb之间、约7,000BTU/lb与约8,000BTU/lb之间、约8,000BTU/lb与约9,000BTU/lb之间、约9,000BTU/lb与约10,000BTU/lb之间、和约10,000BTU/lb与约11,000BTU/lb之间、约11,000BTU/lb与约12,000BTU/lb之间、约12,000BTU/lb与约13,000BTU/lb之间、约13,000BTU/lb与约14,500BTU/lb之间、约5,000BTU/lb与约8,000BTU/lb之间、约6,000BTU/lb与约9,000BTU/lb之间、和约7,000BTU/lb与约10,000BTU/lb之间、约8,000BTU/lb与约11,000BTU/lb之间。在一些实施方式中，工程化燃料原料可具有约5,000BTU/lb、约6,000BTU/lb、约7,000BTU/lb、约8,000BTU/lb、约9,000BTU/lb、约10,000BTU/lb、约11,000BTU/lb、约12,000BTU/lb、约13,000BTU/lb或约14,000BTU/lb的HHV。

在一些实施方式中，工程化燃料原料具有约75％至约95％的挥发性物质含量，包括其间的所有范围和子范围，例如，约75％至约80％、约80％至约90％、约90％至约95％。

在任何前述实施方式中，工程化燃料原料可具有约0.07至约0.21的H/C比；包括其间的所有范围和子范围，例如，约0.07至约0.09、约0.09至约0.11、约0.11至约0.13、约0.13至约0.15、约0.15至约0.17、约0.17至约0.19、约0.19至约0.21。在一些实施方式中，工程化燃料原料可具有约0.07、约0.08、约0.09、约0.10、约0.11、约0.12、约0.13、约0.14、约0.15、约0.16、约0.17、约0.18、约0.19、约0.20或约0.21的H/C比。

在任何前述实施方式中，工程化燃料原料可具有约0.2至约1.52的O/C比，包括其间的所有范围和子范围，例如，约0.2至约0.3、约0.3至约0.4、约0.4至约0.5、约0.5至约0.6、约0.6至约0.7、约0.7至约0.8、约0.9至约1.0、约1.0至约1.1、约1.1至约1.2、约1.3至约1.4、约1.4至约1.5、约0.2至约0.8、约0.3至约1.0、约0.3至约1.3、约0.3至约1.4、约0.4至约1.3或约0.4至约1.5。在一些实施方式中，工程化燃料原料可具有约0.3、约0.4、约0.5、约0.6、约0.7、约0.8、约0.9或约1.0的O/C比。

在一些实施方式中，吸附剂处于约0.1％(吸附剂重量/工程化燃料原料和吸附剂的重量)(w/w)与约50％(w/w)之间的量，包括其间的所有范围和子范围，例如，约1％(w/w)与约10％(w/w)之间、约1％(w/w)与约20％(w/w)之间、约1％(w/w)与约30％(w/w)之间、约1％(w/w)与约40％(w/w)之间、约10％(w/w)与约20％(w/w)之间、约10％(w/w)与约30％(w/w)之间、约10％(w/w)与约40％(w/w)之间、约10％(w/w)与约50％(w/w)之间、约20％(w/w)与约30％(w/w)之间、约20％(w/w)与约40％(w/w)之间、约20％(w/w)与约50％(w/w)之间、约30％(w/w)与约40％(w/w)之间、约30％(w/w)与约50％(w/w)之间或约40％(w/w)与约50％(w/w)之间。在某些实施方式中，吸附剂以约5％(w/w)、约10％(w/w)、约15％(w/w)、约20％(w/w)、约25％(w/w)、约30％(w/w)、约35％(w/w)、约40％(w/w)、约45％(w/w)或约50％(w/w)存在。

在一些实施方式中，吸附剂为通过针对特定化学反应的化学计量学要求确定的量，基于去除硫或氯衍生的污染物的量。在一些实施方式中，吸附剂为在化学计量上大于待去除的硫或氯衍生的污染物的量的约10％至约500％的量，包括其间的所有范围和子范围，例如，大约10％至约100％之间、大约100％至约200％之间、大约200％至约300％之间或大约300％至约400％之间或大约400％至约500％之间。在一些实施方式中，吸附剂处于大于待去除的汞衍生的污染物约500至约2000倍的量，包括其间的所有范围和子范围，例如，大约500至约1000倍、大约1000至约1500倍或大约1500至约2000倍。在一些实施方式中，吸附剂处于在化学计量上大于待去除的其它污染物的量约10％至约500％的量，包括其间的所有范围和子范围，例如，大约10％至约100％之间、大约100％至约200％之间、或大约200％至约300％之间、或大约300％至约400％之间、或大约400％至约500％之间。在其它实施方式中，可彼此以如上所描述的量添加两种或更多种吸附剂。

在某些实施方式中，工程化燃料原料包含约52％纤维、约13％软塑料、约8.5％氢氧化钙、约23％碳酸氢钠、约0.13％溴化钙以及约2.3％尿素。在一些实施方式中，在添加吸附剂后，工程化燃料原料具有约34％的碳含量。在一些实施方式中，在添加吸附剂后，工程化燃料原料具有约4.5％的氢含量。在一些实施方式中，在添加吸附剂后，工程化燃料原料具有约27％的氧含量。在一些实施方式中，在添加吸附剂后，工程化燃料原料具有约0.12的H/C比。在一些实施方式中，在添加吸附剂后，工程化燃料原料具有约0.68的O/C比。在一些实施方式中，在添加吸附剂后，工程化燃料原料具有约50％的灰含量。在一些实施方式中，在添加吸附剂后，工程化燃料原料具有约5％的水分含量。在一些实施方式中，在添加吸附剂后，工程化燃料原料具有约6,118BTU/lb的HHV。

在一些实施方式中，工程化燃料原料和吸附剂包含约51％纤维、约13％软塑料、约8.2％氢氧化钙、约26％碳酸氢钠、约0.12％溴化钙以及约2.2％尿素。在一些实施方式中，在添加吸附剂后，工程化燃料原料具有约33％的碳含量。在一些实施方式中，在添加吸附剂后，工程化燃料原料具有约4％的氢含量。在一些实施方式中，在添加吸附剂后，工程化燃料原料具有约26％的氧含量。在一些实施方式中，在添加吸附剂后，工程化燃料原料具有约0.12的H/C比。在一些实施方式中，在添加吸附剂后，工程化燃料原料具有约0.7的O/C比。在一些实施方式中，在添加吸附剂后，工程化燃料原料具有约52％的灰含量。在一些实施方式中，在添加吸附剂后，工程化燃料原料具有约5％的水分含量。在一些实施方式中，在添加吸附剂后，工程化燃料原料具有约5,895BTU/lb的HHV。

在一些实施方式中，工程化燃料原料和吸附剂包含约52％纤维、约13％软塑料、约10％氢氧化钙、约23％碳酸氢钠、约0.13％溴化钙以及约2.2％尿素。在一些实施方式中，在添加吸附剂后，工程化燃料原料具有约33％的碳含量。在一些实施方式中，在添加吸附剂后，工程化燃料原料具有约4％的氢含量。在一些实施方式中，在添加吸附剂后，工程化燃料原料具有约27％的氧含量。在一些实施方式中，在添加吸附剂后，工程化燃料原料具有约0.12的H/C比。在一些实施方式中，在添加吸附剂后，工程化燃料原料具有约0.7的O/C比。在一些实施方式中，在添加吸附剂后，工程化燃料原料具有约51％的灰含量。在一些实施方式中，在添加吸附剂后，工程化燃料原料具有约5％的水分含量。在一些实施方式中，在添加吸附剂后，工程化燃料原料具有约6,000BTU/lb的HHV。

在一些实施方式中，工程化燃料原料和吸附剂包含约50％纤维、约12％软塑料、约6.4％氢氧化钙、约29％碳酸氢钠、约0.12％溴化钙以及约2.1％尿素。在一些实施方式中，在添加吸附剂后，工程化燃料原料具有约32.％的碳含量。在一些实施方式中，在添加吸附剂后，工程化燃料原料具有约4.23％的氢含量。在一些实施方式中，在添加吸附剂后，工程化燃料原料具有约26％的氧含量。在一些实施方式中，在添加吸附剂后，工程化燃料原料具有约0.12的H/C比。在一些实施方式中，在添加吸附剂后，工程化燃料原料具有约0.7的OC比。在一些实施方式中，在添加吸附剂后，工程化燃料原料具有约52％的灰含量。在一些实施方式中，在添加吸附剂后，工程化燃料原料具有约5％的水分含量。在一些实施方式中，在添加吸附剂后，工程化燃料原料具有约5,780BTU/lb的HHV。

在某些实施方式中，工程化燃料原料包含约80％纤维、约10％软塑料、约10％硬塑料、约7％氢氧化钙、约23％碳酸氢钠、约0.06％溴化钙以及约1.4％尿素。在一些实施方式中，在添加吸附剂后，工程化燃料原料具有约39％的碳含量。在一些实施方式中，在添加吸附剂后，工程化燃料原料具有约5％的氢含量。在一些实施方式中，在添加吸附剂后，工程化燃料原料具有约30％的氧含量。在一些实施方式中，在添加吸附剂后，工程化燃料原料具有约0.13的H/C比。在一些实施方式中，在添加吸附剂后，工程化燃料原料具有约0.8的O/C比。在一些实施方式中，在添加吸附剂后，工程化燃料原料具有约25％的灰含量。在一些实施方式中，在添加吸附剂后，工程化燃料原料具有约2.62％的水分含量。在一些实施方式中，在添加吸附剂后，工程化燃料原料具有约6,600BTU/lb的HHV。

在一种实施方式中，工程化燃料原料包含约52％纤维、约13％软塑料、约8.5％氢氧化钙、约23％碳酸氢钠、约0.13％溴化钙以及约2.3％的尿素，约34％的碳含量、约4.5％的氢含量、约27％的氧含量、约0.12的H/C比、约0.69的O/C比、约50％的灰含量、约5％的水分含量以及约6,000BTU/lb的HHV。

在一种实施方式中，工程化燃料原料包含约50％纤维、约12.7％软塑料、约8.2％氢氧化钙、约26.1％碳酸氢钠、约0.12％溴化钙、约2.2％尿素、约33％的碳含量、约4.31％的氢含量、约26％的氧含量、约0.119的H/C比、约0.69的O/C比、约51％的灰含量、约5％的水分含量、约5,895BTU/lb的HHV。

在一些实施方式中，工程化燃料原料和吸附剂包含约52％纤维、约13％软塑料、约10.1％氢氧化钙、约23％碳酸氢钠、约0.13％溴化钙、约2.2％尿素、约33％的碳含量、约4.4％的氢含量、约27％的氧含量、约0.119的H/C比、约0.69的O/C比、约51％的灰含量、约5％的水分含量以及约6,011BTU/lb的HHV。

在一些实施方式中，工程化燃料原料和吸附剂包含约50％纤维、约12％软塑料、约6.4％氢氧化钙、约29％碳酸氢钠、约0.12％溴化钙、约2.1％尿素、约32％的碳含量、约4.2％的氢含量、约26％的氧含量、约0.119的H/C比、约0.69的O/C比、约52％的灰含量、约5％的水分含量以及约5,780BTU/lb的HHV。

以下表1概述含有吸附剂的工程化燃料原料的多个实施例的组成。提供最小值和最大值以形成给定工程化燃料的每个性质的值的范围。通过举例，实施例03具有约53％的纤维含量、约13％的塑料含量和约34％的吸附剂含量。基于实施例03的组成，碳含量为约27％至约44％，氢含量为约3.2％至约5.3％，氧含量为约16％至约34％，氢碳比为约0.07至约0.19，并且氧碳比为约0.36至约1.26，来自纤维和塑料组分的灰含量为约6％至约26％，并且高热值为约5,000BTU每磅至约7,400BTU每磅。注意，表中所列出的灰含量不包括来自工程化燃料的吸附剂部分的任何贡献。取决于所使用的确切吸附剂，吸附剂本身可具有60％至95％的灰含量。

表1.工程化燃料原料的性质的范围

以下表2概述含有吸附剂的工程化燃料原料的多个实施例的组成。提供给定工程化燃料的每个性质的平均值。通过举例，实施例03具有约53％的纤维含量、约13％的塑料含量和约34％的吸附剂含量。基于实施例03的组成，碳含量为约34％，氢含量为约4.5％，氧含量为约27％，氢碳比为约0.12并且氧碳比为约0.69，来自纤维和塑料组分的灰含量为约16％并且高热值为约6,100BTU每磅。

表2.工程化燃料原料的平均性质

其它工程化燃料原料可通过本文所描述的方法来制作并且可具有如以下表3中所概述的以下性质范围。提供最小值和最大值以形成给定工程化燃料原料的每个性质的值的范围。通过举例，实施例10可具有约30％的纤维含量、约30％的塑料含量和约40％的吸附剂含量。基于实施例03的组成，碳含量可为约30％至约46％，氢含量可为约3.2％至约6.2％，氧含量可为约9％至约25％，氢碳比可为约0.07至约0.21，并且氧碳比可为约0.20至约0.83，来自纤维和塑料组分的灰含量可为约3％至约18％，并且高热值可为约5,900BTU每磅至约8,700BTU每磅。注意，表中所列出的灰含量不包括来自工程化燃料的吸附剂部分的任何贡献。取决于所使用的确切吸附剂，吸附剂本身可具有60％至95％的灰含量。

表3.工程化燃料原料的性质的可能范围

包含吸附剂的某些工程化燃料原料可通过本文所描述的方法来制作并且可具有如以下表4中所概述的以下平均性质。提供给定工程化燃料原料的每个性质的平均值。通过举例，实施例10可具有约30％的纤维含量、约30％的塑料含量和约40％的吸附剂含量。基于实施例10的组成，碳含量可为约37％，氢含量可为约4.8％，氧含量可为约77％，氢碳比可为约0.13并且氧碳比可为约0.42，来自纤维和塑料组分的灰含量可为约11％并且高热值可为约6,100BTU每磅。

表4.工程化燃料的平均性质

在一些实施方式中，与煤的燃烧相比，工程化燃料原料在燃烧时产生较少的有害排放物。在一些实施方式中，与煤的燃烧相比，工程化燃料原料在燃烧时产生较少的硫排放物。在一些实施方式中，与煤的燃烧相比，工程化燃料原料在燃烧时产生较少的氮排放物。在一些实施方式中，与煤的燃烧相比，工程化燃料原料在燃烧时产生较少的汞排放物。在一些实施方式中，与煤的燃烧相比，工程化燃料原料在燃烧时产生较少的HCl排放物。在一些实施方式中，工程化燃料原料被设计成避免SO_x、NO_x、CO、CO₂以及卤素气体的排放。

在一些实施方式中，工程化燃料原料被设计成与从煤的燃烧排放的温室气体(GHG)相比，具有关于GHG的减少的排放特征曲线。在一些实施方式中，工程化燃料原料被设计成具有关于从生物质(例如像木材、柳枝稷等)的燃烧排放的GHG的减少的排放特征曲线。

在一些实施方式中，工程化燃料原料处于松散、非致密的形式。在其它实施方式中，工程化燃料原料处于致密形式。在一些实施方式中，所述致密形式为立方体。在一些实施方式中，所述致密形式为矩形。在其它实施方式中，所述致密形式为圆柱形。在一些实施方式中，所述致密形式为球形。在一些实施方式中，所述致密形式为团块。在其它实施方式中，所述致密形式为球丸。在一些实施方式中，所述致密形式为蜂窝。在一些实施方式中，致密燃料被切成不同厚度的薄片。在一些实施方式中，厚度为约3/16英寸至约3/4英寸之间。

在其它实施方式中，本发明的工程化燃料原料可被研磨或粉碎以提供使得至少50％的工程化燃料原料颗粒通过3mm筛的颗粒尺寸分布。在一些实施方式中，工程化燃料原料被研磨或粉碎以使得至少90％的颗粒通过1mm筛。在某些实施方式中，工程化燃料原料可具有正常的颗粒尺寸分布，其中平均颗粒尺寸为约700μm至约800μm。

在一些实施方式中，工程化燃料原料呈现惰性。在一些实施方式中，工程化燃料原料包含使得所述工程化燃料原料呈现惰性的至少一种添加剂。在一些实施方式中，可将添加剂掺杂到加工的MSW废物流中，所述添加剂可使得所得到的球丸呈现惰性。一些类型的湿MSW含有相对高数量的存活细菌细胞，所述存活细菌细胞可在潮湿条件下，例如在延长的储存或运输过程产生热量和氢气。可将添加剂(如氢氧化钙)添加至MSW以用于防止食品废物腐烂以及用于加速固体废物的干燥。在一些实施方式中，使得工程化燃料原料呈现惰性的添加剂为CaO。添加剂的其它非限制性实例为硫铝酸钙和其它硫酸盐化合物，只要它们不干扰使用工程化燃料原料的下游过程。

或者，可通过用于使生物材料失活的任何已知方法来使得MSW在生物学上呈现惰性。例如，X射线可用于使得MSW在加工之前或在加工之后减活。干燥可用于去除生物体如微生物生长所必需的水。用高热量和任选地在压力下处理MSW(例如，高压灭菌)也可使得MSW在生物学上呈现惰性。在一种实施方式中，由工程化球丸(engineered pellet)供以燃料的往复式发动机或涡轮机所产生的过量热量可重定向穿过所述系统并且用于使得MSW呈现惰性。在其它实施方式中，通过如微波辐射的方式使得工程化燃料原料呈现惰性。

制作工程化燃料原料的方法

本文所描述的工程化燃料原料包含源自加工的MSW废物流的一种或多种组分和吸附剂并且可通过本领域技术人员已知的任何方法来制作。具体地说，在美国专利申请No.12/492,096中所描述的方法可用于制作各种不含吸附剂的工程化燃料原料，所述专利申请的内容以引用的方式整体并入本文中。美国专利申请No.12/492,096描述具有小于2％硫和小于1％氯、更优选小于1.68％硫和0.5％氯的工程化燃料原料。在本发明中，由于在燃烧过程中抵消硫污染物和氯污染物的产生的吸附剂的存在，工程化燃料原料中的硫和氯的量可能高于美国专利申请No.12/492,096中所描述的那些。

本文所描述的工程化燃料原料是使用美国专利申请No.12/492,096中所描述的工序由MSW组分(包括纤维如纸张、卡纸板、杂志，和塑料)形成。可在任何合适的加工阶段将吸附剂添加至工程化燃料原料。例如，可将一种或多种吸附剂添加至一种或多种MSW组分以产生吸附剂-MSW组分，所述吸附剂-MSW组分随后可用额外的MSW组分、额外的吸附剂-MSW组分或吸附剂进一步加工。在某些实施方式中，可使吸附剂与颗粒状塑料(硬塑料、软塑料或混合塑料)混合并且在造粒机中成粒。在冷却之后，将塑料-吸附剂球丸粉碎以产生吸附剂-塑料组分。随后使这些吸附剂-塑料组分与基于纤维的组分以及在一些情况下与额外的基于塑料的组分混合。随后可使这种混合物成粒、粒化并且粉碎以产生最终的工程化燃料原料。在一些情况下，在使用低重量百分比的吸附剂时，可使所述吸附剂以溶液形式或干燥形式添加至MSW组分。

MSW可通过允许根据材料类型识别和分离组分部分的任何方法来进行加工，如通过塑料、纤维、纺织品、处于所有其形式的纸张、卡纸板、橡胶、庭院废物、食品废物以及皮革。分离方法如美国专利7,431,156和美国专利申请公布号2006/0254957、2008/0290006和2008/0237093中所公开的那些方法可用于分离废物的组分，所述专利的公开内容以引用的方式整体并入本文。

MSW还可通过允许根据组分部分的化学或分子特征识别和分离所述组分部分的任何方法来进行加工，并且广泛地分类和储存成两类、三类、四类或五类。分离方法如美国专利申请公布号2010/0018113中所公开的那些方法可用于分离废物的组分，所述专利的公开内容据此以引用的方式整体并入本文。

在一些实施方式中，使工程化燃料原料的一种或多种组分混合。在一些实施方式中，使用已知技术如击碎、研磨、破碎等使混合组分的尺寸减小。用于使MSW组分的尺寸减小的方法是熟知的并且例如描述于美国专利5,888,256中，所述专利的公开内容以引用的方式整体并入本文。在其它实施方式中，首先使单独组分在与其它组分混合之前减小尺寸。在一些实施方式中，使用已知的致密化方法例如像美国专利5,916,826中所描述的那些方法来使工程化燃料原料的混合组分致密化，所述专利的公开内容以引用的方式整体并入本文。在一些实施方式中，所述致密化通过使用能够施加高达40,000磅力的造粒机如Pasadena手动压力机来形成球丸。在一些其它实施方式中，所述致密化可为其它形式，包括团块、立方体、矩形、圆柱形、球形、蜂窝或被切成不同厚度的薄片。本领域技术人员将认识到，此列表是出于说明性目的，其它致密化形状是可能的并且涵盖在本发明的范围内。

在一些实施方式中，本文所描述的工程化燃料原料是生物学上、化学上和毒理学上惰性的。术语生物学惰性、化学惰性和毒理学惰性意指本文所描述的工程化燃料原料不超出针对所述工程化燃料原料内所含有的生物学、化学和毒理学试剂的可接受限制的EPA限制。所述术语还意味着工程化燃料原料在生产后或在长期储存时不释放有毒产物。工程化燃料原料不含有例如病原体或活的生物体，也不含有将在生产后或在长期储存时促进生物体生长的条件。例如，处于本文所描述的任何形式的工程化燃料原料可进行设计以便具有足够的水分含量，以便不促进生物体生长。工程化燃料原料可被设计成抗吸收的，这意味着它将不会在生产后和在长期储存时吸收任何可感知量的水。工程化燃料原料还是空气稳定的，这意味着所述工程化燃料原料将不会在空气存在的情况下分解来放出可感知量的挥发性有机化合物。本文所描述的工程化燃料原料可根据已知方法进行测试，以便确定它们是否满足惰性定义所允许的限制。例如，按照标题40–环境保护所发布的40CFR的第239部分至第259部分包括管理固体废物的规定的全部EPA规定。标题为用于评估固体废物的测试方法，物理/化学方法的EPA出版物SW-846是OSW的分析和取样方法的官方标准纲要，所述分析和取样方法已关于固体废物进行了评估并被批准在遵守40CFR的第239部分至259部分的情况下使用，所述出版物以引用的方式整体并入本文。

在本发明的额外实施方式中，具有任何本文所描述的工程化燃料原料的分子特征并且包含约1％(w/w)至约50％(w/w)的吸附剂的工程化燃料原料通过包括以下步骤的方法来产生：a)在材料回收设施处接收多种MSW废物进料；b)在步骤a)的多种MSW废物进料穿过材料回收设施时基于其组分的化学或分子特征来清点所述组分；c)将步骤b)中清点的多种MSW废物进料的组分的化学或分子特征与工程化燃料原料的化学或分子特征进行比较；d)添加吸附剂；e)任选地添加含有化学或分子特征的额外工程化燃料原料组分，所述额外工程化燃料原料组分连同步骤b)的清点的组分的总和等于工程化燃料原料的化学或分子特征。

在本发明的其它实施方式中，工程化燃料原料通过包括以下步骤的方法来产生：a)使多种MSW废物进料在材料回收设施处基于化学或分子特征分离成多种MSW废物组分；b)选择具有任何本文所描述的工程化燃料原料的分子特征的工程化燃料原料的化学或分子特征；c)选择来自步骤a)的MSW废物组分，所述MSW废物组分的化学或分子特征的总和等于步骤b)中所选择的化学或分子特征；d)如果步骤c)中所选择的MSW废物组分的化学或分子特征不等于步骤b)的选择物的化学或分子特征，那么任选地将其它燃料组分添加至步骤c)的选择物；e)选择一定量和类型的吸附剂；以及f)使步骤c)和e)以及任选地步骤d)的组分混合。

在一些实施方式中，减小步骤f)的混合物尺寸以帮助使工程化燃料原料均质化。在一些实施方式中，确定步骤f)的致密形式的混合物或步骤e)的尺寸减小的混合物的尺寸和形状。在一些实施方式中，使步骤f)的混合物致密化。在其它实施方式中，使步骤f)的尺寸减小的混合物致密化。

在本发明的其它实施方式中，描述通过包括以下步骤的方法产生的工程化燃料原料：a)使多种MSW废物进料在材料回收设施处基于化学或分子特征分离成多种MSW废物组分；b)选择工程化燃料原料的化学或分子特征，所述工程化燃料原料具有约50％至约90％之间的碳含量、约2.5％与约7％之间的氢含量、约2.5％至约40％之间的氧含量和小于10％的灰含量，或具有任何本文所描述的工程化燃料原料的分子特征的工程化燃料原料；c)选择来自步骤a)的MSW废物组分，所述MSW废物组分的化学或分子特征的总和等于步骤b)中所选择的化学或分子特征；d)如果步骤c)中所选择的MSW废物组分的化学或分子特征不等于步骤b)的选择物的化学或分子特征，那么任选地将其它燃料组分添加至步骤c)的选择物；e)选择一定量和类型的吸附剂；以及f)使步骤c)和e)以及任选地步骤d)的组分混合。

在一些实施方式中，减小步骤f)的混合物的尺寸以帮助使工程化燃料原料均质化。在一些实施方式中，确定步骤f)的致密形式的混合物或步骤e)的尺寸减小的混合物的尺寸和形状。在一些实施方式中，使步骤f)的混合物致密化。在其它实施方式中，使步骤f)的尺寸减小的混合物致密化。

另一方面，描述一种从加工的MSW废物流产生工程化燃料原料的方法，所述方法包括以下步骤：a)选择来自加工的MSW废物流的多种组分，所述组分组合起来具有包括任何本文所描述的工程化燃料原料的分子特征的化学或分子特征；b)使步骤a)的所选择的组分组合并混合在一起以形成工程化燃料原料；c)使步骤b)的工程化燃料原料的所得到的化学或分子特征与步骤a)的化学或分子特征进行比较；d)如果步骤b)中所选择的MSW废物组分的化学或分子特征不等于步骤a)的化学或分子特征，那么任选地将其它燃料组分添加至步骤b)的所选择的组分；以及e)选择并添加吸附剂。

在一些实施方式中，减小步骤b)或步骤d)的混合物的尺寸以帮助使工程化燃料原料均质化。在一些实施方式中，确定步骤b)的致密形式的混合物或者步骤b)或步骤d)的尺寸减小的混合物的尺寸和形状。在其它实施方式中，使步骤e)的尺寸减小的混合物致密化至约10lbs/ft³至约75lbs/ft³的密度。

另一方面，描述一种产生工程化燃料原料的方法，所述方法包括：a)接收多个MSW废物流；b)为工程化燃料原料选择任何本文所描述的工程化燃料原料的化学或分子特征；c)基于所述多个MSW废物流的组分的化学或分子特征来清点所述组分；d)使步骤c)的多个MSW废物流的清点的组分的化学或分子特征与步骤b)的所选择的化学或分子特征相比较；e)任选地将具有所需化学或分子特征的额外燃料组分添加至步骤c)的清点组分以满足步骤b)的针对工程化燃料原料的所需化学或分子特征；以及f)选择并添加吸附剂。

在一些实施方式中，使步骤c)或e)的工程化燃料原料混合。在一些实施方式中，使步骤c)或e)的工程化燃料原料的尺寸减小。在一些实施方式中，使步骤c)或e)的工程化燃料原料致密化。在一些实施方式中，使步骤c)或e)的尺寸减小的工程化燃料原料致密化。在一些实施方式中，使工程化燃料原料致密化至约10lbs/ft³至约75lbs/ft³。

在本发明的某些实施方式中，在MSW已根据MSW组分的类型加工和分类或清点后，使至少一种组分单独地粒化。在本发明的某些实施方式中，这些组分包括但不限于塑料(如软塑料或硬塑料)和纤维。在本发明的其它实施方式中，使至少一种吸附剂与来自MSW的至少一种基于塑料的组分混合并且使所述混合物通过本领域已知的任何合适的方法成粒。在某些实施方式中，基于塑料的组分为软塑料。在本发明的又一种实施方式中，基于塑料的组分为硬塑料。在本发明的另一种实施方式中，将吸附剂用软塑料和硬塑料两者成粒。在具体实施方式中，使基于塑料的组分和吸附剂在造粒机中成粒。使球丸成粒以产生精细的不可分离的吸附剂-塑料颗粒。在某些实施方式中，使所述球丸在冷却后成粒。随后使吸附剂-塑料颗粒与来自MSW的额外组分混合。在某些实施方式中，至少一种额外组分可为基于纤维的组分。在其它实施方式中，至少一种额外组分可以是基于塑料的。在另一种实施方式中，使吸附剂-塑料颗粒与至少一种基于纤维的组分和至少一种基于塑料的组分混合。在本发明的某些实施方式中，随后使吸附剂-塑料颗粒与额外MSW组分的这种混合物通过本领域已知的任何合适的方法成粒。在某些实施方式中，随后使所述球丸粒化和成粒。颗粒状和粉碎的球丸可用作工程化燃料原料。可使基于MSW的组分与吸附剂组合以便满足任何本发明的工程化燃料原料的化学或分子特征。

在本发明的某些实施方式中，工程化燃料原料可与其它燃料(如化石燃料，包括但不限于煤)共燃，作为控制排放物的方式。在某些实施方式中，工程化燃料原料的量为约10％(来自工程化燃料原料的能量/所有共燃燃料的总能量)至约50％(来自工程化燃料原料的能量/所有共燃燃料的总能量)，包括其间的所有范围和子范围，例如，约10％与约20％之间、约10％与约30％之间、约10％与约40％之间、约10％与约50％之间、约20％与约30％之间、约20％与约40％之间、约20％与约50％之间、约30％与约40％之间、约30％与约50％之间、约40％与约50％之间以及约50％至约60％之间(来自工程化燃料原料的能量/所欲共燃燃料的总能量)。在本发明的其它实施方式中，工程化燃料原料的量为约10％、约15％、约20％、约25％、30％、约35％、约40％、约45％、50％(来自工程化燃料原料的能量/所有共燃燃料的总能量)。

在本发明的某些实施方式中，使包含源自加工的MSW废物流的一种或多种组分和基于钙的吸附剂的工程化燃料原料与另一种能源(如但不限于包含硫的化石燃料，如煤)共燃，以使得其它能源中的硫与工程化燃料原料中的钙的比在0:1与5:1之间，包括其间的所有范围和子范围，例如，1:1、2:1、3:1和4:1。

在本发明的某些实施方式中，使包含源自加工的MSW废物流的一种或多种组分以及基于钙的吸附剂和基于钠的吸附剂的组合的工程化燃料原料与另一种能源(例如但不限于包含硫的化石燃料，如煤)共燃，以使得其它能源中的硫与工程化燃料原料中的钙和钠的组合的比在0:1与5:1之间，包括其间的所有范围和子范围，例如，1:1、2:1、3:1和4:1。

可使工程化燃料原料与本领域技术人员已知的任何合适类型的煤共燃。在某些实施方式中，煤可为褐煤(lignite或brown coal)、亚烟煤、烟煤、无烟煤，或其组合。

在一些实施方式中，使工程化燃料原料致密化以形成团块。在其它实施方式中，使工程化燃料原料致密化以形成球丸。

因为吸附剂是工程化燃料原料的一部分，因此没有必要具有干式吸附剂注入系统(存储、输送、雾化等)通常所必需的吸附剂处理系统。

而且，吸附剂/污染物反应的产物主要保留在流化床锅炉的底灰中，下游灰尘收集器(即，静电除尘器、集尘室、微粒物质洗涤器)上的灰尘负载将减少，从而导致这些装置另外所需要的资金、操作和维护成本的节省。

在粉煤锅炉中，吸附剂/污染物反应的产物主要保留在飞灰中，其中现有下游收集器在去除将以另外方式穿过烟囱并到达烟囱外部的污染物方面变得更加有效。在吸附剂中吸附更多的烟气污染物消除了对用于使湿式洗涤器遵守日益严格的排放物标准的额外资金支出的需要。

在本发明的其它实施方式中，本发明的含有吸附剂的工程化燃料原料的共燃将允许电厂遵守EPA的CSAPR。在本发明的具体实施方式中，本发明的含有吸附剂的工程化燃料原料的电厂共燃将使得SO₂排放物减少至2005年排放水平的约73％或更多。

在本发明的具体实施方式中，与不存在含有吸附剂的工程化燃料原料情况下的化石燃料相比，本发明的含有吸附剂的工程化燃料原料与至少一种化石燃料的电厂共燃将使得SO₂排放物减少约50％或更多。在本发明的具体实施方式中，SO₂排放物将减少约60％或更多。在本发明的具体实施方式中，SO₂排放物将减少约70％或更多。在本发明的具体实施方式中，SO₂排放物将减少约80％或更多。在本发明的具体实施方式中，SO₂排放物将减少约90％或更多。

在本发明的具体实施方式中，与不存在含有吸附剂的工程化燃料原料情况下的化石燃料相比，本发明的含有吸附剂的工程化燃料原料与至少一种化石燃料的电厂共燃将使得基于硫的排放物减少约50％或更多。在本发明的具体实施方式中，基于硫的排放物将减少约60％或更多。在本发明的具体实施方式中，基于硫的排放物将减少约70％或更多。在本发明的具体实施方式中，基于硫的排放物将减少约80％或更多。在本发明的具体实施方式中，基于硫的排放物将减少约90％或更多。

在本发明的具体实施方式中，与不存在含有吸附剂的工程化燃料原料情况下的煤相比，本发明的含有吸附剂的工程化燃料原料与煤的电厂共燃将使得SO₂排放物减少约50％或更多。在本发明的具体实施方式中，基于硫的排放物将减少约60％或更多。在本发明的具体实施方式中，基于硫的排放物将减少约70％或更多。在本发明的具体实施方式中，基于硫的排放物将减少约80％或更多。在本发明的具体实施方式中，基于硫的排放物将减少约90％或更多。

在本发明的具体实施方式中，与不存在含有吸附剂的工程化燃料原料情况下的煤相比，本发明的含有吸附剂的工程化燃料原料与煤的电厂共燃将使得基于硫的排放物减少约50％或更多。在本发明的具体实施方式中，基于硫的排放物将减少约60％或更多。在本发明的具体实施方式中，基于硫的排放物将减少约70％或更多。在本发明的具体实施方式中，基于硫的排放物将减少约80％或更多。在本发明的具体实施方式中，基于硫的排放物将减少约90％或更多。

根据EPA发布的新源性能标准(NSPS)(出于所有目的以引用的方式整体并入本文)，大多数现有的燃煤电气设施单位必须满足某些不透明度限制，例如，六分钟基础上20％不透明度限制(Norfleet,S.K.“Demonstrating Compliance with Low-LevelOpacity Limits”,EPRI CEMS Users Group Meeting,Columbus,Ohio,May 3-5,2006，出于所有目的以引用的方式整体并入本文)。在本发明的某些实施方式中，本发明的含有吸附剂的工程化燃料原料与煤的电厂共燃将满足这类限制，包括六分钟基础上20％不透明度限制。

在初级燃烧区中的温度下，可发生某些吸附剂的烧结。这种烧结可阻塞吸附剂颗粒中的通道或孔隙，从而有效地减少吸附剂的表面积，其中伴随经由与吸附剂的反应而出现的污染物吸收和固定的减少。然而，由于吸附剂颗粒整合在本发明的工程化燃料原料内，因此所述工程化燃料原料颗粒内的吸附剂颗粒可在燃料燃烧并沿着反应器进一步向上时被有效防护免受初级燃烧区中的高温。吸附剂的有效防护的另一个优点在于使所述吸附剂暴露于足够高的温度以促进快速煅烧，但僵烧(吸附剂的栅格或矩阵结构的结构变化)得以避免，因为吸附剂在经历初级燃烧区的高温之前从初级燃烧区快速向上携带到较低温度环境中。因此，向上携带的吸附剂被煅烧，但大多数未烧结或熔融，并且在吸附剂颗粒从工程化燃料原料颗粒中释放并且行进穿过燃烧反应器时可继续吸收硫或其它污染物。

在一些实施方式中，引入到初级燃烧区的混合物中所使用的工程化燃料原料可被选择成具有相对高的水分含量。所述相对高的水分含量可经由来自燃料的这种水分的释出和水到水蒸汽的转化来帮助降低工程化燃料原料颗粒中的吸附剂所经历的有效温度。工程化燃料原料颗粒的尺寸还可进行选择以使得可延迟吸附剂暴露于高温。具体地说，较大的工程化燃料原料颗粒可能不完全燃烧或可在初级燃烧区中成碎片，并且这种部分燃烧或成碎片的工程化燃料原料颗粒可在燃烧反应器中向上携带到所述反应器中的较低温度区，从而防止工程化燃料原料中所含有的至少一些吸附剂颗粒的烧结和/或熔融。

本发明的示例性优点

以下描述了具有吸附剂的工程化燃料原料和本文所描述的方法的一些代表性优点。虽然以下描述了具体优点，但对于本领域技术人员来说将显而易见的是，各种其它优点在不脱离本发明的精神和范围的情况下由本发明引起。

1.排放控制–高效、成本有效的排放控制

吸附剂与工程化燃料原料的整合是用于控制来自热转化过程的有害空气污染物(HAP)的排放的强有力的方式。在燃烧过程中，SO_x污染物在火焰中形成。在吸附剂不均匀地分布在燃料内的情况下，可容易地实现紧密接触和足够的保留时间，并因此导致高的吸附剂使用效率和HAP控制效率。

含有吸附剂的工程化燃料原料可被设计成在仅使用工程化燃料燃料时，在无转化后气体处理装置的情况下满足空气排放目标。对于正使用化石或生物质燃料(如煤、木材、碎木燃料(hog fuel)、动物废物等)的现有设施来说，工程化燃料原料可被设计成如本文所述取代现有燃料的一部分，并且具有控制来自工程化燃料原料和取代的燃料两者的空气排放物的能力。工程化燃料原料与其它燃料的共燃可提供以成本有效并且高效的改装方法满足日益严格的环境规定的燃烧过程，从而便满足排放减少目标而无需大量资本投资来安装新的燃烧后排放控制过程。

此外，工程化燃料原料内所含有的吸附剂允许材料(如PVC、碎木燃料、动物废物和低等级煤)的有益使用，所述材料由于其引起环境或操作问题的固有性质否则将可能不得不避免使用。不切实际的是假设可从废物流中彻底去除这些环境和/或操作有害但有价值的燃料材料，即使可提供专门的分类和分离过程。然而，通过在工程化燃料原料中使用吸附剂和与煤共燃，可在燃烧过程中使用这种否则不适合的材料。因此，在工程化燃料原料中使用吸附剂不仅确保这些污染物不会引起环境和/或操作问题，而且允许这些材料的有益使用并因此避免大范围的预分类和分离。

2.腐蚀防护/最小化

通过利用具有吸附剂的工程化燃料原料使空气加热器进口处的SO₃的水平控制为3ppm或更小，将存在硫酸露点的显著减小。例如，在60ppm SO₃下，酸露点为约310°F，该浓度是使用选择性SCR系统燃烧高硫煤时寻常的浓度。还注意，在30ppm SO₃下——该浓度是不使用SCR系统或使用具有非常低氧化催化剂的SCR系统的情况下燃烧高硫煤或者用SCR系统燃烧中等硫煤时的典型浓度——酸露点为约295°F。在3ppm SO₃下，酸露点为约255°F。由于SO₃气体直到冷却至其露点不会冷凝，所以腐蚀的可能性可通过使用工程化燃料原料而大大降低。通过防止对系统设备的腐蚀，可实现显著节省。例如，公共设施通常每隔几年花费数百万美元来修复腐蚀损坏和/或更换损坏部件。

由于某些类型的基于煤和生物质的燃料的性质，即高氯含量和碱金属含量，设备腐蚀(即过热器管、省煤器(economizer)、空气加热器等)一直是操作基于生物质的燃料锅炉和电厂的主要挑战。生物质和废物燃烧锅炉中的高温氯腐蚀已引起频繁和延长的工厂停工期以用于水蒸气管修复和更换，这不仅需要昂贵的劳动力和材料，而且导致由于电力收入的损失和废物旁通到垃圾填埋场的成本而产生的额外成本。

使吸附剂与本发明的工程化燃料原料组合将捕获并保留灰中的腐蚀性组分，并因此防止它们进入气体流并且避免它们与下游设备相互作用。由于设备腐蚀被防止或最小化，因此工厂产能将增加(例如，用于修复的停工期较少)，这带来了显著的经济效益，如操作和维护成本减少并且电力收入增加。

3.改进的过程操作

操作问题如结渣和腐蚀可使用本发明的具有用于改变、调整或改进燃料灰特征如熔化温度的添加剂的工程化燃料原料而大大最小化。添加合适的添加剂如MgO和/或硅酸铝样材料、甚至煤灰将能够使得生物质灰转化成煤样灰，所述煤样灰具有高的熔化温度并且不期望在操作温度下引起结渣。

4.改进的工艺性能

使煤与具有吸附剂的工程化燃料原料共燃以控制SO₃排放物降低酸露点。当酸露点降低时，空气加热器可在降低的出口气体温度下操作。如上所述，空气加热器可在至少35°至55°F或更低下操作，这样更多能量可从烟气流中回收。增加的能量回收可使电厂效率有效地增加超过1％，这代表燃料成本的显著节省和/或电力收入的增加。

与通常具有30％至40％的电效率的典型燃煤电厂相比，燃烧源自生物质和废物的燃料的电厂仅以约20％的效率产生电力。有助于这一差异的一个限制因素是源自生物质和废物的燃料具有高的氯含量和碱金属含量，这限制锅炉在相对低的水蒸气温度和压力(例如，750°F和650至800psig)下操作以便控制和最小化高温腐蚀(所述高温腐蚀在烟气温度高于约2,000°F时以指数方式增加)。将这些与燃煤电厂的约1,000°F和3,500psig进行比较。因此，使煤与如本文所描述的工程化燃料原料的混合物共燃可提供操作性能与污染控制的平衡。

5.延长煤电厂寿命

随着空气排放标准继续变得越来越严格(例如，EPA的新运输规则)，美国绝大多数燃煤电厂的所有者将需要做出关键决策，投资改装以控制排放物并满足新标准，或者简单地关闭电厂以避免所述费用。(参见所提出的运输规则75 FR 45210)。与管道干式吸附剂注入和烟气再加热不同，工程化燃料原料的使用不需要额外的设备或系统，从而避免资本投资、操作和维护以及寄生功率和/或能量消耗的显著相关的成本。对于典型的500MW燃煤工厂来说，安装烟气脱硫系统以便遵守规定的改装成本将花费估计7500万美元，其中年操作和维护花费额外约688万美元(基于能源信息管理局(EIA)的平均烟气脱硫(FGD)成本数据)。很显然，本发明的工程化燃料原料的使用将不仅避免以上改装成本，而且还将允许工厂延长其操作寿命。更重要地，通过使用具有吸附剂的工程化燃料原料控制锅炉排放物的可靠性是涉及资本设备的任何先前已知的技术不符合的。此外，使用含有防腐蚀吸附剂和添加剂的工程化燃料原料，可防止或最小化高温腐蚀。

6.使用现有的煤电厂工艺设备

本发明的工程化燃料原料和使用所述燃料的方法的关键优点是所述工程化燃料原料可用于针对新的工艺设备以最小的资本投资取代煤或其它常规燃料。例如，在本发明的燃烧过程的一些实施方式中，本发明的工程化燃料原料可在初级燃烧过程中用作煤的混入替代物，或代替常规再燃烧燃料。此外，本发明的工程化燃料原料和过程被设计成调节燃烧反应器中的现有工艺设备而不是取代它们，并且因此，可使用本发明的方法而无需新的工艺设置。

虽然本文所描述的具体实施方式已在本文进行了说明和描述，但本领域技术人员将清楚，可在不脱离本公开的精神和范围的情况下做出各种其它变化和修改。因此，在所附权利要求书中意图涵盖处于本发明范围内的所有此类变化和修改。

实施例

粉煤锅炉实验

从使用被设计成复制燃烧粉煤的电站锅炉(utility boiler)的250,000Btu/hr平衡通风煤燃烧系统进行的测试中获得以下实施例中的数据。在图2中示出煤燃烧系统的示意图。所述燃烧系统被设置成模拟切向燃烧锅炉。燃料进料系统由基于螺杆的进料器和连接到插入耐火材料加衬的燃烧室的角落中的四个燃烧器的气动输送装置组成。在共燃过程中，将工程化燃料原料添加至螺杆进料器处的粉煤中。燃烧系统配备有适当大小的热回收表面以使得电站锅炉的时间/温度特征曲线被复制。这些表面包括模拟水墙的水冷式嵌板、水冷式过热器、再热器、两个省煤器和预热器。燃烧系统配备有两个集尘室和一个静电除尘器。多个传感器测量燃烧系统内各个位置中的温度以及污染物水平。

在图3中，通过仅在燃烧系统中燃烧煤来建立基线，并且测量SO₂浓度。接下来，将基于Na的吸附剂(碳酸氢钠)在进料到燃烧系统中之前添加至粉煤。在一摩尔的基于Na的吸附剂与一摩尔的基于硫和氯的污染物的摩尔比下，使稳定操作维持所观察的时间周期，其中SO₂浓度存在边际降低。虽然使基于Na的吸附剂与基于硫和氯的污染物的摩尔比增加至二比一进一步增加了SO₂去除，但集尘室处的诱导通风由于结垢而变得越来越不稳定。

在图4中，在以三比一的Na-吸附剂与基于硫和氯的污染物的摩尔比进料基于Na的吸附剂(碳酸氢钠)后重新建立煤基线。虽然增加基于Na的吸附剂负载进一步增加了SO₂去除，但集尘室处的诱导通风由于结垢而变得越来越不稳定。高负载的基于Na的吸附剂能够显著地减少烟气中的SO₂，但易于导致集尘室处的结垢。

在图5中使基于Na的吸附剂与基于Ca的吸附剂组合。对于煤中每一摩尔的基于硫和氯的污染物来说，使一摩尔的标准熟石灰与一摩尔的碳酸氢钠组合，从而导致二比一的吸附剂与污染物的总摩尔比。烟气中的SO₂下降至仅煤基线的SO₂的约一半。通过使总摩尔比增加至三比一，额外的SO₂去除是可能的，同时维持稳定操作。

在图6中，以2.5比1的总摩尔比重新测试图5的吸附剂。维持稳定操作且SO₂去除的量介于图5中所示条件的量之间。接下来，以2.5比1的吸附剂与污染物的相同总摩尔比使基于Na的吸附剂转变成天然碱并且使基于Ca的吸附剂转变成醋酸钙镁。基于Na的吸附剂和基于Ca吸附剂的这种组合还导致集尘室处的稳定的诱导通风，同时进一步降低烟气中的SO₂浓度。

以下表5总结涉及基于Ca的吸附剂、基于Na的吸附剂及其组合的多个测试的结果。虽然基于Na的吸附剂在去除SO₂方面是有效的，但操作问题妨碍基于Na的吸附剂被单独使用。另一方面，仅使用基于Ca的吸附剂提供稳定操作，但它们在减少SO₂排放物方面不如基于Na的吸附剂那样有效。已发现，基于Na的吸附剂和基于Ca的吸附剂的组合提供有效的SO₂去除，同时维持操作稳定性。

表5.基于钠的吸附剂和基于钙的吸附剂及其组合

共燃的工程化燃料原料与吸附剂

在图7中，使包含基于Na的吸附剂的工程化燃料原料与煤共燃。在从仅燃烧煤中建立SO₂的基线浓度后，使包含基于Na的吸附剂的工程化燃料原料与煤组合并以85％煤与15％包含吸附剂的工程化燃料原料的能量比进料到燃烧系统中。然而，在4.3比1的基于Na的吸附剂与基于硫和氯的污染物的摩尔比下，烟气中的SO₂浓度显著下降，诱导风扇中的不稳定性由于集尘室处的结垢而开始产生。以90:10和80:20的共燃能量比的进一步测试也导致操作不稳定性。

在图8中，使包括含基于Ca的吸附剂的工程化燃料原料与煤共燃以测量SO₂污染物的去除。摩尔比在一摩尔至四摩尔的基于Ca的吸附剂与一摩尔的基于硫和氯的污染物之间变化。共燃能量比从约6.5％变化至约25％的包含吸附剂的工程化燃料原料与煤变化。在测试过程中，诱导通风风扇保持恒定，从而指示操作稳定性。然而，由基于Ca的吸附剂去除的SO₂的量仍远低于包含基于Na的吸附剂的工程化燃料原料的性能水平。

在表6中，用包含吸附剂的工程化燃料原料进行试验。所述工程化燃料原料由80％纤维与20％混合塑料组成。每次试验的吸附剂由基于Ca的吸附剂、标准熟石灰、基于Na的吸附剂、碳酸氢钠、汞吸附剂、溴化钙和一氧化二氮还原吸附剂、尿素组成。

表6工程化燃料配制品

图9和图10示出包含吸附剂的工程化燃料原料与煤共燃的结果。对于每次试验来说，通过仅用煤燃烧来建立烟气中SO₂浓度的基线。总的基于Ca和基于Na的吸附剂与基于硫和氯的污染物的摩尔比从2.75比1至3比1变化。在每次试验中，来自包含吸附剂的工程化燃料原料的共燃能量在锅炉总能量要求的24％至26％变化。在每种情况下，SO₂水平降低，同时维持操作稳定性。

以下表7总结图9和图10中所示的试验过程中获得的平均结果。

表7.工程化燃料平均试验结果

在图11和图12中，通过仅燃烧煤来测量总汞和元素汞排放物的基线。接下来，将包含溴化钙吸附剂的工程化燃料吸附剂添加至煤并进料到燃烧系统中。总汞和元素汞两者水平在共燃持续时间内均下降至小于约1微克每立方米。

以下表8总结使用不同量的吸附剂和共燃比的汞减少测试结果。使低硫煤和高硫煤两者均与包含吸附剂的工程化燃料原料共燃。在使高硫煤与包含溴化钙吸附剂的工程化燃料原料共燃时，超过90％的汞减少是可能的。

表8.汞减少测试结果

流化床反应器实施例

在下文，以下测试中所使用的表9的工程化燃料原料是使用美国专利申请No.12/492,096中所描述的工序由MSW组分，包括纤维如纸张、卡纸板、杂志，和软塑料形成。使吸附剂(Ca(OH)₂)与颗粒状软塑料(20％(w/w)软塑料，80％(w/w)Ca(OH)₂)混合并且在造粒机中成粒。在冷却后，使软塑料-吸附剂球丸粉碎以产生吸附剂-塑料颗粒。随后使这些吸附剂-塑料颗粒与基于纤维的组分和基于软塑料的组分(37.5％(w/w)的吸附剂-塑料颗粒、56％(w/w)的纤维、6.5％(w/w)的软塑料)混合。随后使这种混合物成粒、粒化并且粉碎以产生用于以下实验中的最终工程化燃料原料。

表9：包含吸附剂的工程化燃料原料的分析(按原样)(wt.％)

随后使包含吸附剂的工程化燃料原料与煤以表10中所示的变化的能量百分比进行混合。在表11中示出煤在共燃之前的全部表征。

表10.表12中所测试的工程化燃料原料和煤的相对重量和百分比。

表11：煤的分析(按原样)(wt.％)

	煤
		水分，wt％	4
挥发性物质，wt％	28.2
		灰，wt％	9.2
固定碳，wt％	58.6
		碳，wt％	72
氢，wt％	5
		氮，wt％	1.7
硫，wt％	2.2
		氯，wt％	0.01
氧，wt％	9.89
		HHV，Btu/lb	12,400

所述实验在内部隔热(耐火材料)的流化床反应器中进行，所述流化床反应器的内径为0.2m并且高度为约1.0m。所述实验在惰性沙颗粒(d_p＝290μm并且U_mf＝0.08m/s)作为床材料和膨胀床高度为0.5m的情况下进行。将所述床用空气流化、通过分配器注入，并且使燃料(煤或煤+工程化燃料原料)在空气穿过水平分布器的情况下注入。所述分布器的尖端位于分配器上方约0.1m的距离处。在注入燃料之前，将流化床反应器用连接至风箱的天然气燃烧器并且通过将丙烷直接注入所述床中来加热至1000℃。一旦床温度达到1000℃，就停止天然气燃烧器和丙烷注入并且启动燃料(煤或煤+工程化燃料原料)注入以开始实验。以0.4m/s的表面气速进行所述实验。用热电偶测量10个不同轴向位置处的温度。在反应器的中心线处对气体进行采样，其中加热采样线(120℃)位于燃料注入位置上方1.3m距离处。通过串联连接的MKS FT-IR(Multigas 2030)对采样气体进行分析以便测量以下物类的体积分数：O₂、CO、CO₂、NO、NO₂、SO₂和SO₃。

在图13中示出实验装置的示意图。在表12中示出结果。

表12.来自共燃实验的结果

虽然已说明和描述了本文所描述的具体实施方式，但本领域技术人员将清楚，可在不脱离本公开的精神和范围的情况下做出各种其它变化和修改。因此，在所附权利要求书中意图涵盖处于本发明范围内的所有此类变化和修改。

Claims (39)

1.一种工程化燃料原料，其包含至少两种吸附剂和城市固体废物，其中

至少一种吸附剂为基于钠的吸附剂，

至少一种吸附剂为基于钙的吸附剂，以及

用于减少汞的吸附剂，

所述城市固体废物包含5％(w/w)至50％(w/w)的塑料和50％(w/w)至95％(w/w)的纤维并且基本上不含玻璃、金属、砂砾和不可燃烧的废物。

2.如权利要求1所述的工程化燃料原料，其中

所述工程化燃料原料的挥发性部分具有

25％(w/w)至59％(w/w)的碳含量

3％(w/w)至8％(w/w)的氢含量

9％(w/w)至44％(w/w)的氧含量

其中

H/C比为0.07至0.21，以及

O/C比为0.19至1.52。

3.如权利要求2所述的工程化燃料原料，其中

所述工程化燃料原料的挥发性部分具有

25％(w/w)至50％(w/w)的碳含量

3.0％(w/w)至5.3％(w/w)的氢含量

15％(w/w)至39％(w/w)的氧含量

其中

H/C比为0.07至0.19，以及

O/C比为0.36至1.27。

4.如权利要求2所述的工程化燃料原料，其中

所述工程化燃料原料的挥发性部分具有

34％(w/w)至37％(w/w)的碳含量

4％(w/w)至5％(w/w)的氢含量

27％(w/w)至29％(w/w)的氧含量

其中

H/C比为0.12至0.14，以及

O/C比为0.70至0.90。

5.如权利要求2所述的工程化燃料原料，其中

所述工程化燃料原料的挥发性部分具有

31％(w/w)至35％(w/w)的碳含量

3.5％(w/w)至5.5％(w/w)的氢含量

25％(w/w)至28％(w/w)的氧含量

其中

H/C比为0.12至0.14，以及

O/C比为0.70至0.90。

6.如权利要求2所述的工程化燃料原料，其中

所述工程化燃料原料的挥发性部分具有

28％(w/w)至30％(w/w)的碳含量

3％(w/w)至4％(w/w)的氢含量

22％(w/w)至24％(w/w)的氧含量

其中

H/C比为0.12至0.14，以及

O/C比为0.70至0.90。

7.如权利要求2所述的工程化燃料原料，其中所述碳含量、所述氢含量和/或所述氧含量通过ASTM测试法D5373、D3176、D6373或其组合来确定。

8.如权利要求1所述的工程化燃料原料，其中所述基于钠的吸附剂为所述工程化燃料原料的总重量的19％(w/w)至30％(w/w)。

9.如权利要求1所述的工程化燃料原料，其中所述基于钠的吸附剂选自由以下各项组成的组：碳酸钠碳酸氢钠二水合物(天然碱)、倍半碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钠，及其组合。

10.如权利要求8所述的工程化燃料原料，其中所述基于钠的吸附剂为碳酸氢钠。

11.如权利要求10所述的工程化燃料原料，其中所述碳酸氢钠占所述工程化燃料原料的总重量的19％(w/w)至30％(w/w)。

12.如权利要求1所述的工程化燃料原料，其中所述基于钙的吸附剂为所述工程化燃料原料的总重量的5％(w/w)至12％(w/w)。

13.如权利要求12所述的工程化燃料原料，其中所述基于钙的吸附剂选自由以下各项组成的组：碳酸钙、氧化钙、氢氧化钙、醋酸钙镁、溴化钙、白云石，及其组合。

14.如权利要求13所述的工程化燃料原料，其中所述基于钙的吸附剂为氢氧化钙、白云石、碳酸钙或其混合物。

15.如权利要求13所述的工程化燃料原料，其中所述基于钙的吸附剂为氢氧化钙。

16.如权利要求13所述的工程化燃料原料，其中所述基于钙的吸附剂为碳酸钙。

17.如权利要求13所述的工程化燃料原料，其中所述基于钙的吸附剂为白云石。

18.如权利要求15所述的工程化燃料原料，其中所述氢氧化钙占所述工程化燃料原料的总重量的3％(w/w)至10％(w/w)。

19.如权利要求16所述的工程化燃料原料，其中所述碳酸钙占所述工程化燃料原料的总重量的8％(w/w)至10％(w/w)。

20.如权利要求17所述的工程化燃料原料，其中所述白云石占所述工程化燃料原料的总重量的7％(w/w)至9％(w/w)。

21.如权利要求1所述的工程化燃料原料，其包含碳酸氢钠和氢氧化钙。

22.如权利要求1所述的工程化燃料原料，其中所述城市固体废物包含10％(w/w)至30％(w/w)的塑料和70％(w/w)至90％(w/w)的纤维。

23.如权利要求22所述的工程化燃料原料，其中所述城市固体废物包含20％(w/w)的塑料和80％(w/w)的纤维。

24.如权利要求1所述的工程化燃料原料，其中所述塑料包括软塑料。

25.如权利要求1所述的工程化燃料原料，其中所述城市固体废物包含20％(w/w)的塑料和80％(w/w)的纤维，所述基于钠的吸附剂为碳酸氢钠并且所述基于钙的吸附剂为氢氧化钙。

26.如权利要求1所述的工程化燃料原料，其中所述汞吸附剂选自由以下各项组成的组：溴化钙、溴化铵、溴化钠、含碘化合物和含氯化合物或其混合物。

27.如权利要求26所述的工程化燃料原料，其中所述基于汞的吸附剂为溴化钙。

28.如权利要求26所述的工程化燃料原料，其中所述溴化钙占所述工程化燃料原料的0.05％(w/w)至0.15％(w/w)。

29.如权利要求1所述的工程化燃料原料，其进一步包含用于NO_x减少的吸附剂。

30.如权利要求29所述的工程化燃料原料，其中所述用于NO_x减少的吸附剂为尿素。

31.如权利要求30所述的工程化燃料原料，其中所述尿素占所述工程化燃料原料的1％(w/w)至3％(w/w)。

32.如权利要求1所述的工程化燃料原料，其进一步包含NOx吸附剂。

33.如权利要求32所述的工程化燃料原料，其中所述用于减少汞的吸附剂为溴化钙并且所述NOx吸附剂为尿素。

34.如权利要求1所述的工程化燃料原料，其包含25％(w/w)至40％(w/w)的吸附剂。

35.如权利要求1所述的工程化燃料原料，其包含碳酸氢钠、氢氧化钙、溴化钙、尿素。

36.如权利要求1所述的工程化燃料原料，其中所述工程化燃料原料包含30％(w/w)至71％(w/w)的纤维、6％(w/w)至38％(w/w)的塑料、23％(w/w)至40％(w/w)的吸附剂。

37.如权利要求1所述的工程化燃料原料，其中所述工程化燃料原料包含44％(w/w)至56％(w/w)的纤维、11％(w/w)至14％(w/w)的塑料、3％(w/w)至10％(w/w)的氢氧化钙、19％(w/w)至30％(w/w)的碳酸氢钠、0.05％(w/w)至0.15％(w/w)的溴化钙和1％(w/w)至3％(w/w)的尿素。

38.如权利要求1所述的工程化燃料原料，其中所述工程化燃料原料包含5,000BTU/lb至12,000BTU/lb的HHV。

39.如权利要求1所述的工程化燃料原料，其中所述工程化燃料原料包含13％(w/w)至33％(w/w)的灰含量。