CN114377533A

CN114377533A - 用于选择性非催化NO x还原的方法和系统

Info

Publication number: CN114377533A
Application number: CN202210004336.XA
Authority: CN
Inventors: 钟茂林; 李俊和; M·J·马斯林; 吴芳池
Original assignee: Corning Inc
Current assignee: Corning Inc
Priority date: 2015-03-26
Filing date: 2016-03-22
Publication date: 2022-04-22
Also published as: EP3285912A1; US20180078897A1; TW201634108A; US10105645B2; JP2018512998A; CN108064188A; KR102632921B1; EP3285912B1; JP7253873B2; TWI680010B; KR20170130520A; WO2016154161A1

Abstract

本文公开了用于处理包含NO_x的排气流的方法，所述方法包括接收排气流并将其与至少一种含氮试剂合并以形成合并流，将该合并流加热到在约870℃至约1100℃范围内的反应温度以使至少一部分的含氮组分反应，在第一冷却步骤中将反应流冷却到第一温度，以及任选地，在第二冷却步骤中将反应流进一步冷却到第二温度，其中，第一冷却步骤包括在至少一部分的排气流与至少一部分的反应流之间进行热交换。本文还公开了排气处理系统。

Description

用于选择性非催化NOX还原的方法和系统

本发明专利申请是国际申请号为PCT/US2016/023502，国际申请日为2016年3月22日，进入中国国家阶段的申请号为201680029864.3，发明名称为《用于选择性非催化NOX还原的方法和系统》的发明专利申请的分案申请。

本申请根据35U.S.C.§119要求于2015年3月26日提交的系列号为62/138782的美国临时申请的优先权的权益，本文以该申请的内容为基础，并通过引用的方式将该申请全文纳入本文。

技术领域

本公开一般地涉及用于处理排气流的方法和系统，更具体地，涉及用于对包含NO_x的排气流进行选择性非催化还原的方法和系统。

背景技术

环境治理过程用于各种工业应用，举例来说，包括燃料、冶金和玻璃加工应用。氮氧化物(NO_x)可作为污染物存在于许多工艺排放物中。例如，燃烧反应可产生NO_x排放物，所述燃烧反应例如通过加热器、干燥器、熔炉及类似的仪器实施的反应。

未处理的NO_x排放物可对人类、野生生物、植物和环境造成许多威胁。暴露于NO_x可产生刺激性、不良反应并使人和动物生病。长期暴露可能致命。释放到大气中的NO_x排放物(例如NO、NO₂)经与水接触可分解产生亚硝酸(HNO₂)和硝酸(HNO₃)——例如酸雨，这对植物和人造结构来说可能是高度破坏性的。NO_x排放物(例如NO)还可与氧气在低层大气中反应形成臭氧，例如通过如下反应：NO+HC+O₂+阳光→NO₂+O₃。臭氧可对人类和野生生物造成健康危害，并对植物造成损坏。NO_x排放物(例如NO₂)还可促进烟雾，当阳光接触大气中的NO₂与未烧尽的烃的混合物时可形成烟雾。

因此，实施了各种环境条例，例如《京都议定书》，以减少NO_x排放物，从而保护社会免受有害污染物的影响。在这些条例生效之前，燃烧工艺的烟道气被直接排放到大气中。然而，随着空气质量监管的加强和公众意识的提高，行业领导者已开始利用各种对策来减少NO_x排放物。这些对策包括，例如，预处理、燃烧改进、工艺改进和后处理对策以减少排放到环境中去的NO_x。

预处理对策包括对进料(例如燃料、氧化剂和/或待加热的物质)进行改性或处理以降低NO_x形成的可能性。燃烧改进包括改变反应工艺，例如降低过多的空气水平或空气预热。工艺改进包括对现有的工艺作出改变，例如改进仪器、烧制速率和/或热效率。最后，后处理对策可包括在已经形成了NO_x后，从排气流中移除NO_x。还原剂，例如CO、CH₄和其它烃类、氨等可用于将NO_x转化成N₂气体。在一些情况中，催化剂也可用于促进这样的反应。

使用催化剂的后处理方法常被称为选择性催化还原(SCR)。SCR通过使NO_x排放物与NH₃在催化剂床中反应形成N₂和H₂O可对NO_x排放物进行控制。常规的催化剂可包括，例如，碱金属催化剂，该碱金属催化剂可含有钛和/或钒氧化物和/或钼、钨或其它元素。SCR可具有许多缺点，包括例如原料成本高和/或工艺复杂，以及可能造成催化剂堵塞或烟道气中的污染物可能造成催化剂中毒。选择性非催化还原(SNCR)是一种替代方法，其可以提供工艺成本和/或复杂性以及改进现有仪器的能力方面的各种优点。SNCR涉及含氮试剂(例如氨或尿素)与NO_x反应生成氮气(N₂)、二氧化碳(CO₂)和水(H₂O)的反应。例如，尿素可与水联合用于处理NO_x排放物，或者氨可作为液体或气体单独添加，如以下反应所示。

NH₂CONH₂+H₂O→2NH₃+CO₂

4NO+4NH₃+O₂→4N₂+6H₂O

反应机理包括NH₂自由基与NO分子结合并随后分解成N₂和H₂O。

虽然SNCR对于NO_x排放物的处理来说是有利的，但是这些反应也具有许多限制。例如，SNCR反应可受到在约870℃至约100℃范围内的有效温度的限制。在低于约870℃的温度时，试剂与NO_x可能不能有效地反应。未反应的试剂一般来说并不是理想的，因为其可与其它燃烧物质反应形成不期望的副产物。例如，未反应的氨(常被称为“氨逸”)可与燃烧物质如三氧化硫(SO₃)反应形成铵盐。在高于约1100℃的温度时，试剂可能分解并形成NO_x而不是将NO_x还原。例如，在氨的情形中，可发生以下反应：4NH₃+5O₂→4NO+6H₂O。因此，可能重要的是，在合适的温度窗口中保持足够的保留时间以使SNCR的效率最大化并使任何潜在的负面影响最小化。因此，有利的是提供用于处理包含NO_x的排气流的有效的、节约成本的、易于操作的方法。还有利的是提供具有能量循环和/或回收特征的SNCR方法以有效地将排出气体加热到有效温度范围内的温度和/或在排放之前冷却排出气体。

发明内容

在各个实施方式中，本公开涉及用于处理排气流的方法，所述方法包括接收包含NO_x的排气流，将该排气流与至少一种含氮试剂合并以形成合并流，将该合并流加热到在约870℃至约1100℃范围内的反应温度以使至少一部分的含氮试剂反应，在第一冷却步骤中将反应流冷却到第一温度，以及任选地，在第二冷却步骤中将反应流进一步冷却到第二温度，其中，第一冷却步骤包括在至少一部分的排气流与至少一部分的反应流之间进行热交换。

本文还公开了用于处理排气流的方法，所述方法包括接收包含NO_x的排气流，将该排气流预热到第一温度；将排气流与至少一种含氮试剂合并以形成合并流；将该合并流加热到在约870℃至约1100℃范围内的反应温度以使至少一部分的含氮试剂反应；将反应流冷却到第二温度；其中，冷却反应流与预热排气流中的至少一者包括在至少一部分的反应流与至少一部分的排气流之间进行热交换。

本文还公开了用于处理包含NO_x的排气流的系统，所述系统包括加热容器，所述加热容器用于将包含排气流与至少一种含氮试剂的合并流加热到反应温度；以及第一热交换器，所述第一热交换器用于将反应流冷却到第一温度，其中，第一热交换器在至少一部分的排气流与至少一部分的反应流之间进行热交换。本文公开的系统还可包括一种容器，所述容器用于接收排气流并将排气流与至少一种含氮试剂合并；反应容器，所述反应容器用于将合并流保持在反应温度，保持足以使至少一部分的NO_x反应的保留时间；和/或第二热交换器，所述第二热交换器用于将反应流冷却到第二温度。

在以下的具体实施方式中给出了其它特征和优点，其中的部分特征和优点对本领域的技术人员而言，根据所作描述就容易看出，或者通过实施包括以下具体实施方式、权利要求书以及附图在内的本发明而被认识。

应理解，前面的一般性描述和以下的具体实施方式呈现了本发明的各个实施方式，并且旨在提供理解要求保护的本发明的性质和特性的总体评述或框架。所附附图提供了对进一步理解，附图被结合在本说明书中并构成说明书的一部分。附图例示了本公开的各个实施方式，并与说明书一起用来解释本发明的原理和操作。

附图说明

结合以下附图阅读可以最好地理解下文中的具体实施方式，图中相同的结构用相同的附图标记表示，其中：

图1为作为反应湿度函数的NO_x还原效率的图形描绘；以及

图2为根据本公开的各个实施方式的排气处理系统的示意图。

具体实施方式

本文公开了用于处理排气流的方法，所述方法包括接收包含NO_x的排气流，将该排气流与至少一种含氮试剂合并以形成合并流，将该合并流加热到在约870℃至约1100℃范围内的反应温度以使至少一部分的含氮试剂反应，在第一冷却步骤中将反应流冷却到第一温度，以及任选地，在第二冷却步骤中将反应流进一步冷却到第二温度，其中，第一冷却步骤包括在至少一部分的排气流的与至少一部分的反应流之间进行热交换。本文还公开了用于处理排气流的方法，所述方法包括接收包含NO_x的排气流，将该排气流预热到第一温度；将排气流与至少一种含氮试剂合并以形成合并流；将该合并流加热到在约870℃至约1100℃范围内的反应温度以使至少一部分的含氮试剂反应；以及将反应流冷却到第二温度；其中，冷却反应流与预热排气流中的至少一者包括在至少一部分的反应流与至少一部分的排气流之间进行热交换。

如本文所用，术语“NO_x”、“氮氧化物”及其各种变体指在指除一氧化二氮(N₂O)外的氮的氧化物。举例来说，NO_x可包括，例如，氧化一氮(NO)、二氧化氮(NO₂)、四氧化二氮(N₂O₄)和五氧化二氮(N₂O₅)。在某些实施方式中，氧化一氮(NO)可构成工艺排气流中的大多数，例如大于50重量％NO、大于60重量％、大于70重量％、大于80重量％、大于90重量％或大于95重量％NO。不希望囿于理论，认为NO_x形成可通过三种普遍接受的机理发生：热力型NO_x、快速型NO_x和原料型NO_x。

热力型NO_x表示氮气与氧气通过泽尔多维奇(Zeldovich)机理：N₂+O₂→NO+NO₂进行的高温反应。在1100℃以上时，认为热力型NO_x是燃烧工艺中NO_x形成的主要机理。快速型NO_x表示在氮气、氧气与烃自由基之间进行的相对快速的反应，例如：CH₄+O₂+N₂→NO+NO₂+CO₂+H₂O+痕量物质。快速型NO_x形成可发生于在较低温度下操作的燃烧工艺并且认为是富燃料条件中的主要机理。原料型NO_x表示在原料中包含的氮化合物的直接氧化，例如：R_xN+O₂→NO,NO₂+CO₂+H₂O+痕量物质。不囿于理论，认为原料型NO_x在涉及高质量气态燃料(例如天然气或丙烷(如没有有机结合的氮的燃料)的燃烧工艺中，以及在涉及含有显著量有机结合的氮(如硝酸锶)的原材料的工艺中，可能是NO_x形成的主要机理。

如上文所述，NO_x的选择性非催化还原在约870℃至约1100℃范围内的反应温度中可有效地进行。图1为根据报告编号为EPA/452/B-02-001的《EPA空气污染控制成本手册》(EPA Air Pollution Control Cost Manual)，两种示例性含氮反应物的作为反应温度函数的NO_x还原效率的图形描绘。如图1所示，氨与尿素在870-1100℃温度范围内均显示出了最大的NO_x还原效率，所述温度范围可通过例如在较低温度下反应物与NO_x的反应低效以及在较高温度下反应物分解来限制。在现有的工艺中，可能难以提供温度处于最佳NO_x还原温度范围内的排气流。通常需要对这些流进行加热以使流的温度增加并保持在所需温度范围内。然而，预热排气流所需的额外能量的输入可能是昂贵的，这使得SNCR工艺不那么节能并且/或成本效率较低。

图2描述了根据本公开的各个实施方式的示例性排气处理系统。没有排气处理的工艺可能将包含NO_x的排气a通过出口控制闸D1从工艺排出口V中排出并经由污染治理PA系统直接排出进入大气。然而，在本公开的示例性方法中，从工艺排出口V中出来的排气流可直接通过控制闸D2进入燃烧器B。任选地，可使用温度传感器T测量排气流a的温度。在进入到燃烧器B之前，通过在热交换器X1中使排气流a与反应流d逆流可对排气流a进行预热。因此，排气流a的温度可在热交换器X1中得到升高并且可作为预热的排气流b排出，预热的排气流b可接着在燃烧器B中被进一步加热。可将另外的流，包括含氮反应物R和含氧流O引入到燃烧器B中并与预热的排气流b合并。从燃烧器B中出来的加热流c的温度(任选地，通过温度传感器T进行测量)可在所需的反应温度范围内(例如约870-1100℃)。因此，合并流c可继续进入到脱NO_x反应容器DR中，在反应容器DR中，可将合并流c在反应温度下保持一定的保留时间，该保留时间足以使排气流中的NO_x至少部分还原或反应。从反应容器DR中出来的反应流d可接着被用作能量循环流通过第一热交换器X1以对排气流a进行预热。流a与d之间的热传递可通过循环内能提供节能，以减少将排气流预热到所需反应温度范围而需要的外部添加的能量的量。

在一些实施方式中，使用第二热交换器X2可实现进一步的能量回收。例如，从第一热交换器X1中出来的冷却的反应流e可在热交换器X2中通过与外部流A1逆流而被进一步冷却。外部流A1可吸收来自冷却的反应流e的热能并且所形成的改进流A2可用于加热或冷却其它工艺组件或流。由此，可回收及利用来自SNCR工艺的另外的热能。此外，可对冷却的反应流e进行冷却并形成排出流f，该排出流f可以有利地具有适于排放到大气中的较低的温度。

用于在排放之前冷却排气流的一些常规方法可包括用环境气流或骤冷气流(例如环境空气)稀释所述流以降低所述流温度。然而，这些方法可使污染治理系统PA过度负载过量体积的气体。通过热交换器(X1、X2)的方式冷却反应流(d、e)不需要在排放之前向排气流中添加另外的气体体积，从而减少了污染治理系统PA的负载。当然，在某些实施方式中，如果需要，在排放之前可用外部流稀释排气流。例如，在排放到污染治理系统PA之前，可用外部流A3稀释排出流f以形成冷却的排出流g。如果需要，可使用任选的温度传感器T测量排出流f或g的温度和/或外部流A3的温度。

在某些实施方式中，在整个排气系统中可使用一个或多个差压传感器P以确保在整个SNCR方法中，在各个点的压差不超过可接受的值(例如大于约1英寸的水柱)。如果压差升高到不可接受的值，则后备热交换器X1’和X2’可用作备用单元。在这种情况下，流a、d和/或e可作为流a’、d’和/或e’以新路线重新到后备热交换器X1’和/或X2’，从而产生流b’和f’。例如，根据需要，可使用一个或多个三通阀3V引导流a、b、d、e、f、a’、b’、d’、e’和f’，例如通过开启或关闭一个或多个流动路径。在图2中，关闭的阀部分用黑色三角形表示，而关闭的路径用虚线表示；然而，应理解的是，取决于相关的工艺参数，任何阀和路径设置均是可能的，并且视为落入本公开的范围内。此外，后备热交换器X2’的操作可包括后备外部流A1’和改进的后备外部流A2’。

根据各个实施方式，从工艺排出口V中出来的排气流a可包括NO_x。排气流a可包括，例如，约500ppm(百万分之一份)至约1500ppm的NO_x，例如约600ppm至约1250ppm或约750ppm至约1000ppm的NO_x，包括其间的所有范围和子范围。在一些实施方式中，排气流a可包括约200ppm至约1500ppm NO，例如约300ppm至约1250ppm、约400ppm至约1000ppm或约500ppm至约750ppm的NO，包括其间的所有范围和子范围。在一些实施方式中，排气流a的温度可在约100℃至约600℃的范围内，例如约200℃至约500℃或约300℃至约400℃，包括其间的所有范围和子范围。排气流a的流速可在例如约1000kg/hr(千克/小时)至约10000kg/hr的范围内，例如约1500kg/hr至约7500kg/hr、约2000kg/hr至约6500kg/hr或约4500kg/hr至约5500kg/hr，包括其间的所有范围和子范围。

根据各个实施方式，可引导至少部分的排气流a经过第一热交换器X1，通过与反应流d热交换进行预热。例如，可引导至少约50体积％的排气流a经过热交换器X1，例如可引导至少60％、至少70％、至少80％、至少90％或100％的排气流a经过热交换器X1，包括期间的所有范围和子范围。在进行热交换后，预热的排气流b的温度可在例如约200℃至约800℃的范围内，例如约250℃至约750℃、约300℃至约700℃、约400℃至约650℃或约450℃至约500℃，包括其间的所有范围和子范围。如果适用，预热的排气流b可与任何剩余部分的排气流a合并，并且/或可与包含至少一种含氮试剂N的流和/或包含氧气的流O(例如O₂、空气等)合并。

所述至少一种含氮试剂可选自，例如，尿素、氨、氰尿酸、肼、类似的含氮化合物及它们的组合。在某些实施方式中，所述含氮试剂可为尿素，尿素可与水组合形成水溶液。该水溶液可在SNCR工艺期间反应形成氨，然后，氨可与NO_x反应形成N₂和H₂O。在其它实施方式中，液态或气态氨可作为含氮试剂被添加。含氮试剂可与预加热的排气流b直接合并或者可作为单独的流被加热到燃烧器B中。

可以适于实现所需NO_x还原水平的任意量添加含氮试剂。标准化学计量比(normalstoichiometric ratio,NSR)可用于描述试剂与排气流中的NO_x之间的摩尔比N/NO_x。例如，如果对每摩尔的NO_x注入一摩尔的氨，则NSR为一(一摩尔的氨将与一摩尔的NO_x反应)。如果对每摩尔的NO_x注入一摩尔的尿素，则NSR为二(一摩尔的尿素将与二摩尔的NO_x反应)。更高的NSR可导致NO_x还原更多；但是，在某种意义上来说，额外的试剂量将对NO_x还原具有递减作用，该作用可导致试剂浪费和/或在排气流中有不想要的未反应试剂。根据各个实施方式，NSR可在约1至约3的范围内，例如约1.5至约2或约1至约2.5，包括其间的所有范围和子范围。

可包括任选的添加剂，该任选的添加剂或者作为进入燃烧器B的任意流的添加剂、或者作为进入燃烧器B的单独的流、或者作为预热流b或加热流c的添加剂、或者作为进入脱NO_x反应器DR的单独的流。例如，可添加化学添加剂以改善NO_x还原效率、减少设备维护和/或扩大SNCR在其中有效的温度窗口。氢气是所述添加剂的非限制性实例。在某些实施方式中，这些添加剂所添加的量可在约1重量％至约5重量％的范围内，例如约2重量％至约3重量％，包括其间的所有范围和子范围。

在燃烧器B中可将合并流加热到所需的反应温度。例如，燃烧器B产生的加热流c的温度可在约870℃至约1100℃的范围内，例如约900℃至约1050℃或约950℃至约1000℃，包括其间的所有范围和子范围。然后可将加热流c引入到脱NO_x反应容器DR中，在反应容器DR中，可将加热流c在选定的反应温度或反应温度范围下保持一定的保留时间，该保留时间足以使至少一部分的NO_x反应，例如生成N₂。保留时间可在例如约0.1秒至约3秒的范围内，例如约0.3秒至约2.5秒、约0.5秒至约2秒或约1秒至约1.5秒，包括其间的所有范围和子范围。在某些实施方式中，可视情况选择保留时间以达到所需的NO_x还原效率。例如，在排气流中至少约30重量％的NO_x可反应形成N₂，例如至少约35重量％、40重量％、45重量％、50重量％、55重量％、60重量％、65重量％、70重量％、75重量％、80重量％、85重量％、90重量％、95重量％或100重量％的NO_x可进行反应，包括期间的所有范围和子范围。至少一部分的所述至少一种含氮试剂可与NO_x反应，例如至少约5重量％、或者至少约10重量％、15重量％、20重量％、25重量％、30重量％、35重量％、40重量％、45重量％、50重量％、55重量％、60重量％、65重量％、70重量％、75重量％、80重量％、85重量％、90重量％、95重量％或100重量％的含氮试剂可进行反应。

根据各个实施方式，可将从脱NO_x反应器中排出的至少一部分的反应流d引入到第一热交换器X1中以将热能循环给排气流a。例如，在一些实施方式中，反应流d可以与排气流a的流动方向相反的方向流动，并且在逆流中的两股流之间可发生热交换。在各个实施方式中，流的逆流可增加各流之间的热传递速率。当然，用于在各流(例如相同的流动方向)之间进行热交换的其它设置是可能的并且视为落入本公开的范围内。作为非限制性实例，例如约50体积％的反应流d可用于将热能传递至排气流a，例如可使用至少60体积％、至少70体积％、至少80体积％、至少90体积％或至少100体积％的反应流d，包括期间的所有范围和子范围。反应流d的温度可最高达约1100℃，例如在约900℃至约1000℃的范围内，例如，最高达约950℃、1000℃、1050℃或1100℃，包括其间的所有范围和子范围。在某些实施方案中，可在热交换器X1中冷却反应流d以生成冷却的反应流e，该冷却的反应流e的温度可在约700℃至约900℃的范围内，或者在一些情况中，在约700℃至约950℃的范围内，例如约750℃至约900℃或约800℃至约850℃，包括其间的所有范围和子范围。

在第二热交换器X2中可进一步冷却至少一部分的冷却的反应流e。在某些实施方式中，热交换器X2中的能量传递可例如通过流的逆流发生在外部流A1与冷却的反应流e之间。例如，外部流可为环境流或冷却流，其可为气体或液体。根据各个实施方式，外部流A1可包括环境空气或水或者骤冷的空气或水，或者适于将流冷却到所需温度的任意其它气体或液体。例如，离开热交换器X2的排出流f的温度可在约300℃至约500℃的范围内，或者在一些情况中，在约300℃至约650℃的范围内，例如约350℃至约600℃、约400℃至约550℃或约450℃至约500℃，包括其间的所有范围和子范围。改进的外部流A2可例如作为加热的空气或蒸汽从热交换器X2中排出，然后可作为工艺流用于相关的或不相关的下游工艺，例如吸收式冷冻机、热泵、废热锅炉等。

可将排出流f排放到污染治理系统PA，或者可进一步处理以产生冷却的排出流g，例如通过用外部流A3稀释以在排放之前降低流的温度。在一些非限制性实施方式中，可用环境空气稀释排出流f。例如，可以一定的体积比向排出流f中添加外部流，所述体积比在约2:1至约1:10的范围内，例如约1:1至约1:8、约1:2至约1:7、约1:3至约1:6或约1:4至约1:5，包括其间的所有范围和子范围。在非限制性的实施方式中，冷却的排出流g的温度可在约25℃至约400℃的范围内，例如约50℃至约350℃、约75℃至约300℃、约100℃至约250℃或约150℃至约200℃，包括其间的所有范围和子范围。

本文还公开了用于处理包含NO_x的排气流的系统。再次参考图2，所述系统可包括加热容器(例如，燃烧器B)，所述加热容器用于加热包含排气流和至少一种含氮试剂的合并流。所述系统还可包括反应容器(例如脱NO_x反应器DR)，所述反应容器用于将合并流在反应温度下保持一定的保留时间，所述保留时间足以使至少一部分的NO_x反应。在所述系统中还包括第一热交换器(例如X1)，所述第一热交换器用于将反应流冷却到第一温度；以及任选地，第二热交换器(例如X2)，所述第二热交换器用于将反应流进一步冷却到第二温度。第一热交换器X1可在至少一部分的排气流a与至少一部分的反应流d之间交换热。第二热交换器X2可在至少一部分的冷却反应流e与外部流A1之间交换热。

本文公开的方法和系统相比于用于处理包含NO_x的排气流的现有技术方法可提供多个优点。例如，通过在至少一部分的反应流与至少一部分的排气流之间进行热交换，可实现双重目标——包括冷却反应流和预热排气流。使用来自SNCR工艺中的现有的热能预热排气流可减少原本将排气流温度升高到所需反应温度范围内所需要的热负荷。类似地，使用进来的排气流冷却反应流可降低排放到污染治理系统中的流的温度而不用稀释该流和/或需要额外的能量。此外，在反应流与外部流之间进行的额外的热交换可达到双重目标——包括进一步冷却反应流和从反应流中回收可传递给其它工艺的能量。

应理解，各个公开的实施方式可以涉及与特定实施方式一起描述的特定特征、元素或步骤。还应理解，虽然以涉及一个特定实施方式的形式进行描述，但是特定特征、元素或步骤可以多种未说明的组合或排列方式与替代性的实施方式互换或组合。

应理解的是，本文所用术语“该”、“一个”或“一种”表示“至少一个(一种)”，而不应局限为“仅一个(一种)”，除非有明确相反的说明。因此，例如，提到的“一种添加剂”包括具有两种或更多种这类“添加剂”的实例，除非文中另行明确指明。

本文中，范围可以表示为从“约”一个具体值开始和/或至“约”另一个具体值终止。当表述这种范围时，实例包括自某一具体值始和/或至另一具体值止。类似地，当使用先行词“约”表示数值为近似值时，应理解，具体数值构成了另一个方面。还应理解的是，每个范围的端点值在与另一个端点值相结合以及独立于另一个端点值的情况下都是有意义的。

在本文中各个范围被表示为“大于约”一个或多个具体数值或“小于约”一个或多个具体数值，以及“其间的所有范围和子范围”。当表示这样的范围时，实例包括从任意一个具体数值到任意另一个具体数值，以及在每个公开的数值之间的所有其它可能的范围。

无论是否说明，本文表示的所有数值应解释为包括“约”，除非另有明确指明。然而，还应当理解的是，所述的每个数值也可以考虑其精确值，无论其是否以“约”该数值表示。因此，“大于1000℃的温度”和“大于约1000℃的温度”都包括“大于约1000℃的温度”和“大于1000℃的温度”。

除非另有表述，否则都不旨在将本文所述的任意方法理解为需要使其步骤以具体顺序进行。因此，如果方法权利要求实际上没有陈述为其步骤遵循一定的顺序，或者其没有在权利要求书或说明书中以任意其它方式具体表示步骤限于具体的顺序，则都不旨在暗示该任意特定顺序。

虽然使用过渡语“包含”可以公开特定实施方式的各种特征、元素或步骤，但是应理解的是，这暗示了包括可采用过渡语“由……构成”或“基本上由……构成”描述在内的替代性实施方式。因此，例如，包含A+B+C的方法的暗示替代性实施方式包括其中方法由A+B+C组成的实施方式，以及其中方法基本上由A+B+C组成的实施方式。

对本领域技术人员显而易见的是，可以对本发明进行各种修改和变动而不偏离本发明的范围和精神。因为本领域的技术人员可以想到所述实施方式的融合了本发明精神和实质的各种改良组合、子项组合和变化，应认为本发明包括所附权利要求书范围内的全部内容及其等同内容。

Claims

1.一种用于处理排气流的方法，所述方法包括：

接收包含NO_x的排气流；

将所述排气流与至少一种含氮试剂合并形成合并流；

在加热容器中将所述合并流加热到在870℃至1100℃范围内的反应温度；

向反应容器中的合并流添加氢气；

在反应容器中将合并流保持在所述反应温度以使至少一部分的含氮试剂反应以及形成反应流；

在第一冷却步骤中将反应流冷却到第一温度以形成冷却的反应流，第一冷却步骤包括在至少一部分的排气流与至少一部分的反应流之间进行热交换；以及

在第二冷却步骤中将冷却的反应流冷却到第二温度，所述第二冷却步骤包括：通过使至少一部分的冷却的反应流在热交换器中与外部流逆流而在外部流与至少一部分的冷却的反应流之间实现热交换。

2.如权利要求1所述的方法，其中，所述至少一种含氮试剂选自氨、尿素、氰尿酸、肼及它们的组合。

3.如权利要求1所述的方法，其中，所述至少一种含氮试剂与排气流中的NO_x之间的标准化学计量N/NO_x摩尔比在1至3的范围内。

4.如权利要求1所述的方法，其中，所述合并流还包括至少一种气体，所述气体选自空气、氧气、氢气及它们的组合。

5.如权利要求1所述的方法，其还包括在反应温度下保持0.1秒至3秒的保留时间。

6.如权利要求1所述的方法，其中，在所述排气流中的至少30重量％的NO_x进行了反应。

7.如权利要求1所述的方法，其中，所述第一温度在700℃至900℃的范围内。

8.如权利要求1所述的方法，其中，排气流包括500ppm至750ppm的NO_x。

9.如权利要求8所述的方法，其中，所述第二温度在300℃至500℃的范围内。

10.如权利要求8所述的方法，其中，所述外部流包括环境空气。

11.如权利要求1所述的方法，其还包括在第一冷却步骤后将所述反应流与第二外部流合并。

12.如权利要求1所述的方法，其中，预热排气流将排气流加热到在约200℃至约800℃范围内的温度。

13.如权利要求1所述的方法，其中，所述排气流包括一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO₂)、四氧化二氮(N₂O₄)、五氧化二氮(N₂O₅)或者它们的组合。

14.一种用于处理排气流的方法，所述方法包括：

接收包含NO_x的排气流；

将排气流预热到250℃至750℃的第一温度；然后；

将排气流与至少一种含氮试剂合并形成合并流；

向反应容器中的合并流添加氢气；

在反应容器中将合并流保持在反应温度以使至少一部分的含氮试剂反应并形成反应流；

在第一冷却步骤中将反应流冷却到第二温度以形成冷却的反应流，第一冷却步骤和对排气流进行预热包括在至少一部分的反应流与至少一部分的排气流之间进行热交换；并且

在第二冷却步骤中将冷却的反应流冷却到第三温度，所述第二冷却步骤包括：通过使至少一部分的反应流在热交换器中与外部流逆流而在外部流与至少一部分的反应流之间实现热交换。

15.如权利要求14所述的方法，其中，排气流包括500ppm至750ppm的NO_x。

16.如权利要求14所述的方法，其中，所述至少一种含氮试剂选自氨、尿素、氰尿酸、肼及它们的组合。

17.如权利要求14所述的方法，其还包括在反应温度下保持0.1秒至3秒的保留时间。

18.如权利要求14所述的方法，其中，所述第二温度在700℃至900℃的范围内。

19.如权利要求14所述的方法，其中，第三温度在约300℃至约500℃的范围内。

20.如权利要求14所述的方法，其中，在第二冷却步骤中加热外部流以形成改进的外部流，所述方法还包括在另外的过程中使用所述改进的外部流作为工艺流。

21.一种用于处理包含NO_x的排气流的系统，所述系统包括：

加热容器，所述加热容器被构造用于接收排气流，将排气流与至少一种含氮试剂合并以形成合并流，以及将合并流加热到反应温度；

反应容器，所述反应容器被构造用于接收进入到反应容器中的合并流中的氢气并将合并流在反应温度下保持足以使至少一部分的所述至少一种含氮试剂反应并形成反应流的保留时间；

第一热交换器，所述第一热交换器被构造用于在至少一部分的排气流与至少一部分的反应流之间传递热能，以在排气流进入加热容器之前预热排气流，第一热交换器冷却所述至少一部分的排气流以形成冷却的反应流；和

第二热交换器，所述第二热交换器被构造成通过逆流以在至少一部分冷却的反应流与排气流之间交换热，将冷却的反应流冷却到第二温度。

22.如权利要求21所述的系统，其还包括一个或多个差压传感器，其被构造用于测量第一热交换器上的排气流的压差，以及被构造用于使一部分排气流以新路线重新到一个或多个后备热交换器，其中，所述一个或多个后备热交换器被构造用于在至少一部分的排气流与至少一部分的反应流之间传递热能。