CZ2013341A3 - Zpusob a zarízení pro snízení emisí NOx pri spalování zbytkového plynu - Google Patents

Abstract

Zpusob kontroly NO.sub.x.n.emisí pri spalování koncového plynu, kdy se koncový plyn, který obsahuje NO.sub.x.n., NO.sub.x.n.prekurzory, nebo oba, zavede do spalovacího zarízení, do kterého se zavede redidlo za úcelem regulace teploty spalovacího zarízení na teplotu od 950 .degree.C do 1100 .degree.C, zpusob redukce NO.sub.x.n.emisí zalozený na regulaci pomeru vzduch k palivu ve spalovacím zarízení koncového plynu a regulace teploty plamene spalovacího zarízení skrze vstrikování redidla, kotelní agregát pro provádení zpusobu a systém pro výrobu sazí za pouzití kotelního agregátu.

Description

• · • # · · • · · · · · · • · · · · ·

• · · · · · ·· ·· ··· Μ

ZPŮSOB A ZAŘÍZENÍ PRO -REDUKGJ NOx EMISr PŘI SPALOVÁNÍ KONCOVÉHO PLYNU

DOSAVADNÍ STAV TECHNIKY

[0001] Tato patentová přihláška se dovolává priority podle 35 U.S.C. §119(e) předchozí prozatímní patentové přihlášky US No. 61/412,823, podané 12. listopadu, 2010, která je zde zabudována formou odkazu.

[0002] Předložený vynález se týká způsobů redukce NOx emisí při spalování koncového plynu. Předložený vynález se rovněž týká zařízení pro redukci NOx emisí při spalování koncového plynu.

[0003] Uhelná paliva a další organický materiál jsou spalovány v celé řadě průmyslových procesů. Reakční pece, spalovací motory, spalovací komory, kotle, pece, topní tělesa, generátory horkého plynu, hořáky, spalovny odpadů apod., se používají pro spalování uhelných paliv. Toto spalovací zařízení lze použít pro výrobu energie, spalování odpadu a vedlejších produktů, nebo obojí. Během typického spalovacího procesu v peci nebo kotli se například uhlovodíková výstupní surovina nebo palivo spaluje v přítomnosti kyslíku, a produkuje se proud spalovacího odpadního plynu. Uhelná paliva lze vyrábět tak, aby se dokonaleji spalovala, a produkovala přitom méně emisí oxidu uhelnatého (CO) a nespálených uhlovodíků, jakmile se použije přebytek vzduchu. Použít přebytku vzduchu může umožnit vyšší teploty plamene. Bohužel, spalování při vysokých teplotách může generovat oxidy dusíku (často označované jako NOx). Volné radikály dusíku a kyslíku ve vzduchu mohou reagovat při tak vysokých spalovacích teplotách, aby se vytvořily termální NOx. N0X lze rovněž vytvořit jako výsledek oxidace druhů obsahujících dusík v palivu, jako jsou například ty, které se nacházejí v topném oleji, komunálním pevném odpadu a uhlí. Emise N0X jsou uregulovány zákony, směrnicemi, předpisy apod. v mnoha oblastech světa, kde jsou v provozu spalovny. Takové spalovny mohou v daných oblastech vyžadovat dodatečné zpracování odpadu, aby se dosáhlo nižších -1- 2 • · povolených úrovní N0X emisí.

[0004] Dřívější techniky dodatečného zpracování odpadu redukovaly NOx za použití různých chemických nebo katalytických způsobů. Takové způsoby zahrnují například neselektivní katalytickou redukci (NSCR), selektivní katalytickou redukci (SCR) a selektivní nekatalytickou redukci (SNCR). Takové způsoby dodatečného zpracování typicky vyžadují některý typ reakčního činidla pro odstranění NOx emisí. NSCR způsob může zahrnovat použití nespálených uhlovodíků a CO pro redukci NOx emisí za absence 02. Poměry palivo/vzduch se musí regulovat, aby se zajistil mírný přebytek 02. Jak redukční, tak oxidační katalyzátory jsou zapotřebí pro odstranění emisí CO a uhlovodíků, a současně rovněž pro dosažení redukce NOx. Plyny odváděné ze spalování, které obsahují přebytek 02, obecně vyžadují chemické redukční činidlo(redukční činidla) pro odstranění NOx. Mezi selektivní procesy lze zahrnout SCR procesy, v rámci kterých se odpadní proud obsahující oxidy dusíku vede přes katalytické lože v přítomnosti amoniaku s cílem dosáhnout NOx redukce. Pokud jde o SCR, instalační a provozní náklady katalyzátorového systému nemusí být ekonomické. SNCR procesy mohou zahrnovat zavedení NOx-redukčních činidel do odpadního proudu za absence katalyzátoru a zvýšené teploty pro dosažení N0X redukce. Pokud jde o předešlé SNCR, vzrůstá zvýšený zájem o řešení problémů spojených s průsakem NH3 a emisemi CO jako vedlejšího produktu.

[0005] V některých průmyslových oblastech, například v oblasti výroby sazí, při provozu rafinérií nebo při petrochemických operacích, se například odpadní plyny generované v primárních provozních jednotkách dopravují do hořáků nebo kotlů, kde se vyrábí energie, regeneruje odpadní teplo nebo zde dochází pouze ke spalování. Tyto operace mohou produkovat emise, které mohou být vystaveny libovolným aplikovatelným kontrolám nebo požadavkům na kvalitu vzduchu. Způsob výroby pecních sazí, například, typicky využívá pecní reaktor, který má hořák nebo spalovací komoru, za kterými následuje reaktor. Přívodní proud spalovacího plynu, zpravidla proud uhlovodíkového plynu, jako je například zemní plyn apod., se spaluje v části s hořákem společně s přívodním proudem plynného okysličovadla, jako je -2- 3 • · · · 3 • · · · • * Μ» · · • · · · · · • · · · · · • · · · · · ··· • ·· · · ·· ·· ····· například vzduch nebo kyslík, za vzniku horkých spalovacích plynů, které následně prochází do části pece s reaktorem. V reaktoru se uhlovodíková výstupní surovina vystaví horkým spalovacím plynům. Část výchozí suroviny se spálí, zatímco zbytek se rozloží za vzniku sazí, vodíku a dalších plynných produktů. Reakční produkty se zpravidla zhášejí, a výsledná směs sazí a odpadního plynu se dopravuje do pytlového kolektoru nebo jiného filtračního systému, kde se obsah sazí oddělí od koncového plynu. Regenerované saze se typicky podrobí finální úpravě na prodejný produkt, jako je například, rozemletí a peletizace za mokra. Voda peletizace se zpravidla odvádí za použití sušičky, která může být vytápěna plynem, olejem, provozním plynem, jako je například koncový plyn, nebo kombinace výše jmenovaných. Vysušené pelety lze následně dopravovat ze sušičky do skladiště pro hromadné skladování nebo k dalšímu zpracování, resp. dalšímu využití. Sušička může rovněž produkovat plynné emise. Základním zdrojem emisí v procesu výroby pecních sazí je typicky koncový plyn. Jiné emise než přímo odventilované emise koncového plynu se vypouštějí za použití plamenů. Koncový plyn může obsahovat složky spalitelného plynu. Složení koncového plynu po oddělení sazi a před jakýmkoliv dalším dodatečným zpracováním se může lišit podle kvality sazí, které se vyrábějí a podle dalších provozních parametrů. Nezpracovaný koncový plyn z výroby uhlíku může zpravidla zahrnovat kombinace částic, oxidu uhelnatého (CO), termálních oxidů dusíku, sirných sloučenin, polycyklické organické látky, stopové prvky a další složky.

[0006] Autoři předloženého vynálezu si uvědomili, že plyny obsahující dusíkaté vedlejší produkty spalování mohou v některých aplikacích zahrnovat NOx prekurzory, které mohou rovněž vyvolávat zájem z hlediska kontroly NOx emisí. Autoři předloženého vynálezu si uvědomili, že proud koncového plynu ze způsobu výroby pecních sazí může například obsahovat NOx prekurzory odvozené z paliva, které nebyly dříve plně zváženy vyřešeny. Kromě toho se autoři předloženého vynálezu uvědomují, že nebyly doposud vyvinuty způsoby a systémy pro komplexní regulaci oxidů dusíku, stejně jako prekurzorů oxidů dusíku v odpadních proudech ze spalování, ani možné přínosy takových způsobů a systémů nebyli doposud zcela realizovány -3- • · • Μ · · • · · · · » * · ·· · · · «Μ • · · · · · ·· » · • · · · · ♦ • * · · · ·· Μ « 4 nebo dosažitelné, dokud nebyly vyvinuty způsoby a uspořádáni podle předloženého vynálezu.

PODSTATA VYNÁLEZU

[0007] Předmětem předloženého vynálezu je tedy redukce NOx emisí při spalováni koncového plynu.

[0008] Dalším předmětem předloženého vynálezu je redukovat NOx emise při spalování koncového plynu, které vznikají v procesu zahrnujícím spalování.

[0009] Dalším předmětem předloženého vynálezu je redukovat NOx emise při spalování koncového plynu při výrobě sazí.

[0010] Další znaky a výhody předloženého vynálezu vyplynou částečně z následujícího popisu a částečně je odborníkům v daném oboru ukáže realizace popsaného vynálezu. Cílů a další výhod předloženého vynálezu lze dosáhnout za použití prvků a kombinací, které jsou konkrétně zdůrazněny v popisné části a přiložených patentových nárocích.

[0011] Aby se dosáhlo těchto a dalších výhod a v souladu s cíly předloženého vynálezu, jak je proveden a zde podrobně popsán, se předložený vynález týká, částečně, způsobu redukce NOx emisí při spalování koncového plynu, který zahrnuje zavedení koncového plynu do spalovacího zařízení, které má teploty spalovacího zařízení, přičemž koncový plyn obsahuje NOx, NOx prekurzory, nebo obojí, a x je kladná hodnota, a zavedení ředidla do spalovacího zařízení za účelem regulace teploty spalovacího zařízení na teplotu od přibližně 950 °C do přibližně 1100 °C. Zdrojem koncového plynu může být libovolný proces, který zahrnuje spalování spalitelného materiálu ve vzduchu nebo jiném zdroji kyslíku.

[0012] Předložený vynález se dále týká naznačeného způsobu redukce NOx emisí, který dále obsahuje vedení proudu vytékajícího ze spalovacího zařízení do alespoň jedné selektivní nekatalytické redukční jednotky, která má teplotu od přibližně 850 °C do přibližně 1100 °C za účelem další -4_ 5 • · · · · · • · · · · Μ ·· · redukce Ν0Χ emisí.

[0013] Předložený vynález se rovněž týká naznačeného způsobu redukce NOx emisí, který dále zahrnuje zavedení alespoň jednoho NOx redukčního činidla do alespoň jedné selektivní nekatalytické redukční jednotky, spalovacího zařízení, nebo obou, přičemž NOx redukční činidlo nebo jeho rozkladné produkty nebo obojí reagují s NOx za vzniku dusíku obsaženého v odpadním plynu, který je vypouštěn z alespoň jedné selektivní nekatalytické redukční jednotky.

[0014] Předložený vynález se dále týká naznačeného způsobu redukce NOx emisí, ve kterém ředidlo obsahuje 25 % nebo více, vyjádřeno na gravimetrické bázi, celkového odpadního plynu vypouštěného z alespoň jedné selektivní nekatalytické redukční jednotky. Alespoň část NOx redukčního činidla lze zavádět přímo do alespoň jedné selektivní nekatalytické redukční jednotky v kombinaci s takovou mírou recirkulace odpadního plynu do spalovacího zařízení.

[0015] Předložený vynález se dále týká naznačeného způsobu redukce NOx emisí, ve kterém může ředidlo obsahovat odpadní plyn ze sušičky sazí. Alespoň Část NOx redukčního činidla může být zavedena do spalovacího zařízení v kombinaci s takovým zaváděním odpadního plynu ze sušičky.

[0016] Předložený vynález se dále týká naznačeného způsobu redukce NOx emisí, přičemž lze dosáhnout alespoň přibližně 10% redukce, vyjádřeno na gravimetrické bázi, NOx v odpadním plynu, vztaženo ke hmotnosti NOx v odpadním plynu, který se získá za použití spalovacího zařízení pracujícího při teplotě přibližně 1200 °C.

[0017] Předložený vynález se rovněž týká způsobů redukce NOx emisí regulací poměru vzduch ku palivu ve spalovacím zařízení koncového plynu, zatímco regulace teploty plamene spalovacího zařízení se realizuje pomocí vstřikování ředidla, přičemž koncentrace kyslíku v odpadním plynu je menší než přibližně 8 % obj . , nebo menší než přibližně 5 % obj . , nebo menší než přibližně 3 % obj. -5- 6

[0018] Předložený vynález se rovněž týká zařízení pro provádění způsobů spalování koncového plynu, jaké jsou například popsány výše, přičemž toto zařízení obsahuje (i) spalovací zařízení uzpůsobené pro příjem: (a) koncového plynu obsahujícího NOx, NOx prekurzory, nebo obojí, a (b) ředidlo typu(typů) a množství potřebných pro regulaci teploty spalovacího zařízení na přibližně 950 °C až přibližně 1100 °C; a (ii) alespoň jedné selektivní nekatalytické redukční jednotky uzpůsobené pro příjem odpadního proudu vypouštěného ze spalovacího zařízení a alespoň jednoho NOx redukčního činidla nebo jeho rozkladných produktů nebo obojího, které jsou schopny reagovat s N0X za vzniku dusíku obsaženého v odpadním plynu, který se vypouští z alespoň jedné selektivní nekatalytické redukční jednotky. Zařízení lze použít pro spalování koncového plynu z výroby sazí nebo dalších procesů, které zahrnují spalovací paliv nebo další spalitelné materiály.

[0019] Pro účely předloženého popisu může výraz „koncový plyn" obecně označovat plynný odpad nebo odpadní proud libovolné zpracovatelské jednotky nebo zařízení, které se používají pro spalování uhlovodíkového materiálu, není-li naznačeno jinak.

[0020] „Spalování" může zahrnovat hoření, spalování, pyrolýzu, koksování, nebo jejich libovolné kombinace, není-li naznačeno j inak.

[0021] „Regulace", pokud jde o spalování spojované s koncovým plynem, označuje alespoň redukci hladiny N0X, která jinak probíhá bez preventivního kroku(kroků).

[0022] Je třeba chápat, že jak předcházející obecný popis, tak následující podrobný popis mají pouze ilustrativní charakter a nikterak neomezují rozsah předloženého vynálezu, který je jednoznačně vymezen přiloženými patentovými nároky.

[0023] Doprovodné výkresy, které jsou zde začleněny a tvoří součást této patentové přihlášky, znázorňují některá z provedení předloženého vynálezu a společně s popisem slouží k objasnění základů předloženého vynálezu. Obdobné vztahové značky použité na obrázcích označují obdobné znaky. -6- • · · · · ·· ····· ···· «»« ·· · ··· ····· · · • ····· · · · · · · • · · · · · ··· • · · · · ·· ·· ··· ·· 7

STRUČNÁ POPIS OBRÁZKŮ NA VÝKRESECH

[0024] OBR. 1 znázorňuje blokový diagram ukazující zobecněný způsob dodatečného zpracování koncového plynu ze spalovacího zařízení za účelem redukce oxidů dusíku v koncovém plynu podle příkladu předloženého vynálezu.

[0025] OBR. 2 znázorňuje schéma technologického postupu ukazující způsob výroby pecních sazí, který zahrnuje systém pro dodatečné zpracování koncového plynu s cílem redukovat emise oxidů dusíku podle jednoho příkladu předloženého vynálezu.

[0026] OBR. 3 znázorňuje schéma technologického postupu ukazující porovnání systému pro dodatečné zpracování koncového plynu obsahujícího spalovací pec a SNCR systém.

[0027] OBR. 4 znázorňuje schéma technologického postupu ukazující systém pro dodatečné zpracování koncového plynu, který zahrnuje spalovací pec a SNCR systém podle jednoho příkladu předloženého vynálezu.

[0028] OBR. 5 znázorňuje schéma technologického postupu ukazující an systém pro dodatečné zpracování koncového plynu, který zahrnuje spalovací pec a SNCR systém podle jednoho příkladu předloženého vynálezu.

[0029] OBR. 6 znázorňuje schéma technologického postupu ukazující an systém pro dodatečné zpracování koncového plynu, který zahrnuje spalovací pec a SNCR systém podle jednoho příkladu předloženého vynálezu.

[0030] OBR. 7 znázorňuje schéma technologického postupu ukazující systém pro dodatečné zpracování koncového plynu, který zahrnuje spalovací pec a SNCR systém podle jednoho příkladu předloženého vynálezu. Tento systém pro dodatečné zpracování se používá v příkladech, ale jedná se pouze o ilustrativní příklad systémů, které lze použít v rámci předloženého vynálezu.

[0031] OBR. 8 znázorňuje graf ukazující modelovou predikci NOx -7- 8 versus teplota spalovací pece (T) při maximálních testovaných průtocích (125 000 Nm3/h celkového odpadního plynu na komín) pro systém pro dodatečné zpracování použitý v příkladech.

[0032] OBR. 9 znázorňuje graf ukazující modelovou predikci poměru N0X versus recyklovaný odpadní plyn (FGR) při maximálních testovaných průtocích (125 000 Nm3/h celkového odpadního plynu na komín) pro systém pro dodatečné zpracování použitý v příkladech.

[0033] OBR. 10 ukazuje tabulku 5, která uvádí souhrn výsledků zde popsaných příkladů.

PODROBNÝ POPIS PŘEDLOŽENÉHO VYNÁLEZU

[0034] Předložený vynález se týká redukce NOx při spalování koncového plynu, kdy se ředidlo zavádí s cílem snižovat teplotu spalování a regulovat produkci NOx. Emise oxidů dusíku Emise oxidů dusíku nevznikají ze samotných termálních NOx, nebo dokonce v prvé řadě so, v některých komerčně významných koncových plynech, které vznikají při procesech spalování. Produkce koncového plynu při výrobě sazí, například, může přinášet palivový dusík jako směs NOx prekurzorů (např. amoniak, HCN, atd.), označovanou zde jako „NPCs". NPCs lze oxidovat na NOx ve spalovacích pecích, pokud nejsou odstraněny způsoby předloženého vynálezu. Způsoby předloženého vynálezu mohou účinně regulovat operace spalování koncového plynu tak, aby se redukovaly N0X emise, které lze přičíst NPCs, termálním oxidům, a/nebo NOx majícím libovolný další původ. Termální NOx, například, mohou představovat například minoritní reakci nebo zdroj NOx objevující se při spalování koncového plynu, který se redukuje ve způsobech předloženého vynálezu. NPCs mohou být převažujícím zdrojem produkce NOx při spalování koncového plynu, který je redukován ve způsobech podle předloženého vynálezu. Spalování koncového plynu ve způsobech podle předloženého vynálezu může probíhat za významnější absence termálních NOx (např. obsah termálních NOx je menší než přibližně 10 % hmotn., nebo menší než přibližně 5 % hmotn., nebo menší než přibližně 1 % hmotn., vztaženo k celkové -8- 9 • · hmotnosti všech N0X) nebo za úplné absence termálních N0X. Termální N0X mohou být převládající (tj. 50 % nebo více) formou NOx, která se reguluje při spalování koncového plynu v rámci způsobu předloženého vynálezu.

[0035] Zpracování spalovacího koncového plynu s cílem redukovat NOx emise lze provádět za použití spalovací pece (rovněž zde označované jako „spalovací zařízení") samotné nebo za použití provozů kombinujících spalovací pec a alespoň jeden selektivní nekatalytický reaktor (SNCR). Spalovací pec má obecně alespoň jeden zdroj obsahující kyslík dodávaný do spalovací pece pro spalování koncového plynu. Ředidlo se zavádí do spalovací pece koncového plynu způsobem, který je dostačující pro snížení nebo regulaci teploty spalovací pece na přibližně 950 °C až přibližně 1100 °C. Zjistilo se, že například v tomto teplotním rozmezí lze redukovat NOx emise z koncových plynů z výroby sazí a dalších procesů zahrnujících spalování. Kromě toho tyto teplotní redukce ve spalovacím zařízení lze regulovat například na hodnoty, které jsou rovněž použitelné pro účinnou operaci při SNCR. Ředidlo je typicky plynné, nebo materiál (např. kapalná suspenze) přeměnitelný na plynný stav po zavedení do zvýšených teplot ve spalovací peci, nicméně ředidlo se neomezuje na tyto typy. Zdrojem ředidla mohou být například provozní plyn nebo provozní aditiva dostupná při nižší teplotě, než je teplota spalování, nebo jinak mohou působit například jako tepelná jímka ve spalovací peci. Kromě toho jak použití redukce teploty spalovacího zařízení, tak SNCR mohou redukovat NOx emise z koncového plynu. Obecně SNCR pracuje nástřikem roztoku redukčního činidla do proudu plynu vycházejícího ze spalovacího zařízení. Pro takový nástřik lze použít jednu sestavu trysek nebo více sestav trysek v SNCR. SNCR typicky, ale nikoliv nutně ve všech případech, má ideální provozní teplotu pro odstranění NOx z koncového plynu, což může být rozmezí nižší než ideální rozmezí teploty pro regulaci NOx při spalování ve spalovací peci. Recyklace odpadního plynu vypouštěného z SNCR při nižší teplotě zpět do spalovací pece poskytuje jeden účinný přístup pro zavádění teplotu moderujícího ředidla ve spalovací peci. Kromě toho, nebo alternativně, lze odpadní plyn z dalších provozních jednotek, jako je například sušička pelet v závodě pro výrobu sazí, -9-

• · ·· · ···· • · · · · · • · · · · · · • · · · · · » • · · · · · · ·· Μ Ml ·· 10 použít jako zdroj ředidla pro zavádění do spalovací pece koncového plynu. Kromě toho, lze zavádění ředidla do spalovací pece provádět ve spojení se zaváděním NOx redukčního činidla (např. močovina, roztok amoniaku) v SNCR, Pokud se použije v kombinaci se spalovací pecí, nebo ve spalovací peci, nebo v obou, za účelem dalšího snížení NOx emisí. Redukce teplot spalovací pece zaváděním ředidla do spalovací pece lze umožnit zaváděním redukčního činidla do spalovací pece, přímo nebo přes recyklovaný odpadní plyn.

[0036] OBR. 1 ukazuje příklad generalizovaného způsobu 1 podle předloženého vynálezu pro dodatečné zpracování koncového plynu ze spalovacího zařízení ve spalovací peci a SNCR systému („ISS") s cílem redukovat oxidy dusíku a jejich prekurzory v koncovém plynu. V bloku 1A se palivo spaluje ve spalovacím zařízení (nebo v zařízení pro parciální oxidaci, zplynování, nebo pyrolýzu) za podmínek, které mají tendenci tvořit NOx, prekurzory NOx, nebo obojí. V bloku 1B se koncový plyn vypouštěný ze spalovacího zařízení (např. sazný reaktor apod.) se zavádí do systému pro dodatečné zpracování, který obsahuje spalovací pec a SNCR. Ředidlo se zavádí do spalovací pece ISS s cílem redukovat teplotu spalovací pece na teplotu účinnou pro redukci NOx v koncovém plynu (např. přibližně 950 °C až přibližně 1100 °C) . Ředidlo lze například recyklovat zpracováním koncového plynu nebo lze použít ředidlo ze zdroje mimo ISS. Činidlo redukující oxidy dusíku lze zavádět do ISS s cílem odstraňovat NOx, prekurzory N0x, nebo obojí, a poskytovat zpracovaný odcházející plyn s nižší hladinou NOx. Vzduch nebo další zdroj obsahující kyslík (např. kyslík, oxidační činidlo) lze zavádět do spalovací pece v libovolném místě nebo více místech, například, v množství dostatečném pro alespoň kompletní nebo téměř kompletní spalování koncového plynu. Ačkoliv použití SNCR, jak je znázorněn na OBR. 1, může být výhodně zahrnut pro posílení redukce NOx již dosažené ve spalovací peci způsoby podle předloženého vynálezu, není takové kombinované použití nutně vyžadováno pro splnění konkrétních redukce NOx redukce potřebné pro každou situaci. Například, jsou zde uvedeny příklady předloženého vynálezu, kde může být ředidlem pro spalovací pec zdroj z kteréhokoliv recirku-lovaného odpadního plynu opouštějícího SNCR. -10- 11 • · [0037] Typ spalovacího zařízení, na které lze aplikovat následné zpracování, jehož cílem je redukce NOx podle předloženého vynálezu, není nikterak konkrétně omezeno a může zahrnovat libovolné zařízení nebo provozní jednotku, která spaluje materiál v přítomnosti vzduchu nebo dalšího zdroje kyslíku za vzniku alespoň jednoho plynného produktu, kterým jsou NOx a/nebo jejich prekurzor. Spalovacím zařízením může být například pecní reaktor, petrochemická zpracovatelská jednotka, kotel, pec, hořák, spalovna odpadu, vnitřní spalovací motor, spalovací komora pro námořní použití, generátor horkého plynu apod. Spalovací zařízení lze použít například pro chemickou reakci nebo reakce, výrobu elektřiny, výrobu tepla, výrobu energie, generování mechanické práce a další aplikace. Spalovací zařízení a jednotky se zpravidla používají pro spalování materiálu obsahujícího uhlovodík, jako je například uhlovodíkové palivo (např. olej, plyn, a/nebo pevné formy), ale neomezuje se na tato zařízení a jednotky. Spalovacím palivem mohou být například plyny, jako je například methan, propan, butan, acetylen; kapaliny, jako jsou například topné oleje, benzín, naftové palivo; nebo pevné materiály, jako je například uhlí, nebo další paliva. Organické pevné odpady, jako například papírové produkty, lze použít jako spalitelný materiál.

[0038] Aniž bychom se vázali na kteroukoliv konkrétní teorii, N0X redukční efekty způsobů a systémů podle předloženého vynálezu lze dále chápat z pohledu následujících diskusí zabývajících se například tvorbou NOx při zpracování sazí, a jejich manipulacemi pro účely předloženého vynálezu.

[0039] Pro účely tohoto vynálezu, NOx představuje zastřešující výraz označující všechny oxidy dusíku. Přesná povaha NOx se může měnit v závislosti na okolních podmínkách a hladině kyslíku. Normálně se NOx tvoří jako NO ale, potom, co se dostane do atmosféry, se většina N0X převede na N02. Z tohoto důvodu většina orgánů životního prostředí bude pro své zprávy a hlášení používat N02 ekvivalentní koncentrace. Tato konvence je zde převzata.

[0040] Aniž bychom se vázali na kteroukoliv konkrétní teorii, -11- 12 • · · · · ♦ · ··♦♦ ··· · • I · · ···· • ····· ·· ♦ · předpokládá se, že s tvorbou sazí jsou spojeny alespoň tři mechanizmy tvorby N0X: 1) Termální N0X. Při vysokých teplotách (> 1500 °C) , budou ve vzduchu reagovat dusík a kyslík za vzniku N0X. Paliva s vysokou výhřevnosti, jako je například zemní plyn, mohou vytvářet teploty plamene, které přesahují tyto teploty. Takže například, hořáky na výrobu sazí na zemní plyn produkují termální N0X. Nicméně koncový plyn, jak je specifikován ve zde uvedených příkladech, má nízkou výhřevnost; jeho adiabatická teplota plamene leží pod 1400 °C, takže termální NOx nejsou emitovány s koncovým plynem spalovacích pecí, sušáren, nebo spalovacích hořáků (pokud se souběžně nezavádí zemní plyn). 2) Palivové NOx. Toto může být převládající zdroj NOx v závodek pro zpracování pecních sazí, například, takových, která jsou naznačena ve zde uváděných příkladech. Palivové NOx pocházejí z dusíku obsaženého ve vstupní surovině. U normálního spalování paliva (např. uhlí), je mechanizmus jednoduchý: N ve výchozí surovině se oxiduje přímo na N0X. Při výrobě sazí, tje zde další krok. Protože výroba sazí v sobě nese kombinaci oxidace, pyrolýzy a hydrolýzy výchozí suroviny, přičemž reakce sazí uvolňuje kromě NOx i redukované druhy dusíku jako jsou HCN a NH3. Takže koncový plyn v peci pro výrobu sazí, která je zde ilustrativně uvedena, s sebou nese palivový dusík jako směs N0X prekurzorů („NPCs"). Tyto NPCs se následně oxidují na N0X ve spalovací peci (pecích) koncového plynu. 3) Okamžité N0X. Tyto se tvoří, jakmile uhlovodíkové volné radikály vznikající při spalování reagují s dusíkem. Obecně se má za to, že je bezvýznamným přispěvovatelem v porovnání s palivovými a termálními NOx. To je zejména případ koncového plynu ze sazného procesu, který může obsahovat nepatrné množství uhlovodíků.

[0041] Přesto, že není žádoucí vázat se na určitou konkrétní teorii, k tvorbě NOx v zařízení pro výrobu pecních sazí může například docházet ve dvou různých krocích: [0042] Krok 1. Sazný reaktor a hořák: Termální NOx z reakce -12- • ·· ·· ·· * · · · · · · • · · · · · · · • ····· ·· ·· • · · · · · ··· · · ·· ·· 13 sazí a dusíku z výchozí suroviny, FSN, lze převést v sazném reaktoru na HCN, NH3 a N0X a malé množství N2. Dusík v prekurzorech v proudu koncového plynu lze přímo ovlivňovat N0X emise ze spalování koncového plynu. Je nutné kvantifikovat obsah prekurzorů dusíku v proudu koncového plynu. Tuto kvantifikaci lze vyjádřit následujícím způsobem:

Yi = ( Fn, npcs ) / (Fn, výchozí surovina + F N0X< p) (1) , kde FNiNPCs znamená hmotnostní nebo molovy tok NPCs (NH3, HCN, N0X) v koncovém plynu, FN( výloží surovina znamená hmotnostní nebo molovy tok N atomů ve výchozí surovině. F N0X)P znamená molový tok N0X v hořáku.

[0043] Množství NOx vytvořených v reaktoru, který pochází z termálních N0X nebo palivových N0X hořáku nemusí být vždy známo. Extra nebo termální NOx z hořáku pro výrobu sazí mohou vytvořit Yi přebytek 100%. Pro účely pochopení dopadu, který bude spalování mít na finální produkt N0X úrovně v kroku 2 může být postačující, pokud se ví, jaká je vstupní surovina NPCs.

[0044] Krok 2: Spalování koncového plynu: V tomto kroku se NPCs oxidují na N0X. Nicméně NOx může následně dále reagovat s NPCs za vzniku N2. Je to tato druhá reakce, kterou je žádoucí podpořit ve spalovací peci, aby se minimalizovala účinnost tvorby NOx v druhém kroku: (2)ř

Fn,NPCs kde Fu, N0x je N hmotnostní nebo molový tok v odpadním plynu NOx.

[0045] Při podrobné znalosti obou kroků, a vlivu provozních podmínek na Yx a Y2, je možné přesně předpovědět NOx emise jako funkci dusíku z výchozí suroviny, za použití kombinované rovnice:

Fn, NOx = Yi ' Y2 * (Fn, výchozí surovina + F N0X , p) (3) [0046] Lze vyvinout funkční mapu Y2 versus provozní podmínky spalovací pece pro spalování koncového plynu. Aby mohla být -13- vytvořena, lze například změřit NPCs s nebo bez modelace nebo analýzy Yi versus provoz sazného reaktoru.

[0047] Jakmile se měří N02 koncentrace a proudy, jako například ve zde uvedených příkladech, lze N vyvážení vyjádřit ve smyslu ekvivalentních úrovní N02. Takže namísto vyjádření NPCs v koncovém plynu a obsahu dusíku ve výchozí surovině jako moly nebo kg N, lze vypočíst teoretické maximum úrovní N02 jako by se veškerý N v FS nebo TG v odpadním plynu převedl na N02 (tj . Yi=Y2=1) , jako je to použito ve zde uvedených příkladech.

[0048] U předloženého vynálezu lze redukci NOx realizovat jako prevenci, za použití lepších spalovacích technik, nebo jako nápravné opatření, za použití buď močoviny, nebo amoniaku jako N0X redukčního činidla, nebo jako kombinace obou. V obou případech, jak prevence, tak nápravného opatření, lze stejné reakce optimalizovat tak, aby se minimalizovala tvorba NOx, a maximalizovala destrukce NOx. Klíčové reakce mohou být následuj ící: [0049] Reakce tvořící termální NOx, která není zpravidla významná při teplotách spalování koncového plynu, jako jsou například 950 °C až 1100 °C: (4) ; (5)

N2 + 02 -» 2NO reakce tvořící palivové NOx: nh3+yo2-> no+y2 H20 HCN+7/02-+N0+y2H20 + C02 (6); and reakce rozkládající N0x: (7) NH3+N0 + y402 -+N2+y2H20 HCN + N0 + %02^N2+y2H20 + C02 (8) (9) . C0 + N0->y2N2+C02 [0050] Pokud jde o nápravné opatření selektivní katalytickou redukcí (SCR) a selektivní nekatalytickou redukcí (SNCR), lze 15 v SCR a SNCR vstřikovat buď amoniak nebo močovinu do proudu obsahujícího N0X. Pokud se použije močovina, potom se rozkládá in šitu na amoniak, takže v obou případech se N0X redukují výše uvedenou reakcí (7). Pro běh této reakce je zapotřebí kyslík. Normální úrovně kyslíku přítomného v odpadním plynu jsou dostatečné, protože je přítomen v přebytku N0X normálně sledovaných v odpadním plynu. V konkurenci s požadovanou redukční reakcí probíhá naznačená oxidační reakce (5) . Tato reakce spíše dává vznik NO namísto, aby jej rozkládala. Při teplotách vyšších než 1000 °C se reakce oxidující amoniak zrychluje. Toto může omezovat provozní teploty na teplotu nižší než je 1000 °C. V případě SNCR toto může představovat problém, nicméně vzhledem k tomu, že jak se snižují teploty ve spalovací peci, se kinetika rychle stane příliš pomalou na to, aby mohla probíhat jakákoliv reakce v SNCR, a reaktor nebude moci rozkládat an NOx ani NH3, takže se NOx neodstraní, a nezreagovaný NH3 „vyklouzne" ven z reaktoru. Toto může efektivně vytvářet úzký prostor pro provoz v SNCR mezi přibližně 850 °C a 1000 °C. To může rovněž omezovat účinnost SNCR. V praxi, dodavatelé SNCR zpravidla negarantují více než 70% NOx rozklad, a při nižších NOx koncentracích (< 150 mg/m3) , často garantují pouze 35 % až 40 %. Aby se zlepšila NOx redukce nad 70 %, může být vyžadován SCR. SCR používá katalyzátor pro urychlení kinetiky. SCR typicky pracuje při mnohem nižších teplotách (200 °C až 400 °C) , takže zde není žádný problém s omezením vysoké teploty, které existuje u SNCR. SCR může být nákladnější než SNCR, takže opravné opatření, které může použít SNCR, je výhodné.

[0051] Další důležitou provozní proměnnou ovlivňující tvorbu NOx může být poměr vzduchu-ku-palivu ve spalovacím zařízení. Vyšší přebytek 02 v plameni podporuje reakce (4) a (5) tvořící NOx více než reakce (7) a (8) v případě SCNR. Poměry vzduchu-ku-palivu rovněž ovlivňují spalovací teplotu, která zase ovlivňuje tvorbu NOx. Předložený vynález rozpojuje tyto dva faktory a minimalizuje redukci NOx.

[0052] I když není žádoucí vázat se na konkrétní teorii, protože NOx tvorba při spalování koncového plynu je dominantní například při výrobě sazí při použití palivových NOx, autoři -15- tohoto vynálezu zjistili, že stejnou kinetiku a optimalizační strategii používanou v SNCR designu lze aplikovat na prevenci produkce N0X z NPCs ve spalovací peci. Například, pokud je poskytnut dostatečně dlouhá dobu zdržení ve spalovací peci, a teploty ve spalovací komoře se udržují pod 1100 °C, potom lze redukovat N0X emise. Ředící plyny lze použít jako ředidlo pro moderování teploty spalovací pece v tomto ohledu. Dobré míšení ve spalovacím zařízení může pomáhat při prevenci horkých míst ve spalovací peci. Jako zdroje takových ředících plynů lze pro moderování teploty spalovací pece použít ředící plyny z recirkulace odpadního plynu, odpadní plyny ze sušičky sazí, nebo obojí, nicméně se nejedná o omezující výčet. Přebytek vzduch nemusí být výhodný jako ředidlo z několika důvodů. Za prvé, mohou redukovat účinnost kotle, protože se vzduch musí ohřát buď za použití spalovací energy nebo tepla koncového plynu, které by normálně odcházely a vytvářely páru. Za druhé, přebytek vzduch může urychlit oxidaci CO, a to může redukovat nebo zastavit kinetiku naznačení reakce (9), což je důležitý další způsob redukce N0X. Takže výhodný způsob redukce teploty ve spalovacím zařízení koncového plynu (spalovací peci) je recirkulace odpadního plynu, například z SNCR jednotky nebo odpadního plynu ze sušičky sazí, nebo dalších provozních odpadních plynů. I když není žádoucí vázat se na konkrétní teorii, má se rovněž za to, že oddělení vzduchu a paliva může dále zlepšit redukci N0X, například vybavením spalovací pece množinou, např. primárního a sekundárního, bodů vstřikování vzduchu. Toto lze realizovat tak, aby se část NH3 a HCN zoxidovala za vzniku N0X v prvním stupni a tak aby se vytvořila vyvážená směs NH3/HCN a N0X, která může reagovat přes naznačené reakce (5) a (6) v druhém oxidačním stupni pro vytvoření N2.

[0053] Jak je naznačeno, zdrojem koncového plynu, který se má zpracovat s cílem redukovat N0X podle předloženého vynálezu může být provozní jednotka nebo jednotky použité pro chemickou reakci nebo reakce zahrnující alespoň nějaké spalování, například výroba sazí.

[0054] Například na OBR. 2 vztahová značka 100 označuje obecně zařízení nebo systém pro výrobu sazí, který zahrnuje systém 9 pro dodatečné zpracování. Zařízení 100 může například 17

zahrnovat reaktor 2 pecního typu, který může být libovolného v dané oblasti známého typu, filtr 5 pro oddělení sazí 11 od odpadního plynu neboli koncového plynu 1_ z kouře <5 zhášeného reaktoru, peletizátor 10, větrák 14 sušárny pro vytvoření sušených sazných pelet 22, a systém 2 spalovací pece a SNCR („ISS") pro dodatečné zpracování koncového plynu 7 ve snaze redukovat NOx emise ze zařízení. ISS 9 se používá pro redukci emisí oxidů dusíku v koncovém plynu 1_ před odvětráním do atmosféry ve formě plynných emisí 24. Jak je naznačeno, ISS 9 poskytuje zpracování koncového plynu ředidlem zaváděným ve spalovací peci a zavádění NOx redukčního činidla v uspořádáních, která rovněž zahrnují SNCR účinné pro snížení NOx emisí. Jak naznačují volby znázorněné přerušovaně, část 22 nebo veškerý odpadní plyn ze sušičky 14 lze odbočit do ISS 9, a část 23. koncového plynu 1_ lze odbočit do pece 13 pro sušičku 14.

[0055] Pokud jde o další složky znázorněné pro zařízení 100, reaktor 2 svůj odtah napojen na chladící prostředek 2 pomocí potrubí 4 přičemž chladící prostředek (např. tepelný výměník) 3 je spojen s následným filtračním prostředkem 5 pomocí potrubí S_ a filtr 5 je opatřen větrákem 17 pro uvolnění koncového plynu 1_. Filtr 5 je rovněž napojen na následný peletizátor 10. pomocí potrubí 11, skrze které jsou vedeny regenerované saze. Jak je znázorněno, pelety, které se produkují v peletizátoru 10, lze vést skrze potrubí 12 do sušičky L4, která může být libovolného v daném oboru známého typu. Pára a sazný prach mohou být rovněž odtahovány ze sušičky 14 potrubím 25_ do filtračního prostředku, jako je například známý parní pytlový kolektor neboli „VBC" (není znázorněno).

[0056] Reaktor 2 může být libovolného v daném oboru známého typu a je tvořen předehřívací zónou 1Í3, do které se zavádí vzduch a palivo za účelem spalování, nebo do které se zavádějí horké spalovací plyny, přičemž předehřívací zóna 18 komunikuje s reakční zónou 16. Hrdlo mající konvergující průměr nebo Venturiho trubici 19 může být poskytnut v reakční zóně 16. V popsaném typu reaktoru, se uhlovodík tvořící saze pyrolyzuje kontaktem s horkými spalovacími plyny, přičemž uhlovodíková -17- • ·· ·· Μ ··#·· ···· · · » ·· · • · · · » » 9 · t · • ····· ·· · · · · • · · · · · ··* ««· Μ ·· Μ ··· ·· 18 výstupní surovina je zaváděna vstřikovacím prostředkem 2ý. Jak je naznačeno na obrázku, lze případně spolu s výchozí surovinou do reaktoru zavést jeden nebo více typů aditiv. V popsaném reaktoru kouř produkovaný horkými spalovacími plyny a pyrolyzovaným uhlovodík proudí podél reakční zóny 16. Horký kouř obsahuje pevné částice sazí a je požadováno ochladit horký kouř na teplotu dostatečně nízkou pro zastavení reakce produkující saze v předem stanoveném stupni. Vstup 15 komunikuje s reaktorem 2 aby tak poskytl vstup pro zavedení zhášecí tekutiny do reakční zóny 16 reaktoru 2. Oblast/zóna 1_5 vstřikování je naznačena v pozici následující ze venturiho trubicí 19 reaktoru. Oblast 15 vstřikování poskytuje předběžné zhášení horkého kouře, jehož cílem je zastavit nebo zpomalit proces tvorby sazí. Reakční zóna 16 komunikuje s potrubím 4, přičemž zhášený kouř, který obsahuje pevné částice sazí v suspenzi, je vypouštěn z reakční zóny do potrubí 4. Další chlazení před filtrováním lze realizovat pomocí chladící zóny/zařízení _3. Chladící zóna/zařízení 3^ může být libovolného vhodného typu včetně těch, které jsou v daném oboru známy a používány pro tuto funkci. Libovolné další finální chlazení lze realizovat vstřikováním další zhášecí vody potrubím 21. do kouře v potrubí 6 mezi chladící zónou/zařízením 3 a filtrem 5.

[0057] Filtrem 5_ může být například sběrný vak nebo další filtr, nebo cyklon, odlučovač, nebo další v dané oblasti známá separační jednotka. Nicméně je třeba chápat, že lze použít jakýkoliv typ vhodného filtru nebo separátoru plynu a pevných částic. Jak je naznačeno, funkcí filtru 5 je oddělovat částice sazí od zbývajících nedílných částí horkého kouře, přičemž saze se následně vedou do peletizátoru 10, který může být libovolného v daném oboru známého typu, a zbývající nedílné součásti kouře se odtahují skrze ventilátor 1_. Sušičkou 2A může být například sušička sazných pelet, která je v daném oboru známá. Teplo pro sušičku může například poskytovat pec 13, která spaluje palivo (např. methan, topný olej atd.), koncový plyn, nebo obojí. Jak je naznačeno, část koncového plynu 7 lze použít jako topný plyn pro pec sušičky 13_. Další aspekty a znaky, které lze použít v ISS 9 znázorněném na OBR. 2, jsou zde diskutovány s odkazem na následující obrázky. -18- 19 • ·· ·· ·· ···· ··» ♦ • · · · · ·Μ • ····« · · ·· • · · · · · ····· ·· ·· · [0058] Pokud jde o obr. 3 až 6, systém pro dodatečné zpracování koncového plynu, který zahrnuje spalovací pec a SNCR systém, je znázorněn na OBR. 3 pro účely porovnání se několika uspořádáními pro dodatečné zpracování koncového plynu, která zahrnují systém spalovací pece a SNCR podle předloženého vynálezu, jak je znázorněno na obr. 4 až 6. Tyto systémy spalovací pece a SNCR lze použít jako „ISS", jak je například znázorněno v zařízení pro výrobu sazí z OBR. 2, nicméně toto využití není omezující a může mít široké uplatnění při zpracování koncového nebo odpadního plynu spalovacích systémů.

[0059] U uspořádání znázorněných na obr. 3 až 6 se koncový plyn (TG) zavádí v blízkosti stropu spalovací pece a proudí obecně směrem dolů ve směru seshora dolů skrze jednotku před tím, než se vypustí v blízkosti dna jednotky. Na obr. 3 až 6 jsou vstup(vstupy) pro vzduch a horní hořák spalovací pece, a další montážní díly a součástky spalovací pece a SNCR, které lze použít, nejsou znázorněny ve snaze zjednodušit obrázky pro diskuzi.

[0060] Na OBR. 3 je znázorněn základní design nízko- NOx kotle, kde se koncový plyn (TG) spaluje, například, přibližně při 1200 °C zatímco SNCR pracuje například při 850 °C až 1100 °C u tohoto uspořádání a recyklovaný odpadní plyn (FGR*) se používá většinou pro regulaci SNCR teploty na vstupu „A", který se nachází v blízkosti dna spalovací pece (např. ve spodních 33 % výšky nádoby). Zdroj obsahující kyslík lze zavádět do spalovací pece ve snaze zajistit téměř kompletní nebo kompletní spalovací koncového plynu. NOx redukční činidlo, močovina, se zavádí do SNCR. Naznačený „přehřívač" je ochranný štít bránící sálání umístěný před SNCR pro další redukci teploty v provozní jednotce. Po přenosu tepla (odstranění) v kotli, který lze použít s SNCR systémem, odpadní plyn opouští kotel, aby poskytl ventil a FGR* proudy odpadního plynu. U tohoto srovnávacího uspořádání se méně než 25% celkového odpadního plynu (objemových) recykluje, znázorněno jako recirkulační proud FGR*, do pozice „B" v blízkosti horní stěny spalovací pece (např. v horních 33 % výšky nádoby), takže jakékoliv snížení teploty spalovacího zařízení by se -19- omezilo. V porovnání s uspořádáním na OBR. 3, se ukázalo, že zvýšené NOx redukce lze dosáhnout za použití odlišných uspořádání, jako jsou například uspořádání znázorněná na obr. 4 až 6.

[0061] Na OBR. 4 je znázorněno uspořádání nízko-NOx kotle, ve kterém se použije FGR pro významnou redukci teploty spalovací pece. Tohoto se dosáhne recirkulací větší než 25 % (objemu) (výhodně větší než 40 %, nebo výhodněji větší než 50 %) odpadního proudu vypouštěného z SNCR zpět do spalovací pece ve formě proudu recirkulovaného plynu FGR. Rovněž, pokud koncový plyn (TG) obsahuje přibližně 4 % nebo méně vody, např. stav „suchého koncového plynu", potom se recirkulace odpadního plynu zpravidla zvýší, vztaženo k těmto rozmezím, přičemž všechny ostatní faktory odpovídají, například recirkulace větší než 30 % (objemu)(nebo větší než 40 %, nebo výhodně větší než 50 %, nebo výhodněji větší než 60 %) odpadnímu proudu vypouštěnému z SNCR zpět do spalovací pece. U uspořádání znázorněného na OBR. 4, se více než 25 % (objemu) celkového odpadního plynu recykluje do pozice „B" v blízkosti horní stěny spalovací pece (např. v horních 33 % výšky nádoby), takže zmírnění teploty spalovacího zařízení může být významné. Tyto recyklační procenta lze vyjádřit na gravimetrické bázi (např. tuny/hodina atd.). Zdroj obsahující kyslík lze zavádět do spalovací pece s cílem zajistit téměř kompletní nebo zcela kompletní spalování koncového plynu. Zavádění FGR jako ředidla do spalovací pece redukuje teplotu spalovací pece na přibližně 950 °C až 1100 °C na tomto obrázku, zatímco SNCR pracuje přibližně při 850 “C až 1100 °C. V tomto příkladu lze močovinu nebo další redukční činidlo ještě zavádět do SNCR. Žádné vstřikování odpadního plynu není zapotřebí na vstupu „A" spalovací pece, protože spalovací pec má již správnou teplotu pro SNCR. Jak použití SNCR, tak redukce teploty spalovacího zařízení redukuje NOx emise, a zjistilo se, že použití recyklace odpadního plynu pro regulaci teplot je vysoce výhodným způsobem pro udržení účinnosti kotle.

[0062] Na OBR. 5 se odpadní plyn recykluje do pozice „B" v blízkosti horní stěny spalovací pece (např. v horních 33 % výšky nádoby), a NOx redukční činidlo, např. močovina, se 21 • c · · · · · «· » ♦ « · ·

vstřikuje do vstupu „A" samotné nebo s malým množstvím FGR (např. typicky přibližně 5 % až přibližně 10 %, ale pokud je proud „B" nízký, potom lze zvýšit až na 40 %) (např. v blízkosti dna spalovací pece, například v dolních 33 % výšky nádoby). Zdroj obsahující kyslík lze zavádět do spalovací pece s cílem zajistit téměř kompletní nebo kompletní spalování koncového plynu. Zavádění FGR jako ředidla ve spalovací peci se rovněž redukuje teplota spalovací pece na přibližně 950°C až 1100°C na tomto obrázku, zatímco SNCR pracuje přibližně při 850 °C až 1100 °C. Míra recyklace FGR z SNCR, který se zavádí do pozice „B" spalovací pece, může být podobný té, která je naznačena pro uspořádání znázorněné na OBR. 4, nebo může mít menší hodnoty. Redukční činidlo (močovinu) lze vstřikovat do spalovací pece v tomto uspořádání, například v pozici „A", protože spalovací pec má již správnou teplotu pro SNCR. Ze stejného důvodu lze za SNCR posunout ochranný štít sálání (přehřívač). SNCR objem lze redukovat, protože SNCR začíná ve spalovací peci.

[0063] Na obr. 6 je tento design podobný designu znázorněnému na OBR. 5 s tou výjimkou, že hořák (TGB)/sušičky koncového plynu používají pro regulaci teploty ve spalovací peci namísto recyklace odpadního plynu z kotle a SNCR kouřový (odpadní) (DF) plyn. Zdroj obsahující kyslík lze zavádět do spalovací pece, aby se zajistilo téměř kompletní nebo kompletní spalování koncového plynu. Zavádění odpadního plynu ze sušičky jako ředidla do spalovací pece redukuje teplotu spalovací pece na přibližně 950 °C až 1100 °C na tomto zobrazení, zatímco SNCR pracuje při přibližně 850 °C až 1100 °C. Toto uspořádání může použít třetí místo vstřikování odpadního plynu. Například místo vstřikování „B" lze použít pro redukci teploty spalovací pece tak nízko, jak je to jen bezpečně možné, a místo vstřikování „A" lze použít pro redukci teploty spalovací pece na SNCR teplotu, přičemž vstřikování močoviny, a místo vstřikování „C", které lze použít pro vstřikování libovolného přebytku odpadního plynu (FG), zůstanou. Plyn TGB/DF gas může mít vyšší celkové N0X a/nebo NPCs než FGR (kotel) zvýhodněním naznačených reakcí (7) a (8) pro rozklad NOx. Možné regenerace extra 15 % energie ze zařízení pro výrobu pecních sazí, například, lze dosáhnout za použití tohoto schématu. Uspořádání z OBR. 6 lze kombinovat -21-

Μ · · · · · • · · · • · · · · • · · · · • · · · · ·· · · · · · 22 s uspořádáním z OBR. 5, přičemž část SNCR odpadního proudu se recykluje zpět do spalovací pece kromě zavádění odpadního plynu do sušičky. Jak je naznačeno, množství a typy ředidla zaváděného do spalovací pece lze zvolit a použít tak, aby se snížila teplota na úroveň redukující NOx/ například v přítomnosti NPCs.

[0064] Kromě toho, pokud jde o uspořádání na OBR. 6, odpadní plyn ze sušiček se posílá do spalovacího zařízení, do SNCR, nebo obou, energetického zásobníku namísto nebo kromě recyklace odpadního plynu. Použití odpadního plynu ze sušiček k posílení augment nebo nahrazení recyklovaného odpadního plynu z kotle umožňuje realizovat celou řadu dalších výhod a přínosů. Zvýšené účinnosti při rekuperaci energie lze při výrobě pecních sazí dosáhnout, protože proud odpadního plynu ze sušičky může mít vyšší teplotu než 500 °C. Dříve se toto odpadní teplo nezachycovalo, nebo alespoň ne způsobem podle předloženého vynálezu. Pokud se proud odpadního plynu ze sušičky pošle do spalovací pece, potom lze izolovat více zjevného tepla, protože proud odpadního plynu z kotle může mít teplotu přibližně 230 °C nebo jiné nižší teploty. Použití odpadního proudu ze sušičky ve spalovacím zařízení může umožnit kontrolu NOx v TGB/sušičce bez rekonstruování TGB/sušičky. Veškeré NOx vytvořené v hořácích na koncový plyn pro sušičky lze rozložit v SNCR. Hořáky/sušičky na koncový plyn nemusí mít žádné NOx odstraňování. Instalace SNCR v kotli na koncový plyn může značně zvýšit komplikovanost a náklady. Zaslání odpadního proudu ze sušičky do spalovací pece může redukovat nebo zcela eliminovat náklady. NOx generované v hořácích na koncový plyn lze odstranit HCN a NH3 v hlavním proudu koncového plynu zaváděného do kotle. Pokud se odpadní proud ze sušičky skombinuje s koncovým plynem před vstupem do spalovacího zařízení nebo spalovací pece, NOx, HCN a NH3 mohou být přítomny také. To by umožnilo výskyt naznačených reakcí (7) a (8) ve spalovacím zařízení. Toto funguje účinně, protože in sítu SCNR redukuje NOx bez vstřikování redukčního činidla.

[0065] Další podrobnosti týkající se systému spalovací pece a SNCR porovnávacího uspořádání, které je znázorněno na obr. 3, spalovací zařízení pro spalování spalitelných materiálů lze poskytnout jako spalovací pec, která může obsahovat -22- • · · · · · · ·····

···· ··· Μ I • ♦ · ····· · · • ····· · · ·· · · • · ···· ··· ··· ·· · · Φ· ··· β · 23 vertikálně-orientovanou spalovací komoru, která obsahuje strop, dno, v podstatě válcovitou boční stěnu spojující strop a dno, a alespoň jeden vstup pro zavádění koncového plynu (TG) a alespoň jeden výstup odpadního plynu mohou být provedeny v boční stěně. Na stropě komory se může nacházet uvnitř horní hořák, který je uzpůsoben pro příjem paliva z externího zdroje paliva. Spalovací komora může být opatřena jedním nebo více vstupy pro vzduch. Vystupující odpadní plyn ze spalovacího zařízení lze zavádět do SNCR. Plyn zpracovaný v oblasti SNCR může následně proudit skrze kotel. Vodu zaváděnou do kotle lze zavádět do parního bubnu a kondenzát lze zasílat do kotle za účelem odpařování a produkce páry proudící zpět do parního bubnu. Odpadní plyn může opouštět kotel a poskytovat odvzdušnění a FGR* proudy. SNCR systém (např. SNCR a kotel) produkuje proud odpadního plynu, který lze odvětrat, nebo recyklovat (FGR* nebo FGR) do spalovacího zařízení.

[0066] U tohoto uspořádání může být parní kotel vybaven SNCR zařízením pro redukci NOx ve finálním odpadním plynu. Redukční činidlo lze přidat do SNCR za použití rozprašovacích trysek. SNCR může mít množinu rozprašovacích trysek (např. jednu až šest nebo více), které mohou být uspořádány vertikálně tři na stranu (strop a dno), vstřikující do roztoku za štítem chránícím záření, který odděluje spalovací komoru od trubek generujících páru. SNCR může pracovat tak, že se roztok močoviny a/nebo další NOx redukční činidlo vstřikují do proudu odpadního plynu pocházejícího ze spalovacího zařízení. Optimální provozní teplota SNCR se může pohybovat od přibližně 850 °C do 1000 "C nebo od 950 °C do 1000 °C. Umístění SNCR trysek za štítem chránícím záření sleduje předpoklad, že spalovací zařízení bude pracovat při teplotě vyšší než je rozmezí vhodné pro SNCR reakci.

[0067] Lze použít provozní potrubí identifikované jako FGR (recirkulační potrubí odpadního plynu). FGR potrubí se může rozdělovat ve spalovacím zařízení, a recyklovaný odpadní plyn se může zavádět do spalovacího zařízení v blízkosti stropu (např. v horních 33 % výšky nádoby) , nebo v blízkosti dna (např. ve spodních 33 % výšky nádoby), nebo obojí. Recyklace odpadního plynu může zvýšit účinnost kotle, a redukovat teplotu -23- 24

ve spalovací komoře. Pokud se teplota ve spalovací komoře redukuje recyklací odpadního plynu (horní vstupní port) do místa, které se nachází v rozmezí 850 °C až 1000 °C, nemusí být již žádoucí lamí štít SNCR za štít proti sálání, což může snížit teplotu o dalších 100 °C. Na tomto zobrazení, jak je naznačeno, lze roztok močoviny a/nebo další redukční činidlo vstřikovat do potrubí recyklujícího odpadní plyn, které ústí do dna spalovacího zařízení. Potrubí může mít Venturiho clonový průtokoměr v blízkosti vstupu do spalovacího zařízení. Pokud se roztok močoviny a/nebo další redukční činidlo vstřikují do nej užšího místa venturiho trubice průtokoměru, potom vysoká rychlost recyklovaného odpadního plynu může dispergovat roztok. Dno spalovacího zařízení může nyní způsobit další dobu zdržení pro to, aby proběhla SNCR reakce. Tato konstrukce má další výhodu, kterou je zjednodušení přidávání roztoku močoviny a/nebo dalšího N0X redukčního činidla, protože namísto množiny samostatných trysek, jejichž průtoky je nutné modulovat jednotlivě, lze použit jeden kruhový rozstřik. FGR lze realizovat recirkulací větší než 25 % (výhodně větší než 40 %, nebo více výhodně větší než 50 %) odpadního proudu vypouštěného z SNCR systému zpět do spalovací pece jako recirkulovaný plynný proud FGR.

[0068] Způsoby a systémy následného zpracování koncového plynu předloženého vynálezu mohou mít jeden nebo více následujících znaků.

[0069] Lze dosáhnout redukce NOx v odpadním plynu například alespoň přibližně 10 %, nebo alespoň přibližně 15 %, nebo alespoň přibližně 20 %, nebo alespoň přibližně 30 %, nebo alespoň přibližně 40 %, nebo alespoň přibližně 50 %, nebo přibližně 10 % až přibližně 50 %, vyjádřeno na gravimetrické bázi, vztaženo k NOx v odpadním plynu, který se získá za použití spalovacího zařízení pracující při teplotě přibližně 1200 °C.

[0070] Ředidlo zaváděné do spalovací pece nebo spalovacího zařízení může regulovat teploty spalovacího zařízení na teplotu například od přibližně 950 °C do přibližně 1100 °C, nebo od přibližně 975 °C do přibližně 1100 °C, nebo od -24- přibližně 990 °C do přibližně 1075 °C, nebo od přibližně 1000 °C do přibližně 1050 °C, nebo od přibližně 1010 °C do přibližně 1030 °C, nebo dalši teplotní rozmezí. Koncový plyn může mít dobu zdržení ve spalovacím zařízení například od přibližně 0,2 sekundy do přibližně 5 sekund nebo více nebo více, nebo od přibližně 0,5 sekundy do přibližně 4 sekund, nebo od přibližně 1 sekundy do přibližně 3 sekund, nebo od přibližně 1,5 sekundy do přibližně 2,5 sekundy atd. Ředidlo zaváděné do spalovací pece může obsahovat například 25 % nebo více, nebo 30 % nebo více, nebo 40 % nebo více, nebo 50 % nebo více, nebo 60 % nebo více, vyjádřeno na gravimetrické bázi, celkového odpadního plynu, který se vypouští z alespoň jedné selektivní nekatalytické redukční jednotky. Ředidlo může obsahovat alespoň část odpadního plynu z alespoň jedné selektivní nekatalytické redukční jednotky, a alespoň část N0X redukčního činidla se zavádí do spalovacího zařízení. Ředidlo může obsahovat alespoň částečně odpadní plyn ze sušičky sazí. Pokud se odpadní plyn ze sušičky sazí použije jako ředidlo ve spalovací peci, potom může mít sušička odpadního plynu teplotu například větší než 200 °C, nebo od přibližně 225 °C do přibližně 650 °C, nebo od přibližně 400 °C do přibližně 600 °C, nebo od přibližně 450 °C do přibližně 550 °C. Odpadní plyn ze sušičky může obsahovat NOx, například NOx v množství, které není menší než 5 mg/Nm3, nebo větší než 50 mg/Nm3, nebo větší než 100 mg/Nm3. Obsah N0X v odpadním plynu ze sušičky lze rovněž redukovat pomocí naznačených uspořádání pro dodatečné zpracování podle předloženého vynálezu.

[0071] Odpadní proud ze spalovacího zařízení lze zavádět do alespoň jedné selektivní nekatalytické redukční jednotky mající teplotu například od přibližně 850 °C do přibližně 1100 °C, nebo od přibližně 900 °C do přibližně 1050 °C, nebo od přibližně 900 °C do přibližně 1000 °C, nebo od přibližně 925 °C do přibližně 1000 °C, nebo od přibližně 950 °C do přibližně 1000 °C, nebo další hodnoty. SNCR objem ku objemu kotle se může například pohybovat v poměru od přibližně 0,1 do přibližně 10, nebo od přibližně 0,2 do přibližně 5, nebo od přibližně 0,4 do přibližně 3, nebo od přibližně 0,5 do přibližně 2. • · • · · ····· · · • ···*· ·· ·· · · • · ···· ··· • · · · · f· ·· ·«· ·· 26 [0072] Předložený vynález se rovněž týká způsobu redukce NOx emisí při spalování koncového plynu, který zahrnuje regulaci poměru vzduchu-ku-palivu ve spalovacím zařízení, do kterého se koncový plyn zavádí, za regulace teploty plamene spalovacího zařízení pomocí vstřikování ředidla. Koncentraci kyslíku v odpadním proudu spalovacího zařízení lze redukovat bez zvyšování teploty spalovacího zařízení. Odpadní proud lze zavádět ze spalovacího zařízení do alespoň jedné selektivní nekatalytické redukční jednotky, přičemž 02 koncentrace v odpadním plynu vypouštěném ze selektivní nekatalytické redukční jednotky je menší než přibližně 8 % obj., nebo menší než přibližně 5 % obj . , nebo menší než přibližně 3 % obj . , u této konfigurace s poměrem vzduchu-ku-palivu regulovaným ve spalovacím zařízení.

[0073] Odpadní proud lze zavádět ze spalovacího zařízení do alespoň jedné selektivní nekatalytické redukční jednotky prosté štítu bránícímu sání, který intervenuje redukci teploty odpadního proudu vyšší než o 10 °C před zavedením vytékajícího proudu do alespoň jedné selektivní nekatalytické redukční j ednotky.

[0074] Alespoň jedno NOx redukční činidlo lze zavádět do alespoň jedné selektivní nekatalytické redukční jednotky umístěné za spalovacím zařízením, do spalovacího zařízení, nebo do obou, přičemž NOx redukční činidlo nebo jeho rozkladné produkty nebo obojí reaguje s NOx za vzniku dusíku obsaženého v odpadním plynu, který se vypouští z alespoň jedné selektivní nekatalytické redukční jednotky. NOx Redukčním činidlem může být močovina ((NH2)2CO), amoniak (NH3) , kyselina isokyanová (HNCO), nebo jejich kombinace, a/nebo další redukční činidla pro NOx. NOx Redukční činidlo může obsahovat například vodný roztok močoviny, vodný roztok amoniaku, nebo jejich kombinace. Redukční činidla mohou obsahovat například naředěný vodný roztok obsahující močovinu, amoniak nebo obojí, ve vodě v rozmezí od přibližně 1 % do přibližně 25 % hmotn., vyjádřeno pro účinnou látku, nebo další koncentrace. Zavádění redukčního činidla(činidel) lze realizovat za použití jediného bodu zavádění nebo odstupňovaně za použití jedné nebo více vstřikovacích trysek uspořádaných podél dráhy proudění -26- 27 • · · · recyklovaného odpadního plynu (FGR). NH3 lze generovat postupně, například, rozkladem nebo odpařováním redukčních činidel, která se vstřikují do FGR nebo přímo do spalovacího zařízení, jako použitelné pevné látky, tekuté taveniny, emulze, suspenze nebo roztoky. Některé amonné soli, uhličitan amonný ((NH4) 2C03) a hydrogen uhličitan amonný ((NH4)HC03,) , lze rozkládat v podstatě zcela na plyny, například uvolňováním NH3 a C02, jakmile se ohřejí, a uhličitan může rovněž generovat vodu.

[0075] Složení koncového plynu, který lze zpracovat způsoby a zařízením podle předloženého vynálezu s cílem redukovat hladiny NOx v tomto plynu není nikterak konkrétně omezeno. Koncový plyn zaváděný do spalovací pece může mít výhřevnost například od přibližně 40 do přibližně 120 BTU na standardní kubickou stopu (scf), nebo od přibližně 45 do přibližně 110 BTU na standardní kubickou stopu (scf), nebo od přibližně 50 do přibližně 80 BTU na standardní kubickou stopu (scf). Palivo nebo zdroj paliva, jiný než koncový plyn nebo jiný koncový plyn, lze zavádět do spalovacího zařízení (spalovací pece).

[0076] Tabulka 1 uvedená zde v části příkladů naznačuje některá příkladná neomezující složení koncového plynu, který lze zpracovat s cílem redukovat N0X za použití předloženého vynálezu. Aniž bychom si přáli vázat se na libovolnou konkrétní teorii, rovněž se předpokládá, že určité kompoziční charakteristiky koncového plynu mohou napomáhat použití nízkoteplotního spalování zavedením externích činidel (jako je například recirkulace odpadního plynu). Za prvé, mnoho paliv spalovací pece (např. olej, uhlí, zemní plyn) mají extrémně vysoké výhřevnosti a hoří extrémně rychle. Spalování je kompletní, a maximálních adiabatických teplot plamene se dosáhne příliš rychle, a doba směšování pro ředidlo je často příliš dlouhá na to, aby vyloučila vysoké teploty pozorované u těchto plamenů. Použití paliva, které obsahují vysoká množství vodíku, jenž se snadno vznítí, mohou zůstat stabilní i v případě, kdy se redukuje spalovací teplota. Naopak olej a zemní plyn, a uhlí se mohou vznítit obtížněji, vyžadují více tepelné energie, a nízkoteplotní plamen se nemůže udržet, takže v případě, že by bylo možné předem naředit palivo -27- ředidlem, aby se vyřešil první problém (viz výše), mohla by redukce adiabatických teplot ve spalovací peci vést k nestabilitám.

[0077] Jak je naznačeno, redukce NOx emisí spalováním koncového plynu poskytnutá předloženým vynálezem, může být například použita pro koncové plyny z reaktorů pro výrobu pecních sazí, s příslušnými adaptacemi a modifikacemi. Předložený vynález lze například použít pro zpracování koncových plynů, které generují sazné reaktory, například ty, které se nacházejí v modulové, rovněž označované jako "stupňovité" konfiguraci reaktorů pro výrobu pecních sazí. Stupňovité pecní reaktory, na které lze aplikovat zpracování koncového plynu podle předloženého vynálezu jsou známy a jsou popsány například V patentech US 3 922 3351; US 4 383 973; US 5 190 739; US 5 877 250; US 5 904 762; US 6 153 684; US 6 156 837; US 6 403 695; a US 6 485 693 Bl, které jsou zde začleněny formou odkazů.

[0078] Provozní podmínky a suroviny používané v sazných reaktorech, které generují koncový plyn, který lze zpracovat podle předloženého vynálezu, nejsou konkrétně omezeny. OBR. 2 ukazuje část typu reaktoru 2 pro výrobu pecních sazí, který lze použít ve způsobu výroby sazí podle předloženého vynálezu. Použitelné průměry a délky různých zón v reaktoru, které lze použít, lze zvolit s odkazem na výše identifikované patenty zabudované formou odkazu. Mezi palivy, která jsou vhodná pro použití při reakci s proudem oxidačního činidla (vzduchu) ve spalovací zóně 18 s cílem generovat horké spalovací plyny, jsou libovolné snadno spalitelné proudy plynu, páry nebo tekutiny, jako je například zemní plyn, vodík, oxid uhelnatý, methan, acetylen, alkoholy, nebo kerosen, nebo další paliva. Je obecně výhodné, nicméně při použití paliv majících vysoký obsah složek obsahujících uhlík, a zejména uhlovodíků. Poměr vzduchu ku zemnímu plynu používaný pro výrobu sazí se může pohybovat od přibližně 1:1 (stechiometrický poměr) do nekonečna. Aby se usnadnilo generování horkých spalovacích plynů, lze předehřát proud oxidačního činidla. Jak je naznačeno, proud horkého spalovacího plynu proudí za hrdlem reaktoru, kde lze zavádět výchozí surovinu poskytující saze, 29

a/nebo v dalších místech zavádění výchozí surovinu v reaktoru. Výchozí surovinu lze zavádět, například, buď pomocí sondy (axiálně nebo radiálně), radiálně dovnitř skrze množinu otvorů provedených ve stěně reaktoru, nebo za použití kombinace těchto dvou řešení. Vhodné pro použití v rámci vynálezu jako typy uhlovodíkových výstupních surovin poskytujících saze, které lze snadno odpařovat za reakčních podmínek, zahrnují ty, které jsou popsány ve výše naznačených patentech. Výchozí surovinu lze předehřát před tím, než se zavede do reaktoru. Po zavedení se výchozí surovina kombinuje s proudem ohřátého plynu pro tvorbu reakčního proudu, ve kterém se v reaktoru tvoří saze.

[0079] Aditiva, jako jsou například ta, která se běžně používají při výrobě sazí, lze zavádět do reaktoru. Aditiva, která mohou modifikovat strukturu sazí, jako například ionty alkalických kovů/kovů alkalických zemin I. a/nebo II. skupiny periodické tabulky prvků, lze použít jako aditiva. Tato aditiva lze přidat například v množství, například 200 ppm nebo více of prvku nebo iontu IA. skupiny a/nebo prvku (nebo jeho iontu) IIA. skupiny je přítomno v nakonec vytvořeném sazném produktu. Aditivum(aditiva) lze přidat libovolným způsobem zahrnujícím libovolný konvenční prostředek. Jinými slovy, látku lze přidat stejným způsobem, jakým se zavádí výchozí surovina poskytující saze. Látku lze přidat ve formě plynu, kapaliny nebo pevné látky, nebo jejich libovolné kombinace. Látku lze přidat v jednom místě nebo několika místech a lze ji přidávat ve formě jednoho proudu nebo ve formě množiny proudů.

[0080] Reakční proud v reaktoru může mít teplotu při zhášení, například, od přibližně 600 °C do přibližně 2000 °C, nebo od přibližně 800 °C do přibližně 1800 °C, nebo od přibližně 1000 °C do přibližně 1500 °C, nebo další vysoké teploty odrážející extrémní exotermní reakci, která se generuje v pecním reaktoru. Saze v reakčním proudu lze zhášet v jedné zóně nebo více zónách. Například, jak je naznačeno na obr. 2, v oblasti ]L5 zhášení je vstřikována zhášecí tekutina, kterou může být voda, kterou lze použít pro kompletní nebo v podstatě kompletní ukončení pyrolýzy výchozí suroviny poskytující saze, -29- 30 • · I · · · ·

nebo pouze částečné ochlazeni výchozí suroviny bez zastavení pyrolýzy, po kterém následuje sekundární zhášení 21, které lze použít za tepelným výměníkem !3 pro zastavení pyrolýzy výchozí suroviny poskytující saze. Po zhášení směsi horkých spalovacích plynů a výchozí suroviny poskytující saze se ochlazené plyny vedou následně do separačního prostředku, kterým může být konvenční prostředek, čímž se saze regenerují a koncový plyn se dopraví do ISS nebo předloženého vynálezu.

[0081] Předložený vynález zahrnuje následující aspekty/ provedení/znaky v libovolné pořadí a/nebo v libovolné kombinaci: 1. Předložený vynález se týká způsobu redukce NOx emisí při spalování koncového plynu, který zahrnuje: zavedení koncového plynu do spalovacího zařízení, které má teploty spalovacího zařízení, přičemž koncový plyn obsahuje NOXi NOx prekurzory, nebo obojí, a x je kladná hodnota; a zavedení ředidla do spalovacího zařízení pro regulaci teploty spalovacího zařízení na teplotu od přibližně 950 °C do přibližně 1100 °C. 2. Způsob podle kteréhokoliv předcházejícího nebo následujícího provedení/znaku/aspektu, kde je uvedený koncový plyn z alespoň jedné sazné pece. 3. Způsob podle kteréhokoliv předcházejícího nebo následujícího provedení/znaku/aspektu, kde má uvedený koncový plyn dobu zdržení v uvedeném spalovacím zařízení od přibližně 0,2 s do přibližně 5 sekund. 4. Způsob podle kteréhokoliv předcházejícího nebo následujícího provedení/znaku/aspektu, který dále zahrnuje vedení proudu vytékajícího ze spalovacího zařízení do alespoň jedné selektivní nekatalytické redukční jednotky, která má teplotu od přibližně 850 °C do přibližně 1100 °C. 5. Způsob podle kteréhokoliv předcházejícího nebo následujícího provedení/znaku/aspektu, který dále zahrnuje zavedení alespoň jednoho NOx redukčního činidla do alespoň -30-

jedné selektivní nekatalytické redukční jednotky umístěné za uvedeným spalovacím zařízením, do spalovacího zařízení, nebo do obou, přičemž N0X redukční činidlo nebo jeho rozkladné produkty nebo obojí reaguje s N0X za vzniku dusíku obsaženého v odpadním plynu, který je vypouštěn z alespoň jedné selektivní nekatalytické redukční jednotky. 6. Způsob podle kteréhokoliv předcházejícího nebo následujícího provedení/znaku/aspektu, kde ředidlo obsahuje 25 % nebo více vyjádřeno na gravimetrické bázi, celkového odpadního plynu vypouštěného z alespoň jedné selektivní nekatalytické redukční jednotky, a alespoň část N0X redukčního činidla se zavádí přímo do alespoň jedné selektivní nekatalytické redukční jednotky. 7. Způsob podle kteréhokoliv předcházejícího nebo následujícího provedení/znaku/aspektu, kde koncový plyn zaváděný do spalovacího zařízení obsahuje přibližně 4 % hmotn. nebo méně vody a ředidlo obsahuje 30 % nebo více, vyjádřeno na gravimetrické bázi, celkového odpadní plyn vypouštěného z alespoň jedné selektivní nekatalytické redukční jednotky, a alespoň část NOx redukčního činidla se zavádí přímo do alespoň jedné selektivní nekatalytické redukční jednotky. 8. Způsob podle kteréhokoliv předcházejícího nebo následujícího provedení/znaku/aspektu, kde se odpadní plyn recykluje do spalovacího zařízení ze stejné selektivní nekatalytické redukční jednotky, do které se přímo zavádí N0X redukční činidlo. 9. Způsob podle kteréhokoliv předcházejícího nebo následujícího provedení/znaku/aspektu, kde ředidlo obsahuje alespoň část odpadního plynu z alespoň jedné selektivní nekatalytické redukční jednotky, a alespoň část N0X redukčního činidla se zavádí do spalovacího zařízení. 10. Způ sob podle kteréhokoliv předcházejícího nebo následujícího provedení/znaku/aspektu, kde ředidlo obsahuje odpadní plyn ze zdroje spalování, a případně se alespoň část N0X redukčního činidla zavádí do spalovacího zařízení. -31- 32 • · ···· ··· «·· ·· ·· ·· ··· ·· 11. Způsob podle kteréhokoliv předcházejícího nebo následujícího provedení/znaku/aspektu, kde ředidlo obsahuje odpadní plyn ze sušičky sazí, a případně, se alespoň část N0X redukčního činidla zavádí do spalovacího zařízení. 12. Způsob podle kteréhokoliv předcházejícího nebo následujícího provedení/znaku/aspektu, kde ředidlo obsahuje odpadní plyn ze sušičky sazí mající teplotu vyšší než 200 °C. 13. Způsob podle kteréhokoliv předcházejícího nebo následujícího provedení/znaku/aspektu, který dále zahrnuje zavádění paliva, jiného než uvedený koncový plyn nebo další koncový plyn, do uvedeného spalovacího zařízení. 14. Způsob podle kteréhokoliv předcházejícího nebo následujícího provedení/znaku/aspektu, kde je proud opouštějící spalovací zařízení veden do alespoň jedné selektivní nekatalytické redukční jednotky prosté libovolného štítu zasahující radiace, který by redukoval teplotu odpadního proudu o více než o 10°C před zavedením vytékajícího proudu do alespoň jedné selektivní nekatalytické redukční jednotky. 15. Způ sob podle kteréhokoliv předcházejícího nebo následujícího provedení/znaku/aspektu, kde je NOx redukčním činidlem močovina, amoniak nebo obojí. 16. Způsob podle kteréhokoliv předcházejícího nebo následujícího provedení/znaku/aspektu, kde N0X redukční činidlo obsahuje vodný roztok močoviny. 17. Způsob podle kteréhokoliv předcházejícího nebo následujícího provedení/znaku/aspektu, kde se dosáhne alespoň 10% redukce, vyjádřeno na gravimetrické bázi, N0X v odpadním plynu, vztaženo k NOx v odpadním plynu, který se získal za použití spalovacího zařízení pracující při teplotě přibližně 1200 °C. 18. Způsob podle kteréhokoliv předcházejícího nebo následujícího provedení/znaku/aspektu, kde má koncový plyn, který je zaváděn do spalovací pece, výhřevnost od přibližně 40 do přibližně 120 BTU na standardní kubickou stopu (scf). -32-

♦ · · · ♦ • · · · · · · • · * · • · · · · · · 33 19. Způsob podle kteréhokoliv předcházejícího nebo následujícího provedení/znaku/aspektu, kde termální N0X představují minoritní reakci probíhající při spalování koncového plynu. 20. Způsob podle kteréhokoliv předcházejícího nebo následujícího provedení/znaku/aspektu, kde spalování koncového plynu probíhá za významnější absence termálních N0X. 21. Způsob podle kteréhokoliv předcházejícího nebo následujícího provedení/znaku/aspektu, kde spalování koncového plynu probíhá bez tvorby termálních N0X. 22. Způsob podle kteréhokoliv předcházejícího nebo následujícího provedení/znaku/aspektu, kde je SNCR objem ku objemu kotle v poměru od přibližně 0,1 do přibližně 10. 23. Způsob redukce NOx emisí ve spalovacím koncovém plynu, který zahrnuje: zavedení koncového plynu ze spalování alespoň jednoho uhlovodíku do spalovací pece, která má teplotu spalovací pece, přičemž koncový plyn obsahuje NOx a NOx prekurzory, a x je kladná hodnota; zavedení ředidla do spalovací pece pro regulaci teploty spalovací pece na teplotu od přibližně 950 °C do přibližně 1100 °C; vedení proudu vytékajícího ze spalovací pece do alespoň jedné selektivní nekatalytické redukční jednotky mající teplotu od přibližně 850 °C do přibližně 1100 °C; zavedení alespoň jednoho N0X redukčního činidla do alespoň jedné selektivní nekatalytické redukční jednotky, do spalovací pece, nebo do obou, přičemž NOx redukční činidlo nebo jeho rozkladné produkty nebo obojí reaguje s NOx za vzniku dusíku obsaženého v odpadním plynu, který je vypouštěn z alespoň jedné selektivní nekatalytické redukční jednotky. 24. Způsob redukce NOx emisí při spalování koncového plynu, který zahrnuje regulaci poměru vzduchu-ku-palivu ve -33- 34 • · · · spalovacím zařízení, do kterého se koncový plyn zavádí, zatímco se reguluje teplota plamene spalovacího zařízení vstřikováním ředidla, přičemž koncový plyn obsahuje N0X( N0X prekurzory, nebo obojí, a x je kladná hodnota, a koncentrace kyslíku odpadního proudu spalovacího zařízení se redukuje bez zvýšení teploty spalovacího zařízení. 25. Způsob podle kteréhokoliv předcházejícího nebo následujícího provedení/znaku/aspektu, který dále zahrnuje vedení proudu vytékajícího ze spalovacího zařízení do alespoň jedné selektivní nekatalytické redukční jednotky, přičemž O2 koncentrace v odpadním plynu, který je vypouštěn ze selektivní nekatalytické redukční jednotky, je menší než přibližně 8 % obj. 26. Kotelní agregát pro spalování koncového plynu, který obsahuj e: (i) spalovací zařízení uzpůsobené pro příjem:

(a) koncového plynu obsahujícího N0X, N0X prekurzorů, nebo obojí, a (b) ředidla typu(typů) a množství pro regulaci teploty spalovacího zařízení na přibližně 950 °C až přibližně 1100 °C; a (ii) alespoň jednu selektivní nekatalytickou redukční jednotku, která obsahuje alespoň jedno selektivní nekatalytické redukční zařízení a kotel, přičemž uvedená redukční jednotka uzpůsobená pro příjem odpadního proudu vypouštěného ze spalovacího zařízení a alespoň jedno NOx redukční činidlo nebo jeho rozkladné produkty nebo obojí, které jsou schopny reagovat s NOx za vzniku dusíku obsaženého v odpadním plynu, který je vypouštěn z alespoň jedné selektivní nekatalytické redukční jednotky. 27. Zařízení pro výrobu sazí, které obsahuje sazný pecní reaktor pro výrobu sazí a koncového plynu, filtr pro oddělení sazí od koncového plynu, a kotelní agregát for spalování koncového plynu podle předcházejícího nároku. -34-

·· · · ···♦ • ····· ·· # » • ♦ · · · · «·· · · ·· · # 35 [0082] Předložený vynález může zahrnovat libovolnou kombinaci těchto různých výše a/nebo následně uvedených znaků nebo provedení, které jsou definovány ve větách a/nebo odstavcích. Libovolná kombinace zde popsaných znaků je považována za součást předloženého vynálezu a neexistuje žádné omezení, pokud jde o kombinovatelné znaky.

[0083] Předložený vynález bude dále objasněn pomocí následujících příkladů, které mají ilustrovat výhodná provedení předloženého vynálezu.

PŘÍKLADY

[0084] Předložený vynález byl demonstrován na komerčním parním kotli, ve kterém je spalován koncový plyn. Konfigurace kotle je znázorněna na OBR. 7. Obrázek není v měřítku.

[0085] Na OBR. 7 je zařízení pro spalování koncového plynu tvořené sekcí A a B. Proudy a zóny/nádoby jsou zvýrazněny čísly, resp. písmeny. V celé této diskusi, se závorky používají, jakmile se týká proudů (#) a zón/nádob (abc). Plamen hoří shora dolů. Koncové plynové palivo se zavádí do spalovacího zařízení (120) vstupem (105). Spalovací vzduch dopravovaná v potrubí (101) se rozdělí do tří proudů, přičemž proud (102) se pošle do spalovacího zařízení seshora jako dodávka vzduchu pro zapalovací hořák. Proudy (103) a (104) se vstřikují do spalovacího zařízení ve dvou úrovních. Proudy vzduchu se vstřikují skrze perforovanou desku v radiálním směru do spalovacího zařízení pro dosažení rovnoměrné distribuce. Odstupňování spalovacího vzduchu má za následek dvě spalovací zóny ve spalovacím zařízení s poměrem vzduchu ku palivu v každé ze spalovacích zón, který je lze regulovat nastavením průtoku proudů (103) a (104).

[0086] Spálený koncový plyn se posílá do kotle (E) přes přehřívač (D) páry. Po přenosu tepla v kotli (E) odpadní plyn opouští kotel jako proud (109). Proud (109) lze rozdělit na proud (109A) a část odpadního plynu (108) z výstupu z kotle se recykluje zpět do spalovacího zařízení (120) pomocí dmychadla -35-

(není znázorněno). Recyklovaný odpadní plyn (108) se rozdělí do dvou proudů (106) a (107), které se vstřikují v různých oblastech spalovacího zařízení. Proud (106) se použil zejména pro regulaci teploty ve spalovacím zařízení a proud (107) se použil pro jemné doladění SNCR teploty (znázorněno jako zóna (C)). Vstřikování močoviny, použité jako NOx redukční činidlo, se provádí skrze proud (113).

[0087] Voda zaváděná do kotle se zavádí do parního bubnu (F) a kondenzát (111) se posílá do kotle (E) za účelem odpařování a produkce páry (112). Finální parní produkt (115) opouští jednotku pro další použití. Frakce páry vycházející z parního bubnu se posílá do přehřívače pára (D) za účelem generování přehřáté pára. Tady přehřívač (D) působí jako štít bránící sálání, který chrání trubky kotle před přehřátím. Vzhledem k tomu, že se pokus prováděl během výroby páry, odběr páry diktoval množství zpracovaného koncového plynu, takže se proudy během celého běhu mění. Objemy klíčových zón pro reakci byly následující:

Horní spalovací zóna (A): 58,3 m3.

Spodní spalovací zóna (B) : 258,7 m3. SNCR reakční zóna (C) : 101,4 m3.

[0088] Vypočetlo se, že průměrný proud odpadního plynu ve spalovací peci (zahrnující recyklát, (109A)+(108)) dosahuje 96,081 Nm3/h (na základě hmotnostní bilance a za předpokladu kompletního spalovací). Takže průměrná normální prostorová rychlost (definovaná jako Nm3/h proudu odpadního plynu na m3 objemu) byla následující:

Horní spalovací zóna (A) : 2280 hr'1.

Spodní spalovací zóna (B) : 514 hr'1. SNCR reakční zóna (C) : 1311 hr'1.

[0089] Koncový plyn pro průměrné složení je uveden v tabulce 1. NPCs se měřily v celém testu, takže tato hodnota je výsledkem měření. Zbývající složky se odhadnou na základě -36-

• ·· ·· ·· • · · · · · · • · · · · · · · • ♦ · · · · I f · ♦ • · · · · · ·♦· ♦ # ·· · ♦ 37 termodynamiky a hmotnostní bilance. Tabulka 1 rovněž obsahuje neomezující rozmezí složení koncového plynu, která lze použít pro různé výrobní podmínky a různé suroviny použité v rámci způsobů podle předloženého vynálezu.

[0090] Tabulka 2 shrnuje rozmezí proměnných testovaných během demonstračního testu. Paralelně se provedly dvě studie. První studie studuje pouze výkon kotle (s vypnutým SNCR). Druhá studie studuje výkon SNCR prostým zapnutím SNCR během podmínek první studie a měření účinnosti SNCR systému při redukci N0X. Takže pro každou podmínku byla studie schopna naměřit, jak dobře může samotná operační regulace redukovat NOx, a jak dobře by mohl SNCR následně redukovat NOx po spalování. Jak SNCR spotřebovává reakční činidla, je výhodné bránit produkci NOx nastavením provozu kotle spíše než by se musela použít nápravná opatření používající močovinu nebo amoniak v SNCR.

[0091] Testovaný vzduch (102) se udržoval během celého testu na konstantní hodnotě. Přívod zemního plynu vypnul během zde popsaných nastavených hodnot.

[0092] NOx emise z kotle se kontinuálně monitorují pomocí Online NOx analyzátoru, který je ňainstalován na komíně. N0X koncentrace se převedla na suchou bázi, ve 3% 02, čímž se následuje průmyslový standard.

[0093] Pro operaci bez SNCR se vyvinuly dvě empirické, lineární korelace na základě signifikantních proměnných při plánování pokusu (DOE) (viz tabulka 2). Vzhledem k tomu, že spolu teplota FGR a teplota spalovací pece blízce souvisí, lze vyvinout dobrou lineární korelaci za použití této jedné nebo druhé proměnné, ale nikoliv obou. Tabulka 3 ukazuje korelaci na bázi teploty spalovací pece, odcházejícího kyslíku a odvětrávaného proudu odpadního plynu. OBR. 8 ukazuje korelaci mezi NOx emisemi a teplotou spalovacího zařízení, přičemž kyslík v odpadním plynu je konstantní. OBR. 8 graficky znázorňuje korelaci pro konstantní odvětrávaný proud odpadního plynu 125 000 Nm3/hr. Je zobrazený horní konec rozmezí DOE, protože znázorňuje nejpodnětnější režim pro redukci NOx. Tabulka 4 ukazuje alternativní korelaci založenou na kyslíku opouštějícím recirkulační frakci odpadního plynu, a -37- • ·· ·· ·· ····· Μ I · · ·» ·· · • · · · * ··· · · • ···*· · · · · · · • » · · · ♦ · » · ··· »· ·· ·· ♦ ·· ·· 38 odvětrávaném proudu odpadního plynu. OBR. 9 ukazuje korelaci mezi N0X emisemi a poměrem recyklovaného odpadního plynu s konstantním kyslíkem v odpadním plynu. OBR. 9 graficky znázorňuje korelaci pro konstantní odvětrávaný proud odpadního plynu 125 000 Nm3/hr.

[0094] OBR. 8 ukazuje, že pokud se teplota spalovacího zařízení sníží, potom se sníží i hladina NOx emisí. Například, při koncentraci kyslíku v odpadním plynu 2 % obj., pokud se teploty spalovacího zařízení sníží z 1200 °C nepřibližně 950 °C, empirická korelace předpovídá, že NOx emise s teplotou klesnou z 550 mg/Nm3 na 300 mg/Nm3. Grafy jsou rovněž označeny jako „% N0X prekurzorů převedených na NOx v odpadním plynu", což je definováno jako poměr N0X molárního proudu v odpadním plynu vs molární proud celkového NPCs v koncovém plynu zaváděném do kotle. Jak se snižují NOx emise, tak se rovněž snižuje „%NOx prekurzorů převedených na NOx v odpadním plynu".

[0095] Vliv poměru vzduchu ku palivu, tj . koncentrace kyslíku v odpadním plynu, na N0x emise jasně demonstrují paralelní čáry na obr. 8. Při konstantní teplotě plamene vede nižší koncentrace kyslíku k nižší NOx redukci.

[0096] Podobné výsledky je možné vidět na obr. 9, který ukazuje, že se zvyšující se mírou recyklace odpadního plynu se snižují NOx emise. Ukazuje se, že poměr recyklovaného odpadního plynu a poměr vzduchu ku jsou dva účinné způsoby pro minimalizaci NOx redukce.

[0097] Následující neomezující příklady dále ilustrují předložený vynález. Výsledky jsou shrnuty v tabulce 5.

Kontrolní příklad 1A

[0098] Tento příklad ilustruje typické provozní podmínky kotle. Koncový plyn vstupuje do systému kotle spalovacího zařízení na vstupu (105), a celkový proud vzduchu zaváděný do potrubí (101) se reguluje tak, že obsah kyslíku opouštějící kotel byl 5,9 %. Výsledky jsou shrnuty v tabulce 3. Pokud by se všechny NPCs v koncovém plynu převedly na NOx v kotli, potom -38-

• · · Μ •t · · · · • · · · * • Μ· · · · • · · · • · · · · · · 39 by se naměřilo 1455 mg/Nm3 (sušiny) N02 v odpadním plynu. Nicméně i v případě této neoptimalizované konfigurace se převede pouze 35,9 % NPCs na N02, a 522 mgN/m3 N02/ sušiny, se naměřilo na výstupu z kotle. Žádná močovina se nezaváděla do SNCR, takže nedošlo k žádné další N02 destrukci.

Kontrolní příklad 1B

[0099] Za stejných provozních podmínek jako v kontrolním příkladu 1A, se spustil SNCR. Proud močoviny se zvyšoval, dokud se nedosáhlo minimálního množství N02 emisí. Za této podmínky se 36,4 % N02 zavedených do SNCR rozložilo. Nicméně tepelné ztráty napříč přehřívače snížily vstupní teplotu SNCR na 882 °C z 935 °C na výstupu, ze spalovací pece. Toto je známo jako příliš nízká teplota pro SNCR operaci. SNCR operace se obecně optimalizuje mezi 900 °C a 1000 °C (např. Duo et al. Can J. Chem. Eng. 70, 1014 (1992). V důsledku toho je přeměna močoviny slabá. SNCRs obecně převedou přibližně 50 % (hmotn.) zaváděné močoviny (např. Duo et al. Can J. Chem. Eng. 70, 1014 (1992); http://www.ftek.com/pdfs/TPP-522.pdf). Nicméně u tohoto příkladu, se odhadovalo, že pouze 12 % (hmotn.) konverze močoviny bude směřovat k reakci redukující NOx. Slabá konverze močoviny není žádoucí; zvyšuje RMC spotřebu a vede k emisím amoniaku v odvzdušnění, který je rovněž často regulován jako vzduch znečisťující látka.

Kontrolní příklad 2A

[0100] V tomto příkladu se primárně testovala N02 redukce realizovaná snížením výstupní koncentrace kyslíku. SNCR se nepoužije. Nižší koncentrace kyslíku by měla redukovat NOx emise, protože kinetika reakce tvořící NOx je závislá na koncentraci kyslíku. Nicméně v tomto příkladu je poskytnuta pouze minimální recirkulace odpadního plynu (<7 % hmotn. celkového zaváděného čerstvého plynu). Toto neodpovídá udržování nižší teploty v kontrolním příkladu 1A. Výsledkem je to, že směs plynů je bližší stechiometrickému poměru vzduchu- -39- 40 • · · · • · » · · · # » · · < » · · « lé ♦ · ku-hořeni, takže teplota je vyšší. Vyšší teplota podporuje tvorbu NOx, takže toto eliminuje výhodu redukce kyslíku. Existuje zde určité zlepšení v NOx (44,6 % hmotn. menší výtěžek N0X z NPCs versus kontrolní příklad 1A).

Kontrolní příklad 2B

[0101] Za stejných provozních podmínek jako v kontrolním příkladu 2A, se spustil SNCR. Proud močoviny se zvyšoval, dokud se nedosáhlo minimální množství N02 emisí. Za těchto podmínek se rozkládá 60 % hmotn. N02 zaváděných do SNCR. Nicméně tepelné ztráty napříč štítem chránícím před sáláním redukovaly vstupní teplotu SNCR na 850 °C z 1008 °C na výstupu ze spalovací pece. Jako v příkladu 1B, ztráty napříč štítem chránícím před sáláním způsobily, že SNCR pracoval pod přijatelnými teplotami. Přeměna N02 byla lepší pouze proto, že průtoky v tomto příkladu byly nižší než v kontrolním příkladu 1B.

Příklad 3A

[0102] Stejně jako v kontrolním příkladu 2A, bylo cílem redukovat N02 nejprve redukce výstupní koncentrace kyslíku, nicméně na rozdíl od příkladu 2A, recyklace odpadního plynu se použila ve vyšších množstvích (39 % hmotn. čerstvého přiváděného plynu) pro redukci teploty spalovací pece na 905 °C. Nepoužil se žádný SNCR. Redukce vystupujícího kyslíku za udržování spalovací pece při nižších teplotách ukázalo významnou redukci NOx emisí. NOx emise se redukovaly o 61,2 % versus kontrolní příklad 1A (měřeno jako % NPCs převedených na N0X) , což je další 16,6 procentické snížení NPC výtěžku na NOx z příkladu 2A (kde se použila pouze nižší koncentrace kyslíku). Tento příklad ukazuje, že vyšší míry recirkulace odpadního plynu lze použít pro významnou redukci teploty spalovací pece a následně tedy NOx emisí, zejména pokud se kombinují s redukovaným výstupním kyslíkem.

[0103] Redukce teploty ve spalovací peci, a následných NOx -40- 41 emisí by se mohla v podstatě realizovat za použití libovolného inertního ředícího činidla, jako je například voda, pára, dusík, oxid uhličitý nebo jiný zdroj odpadního plynu. Nicméně výhoda recirkulace odpadního plynu spočívá v tom, že nesnižuje účinnost rekuperace energie.

Příklad 3B

[0104] Za stejných provozních podmínek kotle jako v příkladu 3A, se zapnul SNCR. Proud močoviny se zvyšoval, dokud se nedosáhlo minimálního množství N02 emisí. Za těchto podmínek se rozložilo pouze 19 % N02 přiváděných do SNCR, a pouze 2 % zaváděné močoviny se spotřebovaly. Nízká teplota spalování a tepelné ztráty napříč štítem, který zabraňuje sálání, poskytla extrémně nízkou SNCR provozní teplotu 817 °C, což je teplota ležící hluboko pod přijatelnou teplotou pro provoz SNCR. Tento příklad ilustruje paradox nízké teploty spalování: Jak se snižuje spalovací teplota, tak se redukují inherentní NOx ve spalovací peci, nicméně nízká teplota činí tradičně navržené SNCR redukční systémy neefektivními. Příklad 4A (predikční) [0105] Příklad 4A ilustruje přínosné použití externího ředidla namísto použití interní recirkulace odpadního plynu za účelem regulace teploty ve spalovací peci. V tomto příkladu se teplota a koncentrace vystupujícího kyslíku udržují stejně jako v příkladu 3A, nicméně teplota se reguluje odpadním plynem z externího spalovacího zdroje. V tomto příkladu se použije sazní odpadního proudu ze sušičky, který má podobné složení jako odpadní plyn z kontrolního příkladu 1A, který obsahuje 522 mg/m3 NOx (sušiny) . Tento plyn vstupuje do kotle při 500 °C. Výkon oproti příkladu 3A se zlepšuje dvěma způsoby: [0106] Za prvé, více NOx se likviduje, jak vztaženo k % zaváděných NPCs, tak k absolutní hmotnosti. Absolutní redukce NOx výsledkem jednoduchého faktu, že sušička běží podobně jako -41- • · · ····· · · • ·«·«· · · # · · f • · ···· ··· • · · · · ·· Μ «·· ♦ · 42 v neoptimalizovaném přikladu 1A a má vyšší NOx. Jednoduše přidáním do proudu plynu a opětovné spálení při dobré regulaci teploty se dosáhne redukce N0X. Jednoduše se zpracuje o 40% více plynu při nižších výtěžcích NOx. Kromě toho N0X v tomto odpadním plynu budou ve skutečnosti reagovat s NPCs vstupujícími do koncového plynu, a SNCR běží in-situ na vstupu do spalovací pece. Toto vede k redukci NPCs na N0X z 13,9 % v příkladu 3A na 11,8 % v příkladu 4A.

[0107] Za druhé, protože má odpadní plyn teplotu 500 °C, divertování tohoto plynu do kotle umožňuje kotli regenerovat toto teplo, které by se normálně nevyužilo. Produkce páry by se zvýšila z 34,6 metrických tun/h v příkladu 3A na 39,8 metrických tun/h v příkladu 4A. Příklad 4B (predikce) [0108] Příklad 4B řeší paradox popsaný v příkladu 3B. Operace je identická s příkladem 3B ale s jednou velkou změnou.

Namísto vstřikování roztoku močoviny v proudu (113), se roztok močoviny vstřikuje s malým množstvím FGR (nebo dalšího plynu) za účelem rozptýlení v proudu (107). Při normálním provozu spalovací pece (bez FGR nebo dalšího ředidla přidaného do proudu (106), tento nebude efektivní, protože teplota v zóně (B) bude příliš vysoká pro provoz SNCR. Nicméně v tomto příkladu FGR v proudu (106) sníží teplotu v zóně (B) na 907°C, na nižší teplotu, ale stále ležící v přijatelném provozním rozmezí pro SNCR. Kromě toho nízká teplota je kompenzována mnohem větším objemem v zóně (B) než jaký má dutina SNCR.

Objem zóny (B) je zhruba 2,5x větší než objem zóny (C), a doba zdržení v zóně (C)je tedy rovněž 2,5x delší. V důsledku toho budou pozorovány typičtější účinnosti pro přeměnu močoviny (50 %) a přeměnu NOx (60 %). Tento příklad používá optimalizaci kotle a SNCR v nej lepší konfiguraci, což vede k nej nižšímu obsahu NOx ze všech příkladů, 84,9 % nižší než v základním příkladu 1A. -42-

Tabulka 1 [0109] Průměrné složení koncového plynu pro testovaný a typický koncový plyn

Složení ze zpracování sazí

Průměrné složení koncového plynu pro DOE Rozmezí sazí v koncovém plynu Hlavni složky, 0 obj. (za mokra) h2 12 % 5 % - 30 % CO 12 % 5 % - 30 % co2 0 % 1 % - 5 % h2o < 2 % < 2 % n2 vyvážení vyvážení Stopové složky, ppm (sušiny) NPCs (HCN + NH3+NOx) 1758 100 - 10 000 Druhy obsahující síru (např. H2S, CS2, COS, S02) 280 100 - 14 000

Tabulka 2 Rozmezí podmínek, při Proměnné studované v DOE kotle (bez SNCR) Kontrolní proměnná (Všechny hodnoty v závorkách označují vztahové značky z obr. 9) kterých Min se testy Max prováděly Významná korelace s tvorbou NOx v kotli? (F-test > 95% spolehlivost) Výstupní kyslík % obj. 2,50% 6% Ano Množství zapalovacího vzduchu, Nm3/h (2) 11 700 11 700 Fixovaná proměnná Distribuce dalšího vzduch Vše do 1° vzduch (3) Vše do 2° vzduch (4) Ne Odpadní plyn recirkulovaný (FGR::k celkovému zaváděnému čerstvému plynu do kotle)* 0 0,39 Ano Výstupní teplota spalovací pece (B) 854 1044 Ano Celkový odpadní plyn do odvětrání, Nm3/h (9) 59 170 124 001 Ano SNCR studie Kontrolní proměnná/podmínka Min Max 44 ι · · · · I · · 4 I · · « f · · · 808 901 vypnuto zapnuto 0 6,06 SNCR vstupní teplota [vstup do C]

SNCR Míra vstřikování močoviny kg na kg N02 zaváděného do SNCR * Zaváděným čerstvým plynem je koncový plyn (5) + celkový zaváděný vzduch (1)

Tabulka 3

Korelace založená na teplotě spalovací pece, výstupním kyslíku a odvětrávaném proudu odpadního plynu. Stupeň důvěryhodnosti je uveden jako 100 % - hodnota v posledním sloupci

Rovnice pro korelaci: %NPCs převedené na N02 = b + ml*FGvent + m2* exit 02 + m3 * Tspalovací pece

Korelační koeficient (parametr) Koeficient Stand. odchyl ka t Poměr Prob> (t) Parametr = b -0,6325468 0,153402 -4,123458 0,030% Celkový odvětrávaný odpadní plyn při (9) = ml 9,52E-07 3,33E-07 2,862067 0,788% Výstupní kyslík % obj. = m2 3,84786618 0,447951 8,589932 0,000% Teplota spalovací pece, °C = m3 6, 75E-04 1,49E-04 4,530917 0,010%

Tabulka 4

Korelace založená na recyklaci odpadního plynu, výstupním kyslíku a odvětrávaném proudu odpadního plynu. Stupeň důvěryhodnosti je uveden jako 100 % - hodnota v posledním sloupci

Rovnice pro korelaci: %NPCs převedeno na N02 = b + ml*FGR/proud plynu do kotle + m2*FGvent + m3 * exit 02 -44- 45 « · · · · · · « • · «· »· ···«· Výraz Výpočet Stand.odchylka t Poměr Prob>(t) Parametr 0,05541533 0,029655 1,8686665 8,13E-02 FGR proud (8)/proud plynu do kotle (1) + (5) = ml -2,29E-01 4,46E-02 5,1420078 1,20E-04 Celkový odvětrávaný odpadní plyn při (9) - m 2 1,42E-06 3,49E-07 4,0825265 2 9,80E-04 Výstupní kyslík % obj. = m3 1,85E+00 4,12E-01 4,4985551 1 4,25E-04 [0110] OBR. 10 ukazuje tabulku 5, která souhrnně uvádí výsledky těchto příkladů. V kontrolním příkladu 4A se poměr FGR proudu k celkovému zaváděnému čerstvému plynu vypočetl následujícím způsobem: FGR proud označuje odpadní plyn ze sušičky sazí, přičemž čerstvě zaváděný plyn zahrnuje pouze koncový plyn a vzduch. Nedochází zde k žádné interní recirkulaci odpadního plynu v tomto příkladu, nicméně odpadní plyn ze sušičky sazí se zpracuje jako FGR a žádný „čerství" plyn se nezavádí.

[0111] Přihlašovatelé specificky začleňují celé obsahy všech citovaných odkazů v tomto popisu. Kromě toho, pokud je uvedeno množství, koncentrace, nebo jiná hodnota nebo parametr jako rozmezí, výhodné rozmezí, nebo seznam horních výhodných hodnot a spodních výhodných hodnot, potom je toto třeba chápat jako specifický popis všech rozmezí tvořených libovolným pírem libovolné horní meze rozmezí nebo výhodné hodnoty a libovolné spodní meze rozmezí nebo výhodné hodnoty, bez ohledu na to, zda jsou zde tato rozmezí samostatně popsána. Tam, kde je citováno rozmezí numerických hodnot, není-li stanoveno jinak, má rozmezí zahrnovat jeho koncové body, a všechna celá čísla a jejich frakce v tomto rozmezí. Rozsah vynálezu by se neměl omezovat pouze na citované specifické hodnoty, pokud definují rozmezí.

[0112] Další provedení předloženého vynálezu vyplynou odborníkům v daném oboru po prostudování předloženého popisu a realizaci zde popsaného předloženého vynálezu. Předložený popis a příklady je třeba považovat pouze za ilustrativní, přičemž skutečný rozsah vynálezu je jednoznačně vymezen následujícími patentovými nároky a jejich ekvivalenty. -45- Η m m

#

Legenda k obrázkům

Fig. 1 - Obr. 1 Fuel - Palivo Air - Vzduch

Parcial Oxidation or Gasification or Pyrolysis or Combustion Process/Equipment For Combustion Using Fuel and O2 Forming N0X and/or Precursors - Parciální oxidace nebo zplynování nebo pyrolýzy nebo process spalováni/Zažízení pro spalování, které používá palivo a 02 a tvoří N0X a/nebo N0X prekurzory

Tail Gas Containing N0X and/or Precursors- Koncový plyn obsahující N0X a/nebo N0X prekurzory

Other Sorurced Diluent (Optional) - Ředidlo z jiných zdrojů (případné)

Reducing Agents For NOx/Precursors - Redukční činidla pro N0X a/nebo N0X prekurzory Air, Oxygen, Oxidant - Vzduch, kyslík, oxidační činidlo

Incinerator and SNCR System (ZSS) for NOx/Precursors Reduction - Systém spalovací pece a SNCR (ISS) pro redukci NOx/NOx prekurzorů

Incinerator Diluent via Recirculation - Ředidlo ve spalovací peci zaváděné recirkulací Treated Flue Gas with Low N0X Level - Zpracovaný odpadní plyn s nízkou hladinou N0X

Fig. 2 - Obr. 2 Air - Vzduch Fuel - Palivo

Quench Fluid - Zhášecí tekutina

Feed stock - Surovina

Additives - Aditiva Tail gas - Koncový plyn

Incinerator/SNCR systém (ISS) - Systém spalovací pece a SNCR (ISS) Vent - Odvětrání

Filter (Bag filter) - Filtr (pytlový filtr)

Carbon Black - Saze

Pelleting Liquid Binder - Peletizační kapalné pojivo

Pelleter - Peletizátor

Stack flue gas - Komínový kouřový plyn

Wet pallets - Mokré pelety

Dryer - Sušička

To VBC - do VBC

Dried Carbon Black Pellets - Suché sazné pelety Fuel - Palivo Air - Vzduch

Fig. 3 - Obr. 3 Air/Oxygen - Vzduch/kyslík Incinerator - Spalovací pec Urea - Močovina Superheter - Přehřívač Boiler - Kotel

Vet - Odvětrání

Fig. 4 - Obr. 4 Air/Oxygen - Vzduch/kyslík Incinerator - Spalovací pec Urea - Močovina Superheter - Přehřívač Boiler - Kotel Vet - Odvětrání FG recycle - FG recyklát

Fig. 5 - Obr. 5 Air/Oxygen - Vzduch/kyslík Incinerator - Spalovací pec Urea - Močovina Superheter - Přehřívač Boiler - Kotel Vet - Odvětrání FG recycle - FG recyklát

Fig. 6 - Obr. 6 Air/Oxygen - Vzduch/kyslík Incinerator - Spalovací pec Urea - Močovina TGB/Dryers flue gas - Odpadní plyn z TGB/sušiček Boiler - Kotel

Vet - Odvětrání • ·

• · · · « ·

Fig. 8 - Obr. 8

Predicted conversion of NOx precursosrs to NOx v. Recycle Ratio and Exit 02 -Předpokládaná konverze N0X prekurzorů na N0X v. recyklační poměr a výstupní 02

% N0X precursors converted to N0X in FG - % N0X prekurzorů převedených na N0X ve FG TGBS and flares: 30-35% conversion est NOx - 480 mg/m3 (dry bases) - TGBS a plameny: 30-35% konverze stan. NOx - 480 mg/m3

Exit 02 vol % wet - výstupní 02 %obj. mokrý

Recommended operating range 2,0% exit oxygen, 950°C 280 - 300 mg/m3 N02- Doporučené provozní rozmezí 2,0% výstupné kyslík, 950°C 280 - 300 mg/m3 N02

Combustor T, °C - Spalovací zařízení T, °C

Predicted Average Plant N0X level mg/m3 (dry basis) - Předpokládaná průměrná hladina N0X v zařízení mg/m3 (sušina)

Fig. 9 - Obr. 9

Predicted conversion of NOx precursosrs to N0X v. Recycle Ratio and Exit 02 -Předpokládaná konverze N0X prekurzorů na N0X v. recyklační poměr a výstupní 02

% NOx precursors converted to N0X in FG - % N0X prekurzorů převedených na N0X ve FG

Standard incinerator operation - standardní provoz spalovacího zařízení

Maximum FGR tested at recommended exit oxygen - maximální FGR testovaná při doporučeném výstupním kyslíku

Exit 02 vol % wet - výstupní 02 %obj. mokrý

Ration of recycle flow to fresh gas feed to boiler - Poměr recyklovaného proudu ku čerstvě přiváděnému proudu do kotle

Predicted Average Plant NOx level mg/m3 (dry basis) - Předpokládaná průměrná hladina NOx v zařízení mg/m3 (sušina)

Claims (27)

1. PATENTOVÉ NÁROKY 1. Způsob redukce N0X emisí při spalování koncového plynu, který zahrnuje: zavedení koncového plynu do spalovacího zařízení, které má teplotu spalovacího zařízení, přičemž koncový plyn obsahuje N0X( N0X prekurzory, nebo obojí, a x je kladná hodnota,· a zavedení ředidla do spalovacího zařízení pro regulaci teploty spalovacího zařízení na teplotu od přibližně 950 °C do přibližně 1100 °C.
2. 2. Způsob podle kteréhokoliv z předcházejících nároku, kde uvedený koncový plyn pochází z alespoň jedné sazné pece.
3. 3. Způsob podle kteréhokoliv z předcházejících nároku, kde má uvedený koncový plyn dobu zdržení v uvedeném spalovacím zařízení od přibližně 0,2 s do přibližně 5 sekund.
4. 4. Způsob podle kteréhokoliv z předcházejících nároku, který dále zahrnuje vedení proudu vytékajícího ze spalovacího zařízení do alespoň jedné selektivní nekatalytické redukční jednotky, která má teplotu od přibližně 850 °C do přibližně 1100 °C.
5. 5. Způsob podle kteréhokoliv z předcházejících nároku, který dále zahrnuje zavedení alespoň jednoho NOx redukčního činidla do alespoň jedné selektivní nekatalytické redukční jednotky umístěn za uvedeným spalovacím zařízením, do spalovacího zařízení, nebo obou, přičemž NOx redukční činidlo nebo jeho rozkladné produkty nebo oba reagují s N0X za vzniku dusíku, který je součástí odpadního plynu vypouštěného z alespoň jedné ** • · · -51' A=t selektivní nekatalytické redukční jednotky.
6. 6. Způsob podle kteréhokoliv z předcházejících nároku, kde ředidlo představuje 25 % hmotn. nebo více, vztaženo k celkové hmotnosti odpadního plynu vypouštěného z alespoň jedné selektivní nekatalytické redukční jednotky, a alespoň část N0X redukčního činidla se zavádí přímo do alespoň jedné selektivní nekatalytické redukční jednotky.
7. 7. Způsob podle kteréhokoliv z předcházejících nároku, kde koncový plyn zaváděný do spalovacího zařízení obsahuje přibližně 4 % hmotn. nebo méně vody a ředidlo obsahuje 30 % hmotn. nebo více, vztaženo ke hmotnosti celkového odpadního plynu vypouštěného z alespoň jedné selektivní nekatalytické redukční jednotky, a alespoň část NOx redukčního činidla se zavádí přímo do alespoň jedné selektivní nekatalytické redukční jednotky.
8. 8. Způsob podle kteréhokoliv z předcházejících nároku, kde se odpadní plyn recykluje do spalovacího zařízení ze stejné selektivní nekatalytické redukční jednotky, do které se N0X redukční činidlo přímo zavádí.
9. 9. Způsob podle kteréhokoliv z předcházejících nároku, kde ředidlo obsahuje alespoň část odpadního plynu z alespoň jedné selektivní nekatalytické redukční jednotky, a alespoň část N0X redukčního činidla se zavádí do spalovacího zařízení.
10. 10. Způsob podle kteréhokoliv z předcházejících nároku, kde ředidlo obsahuje odpadní plyn ze zdroje spalování, a případně se alespoň část NOx redukčního činidla zavádí do spalovacího zařízení. • ·· · · ·ι »···· • · ♦ * · · · ·· · ··· ····· · · • · · · · · t · · ··« «· *» ·· ··· ··
11. 11. Způsob podle kteréhokoliv z předcházejících nároku, kde ředidlo obsahuje odpadní plyn ze sušičky sazí, a případně alespoň část N0X redukčního činidla se zavádí do spalovacího zařízení.
12. 12. Způsob podle kteréhokoliv z předcházejících nároku, kde ředidlo obsahuje odpadní plyn ze sušičky sazí mající teplotu vyšší než 200 °C.
13. 13. Způsob podle kteréhokoliv z předcházejících nároku, který dále zahrnuje zavádění paliva, jiného než uvedený koncový plyn nebo další koncový plyn, do uvedeného spalovacího zařízení.
14. 14. Způsob podle kteréhokoliv z předcházejících nároku, kde je proud opouštějící spalovací zařízení vedený do alespoň jedné selektivní nekatalytické redukční jednotky prosté jakékoliv zasahující ochrany záření, redukující teplotu vytékajícího proudu více než o 10 °C před zavedením vytékajícího proudu do alespoň jedné selektivní nekatalytické redukční jednotky.
15. 15. Způsob podle kteréhokoliv z předcházejících nároku, kde je NOx redukčním činidlem močovina, amoniak nebo obojí.
16. 16. Způsob podle kteréhokoliv z předcházejících nároku, kde N0X redukční činidlo obsahuje vodný roztok močoviny.
17. 17. Způsob podle kteréhokoliv z předcházejících nároku, kde se dosáhne alespoň 10% redukce, vyjádřeno na gravimetrické bázi, v N0X v odpadním plynu, vztaženo k N0X v odpadním plynu získaného za použití spalovacího zařízení pracujícího při teplotě přibližně 1200 °C.
18. 18. Způsob podle kteréhokoliv z předcházejících nároku, kde koncový plyn, který se zavádí do spalovací pece, má výhřevnost (spodní) od přibližně 40 do přibližně 120 BTU na standardní kubickou stopu (scf).
19. 19. Způsob podle kteréhokoliv z předcházejících nároku, kde termální NOx představují minoritní reakce probíhající při spalování koncového plynu.
20. 20. Způsob podle kteréhokoliv z předcházejících nároku, kde spalování koncového plynu probíhá za významnější absence termálních NOx.
21. 21. Způsob podle kteréhokoliv z předcházejících nároku, kde spalování koncového plynu probíhá bez tvorby termálních NOx.
22. 22. Způsob podle kteréhokoliv z předcházejících nároku, kde se SNCR objem ku objemu kotle pohybuje v poměru od přibližně 0,1 do přibližně 10.
23. 23. Způsob redukce NOx emisí ve spalovacím koncovém plynu, který zahrnuje: zavedení koncového plynu ze spalování alespoň jednoho uhlovodíku do spalovací pece mající teplotu spalovací pece, přičemž koncový plyn obsahuje NOx a N0X prekurzory, a x je kladná hodnota; zavedení ředidla do spalovací pece pro regulaci teploty spalovací pece na teplotu od přibližně 950 °C do přibližně 1100 ° C; vedení proudu vytékajícího ze spalovací pece do alespoň jedné selektivní nekatalytické redukční jednotky mající teplotu od přibližně 850 °C do přibližně 1100 °C; zavedení alespoň jednoho NOx redukčního činidla do alespoň jedné selektivní nekatalytické redukční jednotky, spalovací pece, nebo obou, přičemž NOx redukční činidlo nebo jeho rozkladné produkty nebo obojí reagují s N0X za vzniku dusíku, který je obsažen v odpadním plynu vypouštěném z alespoň jedné selektivní nekatalytické redukční jednotky.
24. 24. Způsob redukce NOx emisí při spalování koncového plynu, který zahrnuje regulací poměru vzduch-ku-palivu ve spalovacím zařízení, do kterého se zavádí koncová plyn, zatímco se reguluje teplota plamene spalovacího zařízení vstřikováním ředidla, přičemž koncový plyn obsahuje NOX( NOx prekurzory, nebo obojí, a x je kladná hodnota, a koncentrace kyslíku odpadního proudu spalovacího zařízení se redukuje bez zvýšení teploty spalovacího zařízení.
25. 25. Způsob podle nároku 24, který dále zahrnuje vedení proudu vytékajícího ze spalovacího zařízení do alespoň jedné selektivní nekatalytické redukční jednotky, přičemž O2 koncentrace odpadního plynu vypouštěného ze selektivní nekatalytické redukční jednotky je menší než přibližně 8 % obj.
26. 26. Kotelní agregát pro spalování koncového plynu, který obsahuj e: (i) spalovací zařízení uzpůsobené pro přijímání: (a) koncového plynu obsahujícího NOx , NOx prekurzory, nebo ·· ♦ • ·

    &.L oboj í, a (b) ředidlo typu(typů) a množství vhodných pro regulaci teploty spalovacího zařízení na přibližně 950 °C až přibližně 1100 °C; a (ii) alespoň jednu selektivní nekatalytickou redukční jednotku, která obsahuje alespoň jedno selektivní nekatalytické redukční zařízení a kotel, uvedenou redukční jednotku uzpůsobenou pro příjem odpadního proudu vypouštěného ze spalovacího zařízení a alespoň jednoho N0X redukčního činidla nebo jeho rozkladných produktů nebo obou, které jsou schopny reagovat s NOx za vzniku dusíku obsaženého v odpadním plynu, který je vypouštěn z alespoň jedné selektivní nekatalytické redukční jednotky.
27. 27. Zařízení pro výrobu sazí, které obsahuje sazný pecní reaktor pro výrobu sazí a koncového plynu, filtr pro oddělení sazí od koncového plynu, a kotelní agregát pro spalování koncového plynu podle předcházejícího nároku.