CZ309201B6 - Způsob snižování NOx emisí při spalování zbytkového plynu, kotelní agregát a zařízení pro výrobu sazí - Google Patents

Abstract

Způsob snižování NOx emisí při spalování zbytkového plynu, který zahrnuje zavádění zbytkového plynu obsahujícího NOx, NOx prekurzory, nebo obojí, kde x je kladná hodnota, do spalovacího zařízení, přičemž spalovací zařízení obsahuje nádobu mající vrchní část, spodní část, alespoň jeden vstup zbytkového plynu poblíž vrchní části nádoby, alespoň jeden vstup ředidla, výstup odpadního plynu poblíž spodní části nádoby, přičemž plyn proudí v podstatě ve směru od vrchní části do spodní části nádoby; zavádění ředidla obsahujícího alespoň jednu složku zvolenou z (i) 25 % hmotn. nebo více, vztaženo k celkové hmotnosti, odpadního plynu vypouštěného z alespoň jedné procesní jednotky umístěné ve směru proudu za spalovacím zařízením nebo (ii) odpadního plynu z hořáku zbytkového plynu nebo sušičky sazí do spalovacího zařízení pro regulaci teploty na 950 °C až 1100 °C, přičemž ředidlo se zavádí do horních 33 % výšky nádoby spalovacího zařízení. Kotelní agregát pro spalování zbytkového plynu a zařízení pro výrobu sazí obsahující kotelní agregát.

Description

Způsob snižování NO_X emisí při spalování zbytkového plynu, kotelní agregát a zařízení pro výrobu sazí

Oblast techniky

Předložený vynález se týká způsobů snižování NO_X emisí při spalování zbytkového plynu. Předložený vynález se rovněž týká kotelního agregátu pro snižování NO_X emisí při spalování zbytkového plynu a zařízení pro výrobu sazí, jehož částí je takový kotelní agregát.

Dosavadní stav techniky

Uhelná paliva a další organický materiál jsou spalovány v celé řadě průmyslových procesů. Pro spalování uhelných paliv se používají reakční pece, spalovací motory, spalovací komory, kotle, pece, topná tělesa, generátory horkého plynu, hořáky, spalovny odpadů apod. 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. Aby se uhelná paliva dokonaleji spalovala, a produkovala přitom méně emisí oxidu uhelnatého (CO) a nespálených uhlovodíků, používá se přebytku vzduchu. Použití přebytku vzduchu může umožnit vyšší teploty plamene. Bohužel, spalování při vysokých teplotách může generovat termální oxidy dusíku (často označované jako NO_X). Volné radikály dusíku a kyslíku ve vzduchu mohou reagovat při tak vysokých spalovacích teplotách, za vzniku NO_X. NO_X rovněž vzniká jako výsledek oxidace látek obsahujících dusík obsažených v palivu, jako například v topném oleji, komunálním pevném odpadu a uhlí. Emise NO_X jsou regulovány 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 povolených úrovní NO_X emisí.

Dřívější techniky dodatečného zpracování odpadu snižovaly emise NO_X 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 NO_X emisí. NSCR způsob může zahrnovat použití nespálených uhlovodíků a CO pro redukce NO_X emisí za absence O₂. Poměry palivo/vzduch se musí regulovat, aby se zajistil mírný přebytek O₂. Jak redukční, tak oxidační katalyzátory jsou zapotřebí pro odstranění emisí CO a uhlovodíků, a současně rovněž pro dosažení redukce NO_X. Plyny odváděné ze spalování, které obsahují přebytek O₂, obecně vyžadují chemické redukční činidlo (redukční činidla) pro odstranění NO_X. 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 NO_X redukce. Pokud jde o SCR, instalační a provozní náklady katalyzátorového systému nemusí být únosné. SNCR procesy mohou zahrnovat zavedení NO_Xredukčních činidel do odpadního proudu za absence katalyzátoru a zvýšené teploty pro dosažení NO_X redukce. Pokud jde o předešlé SNCR, vzrůstá zvýšený zájem o řešení problémů spojených s únikem NH₃ a emisemi CO jako vedlejšího produktu.

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, rekuperuje 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 například vzduch nebo kyslík, za vzniku horkých spalovacích plynů, které následně procházejí do části pece s reaktorem. V reaktoru se uhlovodíková výstupní surovina vystaví

- 1 CZ 309201 B6 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 saze oddělí od zbytkového plynu. Získané saze se typicky podrobí finální úpravě na prodejný produkt, postupem, jako je například, rozemletí a peletizace za mokra. Voda z peletizace se zpravidla odvádí za použití sušičky, která může být vytápěna plynem, olejem, provozním plynem, jako je například zbytkový 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 zbytkový plyn. Jiné emise než přímo odventilované emise zbytkového plynu se vypouštějí za použití fléry. Zbytkový plyn může obsahovat složky spalitelného plynu. Složení zbytkového plynu po oddělení sazí a před jakýmkoliv dalším dodatečným zpracováním se může lišit podle kvality sazí, které se vyrábějí a podle dalších provozních parametrů. Nezpracovaný zbytkový plyn z výroby uhlíku může zpravidla zahrnovat kombinace částic, oxidu uhelnatého (CO), termálních oxidů dusíku, simých sloučenin, póly cyklické organické látky, stopové prvky a další složky.

Původci předloženého vynálezu si uvědomili, že plyny obsahující dusíkaté vedlejší produkty spalování mohou v některých aplikacích zahrnovat NO_X prekurzory, které mohou rovněž vyvolávat zájem z hlediska kontroly NO_X emisí. Také si uvědomili, že proud zbytkového plynu ze způsobu výroby pecních sazí může například obsahovat NO_X prekurzory odvozené z paliva, které nebyly dříve plně uváženy a vyřešeny. Kromě toho se původci předloženého vynálezu uvědomili, 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 nebyly doposud zcela realizovány nebo dosaženy, dokud nebyly vyvinuty způsoby a uspořádání podle předloženého vynálezu.

Podstata vynálezu

Prvním aspektem předmětu vynálezu v hlavním provedení (i) je způsob snižování NO_X emisí při spalování zbytkového plynu, který zahrnuje:

zavádění zbytkového plynu do spalovacího zařízení, které má teplotu vhodnou pro spalování zbytkového plynu, přičemž zbytkový plyn obsahuje NO_X, NO_X prekurzory nebo obojí, kde x je kladná hodnota; a přičemž spalovací zařízení obsahuje nádobu mající vrchní část, spodní část, alespoň jeden vstup zbytkového plynu poblíž vrchní části nádoby, alespoň jeden vstup ředidla, výstup odpadního plynu poblíž spodní části nádoby, přičemž plyn proudí v podstatě ve směru od vrchní části do spodní části nádoby;

zavádění ředidla do spalovacího zařízení pro regulaci teploty na 950 °C až 1100 °C, jehož podstata spočívá v tom, že ředidlo je zaváděno do horních 33% výšky nádoby spalovacího zařízení, přičemž ředidlo obsahuje alespoň jednu složku zvolenou z (i) 25 % hmotn. nebo více, vztaženo k celkové hmotnosti, odpadního plynu vypouštěného z alespoň jedné procesní jednotky umístěné ve směru proudu za spalovacím zařízením nebo (ii) odpadního plynu z hořáku zbytkového plynu nebo sušičky sazí.

Výhodná provedení prvního aspektu vynálezu zahrnují zejména (ii) způsob podle provedení (i), kde zbytkový plyn pochází z alespoň jedné pece pro výrobu sazí;

(iii) způsob podle provedení (i), kde zbytkový plyn má dobu zdržení ve spalovacím zařízení od 0,2 s do 5 s;

(iv) způsob podle provedení (i), který dále zahrnuje vedení výtoku ze spalovacího zařízení do alespoň jedné selektivní nekatalytické redukční jednotky, která má teplotu od 850 °C do 1100 °C;

-2CZ 309201 B6 (v) způsob podle provedení (iv), kde alespoň jedna selektivní nekatalytická redukční jednotka má poměr objemu selekticního nekatalytického reaktoru SNCRk objemu kotle, v rozmezí od 0,1 do 10;

(vi) způsob podle provedení (i), který dále zahrnuje a) zavádění alespoň jednoho NO_X redukčního činidla do alespoň jedné selektivní nekatalytické redukční jednotky umístěné ve směru proudu za spalovacím zařízením, b) zavádění alespoň jednoho NO_X redukčního činidla do spalovacího zařízení nebo c) jak a), tak b), přičemž v případě a) a b) NO_X redukční činidlo nebo jeho rozkladné produkty nebo oba reagují s NO_X za vzniku dusíku zahrnutého do odpadního plynu vypouštěného z alespoň jedné selektivní nekatalytické redukční jednotky;

(vii) způsob podle provedení (vi), kde ředidlo obsahuje 25 % hmota; nebo více, vztaženo k celkové hmotnosti, odpadního plynu vypouštěného z alespoň jedné selektivní nekatalytické redukční jednotky, a alespoň část NO_X redukčního činidla se zavádí přímo do alespoň jedné selektivní nekatalytické redukční jednotky;

(viii) způsob podle provedení (vi), kde zbytkový plyn zaváděný do spalovacího zařízení obsahuje 4 % hmota; nebo méně vody a ředidlo obsahuje 30 % hmota; nebo více, vztaženo k celkové hmotnosti, 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;

(ix) způsob podle provedení (viii), kde odpadní plyn se 9e do spalovacího zařízení ze stejné selektivní nekatalytické redukční jednotky, do které se přímo zavádí NO_X redukční činidlo;

(x) způsob podle provedení (vi), kde ředidlo obsahuje alespoň část odpadního plynu z alespoň jedné selektivní nekatalytické redukční jednotky, a alespoň část NO_X redukčního činidla se zavádí do spalovacího zařízení;

(xi) způsob podle provedení (vi), kde ředidlo obsahuje odpadní plyn z hořáku zbytkového plynu nebo sušičky sazí a volitelně se alespoň část NO_X redukčního činidla zavádí do spalovacího zařízení;

(xii) způsob podle provedení (vi), kde ředidlo obsahuje odpadní plyn ze sušičky sazí a volitelně se alespoň část NO_X redukčního činidla zavádí do spalovacího zařízení;

(xiii) způsob podle provedení (vi), kde NO_X redukčním činidlem je močovina, amoniak nebo obojí;

(xiv) způsob podle provedení (vi), kde NO_X redukční činidlo obsahuje vodný roztok močoviny;

(xv) způsob podle provedení (i), kde ředidlo obsahuje odpadní plyn ze sušičky sazí mající teplotu vyšší než 200 °C;

(xvi) způsob podle provedení (i), který dále zahrnuje zavádění paliva, jiného než zbytkový plyn, do spalovacího zařízení;

(xvii) způsob podle provedení (i), kde výtok ze spalovacího zařízení se vede do alespoň jedné selektivní nekatalytické redukční jednotky prosté jakéhokoliv pláště intervenujícího se sáláním, snižující teplotu výtoku o více než 10 °C před zaváděním výtoku do alespoň jedné selektivní nekatalytické redukční jednotky;

(xviii) způsob podle provedení (i), kde zaváděním ředidla se dosáhne alespoň 10% snížení, vyjádřeno hmotnostně, NO_X v odpadním plynu, vzhledem k NO_X v odpadním plynu získaném za použití spalovacího zařízení pracujícího při teplotě 1200 °C;

(xix) způsob podle provedení (i), kde zbytkový plyn, který se zavádí do spalovací pece, má výhřevnost od 1490,4 do 4471,07 kJ/m³;

-3 CZ 309201 B6 (xx) způsob podle provedení (i), kde spalování zbytkového plynu zaváděného do spalovacího zařízení je doprovázeno termální tvorbou NO_X, která představuje minoritní reakci probíhající při spalování zbytkového plynu;

(xxi) způsob podle provedení (i), kde spalování zbytkového plynu zaváděného do spalovacího zařízení probíhá v podstatě při absenci termální tvorby NO_X;

(xxii) způsob podle provedení (i), kde spalování zbytkového plynu zaváděného do spalovacího zařízení probíhá bez termální tvorby NO_X;

(xxiii) způsob podle provedení (i), který zahrnuje regulaci poměru vzduchu k palivu ve spalovacím zařízení, do kterého se zavádí zbytkový plyn, přičemž se reguluje teplota plamene ve spalovacím zařízení vstřikováním ředidla, přičemž zbytkový plyn obsahuje NO_X, NO_X prekurzory nebo obojí, kde x je kladná hodnota, a koncentrace kyslíku ve výtoku ze spalovacího zařízení se snižuje bez zvýšení teploty spalovacího zařízení ve srovnání s regulací teploty plamene ve spalovacím zařízení bez vstřikování ředidla;

(xxiv) způsob podle provedení (xxiii), který dále zahrnuje vedení výtoku ze spalovacího zařízení do alespoň jedné selektivní nekatalytické redukční jednotky, přičemž koncentrace O2 v odpadním plynu vypouštěném ze selektivní nekatalytické redukční jednotky je nižší než 8 % obj.;

(xxv) způsob podle provedení (i), kde nádoba obsahuje vertikálně orientovanou spalovací komoru s boční stěnou spojující vrchní a spodní část a horní hořák umístěný uvnitř ve vrchní části komory, která je uzpůsobena pro příjem paliva z vnějšího zdroje paliva;

Druhým aspektem předmětu vynálezu (provedení vynálezu (xxvi)) je způsob snižování NO_X emisí ve spalovaném zbytkovém plynu, který zahrnuje:

zavádění zbytkového plynu ze spalování alespoň jednoho uhlovodíku do spalovací pece, kde zbytkový plyn obsahuje NO_X a NO_X prekurzory, kde x je kladná hodnota;

zavádění ředidla do spalovací pece pro regulaci teploty spalovací pece na 950 °C až 1100 °C; kde ředidlo je zaváděno do horních 33 % výšky nádoby spalovacího pece, přičemž ředidlo obsahuje alespoň jednu složku zvolenou z (i) 25 % hmota, nebo více, vztaženo k celkové hmotnosti, odpadního plynu vypouštěného z alespoň jedné procesní jednotky umístěné ve směru proudu za spalovací pecí nebo (ii) odpadního plynu z hořáku zbytkového plynu nebo sušičky sazí; vedení výtoku ze spalovací pece do alespoň jedné selektivní nekatalytické redukční jednotky mající teplotu od 850 °C do 1100 °C;

zavádění alespoň jednoho NO_X redukčního činidla do alespoň jedné selektivní nekatalytické redukční jednotky, spalovací pece nebo obou, přičemž NO_X redukční činidlo nebo jeho rozkladné produkty nebo obojí reagují s NO_X za vzniku dusíku, který je zahrnut do odpadního plynu vypouštěného z alespoň jedné selektivní nekatalytické redukční jednotky.

Třetím aspektem předmětu vynálezu (provedení vynálezu (xxvii)) je kotelní agregát pro spalování zbytkového plynu, který obsahuje:

(I) spalovací zařízení obsahující nádobu mající vrchní část, spodní část, alespoň jeden vstup zbytkového plynu poblíž vrchní části nádoby, alespoň jeden vstup ředidla, výstup odpadního plynu poblíž spodní části nádoby, přičemž plyn proudí v podstatě ve směru od vrchní části do spodní části nádoby, přičemž spalovací zařízení je uzpůsobeno pro přijímání:

(a) zbytkového plynu obsahujícího NO_X, NO_X prekurzory nebo obojí, a (b) ředidlo typu(typu) a množství vhodných pro regulaci teploty spalovacího zařízení na 950 °C až 1100 °C, přičemž ředidlo lze zavádět do horních 33 % výšky nádoby spalovacího zařízení a přičemž ředidlo obsahuje alespoň jednu složku zvolenou z (i) 25 % hmota, nebo více, vztaženo k celkové hmotnosti, odpadního plynu vypouštěného z alespoň jedné procesní jednotky umístěné

-4CZ 309201 B6 ve směru proudu za spalovacím zařízením nebo (ii) odpadního plynu z hořáku zbytkového plynu nebo sušičky sazí;

(II) alespoň jednu selektivní nekatalytickou redukční jednotku, která obsahuje alespoň jedno selektivní nekatalytické redukční zařízení a kotel, redukční jednotku uzpůsobenou pro příjem výtoku ze spalovacího zařízení a alespoň jednoho NO_X redukčního činidla nebo jeho rozkladných produktů nebo obou, které jsou schopny reagovat s NO_X za vzniku dusíku zahrnutého do odpadního plynu, který je vypouštěn z alespoň jedné selektivní nekatalytické redukční jednotky a recirkulačního potrubí uzpůsobeného pro vracení výtoku z redukční jednotky do alespoň jednoho vstupu ředidla do spalovacího zařízení.

Čtvrtým aspektem předmětu vynálezu (provedení vynálezu (xxviii)) je zařízení pro výrobu sazí, které zahrnuje:

reaktor v podobě pece pro výrobu sazí a zbytkového plynu, filtr pro oddělení sazí od zbytkového plynu, a kotelní agregát pro spalování zbytkového plynu podle provedení (xxvii).

V přednostním provedení (xxix) nádoba v zařízení podle provedení (xxviii) zahrnuje vertikálně orientovanou spalovací komoru s boční stěnou spojující vrchní a spodní část a horní hořák umístěný uvnitř ve vrchní části komory, která je uzpůsobena pro příjem paliva z vnějšího zdroje paliva.

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

„Spalování” může zahrnovat hoření, spalování, pyrolýzu, koksování nebo jejich libovolné kombinace, není-li naznačeno jinak.

„Regulace”, pokud jde o spalování spojované se zbytkovým plynem, označuje alespoň redukci hladiny NO_X, která jinak probíhá bez preventivního kroku(kroků).

Pokud není uvedeno jinak objem plynu udávaný v m³ se rozumí za normálních podmínek (0 °C, 101,325 kPa).

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.

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.

Objasnění výkresů

Obr. 1 znázorňuje blokový diagram ukazující zobecněný způsob dodatečného zpracování zbytkového plynu ze spalovacího zařízení za účelem redukce oxidů dusíku v zbytkovém plynu podle příkladu předloženého vynálezu.

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

Obr. 3 znázorňuje schéma technologického postupu ukazující porovnání systému pro dodatečné zpracování zbytkového plynu obsahujícího spalovací pec a SNCR systém.

-5CZ 309201 B6

Obr. 4 znázorňuje schéma technologického postupu ukazující systém pro dodatečné zpracování zbytkového plynu, který zahrnuje spalovací pec a SNCR systém podle jednoho příkladu předloženého vynálezu.

Obr. 5 znázorňuje schéma technologického postupu ukazující systém pro dodatečné zpracování zbytkového plynu, který zahrnuje spalovací pec a SNCR systém podle jednoho příkladu předloženého vynálezu.

Obr. 6 znázorňuje schéma technologického postupu ukazující systém pro dodatečné zpracování zbytkového plynu, který zahrnuje spalovací pec a SNCR systém podle jednoho příkladu předloženého vynálezu.

Obr. 7 znázorňuje schéma technologického postupu ukazující systém pro dodatečné zpracování zbytkového 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.

Obr. 8 znázorňuje graf ukazující modelovou predikci NO_X versus teplota spalovací pece (T) při maximálních testovaných průtocích (125 000 m³/h celkového odpadního plynu do komína) pro systém pro dodatečné zpracování použitý v příkladech.

Obr. 9 znázorňuje graf ukazující modelovou predikci poměru NO_X versus recyklovaný odpadní plyn (FGR) při maximálních testovaných průtocích (125 000 m³/h celkového odpadního plynu do komína) pro systém pro dodatečné zpracování použitý v příkladech.

Podrobný popis vynálezu

Předložený vynález se týká redukce NO_X při spalování zbytkového plynu, kdy se ředidlo zavádí s cílem snižovat teplotu spalování a regulovat produkci NO_X. V některých komerčně významných zbytkových plynech, které vznikají při procesech spalování, emise oxidů dusíku nepocházejí jen ze samotných termálních NO_X nebo dokonce v prvé řadě z nich. Produkce zbytkového plynu při výrobě sazí, například, může přinášet palivový dusík jako směs NO_X prekurzorů (například amoniak, HCN, atd.), označovanou zde jako „NPC”. NPC lze oxidovat na NO_X ve spalovacích pecích, pokud nejsou emise zmírněny způsoby podle předloženého vynálezu. Způsoby podle předloženého vynálezu mohou účinně regulovat operace spalování zbytkového plynu tak, aby se redukovaly NO_X emise, které lze přičíst NPC, termálním oxidům, a/nebo NO_X majícím libovolný další původ. Termální NO_X, například, mohou představovat například minoritní reakci nebo zdroj NO_X objevující se při spalování zbytkového plynu, který se redukuje ve způsobech předloženého vynálezu. NPC mohou být převažujícím zdrojem produkce NO_X při spalování zbytkového plynu, který je redukován ve způsobech podle předloženého vynálezu. Spalování zbytkového plynu ve způsobech podle předloženého vynálezu může probíhat za významnější absence termálních NO_X (například obsah termálních NO_X je menší než asi 10 % hmotn. nebo menší než asi 5 % hmotn. nebo menší než asi 1 % hmotn., vztaženo k celkové hmotnosti všech NO_X) nebo za úplné absence termálních NO_X. Termální NO_X mohou být převládající (tj. 50 % nebo více) formou NO_X, která se reguluje při spalování zbytkového plynu v rámci způsobu předloženého vynálezu.

Zpracování spalovacího zbytkového plynu s cílem redukovat NO_X 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 zbytkového plynu. Ředidlo se zavádí do spalovací pece zbytkového plynu způsobem, který je dostačující pro snížení nebo regulaci teploty spalovací pece na asi 950 °C až asi 1100 °C. Zjistilo se, že například v tomto teplotním rozmezí lze redukovat NO_X emise ze zbytkových plynů z výroby sazí a dalších procesů zahrnujících spalování. Kromě toho tuto teplotu ve spalovacím zařízení lze regulovat například na hodnoty, které jsou rovněž použitelné pro účinnou operaci při SNCR. Ředidlo je typicky plynné nebo

-6CZ 309201 B6 se jedná o materiál (například kapalnou suspenzi) přeměnitelný na plynný stav po zavedení do prostoru se zvýšenou teplotou 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 snížení teploty spalovacího zařízení, tak SNCR mohou redukovat NO_X emise ze zbytkového plynu. Obecně SNCR pracuje s 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 NO_X ze zbytkového plynu, což může být rozmezí nižší než ideální rozmezí teploty pro regulaci NO_X při spalování ve spalovací peci. Recyklace odpadního plynu vypouštěného z SNCRpři 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, použít jako zdroj ředidla pro zavádění do spalovací pece zbytkového plynu. Kromě toho, lze zavádění ředidla do spalovací pece provádět ve spojení se zaváděním NO_X redukčního činidla (například močoviny, roztoku amoniaku) v SNCR, pokud se použije v kombinaci se spalovací pecí nebo ve spalovací peci nebo v obou, za účelem dalšího snížení NO_X emisí. Redukce teplot spalovací pece zaváděním ředidla do spalovací pece lze umožnit zaváděním redukčního činidla do spalovací pece, přímo nebo přes recyklovaný odpadní plyn.

Obr. 1 ukazuje příklad generalizovaného způsobu 1 podle předloženého vynálezu pro dodatečné zpracování zbytkového plynu ze spalovacího zařízení ve spalovací peci a SNCR systému („ISS”) s cílem redukovat oxidy dusíku a jejich prekurzory v zbytkovém 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 NO_X, prekurzory NO_X nebo obojí. V bloku 1B se zbytkový plyn vypouštěný ze spalovacího zařízení (například sazného reaktoru apod.) zavádí do systému pro dodatečné zpracování, které obsahuje spalovací pec a SNCR. Ředidlo se zavádí do spalovací pece ISS s cílem snížit teplotu spalovací pece na teplotu účinnou pro redukce NO_X ve zbytkovém plynu (například asi 950 °C až asi 1100 °C). Ředidlo lze například recyklovat zpracováním zbytkového plynu nebo lze použít ředidlo ze zdroje mimo ISS. Činidlo redukující oxidy dusíku lze zavádět do ISS s cílem odstraňovat NO_X, prekurzory NO_X nebo obojí, a poskytovat zpracovaný odcházející plyn s nižší hladinou NO_X. Vzduch nebo další zdroj obsahující kyslík (například 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 zbytkového plynu. Ačkoliv použití SNCR, jak je znázorněno na obr. 1, může být výhodně zahrnuto pro posílení redukce NO_X již dosažené ve spalovací peci způsoby podle předloženého vynálezu, není takové kombinované použití nutně vyžadováno pro splnění konkrétní redukce NO_X potřebné pro každou situaci. Například, jsou zde uvedeny příklady předloženého vynálezu, kde může být ředidlem pro spalovací pec zdroj z kteréhokoliv recirkulovaného odpadního plynu opouštějícího SNCR.

Typ spalovacího zařízení, na které lze aplikovat následné zpracování, jehož cílem je redukce NO_X podle předloženého vynálezu, není nikterak konkrétně omezen 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 NO_X 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 (například 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.

-7 CZ 309201 B6

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

Pro účely tohoto vynálezu, NO_X představuje zastřešující výraz označující všechny oxidy dusíku. Přesná povaha NO_X se může měnit v závislosti na okolních podmínkách a hladině kyslíku. Normálně se NO_X tvoří jako NO ale, potom, co se dostane do atmosféry, se většina NO_X převede naN02. Z tohoto důvodu většina orgánů životního prostředí bude pro své zprávy a hlášení používat NO2 ekvivalentní koncentrace. Tato konvence je zde převzata.

Aniž bychom se vázali na kteroukoliv konkrétní teorii, předpokládá se, že s tvorbou sazí jsou spojeny alespoň tři mechanizmy tvorby NO_X:

1) Termální NO_X. Při vysokých teplotách (> 1500 °C), budou ve vzduchu reagovat dusík a kyslík za vzniku NO_X. Paliva s vysokou výhřevností, jako je například zemní plyn, mohou vytvářet teploty plamene, které přesahují tyto teploty. Takže například, hořáky na výrobu sazí na zemní plyn produkují termální NO_X. Nicméně zbytkový plyn, jak je specifikován ve zde uvedených příkladech, má nízkou výhřevnost; jeho adiabatická teplota plamene leží pod 1400 °C, takže termální NO_X nejsou emitovány se zbytkovým plynem spalovacích pecí, sušáren nebo spalovacích hořáků (pokud se souběžně nezavádí zemní plyn).

2) Palivové NO_X. Toto může být převládající zdroj NO_X v závodech pro zpracování pecních sazí, například, takových, která jsou naznačena ve zde uváděných příkladech. Palivové NO_X pocházejí z dusíku obsaženého ve vstupní surovině. U normálního spalování paliva (například uhlí), je mechanizmus jednoduchý: N ve výchozí surovině se oxiduje přímo naNO_x. Při výrobě sazí, je zde další krok. Protože výroba sazí v sobě nese kombinaci oxidace, pyrolýzy a hydrolýzy výchozí suroviny, přičemž reakce sazí uvolňuje kromě NO_X i redukované dusíkaté látky, jako jsou HCN a NH3, zbytkový plyn v peci pro výrobu sazí, která je zde ilustrativně uvedena, s sebou nese palivový dusík jako směs NOx prekurzorů („NPC”). Tyto NPC se následně oxidují na NO_X ve spalovací peci (pecích) zbytkového plynu.

3) Okamžité NO_X. Tyto se tvoří, jakmile uhlovodíkové volné radikály vznikající při spalování reagují s dusíkem. Obecně se má zato, že je bezvýznamným přispěvatelem v porovnání s palivovými a termálními NO_X. To je zejména případ zbytkového plynu ze sazného procesu, který může obsahovat nepatrné množství uhlovodíků.

Přesto, že není žádoucí vázat se na určitou konkrétní teorii, k tvorbě NO_X v zařízení pro výrobu pecních sazí může například docházet ve dvou různých krocích:

Krok 1. Sazný reaktor a hořák: Termální NO_X z reakce sazí a dusíku z výchozí suroviny, FSN, lze převést v sazném reaktoru na HCN, NH3 a NO_X a malé množství N2. Dusík v prekurzorech v proudu zbytkového plynu lze přímo ovlivňovat NO_X emise ze spalování zbytkového plynu. Je nutné kvantifikovat obsah prekurzorů dusíku v proudu zbytkového plynu. Tuto kvantifikaci lze vyjádřit následujícím způsobem:

Y1 (Fn,NPc)/(Fn, výchozí surovina + F^_P) (1), kde Fn,npc znamená hmotnostní nebo molový tok NPC (NH3, HCN, NO_X) v zbytkovém plynu, Fn, výchozí surovina znamená hmotnostní nebo molový tok N atomů ve výchozí surovině. F NO_x,p znamená molový tok NOx v hořáku.

Množství NOx vytvořených v reaktoru, které pochází z termálních NO_X nebo palivových NO_X z hořáku nemusí být vždy známo. Přídavné nebo termální NO_X z hořáku pro výrobu sazí mohou způsobit, že Yi přesáhne 100 %. Pro účely pochopení dopadu, který bude spalování mít na NO_X úroveň ve finálním produktu v kroku 2 může být postačující, pokud se ví, jaká je úroveň NPC ve vstupní surovině.

-8CZ 309201 B6

Krok 2: Spalování zbytkového plynu: V tomto kroku se NPC oxidují na NO_X. Nicméně NO_X může následně dále reagovat s NPC za vzniku N₂. Je to tato druhá reakce, kterou je žádoucí podpořit ve spalovací peci, aby se minimalizovala účinnost tvorby NO_X v druhém kroku:

r, = (2), ^N,NPCs kde Fn, NO_x je N hmotnostní nebo molový tok v odpadním plynu NO_X.

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

Fv, NOx = Yi Y2 (Fn,výchozí surovina + FNOxU (3)

Lze vyvinout fúnkční mapu Y2 versus provozní podmínky spalovací pece pro spalování zbytkového plynu. Aby mohla být vytvořena, lze například změřit NPC s nebo bez modelace nebo analýzy Yi versus provoz sazného reaktoru.

Jakmile se změří NO₂ koncentrace a proudy, jako například ve zde uvedených příkladech, lze množství N vyjádřit ve smyslu ekvivalentních úrovní NO₂. Takže namísto vyjádření NPC v zbytkovém plynu a obsahu dusíku ve výchozí surovině jako moly nebo kg N, lze vypočítat teoretické maximum úrovně NO₂ jako by se veškerý N v FS nebo TG v odpadním plynu převedl na NO₂ (tj. Yj=Y2=l), jak je to použito ve zde uvedených příkladech.

U předloženého vynálezu lze redukce NO_X realizovat jako prevenci, za použití lepších spalovacích technik nebo jako nápravné opatření, za použití buď močoviny nebo amoniaku jako NO_X redukčního činidla nebo jako kombinace obou. V obou případech, jak prevence, tak nápravného opatření, lze stejné reakce optimalizovat tak, aby se minimalizovala tvorba NO_X, a maximalizovala destrukce NO_X. Klíčové reakce mohou být následující:

Reakce tvořící termální NO_X, která není zpravidla významná při teplotách spalování zbytkového plynu, jako jsou například 950 °C až 1100 °C:

N₂+O₂^2NO(4);

reakce tvořící palivové NO_X:

NH₃ + %O₂^>NO + %Η₂Ο(5)

HCN+%O₂ ~^NO + /₂H₂O + CO₂ (6); a reakce rozkládající NO_X:

NH₃+NO + yO₂ -+N₂+yH₂O(7)

HCN+NO + yO₂ -+N₂ +y₂H₂O + CO₂(8)

CO + NO^y₂N₂+CO₂(9).

Pokud jde o nápravné opatření selektivní katalytickou redukcí (SCR) a selektivní nekatalytickou redukcí (SNCR), lze v SCR a SNCR vstřikovat buď amoniak nebo močovinu do proudu obsahujícího NO_X. Pokud se použije močovina, potom se rozkládá in situ na amoniak, takže v obou případech se NO_X 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 vzhledem k NO_X normálně pozorovanému v odpadním plynu. V konkurenci s požadovanou redukční reakcí probíhá naznačená oxidační reakce (5). Tato reakce spíše dává vznik NO namísto, aby jej rozkládala. Pň

-9CZ 309201 B6 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 ani NO_X ani NH3, takže se NO_X neodstraní, a nezreagovaný NH3 „vyklouzne” ven z reaktoru. Toto může efektivně vytvářet úzký prostor pro provoz v SNCR mezi asi 850 °C a 1000 °C. To může rovněž omezovat účinnost SNCR. V praxi, dodavatelé SNCR zpravidla negarantují více než 70% NO_X rozklad, a při nižších NO_X koncentracích (< 150 mg/m³), často garantují pouze 35 % až 40 %. Aby se zlepšila NO_X 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 přednostní.

Další důležitou provozní proměnnou ovlivňující tvorbu NO_X může být poměr vzduchu-ku-palivu ve spalovacím zařízení. Vyšší přebytek O2 v plameni podporuje reakce (4) a (5) tvořící NO_X více než reakce (7) a (8) v případě SCNR. Poměry vzduchu-ku-palivu rovněž ovlivňují spalovací teplotu, která zase ovlivňuje tvorbu NO_X. Předložený vynález rozpojuje tyto dva faktory a minimalizuje redukce NO_X.

I když není žádoucí vázat se na konkrétní teorii, protože NO_X tvorba při spalování zbytkového plynuje dominantní například při výrobě sazí při použití palivových NO_X, původci tohoto vynálezu zjistili, že stejnou kinetiku a optimalizační strategii používanou v SNCR designu lze aplikovat na prevenci produkce NO_X z NPC ve spalovací peci. Například, pokud je poskytnuta dostatečně dlouhá dobu zdržení ve spalovací peci, a teploty ve spalovací komoře se udržují pod 1100 °C, potom lze redukovat NO_X emise. Ředicí 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 ředicích plynů lze pro moderování teploty spalovací pece použít ředicí 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 energie nebo tepla zbytkového plynu, které by normálně odcházely a vytvářely páru. Za druhé, přebytek vzduchu může urychlit oxidaci CO, a to může redukovat nebo zastavit kinetiku reakce (9), což je důležitý další způsob redukce NO_X. Takže výhodný způsob snížení teploty ve spalovacím zařízení zbytkového plynu (spalovací peci) je recirkulace odpadního plynu, například z SNCR jednotky nebo odpadního plynu ze sušičky sazí 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 redukce NO_X, například vybavením spalovací pece množinou bodů, například primárního a sekundárního, vstřikování vzduchu. Toto lze realizovat tak, aby se část NH3 a HCN zoxidovala za vzniku NO_X v prvním stupni a tak aby se vytvořila vyvážená směs NH3/HCN a NO_X, která může reagovat přes naznačené reakce (5) a (6) v druhém oxidačním stupni pro vytvoření N2.

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

Například na obr. 2 vztahová značka 100 označuje obecně zařízení nebo systém pro výrobu sazí, který zahrnuje systém 9 pro dodatečné zpracování (spalovací pec/SNCR systém (ISS)). Zařízení 100 může například zahrnovat reaktor 2 pecního typu, který může být libovolného v dané oblasti známého typu, filtr 5 (pytlový filtr) pro oddělení sazí 11 od odpadního plynu neboli zbytkového plynu 7 z ochlazeného kouře 6 vycházejícího z reaktoru, peletizátor 10. sušičky 14. zahřívané pecí 13. pro vytvoření vysušených sazných pelet 27, a systém 9 spalovací pece a SNCR („ISS”) pro dodatečné zpracování zbytkového plynu 7 ve snaze redukovat NO_X emise ze zařízení. ISS 9 se používá pro redukci emisí oxidů dusíku v zbytkovém plynu 7 před odvětráním do atmosféry ve formě plynných emisí 24. Jak je naznačeno, ISS 9 poskytuje zpracování zbytkového plynu ředidlem zaváděným ve spalovací peci a zavádění NO_X redukčního činidla v uspořádáních, která rovněž zahrnují SNCR účinné pro snížení NO_X emisí. Jak naznačují volby znázorněné přerušovaně, část 22 nebo veškerý odpadní plyn ze sušičky 14

-10 CZ 309201 B6 lze odbočit do ISS 9, a část 23 zbytkového plynu 7 lze odbočit do pece 13 pro sušičku 14.

Pokud jde o další složky znázorněné pro zařízení 100, reaktor 2 má svůj odtah napojen na chladič 3 pomocí potrubí 4 přičemž chladič (například tepelný výměník) 3 je spojen s následným filtrem 5 pomocí potrubí 6 a filtr 5 je opatřen ventilátorem 17 pro uvolnění zbytkového plynu 7. Filtr 5 je rovněž napojen na následný peletizátor 10 pomocí potrubí 11, skrze které jsou vedeny získané saze. Jak je znázorněno, pelety, které se produkují v peletizátoru 10, lze vést skrze potrubí 12 do sušičky 14, 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).

Reaktor 2 může být libovolného v daném oboru známého typu a je tvořen předehřívací zónou 18. 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. V reakční zóně 16 může být poskytnuto hrdlo 19 mající konvergentní průměr nebo Venturiho trubice. V popsaném typu reaktoru, se uhlovodík tvořící saze pyrolyzuje kontaktem s horkými spalovacími plyny, přičemž uhlovodíková surovina sloužící jako palivo je zaváděna vstřikovacím prostředkem 20. Jak je naznačeno naobrázku, lze případně spolu s výchozí surovinou do reaktoru zavést jeden nebo více typů aditiv (šipka s přerušovanou čarou). V popsaném reaktoru kouř produkovaný horkými spalovacími plyny a pyrolyzovaný 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 zhášecí tekutiny komunikuje s reakční zónou 16 reaktoru 2. Vstup 15 zhášecí tekutiny je naznačen v pozici následující za hrdlem 19 (Venturiho trubicí) reaktoru. Zhášecí tekutina přiváděná vstupem 15 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 chladiče 3. Chladič 3 může být libovolného vhodného typu včetně těch, které j sou v daném oboru známy a používány pro tuto funkci. Libovolné další finální chlazení lze realizovat vstřikováním další zhášecí tekutiny (vody) potrubím 21 do kouře v potrubí 6 mezi chladičem 3 a filtrem 5.

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 ventilátorem. Sušičkou 14 může být například sušička sazných pelet, která je v daném oboru známá. Teplo pro sušičku může například poskytovat pec 13, která spaluje palivo (například methan, topný olej atd.), zbytkový plyn nebo obojí. Jak je naznačeno, část zbytkového 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.

Pokud jde o obr. 3 až 6, systém pro dodatečné zpracování zbytkového plynu, který zahrnuje spalovací pec a SNCR systém, je znázorněn na obr. 3 pro účely porovnání s několika uspořádáními pro dodatečné zpracování zbytkového 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 zbytkového nebo odpadního plynu spalovacích systémů.

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

Na obr. 3 je znázorněn základní design nízko-NO_x kotle, kde se zbytkový plyn (TG) spaluje, například,

-11 CZ 309201 B6 asi 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 (například ve spodních 33 % výšky nádoby). Zdroj obsahující kyslík lze zavádět do spalovací pece ve snaze zajistit téměř kompletní nebo kompletní spalování zbytkového plynu. NO_X 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 (odstranění) tepla v kotli, který lze použít s SNCR systémem, odpadní plyn opouští kotel, přičemž se dělí na výfuk a FGR* proudy odpadního plynu. U tohoto srovnávacího uspořádání se méně než 25% celkového odpadního plynu (objemových) recykluje, znázorněno jako proud recyklátu FGR*, do pozice „B” v blízkosti stropu spalovací pece (například v horních 33 % výšky nádoby), takže jakékoliv snížení teploty spalovacího zařízení by se omezilo. Zvýšené NO_X redukce lze dosáhnout i za použití odlišných uspořádání, jako jsou například uspořádání znázorněná na obr. 4 až 6 v porovnání s uspořádáním na obr. 3.

Na obr. 4 je znázorněno uspořádání nízko-NO_x 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 zbytkový plyn (TG) obsahuje asi 4 % nebo méně vody, například je ve stavu „suchého zbytkového plynu”, potom se recirkulace odpadního plynu zpravidla zvýší, vztaženo k těmto rozmezím, přičemž všechny ostatní faktory odpovídají. Recirkulace odpadního proudu vypouštěného z SNCR zpět do spalovací pece je například větší než 30 % (obj .)(nebo větší než 40 % nebo výhodně větší než 50 % nebo výhodněji větší než 60 % obj.). U uspořádání znázorněného na obr. 4, se více než 25 % (obj.) celkového odpadního plynu recykluje do pozice „B” v blízkosti stropu spalovací pece (například v horních 33 % výšky nádoby), takže zmírnění teploty spalovacího zařízení může být významné. Tato recyklační procenta lze vyjádřit na gravimetrické bázi (například tuny/hodina atd.). Zdroj obsahující kyslík lze zavádět do spalovací pece s cílem zajistit téměř kompletní nebo zcela kompletní spalování zbytkového plynu. Zavádění FGR jako ředidla do spalovací pece redukuje teplotu spalovací pece na asi 950 °C až 1100 °C v uspořádání podle tohoto obrázku, zatímco SNCR pracuje asi 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 snížení teploty spalovacího zařízení redukuje NO_X emise, a zjistilo se, že použití recyklace odpadního plynu pro regulaci teplot je vysoce výhodným způsobem pro udržení účinnosti kotle.

Na obr. 5 se odpadní plyn recykluje do pozice „B” v blízkosti stropu spalovací pece (například v horních 33 % výšky nádoby), aNO_x redukční činidlo, například močovina, se vstřikuje do vstupu „A” samotné nebo s malým množstvím FGR (například typicky asi 5 % až asi 10 %, ale pokud je proud „B” nízký, potom lze zvýšit až na 40 %) (například 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 zbytkového plynu. Zavádění FGRjako ředidla ve spalovací peci se rovněž redukuje teplota spalovací pece na asi 950°C až 1100 °C v provedení podle tohoto obrázku, zatímco SNCR pracuje asi při 850 °C až 1100 °C. Míra recyklace FGRz SNCR, který se zavádí do pozice „B” spalovací pece, může být podobná 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.

Na obr. 6 je tento design podobný designu znázorněnému na obr. 5 s tou výjimkou, že se pro regulaci teploty ve spalovací peci namísto recyklace odpadního plynu z kotle a SNCR používá zbytkový plyn z hořáku (TGB)Zkouřový (odpadní) plyn (DF)ze sušičky zbytkového plynu. Zdroj obsahující kyslík lze zavádět do spalovací pece, aby se zajistilo téměř kompletní nebo kompletní spalování zbytkového plynu. Zavádění odpadního plynu ze sušičky jako ředidla do spalovací pece redukuje teplotu spalovací pece na asi 950 °C až 1100 °C v tomto provedení, zatímco SNCR pracuje při asi 850 °C až 1100 °C. Toto uspořádání může použít třetí místo vstřikování odpadního plynu. Například místo vstřikování „B” lze

-12 CZ 309201 B6 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 se vstřikováním močoviny, a místo vstřikování „C”, které lze použít pro vstřikování stávajícího přebytku odpadního plynu (FG). Plyn TGB/DF může mít vyšší celkový obsah NO_X a/nebo NPC než FGR (kotel) upřednostněním naznačených reakcí (7) a (8) pro rozklad NO_X. Za použití tohoto schématu lze například dosáhnout ze zařízení pro výrobu pecních sazí rekuperace 15 % energie navíc. Uspořádání z obr. 6 lze kombinovat 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 NO_X, například v přítomnosti NPC.

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 nebo nahrazení recyklovaného odpadního plynu z kotle umožňuje realizovat celou řadu dalších výhod a přínosů. Uze dosáhnout zvýšené účinnosti při rekuperaci energie při výrobě pecních sazí, 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 asi 230 °C nebo jiné nižší teploty. Použití odpadního proudu ze sušičky ve spalovacím zařízení může umožnit kontrolu NO_X v TGB/sušičce bez rekonstrukce TGB/sušičky. Veškeré NO_X vytvořené v hořácích na zbytkový plyn pro sušičky lze rozložit v SNCR. Hořáky/sušičky na zbytkový plyn nemusí mít žádné NO_X odstraňování. Instalace SNCR v kotli na zbytkový plyn může značně zvýšit komplikovanost a náklady. Zaslání odpadního proudu ze sušičky do spalovací pece může redukovat nebo zcela eliminovat náklady. NO_X generované v hořácích na zbytkový plyn mohou odstranit HCN a NH3 z hlavního proudu zbytkového plynu zaváděného do kotle. Pokud se odpadní proud ze sušičky zkombinuje se zbytkovým plynem před vstupem do spalovacího zařízení nebo spalovací pece, NO_X, HCN a NH3 mohou být přítomny současně. To by umožnilo výskyt naznačených reakcí (7) a (8) ve spalovacím zařízení. Toto funguje účinně, protože in situ SCNR redukuje NO_X bez vstřikování redukčního činidla.

Z dalších podrobností týkající se systému spalovací pece a SNCR srovnávacího uspořádání, které je znázorněno na obr. 3 lze uvést, že spalovací zařízení pro spalování spalitelných materiálů lze poskytnout jako spalovací pec, která může obsahovat vertikálně orientovanou spalovací komoru, která obsahuje strop, dno, v podstatě válcovitou boční stěnu spojující strop a dno, a alespoň jeden vstup pro zavádění zbytkového plynu (TG) a alespoň jeden výstup odpadního plynu, které mohou být provedeny v boční stěně. Na stropu 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 výfuk a FGR* proudy. SNCR systém (například SNCR a kotel) produkuje proud odpadního plynu, který lze odvětrat nebo recyklovat (FGR* nebo FGR) do spalovacího zařízení.

U tohoto uspořádání může být parní kotel vybaven SNCR zařízením pro redukce NO_X ve finálním odpadním plynu. Redukční činidlo lze přidat do SNCR za použití rozprašovacích trysek. SNCR může mít množinu rozprašovacích trysek (například jednu až šest nebo více), které mohou být uspořádány vertikálně tři na straně stropu a dna uspořádané za štítem chránícím proti sálání, který odděluje spalovací komoru od trubek generujících páru. SNCR může pracovat tak, že se roztok močoviny a/nebo další NO_X redukční činidlo vstřikují do proudu odpadního plynu pocházejícího ze spalovacího zařízení. Optimální provozní teplota SNCR se může pohybovat od asi 850 °C do 1000 °C nebo od 950 °C do 1000 °C. Umístění SNCR trysek za štítem chránícím proti sálání sleduje předpoklad, že spalovací zařízení bude pracovat při teplotě vyšší než je rozmezí vhodné pro SNCR reakci.

Uze 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

-13 CZ 309201 B6 spalovacího zařízení v blízkosti stropu (například v horních 33 % výšky nádoby) nebo v blízkosti dna (například ve spodních 33 % výšky nádoby) nebo obojí. Recyklace odpadního plynu může zvýšit účinnost kotle, a snížit teplotu ve spalovací komoře. Pokud se teplota ve spalovací komoře redukuje recyklací odpadního plynu (horním vstupním portem) do místa, kde panuje teplota v rozmezí 850 °C až 1000 °C, nemusí být již žádoucí umístit 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 nejužšího 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 NO_X redukčního činidla, protože namísto množiny samostatných trysek, jejichž průtoky je nutné modulovat jednotlivě, lze použít jeden kruhový rozstřik. FGR lze realizovat recirkulací větší než 25 % (výhodně větší než 40 % nebo výhodněji větší než 50 %) odpadního proudu vypouštěného z SNCR systému zpět do spalovací pece jako recirkulovaný plynný proud FGR.

Způsoby a systémy následného zpracování zbytkového plynu předloženého vynálezu mohou mít jeden nebo více následujících znaků.

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

Ředidlo zaváděné do spalovací pece nebo spalovacího zařízení může regulovat teploty spalovacího zařízení na teplotu například od asi 950 °C do asi 1100 °C nebo od asi 975 °C do asi 1100 °C nebo od asi 990 °C do asi 1075 °C nebo od asi 1000 °C do asi 1050 °C nebo od asi 1010 °C do asi 1030 °C nebo v jiném teplotním rozmezí. Zbytkový plyn může mít dobu zdržení ve spalovacím zařízení například od asi 0,2 sekundy do asi 5 sekund nebo více nebo od asi 0,5 sekundy do asi 4 sekund nebo od asi 1 sekundy do asi 3 sekund nebo od asi 1,5 sekundy do asi 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 NO_X 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 asi 225 °C do asi 650 °C nebo od asi 400 °C do asi 600 °C nebo od asi 450 °C do asi 550 °C. Odpadní plyn ze sušičky může obsahovat NO_X, například NO_X v množství, které není menší než 5 mg/m³ nebo větší než 50 mg/m³ nebo větší než 100 mg/m³. Obsah NO_X v odpadním plynu ze sušičky lze rovněž redukovat pomocí naznačených uspořádání pro dodatečné zpracování podle předloženého vynálezu.

Odpadní proud ze spalovacího zařízení lze zavádět do alespoň jedné selektivní nekatalytické redukční jednotky mající teplotu například od asi 850 °C do asi 1100 °C nebo od asi 900 °C do asi 1050 °C nebo od asi 900 °C do asi 1000 °C nebo od asi 925 °C do asi 1000 °C nebo od asi 950 °C do asi 1000 °C nebo v jiném rozmezí. Poměr SNCR objemu k objemu kotle se může například pohybovat v poměru od asi 0,1 do asi 10 nebo od asi 0,2 do asi 5 nebo od asi 0,4 do asi 3 nebo od asi 0,5 do asi 2.

Předložený vynález se rovněž týká způsobu redukce NO_X emisí při spalování zbytkového plynu, který zahrnuje regulaci poměru vzduchu-k-palivu ve spalovacím zařízení, do kterého se zbytkový plyn zavádí, za regulace teploty plamene spalovacího zařízení pomocí vstřikování ředidla. Koncentraci kyslíku v odpadním proudu spalovacího zařízení lze snížit bez zvyšování teploty spalovacího zařízení. Odpadní proud lze zavádět ze spalovacího zařízení do alespoň jedné selektivní nekatalytické redukční jednotky, přičemž O2 koncentrace v odpadním plynu vypouštěném ze selektivní nekatalytické redukční jednotky

-14 CZ 309201 B6 je menší než asi 8 % obj. nebo menší než asi 5 % obj. nebo menší než asi 3 % obj., u této konfigurace s poměrem vzduchu-k-palivu regulovaným ve spalovacím zařízení.

Odpadní proud lze zavádět ze spalovacího zařízení do alespoň jedné selektivní nekatalytické redukční jednotky prosté štítu bránícího sálání, přičemž dochází ke snížení teploty odpadního proudu o více než 10 °C před zavedením vytékajícího proudu do alespoň jedné selektivní nekatalytické redukční jednotky.

Alespoň jedno NO_X redukční činidlo lze zavádět do alespoň jedné selektivní nekatalytické redukční jednotky umístěné za spalovacím zařízením, do spalovacího zařízení nebo do obou, přičemž NO_X redukční činidlo nebo jeho rozkladné produkty nebo obojí reaguje s NO_X za vzniku dusíku obsaženého v odpadním plynu, který se vypouští z alespoň jedné selektivní nekatalytické redukční jednotky. NO_X redukčním činidlem může být močovina ((NH2)2CO), amoniak (NHJ. kyselina isokyanatá (HNCO) nebo jejich kombinace, a/nebo další redukční činidla pro NO_X. NO_X 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 asi 1 % do asi 25 % hmota., vyjádřeno pro účinnou látku nebo v jiné koncentraci. Zavádění redukčního činidla(činidel) lze realizovat za použití jediného bodu zavádění nebo odstupňovaně za použití jedné nebo více vstřikovacích trysek uspořádaných podél dráhy proudění recyklovaného odpadního plynu (FGR). NH₃ lze generovat postupně, například, rozkladem nebo odpařováním redukčních činidel, která se vstřikují do FGRnebo přímo do spalovacího zařízení, jako použitelné pevné látky, tekuté taveniny, emulze, suspenze nebo roztoky. Některé amonné soli, uhličitan amonný ((NH₄)₂CO₃) a hydrogen uhličitan amonný ((NH4)HCO₃,), lze rozkládat v podstatě zcela na plyny, například uvolňováním NH₃ a CO2, jakmile se ohřejí, a uhličitan může rovněž generovat vodu.

Složení zbytkového plynu, který lze zpracovat způsoby a zařízením podle předloženého vynálezu s cílem snížit hladiny NO_X v tomto plynu není nikterak konkrétně omezeno. Zbytkový plyn zaváděný do spalovací pece může mít výhřevnost například od asi 1490 do asi 4471 kJ/m³ nebo od asi 1677 do asi 4098 kJ/m³ nebo od asi 1863 do asi 2981 kJ/m³. Palivo nebo zdroj paliva, jiný než zbytkový plyn nebo jiný zbytkový plyn, lze zavádět do spalovacího zařízení (spalovací pece).

Tabulka 1 uvedená zde v části příkladů naznačuje některá příkladná neomezující složení zbytkového plynu, který lze zpracovat s cílem redukovat NO_X za použití předloženého vynálezu. Aniž bychom si přáli vázat se na libovolnou konkrétní teorii, rovněž se předpokládá, že určité kompoziční charakteristiky zbytkového plynu mohou napomáhat použití nízkoteplotního spalování zavedením externích činidel (jako je například recirkulace odpadního plynu). Za prvé, mnoho paliv pro spalovací pece (například 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. Provoz za použití paliva, které obsahuje vysoká množství vodíku, který se snadno vznítí, může zůstat stabilní i v případě, kdy se snižuje 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 ředidlem, aby se vyřešil první problém (viz výše), mohla by redukce adiabatických teplot ve spalovací peci vést k nestabilitám.

Jak je naznačeno, redukce NO_X emisí spalováním zbytkového plynu poskytnutá předloženým vynálezem, může být například použita pro zbytkové plyny z reaktorů pro výrobu pecních sazí, s příslušnými adaptacemi a modifikacemi. Předložený vynález lze například použít pro zpracování zbytkových 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 zbytkového plynu podle předloženého vynálezu jsou známy a jsou popsány například v dokumentech US 39223351; US 973; US 5190739; US 5877250; US 5904762; US 6153684; US 6156837; US 6403695; a US 6485693 Bl.

Provozní podmínky a suroviny používané v sazných reaktorech, které generují zbytkový plyn, který lze zpracovat podle předloženého vynálezu, nejsou konkrétně omezeny. Obr. 2 ukazuje část typu reaktoru

-15 CZ 309201 B6 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. Z paliv, která jsou vhodná pro použití při reakci s proudem oxidačního činidla (vzduchu) v předehřívací zóně 18 s cílem generovat horké spalovací plyny, lze uvést libovolné snadno spalitelné proudy plynu, páry nebo tekutiny, jako je například zemní plyn, vodík, oxid uhelnatý, methan, acetylen, alkoholy nebo petrolej nebo další paliva. Je však obecně přednostní používat paliva mající vysoký obsah složek obsahujících uhlík, a zejména uhlovodíky. Poměr vzduchu k zemnímu plynu používaný pro výrobu sazí se může pohybovat od asi 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 do hrdla reaktoru, kde lze zavádět výchozí surovinu poskytující saze, a/nebo do dalších míst zavádění výchozí suroviny do 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.

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 prvků II. skupiny periodické tabulky prvků, lze použít jako aditiva. Tato aditiva lze přidat například v takovém množství, aby bylo přítomno v nakonec vytvořeném sazném produktu například 200 ppm nebo více prvku nebo iontu IA. skupiny a/nebo prvku (nebo jeho iontu) IIA skupiny. 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.

Reakční proud v reaktoru může mít teplotu při zhášení, například od asi 600 °C do asi 2000 °C nebo od asi 800 °C do asi 1800 °C nebo od asi 1000 °C do asi 1500 °C nebo teplotu v jiném rozmezí, což je důsledkem extrémní exotermní reakce, která probíhá v pecním reaktoru. Saze v reakčním proudu lze zhášet v jedné zóně nebo více zónách. Například, jak je naznačeno na obr. 2, vstupem 15 je vstřikována zhášecí tekutina, kterou může být voda, kterou lze použít pro kompletní nebo v podstatě kompletní ukončení pyrolýzy výchozí suroviny poskytující saze nebo pouze částečné ochlazení 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, kde se získávají saze a zbytkový plyn se dopravuje do ISS nebo předloženého vynálezu.

Předložený vynález zahrnuje aspekty/provedení/znaky uvedené v úvodní části kapitoly „Podstata vynálezu“ v libovolném pořadí a/nebo v libovolné kombinaci.

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.

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

-16 CZ 309201 B6

Příklady uskutečnění vynálezu

Předložený vynález byl demonstrován na komerčním parním kotli, ve kterém je spalován zbytkový plyn. Konfigurace kotle je znázorněna na obr. 7. Obrázek není v měřítku.

Na obr. 7 je zařízení pro spalování zbytkového plynu tvořené sekcí A a B. Proudy a zóny/nádoby jsou označeny číselnými a písmennými vztahovými značkami, přičemž pro označení proudů s používá čísel a pro označení zón/nádob se používá písmen. Plamen hoří shora dolů. Zbytkové plynové palivo se zavádí do spalovacího zařízení 120 vstupem 105. Spalovací vzduch dopravovaný v potrubí 101 se rozdělí do tří proudů, přičemž proud 102 se uvádí do spalovacího zařízení seshora jako pilotní vzduch pro 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 k palivu v každé ze spalovacích zón, který je lze regulovat nastavením průtoku proudů 103 a 104.

Spálený zbytkový 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 se rozděluje na proud 109A. přičemž zbývající část odpadního plynu 108 z výstupu z kotle se recykluje zpět do spalovacího zařízení 120 pomocí dmychadla (není znázorněno). Recyklovaný odpadní plyn 108 se rozděluje 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 NO_X redukční činidlo, se provádí skrze proud 113.

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 páry D za účelem generování přehřáté páry. Tady přehřívač D působí jako štít bránící sálání, který chrání trubky kotle před přehřátím. Vzhledem ktomu, že se pokus prováděl během výroby páry, odběr páry diktoval množství zpracovaného zbytkového plynu, takže se proudy během celého běhu měnily. 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.

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

Horní spalovací zóna A: Spodní spalovací zóna B: SNCR reakční zóna C:

2280 h¹.

514 b¹.

1311 h¹.

Zbytkový plyn pro průměrné složení je uveden v tabulce 1. V celém testu se měřil obsah NPC, takže tato hodnota je výsledkem měření. Zbývající složky se odhadnou na základě termodynamiky a hmotnostní bilance. Tabulka 1 rovněž obsahuje neomezující rozmezí složení zbytkového plynu, která lze použít pro různé výrobní podmínky a různé suroviny použité v rámci způsobů podle předloženého vynálezu.

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

- 17 CZ 309201 B6 redukce NO_X. Takže pro každou podmínku byla studie schopna naměřit, jak dobře může samotná provozní regulace redukovat NO_X, a jak dobře by mohl SNCR následně redukovat NO_X po spalování. Jelikož SNCR spotřebovává reakční činidla, je přednostní bránit produkci NO_X nastavením provozu kotle spíše než aby se musela použít nápravná opatření používající močovinu nebo amoniak v SNCR.

Pilotní vzduch v proudu 102 se udržoval během celého testu na konstantní hodnotě. Přívod zemního plynu byl vypnut během zde popsaných nastavených hodnot.

NO_X emise z kotle se kontinuálně monitorují pomocí on-line NO_X analyzátoru, který je nainstalován do komíně. NO_X koncentrace se převedla na suchý základ (3 % O2) podle průmyslového standardu.

Pro provoz bez SNCR byly vyvinuty 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 předvídanou závislost konverze NO_X prekurzorů na NO_xna teplotě spalovacího zařízení a výstupní koncentraci kyslíku, tj. korelaci mezi NO_X emisemi a teplotou spalovacího zařízení. Kyslík v odpadním plynu byl konstantní.

Obr. 8 graficky znázorňuje korelaci pro konstantní odvětrávaný (výfukový) proud odpadního plynu 125 000 m³/hr. Je zobrazený horní konec rozmezí DOE, protože znázorňuje nej podnětnější režim pro redukci NO_X. Tabulka 4 ukazuje alternativní korelaci založenou na kyslíku opouštějícím recirkulační frakci odpadního plynu, a odvětrávaném proudu odpadního plynu.

Obr. 9 ukazuje předvídanou závislost konverze NO_X prekurzorů na NO_X na recyklovacím poměru a výstupní koncentraci kyslíku, tj.

korelaci mezi NO_X emisemi a poměrem recyklovaného odpadního plynu při konstantním obsahu kyslíku v odpadním plynu.

Obr. 9 graficky znázorňuje korelaci pro konstantní odvětrávaný proud odpadního plynu 125 000 m³/hr.

Obr. 8 ukazuje, že pokud se teplota spalovacího zařízení sníží, potom se sníží i hladina NO_X emisí. Například, při koncentraci kyslíku v odpadním plynu 2 % obj., pokud se teploty spalovacího zařízení sníží z 1200 °C na asi 950 °C, empirická korelace předpovídá, že NO_X emise s teplotou klesnou z 550 mg/m³ na 300 mg/m³. „Procentický podíl NO_X prekurzorů konvertovaný na NO_X v odpadním plynu je definován jako molámí poměr obsahu NO_X v proudu v odpadního plynu k celkovému obsahu NPC ve zbytkovém plynu zaváděném do kotle. Jak se snižují NO_X emise, tak se rovněž snižuje procentický podíl NO_X prekurzorů konvertovaný na NO_X v odpadním plynu.

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

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

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

Kontrolní příklad 1A

Tento příklad ilustruje typické provozní podmínky kotle. Zbytkový plyn vstupuje do spalovacího zařízení kotle na vstupu 105. a celkový proud vzduchu zaváděný do potrubí 101 se reguluje tak, že obsah

-18 CZ 309201 B6 kyslíku v proudu opouštějícím kotel byl 5,9 %. Výsledky jsou shrnuty v tabulce 3. Pokud by se všechny NPC ve zbytkovém plynu převedly v kotli na NO_X, potom by se naměřilo 1455 mg/m³ (suchý základ) NO₂ v odpadním plynu. Nicméně i v případě této neoptimalizované konfigurace se převede pouze 35,9 % NPC naN02, a na výstupu z kotle se naměřilo 522 mg/m³ NO2, suchý základ. Žádná močovina se nezaváděla do SNCR, takže nedošlo k žádné další destrukci NO2.

Kontrolní příklad 1B

Za stejných provozních podmínek jako v kontrolním příkladu 1A, se spustil SNCR. Proud močoviny se zvyšoval, dokud se nedosáhlo minimálního množství NO2 emisí. Za této podmínky se 36,4 % NO2 zavedených do SNCR rozložilo. Nicméně tepelné ztráty v přehřívači 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 (například Duo et al. Can J. Chem. Eng. 70, 1014(1992).

V důsledku toho je konverze močoviny slabá. SNCR obecně konvertuje asi 50 % (hmota.) zaváděné močoviny (například Duo et al. Can J. Chem. Eng. 70, 1014 (1992); http://www.ftek.com/pdfs/TPP522.pdf). Nicméně u tohoto příkladu, se odhadovalo, že pouze 12 % (hmota.) konverze močoviny bude směřovat k reakci redukující NO_X. Slabá konverze močoviny není žádoucí; zvyšuje RMC spotřebu a vede k emisím amoniaku ve výfuku, který je rovněž často podle předpisů považován za vzduch znečisťující látku.

Kontrolní příklad 2A

V tomto příkladu se primárně testovala NO2 redukce realizovaná snížením výstupní koncentrace kyslíku. SNCR se nepoužije. Nižší koncentrace kyslíku by měla redukovat NO_X emise, protože kinetika reakce tvořící NO_X je závislá na koncentraci kyslíku. Nicméně v tomto příkladu je poskytnuta pouze minimální recirkulace odpadního plynu (<7 % hmota, celkového zaváděného čerstvého plynu). Toto neodpovídá udržování nižší teploty v kontrolním příkladu 1A. Výsledkem je to, že směs plynů je bližší stechiometrickému poměru vzduchu pro spalování, takže teplota je vyšší. Vyšší teplota podporuje tvorbu NO_X, takže toto eliminuje výhodu snížení množství kyslíku. Existuje zde určité zlepšení v NO_X (44,6 % hmota, menší výtěžek NO_X z NPC versus kontrolní příklad 1A).

Kontrolní příklad 2B

Za stejných provozních podmínek jako v kontrolním příkladu 2A, se spustil SNCR. Proud močoviny se zvyšoval, dokud se nedosáhlo minimální množství NO2 emisí. Za těchto podmínek se rozkládá 60 % hmota. NO2 zaváděných do SNCR. Nicméně tepelné ztráty napříč štítem chránícím před sáláním snížily vstupní teplota do 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 NO2 byla lepší pouze proto, že průtoky v tomto příkladu byly nižší než v kontrolním příkladu 1B.

Příklad 3A

Stejně jako v kontrolním příkladu 2A, bylo cílem redukovat NO2 nejprve snížením výstupní koncentrace kyslíku, nicméně na rozdíl od příkladu 2A, recyklace odpadního plynu se použila ve vyšších množstvích (39 % hmota, čerstvého přiváděného plynu) pro snížení teploty spalovací pece na 905 °C. Nepoužil se žádný SNCR. Snížení obsahu kyslíku na výstupu za udržování spalovací pece při nižších teplotách ukázalo významnou redukce NO_X emisí. NO_X emise se redukovaly o 61,2 % oproti kontrolnímu příkladu 1A (měřeno jako % NPC převedených na NO_X), což je další 16,6 procentické snížení konverze NPC na NO_X oproti příkladu 2A (kde se použila pouze nižší koncentrace kyslíku). Tento příklad ukazuje, že vyšší míry recirkulace odpadního plynu lze použít pro významné snížení teploty spalovací pece a následně tedy NO_X emisí, zejména pokud se kombinují se sníženým obsahem kyslíku na výstupu.

-19 CZ 309201 B6

Snížení teploty ve spalovací peci, a následných NO_X emisí by se mohlo v podstatě realizovat za použití libovolného inertního ředicího 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

Za stejných provozních podmínek kotle jako v příkladu 3A, se zapnul SNCR. Proud močoviny se zvyšoval, dokud se nedosáhlo minimálního množství NO2 emisí. Za těchto podmínek se rozložilo pouze 19 % NO2 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 NO_X ve spalovací peci, nicméně nízká teplota činí tradičně navržené SNCR redukční systémy neefektivními.

Příklad 4A (predikční)

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 odpadní proud ze sušičky, který má podobné složení jako odpadní plyn z kontrolního příkladu 1A, který obsahuje 522 mg/m³ NO_X (suchý základ). Tento plyn vstupuje do kotle při 500 °C. Výkon oproti příkladu 3A se zlepšuje dvěma způsoby:

Za prvé, více NO_X se likviduje, jak vztaženo k % zaváděných NPC, tak k absolutní hmotnosti. Absolutní redukce NO_X je výsledkem jednoduchého faktu, že sušička běží podobně jako v neoptimalizovaném příkladu 1A a má vyšší NO_X. Jednoduše jeho přidáním do proudu plynu a opětovným spálením při dobré regulaci teploty se dosáhne redukce NO_X. Jednoduše se zpracuje o 40% více plynu při nižších výtěžcích NO_X. Kromě toho NO_X v tomto odpadním plynu budou ve skutečnosti reagovat s NPC vstupujícími do zbytkového plynu, a SNCR běží in-situ na vstupu do spalovací pece. Toto vede k redukce NPC na NO_X z 13,9 % v příkladu 3A na 11,8 % v příkladu 4A.

Za druhé, protože má odpadní plyn teplotu 500 °C, odchýlení tohoto plynu do kotle umožňuje kotli rekuperovat 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)

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. to 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, tedy 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 NO_X (60 %). Tento příklad používá optimalizaci kotle a SNCR v nejlepší konfiguraci, což vede k nejnižšímu obsahu NO_X ze všech příkladů, o 84,9 % nižšímu než v základním příkladu 1A.

Tabulka 1

Průměrné složení zbytkového plynu pro testovaný a typický zbytkový plyn z výroby sazí

-20 CZ 309201 B6

	Průměrné složení zbytkového plynu
	pro DOE	pro zbytkový plynu z výroby sazí
Hlavní složky, 0 obj. (za mokra)
h2	12 %	5 % až 30 %
CO	12 %	5 % až 30 %
co2	0%	1 % až 5 %
H2O	<2%	/ 9 0/ Z /0
n2	vyvážení	vyvážení
Stopové složky, ppm (suchý základ)
NPC (HCN + NH3+NOx)	1758	100 až 10 000
Látky obsahující síru (například H2S, CS2, COS, SO2)	280	100 až 14 000

Tabulka 2

Rozmezí podmínek, při kterých se testy prováděly

Proměnné studované v DOE kotli (bez SNCR) Kontrolní proměnná (Všechny hodnoty v závorkách označují vztahové značky z obr. 9)	Min	Max	Významná korelace s tvorbou NOx v kotli? (F-test > 95% spolehlivost)
Výstupní kyslík % obj.	2,50%	6%	Ano
Množství pilotního vzduchu, m3/h (2)	11 700	11 700	Pevná proměnná
Distribuce dalšího vzduch	Vše do 1°	Vše do 2°	Ne
	vzduch (3)	vzduch (4)
Odpadní plyn recirkulovaný (FGR: :k celkovému čerstvému plynu zaváděnému do kotle)*	0	0,39	Ano
Teplota na výstupu ze spalovací pece (B)	854	1044	Ano
Celkový odpadní plyn do výfuku, m3/h (9)	59 170	124 001	Ano
SNCR studie Kontrolní proměnná/podmínka	Min	Max
SNCR vstupní teplota [vstup do C]	808	901
SNCR	vypnuto	zapnuto
Poměr vstřikování močoviny kg na kg NO2 zaváděného do SNCR	0	6,06

* Zaváděným čerstvým plynem je zbytkový plyn (5) + celkový zaváděný vzduch (1)

Tabulka 3

Korelace založená na teplotě spalovací pece, výstupním kyslíku a průtoku proudu odpadního plynu odvětrávaného do výfuku. Stupeň spolehlivosti je uveden ve vztahu k 100 % - hodnota v posledním ίο sloupci

-21 CZ 309201 B6

Rovnice pro korelaci:

% NPC převedené na NO 2 = b + ml *FGvent + m2* exit 02 + m3 * T spalovací pece

Korelační koeficient (nebo Intercept)	Koeficient	Stand.odchylka	t Poměr	Prob>(i)
Intercept = b	-0,6325468	0,153402	-4,123458	0,030%
Celkový odpadní plyn odvětrávaný do výfuku v (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	T49E-04	4,530917	0,010%

Tabulka 4

Korelace založená na recyklaci odpadního plynu, výstupním kyslíku a průtoku odpadního plynu 10 odvětrávaného do výfuku. Stupeň spolehlivosti je uveden ve vztahu ke 100 % - hodnota v posledním sloupci

Rovnice pro korelaci:

% NPCpřevedené na NO2 = b + ml *FGR/průtokplynu do kotle + m2*FGvent + m3 * exit 02

Výraz	Odhad	Stand, odchylka	t Poměr	Prob>(ť)
Intercept	0,05541533	0,029655	1,8686665	8,13E-02
FGR průtok (8)/průtokplynu do kotle (1)+(5) = ml	-2,29E-01	4,46E-02	-5,1420078	l,20E-04
Celkový odpadní plyn odvětrávaný do výfuku v (9) = m2	l,42E-06	3,49E-07	4,08252652	9,80E-04
Výstupní kyslík % obj. = m3	l,85E+00	4,12E-01	4,49855511	4,25E-04

Výsledky z těchto příkladů jsou souhrnně uvedeny v tabulce 5

-22 CZ 309201 B6

Tabulka 5

S3

STS

S3 «3 iM ci oa <£>

S3 o _t ?>·

Λ 2 δ s £ <as

V kontrolním příkladu 4A se poměr FGR průtoku k celkovému zaváděnému čerstvému plynu vypočetl následujícím způsobem: FGR průtok označuje odpadní plyn ze sušičky sazí, přičemž čerstvě zaváděný plyn zahrnuje pouze zbytkový plyn a vzduch. Nedochází zde k žádné interní recirkulaci odpadního

-23 CZ 309201 B6 plynu v tomto příkladu, nicméně odpadní plyn ze sušičky sazí se zpracuje jako FGR a žádný „čerstvý” plyn se nezavádí.

Pokud je uvedeno množství, koncentrace nebo jiná hodnota nebo parametr jako rozmezí, přednostní 5 rozmezí nebo seznam horních přednostních hodnot a spodních přednostních hodnot, potom je toto třeba chápat jako specifický popis všech rozmezí tvořených libovolným párem libovolné horní meze rozmezí nebo přednostní hodnoty a libovolné spodní meze rozmezí nebo přednostní hodnoty, bez ohledu na to, zda jsou zde tato rozmezí samostatně popsána. Tam, kde je citováno rozmezí numerických hodnot, neníli stanoveno jinak, má rozmezí zahrnovat jeho koncové body, a všechna celá čísla a jejich zlomky 10 v tomto rozmezí. Rozsah vynálezu by se neměl omezovat pouze na citované specifické hodnoty, pokud definují rozmezí.

Další provedení předloženého vynálezu vyplynou odborníkům v daném oboru po prostudování předloženého popisu a realizaci zde popsaného předloženého vynálezu. Předložený popis a příklady je 15 třeba považovat pouze za ilustrativní, přičemž skutečný rozsah vynálezu je jednoznačně vymezen následujícími patentovými nároky a jejich ekvivalenty.

Claims (29)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Způsob snižování NO_X emisí při spalování zbytkového plynu, který zahrnuje: zavádění zbytkového plynu do spalovacího zařízení, které má teplotu vhodnou pro spalování zbytkového plynu, přičemž zbytkový plyn obsahuje NO_X, NO_X prekurzory, nebo obojí, kde x je kladná hodnota; a přičemž spalovací zařízení obsahuje nádobu mající vrchní část, spodní část, alespoň jeden vstup zbytkového plynu poblíž vrchní části nádoby, alespoň jeden vstup ředidla, výstup odpadního plynu poblíž spodní části nádoby, přičemž plyn proudí v podstatě ve směru od vrchní části do spodní části nádoby; zavádění ředidla do spalovacího zařízení pro regulaci teploty na 950 °C až 1100 °C, vyznačující se tím, že ředidlo je zaváděno do horních 33 % výšky nádoby spalovacího zařízení, přičemž ředidlo obsahuje alespoň jednu složku zvolenou z (i) 25 % hmota, nebo více, vztaženo k celkové hmotnosti, odpadního plynu vypouštěného z alespoň jedné procesní jednotky umístěné ve směru proudu za spalovacím zařízením nebo (ii) odpadního plynu z hořáku zbytkového plynu nebo sušičky sazí.
2. 2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že zbytkový plyn pochází z alespoň jedné pece pro výrobu sazí.
3. 3. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že zbytkový plyn má dobu zdržení ve spalovacím zařízení od 0,2 s do 5 s.
4. 4. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že dále zahrnuje vedení výtoku ze spalovacího zařízení do alespoň jedné selektivní nekatalytické redukční jednotky, která má teplotu od 850 °C do 1100 °C.
5. 5. Způsob podle nárou 4, vyznačující se tím, že alespoň jedna selektivní nekatalytická redukční jednotka má poměr objemu selekticního nekatalytického reaktoru SNCR k objemu kotle, v rozmezí od 0,1 do 10.
6. 6. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že dále zahrnuje i) zavádění alespoň jednoho NO_X redukčního činidla do alespoň jedné selektivní nekatalytické redukční jednotky umístěné ve směru proudu za spalovacím zařízením, ii) zavádění alespoň jednoho NO_X redukčního činidla do spalovacího zařízení, nebo iii) jak i), tak ii), přičemž v případě i) a ii) NO_X redukční činidlo nebo jeho rozkladné produkty nebo oba reagují s NO_X za vzniku dusíku zahrnutého do odpadního plynu vypouštěného z alespoň jedné selektivní nekatalytické redukční jednotky.
7. 7. Způsob podle nároku 6, vyznačující se tím, že ředidlo obsahuje 25 % hmota, nebo více, vztaženo k celkové hmotnosti, odpadního plynu vypouštěného z alespoň jedné selektivní nekatalytické redukční jednotky, a alespoň částNO_x redukčního činidla se zavádí přímo do alespoň jedné selektivní nekatalytické redukční jednotky.
8. 8. Způsob podle nároku 6, vyznačující se tím, že zbytkový plyn zaváděný do spalovacího zařízení obsahuje 4 % hmota, nebo méně vody a ředidlo obsahuje 30 % hmota, nebo více, vztaženo k celkové hmotnosti, odpadního plynu vypouštěného z alespoň jedné selektivní nekatalytické

   -25 CZ 309201 B6 redukční jednotky, a alespoň část NO_X redukčního činidla se zavádí přímo do alespoň jedné selektivní nekatalytické redukční jednotky.
9. 9. Způsob podle nároku 8, vyznačující se tím, že odpadní plyn se recykluje do spalovacího zařízení ze stejné selektivní nekatalytické redukční jednotky, do které se přímo zavádí NO_X redukční činidlo.
10. 10. Způsob podle nároku 6, vyznačující se tím, že ředidlo obsahuje alespoň část odpadního plynu z alespoň jedné selektivní nekatalytické redukční jednotky, a alespoň část NO_X redukčního činidla se zavádí do spalovacího zařízení.
11. 11. Způsob podle nároku 6, vyznačující se tím, že ředidlo obsahuje odpadní plyn z hořáku zbytkového plynu nebo sušičky sazí a volitelně se alespoň část NO_X redukčního činidla zavádí do spalovacího zařízení.
12. 12. Způsob podle nároku 6, vyznačující se tím, že ředidlo obsahuje odpadní plyn ze sušičky sazí a volitelně se alespoň částNO_x redukčního činidla zavádí do spalovacího zařízení.
13. 13. Způsob podle nároku 6, vyznačující se tím, že NO_X redukčním činidlem je močovina, amoniak nebo obojí.
14. 14. Způsob podle nároku 6, vyznačující se tím, že NO_X redukční činidlo obsahuje vodný roztok močoviny.
15. 15. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že ředidlo obsahuje odpadní plyn ze sušičky sazí mající teplotu vyšší než 200 °C.
16. 16. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že dále zahrnuje zavádění paliva, jiného než zbytkový plyn, do spalovacího zařízení.
17. 17. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že výtok ze spalovacího zařízení se vede do alespoň jedné selektivní nekatalytické redukční jednotky prosté jakéhokoliv pláště intervenujícího se

    -26 CZ 309201 B6 sáláním, snižující teplotu výtoku o více než 10 °C před zaváděním výtoku do alespoň jedné selektivní nekatalytické redukční jednotky.
18. 18. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že zaváděním ředidla se dosáhne alespoň 10% snížení, vyjádřeno hmotnostně, NO_X v odpadním plynu, vzhledem k NO_X v odpadním plynu získaném za použití spalovacího zařízení pracujícího při teplotě 1200 °C.
19. 19. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že zbytkový plyn, který se zavádí do spalovací pece, má výhřevnost od 1490,4 do 4471,07 kJ/m³.
20. 20. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že spalování zbytkového plynu zaváděného do spalovacího zařízení je doprovázeno termální tvorbou NO_X, která představuje minoritní reakci probíhající při spalování zbytkového plynu.
21. 21. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že spalování zbytkového plynu zaváděného do spalovacího zařízení probíhá v podstatě při absenci termální tvorby NO_X.
22. 22. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že spalování zbytkového plynu zaváděného do spalovacího zařízení probíhá bez termální tvorby NO_X.
23. 23. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že zahrnuje regulaci poměru vzduchu k palivu ve spalovacím zařízení, do kterého se zavádí zbytkový plyn, přičemž se reguluje teplota plamene ve spalovacím zařízení vstřikováním ředidla, přičemž zbytkový plyn obsahuje NO_X, NO_X prekurzory nebo obojí, kde x je kladná hodnota, a koncentrace kyslíku ve výtoku ze spalovacího zařízení se snižuje bez zvýšení teploty spalovacího zařízení ve srovnání s regulací teploty plamene ve spalovacím zařízení bez vstřikování ředidla.
24. 24. Způsob podle nároku 23, vyznačující se tím, že dále zahrnuje vedení výtoku ze spalovacího zařízení do alespoň jedné selektivní nekatalytické redukční jednotky, přičemž koncentrace O2 v odpadním plynu vypouštěném ze selektivní nekatalytické redukční jednotky je nižší než 8 % obj.
25. 25. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že nádoba obsahuje vertikálně orientovanou spalovací komoru s boční stěnou spojující vrchní a spodní část a horní hořák umístěný uvnitř ve vrchní části komory, která je uzpůsobena pro příjem paliva z vnějšího zdroje paliva.
26. 26. Způsob snižování NO_X emisí ve spalovaném zbytkovém plynu, vyznačující se tím, že zahrnuje: zavádění zbytkového plynu ze spalování alespoň jednoho uhlovodíku do spalovací pece, kde zbytkový plyn obsahuje NO_X a NO_X prekurzory, kde x je kladná hodnota; zavádění ředidla do spalovací pece pro regulaci teploty spalovací pece na 950 °C až 1100 °C; kde ředidlo je zaváděno do horních 33 % výšky nádoby spalovacího pece, přičemž ředidlo obsahuje alespoň jednu složku zvolenou z (i) 25 % hmota, nebo více, vztaženo k celkové hmotnosti, odpadního plynu vypouštěného z alespoň jedné procesní jednotky umístěné ve směru proudu za spalovací pecí nebo (ii) odpadního plynu z hořáku zbytkového plynu nebo sušičky sazí;

    vedení výtoku ze spalovací pece do alespoň jedné selektivní nekatalytické redukční jednotky mající teplotu od 850 °C do 1100 °C;

    zavádění alespoň jednoho NO_X redukčního činidla do alespoň jedné selektivní nekatalytické redukční jednotky, spalovací pece, nebo obou, přičemž NO_X redukční činidlo nebo jeho rozkladné

    -27 CZ 309201 B6 produkty nebo obojí reagují s NO_X za vzniku dusíku, který je zahrnut do odpadního plynu vypouštěného z alespoň jedné selektivní nekatalytické redukční jednotky.
27. 27. Kotelní agregát pro spalování zbytkového plynu, vyznačující se tím, že obsahuje (i) spalovací zařízení obsahující nádobu mající vrchní část, spodní část, alespoň jeden vstup zbytkového plynu poblíž vrchní části nádoby, alespoň jeden vstup ředidla, výstup odpadního plynu poblíž spodní části nádoby, přičemž plyn proudí v podstatě ve směru od vrchní části do spodní části nádoby, přičemž spalovací zařízení je uzpůsobeno pro přijímání: (a) zbytkového plynu obsahujícího NO_X , NO_X prekurzory, nebo obojí, a (b) ředidlo typu(typů) a množství vhodných pro regulaci teploty spalovacího zařízení na 950 °C až 1100 °C, přičemž ředidlo lze zavádět do horních 3 3 % výšky nádoby spalovacího zařízení a přičemž ředidlo obsahuje alespoň jednu složku zvolenou z (i) 25 % hmotn. nebo více, vztaženo k celkové hmotnosti, odpadního plynu vypouštěného z alespoň jedné procesní jednotky umístěné ve směru proudu za spalovacím zařízením nebo (ii) odpadního plynu z hořáku zbytkového plynu nebo sušičky sazí;

    (ii) alespoň jednu selektivní nekatalytickou redukční jednotku, která obsahuje alespoň jedno selektivní nekatalytické redukční zařízení a kotel, redukční jednotku uzpůsobenou pro příjem výtoku ze spalovacího zařízení a alespoň jednoho NO_X redukčního činidla nebo jeho rozkladných produktů nebo obou, které jsou schopny reagovat s NO_X za vzniku dusíku zahrnutého do odpadního plynu, který je vypouštěn z alespoň jedné selektivní nekatalytické redukční jednotky a recirkulačního potrubí uzpůsobeného pro vracení výtoku z redukční jednotky do alespoň jednoho vstupu ředidla do spalovacího zařízení.
28. 28. Zařízení pro výrobu sazí, vyznačující se tím, že zahrnuje: reaktor v podobě pece pro výrobu sazí a zbytkového plynu, filtr pro oddělení sazí od zbytkového plynu, a kotelní agregát pro spalování zbytkového plynu podle nároku 27.
29. 29. Zařízení podle nároku 27, vyznačující se tím, že nádoba zahrnuje vertikálně orientovanou spalovací komoru s boční stěnou spojující vrchní a spodní část a horní hořák umístěný uvnitř ve vrchní části komory, která je uzpůsobena pro příjem paliva z vnějšího zdroje paliva.