FI128631B - Method for heat production in a power plant - Google Patents

Method for heat production in a power plant Download PDF

Info

Publication number
FI128631B
FI128631B FI20185222A FI20185222A FI128631B FI 128631 B FI128631 B FI 128631B FI 20185222 A FI20185222 A FI 20185222A FI 20185222 A FI20185222 A FI 20185222A FI 128631 B FI128631 B FI 128631B
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
combustion
fuel
catalyst
process according
heat
Prior art date
Application number
FI20185222A
Other languages
Finnish (fi)
Swedish (sv)
Other versions
FI20185222A1 (en
Inventor
Reijo Lylykangas
Original Assignee
Vocci Oy
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Vocci Oy filed Critical Vocci Oy
Priority to FI20185222A priority Critical patent/FI128631B/en
Priority to KR1020207024650A priority patent/KR20200130261A/en
Priority to CN201980018230.1A priority patent/CN111836997A/en
Priority to US16/970,972 priority patent/US20200392884A1/en
Priority to EP19722934.7A priority patent/EP3762651A1/en
Priority to PCT/FI2019/050203 priority patent/WO2019170965A1/en
Publication of FI20185222A1 publication Critical patent/FI20185222A1/en
Application granted granted Critical
Publication of FI128631B publication Critical patent/FI128631B/en

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/74General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
    • B01D53/86Catalytic processes
    • B01D53/8643Removing mixtures of carbon monoxide or hydrocarbons and nitrogen oxides
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/18Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
    • F01N3/20Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion ; Methods of operation or control of catalytic converters
    • F01N3/2066Selective catalytic reduction [SCR]
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N1/00Silencing apparatus characterised by method of silencing
    • F01N1/14Silencing apparatus characterised by method of silencing by adding air to exhaust gases
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/02Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/021Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
    • F01N3/023Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters using means for regenerating the filters, e.g. by burning trapped particles
    • F01N3/025Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters using means for regenerating the filters, e.g. by burning trapped particles using fuel burner or by adding fuel to exhaust
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/02Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/021Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
    • F01N3/033Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters in combination with other devices
    • F01N3/035Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters in combination with other devices with catalytic reactors, e.g. catalysed diesel particulate filters
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/0807Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by using absorbents or adsorbents
    • F01N3/0814Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by using absorbents or adsorbents combined with catalytic converters, e.g. NOx absorption/storage reduction catalysts
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/101Three-way catalysts
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/18Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
    • F01N3/20Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion ; Methods of operation or control of catalytic converters
    • F01N3/2006Periodically heating or cooling catalytic reactors, e.g. at cold starting or overheating
    • F01N3/2033Periodically heating or cooling catalytic reactors, e.g. at cold starting or overheating using a fuel burner or introducing fuel into exhaust duct
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/24Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by constructional aspects of converting apparatus
    • F01N3/30Arrangements for supply of additional air
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/24Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by constructional aspects of converting apparatus
    • F01N3/36Arrangements for supply of additional fuel
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23CMETHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C13/00Apparatus in which combustion takes place in the presence of catalytic material
    • F23C13/06Apparatus in which combustion takes place in the presence of catalytic material in which non-catalytic combustion takes place in addition to catalytic combustion, e.g. downstream of a catalytic element
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23CMETHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C6/00Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion
    • F23C6/04Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion in series connection
    • F23C6/042Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion in series connection with fuel supply in stages
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23CMETHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C6/00Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion
    • F23C6/04Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion in series connection
    • F23C6/045Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion in series connection with staged combustion in a single enclosure
    • F23C6/047Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion in series connection with staged combustion in a single enclosure with fuel supply in stages
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23JREMOVAL OR TREATMENT OF COMBUSTION PRODUCTS OR COMBUSTION RESIDUES; FLUES 
    • F23J15/00Arrangements of devices for treating smoke or fumes
    • F23J15/02Arrangements of devices for treating smoke or fumes of purifiers, e.g. for removing noxious material
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2258/00Sources of waste gases
    • B01D2258/01Engine exhaust gases
    • B01D2258/012Diesel engines and lean burn gasoline engines
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2240/00Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being
    • F01N2240/14Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being a fuel burner
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2240/00Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being
    • F01N2240/20Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being a flow director or deflector
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2570/00Exhaust treating apparatus eliminating, absorbing or adsorbing specific elements or compounds
    • F01N2570/14Nitrogen oxides
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2610/00Adding substances to exhaust gases
    • F01N2610/02Adding substances to exhaust gases the substance being ammonia or urea
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/0807Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by using absorbents or adsorbents
    • F01N3/0828Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by using absorbents or adsorbents characterised by the absorbed or adsorbed substances
    • F01N3/0842Nitrogen oxides
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23JREMOVAL OR TREATMENT OF COMBUSTION PRODUCTS OR COMBUSTION RESIDUES; FLUES 
    • F23J2219/00Treatment devices
    • F23J2219/10Catalytic reduction devices
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02ATECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A50/00TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
    • Y02A50/20Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)
  • Incineration Of Waste (AREA)
  • Chimneys And Flues (AREA)

Abstract

Förfarande för produktion av värmeenergi utav ett kolvätehaltigt bränsle. Enligt förfarandet bränner man bränslet i en förbränningsanläggning vid en förhöjd temperatur, värme från förbränningen tas till vara och sotpartiklarna renas med katalytisk avgasförbränning. Enligt uppfinningen inmatar man bränsle och luft i avgaserna för att bilda en gasblandning och denna utsätts för katalytisk förbränning vid en temperatur av över 600 °C för reducering av kvävets oxider och för oxidering av kolmonoxid, kolväten och sotpartiklar. Lösningen kan användas för en betydande minskning av NOx- samt CO- och VOC-emissionerna. Värmeenergin som alstras av den katalytiska förbränningsprocessen kan också användas för värmeproduktion, varvid bränslets inmatning delas mellan förbränningsanläggningen och den katalytiska förbränningsprocessen.Process for the production of heat energy from a hydrocarbonaceous fuel. According to the process, the fuel is burned in an incineration plant at an elevated temperature, heat from the combustion is utilized and the soot particles are purified by catalytic exhaust combustion. According to the invention, fuel and air are fed into the exhaust gases to form a gas mixture and this is subjected to catalytic combustion at a temperature of over 600 ° C to reduce the oxides of nitrogen and to oxidize carbon monoxide, hydrocarbons and soot particles. The solution can be used for a significant reduction in NOx and CO and VOC emissions. The heat energy generated by the catalytic combustion process can also be used for heat production, whereby the feed of the fuel is divided between the combustion plant and the catalytic combustion process.

Description

Menetelmä lämmön tuottamiseksi energialaitoksessa Keksintö liittyy yleisesti lämmön tuottamiseen kattiloissa, kaasuturbiineissa ja diesel- voimaloiden ja vastaavissa energialaitoksissa. Keksintö liittyy myös energialaitosten pako- kaasujen päästöjen vähentämiseen. Etenkin esillä oleva keksintö koskee patenttivaatimuksen 1 johdannon mukaista menetel- mää lämpöenergian tuottamiseksi hiilivetypitoisesta polttoaineesta. Tällaisen menetelmän mukaan polttoaine poltetaan korotetussa lämpötilassa, poltosta saatava lämpö otetaan tal- — teen ja polton pakokaasut ja nokipartikkelit puhdistetaan katalyyttisellä pakokaasupoltolla. Keksintö koskee myös patenttivaatimuksen 18 johdannon mukaista menetelmää hiilivety- pitoista polttoainetta käyttävien energialaitosten typpioksideja ja häkää, hiilivetyjä sekä nokipartikkeleita sisältävien pakokaasujen katalyyttiseksi puhdistamiseksi.The invention relates generally to the production of heat in boilers, gas turbines and diesel power plants and the like. The invention also relates to the reduction of exhaust emissions from power plants. In particular, the present invention relates to a method according to the preamble of claim 1 for generating thermal energy from a hydrocarbonaceous fuel. According to such a method, the fuel is combusted at an elevated temperature, the heat from the combustion is recovered and the combustion exhaust gases and the soot particles are purified by catalytic exhaust combustion. The invention also relates to a method according to the preamble of claim 18 for the catalytic purification of exhaust gases containing nitrogen oxides and carbon monoxide, hydrocarbons and soot particles from power plants using hydrocarbon-containing fuel.

Taustatietoa Energian tuottamisessa syntyviä typenoksidien (NOx), hiilimonoksidin (CO), hiilidioksidin (CO) sekä hiilivetyjen päästöjä (VOC) ollaan rajoittamassa maailmalla kasvihuoneilmiön — hillitsemiseksi. Euroopassa on tehty useita tähän tavoitteeseen tähtääviä direktiivejä läm- pökattiloille, prosessilaitteille, tulisijoille jne. Niissä on määritelty päästörajoja kasvihuo- nekaasuille joko suoraan tai hyötysuhteen tai päästörajojen avulla. Yhdysvalloissa EPA ja CARB ovat asettaneet rajoja typen oksideille ja hiilivedyille osin yhdisteittäin. Kiinassa on = menossa vastaava kehitys. Esimerkiksi Pekingissä kattiloiden NOx:ien raja-arvoksi on ase- N 25 — tettu 30 mg/m’ ja CO:n 80 mg/m’. Rajat ovat niin tiukat, ettei niitä nykyisillä tavanomaisil- = la termisillä polttolaitteilla ilman jälkikäsittelyä voida saavuttaa. Sama voimakkaasti kiris- © tyvä trendi tulee jatkumaan muillakin Kiinan teollistuneilla alueilla. i N Jo ennen kuin edellä mainitut päästörajat ehtivät vakiintua, on Pekingissä lähdetty tavoitte- o 30 — lemaan vielä tiukempia rajoja. NOx:ien osalta tavoite on nolla tai lähes nolla päästöt ja N CO:n osaltakin oleellisesti aiemman rajan alapuolella.Background Emissions of nitrogen oxides (NOx), carbon monoxide (CO), carbon dioxide (CO) and hydrocarbons (VOC) from energy production are being limited worldwide to curb the greenhouse effect. In Europe, a number of directives have been adopted to this end for boilers, process equipment, fireplaces, etc. They set emission limits for greenhouse gases, either directly or through efficiency or emission limits. In the United States, EPA and CARB have set limits for nitrogen oxides and hydrocarbons, in part by compound. China is = going on a similar development. In Beijing, for example, the NOx limit value for boilers has been set at N 25 - 30 mg / m 'and CO at 80 mg / m'. The limits are so strict that they cannot be achieved with current conventional thermal incinerators without after-treatment. The same sharply tightening trend will continue in other industrialized regions of China. i N Even before the above-mentioned emission limits had stabilized, Beijing had set a target of 30 - to tighten even more. For NOx, the target is zero or almost zero emissions and N CO is well below the previous limit.

Kaupalliset UltraLow NO, ja NoNO, -poltinten valmistajat käyttävät savukaasun jälkikä- sittelyn asemesta savukaasun takaisinkierrätystä, vesiemulsioita ja kaasun esilämmitystä yllä mainittuja tekniikoita tehokkaasti sekoittavissa polttimissaan. Polttimen NoNO,- nimestä huolimatta ei yksikään termisen polttimen valmistaja ole päässyt nolla NO,- pääs- — töihin. Alhaisin raporteista löytynyt arvo on 6 ppm Ox:n pitoisuuden ollessa 3 %.Instead of flue gas aftertreatment, commercial UltraLow NO and NoNO burner manufacturers use flue gas recirculation, water emulsions and gas preheating in their burners that efficiently mix the above techniques. Despite the name of the NoNO burner, no manufacturer of the thermal burner has achieved zero NO emissions. The lowest value found in the reports is 6 ppm with an Ox concentration of 3%.

Toinen vaihtoehto on savukaasujen puhdistaminen. Typenoksidien poistamiseen käytetään yleisesti selektiivisiä katalyyttisiä ja ei-katalyyttisiä pelkistimiä (Selective Catalytic Reduc- tion, seuraavassa lyhennettynä ”SCR”, ja Selective Non-Catalytic Reduction, ”SNCR”).Another option is flue gas cleaning. Selective catalytic and non-catalytic reducing agents (Selective Catalytic Reduction, hereinafter abbreviated as “SCR”, and Selective Non-Catalytic Reduction, “SNCR”) are commonly used to remove nitrogen oxides.

Parhaimmillaan katalyyttisellä SCR:llä saavutetaan noin 350 *C:n lämmössä yli 90 %:n puhdistusaste. EPA ilmoittaa raporteissaan SCR:n keskimääräiseksi NOx- konversioksi 85At its best, catalytic SCR achieves a purification rate of greater than 90% at a temperature of about 350 ° C. In its reports, the EPA reports an average NOx conversion of SCR of 85

20. Ei-katalyyttisilla SNCR- laitteistoilla saavutetaan noin 20 % alhaisempi puhdistusteho. Niiden käyttö on kohdistunut dieselajoneuvoihin.20. Non-catalytic SNCR equipment achieves about 20% lower cleaning efficiency. Their use has been targeted at diesel vehicles.

— SCR-laitteistot tarvitsevat kuitenkin erillisen pelkistimen, urean tai ammoniakin ja niiden annostelulaitteiston, mikä aiheuttaa merkittävät investointi- ja käyttökustannukset. Urea hajoaa katalysaattorissa ammoniakiksi (NH3) ja häkäkaasuksi (CO). Ammoniakkia ja ureaa kuljetetaan ja varastoidaan vesiliuoksina. Ammoniakin pitoisuus on 27 % ja urean 32 %. Ammoniakki on hyvin myrkyllinen kaasu. SCR- laitoksella saavutettava NOy:n päästötaso — onnoin 7-30 ppm. Lisäksi CO:n päästörajat vaativat erillisen hapetuskatalysaattorin. Am- moniakin käyttö pelkistimenä perustuu sen kykyyn pelkistää selektiivisesti NOx:ja laihassa kaasuseoksessa.- However, SCR equipment requires a separate reducing agent, urea or ammonia and their dosing equipment, which incurs significant investment and operating costs. Urea decomposes in the catalyst into ammonia (NH3) and carbon monoxide (CO). Ammonia and urea are transported and stored as aqueous solutions. The ammonia content is 27% and the urea content is 32%. Ammonia is a very toxic gas. NOy emission level to be achieved at the SCR plant - hence 7-30 ppm. In addition, CO emission limits require a separate oxidation catalyst. The use of ammonia as a reducing agent is based on its ability to selectively reduce NOx in a lean gas mixture.

= SCR- tekniikan korkeat kustannukset aiheuttavat selektiivisen pelkistyksen tarvitsema N 25 ammoniakki (NF3) tai urea pelkistimen lisäksi ja kallis varastointi-, annostelu-, lämmön- = siirrin- ja pelkistyslaitteet. Lisäksi SCR- katalysaattorin vaihtotarpeeksi EPA on arvioinut 3 7 vuotta. SRC- katalysaattoreissa yleisin aktiivinen aine, eli katalyytti, on vanadiinipentoksi- E di (V,Os), joka on jalometalleja herkempi myrkyttymään. SCR-katalysaattori on kooltaan N suuri, koska sen vaihtuma on alhainen, nimittäin 10.000-20.00001/h. Jalometallikata- o 30 — lysaattoreilla vaihtuma on 5. 10-kertaa suurempi eli jalometallikatalysaattorin koko onkin N noin viides-... kymmenesosa SCR- katalysaattorista.= The high cost of SCR technology is due to the N 25 ammonia (NF3) or urea required for selective reduction in addition to the reducing agent and expensive storage, dosing, heat transfer and reduction equipment. In addition, the need for replacement of the SCR catalyst has been estimated by the EPA for 3 to 7 years. In SRC catalysts, the most common active substance, i.e. the catalyst, is vanadium pentoxy-E di (V, Os), which is more sensitive to poisoning than precious metals. The SCR catalyst is large in size N because of its low turnover, namely 10,000-20.00001 / h. Precious metal catalyst 30 - with lysers the change is 5. 10 times larger, ie the size of the precious metal catalyst is N about one-fifth to one-tenth of the SCR catalyst.

Muita SCR- katalysaattorin heikkouksia ovat NH3-vuodot (2-5 ppm) ja NH3:n myrkylli- syyden aiheuttamat riskit käsittelyn ja kuljetusten aikana. Pääasiassa käytetyn myrkyllisen SCR-katalyytin (V,Os) korvaamista esimerkiksi myrkyttömillä zeoliiteillä vaaditaan eten- kin USA:ssa.Other weaknesses of the SCR catalyst include NH3 leaks (2-5 ppm) and the risks of NH3 toxicity during handling and transport. Replacement of the mainly used toxic SCR catalyst (V, Os) with, for example, non-toxic zeolites is required, especially in the USA.

Katalyyttisen polton rajoitteina ovat lisäksi ns. katalysaattorimyrkyt, joita pakokaasu ei saa sisältää. Näistä tärkeimmät ovat orgaaniset pii-, raskasmetalli- ja fosforiyhdisteet. Ne deak- tivoivat katalysaattorit pysyvästi. Rikkiyhdisteet eivät vahingoita platinalla aktivoitua kata- lysaattoria, mutta reaktioiden lopputuloksena syntyvä rikkihappo voi konsentroitua läm- —mönsiirtimen pinnoille vähän yli 100 *C:n lämpötiloissa aiheuttaen korroosiota.In addition, the limitations of catalytic combustion are the so-called catalyst toxins which must not be contained in the exhaust gas. The most important of these are organosilicon, heavy metal and phosphorus compounds. They permanently deactivate the catalysts. Sulfur compounds do not damage the platinum-activated catalyst, but the sulfuric acid formed as a result of the reactions can be concentrated on the surfaces of the heat exchanger at temperatures slightly above 100 ° C, causing corrosion.

Keksinnön kuvaus Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on poistaa ainakin osa tekniikan tasoon liittyvistä — ongelmista ja saada aikaan aivan uudenlainen ratkaisu lämpöenergian tuottamiseksi hiili- vetypitoisesta polttoaineesta sekä vastaavasti hiilivetypitoista polttoainetta käyttävien energialaitosten typpioksideja ja häkää, hiilivetyjä sekä nokipartikkeleita sisältävien pako- kaasujen katalyyttiseksi puhdistamiseksi.DESCRIPTION OF THE INVENTION The object of the present invention is to eliminate at least some of the problems associated with the prior art and to provide a completely new solution for catalytic purification of exhaust gases containing nitrogen oxides and carbon monoxide, hydrocarbons and soot particles from hydrocarbon fuel plants.

— Keksinnön ensimmäisessä sovelluksessa lämpöenergiaa tuotetaan kahdessa yksikössä, jol- loin energialaitoksessa ensin tuotetaan termistä energiaa polttamalla hiilivetypitoista polt- toainetta. Lämpö otetaan talteen esimerkiksi lämmönvaihtajassa. Poltosta saataviin pako- kaasut syötetään polttoainetta ja ilmaa kaasuseoksen muodostamiseksi ja näin saatava kaa- = suseos saatetaan katalyyttiseen polttoon, joka suoritetaan korkeassa lämpötilassa. Suorit- N 25 — tamalla poltto katalyytin läsnä ollessa pelkistävissä ja vastaavasti hapettavissa olosuhteissa = ainakin 600 *C:n lämpötilassa saadaan savukaasujen sisältämät typen oksidit pelkistetyksi 7 sekä häkä, hiilivedyt ja nokipartikkelit hapetetuksi. Myös katalyyttisesta poltosta saatava E lämpö otetaan talteen.- In the first embodiment of the invention, thermal energy is produced in two units, in which case thermal energy is first produced in the power plant by burning a hydrocarbonaceous fuel. Heat is recovered, for example, in a heat exchanger. The exhaust gases from the combustion are fed with fuel and air to form a gas mixture, and the gas mixture thus obtained is subjected to catalytic combustion, which is carried out at a high temperature. By carrying out the combustion in the presence of a catalyst under reducing and oxidizing conditions, respectively = at a temperature of at least 600 ° C, the nitrogen oxides contained in the flue gases are reduced 7 and the carbon monoxide, hydrocarbons and soot particles are oxidized. The heat E from the catalytic combustion is also recovered.

NOF

N © 30 — Keksinnön toisessa sovelluksessa energialaitoksen pakokaasut johdetaan pakokaasupoltti- N meen, jossa kaasut saatetaan katalyyttiseen hapetukseen ja pelkistykseen pakokaasujen NOx-, CO-, VOC- ja partikkelipitoisuuksien alentamiseksi ja lämpöenergian samanaikai- seksi tuottamiseksi.N © 30 - In another embodiment of the invention, the exhaust gases of the energy plant are led to an exhaust gas burner N, where the gases are subjected to catalytic oxidation and reduction to reduce the NOx, CO, VOC and particulate concentrations of the exhaust gases and simultaneously produce thermal energy.

Täsmällisemmin sanottuna keksinnön mukaiselle ratkaisulle on pääasiallisesti tunnus- omaista se, mikä on esitetty itsenäisten patenttivaatimusten tunnusmerkkiosissa. Esillä olevalla keksinnöllä saavutetaan huomattavia etuja. Kuten jo edellä todettiin, termisellä poltolla eikä nykyisillä savukaasujen puhdistusmene- telmillä ei ole mahdollista tuottaa niin puhdasta lämpöenergiaa, jota on jo nyt alettu vaatia Pekingissä. Tavoitteeseen voidaan kuitenkin päästä esillä olevan keksinnön mukaisella — ratkaisulla, jossa katalyyttisellä pakokaasupolttimella voidaan alentaa jo toimivienkin katti- loiden, diesel- ja kaasuturbiinivoimaloiden pakokaasujen NOx-, VOC-, CO- ja partikkeli- päästöt lähelle nollatasoa. Samalla voidaan polttaa myös öljy- ja kaasukattiloiden sekä die- sel voimaloiden tuottamat pienet nokipartikkelit.More specifically, the solution according to the invention is mainly characterized by what is set forth in the characterizing parts of the independent claims. The present invention provides significant advantages. As stated above, neither thermal combustion nor current flue gas cleaning methods make it possible to produce the pure thermal energy that is already being demanded in Beijing. However, the object can be achieved with the solution according to the present invention, in which the NOx, VOC, CO and particulate emissions of the exhaust gases of already operating boilers, diesel and gas turbine power plants can be reduced to near zero even with the catalytic exhaust burner. At the same time, small soot particles produced by oil and gas boilers and diesel power plants can also be burned.

— Niinpä esillä olevalla ratkaisulla voidaan pelkistää NOx-yhdisteet, siten että niiden jäämä- pitoisuus on pienempi kuin 1 ppm, ja CO- ja VOC-yhdisteet voidaan hapettaa, niin että niiden jäämäpitoisuus on alle 2 ppm. Myös pienet nokipartikkelit saadaan poltetuksi pako- kaasupolttimessa lämpötilan ollessa 600 ”C tai sen yli. Polttimelle edullisin käyttölämpöti- la-alue on 850—1000 °C. Tällä alueella myös nokipartikkelit palavat nopeasti.Thus, with the present solution, NOx compounds can be reduced to a residual content of less than 1 ppm, and CO and VOC compounds can be oxidized to a residual content of less than 2 ppm. Small soot particles can also be burned in an exhaust gas burner at a temperature of 600 ° C or above. The most preferred operating temperature range for the burner is 850-1000 ° C. In this area, soot particles also burn quickly.

Samanaikaisen energian tuotannon mahdollistaa termisen kattilan, turbiinin tai diesel- voimalan yms. savukaasun käyttäminen jäähdytys- ja lämmönsiirtoaineena katalyyttisessä poltossa. Tällöin poltossa hyödynnetään pako- eli savukaasujen inerttiä termistä massaa = lämpötilan hallitsemisessa ja lämmön siirrossa. Savukaasun avulla voidaan lämpötila pitää N 25 — halutuissa rajoissa, edullisesti välillä 850—1000 °C.Simultaneous energy production is made possible by the use of flue gas from a thermal boiler, turbine or diesel power plant, etc. as a cooling and heat transfer medium in catalytic combustion. In this case, the inert thermal mass of the exhaust or flue gases is utilized in combustion = temperature control and heat transfer. The flue gas can be used to keep the temperature within the desired range of N 25 - preferably between 850 and 1000 ° C.

<Q<Q

O 7 Esillä olevalla, muista puhdistusmenetelmistä poikkeavalla ratkaisulla on mahdollista lisätä E termisen kattilan lämpöenergian tuotantokapasiteettia jopa 60 %:lla.O 7 With the present solution, which differs from other cleaning methods, it is possible to increase the thermal energy production capacity of the thermal boiler E by up to 60%.

N Pakokaasupoltin voidaan lisätä kaikkiin sellaisiin energiantuottolaitteisiin, joissa rikkipääs- o 30 tot ja partikkelipäästöt ovat alhaiset ja joissa ei ole ns. katalysaattorimyrkkyjä. Sen sijaan N energialähteiden NOx-, CO- ja VOC- päästöjen määrällä ei ole käytännössä merkitystä. Jälkipolttimessa palavat myös esim. öljykattiloiden ja dieselvoimaloiden tuottamat pienet nokipartikkelit. Jollei katalysaattorienyhteydessä ole varastoivaa POC- katalysaattoria taifiltteriä, on edullista järjestää ennen lämmön talteenottoputkistoa välitila, jossa partikkelit ehtivät palaa ennen energian talteenottoa. Pakokaasupolttimella voidaan ratkaista myös käytössä olevien vanhempien saastuttavim- 5 —pienkin energian tuotantolaitteiden päästöt uusien tiukimpien vaatimusten tasolle. Periaatteessa pakokaasupoltinta voidaan käyttää kaikenlaisten NOx-, CO- ja VOC- päästö- jä sisältävien kaasujen puhdistamiseen yhdistämällä poltin kattilaan tai lämmönsiirtimeen, koska katalyyttinen poltto toimii LEL- rajan alapuolella. Tällöin ei ole samanlaista turvalli- — suusriskiä, kuin termisen polton kattiloissa, joissa VOC:ien poltossa on aiheutunut ihmis- hengen vaatineita onnettomuuksia.N The exhaust gas burner can be added to all energy production equipment with low sulfur emissions and particulate emissions and without so-called catalyst poisons. In contrast, the amount of NOx, CO and VOC emissions from N energy sources is practically irrelevant. The afterburner also burns small soot particles produced by, for example, oil boilers and diesel power plants. If there is no storage POC catalyst or filter in connection with the catalysts, it is advantageous to provide an intermediate space before the heat recovery piping, in which the particles have time to burn before the energy is recovered. The exhaust burner can also be used to solve the emissions of older polluting 5 - even the smallest energy production equipment in use to the level of new, more stringent requirements. In principle, an exhaust gas burner can be used to clean all types of gases containing NOx, CO and VOC emissions by connecting the burner to a boiler or heat exchanger, as the catalytic combustion operates below the LEL limit. In this case, there is no similar safety risk - as in thermal combustion boilers, where accidents involving fatal injuries have occurred during the combustion of VOCs.

Koska pakokaasupolttimen toiminnan ja puhdistustuloksen kannalta etenkään kaasumais- ten päästöjen määrällä ei ole juuri merkitystä, voidaan primäärisen energialähteen säädöille — ja laitevalinnoille sallia vapauksia. Kattiloissa ei tarvita kalliita lowNOx tai ultralowNOx polttimia ja ilma polttoainesuhde voidaan optimoida maksimaaliselle teholle. Dieselmoot- toreissa ei tarvita pakokaasun takaisinkierrätystä (EGR) eikä erittäin laihoja seossuhteita NOx- päästöjen alentamiseksi jne.As the amount of gaseous emissions, especially the amount of gaseous emissions, is of little importance for the operation and cleaning result of the exhaust burner, freedoms can be allowed for the control of the primary energy source - and the choice of equipment. Boilers do not require expensive lowNOx or ultralowNOx burners and the air to fuel ratio can be optimized for maximum power. Diesel engines do not require exhaust gas recirculation (EGR) or very lean blend ratios to reduce NOx emissions, etc.

Pakokaasupoltin sopii mm. toiminnassa oleviin energialaitoksiin, jotka eivät täytä alati kiristyvien normien päästövaatimuksia. Investoinnit päästöjen alentamiseksi kannattaa usein tehdä, koska laitokset ovat pitkäikäisiä ja vaativat suuria investointeja. Toisena koh- teena ovat uudet laitokset.The exhaust burner is suitable for e.g. operating energy plants that do not meet the emission requirements of ever-tightening standards. Investments to reduce emissions are often worthwhile because plants are long-lived and require large investments. Another target is new plants.

© & . . . <. & 25 — Esillä olevaa teknologiaa lähdetään seuraavassa lähemmin tarkastelemaan yksityiskohtai- = sen selityksen avulla oheisiin piirustuksiin viitaten.© &. . . <. & 25 - In the following, the present technology will be examined in more detail by means of a detailed explanation with reference to the accompanying drawings.

OO

I E Kuviossa 1 on esitetty yhden sovellutusmuodon prosessikaavio, N kuviossa 2 on esitetty toisen sovellutusmuodon prosessikaavio, o 30 — kuviossa 3 on esitetty kolmannen sovellutusmuodon prosessikaavio ja N kuviossa 4 on esitetty neljännen sovellutusmuodon prosessikaavio. Esillä olevassa yhteydessä tarkoitetaan ”energialaitoksella? etenkin termistä energiaa, elilämpöenergiaa, tuottavaa polttolaitosta, jossa hiilivetypitoisesta polttoaineesta tuotetaan energiaa kattiloiden, dieselturbiinien tai kaasuturbiinien avulla. ”Hiilipitoisella polttoaineella” tarkoitetaan ensimmäisessä sovelluksessa polttoainetta, joka — sisältää pääasiassa, mutta ei välttämättä pelkästään, hiilestä ja mahdollisesti vedystä koos- tuvia orgaanisia yhdisteitä, kuten hiilivetyjä. Hiilivetyjen lisäksi polttoaineeseen voi sisäl- tyä happipitoisia yhdisteitä kuten eettereitä, estereitä ja alkoholeja. Esimerkkeinä ensim- mäisen sovelluksen mukaisista hiilipitoisista polttoaineista mainittakoon fossiilisista raaka- aineista peräisin oleva polttoaineet, kuten öljyt, bensiini, diesel ja maakaasu.I E Fig. 1 shows a process diagram of one embodiment, N Fig. 2 shows a process diagram of a second embodiment, o 30 - Fig. 3 shows a process diagram of a third embodiment, and N Fig. 4 shows a process diagram of a fourth embodiment. In the present context, “energy plant? in particular a combustion plant producing thermal energy, living thermal energy, in which energy is produced from hydrocarbon-containing fuel by means of boilers, diesel turbines or gas turbines. 'Carbonaceous fuel' in the first application means a fuel which - contains, but is not necessarily limited to, organic compounds of carbon and possibly hydrogen, such as hydrocarbons. In addition to hydrocarbons, the fuel may contain oxygen-containing compounds such as ethers, esters and alcohols. Examples of carbonaceous fuels according to the first application are fuels derived from fossil fuels, such as oils, petrol, diesel and natural gas.

”Hiilipitoisella polttoaineella” tarkoitetaan toisessa sovelluksessa edelleen polttoainetta, joka sisältää pääasiassa alkoholi- (hydroksi-) ryhmiä, eetteriryhmiä tai esteriryhmiä tai niiden kombinaatioita käsittäviä hiiliyhdisteitä, esimerkiksi hiilivety-yhdisteitä, jotka on substituoitu näillä ryhmillä. Näitä polttoaineita ovat erilaiset biopolttoaineet, jotka on tuo- — tettu biomassasta, kuten lignoselluloosasta, kasviöljyistä ja eläinrasvoista, viljelykasveista Ilmaisuilla ”CO-” ja ”VOC-päästöt” ja vastaavasti ”NOx- päästöt” ja ”nokipartikkeli- päästöt” tarkoitetaan pakokaasuihin sisältyvien CO-, VOC- ja Nox-kaasujen ja vastaavasti nokipartikkelien määrää (massana) pakokaasuista."Carbonaceous fuel" in another embodiment further means a fuel containing carbon compounds consisting primarily of alcohol (hydroxy) groups, ether groups or ester groups, or combinations thereof, for example, hydrocarbon compounds substituted with these groups. These fuels include various biofuels produced from biomass, such as lignocellulose, vegetable oils and animal fats, crops. The terms 'CO' and 'VOC emissions' and 'NOx emissions' and 'soot particulate emissions', respectively, refer to CO -, VOC and Nox gases and the soot particles (as mass) of the exhaust gases, respectively.

Esillä olevassa teknologiassa saadaan yleisesti aikaan ratkaisu pakokaasujen käsittelemi- seksi ja energian tuottamiseksi katalyyttisellä pakokaasupolttimella. Menetelmää voidaan soveltaa sekä lämmön tuottamiseen sekä pakokaasujen puhdistamiseen, kuten alla tarkem- 5 min selostetaan. 3 25 5 Menetelmässä syötetään termisessä poltossa syntyneeseen pakokaasuun lisäilmaa ja poltto- 7 ainetta katalyyttisessä poltossa tarvittava määrä kaasuseoksen muodostamiseksi, minkä E jälkeen kaasuseos johdetaan katalyyttiseen polttovyöhykkeeseen poltettavaksi. Poltosta N saatava lämpö otetaan talteen. Polton seurauksena CO-, VOC-, NOx- ja nokipartikkeli- o 30 — päästöt vähenevät merkittävästi katalyyttisen polton poistokaasuissa.The present technology generally provides a solution for treating exhaust gases and generating energy with a catalytic exhaust burner. The method can be applied to both heat generation and exhaust gas cleaning, as described in more detail below. 3 25 5 In the process, additional air and fuel are fed to the exhaust gas generated by thermal combustion to produce the gas mixture required for catalytic combustion, after which the gas mixture is introduced into a catalytic combustion zone for combustion. The heat from combustion N is recovered. As a result of combustion, emissions of CO, VOC, NOx and soot particles are significantly reduced in the exhaust gases from catalytic combustion.

N Yhdessä sovelluksessa pakokaasut, polttoaine ja ilma sekoitetaan keskenään tasaisesti ho- mogeenisen kaasuseoksen tuottamiseksi.N In one application, the exhaust gases, fuel and air are mixed evenly to produce a homogeneous gas mixture.

Tässä sovelluksessa pakokaasupolttimeen voidaan syöttää lisäilmaa ja polttoainetta ja näi- den syöttöä ohjataan katalysaattorin jälkeisillä lämpötila ja lineaarisilla happiantureilla kunkin katalysaattorin tarvitseman ilma-/polttoainesuhteen tarpeen mukaisesti.In this application, additional air and fuel can be supplied to the exhaust gas burner and their supply is controlled by post-catalyst temperature and linear oxygen sensors according to the need for the air / fuel ratio required by each catalyst.

Jotta alla kuvattavat reaktiot voivat tapahtua, pakokaasuun lisätään sopivimmin polttoainet- ta niin paljon, että saavutetaan rikas tai stoikiometrinen seossuhde. Ensin mainitussa tapah- tuu pelkkä NOx:ien pelkistys typeksi (N;) ja hapeksi (O;) ja jälkimmäisessä sen lisäksi myös CO:n ja VOC:ien hapetus hiilidioksidiksi (CO;) ja vedeksi (HO).In order for the reactions described below to take place, enough fuel is preferably added to the exhaust gas to achieve a rich or stoichiometric mixture ratio. In the former, only the reduction of NOx to nitrogen (N;) and oxygen (O;) takes place, and in the latter, in addition, the oxidation of CO and VOC to carbon dioxide (CO;) and water (HO) also takes place.

Toimittaessa rikkaalla seoksella käytetään sopivimmin toista katalysaattoria, jolloin sille järjestetään laihan seoksen edellyttämän lisäilman syötön. Erillisillä hapetus ja pelkistys- vaiheilla saavutetaan paras tulos.When supplying the rich mixture, a second catalyst is preferably used, in which case it is provided with the additional air supply required by the lean mixture. Separate oxidation and reduction steps achieve the best results.

— Kun halutaan tuottaa maksimimäärä puhdasta energiaa, niin savukaasuun on polttoaineen lisäksi suihkutettava polttoaineen lisäksi myös ilmaa. Jottei jälkipoltossa syntyisi typenok- sideja, on lämpötila sopivimmin rajattava n. 1000 *C:een. Tällä muista puhdistusmenetel- mistä poikkeavalla ratkaisulla on mahdollista lisätä termisen kattilan lämpöenergian tuo- tantokapasiteettia jopa 60 %:lla, kuten alla tarkemmin selostetaan.- When you want to produce the maximum amount of clean energy, you must inject not only fuel but also air into the flue gas. In order to prevent the formation of nitrogen oxides in the afterburning, the temperature should preferably be limited to about 1000 ° C. With this solution, which differs from other cleaning methods, it is possible to increase the thermal energy production capacity of the thermal boiler by up to 60%, as described in more detail below.

Yhdessä sovelluksessa pakokaasut, polttoaine ja ilma sekoitetaan keskenään sisäkkäisissä rei'itetyissä syöttöputkissa ja staattisessa sekoittajassa tasaisesti sekoittuneen kaasuseoksen muodostamiseksi.In one application, the exhaust gases, fuel, and air are mixed together in nested perforated supply lines and in a static mixer to form a uniformly mixed gas mixture.

00 & os 25 Staattisella sekoittajalla voidaan varmistaa kaasuseoksen homogeenisuus, mikä on erityi- = sen edullista tasaisen polton varmistamiseksi.The homogeneity of the gas mixture can be ensured with a static mixer, which is particularly advantageous in order to ensure even combustion.

OO

I E Yhdessä sovelluksessa katalyyttinen poltto suoritetaan pelkistävissä ja vastaavasti hapetta- N vissa olosuhteissa yhdessä tai useammassa vaiheessa.I E In one embodiment, the catalytic combustion is performed under reducing and oxidizing conditions, respectively, in one or more steps.

o 30 N Yhdessä sovelluksessa kaasuseos saatetaan katalyyttiseen polttoon kolmitoimikatalysaatto- rissa hapetus- ja pelkistyskatalysaattoriin. Tällöin voidaan kaasuseos polttaa esimerkiksi kolmitoimikataly saattorissa stoikiometrisellä happi-/lisäpolttoaine-suhteella polttolaitok-o 30 N In one application, the gas mixture is subjected to catalytic combustion in a three-way catalyst to an oxidation and reduction catalyst. In this case, the gas mixture can be burned, for example, in a three-way catalytic converter with a stoichiometric oxygen / additional fuel ratio in a combustion plant.

sessa palamatta jääneiden CO- ja VOC- yhdisteiden hapettamiseksi ja NOx- päästöjen pel- kistämiseksi sekä nokipartikkelien hapettamiseksi. Kun poltto tehdään yli 600 °C:n lämpötilassa, samalla nokipartikkelit palavat.for the oxidation of unburned CO and VOCs and for the reduction of NOx emissions and for the oxidation of soot particles. When incinerated at temperatures above 600 ° C, the soot particles burn at the same time.

Vaihtoehtoisesti kaksiosaisessa katalysaattorissa pelkistysosassa rikkaalla seoksella pelkis- tetään NOx-päästöt typeksi (N>) ja hapeksi (O) ja hapetetaan pääosa CO- ja VOC- pääs- töistä hiilidioksidiksi (CO,) ja vedeksi (HO).Alternatively, in a two-part catalyst, in the reduction section, the rich mixture reduces NOx emissions to nitrogen (N>) and oxygen (O) and oxidizes most of the CO and VOC emissions to carbon dioxide (CO) and water (HO).

— Tämän jälkeen lisäilmalla kaasuseos muutetaan laihaksi ja sitten seos kulkee hapetuskata- lysaattorin läpi. Siinä loput CO- ja VOC- päästöt hapetetaan. Seuraavassa lämmönsiirto- vaiheessa otetaan hyötykäyttöön syntynyt lämpöenergia esimerkiksi hitsattujen ripaputki- patterien avulla veteen, minkä jälkeen pakokaasu poistuu kattilasta savupiippuun tarvitta- essa imevän puhaltimen avustamana.- Then, with additional air, the gas mixture is made lean and then the mixture passes through an oxidation catalyst. It oxidizes the remaining CO and VOC emissions. In the next heat transfer step, the heat energy generated is utilized in water, for example by means of welded finned tube radiators, after which the exhaust gas leaves the boiler into the chimney, if necessary with the aid of a suction fan.

Yhdessä sovelluksessa kaasuseos poltetaan hapetus- ja pelkistyskatalysaattorissa ensin rikkaalla lisäpolttoaine/happi-seoksella typen oksidien pelkistämiseksi ja laihalla lisäpolt- toaine/happiseoksella CO- ja VOC-yhdisteiden sekä nokipartikkelien hapettamiseksi.In one application, the gas mixture is first combusted in an oxidation and reduction catalyst with a rich supplemental fuel / oxygen mixture to reduce nitrogen oxides and a lean supplemental fuel / oxygen mixture to oxidize CO and VOCs and soot particles.

Reaktioketju pelkistävissä jalometallikatalysaattoreissa kulkee pääosin höyryreformointi- ja vesikaasun siirtoreaktioiden kautta: HO + HC ->H,+ CO ja H,O+ CO ->H, + CO, 00 g & 25 jaedelleen o H, + NO, -> N, + HO.The reaction chain in reducing noble metal catalysts passes mainly through steam reforming and water gas transfer reactions: HO + HC -> H, + CO and H, O + CO -> H, + CO, 00 g & 25 and further o H, + NO, -> N, + HO .

O = - Osa reaktioista on suoria hapetus ja pelkistysreaktioita.O = - Some of the reactions are direct oxidation and reduction reactions.

N > © 30 Katalyyttinen poltto tapahtuu koko ajan alemman räjähdysrajan (LEL) alapuolella. Poltto-N> © 30 Catalytic combustion takes place below the lower explosion limit (LEL) at all times. Burning-

O N aine voi usein olla sama kuin primäärienergin tuottolaitteessa.O N substance can often be the same as in the primary energy generating device.

Jos savukaasun lämpötila ennen katalyyttistä jälkipolttoa laskee alle 250 *C:een ja poltto- aineena on maakaasu tai muu korkeassa lämpötilassa syttyvä polttoaine, niin katalysaatto- rin rakenteen tulee olla rekuperatiivinen tai regeneratiivinen lämmönsiirrin esimerkiksi metallinen ristivirtaus katalysaattori tai polton ylläpitämiseksi polttoaineseokseen olisi syö- — tettävä alhaisessa lämpötilassa syttyvää polttoainetta kuten metanolia tai etanolia. tukipolt- toaineeksi. Poltossa käytettävät katalysaattorit on sopivimmin pinnoitettu stabiileilla metallioksideilla, etenkin oksidilla, jonka kationi on Al, Ce, Zr, L tai Ba, ja joihin on kiinnitetty jalometalleja — kuten Pd, Pt, Rh tai näiden perusmetallien sekaoksideita. Nämä jalometallikatalyytit eivät ole myrkyllisiä eikä reaktioissa synny myrkyllisiä yhdis- teitä kuten perinteisessä SCR- katalysaattoreissa. Lämpötila katalysaattorissa on ainakin 600 *C:ssa, etenkin 850-1000 °C:ssa pelkistävissä olosuhteissa tai sekä pelkistävissä että hapettavissa olosuhteissa. Sopivimmin kolmitoimikatalysaattorissa vaihtuma pidetään arvossa 50.000—150.000 1/h esimerkiksi noin 60.000-100.000 1/h, ja pelkistys- ja hapetuskatalysaattorin vaihtumat — ovat esimerkiksi noin 60.000-200.000 1/h edullisesti 70.000—150.000 1/h. Esillä oleva teknologia soveltuu etenkin käytettäväksi tilanteissa, joissa polttoaine polte- taan tai on poltettu polttolaitoksessa, joka on öljy- tai kaasukattila, kaasuturbiini, diesel- = voimalaitos tai vastaava energialaitos.If the flue gas temperature before catalytic afterburning drops below 250 ° C and the fuel is natural gas or other high temperature fuel, then the catalyst structure should be recuperative or regenerative. The metal cross-flow catalyst, for example, should be used to maintain combustion. low temperature flammable fuel such as methanol or ethanol. as a support fuel. The catalysts used in the combustion are preferably coated with stable metal oxides, in particular an oxide having a cation of Al, Ce, Zr, L or Ba, to which noble metals - such as Pd, Pt, Rh or mixed oxides of these parent metals - have been attached. These noble metal catalysts are non-toxic and do not produce toxic compounds in the reactions as in conventional SCR catalysts. The temperature in the catalyst is at least 600 ° C, especially 850-1000 ° C under reducing conditions or under both reducing and oxidizing conditions. Most preferably, in a three-way catalyst, the exchange is maintained at 50,000 to 150,000 1 / h, for example about 60,000 to 100,000 1 / h, and the reductions in the reduction and oxidation catalyst are, for example, about 60,000 to 200,000 1 / h, preferably 70,000 to 150,000 1 / h. The present technology is particularly suitable for use in situations where the fuel is burned or has been burned in a combustion plant, which is an oil or gas boiler, a gas turbine, a diesel power plant or a similar energy plant.

N & 25 o Kuten yllä todettiin, yhdessä sovelluksessa esillä olevaa teknologiaa voidaan soveltaa läm- 7 pöenergian tuottamiseksi hiilivetypitoisesta polttoainesta ainakin kahdessa vaiheessa suori- E tettavalla poltolla. Tällaisessa ratkaisussa poltetaan ensimmäisessä polttovaiheessa en- N simmäinen osa polttoaineesta polttolaitoksessa lämmön sekä typpi- ja happioksidipitoisen o 30 — pakokaasun tuottamiseksi. Ensimmäisestä polttovaiheesta saatava lämpö ja pakokaasu ote- N taan tämän jälkeen talteen. Toinen osa polttoaineesta syötetään toisessa polttovaiheessa ensimmäisestä polttovaiheesta saatavaan pakokaasuun. Poltettavan kaasuseoksen muodos- tamiseksi syötetään vielä ilmaa. Näin saatava kaasuseos poltetaan katalyyttisesti lämmöntuottamiseksi ja typpi- ja happioksidien hajottamiseksi, Kuten edellä on selostettu, ainakin yhdessä katalyyttivyöhykkeessä ylläpidetään pelkistäviä olosuhteita ja poltto suoritetaan näissä olosuhteissa yli 600 *C:n lämpötilassa.N & 25o As stated above, in one application, the present technology can be applied to produce thermal energy from a hydrocarbonaceous fuel by combustion in at least two stages. In such a solution, in the first combustion stage, the first part of the fuel is burned in the combustion plant to produce heat and nitrogen and oxygen oxide-containing o 30 exhaust gas. The heat and exhaust gas from the first combustion stage are then recovered. The second part of the fuel is fed in the second combustion stage to the exhaust gas from the first combustion stage. Air is still supplied to form the combustible gas mixture. The gas mixture thus obtained is catalytically combusted to produce heat and decompose nitrogen and oxygen oxides. As described above, reducing conditions are maintained in at least one catalyst zone and the combustion is carried out under these conditions at a temperature above 600 ° C.

Toisesta polttovaiheesta saatava lämpö otetaan talteen.The heat from the second combustion stage is recovered.

Yhdessä sovelluksessa toisessa polttovaiheessa poltetaan ainakin 10 %, sopivimmin 15-80 mooli-%, hiilivetypitoisen polttoaineen kokonaismäärästä.In one application, the second combustion stage burns at least 10%, preferably 15-80 mol%, of the total amount of hydrocarbonaceous fuel.

Ratkaisun avulla toisessa polt- tovaiheessa voidaan tuottaa merkittävä osa, joka n. 60 % lisää lämpöenergiaa primää- — rienergialähteelle.With the help of the solution, a significant part can be produced in the second combustion stage, which adds about 60% of thermal energy to the primary energy source.

Yhdessä sovelluksessa käytetään termisen kattilan, turbiinin tai diesel voimalan savukaa- sua jäähdytys- ja lämmönsiirtoaineena katalyyttisen poltossa.In one application, the flue gas of a thermal boiler, turbine or diesel power plant is used as a cooling and heat transfer medium in catalytic combustion.

Ilman jäähdyttävää inertia apuainetta stoikiometrisessä katalyyttisessä poltossa lämpötila nousee mallinnuksen mu- — kaan yli 2500 °C:een.In the stoichiometric catalytic combustion without a cooling inert excipient, the temperature rises above 2500 ° C according to the modeling.

Tämä johtuu siitä, että katalyyttinen poltto on noin kaksikymmentä kertaa nopeampaa kuin terminen.This is because catalytic combustion is about twenty times faster than thermal.

Fdellä esitetyissä sovelluksissa, joissa lämpötila noste- taan ainakin 600 ”C:seen mutta edullisesti korkeintaan 1000 *C:seen, katalyyttisessä pol- tossa käytetään sopivimmin termisen energialaitoksen savukaasuja käytetään inerttinä lämmön varastointi- ja siirtoaineen katalyyttisen polton lämpötilan pitämiseksi ennalta — valitulla lämpötila-alueella.In the applications shown in Fd, in which the temperature is raised to at least 600 ° C but preferably not more than 1000 ° C, catalytic combustion preferably uses thermal energy plant flue gases inert to maintain the temperature of the catalytic combustion of the heat storage and transfer medium in a preselected temperature range. .

On todettu, että saavukaasujen sisältämät palamattomat kaasut, kuten typpi ja hiilidioksidi eivät esitetyissä olosuhteissa reagoi vaan tasaavat inertteinä komponetteina lämpöä ja estävät lämpötilan hallitsemattoman nousun. 00 S Edellä esitetyissä sovelluksissa poltosta saatavien kaasujen sisältämää lämpöenergiaa ote- N 25 — taan talteen.It has been found that the non-combustible gases contained in the inlet gases, such as nitrogen and carbon dioxide, do not react under the conditions shown but equalize the heat as inert components and prevent an uncontrolled rise in temperature. 00 S In the above applications, the thermal energy contained in the combustion gases is recovered.

Talteenotto voidaan tehdä ainakin yhdessä lämmönsiirtovaiheessa, jolloin = lämpöenergia sopivimmin siirretään veteen, ilmaan tai muuhun nestemäiseen tai kaasumai- 7 seen väliaineeseen.Recovery can be performed in at least one heat transfer step, where = heat energy is preferably transferred to water, air or other liquid or gaseous medium.

Ao a N Toisessa sovelluksessa esillä olevaa teknologiaa sovelletaan hiilivetypitoista polttoainetta 3 30 — käyttävien energialaitosten typpioksideja ja häkää, hiilivetyjä sekä nokipartikkeleita sisäl- & tävien pakokaasujen katalyyttiseksi puhdistamiseksi pelkistävissä ja hapettavissa olosuh- teissa.Ao a N In another embodiment, the present technology is applied to the catalytic purification of exhaust gases containing hydrocarbons and hydrocarbons, hydrocarbons, and soot particles from power plants using hydrocarbonaceous fuel 3 30 - under reducing and oxidizing conditions.

Tässä ratkaiussa pakokaasuihin syötetään polttoainetta ja ilmaa kaasuseoksen muo- dostamiseksi ja kaasuseos saatetaan yli 600 PC:n lämpötilassa suoritettavaan yksi- tai kak-In this solution, fuel and air are fed to the exhaust gases to form a gas mixture and the gas mixture is subjected to a single or double reaction at a temperature of more than 600 PC.

sivaiheiseen katalyyttiseen polttoon typen oksidien pelkistämiseksi sekä hään, hiilivetyjen ja nokipartikkelien hapettamiseksi. Näin toimittaessa katalyyttisesta poltosta saatavan kaasun NOx:ien päästötaso on 1 ppm tai — sitä pienempi ja CO- ja VOC- emissioiden taso on korkeintaan 2 ppm. Pienet nokipartikke- lit myös palavat pakokaasupolttimen edullisessa käyttölämpötilassa 850—1000 °C, koska noki syttyy n. 600 *C:ssa ja palaa kiihtyvällä nopeudella sen yläpuolella. Termisen kattilan kanssa samaa polttoainetta käyttävällä pakokaasupolttimella on useita — etuja selektiivisiin (SCR) tai ei-selektiivisiin (SNCR) NOx-päästöjen pelkistyslaitteistoihin verrattuna: — Seon tehokkaampi NOx-, CO- ja VOC- emissioiden eliminoija. Sillä voidaan saa- vuttaa NOx- päästöille n. 1 ppm:n taso ja CO ja VOC- päästöille kataly saattorirat- kaisusta riippuen 2 ppm:n taso.secondary catalytic combustion to reduce nitrogen oxides and oxidize wedding, hydrocarbons and soot particles. In so doing, the NOx emission level of the gas from the catalytic combustion plant shall be 1 ppm or less and the CO and VOC emission levels shall not exceed 2 ppm. Small soot particles also burn at the preferred operating temperature of the exhaust burner at 850-1000 ° C, as the soot ignites at about 600 ° C and burns at an accelerating rate above it. An exhaust gas burner using the same fuel as a thermal boiler has several - advantages over selective (SCR) or non-selective (SNCR) NOx emission reduction plants: - Seo is a more efficient eliminator of NOx, CO and VOC emissions. It can achieve a level of about 1 ppm for NOx emissions and a level of 2 ppm for CO and VOC emissions, depending on the catalyst solution.

— Silla voidaan polttaa pienet nokipartikkelit.- It can be used to burn small soot particles.

— Sillä voidaan nostaa n. 60 %:lla kattilan lämpöenergian tuotantoa.- It can increase the boiler's thermal energy production by about 60%.

— Siinä ei tarvita erillistä lisäpolttoainetta eikä sen erillistä varastointi ja annostelujär- jestelmää.- It does not require a separate supplemental fuel or a separate storage and dosing system.

— Siinä olevat jalometallikatalysaattorit ovat pitkäikäisempiä kuin SCR- katalysaatto- rit, joissa käytetyn katalyytin (V,Os) terminen ja kemiallinen kestävyys on heikom- pi kuin jalometallien. Uudet korvaavat SCR- katalyytit ovat erilaisia zeoliittejä, jot- ka taas ovat herkkiä rikkimyrkytykselle.- The precious metal catalysts it contains have a longer service life than SCR catalysts, in which the thermal and chemical resistance of the catalyst (V, Os) used is lower than that of the precious metals. The new replacement SCR catalysts are various zeolites, which in turn are sensitive to sulfur poisoning.

© — SCR- katalysaattorit ovat kooltaan 5-10 kertaa suurempia kuin jalometallikataly- > saattorit. Niiden hinnoissa ei ole merkittävää eroa, koska kokoero kompensoi yk- se 25 sikköhinnan eron. Jalometallikatalysaattorit maksavat n. 60 — 70 €/dm3 ja SCR- ka- 2 talysaattorit n. 10 €/dm’.© - SCR catalysts are 5-10 times larger in size than precious metal catalysts. There is no significant difference in their prices, as the size difference compensates for one of the 25 unit price differences. Precious metal catalysts cost about 60 - 70 € / dm3 and SCR catalysts cost about 10 € / dm ’.

z — EPA on demonstroinut SCR- katalysaattorin NOx:ien poistokustannuksiksi n.z - EPA has demonstrated the SCR catalyst to have NOx removal costs of n.

a 1400-2000 USD/t NOx. Katalyyttisen savukaasupolttimen kustannukset ovat oleel- 3 lisesti alhaisemmat. Laitos on pienempi ja yksinkertaisempi. SCR-laitoksissa käytet- S 30 tävät pelkistimiet, ammoniakki (NFH3) tai urea, ovat polttoaineiden kanssa suunnil- leen samanhintaista, mutta eivät tuota hyödynnettävissä olevaa lämpöenergiaa.a 1400-2000 USD / t NOx. The cost of a catalytic flue gas burner is substantially lower. The facility is smaller and simpler. The reducing agents used in SCR plants, ammonia (NFH3) or urea, are approximately the same as the fuels, but do not produce usable thermal energy.

— Suurin ero syntyy silloin, kun pakokaasupolttimella voidaan tuottaa lisäenergiaa kilpailukykyisin kustannuksin.- The biggest difference arises when the exhaust burner can produce additional energy at a competitive cost.

Tällöin NOx-, CO- ja VOC- päästöjen eliminointi tapahtuisi sivutuotteena ilman erillisiä puhdistuskustannuksia. — Ammoniakkia kuljetetaan ja varastoidaan 27 %:n vesiliuoksena, koska se on hyvin myrkyllistä. — SCR- pelkistyksessä syntyy 2-5 ppm:n ammoniakkivuoto (EPA), joka on katalyyt- tisesti hapetettava.In this case, the elimination of NOx, CO and VOC emissions would take place as a by-product without separate cleaning costs. - Ammonia is transported and stored as a 27% aqueous solution because it is very toxic. - SCR reduction produces a ammonia leakage of 2-5 ppm (EPA) which must be catalytically oxidised.

Seuraavassa tarkastellaan esillä olevan teknologian sovelluksia oheisten piirustusten poh- — jalta.In the following, the applications of the present technology will be considered on the basis of the accompanying drawings.

Kuviossa 1 ja 2 on esitetty kaksi sovellutusmuotoa, jolloin kuviossa on 1 on kuvattu ratkai- su, jossa energialaitoksessa (voimalassa) polttoaineesta tuotetaan sekä lämpö- että sähkö- energiaa, jolloin katalyyttisellä polttoprosessilla ensisijaisesti puhdistetaan energialaitoksen — pakokaasu.Figures 1 and 2 show two embodiments, where Figure 1 illustrates a solution in which both thermal and electrical energy are produced from fuel in a power plant (power plant), whereby the exhaust gas of the energy plant is primarily cleaned by a catalytic combustion process.

Kuviossa 2 on puolestaan esitetty ratkaisu, jossa lämpöä tuotetaan toisaalta lämpövoimalassa ja toisaalta katalyyttisellä polttoprosessilla.Figure 2, in turn, shows a solution in which heat is produced in a thermal power plant on the one hand and in a catalytic combustion process on the other.

Kuten piirustuksista käy ilmi, viitenumeroilla 10; 20; 30 ja 50 on merkitty kaasu- tai nes- temäistä polttoainetta käyttävä termisesti polttavan kattila, dieselvoimalaitos, kaasuturbiini — tms. energialaitos tai voimala.As can be seen from the drawings, reference numerals 10; 20; 30 and 50 denote a thermal combustion boiler, diesel power plant, gas turbine or similar energy plant or power plant using gaseous or liquid fuel.

Kuvion 1 tapauksessa polttoaine syötetään pääasiallisesti energialaitokseen, jossa tuotetaan lämpöenergiaa, minkä lisäksi osasta näin tuotettua läm- pöenergiaa tuotetaan sähköä. = Molempien kuvioiden tapauksissa energialaitoksen pakokaasun poistokanavasta kaasu N 25 — ohjataan sekoituskammioon 12; 22, johon puhalletaan lisäilmaa ja suihkutetaan polttoainet- = ta.In the case of Figure 1, the fuel is fed mainly to an energy plant where thermal energy is produced, in addition to which part of the thermal energy thus produced produces electricity. = In both cases, gas N 25 from the exhaust outlet of the power plant is directed to the mixing chamber 12; 22, into which additional air is blown and fuel is injected.

Sekoituskammiot voivat käsittää jakoverkoston. 7 Yhdessä sovelluksessa käytetään sekoittava kennorakennetta.The mixing chambers may comprise a distribution network. 7 One application uses a mixing cell structure.

Esimerkkinä tällaisesta mai- S nittakoon ratkaisut, jotka on kuvattu esim. hyödyllisyysmalleissa 10627 tai CN205001032. N Niinpä jakoverkosto voi koostua vinoon aallotetuista teräsfolioista, jotka on ladottu tai vii- o 30 — kattu päällekkäin, aallot ristikkäin.An example of such is the solutions described, for example, in utility models 10627 or CN205001032. N Thus, the distribution network can consist of obliquely corrugated steel foils stacked or wedged on top of each other, the waves crossing.

Foliot voivat olla risteyskohdista kiinnitettynä toisiinsa & esimerkiksi vastushitsauksella tai juottamalla.The foils can be attached to each other at intersections &, for example, by resistance welding or soldering.

Kennon jokaisen kerroksen muodostamat virtauskanavat risteilevät keskenään, mikä aiheuttaa virtaukseen sekoitusta ja turbulenssia suuremmilla virtausnopeuksilla.The flow channels formed by each layer of the cell intersect with each other, causing mixing and turbulence in the flow at higher flow rates.

Suorakanavaisessa kennossa virtaus on laminaarista. Silloin aineensiirtoa kuvaava dimen- sioton Sherwoodin (Sh) luku on n. 3 virtausnopeuden ollessa 10 m/s. Sekoittavassa metalli- runkoisessa kennossa se on n. 10-12.In a direct channel cell, the flow is laminar. Then the dimensionless Sherwood (Sh) figure describing the mass transfer is about 3 with a flow velocity of 10 m / s. In a mixing cell with a metal body, it is about 10-12.

Sekoituskammiosta kaasu kulkee staattisen sekoittajan 13; 23 läpi katalysaattoriin 14; 24,From the mixing chamber, the gas passes through a static mixer 13; 23 to catalyst 14; 24,

25. Katalysaattorin takana (kaasuseoksen virtaussuunnassa) on ei-esitetty lineaarinen lambda-sensori, joka on järjestetty mittaamaan ja osaltaan säätämään ilma/polttoaine- suhdetta sekä lämpötila-anturi kontrolloimassa lämpötilaa.25. Behind the catalyst (in the flow direction of the gas mixture) is a non-shown linear lambda sensor arranged to measure and contribute to the control of the air / fuel ratio and a temperature sensor to control the temperature.

Yhden tai kahden katalysaattorin 14; 24, 25 jälkeen kaasu kulkee esimerkiksi hitsatuista ripaputkista tehtyyn yhteen tai useampaan lämmönsiirtimeen 15; 27, joissa lämpö siirre- tään veteen tai muuhun hyötykäyttöön. Lämmönsiirtimet 15; 27, voivat olla esimerkiksi hitsatuista putkista, kuten edellisesti ripaputkista valmistettuja.One or two catalysts 14; 24, 25, the gas passes, for example, to one or more heat exchangers 15 made of welded fin pipes; 27, in which heat is transferred to water or other utilization. Heat exchangers 15; 27, may be, for example, made of welded tubes, such as the previously ribbed tubes.

Kuviossa 3 ja 4 on esitetty tarkemmin katalyyttisen polttojärjestelmän rakenne. Kuviossa on viitenumeroilla 30 ja 50 merkitty primäärienergian tuottoa esimerkiksi die- selmoottorilla, kaasuturbiinilla tai polttokattilalla, mistä saatavaan poistokaasuun syötetään — polttoainetta syöttökanavia 31; 51 pitkin. Ilmaa syötetään kaasuseoksen muodostamiseksi puhaltimilla 37; 57. Seos sekoitetaan ennen katalyyttivyöhykettä johtamalla se staattisen sekoittajan 38; 58 kautta. Edullisesti seos on rikas ennen katalyyttivyöhykkeelle johtamis- ta. © > 25 Kuvion 3 tapauksessa katalyyttivyöhyke käsittää ristivirtauskatalysaattorin 33. Kuvion 4 = tapauksessa katalyyttivyöhyke käsittää rekuperatiivisen lämmönsiirrin-katalysaattorin.Figures 3 and 4 show the structure of the catalytic combustion system in more detail. In the figure, reference numerals 30 and 50 denote the production of primary energy, for example by a diesel engine, a gas turbine or a combustion boiler, from which the exhaust gas is supplied - fuel supply channels 31; 51 along. Air is supplied to form a gas mixture by fans 37; 57. The mixture is stirred prior to the catalyst zone by passing it through a static mixer 38; 58 through. Preferably, the mixture is rich prior to introduction into the catalyst zone. ©> 25 In the case of Figure 3, the catalyst zone comprises a cross-flow catalyst 33. In the case of Figure 4 =, the catalyst zone comprises a recuperative heat exchanger catalyst.

O = a Ensimmäisestä, tyypillisesti pelkistävästä katalyyttivyöhykkeestä 33; 53 saatava kaasuseos N johdetaan toiseen katalyyttivyöhykkeeseen 35; 55, joka tyypillisesti käsittää hapetuskataly- o 30 — saattorin. Lisäilmaa syötetään tällöin kaasuseokseen sekundaari-ilmansyöttöpuhaltimella N 39; 59.O = a from the first, typically reducing catalyst zone 33; The resulting gas mixture N 53 is passed to a second catalyst zone 35; 55, which typically comprises an oxidation catalyst 30 - converter. Additional air is then supplied to the gas mixture by a secondary air supply fan N 39; 59.

Ennen käynnistystä katalysaattori tai katalysaattorit tyypillisesti esilämmitetään esim. kuumailmapuhaltimella, kaasu polttimella tms. lämmittimellä katalysaattorin reaktioläm- pötilan yläpuolelle.Prior to start-up, the catalyst or catalysts are typically preheated, e.g., with a hot air blower, gas burner, or similar heater, above the reaction temperature of the catalyst.

Pakokaasupolttimen ensimmäinen katalysaattori voi olla tavanomainen suorakanavainen katalysaattori, kun pakokaasun ja polttoaineen syttymislämpötilan välinen lämpötilaero on pieni (< 150 °C), jos pakokaasun häkä- (CO) ja typpidioksidi- (NO,)-pitoisuudet ovat kor- keita. Häkä syttyy katalysaattorissa jo n. 150 *C:ssa ja typpidioksidin toinen happi irtoaa herkästi ja reagoi aggressiivisesti.The first catalyst in the exhaust gas burner may be a conventional straight duct catalyst when the temperature difference between the exhaust gas and the ignition temperature of the fuel is small (<150 ° C) if the carbon monoxide (CO) and nitrogen dioxide (NO 2) concentrations in the exhaust gas are high. Carbon monoxide ignites in the catalyst already at about 150 ° C and the other oxygen of nitrogen dioxide is easily released and reacts aggressively.

Ristivirtaus- tai pyöriväkennoinen rekuperatiivinen lämmönsiirrin-katalysaattori 53 tarvi- taan silloin, kun tulevan kaasun lämpötila on oleellisesti alhaisempi (> 150 °C) kuin käy- tettävän polttoaineen syttymislämpötila kataly saattorissa.A cross-flow or rotary cell recuperative heat exchanger catalyst 53 is required when the incoming gas temperature is substantially lower (> 150 ° C) than the Ignition Temperature of the fuel used in the catalyst.

—Keksinnön mukaisessa laitteessa kolmitoimikatalysaattorin vaihtuma on polttoaineesta riippuen 50.000—150.000 1/h, edullisesti 60.000—100.000 1/h. Pelkistys- ja hapetus- katalysaattoreissa vaihtuma on 70.000-200.000 1/h, edullisesti 60.000—150.000 1/h. Toisesta katalyyttivyöhykkeestä saatavan kuuman kaasun lämpöenergia otetaan talteen — lämmönsiirtimessä 36; 56, jossa se siirretään esimerkiksi veteen. Lämmönsiirtimet 36; 56, voivat olla esimerkiksi hitsatuista putkista, kuten edellisesti ripaputkista valmistettuja. Lämmön siirtimen jälkeen voi olla imevä puhallin 40; 60, jollei primäärienergialaitoksen ja co S lisäilman puhaltimien tehot riitä kuljettamaan riittävästi kaasua läpi laitteiston. LaitteistostaIn the device according to the invention, the change of the three-way catalyst is 50,000 to 150,000 1 / h, preferably 60,000 to 100,000 1 / h, depending on the fuel. In the reduction and oxidation catalysts, the exchange is 70,000-200,000 1 / h, preferably 60,000-150,000 1 / h. The thermal energy of the hot gas from the second catalyst zone is recovered - in a heat exchanger 36; 56, where it is transferred to water, for example. Heat exchangers 36; 56, may be, for example, made of welded tubes, such as those previously fined. After the heat exchanger, there may be a suction fan 40; 60, unless the powers of the primary power plant and co S auxiliary air fans are sufficient to carry sufficient gas through the equipment. About the hardware

N 2 25 — johdetaan poistokaasu eli puhdistettu pakokaasu poistoputkeen esim. 41; 61. oN 2 25 - introducing exhaust gas, ie purified exhaust gas, into the exhaust pipe, eg 41; 61. p

OO

I a aI a a

NOF NOF NOF

LO 00LO 00

OO NOF

Esimerkki Lisäenergian tuottaminen — Terminen maakaasulla toimiva kattila, jonka teho on 60 MW — Pakokaasun syöttö 61.000 Nm’/h — Lisäilman syöttö 35.000 Nm’/h — Lisä maakaasun syöttö 24 g/Nm” 96.000 Nm’ ssi — Poltossa syntyvä lisäenergia 35,2 MW eli 59 % (lämpöarvo 55 MJ/k) — Lämpötila polton jälkeen 920 *C, kun tulolämpötila on 150 *C — NOx:ien pelkistäminen — NOx päästö 500 mg/Nm” — NOx kokonaismäärä 61.000 Nm”/h x 500 mg/Nm = 30,5 kg/h — Vertailua SCR- laitokseen SCR laitoksen pelkistyskustannukset EPA:n laskelman alimman kustannuksen mukaan = 1400 USD/ton x 30,5 kg/h x 0,98 = 41,8 USD/h — Vuosikustannus SCR tekniikalla = 8000 h/a x 41,8 USD/h = 344.400 USD/a Jos katalyyttisellä jälkipolttimella tuotettu energia ei ole kalliimpaa kuin verrokki energian co tuotto, niin silloin termisen kattilan NOx:ien poisto ei maksa mitään eli vuosisäästö olisi N tällöin 344.400 USD.Example Generation of additional energy - Thermal natural gas boiler with a capacity of 60 MW - Exhaust gas supply 61,000 Nm '/ h - Supplementary air supply 35,000 Nm' / h - Additional natural gas supply 24 g / Nm ”96,000 Nm 'ssi - Additional energy from combustion 35.2 MW or 59% (calorific value 55 MJ / k) - Temperature after combustion 920 * C at inlet temperature 150 * C - Reduction of NOx - NOx emission 500 mg / Nm ”- Total NOx 61.000 Nm” / hx 500 mg / Nm = 30.5 kg / h - Comparison to SCR plant SCR plant reduction costs according to the lowest cost in the EPA calculation = 1400 USD / ton x 30.5 kg / hx 0.98 = 41.8 USD / h - Annual cost with SCR technology = 8000 h / ax 41.8 USD / h = 344,400 USD / a If the energy produced by the catalytic afterburner is not more expensive than the control energy co output, then the removal of NOx from the thermal boiler costs nothing, ie the annual savings would be N 344,400 USD.

Samalla NOx- päästöt voidaan saada tasolle 1 ppm ja CO- ja VOC- g 25 — päästöt on mahdollista kaksivaiheisella poltolla (Kuva 4) leikata alle 2 ppm tasolle. 3 E Tavoitteiden saavuttamiseksi keksinnölle ovat tunnusomaisia seikat, jotka on esitetty itse- N näisissä patenttivaatimuksissa. io o 30At the same time, NOx emissions can be reduced to 1 ppm and CO and VOC-g 25 emissions can be reduced to less than 2 ppm by two-stage combustion (Figure 4). 3 E In order to achieve the objects, the invention is characterized by the features set forth in the independent claims. io o 30

Viitenumerot: 10 Primäärienergiantuotto 11 Generaattori 12 Jakoverkostot 13 Staattinen sekoittaja 14 3-tiekatalysaattori 15 Lämmönsiirrin 20 Primäärienergiantuotto. 22 Jakoverkostot 23 Staattinen sekoittaja 24 Pelkistyskatalysaattori 25 Ilman jakoverkko 26 Hapetuskatalysaattori 27 Lämmönsiirrin 30 Primäärienergian tuotto 31 Polttoaineen syöttökanavat 32 Rikas seos 33 Ristivirtauskatalysaattori 34 Laiha seos 35 Hapetuskatalysaattori 36 Lämmönsiirrin 37 Puhallin 38 Staattinen sekoittaja 39 Sekundaari-ilmansyöttöpuhallin 40 Alipainepuhallin (tarvittaessa) 41 Poistoputki (pakokaasuputki) 50 Primäärienergian tuotto. 51 Polttoaineen syöttökanavat 52 Rikas seos 53 Rekuperatiivinen lämmönsiirrin-kataly saattori 54 Laiha seos 55 Hapetuskatalysaattori 00 56 Lämmönsiirrin N 35 57 Puhallin 0 58 Staattinen sekoittaja ? 59 Sekundaari-ilmansyöttöpuhallin 2 60 Alipainepuhallin (tarvittaessa) I 61 Poistoputki (pakokaasuputki) = 40Reference numbers: 10 Primary energy production 11 Generator 12 Distribution networks 13 Static mixer 14 3-way catalyst 15 Heat exchanger 20 Primary energy production. 22 Distribution networks 23 of static mixer 24 reduction catalyst 25 without dividing network 26 Oxidation catalyst 27 of heat exchanger 30 of primary return 31 of fuel supply channels 32 rich mixture 33 of cross-flow catalytic converter 34 Thin mixture of 35 Oxidation catalyst 36 of heat exchanger 37 of the fan 38 of static mixer 39 of the secondary air supply fan 40 a vacuum fan (if applicable) 41 Exhaust pipe (exhaust gas pipe ) 50 Primary energy yield. 51 Fuel supply ducts 52 Rich mixture 53 Recuperative heat exchanger catalyst 54 Lean mixture 55 Oxidation catalyst 00 56 Heat exchanger N 35 57 Fan 0 58 Static mixer? 59 Secondary air supply fan 2 60 Vacuum fan (if applicable) I 61 Exhaust pipe (exhaust pipe) = 40

NOF

N co 3N co 3

Claims (22)

PatentkravPatent claims 1. Förfarande för produktion av värmeenergi utav ett kolvätehaltigt bränsle, enligt vilket förfarande — bränslet förbränns i en förbränningsanläggning vid en förhöjd temperatur, — värme från förbränningen tas till vara och varvid — förbränningsavgaserna och sotpartiklarna renas med katalytisk avgasförbränning, kännetecknat avatt — i avgaserna inmatas bränsle och luft för att bilda en gasblandning, — gasblandningen utsätts för katalytisk förbränning vid en temperatur av ätminstone 600 *C:n, företrädesvis av över 600 *C:n, för reducering av kvävets oxider samt för oxidering av kolmonoxid, kolväten och sotpartiklar varvid — den katalytiska förbränningen utförs under reducerande och motsvarande under ox- iderande förhällanden i ätminstone tvä steg.A process for the production of heat energy from a hydrocarbonaceous fuel, according to which process: - the fuel is burned in an incineration plant at an elevated temperature, - heat from the combustion is recovered and wherein - the combustion exhaust gases and soot particles are purified by catalytic exhaust combustion, fuel and air to form a gas mixture, the gas mixture is subjected to catalytic combustion at a temperature of at least 600 ° C, preferably above 600 ° C, to reduce the oxides of nitrogen and to oxidize carbon monoxide, hydrocarbons and soot particles, The catalytic combustion is carried out under reducing and correspondingly under oxidizing conditions in at least two stages. 2. Förfarande i enlighet med patentkrav 1, kännetecknat avatt avgaserna, bränslet och luften blandas sinsemellan i innanför varandra liggande perforerade inmatningsrör och i en statisk mixer (13, 23) för att bilda en jämnt blandad gasblandning.Method according to claim 1, characterized in that the exhaust gases, the fuel and the air are mixed with each other in interposed perforated feed pipes and in a static mixer (13, 23) to form an evenly mixed gas mixture. — 3. Förfarande i enlighet med något av de föregående patentkraven, kännetecknat av att gasblandningen utsätts för katalytisk förbränning i en trevägskatalysator (14) till en ox- idations- och reduktionskatalysator.Process according to one of the preceding claims, characterized in that the gas mixture is subjected to catalytic combustion in a three-way catalyst (14) to an oxidation and reduction catalyst. S 4. Förfarande i enlighet med något av de föregående patentkraven, kännetecknat av s 25 — att gasblandningen förbränns i trevägskatalysatorn (14) under användning av ett stöikomet- = riskt syre-/tilläggsbränsleförhällande för oxidering av CO- och VOC-föreningar som för- I blivit oförbrända i förbränningsanläggningen och för reducering av NOx-utsläpp samt oxi- a N dering av sotpartiklar.Process according to one of the preceding claims, characterized in that the gas mixture is combusted in the three-way catalyst (14) using a stoichiometric oxygen / additive fuel ratio for the oxidation of CO and VOC compounds which are I have been unburned in the incineration plant and for the reduction of NOx emissions and the oxidation of soot particles. 3 = 30 — 5. Förfarande i enlighet med något av patentkraven 1 —3, kännetecknat av att gas- N blandningen förbränns i en oxidations- och reduktionskatalysator (26, 24) först med en rik tilläggsbränsle/syre-blandning för reducering av kvävets oxider och med en mager till- äggsbränsle/syreblandning för oxidering av CO- och VOC-föreningar samt sotpartiklar.Process according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the gas-N mixture is combusted in an oxidation and reduction catalyst (26, 24) first with a rich additive fuel / oxygen mixture for reducing the oxides of nitrogen. and with a lean supplemental fuel / oxygen mixture for oxidation of CO and VOC compounds as well as soot particles. 6. Förfarande i enlighet med nägot av de föregäende patentkraven, kännetecknat av att temperaturen i katalysatorn uppgår till 850-1000 °C åtminstone under reducerande för- hällanden eller under bäde reducerande och oxiderande förhällanden.Process according to any one of the preceding claims, characterized in that the temperature in the catalyst amounts to 850-1000 ° C at least under reducing conditions or under both reducing and oxidizing conditions. 7. Förfarande i enlighet med nägot av de föregäende patentkraven, kännetecknat av att trevägskatalysatorns (14) volymhastighet uppgår till 50.000—150.000 1/h, företrädesvis till 60.000—100.000 1/h, och reduktions- och oxidationskatalysatorns (24, 26) volymhas- tigheter uppgår till 60.000-200.000 1/h, företrädesvis till 70.000—150.000 1/h.Process according to one of the preceding claims, characterized in that the volume velocity of the three-way catalyst (14) is from 50,000 to 150,000 1 / h, preferably 60,000 to 100,000 1 / h, and the volume rate of the reduction and oxidation catalyst (24, 26) amounts to 60,000-200,000 1 / h, preferably to 70,000—150,000 1 / h. 8. Förfarande i enlighet med nägot av de föregäende patentkraven, kännetecknat av att bränslet förbränns i en förbränningsanläggning, som utgörs av en olje- eller gaspanna, gasturbin, dieselanläggning eller ett motsvarande energiverk.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the fuel is combusted in an incineration plant, which consists of an oil or gas boiler, gas turbine, diesel plant or a corresponding power plant. — 9. Förfarande i enlighet med något av de föregående patentkraven, kännetecknat av att i avgasförbrännaren inmatas tilläggsluft och bränsle och inmatningen av dessa styrs av temperaturen efter katalysatorn och linjära syresensorer enligt det luft-/bränsleförhällande, som var och en katalysator behöver.Process according to one of the preceding claims, characterized in that additional air and fuel are fed into the exhaust combustor and their feed is controlled by the temperature according to the catalyst and linear oxygen sensors according to the air / fuel ratio required by each catalyst. — 10. Förfarande i enlighet med något av de föregående patentkraven för produktion av vär- meenergi utav ett kolvätehaltigt bränsle medelst förbränning, som utförs i ätminstone tvä steg, kännetecknat aven kombination, där, N — i det första förbränningssteget förbränns en första del av bränslet i en förbrännings- A 25 anläggning för produktion av värme samt kväve- och syreoxidhaltig avgas, ? — den värme och avgas som erhälls frän det första förbränningssteget tas separat till- 2 vara, i det andra förbränningssteget inmatas i den avgas som erhälls frän det före- a gäende förbränningssteget en andra del av bränslet samt luft för att bilda en gas- N blandning, den gasblandning som erhälls pä sä sätt förbränns katalytiskt för att pro- 00 30 ducera värme och bryta ner kväve- och syreoxiderna, N varvid reducerande förhållanden upprätthålls i åtminstone en katalysatorzon och förbrän- ningen utförs under dessa förhållanden vid en temperatur av över 600 ”C, varefter värmen, som erhålls från det andra förbränningssteget, tas tillvara.Process according to any one of the preceding claims for the production of heat energy from a hydrocarbonaceous fuel by combustion carried out in at least two stages, characterized by a combination in which, in the first combustion stage, a first part of the fuel is combusted. in a combustion plant A 25 for the production of heat and nitrogen- and oxygen-oxide-containing exhaust gas,? The heat and exhaust gas obtained from the first combustion stage are utilized separately, in the second combustion stage a second part of the fuel and air are fed into the exhaust gas obtained from the previous combustion stage to form a gas mixture. , the gas mixture thus obtained is catalytically combusted to produce heat and decompose the nitrogen and oxygen oxides, N whereby reducing conditions are maintained in at least one catalyst zone and the combustion is carried out under these conditions at a temperature of over 600 " C, after which the heat obtained from the second combustion stage is recovered. 11. Förfarande i enlighet med patentkrav 10, kännetecknat avatti det andra för- bränninessteget förbränns åtminstone 10 %, lämpligast 15-80 mol-%, av den totala mäng- den kovätehaltigt bränsle.Process according to Claim 10, characterized in that the second combustion step burns at least 10%, most preferably 15-80 mol%, of the total amount of hydrocarbonaceous fuel. 12. Förfarande i enlighet med patentkrav 10 eller 11, kännetecknat avattidet andra förbränningssteget produceras till och med cirka 60 % mera värmeenergi till primär- energikällan.Process according to claim 10 or 11, characterized in that the second combustion stage is produced up to and including about 60% more heat energy to the primary energy source. 13. Förfarande i enlighet med något av de föregående patentkraven, kännetecknat av att den termiska energianläggningens förbränningsgaser används som inerta värmelag- rings- och värmeöverföringsmedel för att hälla temperaturen hos den katalytiska förbrän- ningen inom ett förvalt temperaturomräde.Process according to one of the preceding claims, characterized in that the combustion gases of the thermal energy plant are used as inert heat storage and heat transfer means for pouring the temperature of the catalytic combustion within a preselected temperature range. - 14. Förfarande i enlighet med nägot av de föregäende patentkraven, kännetecknat av att de katalysatorer som används i förbränningen är ytbelagda med stabila metalloxider, i synnerhet med oxider, vars katjon utgörs av Al, Ce, Zr, L eller Ba, och vid vilka ädelme- taller, säsom Pd, Pt, Rh, eller dessa grundmetallers blandoxider är fästa.Process according to any one of the preceding claims, characterized in that the catalysts used in the combustion are coated with stable metal oxides, in particular with oxides, the cation of which consists of Al, Ce, Zr, L or Ba, and in which noble pallets, such as Pd, Pt, Rh, or the mixed oxides of these base metals are attached. - 15. Förfarande i enlighet med något av de föregående patentkraven, kännetecknat av att ädelmetallkatalysatorerna är inte giftiga och alstrar inte giftiga föreningar i reaktion- er, säsom i traditionella SCR-katalysatorer.Process according to one of the preceding claims, characterized in that the noble metal catalysts are non-toxic and do not generate toxic compounds in reactions, as in traditional SCR catalysts. N N 16. Förfarande i enlighet med nägot av de föregäende patentkraven, kännetecknat A 25 av att den värmeenergi som gaserna, som alstras vid förbränningen, innehåller tas tillvara i ? åtminstone ett värmeöverföringssteg, varvid värmeenergi överförs till vatten, luft eller nä- 2 got annat vätskeformigt eller gasformigt medium.A method according to any one of the preceding claims, characterized in that the heat energy contained in the gases generated during combustion is utilized? at least one heat transfer step, whereby heat energy is transferred to water, air or any other liquid or gaseous medium. T a N T a N 17. Förfarande för katalytisk rening, under reducerande och oxiderande förhällanden, av o 30 — avgaser innehållande kväveoxider och kolmonoxid, kolväten samt sotpartiklar i energiverk, i som använder kolvätehaltigt bränsle, kännetecknat avatt — i avgaserna inmatas bränsle och luft för att bilda en gasblandning och17. Process for catalytic purification, under reducing and oxidizing conditions, of o 30 - exhaust gases containing nitrogen oxides and carbon monoxide, hydrocarbons and soot particles in power plants, using hydrocarbonaceous fuels, characterized by dewatering - fuel and air are fed into the exhaust gases and — gasblandningen utsätts för en katalytisk förbränning i tvä steg som utförs vid en temperatur av över 600 *C för reducering av kvävets oxider och för oxidering av kolmonoxid, kolväten och sotpartiklar.The gas mixture is subjected to a two-stage catalytic combustion carried out at a temperature above 600 ° C to reduce the oxides of nitrogen and to oxidize carbon monoxide, hydrocarbons and soot particles. 18. Forfarande i enlighet med patentkrav 18, kännetecknat av att utsläppsnivän av den frän den katalytiska förbränningen erhällna gasens NOx:er uppgär till 1 ppm eller mindre och nivän av CO- och VOC-emissionerna uppgär till högst 2 ppm.Process according to Claim 18, characterized in that the emission level of the NOxs obtained from the catalytic combustion amounts to 1 ppm or less and the level of CO and VOC emissions amounts to a maximum of 2 ppm. 19. Förfarande i enlighet med nägot av patentkraven 17 eller 18, kännetecknat av — att den katalytiska förbränningen utförs i en katalysator, i vilken temperaturen bibehålls vid 850-1000 °C.Process according to any one of claims 17 or 18, characterized in that - the catalytic combustion is carried out in a catalyst in which the temperature is maintained at 850-1000 ° C. 20. Förfarande i enlighet med nägot av patentkraven 17-19, kännetecknat av att gasblandningen förbränns i en trevägskatalysator under användning av ett stöikometriskt — syre-/tilläggsbränsleförhällande för oxidering av CO- och VOC- föreningar som förblivit oförbrända i förbränningsanläggningen och för reducering av NOx-utsläpp och oxidering av sotpartiklar.Process according to one of Claims 17 to 19, characterized in that the gas mixture is combusted in a three-way catalyst using a stoichiometric oxygen / additive fuel ratio for oxidizing CO and VOC compounds which have remained unburned in the combustion plant and for reducing NOx. emissions and oxidation of soot particles. 21. Förfarande i enlighet med något av patentkraven 17 — 20, kännetecknat av att — gasblandningen förbränns i en oxidations- och reduktionskatalysator (26, 24) först med en rik tilläggsbränsle/syre-blandning för reducering av kvävets oxider och med en mager till- äggsbränsle/syreblandning för oxidering av CO- och VOC-föreningar samt sotpartiklar. o N Process according to one of Claims 17 to 20, characterized in that - the gas mixture is combusted in an oxidation and reduction catalyst (26, 24) first with a rich additive fuel / oxygen mixture for reducing the oxides of nitrogen and with a lean additive. egg fuel / oxygen mixture for oxidation of CO and VOC compounds and soot particles. o N 22. Förfarande i enlighet med patentkraven 20 eller 21, kännetecknat av attMethod according to claims 20 or 21, characterized in that N & 25 — trevägskatalysatorns volymhastighet uppgår till 50.000-150.000 1/h, företrädesvis till - 60.000—100.000 1/h och reduktions- och oxidationskatalysatorns volymhastigheter uppgär ™ I till 60.000-200.000 1/h, företrädesvis till 70.000—150.000 1/h. a aThe volume velocity of the N & 25 - three-way catalyst amounts to 50,000-150,000 1 / h, preferably to - 60,000—100,000 1 / h and the volume velocities of the reduction and oxidation catalyst amount to .000 I to 60,000-200,000 1 / h, preferably to 70,000—150,000 1 / h. a a NN NN NN LO 00LO 00 OO NN
FI20185222A 2018-03-09 2018-03-09 Method for heat production in a power plant FI128631B (en)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20185222A FI128631B (en) 2018-03-09 2018-03-09 Method for heat production in a power plant
KR1020207024650A KR20200130261A (en) 2018-03-09 2019-03-11 Method for producing heat in the plant
CN201980018230.1A CN111836997A (en) 2018-03-09 2019-03-11 Heat production method of power device
US16/970,972 US20200392884A1 (en) 2018-03-09 2019-03-11 Method of producing heat in a power station
EP19722934.7A EP3762651A1 (en) 2018-03-09 2019-03-11 Method of producing heat in a power station
PCT/FI2019/050203 WO2019170965A1 (en) 2018-03-09 2019-03-11 Method of producing heat in a power station

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20185222A FI128631B (en) 2018-03-09 2018-03-09 Method for heat production in a power plant

Publications (2)

Publication Number Publication Date
FI20185222A1 FI20185222A1 (en) 2019-09-10
FI128631B true FI128631B (en) 2020-09-15

Family

ID=66448587

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI20185222A FI128631B (en) 2018-03-09 2018-03-09 Method for heat production in a power plant

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20200392884A1 (en)
EP (1) EP3762651A1 (en)
KR (1) KR20200130261A (en)
CN (1) CN111836997A (en)
FI (1) FI128631B (en)
WO (1) WO2019170965A1 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11529585B2 (en) * 2020-04-27 2022-12-20 Kellogg Brown & Root Llc Thermal oxidation of volatile organic compounds using a catalyst layer within a waste heat recovery unit
CN112264007B (en) * 2020-11-13 2021-07-20 中南大学 Aromatic compound catalytic combustion catalyst and preparation and application thereof

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4118171A (en) 1976-12-22 1978-10-03 Engelhard Minerals & Chemicals Corporation Method for effecting sustained combustion of carbonaceous fuel
JP4413020B2 (en) * 2004-01-21 2010-02-10 ヤンマー株式会社 Exhaust gas purification device and control method thereof
JP4044908B2 (en) * 2004-03-11 2008-02-06 トヨタ自動車株式会社 Exhaust gas purification device for internal combustion engine
WO2006103914A1 (en) * 2005-03-29 2006-10-05 Yanmar Co., Ltd. Exhaust gas purifier
JP4608347B2 (en) * 2005-03-29 2011-01-12 ヤンマー株式会社 Exhaust gas purification device
WO2008004281A1 (en) * 2006-07-04 2008-01-10 Miura Co., Ltd. Combustion apparatus
JP5285296B2 (en) * 2008-02-22 2013-09-11 ヤンマー株式会社 Exhaust gas purification device
JP4586911B2 (en) * 2008-08-25 2010-11-24 トヨタ自動車株式会社 Exhaust gas purification device for internal combustion engine
GB0823362D0 (en) * 2008-12-22 2009-01-28 Morgan Everett Ltd Processing of off-gas from waste treatment
US8889587B2 (en) * 2009-08-31 2014-11-18 General Electric Company Catalyst and method of manufacture
US10005016B2 (en) * 2015-12-28 2018-06-26 General Electric Company Hydrophobic filtration of tempering air
US10544720B2 (en) * 2016-02-05 2020-01-28 Cummins Inc. System and method for managing contaminant storage in a storage catalyst

Also Published As

Publication number Publication date
EP3762651A1 (en) 2021-01-13
FI20185222A1 (en) 2019-09-10
KR20200130261A (en) 2020-11-18
US20200392884A1 (en) 2020-12-17
WO2019170965A1 (en) 2019-09-12
CN111836997A (en) 2020-10-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5674281B2 (en) Dry three-way catalytic reduction method for gas turbine NOx
AU2008320578B2 (en) Exhaust system
EP0648313B1 (en) Low nox cogeneration process and system
RU2299758C2 (en) Device and the method of control over nitrogen dioxide ejections from the boilers burning the carbonic fuels without usage of the external reactant
EP2354495A2 (en) Integrated exhaust gas cooling system and corresponding method
KR20130018862A (en) Assembly and method for reducing nitrogen oxides, carbon monoxide and hydrocarbons in exhausts of internal combustion engines
US5022226A (en) Low NOx cogeneration process and system
EP3259528B1 (en) Exhaust system for power generating apparatus
FI128631B (en) Method for heat production in a power plant
KR101139575B1 (en) The de-nox system and the method for exhaust gas at low temperature
US20140295358A1 (en) Method and apparatus for burning hydrocarbons and other liquids and gases
US9746177B2 (en) Urea decomposition and improved SCR NOx reduction on industrial and small utility boilers
US20120040295A1 (en) Method and an apparatus for producing carbon dioxide and thermal energy
US20170107880A1 (en) Ruthenium Based Catalysts for NOx Reduction
JP2014070625A (en) Denitration system
JP7153327B2 (en) combustion system
CN102658025A (en) Low-temperature SCR (selective catalytic reduction) fixed bed fume denitration device for horizontal waste heat boiler
CN106287751A (en) A kind of multiple waste liquid waste gas fuels and boiler plant of denitrification integral of burning
CN207584765U (en) For generating the catalysis combustion plant and 3 stage catalytic combustion plants of energy with high efficiency
CN109059012B (en) Ground torch closed combustor exhaust gas denitration system and method
CN107796009A (en) The catalytic combustion device for producing the method for the admixture of gas of extremely low discharge and using
Lee et al. A study on the pollutant reduction using catalyst in model furnace
Martin Catalytic combustor for ultra-low emissions dual fuel gas turbine ULECAT
JP2001004119A (en) Method and device for purifying exhaust gas of waste incineration

Legal Events

Date Code Title Description
FG Patent granted

Ref document number: 128631

Country of ref document: FI

Kind code of ref document: B