FI128631B

FI128631B - Menetelmä lämmön tuottamiseksi energialaitoksessa

Info

Publication number: FI128631B
Application number: FI20185222A
Authority: FI
Inventors: Reijo Lylykangas
Original assignee: Vocci Oy
Priority date: 2018-03-09
Filing date: 2018-03-09
Publication date: 2020-09-15
Also published as: KR20200130261A; US20200392884A1; WO2019170965A1; FI20185222A1; EP3762651A1; CN111836997A

Abstract

Menetelmä lämpöenergian tuottamiseksi hiilivetypitoisesta polttoaineesta. Menetelmän mukaan polttoaine poltetaan polttolaitoksessa korotetussa lämpötilassa, poltosta saatava lämpö otetaan talteen ja polton pakokaasut ja nokipartikkelit puhdistetaan katalyyttisellä pakokaasupoltolla. Keksinnön mukaan pakokaasuihin syötetään polttoainetta ja ilmaa kaasuseoksen muodostamiseksi ja kaasuseos saatetaan yli 600 °C:n lämpötilassa suoritettavaan katalyyttiseen polttoon typen oksidien pelkistämiseksi sekä hään, hiilivetyjen ja nokipartikkelien hapettamiseksi. Ratkaisua voidaan käyttää kaasun NOx:ien sekä CO- ja VOC-emissioiden päätöstasojen merkittäväksi alentamiseksi. Katalyyttisen polttoprosessin tuottamaa lämpöenergiaa voidaan myös käyttää lämmön tuottamiseen, jolloin polttoaineen syöttö jaetaan polttolaitoksen ja katalyyttisen polttoprosessin välillä.

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.

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.

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 %.

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”).

Parhaimmillaan katalyyttisellä SCR:llä saavutetaan noin 350 *C:n lämmössä yli 90 %:n puhdistusaste. EPA ilmoittaa raporteissaan SCR:n keskimääräiseksi NOx- konversioksi 85

20. Ei-katalyyttisilla SNCR- laitteistoilla saavutetaan noin 20 % alhaisempi puhdistusteho. Niiden käyttö on kohdistunut dieselajoneuvoihin.

— 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.

= 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.

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.

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.

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.

— 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.

N

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.

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.

— 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.

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.

<Q

O 7 Esillä olevalla, muista puhdistusmenetelmistä poikkeavalla ratkaisulla on mahdollista lisätä E termisen kattilan lämpöenergian tuotantokapasiteettia jopa 60 %:lla.

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.

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.

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.

O

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.

”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.

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.

N Yhdessä sovelluksessa pakokaasut, polttoaine ja ilma sekoitetaan keskenään tasaisesti ho- mogeenisen kaasuseoksen tuottamiseksi.

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.

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).

Toimittaessa rikkaalla seoksella käytetään sopivimmin toista katalysaattoria, jolloin sille järjestetään laihan seoksen edellyttämän lisäilman syötön. Erillisillä hapetus ja pelkistys- vaiheilla saavutetaan paras tulos.

— 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.

Yhdessä sovelluksessa pakokaasut, polttoaine ja ilma sekoitetaan keskenään sisäkkäisissä rei'itetyissä syöttöputkissa ja staattisessa sekoittajassa tasaisesti sekoittuneen kaasuseoksen muodostamiseksi.

00 & os 25 Staattisella sekoittajalla voidaan varmistaa kaasuseoksen homogeenisuus, mikä on erityi- = sen edullista tasaisen polton varmistamiseksi.

O

I E Yhdessä sovelluksessa katalyyttinen poltto suoritetaan pelkistävissä ja vastaavasti hapetta- N vissa olosuhteissa yhdessä tai useammassa vaiheessa.

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-

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.

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).

— 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.

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.

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.

O = - Osa reaktioista on suoria hapetus ja pelkistysreaktioita.

N > © 30 Katalyyttinen poltto tapahtuu koko ajan alemman räjähdysrajan (LEL) alapuolella. Poltto-

O N aine voi usein olla sama kuin primäärienergin tuottolaitteessa.

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.

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.

Toisesta polttovaiheesta saatava lämpö otetaan talteen.

Yhdessä sovelluksessa toisessa polttovaiheessa poltetaan ainakin 10 %, sopivimmin 15-80 mooli-%, hiilivetypitoisen polttoaineen kokonaismäärästä.

Ratkaisun avulla toisessa polt- tovaiheessa voidaan tuottaa merkittävä osa, joka n. 60 % lisää lämpöenergiaa primää- — rienergialähteelle.

Yhdessä sovelluksessa käytetään termisen kattilan, turbiinin tai diesel voimalan savukaa- sua jäähdytys- ja lämmönsiirtoaineena katalyyttisen poltossa.

Ilman jäähdyttävää inertia apuainetta stoikiometrisessä katalyyttisessä poltossa lämpötila nousee mallinnuksen mu- — kaan yli 2500 °C:een.

Tämä johtuu siitä, että katalyyttinen poltto on noin kaksikymmentä kertaa nopeampaa kuin terminen.

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.

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.

Talteenotto voidaan tehdä ainakin yhdessä lämmönsiirtovaiheessa, jolloin = lämpöenergia sopivimmin siirretään veteen, ilmaan tai muuhun nestemäiseen tai kaasumai- 7 seen väliaineeseen.

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.

Tässä ratkaiussa pakokaasuihin syötetään polttoainetta ja ilmaa kaasuseoksen muo- dostamiseksi ja kaasuseos saatetaan yli 600 PC:n lämpötilassa suoritettavaan yksi- tai kak-

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.

— Silla voidaan polttaa pienet nokipartikkelit.

— Sillä voidaan nostaa n. 60 %:lla kattilan lämpöenergian tuotantoa.

— Siinä ei tarvita erillistä lisäpolttoainetta eikä sen erillistä varastointi ja annostelujär- jestelmää.

— 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.

© — 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’.

z — EPA on demonstroinut SCR- katalysaattorin NOx:ien poistokustannuksiksi 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.

— Suurin ero syntyy silloin, kun pakokaasupolttimella voidaan tuottaa lisäenergiaa kilpailukykyisin kustannuksin.

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.

Seuraavassa tarkastellaan esillä olevan teknologian sovelluksia oheisten piirustusten poh- — jalta.

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.

Kuviossa 2 on puolestaan esitetty ratkaisu, jossa lämpöä tuotetaan toisaalta lämpövoimalassa ja toisaalta katalyyttisellä polttoprosessilla.

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.

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.

Sekoituskammiot voivat käsittää jakoverkoston. 7 Yhdessä sovelluksessa käytetään sekoittava kennorakennetta.

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.

Foliot voivat olla risteyskohdista kiinnitettynä toisiinsa & esimerkiksi vastushitsauksella tai juottamalla.

Kennon jokaisen kerroksen muodostamat virtauskanavat risteilevät keskenään, mikä aiheuttaa virtaukseen sekoitusta ja turbulenssia suuremmilla virtausnopeuksilla.

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.

Sekoituskammiosta kaasu kulkee staattisen sekoittajan 13; 23 läpi katalysaattoriin 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.

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.

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.

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.

Ennen käynnistystä katalysaattori tai katalysaattorit tyypillisesti esilämmitetään esim. kuumailmapuhaltimella, kaasu polttimella tms. lämmittimellä katalysaattorin reaktioläm- pötilan yläpuolelle.

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.

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.

—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. Laitteistosta

N 2 25 — johdetaan poistokaasu eli puhdistettu pakokaasu poistoputkeen esim. 41; 61. o

O

I a a

N N N

LO 00

O N

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.

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 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) = 40

N

N co 3

Claims

Patenttivaatimukset

1. Menetelmä lämpöenergian tuottamiseksi hiilivetypitoisesta polttoaineesta, jonka mene- telmän mukaan — polttoaine poltetaan polttolaitoksessa korotetussa lämpötilassa, — poltosta saatava lämpö otetaan talteen ja jolloin — polton pakokaasut ja nokipartikkelit puhdistetaan katalyyttisellä pakokaasupoltolla, tunnettu siitä, että — pakokaasuihin syötetään polttoainetta ja ilmaa kaasuseoksen muodostamiseksi, — kaasuseos saatetaan ainakin 600 °C:n, edullisesti yli 600 *C:n lämpötilassa suoritet- tavaan katalyyttiseen polttoon typen oksidien pelkistämiseksi sekä hään, hiilivety- jen ja nokipartikkelien hapettamiseksi jolloin — katalyyttinen poltto suoritetaan pelkistävissä ja vastaavasti hapettavissa olosuhteis- sa ainakin kahdessa vaiheessa.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pakokaasut, poltto- aine ja ilma sekoitetaan keskenään sisäkkäisissä rei'itetyissä syöttöputkissa ja staattisessa sekoittajassa (13, 23) tasaisesti sekoittuneen kaasuseoksen muodostamiseksi.

3. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kaa- suseos saatetaan katalyyttiseen polttoon kolmitoimikatalysaattorissa (14) hapetus- ja pel- kistyskatalysaattoriin.

00 >

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kaa- N 25 — suseos poltetaan kolmitoimikatalysaattorissa (14) stoikiometrisellä happi-/lisäpolttoaine- © suhteella polttolaitoksessa palamatta jääneiden CO- ja VOC- yhdisteiden hapettamiseksi ja = NOx- päästöjen pelkistämiseksi sekä nokipartikkelien hapettamiseksi.

a

N N

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1 — 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kaa- = 30 — suseos poltetaan hapetus- ja pelkistyskatalysaattorissa (26, 24) ensin rikkaalla lisäpolttoai- N ne/happi-seoksella typen oksidien pelkistämiseksi ja laihalla lisäpolttoaine/happiseoksella CO- ja VOC-yhdisteiden sekä nokipartikkelien hapettamiseksi.

6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lämpötila katalysaattorissa on 850—1000 °C ainakin pelkistävissä olosuhteissa tai sekä pel- kistävissä että hapettavissa olosuhteissa.

7 Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kolmitoimikatalysaattorin (14) vaihtuma on 50.000-150.000 1/h edullisesti 60.000—

100.000 1/h, ja pelkistys- ja hapetuskatalysaattorin (24, 26) vaihtumat ovat 60.000—

200.000 1/h edullisesti 70.000—150.000 1/h.

8 Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että polttoaine poltetaan polttolaitoksessa, joka on öljy- tai kaasukattila, kaasuturbiini, diesel- voimalaitos tai vastaava energialaitos.

9. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että — pakokaasupolttimeen syötetään lisäilmaa ja polttoainetta ja näiden syöttöä ohjataan kataly- saattorin jälkeisillä lämpötila ja lineaarisilla happiantureilla kunkin katalysaattorin tarvit- seman ilma-/polttoainesuhteen tarpeen mukaisesti.

10. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä lämpöenergian tuottamisek- — sihiilivetypitoisesta polttoainesta ainakin kahdessa vaiheessa suoritettavalla poltolla, tunnettu siitä yhdistelmästä, että — ensimmäisessä polttovaiheessa poltetaan ensimmäinen osa polttoaineesta polttolai- toksessa lämmön sekä typpi- ja happioksidipitoisen pakokaasun tuottamiseksi, = — ensimmäisestä polttovaiheesta saatava lämpö ja pakokaasu otetaan erikseen talteen, N 25 toisessa polttovaiheessa edellisestä polttovaiheesta saatavaan pakokaasuun syöte- a tään toinen osa polttoaineesta sekä ilmaa kaasuseoksen muodostamiseksi, näin saa- > tava kaasuseos poltetaan katalyyttisesti lämmön tuottamiseksi ja typpi- ja happiok- a sidien hajottamiseksi, N jolloin ainakin yhdessä katalyyttivyöhykkeessä ylläpidetään pelkistäviä olosuhteita ja polt- o 30 — to suoritetaan näissä olosuhteissa yli 600 *C:n lämpötilassa, minkä jälkeen toisesta poltto- N vaiheesta saatava lämpö otetaan talteen.

11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että toisessa poltto- vaiheessa poltetaan ainakin 10 %, sopivimmin 15-80 mooli-%, hiilivetypitoisen polttoai- neen kokonaismäärästä.

12 Patenttivaatimuksen 10 tai 11 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että toisessa polttovaiheessa tuotetaan jopa n. 60 % lisää lämpöenergiaa primäärienergialähteelle.

13. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että termisen energialaitoksen savukaasuja käytetään inerttinä lämmön varastointi- ja siirtoai- — neen katalyyttisen polton lämpötilan pitämiseksi ennalta valitulla lämpötila-alueella.

14. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että poltossa käytettävät katalysaattorit on pinnoitettu stabiileilla metallioksideilla, etenkin ok- sidilla, jonka kationi on Al, Ce, Zr, L tai Ba, ja joihin on kiinnitetty jalometalleja kuten Pd, Pt,Rhtai näiden perusmetallien sekaoksideita.

15. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että jalometallikatalyytit eivät ole myrkyllisiä eikä reaktioissa synny myrkyllisiä yhdisteitä ku- ten perinteisessä SCR- katalysaattoreissa.

16. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että poltossa syntyvien kaasujen sisältämää lämpöenergiaa otetaan talteen ainakin yhdessä lämmönsiirtovaiheessa, jolloin lämpöenergia siirretään veteen, ilmaan tai muuhun neste- = mäiseen tai kaasumaiseen väliaineeseen. N 25 a

17. Menetelmä hiilivetypitoista polttoainetta käyttävien energialaitosten typpioksideja ja > häkää, hiilivetyjä sekä nokipartikkeleita sisältävien pakokaasujen katalyyttiseksi puhdista- E miseksi pelkistävissä ja hapettavissa olosuhteissa, tunnettu siitä, että N — pakokaasuihin syötetään polttoainetta ja ilmaa kaasuseoksen muodostamiseksi ja o 30 — kaasuseos saatetaan yli 600 *C:n lämpötilassa suoritettavaan kaksivaiheiseen kata- N lyyttiseen polttoon typen oksidien pelkistämiseksi sekä hään, hiilivetyjen ja noki- partikkelien hapettamiseksi.

18. Patenttivaatimuksen 18 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että katalyyttisesta poltosta saatavan kaasun NOx:ien päästötaso on 1 ppm tai sitä pienempi ja CO- ja VOC- emissioiden taso on korkeintaan 2 ppm.

19. Jonkin patenttivaatimuksen 17 tai 18 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että katalyyttinen poltto suoritetaan katalysaattorissa, jossa lämpötila pidetään 850-1000 C:ssa.

20. Jonkin patenttivaatimuksen 17 — 19 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kaa- — suseos poltetaan kolmitoimikatalysaattorissa stoikiometrisellä happi-/lisäpolttoaine- suhteella polttolaitoksessa palamatta jääneiden CO- ja VOC- yhdisteiden hapettamiseksi ja NOx- päästöjen pelkistämiseksi sekä nokipartikkelien hapettamiseksi.

21. Jonkin patenttivaatimuksen 17 — 20 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että — kaasuseos poltetaan hapetus- ja pelkistyskatalysaattorissa (26, 24) ensin rikkaalla lisäpolt- toaine/happi-seoksella typen oksidien pelkistämiseksi ja laihalla lisäpolttoai- ne/happiseoksella CO- ja VOC-yhdisteiden sekä nokipartikkelien hapettamiseksi.

22. Patenttivaatimuksen 20 tai 21 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että — kolmitoimikatalysaattorin vaihtuma on 50.000—150.000 1/h edullisesti 60.000—100.000 1/h ja pelkistys ja hapetuskatalysaattorin vaihtumat ovat 60.000-200.000 1/h edullisesti

70.000—150.000 1/h. 00

O

N

N ©

I a a

N

LO co

O

N