JP2006511783A - 蒸気発生時の窒素酸化物生成を減少させる方法 - Google Patents
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Abstract
Description
(好適な態様の詳細な説明)
加熱装置の説明
図1を参照して、無炎分配燃焼(flameless distributed combusion)(FDC)加熱装置10をこれがプロセス流体(process fluid)20と接触している状態に置く。加熱装置10には、燃料をこれが無炎酸化反応を起こすように本加熱装置内に分配させかつ計量する燃料分配装置、例えば1個以上の多孔質管15、パイプ、または他の構造的に限定されている流路、通路などが組み込まれている。多孔質管15には、燃料計量用開口部または通路(即ち孔)が含まれており、そして所望の燃料計量が達成されるように孔の数、大きさおよび配置を変えてもよい。加熱装置10には、更に、前記燃料分配装置(例えば多孔質管)と連結していて前記燃料を受け取りかつそれが無炎反応を起こすに適した形態の反応ゾーン5も1個以上含まれている。1つの態様では、前記無炎酸化反応に触媒作用を及ぼす酸化用触媒を前記反応ゾーンの中に配置してもよい。加熱装置10には、更に、前記酸化反応で発生した熱でプロセス流体を加熱する加熱ゾーン22も1個以上含まれている。加熱ゾーン22は、加熱装置本体と一体になっていてもよい(即ち、プロセス流体が壁12の中に位置する加熱装置の中を通る)か或は加熱装置が壁12の中のプロセス流れ(process stream)または槽の中に直接位置する態様では加熱装置に隣接して位置していてもよい。
加熱装置操作の説明
加熱装置10の中で燃料の無炎酸化が起こることで熱が発生し、その熱をプロセス流体に伝達させて、それを加熱する。より具体的には、燃料を燃料分配装置の中に1つ以上の入り口23によって送り込むと、その後、それは矢印27で示すように燃料分配装置の中を移動する。酸化剤、例えば空気などを予熱装置(示していない)の中で前以て加熱しておくことで、温度を前記燃料の自然発火(auto−ignition)温度よりも高くしておき、そしてそれを入り口24に通して燃焼室に送り込む。燃料の自然発火温度(AIT)は、燃料が火花または炎などの如き外部の発火源無しに酸化剤(例えば空気)の存在下で自然発火する時の温度である。本加熱装置の始動時には前記酸化剤を外部の熱源で前以て加熱しておく、と言うのは、反応体を前以て加熱しておいて反応を推進させる目的で酸化反応に由来する熱を利用することがまだできないからである。前記反応ゾーンの中で燃料が燃料分配装置(例えば多孔質管15)の壁を貫通して拡散することで前記予熱された空気と混ざり合いそしてその燃料が前記酸化剤と接触した時点で無炎酸化が起こる、即ち炎も炎前線(flamefront)も生じることなく直接的酸化が起こる。酸化反応の開始(即ち本加熱装置の点火)後には反応によって発生した熱を用いて反応体(例えば空気)を自然発火温度より高い温度にまで加熱することができ、このようにして、自己維持可能な自己熱反応(autothermal reaction)が起こる。
NOxを最小限にする加熱装置操作の説明
熱NOxおよび燃料NOxが化石燃料燃焼中に発生するNOxの大部分を占めている。熱NOxは分子状窒素が燃焼用空気の中で酸化されることで生じる。熱NOxの発生は温度に依存し、温度が高くなればなるほど熱NOx発生量が多くなり、特に温度が約2600−2800度F(1430−1540℃)より高くなるとNOx発生量が指数関数的に多くなり始め得る。燃料NOxは燃料の中に化学的に拘束されている窒素が酸化されることで生じる。燃料NOxの発生は酸素濃度に依存し(完全な化学量論的比率の関係で)、もたらされる燃焼排気の中のO2が約5−7%になるような空気に対する燃料の燃焼比(空気が25−45%過剰)の時にNOx発生量が最大になる。空気過剰度が低くなると燃料NOx反応にとって酸素が不足し、そして空気過剰度が高くなると炎の温度が低くなることで燃料NOx反応速度が遅くなる。
Claims (27)
- 蒸気を発生もしくは加熱または他のプロセス流れを加熱する方法であって、NOxの生成が最小限になるように制御した反応温度で燃料を無炎反応で酸化させて熱を発生させそして前記無炎反応で発生させた熱を用いて水を蒸気に変えるか或は他のプロセス流れを加熱することを含んで成る方法。
- 燃料分配装置の寸法または間隙率を調整することで前記反応温度を制御する請求項1記載の方法。
- 反応体の流量、反応体の圧力、反応体の濃度、反応体の比率および酸化用触媒の使用有り無しから成る群から選択した1種以上のプロセス変数を調整することで前記反応温度を制御する請求項1記載の方法。
- 燃焼温度に影響を与える1種以上のプロセス変数をコンピューターで調整する請求項3記載の方法。
- 前記コンピューターが制御装置である請求項4記載の方法。
- 前記制御装置がセンサーとプロセス制御装置の間に位置するフィードバックループである請求項5記載の方法。
- 前記プロセス制御装置が流量制御装置または圧力制御装置である請求項6記載の方法。
- 前記センサーが燃焼排気NOxセンサーである請求項6記載の方法。
- 反応体の圧力を調整することで温度を制御し、前記反応体が燃料でありそしてそれによって前記無炎反応に供給すべき燃料の量を調整する請求項8記載の方法。
- 存在するNOxの量が前記無炎反応に由来する燃焼排気の中の量でありそしてそれの存在量が約10PPMv未満である請求項1記載の方法。
- 存在するNOxの量が約5PPMv未満である請求項1記載の方法。
- 存在するNOxの量が約3PPMv未満である請求項1記載の方法。
- 前記反応温度を約2600度F(1430℃)未満にする請求項1記載の方法。
- 前記反応温度を約1600度F(871℃)未満にする請求項1記載の方法。
- 前記反応温度を前記燃料の自然発火温度より高くしそして前記反応温度と前記燃料の自然発火温度の間の差を約100度F(38℃)に等しいか或はそれ以下にする請求項1記載の方法。
- 前記反応温度と前記燃料の自然発火温度の間の差を約75度F(24℃)に等しいか或はそれ以下にする請求項15記載の方法。
- 前記反応温度と前記燃料の自然発火温度の間の差を約50度F(10℃)に等しいか或はそれ以下にする請求項16記載の方法。
- 前記反応温度と前記燃料の自然発火温度の間の差を約25度F(−4℃)に等しいか或はそれ以下にする請求項17記載の方法。
- 前記反応中に起こるコークス化を軽減する目的で蒸気を前記燃料の中に添加することも更に含んで成る請求項1記載の方法。
- 該加熱装置を炭化水素分解工程、蒸留工程、改質工程、プロセス流れの加熱またはこれらの組み合わせで用いることも更に含んで成る請求項1記載の方法。
- プロセス加熱装置であって、
燃料を無炎反応で酸化させて熱を発生させる反応ゾーン、
前記無炎反応に由来する熱を用いてプロセス流れの温度を上昇させる加熱ゾーン、および
反応体の流量、反応体の圧力、反応体の濃度、反応体の比率および酸化用触媒の使用有り無しから成る群から選択される1種以上のプロセス変数を調整する装置、
を含んで成るプロセス加熱装置。 - 1種以上のプロセス変数を調整する前記装置がコンピューターである請求項21記載のプロセス加熱装置。
- 前記コンピューターが制御装置である請求項22記載のプロセス加熱装置。
- 前記制御装置がセンサーとプロセス制御装置の間に位置するフィードバックループである請求項23記載のプロセス加熱装置。
- 前記プロセス制御装置が流量制御装置または圧力制御装置である請求項24記載のプロセス加熱装置。
- 前記センサーが燃焼排気NOxセンサーである請求項24記載のプロセス加熱装置。
- プロセス加熱装置であって、
燃料を無炎反応で酸化させて熱を発生させる反応ゾーン、
前記無炎反応に由来する熱を用いてプロセス流れの温度を上昇させる加熱ゾーン、および
該プロセス加熱装置の反応温度を制御するように寸法または間隙率が選択されている熱分配装置、
を含んで成るプロセス加熱装置。
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