JP2014528052A - Ｎｈ３を焼却する方法及びｎｈ３焼却炉 - Google Patents
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Abstract
本発明は、制御された化学量論未満の焼却条件での第１の焼却ステップと、化学量論酸素量より多い量での第２の焼却ステップとを含み、それによりＮＯ産生が低減されつつ生成物流が生成される、ＮＨ３焼却炉内でＮＨ３を焼却する方法に関する。また、本発明はＮＨ３焼却炉に関する。【選択図】 図１
Description
本発明はＮＨ３焼却に関する。より詳細には、本発明は、ＮＯ産生の少ないＮＨ３焼却の方法、そのような方法の制御、及びＮＨ３焼却炉に関する。
ＮＨ３（アンモニア）は、刺激性の臭気を有する、腐食性の無色の気体である。ＮＨ３は自然発生し、また、化学工業により製造される。アンモニアを含む廃ガス流には精油所で頻繁に遭遇する。また、そのような廃ガス流は、同等の割合で硫化水素を含有していることがある。
ＮＨ３は、ＮＨ３焼却法で又は或いはクラウス法で処理されてもよい。ＮＨ３破壊へのこれら２つのルートは、設備要件、化学、及び方法条件の点で異なっている。どちらもＮＨ３の破壊を達成する。したがって、ＮＨ３を含有するＨ２Ｓガス流を、クラウス法において供給流として使用することができる。クラウス法はガス脱硫法であり、ガス状硫化水素から元素硫黄を回収する。更に、クラウス法は、ＮＯの生成を殆ど又は全く伴わずにＨ２Ｓ及びＳＯ２の存在下でＮＨ３を変換するのに非常に効率的な方法である。
クラウス法のマイナス面が、Ｈ２Ｓに加えてＮＨ３を含む供給原料が使用された場合のアンモニウム塩の産生である。したがって、ＮＨ３の存在に対処するように構成されているクラウス炉が、より高温で（通常、少なくとも１２５０℃より高い温度で）作動される。更に、比較的純粋なＨ２Ｓ流に対して混合ガス流を使用する場合に必要な酸素量は大幅により多く、それにより、運転コスト及び投資コストが増大する。
国際公開第２００６／１０６２８９号パンフレットによれば、硫化水素及びアンモニアを含むガス流が、クラウスプラントのストリッピング塔から単一燃焼段又は単一燃焼炉へ送られる。基本的に全てのアンモニアを排除する条件下で、燃焼が実施される。該燃焼は、少なくとも４０体積％の酸素を含有するガス流により維持される。
国際公開第２００８／１２４６２５号パンフレットでは、望ましくない可燃物の所望の破壊に必要な温度を得るために燃焼ガスの制御された速度及び組成を用いた、従来のクラウス硫黄回収廃ガス処理ユニット内での、少量だが相当量の硫化水素を含有している可能性があるアンモニア含有ガス流の費用効果的な破壊のために、酸化法及び還元法が記載されている。
米国特許第６９０２７１３号では、酸素を豊富に含むガスを用いた、クラウス炉内の硫化水素及びアンモニアを含有するガスのための部分酸化手順が記載されている。該手順には、炉からの出力時に即ちクラウス法の様々な段の後に、且つクラウス法の間の収率及び変換に関係なく、アンモニア残存物含有量を測定するステップと、この値を、クラウスユニットのユーザにより設定されている最大値と比較するステップと、それに応じてアンモニアガス流に比例して酸素を豊富に含むガスの流動を修正するステップとが含まれる。残存アンモニア含有量は、主要ダクト内に再注入された試料採取管からのガスと共に、クラウス炉からの出力時に、主要ダクト又は分岐試料採取管内に配置されているレーザダイオードにより継続的に測定され、酸素を豊富に含むガス流は、継続測定装置と調整器のための自動コントローラとの間の調整ループ（ｒｅｇｕｌａｔｉｎｇ ｌｏｏｐ）により修正される。この酸性ガス流は、最大６０モル％のアンモニアを含有している可能性があり、相当量の硫化水素を含有している。
硫化水素及びアンモニアを含有する廃棄物流を処理する前述の方法には、基本的に全てのアンモニアを除去する利点があるが、残念ながら、クラウス炉が必ずしも利用可能であるとは限らない。更に、通常のクラウス炉はかなり複雑で、硫化水素の部分燃焼のための、且つ二硫化硫黄を用いて硫化水素のクラウス反応を実施して元素硫黄を産生するための、いくつかの段と、元素硫黄を回収するいくつかの凝縮器と、後続の反応の前に残存ガスを温めるいくつかの再熱器とを備える。換言すれば、上述の参照では、ＮＯを伴わない、ＮＨ３の事実上の完全な焼却を可能にする改良型のクラウス法及びクラウス炉が記載されているが、そのマイナス面は、比較的高価なクラウス炉及びクラウス炉の下流の設備の投資であり、更に比較的高い運転コストでの運転である。最後に、米国特許第６９０２７１３号に見られる通り、クラウス法でも、一般に、クラウス法の排ガスの処理のための焼却炉を必要とする。
主要な又は単独の可燃成分としてＮＨ３を含む廃ガス流処理には、専用ＮＨ３焼却炉がクラウス法より魅力的である。しかし、ＮＨ３焼却炉の問題は、燃焼中に窒素酸化物が産生される可能性があることである。そのようなガス流中の基本的に全てのアンモニアを、焼却法から生じる排ガス中に大量の窒素酸化物を生み出すことなく破壊する必要がある。
ＧＢ２１１６５３１では、ＮＨ３含有排ガス及び可燃硫黄化合物含有廃ガスの同時処分のための方法及び装置が記載されている。本方法では、３つの別々のステップで燃焼が実施され、第３のステップに硫黄化合物含有廃ガスの燃焼が含まれる。第１の焼却ステップでは、ＮＨ３を含有する廃ガスは、焼却炉内に第１の化学量論未満の量の遊離酸素を有し、燃料ガスの存在下で燃焼される。次に、燃焼ガスは、第２の量の遊離酸素と混合され、第１の量及び第２の量の合計は化学量論を超え、第２の焼却炉内で混合物を燃焼する。更なるＮＯ産生を減少しつつ燃焼効率をどのように最適化するか、情報は用意又は提示されていない。
ＪＰ４９０４２７４９では、空気を用いたアンモニア燃焼が、中間冷却を用いた２つの段において記載されている。
ＥＰ１１０６２３９から、代替的方法が既知である。少なくとも５０体積％のアンモニア、しかし５体積％未満の硫化水素を含有するガス流が、酸素及び酸素富化空気を供給されている反応領域内で燃やされる。アンモニアの燃焼及び熱分解はどちらも反応領域内で発生する。反応領域に酸素を供給する比率は、反応領域に供給される全可燃流体の完全燃焼に必要な化学量論比の７５〜９８％であり、したがって、アンモニアに対する酸素比はかなり小さい。反応領域からの排ガスは、（好ましくは純酸素又は酸素富化空気を用いて）その後燃やされ、雰囲気に排出される。これらの条件下では、基本的に排ガス中にアンモニアが残存しておらず、一方、窒素酸化物の産生を最小限にすることができる。したがって、この方法は純酸素又は酸素富化空気を必要とする。純酸素又は酸素富化空気に依存しない、ＮＨ３を焼却する方法がより魅力的であると考えられる。依然として、ＮＯ量を１００ｐｐｍ以下、好ましくは５０ｐｐｍ未満に低減することが望ましいと考えられる。
本発明者は、ＮＨ３、例えば少なくとも３０体積％のＮＨ３を含有する、好ましくは４０体積％以下のＨ２Ｓを含有する流れを焼却する方法を最適化することに着手し始めており、それにより、ＮＯ産生が１００ｐｐｍ未満のＮＯに低減される。この問題は以下の通り解決されている。
本発明は、
ｉ．ＮＨ３を含むガス流及び任意選択で燃料流を、焼却条件下で、第１の酸素含有流と、前記ガス流中のＮＨ３に対する前記第１の酸素含有流中の酸素の量が化学量論未満で、反応させ、それにより第１の生成物流が生成される、反応させるサブステップ、
ｉｉ．残存ＮＨ３、及び／又は、産生ＨＣＮ、及び／又は、産生ＮＯの含有量に関して、第１の生成物流の組成を分析するサブステップ、及び
ｉｉｉ．残存ＮＨ３及びＮＯの両方を含み、しかし２５０ｐｐｍを超えないＮＨ３及び２５０ｐｐｍを超えないＮＯを含有する第１の生成物流を生成するように、第１の生成物流の分析に基づいて、第１の酸素含有流及び／又はＮＨ３を含むガス流及び／又はもしあれば燃料流を調整するサブステップ
を含む
ａ．第１の焼却ステップと、
ｉ．第１の生成物流を、焼却条件下で、第２の酸素含有流と、化学量論を超える酸素の量で反応させ、それにより第２の生成物流が生成される、反応させるサブステップ
を含む
ｂ．第２の焼却ステップと
を含む、ＮＨ３焼却炉内でＮＨ３を焼却する方法を提供する。
ｉ．ＮＨ３を含むガス流及び任意選択で燃料流を、焼却条件下で、第１の酸素含有流と、前記ガス流中のＮＨ３に対する前記第１の酸素含有流中の酸素の量が化学量論未満で、反応させ、それにより第１の生成物流が生成される、反応させるサブステップ、
ｉｉ．残存ＮＨ３、及び／又は、産生ＨＣＮ、及び／又は、産生ＮＯの含有量に関して、第１の生成物流の組成を分析するサブステップ、及び
ｉｉｉ．残存ＮＨ３及びＮＯの両方を含み、しかし２５０ｐｐｍを超えないＮＨ３及び２５０ｐｐｍを超えないＮＯを含有する第１の生成物流を生成するように、第１の生成物流の分析に基づいて、第１の酸素含有流及び／又はＮＨ３を含むガス流及び／又はもしあれば燃料流を調整するサブステップ
を含む
ａ．第１の焼却ステップと、
ｉ．第１の生成物流を、焼却条件下で、第２の酸素含有流と、化学量論を超える酸素の量で反応させ、それにより第２の生成物流が生成される、反応させるサブステップ
を含む
ｂ．第２の焼却ステップと
を含む、ＮＨ３焼却炉内でＮＨ３を焼却する方法を提供する。
本方法は、相当量のＮＨ３、及び、もしあれば比較的少量のＨ２Ｓを含有する廃ガス流に特に適している。また、本発明による方法に適したＮＨ３焼却炉が提供される。
第１の反応区域１００であって、ＮＨ３を焼却するバーナ１１０と、
第１の酸素含有流（Ｂ）のための、バーナ１１０にある入口１２０であり、酸素含有流の量を調整する第１の酸素制御手段１２１が設けられている、入口１２０と、
ＮＨ３含有流の量を調整する第１のＮＨ３制御手段１３１が任意選択で設けられている、ＮＨ３を含むガス流（Ａ）のための、バーナ１１０にある入口１３０と、
任意選択で、燃料流の量を調整する第１の燃料制御手段１４１が任意選択で設けられている、燃料流（Ｃ）のためのバーナ１１０にある入口１４０と、
反応区域１００内で調製される第１の生成物流のための、反応区域１００の下流にある出口１６０と、
反応区域１００内で調製される第１の生成物流中のＮＨ３及び／又はＨＣＮ及び／又はＮＯの含有量を分析することができ、且つ、第１の制御手段１２１、１３１及び１４１の１つ又は複数を調節することができる、反応区域１００の終端部にある分析器１７０と、
任意選択で、（例えば、反応熱の回収用の急冷ユニット又は廃熱ボイラの形の）反応区域１００の下流にある温度制御手段１８０と、を備える、第１の反応区域１００を具備し、反応区域１００内で調製される第１の生成物流を焼却する、反応区域１００の下流にある第２の反応区域２００であって、反応区域１００内で調製される第１の生成物流のための、反応区域２００の開始部にある入口２３０と、
第２の酸素含有流の量を調整する第２の制御手段２２１が任意選択で設けられている、第２の酸素含有流（Ｂ）のための、反応区域２００の開始部にある入口２２０と、
任意選択で、第２のバーナ２１０であり、第３の酸素含有流（Ｂ）のための、第２のバーナ２１０にある入口２１１、及び第２の燃料流（Ｃ）のための、第２のバーナ２１０にある入口２１２が設けられている、第２のバーナ２１０と、
任意選択で、廃棄物流（Ｄ）のための、反応区域２００の開始部にある入口２５０と、
反応区域２００内で調製される第２の生成物流のための、反応区域２００の下流にある出口２６０と、
任意選択で、反応区域２００内で調製される第２の生成物流中の酸素含有量を分析することができ、第２の制御手段２２１を調節することができることが好ましい、反応区域２００の終端部にある分析器２７０と、
任意選択で、反応熱の回収のための、反応区域２００の下流にある廃熱ボイラ２８０と、
を備える、第２の反応区域２００を更に具備する、ＮＨ３焼却炉が示されている。
第１の酸素含有流（Ｂ）のための、バーナ１１０にある入口１２０であり、酸素含有流の量を調整する第１の酸素制御手段１２１が設けられている、入口１２０と、
ＮＨ３含有流の量を調整する第１のＮＨ３制御手段１３１が任意選択で設けられている、ＮＨ３を含むガス流（Ａ）のための、バーナ１１０にある入口１３０と、
任意選択で、燃料流の量を調整する第１の燃料制御手段１４１が任意選択で設けられている、燃料流（Ｃ）のためのバーナ１１０にある入口１４０と、
反応区域１００内で調製される第１の生成物流のための、反応区域１００の下流にある出口１６０と、
反応区域１００内で調製される第１の生成物流中のＮＨ３及び／又はＨＣＮ及び／又はＮＯの含有量を分析することができ、且つ、第１の制御手段１２１、１３１及び１４１の１つ又は複数を調節することができる、反応区域１００の終端部にある分析器１７０と、
任意選択で、（例えば、反応熱の回収用の急冷ユニット又は廃熱ボイラの形の）反応区域１００の下流にある温度制御手段１８０と、を備える、第１の反応区域１００を具備し、反応区域１００内で調製される第１の生成物流を焼却する、反応区域１００の下流にある第２の反応区域２００であって、反応区域１００内で調製される第１の生成物流のための、反応区域２００の開始部にある入口２３０と、
第２の酸素含有流の量を調整する第２の制御手段２２１が任意選択で設けられている、第２の酸素含有流（Ｂ）のための、反応区域２００の開始部にある入口２２０と、
任意選択で、第２のバーナ２１０であり、第３の酸素含有流（Ｂ）のための、第２のバーナ２１０にある入口２１１、及び第２の燃料流（Ｃ）のための、第２のバーナ２１０にある入口２１２が設けられている、第２のバーナ２１０と、
任意選択で、廃棄物流（Ｄ）のための、反応区域２００の開始部にある入口２５０と、
反応区域２００内で調製される第２の生成物流のための、反応区域２００の下流にある出口２６０と、
任意選択で、反応区域２００内で調製される第２の生成物流中の酸素含有量を分析することができ、第２の制御手段２２１を調節することができることが好ましい、反応区域２００の終端部にある分析器２７０と、
任意選択で、反応熱の回収のための、反応区域２００の下流にある廃熱ボイラ２８０と、
を備える、第２の反応区域２００を更に具備する、ＮＨ３焼却炉が示されている。
好適な実施形態が以下に記載されている。
焼却条件が既知である。通常、ＮＨ３が大気圧で焼却される。反応は発熱性で、ＮＨ３含有流の追加成分（例えば、添加される燃料）に応じて、通常、約１５００℃の温度に達する。本方法は、少なくとも３０体積％、好ましくは少なくとも５０体積％のＮＨ３、より好ましくは少なくとも６０体積％のＮＨ３を含む廃棄物流に関して特に興味深い。ガス流は、いくらかのＨ２Ｓ、好ましくは最大４０体積％のＨ２Ｓ、より好ましくは最大５体積％のＨ２Ｓを含んでいてもよい。より多くのＨ２Ｓを含有するガス流が、クラウス炉内でより適切に処理される。ＮＨ３含有ガス流の適切な源が、例えば酸性水ストリッパからの流れである。
図１では、本発明のＮＨ３焼却炉の簡略表現が示されている。
反応を開始するために、燃料流が、反応区域１００内で酸素と共に点火されて、所望の焼却条件に達する。反応区域１００内でＮＨ３を焼却するために、９５０〜１７００℃の範囲、好ましくは１２００〜１４００℃の範囲の温度が好適である。９５０℃より低いと、ＮＨ３含有流の適切な燃焼が困難になるであろう。
１７００℃を超えると、断熱に使用される、一般的に適用される耐熱裏張り材料が不適切である。適切な温度に達した後、ＮＨ３含有流が導入される。燃料がＮＨ３含有流と混合されてもよく、その後すぐに、該混合物が第１の酸素含有流と共反応する。例えば、ＮＨ３含有流が水分を含む場合、燃料を添加することが有益である。水分の存在は、反応器内で得られた発熱を低減する可能性がある。したがって、ＮＨ３含有流への燃料量は、反応温度を９５０〜１７００℃の範囲に、好ましくは１２００〜１４００℃の範囲に、維持するような量などである。以下に記載の実施形態では、ＮＨ３含有流は実質的に水を含まないと考える。したがって、燃料ガスの添加が不要である。
ＮＨ３が、ＮＯ、又はＨＣＮなどの副産物を産生することなく、以下の反応により焼却されることが理想的である。
４ＮＨ３＋３Ｏ２→２Ｎ２＋６Ｈ２Ｏ
４ＮＨ３＋３Ｏ２→２Ｎ２＋６Ｈ２Ｏ
ＮＨ３と酸素の重量比が約２：３（即ち、４＊１７：３＊３２）であることが理想的である。しかし、ＮＨ３含有流中のＮＨ３の含有量は通常１００％未満であり、一方、一般に、純酸素ではなく、プラントからの空気が、約２０体積％の酸素含有量の酸素含有流として使用される。通常、したがって、酸素含有流に対するＮＨ３含有流の重量比が約１：６である。ＮＨ３含有流中のＮＨ３の含有量は経時的に変動する可能性があるが、他の成分の含有量も同様である可能性がある。定常状態条件を大体維持するために、分析器１７０は、反応区域１００内に導入される酸素量を修正する第１の制御手段１２１（例えば、弁又は一連の弁）を調節する。代替的実施形態では、分析器１７０は、反応区域１００内に導入されるＮＨ３量を修正する第１の制御手段１３１を調節する。更なる代替的実施形態では、分析器１７０は、（反応区域１００内に導入される燃料量を修正する第１の制御手段１４１を調節する。また、第１の制御手段の２つ以上を調節する組合せが可能である。反応区域１００内に他の可燃成分が存在しない場合、酸素は、全ＮＨ３の焼却に必要な化学量論比率の９５〜９８％のレベルに達する比率で供給される。ＮＨ３含有流が燃料のような追加可燃成分を含む場合、酸素量は、ガス流中に存在する可燃成分に対して化学量論の５０〜９９％の範囲の酸素量まで増加されるべきである。本発明による分析器１７０を使用することには、複数の成分が存在し、したがって焼却条件の変更時に複数の反応が起こる場合のかなり複雑な相互関係に関わらず、反応物質量を調整することができるという利点がある。例えば、酸素量は、ＮＨ３含有流に対する酸素重量比を高めることにより調節されてもよい。或いは、酸素流として使用される空気は、酸素富化されていてもよい。
酸素含有流は、１つ又は複数の入口を通して導入されてもよいが、１つの入口を通した導入で十分である。反応物質の反応区域１００内での滞留時間は短くする、即ち１秒以下、更には０．２秒以下とすることができる。
種々の分析器が分析器１７０として使用されてもよい。分析器１７０は、反応区域１００の終端部で残存ＮＨ３含有量を分析するレーザダイオードであることが好ましい。該分析は、間隔を置く等で又は継続的に実施されてもよい。短い応答時間が必要な場合、例えば反応物質供給流の含有量の急激な変化のために、分析は継続的又は半継続的（例えば、５秒毎に１回又はより短い間隔）であることが好ましい。分析は、側路内で又は反応区域１００内で実施されてもよい。側路内では、第１の生成物を分析する条件を一定に保つことができることにより、信頼性が向上する。他方、反応区域１００内で分析することにより、ガス流の成分の変更に対するより短い応答時間、及びしたがって焼却条件のより良い制御が実現される。
本発明によれば、ＮＨ３が、ほぼ完全にしかし完全ではなく、反応区域１００内で焼却される。いくらかの残存ＮＨ３が依然として存在する。残存ＮＨ３含有量が（おおよそ）ない程度に焼却が完了した場合、ＮＯ生成は既に開始しており、全体的なＮＯ生成率が高すぎる可能性があることが分かった。反応区域１００内での焼却が十分長く実施されなかった場合、ガス流は、このガス流が反応区域２００内で燃やされた場合、高いＮＯ含有量に繋がる高いＮＨ３含有量を有するであろう。換言すれば、本発明により、最終生成物中のＮＯを低減するために、第１段での反応はいくらかのＮＯが生成されるまで継続すべきであることが分かった。
好適な実施形態では、第１の酸素含有流及び／又はその他の反応物質供給流のいずれかが調整されて、１００ｐｐｍ未満、より好ましくは５０ｐｐｍ未満の、第１の生成物流中のＮＨ３含有量をもたらす。ＨＣＮ又はＮＯなどの、第１の生成物流中に存在する可能性がある他の成分に基づいて第１の酸素含有流を調整する代替的分析器が使用されてもよい。例えば、４％のＮＨ３含有量のプロパン／空気の火炎が焼却される場合、燃焼生成物としてＨＣＮをもたらし、１つ又は複数の反応物質供給流が調整されて、１４００ｐｐｍ未満の、好ましくは１０００ｐｐｍ未満の、第１の生成物流中のＨＣＮ含有量をもたらしてもよい。同様に、反応物質供給流の１つ又は複数が調整されて、２００ｐｐｍ未満の、好ましくは１００ｐｐｍ未満の、第１の生成物流中のＮＯ含有量をもたらしてもよい。
温度が、第２の反応区域２００内で、好ましくは８００〜１１００℃の範囲、より好ましくは８５０〜１０００℃の範囲に維持される。酸素が、完全な焼却を確実にする量で供給される。第１の生成物流中の可燃成分の焼却の結果としての反応温度が下限より下に低下した場合、燃料を添加することが有利である。また、例えば供給流のいずれかに水を添加することにより、反応区域２００内の温度を急冷することが有利である。以下により詳細に記載されている通り、第１の生成物流の温度上昇の非常に効果的な使用が、次いで反応区域２００内で焼却される更なる廃棄物流を温めることである。
反応区域１００内の焼却炉バーナ１１０及び反応区域２００内の任意選択の焼却炉バーナ２１０内の設計は、特に関連性はない。様々な種類の焼却炉バーナが使用されてもよい。可燃流（複数可）と酸素含有流とを混合するバーナが使用されることが好ましい。該バーナには点火装置が備え付けられていてもよい。
反応区域１００及び反応区域２００の設計もまた、特に関連性はない。実際、ＮＨ３焼却炉は、単一反応容器の一部として両反応区域を有していてもよく、又は接続されている２つの別個の反応容器を含んでいてもよい。
また、本発明は、ＮＨ３を焼却するバーナ１１０と、
第１の酸素含有流のための、バーナ１１０にある入口１２０であり、酸素含有流の量を調整する第１の酸素制御手段１２１が設けられている、入口１２０と、
ＮＨ３含有流の量を調整する第１のＮＨ３制御手段１３１が任意選択で設けられている、ＮＨ３を含むガス流のための、バーナ１１０にある入口１３０と、
任意選択で、燃料流の量を調整する第１の燃料制御手段１４１が任意選択で設けられている、燃料流のための、バーナ１１０にある入口１４０と、
反応区域１００内で調製される第１の生成物流のための、反応区域１００の下流にある出口１６０と、
反応区域１００内で調製され第１の生成物流中のＮＨ３及び／又はＨＣＮ及び／又はＮＯの含有量を分析することができ、且つ、第１の制御手段１２１、１３１及び１４１の１つ又は複数を調節することができる、反応区域１００の終端部にある分析器１７０と、
任意選択で、（例えば、反応熱の回収用の急冷ユニット又は廃熱ボイラの形の）反応区域１００の下流にある温度制御手段１８０とを備える、第１の反応区域１００を具備し、反応区域１００内で調製される第１の生成物流を焼却する、反応区域１００の下流にある第２の反応区域２００であって、反応区域１００内で調製される第１の生成物流のための、反応区域２００の開始部にある入口２３０と、
第２の酸素含有流の量を調整する第２の制御手段２２１が任意選択で設けられている、第２の酸素含有流のための、反応区域２００の開始部にある入口２２０と、
任意選択で、第２のバーナ２１０であり、第３の酸素含有流のための、第２のバーナ２１０にある入口２１１、及び第２の燃料流のための、第２のバーナ２１０にある入口２１２が設けられている、第２のバーナ２１０と、
任意選択で、廃棄物流のための、反応区域２００の開始部にある入口２５０と、
反応区域２００内で調製される第２の生成物流のための、反応区域２００の下流にある出口２６０と、
任意選択で、反応区域２００内で調製される第２の生成物流中の酸素含有量を分析することができ、第２の制御手段２２１を調節することができることが好ましい、反応区域２００の終端部にある分析器２７０と、
任意選択で、反応熱の回収のための、反応区域２００の下流にある廃熱ボイラ２８０と、を備える、第２の反応区域２００を更に具備する、前述の方法において使用されるＮＨ３焼却炉を対象とする。
第１の酸素含有流のための、バーナ１１０にある入口１２０であり、酸素含有流の量を調整する第１の酸素制御手段１２１が設けられている、入口１２０と、
ＮＨ３含有流の量を調整する第１のＮＨ３制御手段１３１が任意選択で設けられている、ＮＨ３を含むガス流のための、バーナ１１０にある入口１３０と、
任意選択で、燃料流の量を調整する第１の燃料制御手段１４１が任意選択で設けられている、燃料流のための、バーナ１１０にある入口１４０と、
反応区域１００内で調製される第１の生成物流のための、反応区域１００の下流にある出口１６０と、
反応区域１００内で調製され第１の生成物流中のＮＨ３及び／又はＨＣＮ及び／又はＮＯの含有量を分析することができ、且つ、第１の制御手段１２１、１３１及び１４１の１つ又は複数を調節することができる、反応区域１００の終端部にある分析器１７０と、
任意選択で、（例えば、反応熱の回収用の急冷ユニット又は廃熱ボイラの形の）反応区域１００の下流にある温度制御手段１８０とを備える、第１の反応区域１００を具備し、反応区域１００内で調製される第１の生成物流を焼却する、反応区域１００の下流にある第２の反応区域２００であって、反応区域１００内で調製される第１の生成物流のための、反応区域２００の開始部にある入口２３０と、
第２の酸素含有流の量を調整する第２の制御手段２２１が任意選択で設けられている、第２の酸素含有流のための、反応区域２００の開始部にある入口２２０と、
任意選択で、第２のバーナ２１０であり、第３の酸素含有流のための、第２のバーナ２１０にある入口２１１、及び第２の燃料流のための、第２のバーナ２１０にある入口２１２が設けられている、第２のバーナ２１０と、
任意選択で、廃棄物流のための、反応区域２００の開始部にある入口２５０と、
反応区域２００内で調製される第２の生成物流のための、反応区域２００の下流にある出口２６０と、
任意選択で、反応区域２００内で調製される第２の生成物流中の酸素含有量を分析することができ、第２の制御手段２２１を調節することができることが好ましい、反応区域２００の終端部にある分析器２７０と、
任意選択で、反応熱の回収のための、反応区域２００の下流にある廃熱ボイラ２８０と、を備える、第２の反応区域２００を更に具備する、前述の方法において使用されるＮＨ３焼却炉を対象とする。
反応区域１００及び反応区域２００の各々、特に反応区域２００には、廃熱ボイラが備え付けられていてエネルギーを回収してもよい。
前述の通り、第２の焼却ステップでは、追加廃ガスが導入されてもよい。その例には、他の方法からの排ガス、例えばクラウスユニットの排ガス、が含まれる。このことは、それにより、第１の焼却ステップで生成される反応の熱を経済的に使用して、比較的冷たい廃ガスを温めることが可能になるので、特に有益である。
本発明のＮＨ３焼却炉は、単一反応槽の一部として両反応区域を備えていてもよい。或いは、各反応区域は、両反応槽が接続されている別個の反応槽であってもよい。焼却炉は、１つ又は複数の廃熱ボイラを備え、エネルギーを回収することが好ましい。処理される必要がある追加可燃廃ガスが存在する場合、焼却炉は、そのような可燃廃ガスのための入口２５０を備えていることが好ましい。最後に、ＮＨ３焼却炉には酸素分析器２７０が設けられていて、第２の酸素含有流、及び／又は、もしあれば第３の酸素含有流を調整してもよい。このことは、第２／第３の酸素含有流の量を調整するのに有用であり、それにより、少なくとも化学量論酸素量を確実にするが、第２の焼却ステップにおいて過剰な酸素量が存在することが好ましい。第２／第３の酸素含有流の総量は、第２の生成物流中に少なくとも０．５体積％の残存量の酸素が認められるようであることが好ましい。追加分析器が使用されて、第２の生成物流が雰囲気中に安全に放出され得ることを確実にしてもよい。
以下の例は単に例示目的で含まれている。
１．９５Ｎｍ３／時の速度のＮＨ３流が、０．０３４Ｎｍ３／時の速度のＣ３Ｈ８流と共に、ＮＨ３焼却炉の反応区域１００内に導入された。また、６．９Ｎｍ３／時の速度で化学量論未満の量の第１の酸素／含有流が導入された。第１の焼却段階が、約１０００℃の温度で、周囲圧力で起こった。第１の生成物流は第２の酸素／含有流と反応した。第２の酸素含有流は、化学量論量より多い量で供給され、その結果、反応区域の終端部で測定された酸素含有量は３体積％であった（乾式排煙中で測定された）。第２の焼却ステップは、８４０℃の温度で、周囲圧力で起こった。
１．９５Ｎｍ３／時の速度のＮＨ３流が、０．０３４Ｎｍ３／時の速度のＣ３Ｈ８流と共に、ＮＨ３焼却炉の反応区域１００内に導入された。また、６．９Ｎｍ３／時の速度で化学量論未満の量の第１の酸素／含有流が導入された。第１の焼却段階が、約１０００℃の温度で、周囲圧力で起こった。第１の生成物流は第２の酸素／含有流と反応した。第２の酸素含有流は、化学量論量より多い量で供給され、その結果、反応区域の終端部で測定された酸素含有量は３体積％であった（乾式排煙中で測定された）。第２の焼却ステップは、８４０℃の温度で、周囲圧力で起こった。
第１の焼却ステップにおいて、分析器を用いずに且つしたがって酸素供給比を調整することなく、第２の生成物流は、０ｐｐｍと２７０ｐｐｍの間で変動するＮＯ含有量及び０ｐｐｍと２７５ｐｐｍの間で変動するＮＨ３含有量で得られた。
同じ実験が、今度は、１００ｐｐｍの反応区域１００の下流の残存ＮＨ３含有量に基づいて酸素供給比を調整するように設定された分析器１７０として使用されるレーザダイオードを用いて繰り返された場合、第２の生成物流が、５０ｐｐｍ未満のＮＯ含有量及び０ｐｐｍのＮＨ３含有量で得られた。
モデル実験（第１の焼却ステップのみ）が、前述と同様に２度繰り返された。第１に、今度は、ある酸素供給比を用いてＮＨ３流が焼却され、第１の焼却ステップでは、第１の生成物流が、０ｐｐｍのＮＯ含有量で得られた。第２の実験では、ある酸素供給比が用いられて、０ｐｐｍのＮＨ３含有量を有する第１の生成物流を生成した。第１の実験により、第１段中のＮＯ産生を回避することができるが、不十分なＮＨ３燃焼の害がある場合のみであることが示された。この第１の生成物流が、化学量論酸素量より多い量で第２のステップにおいて焼却されて、完全なＮＨ３燃焼を達成するであろう場合、ＮＯ含有量は５０ｐｐｍより大きいと考えられる。第２の実験では、ＮＯ含有量は、既に第１の生成物流中で、５０ｐｐｍより大きい。低いＮＯ含有量を達成することがもはや可能でない。
第１の焼却が限られた量のＮＯが生成される程度まで実施された場合のみ、本発明の所望の結果を達成することが可能である。これらモデル実験の結果は、以下の表に提示されている。
Claims (22)
- ｉ． ＮＨ３を含むガス流及び任意選択で燃料流を、焼却条件下で、第１の酸素含有流と、前記ガス流中のＮＨ３に対する前記第１の酸素含有流中の酸素の量が化学量論未満で、反応させ、それにより第１の生成物流が生成される、反応させるサブステップ、
ｉｉ． 残存ＮＨ３、及び／又は、産生ＨＣＮ、及び／又は産生ＮＯの含有量に関して、前記第１の生成物流の組成を分析するサブステップ、及び
ｉｉｉ． 残存ＮＨ３及びＮＯの両方を含み、しかし２５０ｐｐｍを超えないＮＨ３及び２５０ｐｐｍを超えないＮＯを含有する第１の生成物流を生成するように、前記第１の生成物流の前記分析に基づいて、前記流れの１つ又は複数を調整するサブステップ
を含む
ａ． 第１の焼却ステップと、
ｉ． 前記第１の生成物流を、焼却条件下で、第２の酸素含有流と、化学量論を超える酸素の量で反応させ、それにより第２の生成物流が生成される、反応させるサブステップ
を含む
ｂ． 第２の焼却ステップと
を含む、ＮＨ３焼却炉内でＮＨ３を焼却する方法。 - 前記ガス流が、少なくとも３０体積％、好ましくは少なくとも５０体積％のＮＨ３、より好ましくは少なくとも６０体積％のＮＨ３を含む、請求項１に記載の方法。
- 前記ガス流が、最大４０体積％のＨ２Ｓ、好ましくは最大５体積％のＨ２Ｓを含む、請求項２に記載の方法。
- 前記酸素の量が、前記ガス流中に存在する可燃成分に対して、化学量論の５０〜９９％の範囲である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
- ＮＨ３は唯一の前記可燃成分であり、前記酸素の量が、前記ガス流中の前記ＮＨ３に対して化学量論の９５〜９８％の範囲である、請求項４に記載の方法。
- 前記第１の生成物流が残存ＮＨ３の含有量に関して分析される、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第１の生成物流が産生ＨＣＮの含有量に関して分析される、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第１の生成物流が産生ＮＯの含有量に関して分析される、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
- 反応物質流の１つ又は複数、好ましくは前記第１の酸素含有流が、前記第１の生成物流の前記残存ＮＨ３の含有量が１００ｐｐｍ未満であるように調整される、請求項６に記載の方法。
- 反応物質流の１つ又は複数、好ましくは前記第１の酸素含有流が、前記第１の生成物流の前記産生ＨＣＮの含有量が１４００ｐｐｍ未満であるように調整される、請求項７に記載の方法。
- 反応物質流の１つ又は複数、好ましくは前記第１の酸素含有流が、前記第１の生成物流の前記産生ＮＯの含有量が２００ｐｐｍ未満であるように調整される、請求項８に記載の方法。
- 前記第１の生成物流の前記組成が、継続的に又は５秒以下の間隔で分析される、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
- 燃料流が前記第１の酸素含有流と共反応する、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法。
- ＮＨ３含有流に対する燃料ガス流の比が、反応温度を９５０〜１７００℃の範囲に維持するような比である、請求項１３に記載の方法。
- 前記燃料流が、炭化水素、硫化水素、一酸化炭素、又は水素ガスの１つ又は複数を含む、請求項１３又は１４に記載の方法。
- 前記第２の酸素含有流が、前記第２の生成物流中の残存する酸素の量が少なくとも０．５体積％であるような量で反応する、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の方法。
- 廃ガスが前記第２の酸素含有流と共反応する、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第１の焼却ステップ及び／又は前記第２の焼却ステップの反応熱が回収される、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の方法。
- ａ． 第１の反応区域１００であって、
ＮＨ３を焼却するバーナ１１０と、
第１の酸素含有流のための、前記バーナ１１０にある入口１２０であり、前記酸素含有流の量を調整する第１の酸素制御手段１２１が設けられている、入口１２０と、
ＮＨ３含有流の量を調整する第１のＮＨ３制御手段１３１が任意選択で設けられている、ＮＨ３を含むガス流のための、前記バーナ１１０にある入口１３０と、
燃料流の量を調整する第１の燃料制御手段１４１が任意選択で設けられている、前記燃料流のための、前記バーナ１１０にある入口１４０と、
前記反応区域１００内で調製される第１の生成物流のための、前記反応区域１００の下流にある出口１６０と、
前記反応区域１００内で調製される前記第１の生成物流中のＮＨ３及び／又はＨＣＮ及び／又はＮＯの含有量を分析することができ、且つ、前記第１の制御手段１２１、１３１及び１４１の１つ又は複数を調節することができる、前記反応区域１００の終端部にある分析器１７０と、
任意選択で、前記反応区域１００の下流にある温度制御手段１８０と、を備える、第１の反応区域１００と、
ｂ． 前記反応区域１００内で調製される前記第１の生成物流を焼却する、前記反応区域１００の下流にある第２の反応区域２００であって、
前記反応区域１００内で調製される前記第１の生成物流のための、前記反応区域２００の開始部にある入口２３０と、
第２の酸素含有流の量を調整する第２の制御手段２２１が任意選択で設けられている、前記第２の酸素含有流のための、前記反応区域２００の前記開始部にある入口２２０と、
任意選択で、第２のバーナ２１０であり、第３の酸素含有流のための、第２のバーナ２１０にある入口２１１、及び第２の燃料流のための、前記第２のバーナ２１０にある入口２１２が設けられている、第２のバーナ２１０と、
任意選択で、廃棄物流のための、前記反応区域２００の前記開始部にある入口２５０と、
前記反応区域２００内で調製される第２の生成物流のための、前記反応区域２００の下流にある出口２６０と、
任意選択で、前記反応区域２００内で調製される前記第２の生成物流中の酸素の含有量を分析することができ、前記第２の制御手段２２１を調節することができることが好ましい、前記反応区域２００の終端部にある分析器２７０と、
任意選択で、反応熱の回収のための、前記反応区域２００の下流にある廃熱ボイラ２８０と、を備える、第２の反応区域２００と、
を具備する、ＮＨ３焼却炉。 - 前記分析器１７０がレーザダイオードである、請求項１９に記載のＮＨ３焼却炉。
- 両反応区域が単一反応容器の一部である、請求項１９又は２０に記載のＮＨ３焼却炉。
- 各反応区域が別個の反応容器であり、両方の反応容器が接続されている、請求項１９又は２０に記載のＮＨ３焼却炉。
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