KR20200130261A - Method for producing heat in the plant - Google Patents

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KR20200130261A
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레이조 리리캉가스
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보치 오와이
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Abstract

탄화수소를 함유하는 연료로부터 열 에너지를 생산하는 방법. 본 발명에 따라서, 상기 연료는 연소 플랜트에서 증가된 온도로 연소되고, 연소로부터 얻어진 열은 회복되고 연소의 배기 가스 및 그을음 입자는 촉매적 배기-가스 연소에 의해 제거된다. 연료 및 공기는 본 발명의 배기 가스에 공급되어 가스 혼합물을 형성하고, 이는 600°C 이상의 온도에서 촉매적 연소를 수행해서 질소 산화물을 감소시키고 일산화탄소, 탄화수소 및 그을음 입자를 산화시킨다. 상기 해결책은 가스의 NOx, CO 및 VOC 배기의 수준을 현저하게 감소시키기 위해 사용될 수 있다. 촉매 연소 공정에 의해 생성되는 열 에너지는 또한 열을 생산하기 위해 사용될 수 있고, 이 경우, 연료의 공급은 연소 플랜트 및 촉매 연소 공정 사이에서 나누어진다.A method of producing thermal energy from a fuel containing hydrocarbons. According to the invention, the fuel is burned at an increased temperature in a combustion plant, the heat obtained from the combustion is recovered and the exhaust gases and soot particles of the combustion are removed by catalytic exhaust-gas combustion. Fuel and air are supplied to the exhaust gas of the present invention to form a gas mixture, which performs catalytic combustion at a temperature of 600° C. or higher to reduce nitrogen oxides and oxidize carbon monoxide, hydrocarbons and soot particles. This solution can be used to significantly reduce the levels of NOx, CO and VOC emissions of gases. The thermal energy produced by the catalytic combustion process can also be used to produce heat, in which case the supply of fuel is divided between the combustion plant and the catalytic combustion process.

Description

플랜트에서 열을 생산하기 위한 방법Method for producing heat in the plant

본 발명은 에너지 플랜트에서 연소 가스 배출량 환원과 연관이 있다. 본 발명은 또한 보일러, 가스터빈, 디젤 플랜트와 유사한 플랜트의 열 생산과도 관련이 있다.The invention relates to the reduction of combustion gas emissions in energy plants. The invention also relates to the heat production of boilers, gas turbines, diesel plants and similar plants.

특히, 청구항 1의 서문에 따르면, 본 발명은, 탄화수소 함유량을 갖는 연료를 사용하여 에너지 플랜트의 질소산화물과 일산화탄소를 함유하는 연소 가스, 탄화수소 및 그을음 입자의 촉매적 제거를 위한 방법과 관련이 있다.In particular, according to the preamble of claim 1, the present invention relates to a method for the catalytic removal of combustion gases, hydrocarbons and soot particles containing nitrogen oxides and carbon monoxide in an energy plant using a fuel having a hydrocarbon content.

또한 이 발명은 청구항 19의 서문에 따르면 탄화수소 함량을 가진 연료로부터 열 에너지를 생산하기 위한 방법과 관련이 있다. 그러한 방법에 따라 연료는 증가된 온도에서 연소되며, 연소로부터 얻은 열을 회수하고, 연소에서 배출되는 배기가스와 그을음 입자를 촉매 배기 가스 연소를 이용하여 정화한다.The invention also relates to a method for producing thermal energy from a fuel having a hydrocarbon content according to the preamble to claim 19. According to such a method, the fuel is combusted at an increased temperature, the heat obtained from the combustion is recovered, and the exhaust gas and soot particles discharged from the combustion are purified using catalytic exhaust gas combustion.

전 세계적으로 에너지 생산을 통해 발생하는 질소산화물(NOx), 탄소-산화물(CO), 탄소-다이옥사이드(CO2) 및 탄화수소(VOC) 배출은 온실효과를 막기 위해 제한되고 있다. 유럽에서는, 이것을 목표로 하는 몇몇 지침들이 열 보일러, 공정 장치, 벽난로 등에 대해 발행되었다.Globally, emissions of nitrogen oxides (NOx), carbon-oxides (CO), carbon-dioxides (CO 2 ) and hydrocarbons (VOC) generated through energy production are limited to prevent the greenhouse effect. In Europe, several directives aimed at this have been issued for heat boilers, process equipment, fireplaces, etc.

이 경우 온실가스에 대한 배출 한계는 직접 또는 효율 또는 배출량 제한에 대한 보조로 설정되었다. 미국에서는 EPA와 카바르가 질소산화물, 탄화수소 및 그 화합물에 대한 제한을 설정했다. 이에 상응하는 발전이 중국에서 일어나고 있다.In this case, the emission limit for greenhouse gases was set either directly or as an aid to the efficiency or emission limit. In the United States, EPA and Kavar set limits on nitrogen oxides, hydrocarbons and their compounds. Corresponding development is taking place in China.

예를 들어 베이징의 경우 NOx의 경우 30mg/m3의 제한값과 보일러의 경우 80mg/m3의 제한값을 설정했다.For example, in Beijing, a limit of 30 mg/m 3 is set for NOx and a limit of 80 mg/m 3 is set for a boiler.

한계가 너무 타이트해서 후연소가 없는 기존의 열연소 장치로는 달성할 수 없다. 이와 같은 강력한 긴축 추세가 다른 중국의 공업 지역 분야에서도 나타날 것이다.The limit is so tight that it cannot be achieved with a conventional hot combustion device without post combustion. This strong austerity trend will also appear in other Chinese industrial areas.

앞서 언급한 배출 한도가 되기 전 이미 베이징에서는 훨씬 더 엄격한 제한을 목표로 삼기 시작했다. NOx의 경우 목표치는 0이며 CO의 경우에도 목표는 이전 제한치보다 실질적으로 낮다.Prior to the aforementioned emission limits, Beijing has already begun targeting even more stringent limits. For NOx the target is zero, and even for CO, the target is substantially lower than the previous limit.

UltraLow NOx 및 NoNOx 버너의 상업적 제조업체는 연도 가스 재순환장치, 물 유화제, 가스 예열을 연도 가스 후처리 대신 사용하여 버너를 효율적으로 혼합한다. 이 버너의 NoNOx 이름에도 불구하고 단 하나의 열연기 제조사도 NOx 배출 제로를 달성하지 못했다. 보고된 가장 낮은 값은 6ppm이고 O2 콘텐트는 3%이다.Commercial manufacturers of UltraLow NOx and NoNOx burners use flue gas recyclers, water emulsifiers, and gas preheating instead of flue gas post-treatment to efficiently mix burners. Despite the burner's NoNOx name, no single hot smoker manufacturer has achieved zero NOx emissions. The lowest reported value is 6 ppm and the O 2 content is 3%.

또 다른 대안은 연도 가스 정화다. 일반적으로 선택적 촉매 및 비 촉매 환원제를 사용하여 질소 산화물을 제거한다(선택적 촉매 환원제, 이하 "SCR"로 약칭하며, 선택적 비 촉매 환원제 "SNCR"). 최대 약 350˚의 온도에서 촉매 SCR은 90% 클리닝 레벨을 달성한다. 보고서에서 EPA는 SCR의 평균 NOx 변환을 85%로 명시하고 있다. 비 촉매 SNCR 장비를 사용하면 클리닝 효과가 약 20% 낮아진다. 용도는 디젤 차량을 겨냥한 것이었다.Another alternative is flue gas purification. In general, nitrogen oxides are removed using a selective catalyst and a non-catalytic reducing agent (selective catalytic reducing agent, hereinafter abbreviated as “SCR”, and a selective non-catalytic reducing agent “SNCR”). At temperatures up to about 350°, the catalytic SCR achieves a 90% cleaning level. In the report, EPA specifies an average NOx conversion of SCR at 85%. Using non-catalytic SNCR equipment reduces the cleaning effect by about 20%. Its use was aimed at diesel vehicles.

그러나 SCR 기구는 별도의 환원제, 요소 또는 암모니아와 그 투여 장비가 필요하므로 상당한 투자 비용과 운영비로 이어진다.However, the SCR apparatus requires a separate reducing agent, urea or ammonia and its dosing equipment, leading to significant investment and operating costs.

우레아는 폭매장치에서 분해되어 암모니아(NH3)와 일산화탄소(CO)를 형성한다. 암모니아와 요소들은 운반되어 물 용액에 저장된다.Urea is decomposed in an explosive device to form ammonia (NH 3 ) and carbon monoxide (CO). Ammonia and urea are transported and stored in a water solution.

암모니아 함량은 27%, 요소 32%이다. 암모니아는 독성이 강한 기체다. SCR 공장을 사용하면 NOx 배출량이 약 7~30ppm에 이른다.The ammonia content is 27% and urea is 32%. Ammonia is a highly toxic gas. When SCR plant is used, NOx emission reaches about 7~30ppm.

또한 CO 배출 한계는 별도의 산화 촉매제를 요구한다.In addition, the CO emission limit requires a separate oxidation catalyst.

암모니아를 환원제로 사용하는 것은 희박한 가스 혼합물에 선택적으로 NOx를 다시 주입하는 능력에 기초한다.The use of ammonia as a reducing agent is based on the ability to selectively re-inject NOx into the lean gas mixture.

SCR 기술의 높은 비용은 선택적 환원이나 요소 외에도 환원제로서 필요한 암모니아(NH3)와 값비싼 저장, 용량, 열전달, 환원기기에 의해 발생한다.The high cost of SCR technology is caused by ammonia (NH 3 ), which is required as a reducing agent in addition to selective reduction or urea, and expensive storage, capacity, heat transfer, and reduction equipment.

또한 EPA는 SCR 촉매제의 교체 주기를 3년으로 추정했다. SRC 촉매장치에서 가장 일반적인 활성 부항력, 즉 촉매는 오산화 바나듐(V2O5)으로. 귀금속 중에서 쉽게 가장 독성이 강하다.In addition, EPA estimated the replacement cycle of the SCR catalyst to be three years. The most common active holding force in the SRC catalytic device, that is, the catalyst is vanadium pentoxide (V 2 O 5 ). It is easily the most toxic among precious metals.

SCR 촉매장치는 공간 속도가 낮기 때문에 크기가 크다. 즉, 10,000-20,000 1/h이다. 귀금속 촉매장치의 공간 속도는 5~10배 더 크다. 즉, 귀금속 촉매장치의 크기는 SCR 촉매장치의 1/5에서 1/10 정도 된다.The SCR catalyst device is large because of its low space velocity. That is, 10,000-20,000 1/h. The space velocity of the noble metal catalyst device is 5-10 times greater. That is, the size of the noble metal catalyst device is about 1/5 to 1/10 that of the SCR catalyst device.

SCR 촉매장치의 다른 약점은 NH3 누출(2~5ppm)과 NH3의 독성으로 인한 취급 및 운송 중 위험이다. 특히 예를 들어 미국에서는 유독성 SCR 촉매(V2O5)를 무독성 제올라이트로 대체하라는 요구가 나오고 있다.Other weaknesses of the SCR catalytic system are the risk during handling and transportation due to the leakage of NH 3 (2-5 ppm) and the toxicity of NH 3 . In particular, in the United States, for example, there is a request to replace the toxic SCR catalyst (V 2 O 5 ) with non-toxic zeolite.

또한 콤부스-티온 가스가 함유되서는 안 되는 이른바 촉매 독에 의해 촉매적 연소에도 한계가 가해진다. 이 중 가장 중요한 것은 유기 실리콘, 헤비메탈, 인산 화합물이다. 그들은 촉매장치를 영구적으로 비활성화한다. 황화합물은 백금으로 작동하는 촉매장치를 손상시키지 않지만, 반응의 결과로 발생하는 황산은 온도 100℃ 이상의 열교환기 표면에 부식을 일으킬 수 있다.In addition, there is a limit to the catalytic combustion by the so-called catalytic poison, which should not contain combus-thione gas. The most important of these are organic silicon, heavy metal, and phosphoric acid compounds. They permanently deactivate the catalyst system. Sulfur compounds do not damage platinum-operated catalyst devices, but sulfuric acid generated as a result of the reaction can cause corrosion on the surface of heat exchangers with temperatures above 100°C.

선행기술 간행물로 US 4,118,171, US 2017/153024, US 2009/284013을 언급할 수 있다.Reference may be made to prior art publications US 4,118,171, US 2017/153024, US 2009/284013.

본 발명은 선행기술과 관련된 문제를 일부 제거하고 탄화수소를 함유한 연료로부터 열 에너지를 생산하기 위한 완전히 새로운 유형의 해결책을 만들고 그에 상응하여 질소산화물과 일산화탄소, 탄화수소 및 탄화수소를 함유한 연료를 사용하는 에너지 플랜트 그을음 입자를 함유한 배기가스를 촉매적으로 정화하기 위한 것이다. The present invention eliminates some of the problems associated with the prior art and creates an entirely new type of solution for the production of thermal energy from hydrocarbon-containing fuels, and accordingly, energy using nitrogen oxides and carbon monoxide, hydrocarbons and fuels containing hydrocarbons. It is for catalytic purification of exhaust gas containing plant soot particles.

발명의 첫 번째 구체예에서, 에너지 플랜드의 배기가스는 배기 가스의 NOx, CO, VOC 및 입자 함량을 줄이고 열 에너지를 동시에 생성하기 위해 기체를 촉매 산화 및 환원시키는 배기 가스 버너로 유도된다. 일반적으로 NOx 화합물은 먼저 환원된 후 CO, VOC 화합물 및 기체의 미립자 불순물이 산화되면서 동시에 회수가 가능한 열 에너지가 생성된다.In a first embodiment of the invention, the exhaust gas of the energy plant is directed to an exhaust gas burner that catalytically oxidizes and reduces the gas to reduce the NOx, CO, VOC and particle content of the exhaust gas and simultaneously generate thermal energy. In general, NOx compounds are first reduced, and then CO, VOC compounds, and particulate impurities of gas are oxidized, while simultaneously generating heat energy that can be recovered.

발명의 두 번째 구체예에서 열 에너지는 최소한 두 개의 단위로 생산되는데, 이때 탄화수소 함량을 가진 연료를 연소시켜 열 에너지를 에너지 플랜트에서 처음 생산한다. 예를 들어 열 교환기에서 열이 회수된다. 연료와 공기는 연소로부터 얻어진 배기가스에 공급되어 가스 혼합물을 형성하고, 가스 혼합물은 촉매적 연소로 이어져 고온에서 수행된다.In the second embodiment of the invention, thermal energy is produced in at least two units, wherein the heat energy is first produced in an energy plant by burning a fuel having a hydrocarbon content. Heat is recovered in heat exchangers, for example. Fuel and air are supplied to the exhaust gas obtained from combustion to form a gas mixture, which leads to catalytic combustion and is carried out at high temperatures.

최소 600℃ 온도에서 환원 및 그에 상응하는 산화 조건에서 촉매의 존재로 연소를 수행함으로써 연도 가스에 포함된 질소산화물을 환원시키고 일산화탄소, 탄화수소, 그을음 입자를 산화시킨다. 촉매적 연소로부터 얻어진 열도 회수된다.By performing combustion in the presence of a catalyst under reduction and corresponding oxidation conditions at a temperature of at least 600°C, nitrogen oxides contained in the flue gas are reduced and carbon monoxide, hydrocarbons and soot particles are oxidized. Heat from catalytic combustion is also recovered.

보다 구체적으로 말하면, 해당 발명에 따른 해결책은 주로 독립된 청구권의 특성화 부분에 명시되어 있는 것으로 특징지어진다.More specifically, the solution according to the invention in question is characterized as being primarily specified in the characterization section of the independent claim.

본 발명을 이용하여 상당한 이점을 얻을 수 있다.Significant advantages can be obtained using the present invention.

위에서 이미 언급했듯이, 열연소나 기존의 연도 가스 정화 방법을 사용하면 베이징에서 현재 요구되고 있는 것처럼 깨끗한 열 에너지를 생산할 수 없다. 단, 촉매 연도 가스 연소를 사용하면 이미 가동 중인 보일러, 디젤 및 가스 터빈 플랜트의 NOx, VOC, CO, 미립자 연도 가스 배출량을 거의 0 수준으로 줄일 수 있다. 본 발명에 따른 해결책을 사용하여 목표를 달성할 수 있다. 동시에 석유와 가스보일러, 디젤플랜트에서 생산되는 작은 그을음 입자를 태우는 것도 가능하다.As already mentioned above, the use of hot combustion or conventional flue gas purification methods cannot produce clean heat energy as currently required in Beijing. However, the use of catalytic flue gas combustion can reduce NOx, VOC, CO and particulate flue gas emissions from already operating boilers, diesel and gas turbine plants to near zero. The goal can be achieved with the solution according to the invention. At the same time, it is also possible to burn small soot particles produced in oil and gas boilers and diesel plants.

발명의 도움으로 열적 에너지 플랜트의 NOx, CO, HC, 입자배출을 기존의 어떤 생산기술을 사용하는 것보다 더 효과적으로 하나의 기구를 사용하여 정화하는 방법이 만들어지고, 동시에 추가 에너지를 생산한다. 발명에 따른 해결책을 사용하면 위에서 항목별로 분류한 모든 배출물을 단일 기기에서 제거한다.With the help of the invention, a method of purifying NOx, CO, HC and particle emissions of a thermal energy plant using a single device more effectively than using any existing production technology is created, while simultaneously producing additional energy. With the solution according to the invention, all emissions classified above are eliminated in a single unit.

따라서 현재 방법을 사용하면 NOx성분들의 재지연 함량이 1ppm 미만이 되도록 환원이 가능하며 CO, VOC성분들의 잔류 함량이 2ppm 미만이 되도록 산화가 가능하다. 작은 그을음 입자도 600℃ 이상의 온도에서 연도 가스 버너에서 연소할 수 있다. 버너의 바람직한 온도 범위는 850-1000℃이다. 이 범위에서는 그을음 입자도 빠르게 연소한다.Therefore, using the current method, it is possible to reduce the re-delay content of NOx components to be less than 1ppm, and oxidation is possible so that the residual content of CO and VOC components is less than 2ppm. Even small soot particles can be burned in flue gas burners at temperatures above 600°C. The preferred temperature range for the burner is 850-1000°C. Soot particles also burn rapidly in this range.

동시 에너지 생산은 열 보일러, 터빈 또는 디젤 플랜트 등의 연도 가스를 촉매 연소 시 냉각 및 열 전달 물질로 사용할 수 있게 한다. 배기 가스와 연도 가스의 불활성 열 질량은 온도 조절 및 열 전달을 위해 연소에 사용된다. 연도 가스의 도움으로 온도는 가급적 850-1000℃ 범위에서 탈기 한계 이내로 유지할 수 있다.Simultaneous energy production makes it possible to use flue gases, such as heat boilers, turbines or diesel plants, as cooling and heat transfer materials during catalytic combustion. The inert thermal mass of the exhaust gas and flue gas is used in combustion for temperature control and heat transfer. With the help of the flue gas, the temperature can be kept within the degassing limit, preferably in the range of 850-1000°C.

다른 정화방법과 달리 현재의 방법을 사용하면 열 보일러의 열 에너지 생산능력을 최대 60%까지 높일 수 있다.Unlike other purification methods, the use of current methods can increase the thermal energy production capacity of heat boilers by up to 60%.

연도 가스 버너를 모든 에너지 생산 장치에 추가할 수 있는데, 이 장치에는 황 방출과 입자 방출이 적고, 이른바 촉매장치 독이 없다. 한편, 에너지 소스의 NOx, CO, VOC 배출량은 실질적으로 중요하지 않다. 연소 후에서는 석유 보일러와 디젤 플랜트가 생산하는 작은 그을음 입자도 연소한다. 촉매장치와 관련하여 저장된 POC 촉매장치 나 필터가 없는 한, 입자가 에너지 회수 전에 연소할 시간이 있는 열 회수 전에 중간 챔버를 배열하는 것이 바람직하다.A flue gas burner can be added to any energy production unit, which emits less sulfur and particles, and is free from so-called catalytic unit poisons. On the other hand, NOx, CO and VOC emissions from energy sources are practically insignificant. After combustion, the small soot particles produced by oil boilers and diesel plants are also burned. Unless there is a stored POC catalyst or filter associated with the catalytic unit, it is desirable to arrange an intermediate chamber prior to heat recovery where the particles have time to burn before energy recovery.

디젤 엔진의 입자는 크기가 주로 작은 소위 나노입자들이다. 이 중 90% 이상은 직경이 50nm 미만이다. 그들은 호흡 공기와 함께 폐로 들어가서 부분적으로 그것들을 통과하여 짧은 혈액 순환으로 들어가 많은 사망자를 발생시킨다. 나노입자는 탄소, 물, 탄화수소, 그리고 종종 황과 소량의 다른 화합물을 포함한다. 그것들은 매우 다공성이다. 탄화수소 및 황화 화합물이 산화되고 물이 증발하면 탄소가 모든 표면에 점화되어 빠르게 연소하지만 기체 화합물은 더 느리게 연소한다. 앞서 언급한 범위(850-1000℃) 내 배기 가스의 온도는 이러한 반응에 유리하며, 특히 탄소의 연소에 유리하다.The particles of diesel engines are mainly small, so-called nanoparticles. More than 90% of these have a diameter of less than 50 nm. They enter the lungs with the breathing air and partially pass through them into short blood circulation, causing many deaths. Nanoparticles contain carbon, water, hydrocarbons, and often sulfur and small amounts of other compounds. They are very porous. When hydrocarbons and sulfur compounds are oxidized and water evaporates, carbon is ignited on all surfaces and burns faster, but gaseous compounds burn more slowly. The temperature of the exhaust gas in the aforementioned range (850-1000° C.) is advantageous for this reaction, particularly for the combustion of carbon.

배기 가스 버너를 사용하면 오염이 심한 기존 에너지 생산 장치의 배출을 새롭고 더 엄격한 수요 수준으로 끌어올 수 있다.The use of exhaust gas burners can bring the emissions of heavily polluted existing energy production units to new and more stringent demand levels.

배기 가스 버너는 원칙적으로 보일러나 열교환기와 결합해 NOx, CO, VOC 배출이 포함된 모든 종류의 가스를 정화할 수 있는데, 촉매적 연소가 LEL 한계치 이하로 작동하기 때문이다. 그렇다면 VOCs의 연소가 치명적인 사고로 이어진 열연소 보일러와 같은 종류의 안전 위험은 없다.Exhaust gas burners can in principle be combined with boilers or heat exchangers to purify all types of gases, including NOx, CO and VOC emissions, since catalytic combustion operates below the LEL limit. If so, there is no safety risk of the same kind as a hot-fired boiler where the combustion of VOCs leads to a fatal accident.

특히 기체 방출의 양은 배기 가스 버너의 작동과 정화 결과에 있어 거의 중요하지 않기 때문에 1차 에너지원의 조정 및 기기 선택에 자유가 주어질 수 있다. 보일러에는 이전 패시브 저(Low)NOx 또는 초저(UltraLow)가 필요하지 않음. NOx 버너와 공기-연료 비율은 최대 출력에 최적화될 수 있다. 디젤 엔진의 경우 NOx 배출량 등을 줄이기 위해 배기 가스 재순환(EGR)이나 극도로 희박. 혼합비용이 필요하지 않다.In particular, since the amount of outgassing is of little importance to the operation and purification results of the exhaust gas burner, freedom can be given to the adjustment of the primary energy source and the selection of equipment. The boiler does not require the previous passive Low NOx or UltraLow. The NOx burner and air-fuel ratio can be optimized for maximum power. For diesel engines, exhaust gas recirculation (EGR) or extremely lean to reduce NOx emissions. No mixing cost is required.

배기가스 버너는 항상 엄격한 규범에 따른 배출 요건을 충족하지 못하는 에너지 플랜트 운영에도 적합하다. 공장들은 수명이 길고 대규모 투자를 요구하기 때문에, 배출량을 줄이는 투자는 종종 할 가치가 있다. 새로운 플랜트는 또 다른 응용 프로그램을 형성한다.Exhaust gas burners are also suitable for energy plant operations that do not always meet emission requirements according to strict norms. Since factories have long lifespans and require large investments, investments in reducing emissions are often worth making. The new plant forms another application.

아래에서는 첨부 도면을 참조하는 설명의 도움을 받아 본 발명을 상세히 검토한다.Hereinafter, the present invention will be reviewed in detail with the help of description with reference to the accompanying drawings.

도면 1은 하나의 구체예의 과정도를 보여준다.
도면 2는 두 번째 구체예의 과정도를 보여준다.
도면 3은 세 번째 구체예의 과정도를 보여준다.
도면 4는 네 번째 구체예의 과정도를 보여준다.
Figure 1 shows a process diagram of one embodiment.
Figure 2 shows the process diagram of the second embodiment.
Figure 3 shows the process diagram of the third embodiment.
Figure 4 shows the process diagram of the fourth embodiment.

구체예Specific example

본 문맥에서 "에너지 플랜트"는 주로 보일러, 디젤 터빈 또는 가스 터빈의 도움으로 탄화수소 함량을 가진 연료로부터 에너지를 생산하는 열 에너지와 같은 열 에너지를 생산하는 연소 플랜트를 말한다."Energy plant" in this context refers to a combustion plant that produces thermal energy, such as thermal energy, which produces energy from fuels with a hydrocarbon content mainly with the aid of a boiler, diesel turbine or gas turbine.

첫 번째 구체예에서 "탄소 함량을 가진 연료"라는 용어는 탄소와 탄화수소와 같은 수소를 주로 구성하지만 그렇지 않은 화합물을 포함하는 연료 또한 의미한다. 연료는 탄화수소 외에도 에테르, 에스테르 및 알코올과 같은 산소 함량을 가진 화합물을 포함할 수 있다. 첫 번째 구체예에 따른 탄소 함량을 가진 연료의 예로는 석유, 가솔린, 디젤 및 천연 가스 등이 있다.In the first embodiment, the term "fuel having a carbon content" also refers to a fuel comprising compounds that consist primarily of carbon and hydrogen, such as hydrocarbons, but not. In addition to hydrocarbons, fuels may contain compounds with an oxygen content such as ethers, esters and alcohols. Examples of fuels having a carbon content according to the first embodiment include petroleum, gasoline, diesel and natural gas.

두 번째 구체예에서 "탄소 함량이 있는 연료"라는 용어는 알코올(히드록시) 그룹, 에테르 그룹 또는 에스테르 그룹을 주로 포함하거나, 이러한 그룹과 함께 하위 탄화수소 화합물과 같은 탄소 화합물을 구성하는 조합을 의미한다. 이 연료들은 리그노셀룰로오스, 식물성 기름, 동물성 지방과 같은 바이오매스로부터 생산되는 다양한 바이오 연료들이다.In the second embodiment, the term "fuel with carbon content" refers to a combination that mainly comprises an alcohol (hydroxy) group, an ether group or an ester group, or together with such groups constitutes a carbon compound such as a lower hydrocarbon compound. . These fuels are a variety of biofuels produced from biomass such as lignocellulose, vegetable oils and animal fats.

CO와 "VOC 배출"이라는 표현과 그에 상응하는 "NOx 배출"과 "소립자 배출"이라는 표현은 CO, VOC, NOx 가스의 (질량으로서) 양과 그에 상응하는 그을음 입자가 배기가스에 포함된 것을 의미한다.The expressions CO and "VOC emissions" and the corresponding expressions "NOx emissions" and "small particle emissions" mean that the amounts (as mass) of CO, VOC, and NOx gases and corresponding soot particles are contained in the exhaust gas. .

"농축" 연료/산소(또는 연료/공기) 혼합물은 더 많은 양의 연료(산소와 상대적)를 포함하며, 다시 더 적은 양의 연료를 포함한다.A “concentrated” fuel/oxygen (or fuel/air) mixture contains a greater amount of fuel (relative to oxygen), and again a smaller amount of fuel.

본 발명에서는 일반적으로 배기 가스를 처리하고 촉매 배기 가스 버너를 사용하여 에너지를 생산하는 해결책이 만들어진다. 이 방법은 아래에서 보다 상세히 설명한 바와 같이 열 발생과 정화 배기가스 모두에 적용할 수 있다.In the present invention, solutions are made that generally treat exhaust gases and use catalytic exhaust gas burners to produce energy. This method can be applied to both heat generation and purification exhaust gases, as described in more detail below.

이 방법에서는 열 결합에서 발생하는 배기가스에 추가 공기와 연료를 공급하여 촉매적 연소에 필요한 가스 혼합물의 양을 형성하고 그 후에 가스 혼합물이 연소를 위한 촉매적 연소 구역으로 유도된다. 콤부스티온에서 얻은 열은 회수된다. 연소로 인해 촉매적 연소 배기가스에서 CO, VOC, NOx 및 그을음 입자 에미션이 크게 환원한다.In this method, additional air and fuel are supplied to the exhaust gases from thermal bonding to form the amount of gas mixture required for catalytic combustion, after which the gas mixture is directed to the catalytic combustion zone for combustion. The heat obtained from the combustion is recovered. Combustion significantly reduces CO, VOC, NOx and soot particle emissions in catalytic combustion exhaust gases.

하나의 구체예에서는 배기가스, 연료, 공기가 고르게 혼합되어 균일한 가스 혼합물을 만들어 낸다.In one embodiment, exhaust gas, fuel, and air are evenly mixed to create a homogeneous gas mixture.

이 구체예에서, 추가적인 공기와 연료는 배기 가스 버너에 공급될 수 있으며, 그 공급은 촉매장치 이후의 온도와 각 촉매장치가 필요로 하는 공기/연료 혼합비에 대한 선형 산소 센서에 의해 제어될 수 있다.In this embodiment, additional air and fuel can be supplied to the exhaust gas burner, which supply can be controlled by a linear oxygen sensor for the temperature after the catalytic unit and the air/fuel mixture ratio required by each catalytic unit. .

아래에서 설명하는 반응이 일어나기 위해, 많은 연료가 배기가스에 가장 적합하게 첨가되어 농후하거나 계량비가 달성된다. 전자의 경우 질소(N2)와 산소(O2)로 NOx의 환원만 일어나고 후자의 경우 이산화탄소(CO2)와 물(H2O)로 CO와 VOCs를 산화시킨다.For the reaction described below to take place, a large amount of fuel is most suitably added to the exhaust gas to achieve a rich or metering ratio. In the former case, only the reduction of NOx with nitrogen (N 2 ) and oxygen (O 2 ) occurs, and in the latter case, CO and VOCs are oxidized with carbon dioxide (CO 2 ) and water (H 2 O).

농축한 혼합물을 사용하여 작업할 때, 희박한 혼합물이 필요로 하는 여분의 공기 사료를 배치했을 때, 두 번째 촉매제가 가장 적합하게 사용된다. 최상의 결과는 별도의 산화 및 환원 단계에 따라 얻는다.When working with concentrated mixtures, the second catalyst is best used when laying out the excess air feed required by the lean mixture. The best results are obtained following separate oxidation and reduction steps.

만약 최대한의 청정에너지를 생산하기를 원한다면, 연료와 더불어 공기를 연도 가스에 뿌려야 한다. 질소산화물이 연소 중에 발생하지 않도록 온도를 약 1000 ˚로 적절히 제한해야 한다. 이 방법을 다른 정화 방법과는 달리 사용하면 아래에 설명된 바와 같이 열 보일러의 열 에너지 생산 용량을 최대 60%까지 증가시킬 수 있다.If you want to produce as much clean energy as possible, you have to spray the flue gas with air along with the fuel. The temperature should be appropriately limited to about 1000° so that nitrogen oxides do not occur during combustion. Unlike other purification methods, this method can increase the thermal energy production capacity of a heat boiler by up to 60% as described below.

하나의 구체예에서 연료와 공기는 내포된 구멍 난 공급 파이프와 정적 혼합기에 혼합되어 고르게 혼합된 가스 혼합물을 형성한다.In one embodiment, fuel and air are mixed in an enclosed perforated supply pipe and a static mixer to form an evenly mixed gas mixture.

정적 혼합기는 고른 연소를 보장하기 위해 특별히 선호하는 기체 혼합물의 동질성을 보장하기 위해 사용될 수 있다.Static mixers can be used to ensure the homogeneity of the particularly preferred gas mixture to ensure even combustion.

한 가지 구체예에서 촉매적 연소는 하나 이상의 단계에서 환원하고 그에 상응하는 산화 조건을 수행한다.In one embodiment the catalytic combustion is reduced in one or more stages and subjected to corresponding oxidation conditions.

한 가지 구체예에서 촉매연소는 최소한 두 단계로 수행되는데, 이는 특히 질소산화물을 환원시키고 일산화탄소, 탄화수소, 그을음 입자를 산화시키기 위함이다.In one embodiment, catalytic combustion is carried out in at least two steps, particularly to reduce nitrogen oxides and to oxidize carbon monoxide, hydrocarbons and soot particles.

한 가지 구체예로, 옥시다-티온 및 환원은3원 촉매장치에서 촉매적연소로 전환된다. 그 다음, 가스 혼합물을 연소 플랜트에서 미연소된 CO 및 VOC 화합물을 산화시키고 NOx 배출량을 환원시키고 그을음 입자를 산화시키기 위해 연소 플랜트의 계량 산소/추가 연료비를 사용하여 3원 촉매장치에서 연소할 수 있다.In one embodiment, the oxida-thione and reduction are converted to catalytic combustion in a three-way catalytic unit. The gas mixture can then be burned in a three-way catalytic unit using the combustion plant's metered oxygen/additional fuel ratio to oxidize unburned CO and VOC compounds in the combustion plant, reduce NOx emissions, and oxidize soot particles. .

600℃이상의 온도에서 연소가 일어나면 그을음 입자도 연소한다.If combustion occurs at temperatures above 600℃, soot particles also burn.

또는 2부 촉매장치의 환원 부분에서는 질소(N2)와 산소(O2)로 NOx 배출물을 재분해하고 이산화탄소(CO2)와 물(H2O)으로 대부분의 CO와 VOC 배출물을 산화시키기 위해 풍부한 혼합물을 사용한다.Or, in the reduction part of the second part of the catalytic device, to re-decompose NOx emissions with nitrogen (N 2 ) and oxygen (O 2 ) and oxidize most of the CO and VOC emissions with carbon dioxide (CO 2 ) and water (H 2 O). Use a rich mixture.

그 후, 가스 혼합물에 공기를 더하여 희박하게 만든 다음 그 혼합물은 산화 촉매장치를 통해 이동한다. 그 속에서 남은 CO와 VOC 배출량은 옥시화된다. 다음의 열교환 단계에서 발생하는 열 에너지를 사용한다. 예를 들어 용접된 핀 파이프 라디에이터의 도움으로 물에서 발생하는 열 에너지를 사용한다. 그 후에 배기가스는 보일러를 굴뚝에 맡기고, 필요한 경우 흡입 팬으로 보조한다.After that, air is added to the gas mixture to make it lean, and the mixture passes through an oxidation catalyst. The remaining CO and VOC emissions are oxidized. The heat energy generated in the next heat exchange step is used. It uses heat energy from water, for example with the help of a welded fin pipe radiator. The exhaust gas then leaves the boiler to the chimney and, if necessary, assisted by a suction fan.

한 가지 구체예에서 가스 혼합물은 산화 및 환원 촉매제로 연소되며, 처음에는 질소 산화물을 줄이기 위해 풍부한 추가 연료/산소 혼합물을 사용한 다음 CO 및 VOC 화합물과 그을음 입자를 산화시키기 위해 희박한 추가 연료/산소 혼합물을 사용한다.In one embodiment, the gaseous mixture is combusted with an oxidation and reduction catalyst, initially using an enriched additional fuel/oxygen mixture to reduce nitrogen oxides and then adding a lean additional fuel/oxygen mixture to oxidize CO and VOC compounds and soot particles. use.

귀금속 촉매제를 줄이는데 있어서 반응 체인은 주로 증기-개질과 수성-가스 이동 반응을 통해 이루어진다.In reducing the noble metal catalyst, the reaction chain mainly takes place through steam-reforming and water-gas transfer reactions.

H2O + HC -> H2 + CO 및 H2O + CO -> H2 + CO2 H 2 O + HC -> H 2 + CO and H 2 O + CO -> H 2 + CO 2

And

H2 + NOx -> N2 + H2O.H 2 + NO x -> N 2 + H 2 O.

그 반응들 중 일부는 직접적인 산화 작용과 환원 반응이다.Some of those reactions are direct oxidation and reduction reactions.

촉매적 연소는 항상 폭발 하한(LEL) 아래에서 발생한다. 연료는 종종 1차 에너지 생산 장치에서와 동일할 수 있다.Catalytic combustion always occurs below the lower explosion limit (LEL). The fuel can often be the same as in the primary energy production unit.

전 촉매 후 연소 연도 가스 온도가 250°C 이하로 떨어지고 연료가 천연 가스 또는 고온에서 점화되는 다른 연료인 경우, 촉매장치의 구조는 금속 직교류 또는 연소를 유지하기 위해 낮은 곳에서 점화되는 회수형 또는 재생형 열 교환기가 되어야 한다. 메탄올이나 에탄올과 같은 경우는 연료 혼합물에 서포트 연료로 공급되어야 한다.If the combustion flue gas temperature after the pre-catalyst falls below 250°C and the fuel is natural gas or other fuel ignited at high temperature, the structure of the catalytic device is a cross-metal flow or recovery type ignited in a low place to maintain combustion It should be a regenerative heat exchanger. In the case of methanol or ethanol, the fuel mixture should be supplied as a support fuel.

연소에 사용되는 촉매장치는 안정적인 금속 산화물, Al, Ce, Zr, L, or Ba, 이며, Pd, Pt, Rh 와 같은 귀금속이 부착되어 있는 것이 가장 적합하다.The catalyst device used for combustion is stable metal oxide, Al, Ce, Zr, L, or Ba, and it is most suitable that noble metals such as Pd, Pt, Rh are attached.

이러한 귀금속 촉매는 독성이 없으며, 기존의 SCR 촉매장치에서 일어나는 것과 같이 반응에서 독성 화합물이 발생하지 않는다.These noble metal catalysts are not toxic, and toxic compounds are not generated in the reaction as occurs in conventional SCR catalyst devices.

촉매장치의 온도는 최소 600℃이며, 특히 환원 조건과 산화 조건 모두에서 850-1000℃의 온도 조건이다.The temperature of the catalytic device is at least 600°C, and in particular, it is 850-1000°C in both reducing and oxidizing conditions.

3원 촉매장치의 경우, 공간 속도는 50,000-150 000 1/h(예: 약 60,000-100,000 1/h)의 값으로 유지되는 반면, 환원 및 산화 촉매장치의 경우 공간 속도는 약 60,000-200,000 1/h이며, 예를 들어 70,000-150,000 1/h가 바람직하다.In the case of a three-way catalyst unit, the space velocity is maintained at a value of 50,000-150 000 1/h (e.g., about 60,000-100,000 1/h), whereas in the case of a reduction and oxidation catalyst unit, the space velocity is approximately 60,000-200,000 1 /h, for example, 70,000-150,000 1/h is preferable.

본 발명은 특히 연료가 연소플랜트에서 연소되거나 연소된 상황(석유나 가스보일러, 가스터빈, 디젤플랜트 또는 이와 유사한 에너지 플랜트)에 적용된다.The present invention is particularly applicable to situations in which fuel is burned or burned in a combustion plant (oil or gas boiler, gas turbine, diesel plant or similar energy plant).

한 가지 구체예에서는 1단계 또는 2단계만 촉매적으로 배기가스 또는 연도 가스 정화 및 청정에너지 생성 방법이 발생된다. 그러한 방법에서 연도 가스는 열 결합 및 전달 역할도 가진다. 촉매적 연소가 열보다 상당히 빠르기 때문에 결합 에너지를 위해 기본적으로 불활성인 연도나 배기가스를 사용하는 것이 바람직하다. 이렇게 하면 지나친 온도 상승을 피할 수 있다.In one embodiment, a method of purifying exhaust gas or flue gas and generating clean energy occurs catalytically only in one or two steps. In such a method, the flue gas also has a thermal bonding and transfer role. Since catalytic combustion is considerably faster than heat, it is desirable to use flue or exhaust gases that are essentially inert for binding energy. This will avoid excessive temperature rise.

위에서 언급한 바와 같이, 본 발명을 적용하여 최소한 2단계에서 연소를 수행하여 탄화수소를 함유한 연료로부터 열 에너지를 생산할 수 있다. 이러한 방법에서 연료의 일부는 연소 공장의 첫 번째 연소 단계에서 연소되어 질소와 산소산화물 함량을 가진 열과 배기가스를 생산한다. 이후 1차 연소 단계에서 얻은 열과 배기가스를 회수한다. 두 번째 연소 단계에서, 연료의 두 번째 부분은 첫 번째 연소 단계에서 얻은 이전의 가스로 공급된다. 공기 또한 가연성 가스 혼합물을 형성하기 위해 공급된다. 따라서 얻어진 기체 혼합물은 열을 생산하고 니트로겐과 산소 산화물 분해를 위해 연소된다. 위에서 설명한 바와 같이, 적어도 하나의 촉매장치 구역에서 환원상태를 유지하고 600℃ 이상의 온도에서 이러한 조건에서 연소를 수행한다.As mentioned above, by applying the present invention, it is possible to produce thermal energy from a hydrocarbon-containing fuel by carrying out combustion in at least two stages. In this way, some of the fuel is burned in the first combustion stage of the combustion plant to produce heat and exhaust gases with nitrogen and oxygen oxide content. After that, the heat and exhaust gas obtained in the first combustion step are recovered. In the second combustion stage, the second part of the fuel is supplied with the previous gas obtained in the first combustion stage. Air is also supplied to form a combustible gas mixture. The gas mixture thus obtained produces heat and is burned to decompose nitrogen and oxygen oxides. As described above, the reduced state is maintained in at least one catalytic device zone and combustion is carried out under these conditions at a temperature of 600°C or higher.

2차 연소 단계에서 얻은 열을 회수한다. The heat from the secondary combustion stage is recovered.

한 가지 구체예에서는 2차 연소 단계 10%에서 탄화수소 함량이 있는 전체 연료량의 15-80 mol%가 연소된다. 방법의 도움으로 1차 에너지원에 부가되는 열 에너지의 약 60%인 상당한 부분이 2차 연소 단계에서 생성될 수 있다.In one embodiment, 15-80 mol% of the total fuel volume with hydrocarbon content is burned in 10% of the secondary combustion stage. With the aid of the method, a significant portion of the thermal energy added to the primary energy source, about 60%, can be produced in the secondary combustion stage.

하나의 구체예에서 보일러, 터빈 또는 디젤 플랜트에서 나오는 연도 가스는 촉매장치에서 냉각 및 열전달 물질로 사용된다. 계면계 촉매적 연소에 냉각 불활성 첨가제가 없는 경우, 모델링을 통해 온도가 2500˚이상으로 상승할 것이라는 것을 알 수 있다. 촉매적 연소가 열보다 20배가량 빠른 탓이다. 앞서 언급한 구체화에서 온도가 최소 600℃로 상승하지만 가급적 1000℃로 상승하는 촉매 연소에서 화력 플랜트의 연도 가스는 사전에 선택된 온도 범위 내에서 촉매적 연소 온도를 유지하기 위한 불활성 열 저장소와 전달제로 가장 적합하게 사용된다. In one embodiment the flue gas from a boiler, turbine or diesel plant is used as a cooling and heat transfer material in a catalytic device. In the absence of cooling inert additives in interfacial catalytic combustion, modeling shows that the temperature will rise above 2500°. This is because catalytic combustion is about 20 times faster than heat. In catalytic combustion where the temperature rises to at least 600°C in the above-mentioned embodiment, but preferably 1000°C, the flue gas of the thermal plant is best used as an inert heat storage and transfer agent to maintain the catalytic combustion temperature within a preselected temperature range. It is used suitably.

질소, 이산화탄소 등 연도 가스에 포함된 미연소 가스는 기술된 조건에서 반응하지 않고, 열까지 불활성 성분으로 작용하여 제어되지 않는 온도 상승을 방지하는 것으로 나타났다.It has been shown that unburned gas contained in flue gas such as nitrogen and carbon dioxide does not react under the described conditions and acts as an inert component to heat to prevent uncontrolled temperature rise.

위에서 설명한 구체예에서는 연소로 얻은 기체에 포함된 열 에너지를 회수한다. 열 에너지가 물, 공기 또는 다른 액체 또는 기체 매체로 가장 적절하게 전달되는 경우 최소한 하나의 열 전달 단계에서 회복이 이루어질 수 있다.In the embodiment described above, heat energy contained in the gas obtained by combustion is recovered. Recovery can occur in at least one heat transfer step if the heat energy is most appropriately transferred to water, air or other liquid or gaseous medium.

두 번째 구체예에서는, 본 발명은, 탄화수소를 함유하는 연료를 사용하는 에너지 플랜트의, 질소산화물 및 일산화탄소를 함유하는 배기 가스, 탄화수소, 및 그을음 입자를, 환원 및 산화 상태에서, 촉매적으로 정화하는 것에 적용된다. 본 해결책에서, 연료 및 공기는 배기 가스에 공급되어 가스 혼합물을 형성했고 상기 가스 혼합물을 600℃이상의 온도에서 수행되는 1 또는 2단계 촉매적 연소를 수행하여 질소산화물을 환원시키고 일산화탄소, 탄화수소, 및 그을음 입자를 산화시킨다.In a second embodiment, the present invention provides for catalytic purification of exhaust gases, hydrocarbons, and soot particles containing nitrogen oxides and carbon monoxide, in an energy plant using fuels containing hydrocarbons, in reducing and oxidizing states. Applies to things. In this solution, fuel and air are supplied to the exhaust gas to form a gas mixture, and the gas mixture is subjected to a one- or two-stage catalytic combustion conducted at a temperature of 600° C. or higher to reduce nitrogen oxides and reduce carbon monoxide, hydrocarbons, and soot. Oxidizes particles.

두 번째 구체예에서는 본 발명을 탄화수소를 함유한 연료를 사용하는 에너지 플랜트의 적용. 질소산화물과 일산화탄소, 탄화수소, 그을음 입자를 함유한 배기 가스를 촉매로 정화, 환원 및 산화 조건에서 적용한다.In a second embodiment the present invention is applied to an energy plant using a fuel containing a hydrocarbon. Exhaust gas containing nitrogen oxides, carbon monoxide, hydrocarbons and soot particles is applied under the conditions of purification, reduction and oxidation with a catalyst.

이 방법에서 연료와 공기를 배기가스에 공급하여 기체 혼합물을 형성하고 기체 혼합물을 1단계 또는 2단 촉매적 연소로 가져와 600℃이상의 온도에서 수행함으로써 질소산화물을 줄이고 일산화탄소, 탄화수소 및 그을음 입자를 산화시킨다.In this method, fuel and air are supplied to the exhaust gas to form a gas mixture, and the gas mixture is brought to one-stage or two-stage catalytic combustion and carried out at a temperature of 600℃ or higher to reduce nitrogen oxides and oxidize carbon monoxide, hydrocarbons and soot particles. .

이런 식으로 촉매적 연소로 얻은 기체의 NOx 배출량은 1ppm 이하, CO와 VOC 배출량은 최대 2ppm이다. 또한 소형 그을음 입자는 배기 가스 버너 850-1000℃의 작동 온도에서 연소되는데, 그을음은 약 600℃에서 점화되어 속도가 증가하면 연소되기 때문이다.In this way, the NOx emission of gases obtained by catalytic combustion is less than 1 ppm, and the emission of CO and VOC is up to 2 ppm. In addition, small soot particles are burned at the operating temperature of the exhaust gas burner 850-1000°C, because soot is ignited at about 600°C and burns when the speed increases.

하나의 구체예에 따르면, 현재의 방법은 연속적으로 작동되는 프로세스로서 구현된다.According to one embodiment, the current method is implemented as a continuously operated process.

연속 작동 프로세스에서 탄화수소는 환원이기와 에너지원으로 사용된다. 추가 에너지의 생산은 그 과정의 또 다른 속성이다.In a continuous operation process, hydrocarbons are used both as a reducing agent and as an energy source. The production of additional energy is another attribute of the process.

한 가지 구체예에서 입자의 산화 및 청정에너지 생산은 높은 온도(최소 1,000℃)에서 시행된다. 이 두 가지 모두에 대해 입자 산화제 및 에너지 생산자로서 변환 효율을 향상시킨다. 더 높은 온도에 의해 In one embodiment, the oxidation of the particles and the production of clean energy are carried out at high temperatures (at least 1,000° C.). For both, it improves conversion efficiency as a particle oxidizer and energy producer. By higher temperature

열 보일러와 동일한 연료를 사용하는 배기 가스 버너는 선택적(SCR) 또는 비선택적(SNCR) NOx 배출 환원 기구에 비해 다음과 같은 몇 가지 장점이 있다.Exhaust gas burners that use the same fuel as thermal boilers have several advantages over selective (SCR) or non-selective (SNCR) NOx emission reduction mechanisms:

- NOx, CO, VOC 배출의 효율성이 더 높다. 약 1 수준의 NOx 배출, 2ppm 수준의 촉매장치 방법에 따라 CO, VOC 배출량을 달성하는 데 사용할 수 있다.- The efficiency of NOx, CO and VOC emissions is higher. It can be used to achieve about 1 level of NOx emissions, 2 ppm level of CO and VOC emissions according to the catalytic method.

- 이는 작은 그을음 입자를 태우는 데 사용될 수 있다.- It can be used to burn small soot particles.

- 보일러의 열에너지 생산량을 약 60% 증가시키는 데 사용할 수 있다.- It can be used to increase the heat energy production of the boiler by about 60%.

- 별도의 추가 연료나 별도의 저장 및 투여 시스템을 필요로 하지 않는다.- No additional fuel or separate storage and dosing systems are required.

- 그 안에 있는 귀-금속촉매장치는 SCR 족매장치보다 수명이 길며, 사용된 촉매(V2O5)의 열과 화학 내구성이 귀-금속보다 떨어진다. 새로운 대체 SCR 촉매장치들은 다양한 제올라이트들로, 유황 중독에 민감하다.-The noble-metal catalyst device in it has a longer life than the SCR footing device, and the heat and chemical durability of the used catalyst (V 2 O 5 ) is inferior to that of the noble metal. The new alternative SCR catalysts are a variety of zeolites, susceptible to sulfur poisoning.

- SCR 촉매장치는 귀-금속 촉매장치보다 크기가 5~10배 크다. 크기 차이가 단가의 차이를 보상하기 때문에 가격 차이가 크지 않다. 귀-금속 촉매장치는 약 60~70 €3이고 SCR 촉매장치는 약 10 €3이다-The size of the SCR catalyst device is 5-10 times larger than that of the noble-metal catalyst device. The difference in price is not large because the difference in size compensates for the difference in unit price. Precious-metal catalysts are about 60-70 € 3 and SCR catalysts are about 10 € 3

- EPA는 SCR 촉매장치의 NOx 제거 비용이 약 1400-2000 USD/t NOx임을 입증했다. 촉매 연도 가스 버너의 원가는 상당히 낮다. 그 방법은 더 작고 단순하다. SCR 플랜드인 암모니아(NH3) 또는 요소에서 사용하는 환원제는 연료와 거의 같은 가격이지만, 사용 가능한 열 에너지를 생산하지는 않는다.-EPA proved that the NOx removal cost of SCR catalyst system is about 1400-2000 USD/t NOx. The cost of catalytic flue gas burners is quite low. The method is smaller and simpler. The reducing agent used in the SCR plant, ammonia (NH 3 ) or urea, is about the same price as fuel, but does not produce usable thermal energy.

- 가장 큰 차이는 배기 가스 버너를 사용하여 경쟁적 비용으로 추가 에너지를 생산할 수 있다는 것이다. 이후 NOx, CO, VOC 배출량의 제거는 별도의 정화비 없이 부산물로 이루어진다.- The main difference is that the exhaust gas burner can be used to produce additional energy at a competitive cost. After that, NOx, CO, and VOC emissions are removed as by-products without separate purification costs.

- 암모니아는 독성이 강해 27%의 수용액으로 운반·보관된다.- Ammonia is highly toxic and is transported and stored in 27% aqueous solution.

- SCR 환원에서 2-5ppm 암모니아 누출(EPA)이 발생하며, 이는 촉매로 산화되어야 한다.- A 2-5 ppm ammonia leakage (EPA) occurs in SCR reduction, which must be oxidized with a catalyst.

아래에서는 첨부된 도면에 근거하여 본 발명의 구체예를 검토한다.In the following, specific examples of the present invention will be reviewed based on the accompanying drawings.

도면 1과 2는 두 가지 구체예를 보여주고 있는데, 도면 1은 에너지 플랜트의 연료에서 열 및 전기 에너지가 모두 생산되는 해결책을 보여주고 이는 주로 촉매 연소 과정을 사용하여 에너지 플랜트의 배기가스를 정화할 때 발생한다. 도면 2는 열 에너지 플랜트에서 열이 발생하는 한편으로 촉매적 연소 과정을 보여준다.Figures 1 and 2 show two specific examples. Figure 1 shows a solution in which both heat and electrical energy are produced from the fuel of the energy plant, which mainly uses a catalytic combustion process to purify the exhaust gases of the energy plant. Occurs when Figure 2 shows the catalytic combustion process while heat is generated in a thermal energy plant.

도면에서 볼 수 있듯이 참조 번호 (10)-, (20), (30) 및 (50)은 가스 또는 액체 연료를 사용하는 보일러, 디젤 플랜트, 가스 터빈 또는 기타 에너지 플랜트나 플랜트를 나타낸다. 도면 1의 경우, 연료는 열 에너지가 생산되는 에너지 플랜트에 주로 공급되며, 여기에 추가로 전기를 공급하여 생산된다. 최소한 열 에너지의 일부에서As can be seen in the drawings, reference numerals (10)-, (20), (30) and (50) denote boilers, diesel plants, gas turbines or other energy plants or plants using gas or liquid fuel. In the case of Figure 1, fuel is mainly supplied to an energy plant in which thermal energy is produced, and is produced by supplying additional electricity to it. At least part of the heat energy

두 도면의 경우, 에너지 플랜트의 배기 가스는 배기 덕트에서 혼합 챔버 (12); (22)로 유도되며, 그 안으로 추가 공기가 유입되고 연료가 분사된다. 혼합 챔버는 네트워크를 구성할 수 있다.In the case of the two figures, the exhaust gas of the energy plant is a mixing chamber 12 in the exhaust duct; It is led to (22), in which additional air is introduced and fuel is injected. The mixing chamber can constitute a network.

하나의 구체예에서는 혼합 벌집 구조물을 사용한다. 예를 들어 유틸리티 모델 10627 또는 CN205001032에서 공시되는 해결책이 이에 해당한다. 따라서 분배 네트워크는 대각선 강철 폴리오 시트로 구성될 수 있다. 서로 위로 쌓거나 접혀 있는 것들이 비스듬히 교차한다. 예를 들어 저항 용접 또는 브레이징을 사용하여 폴리오시트를 교차점에서 서로 연결할 수 있다. 벌집의 각 층에 형성된 유로가 서로 교차하여 높은 유속도에서 유량의 혼합과 난류를 일으킨다.In one embodiment, a mixed honeycomb structure is used. For example, solutions disclosed in utility model 10627 or CN205001032. Thus, the distribution network can consist of diagonal steel folio sheets. Things that are stacked or folded on top of each other intersect at an angle. For example, resistance welding or brazing can be used to connect the foliosheets to each other at intersections. The flow paths formed in each layer of the honeycomb cross each other, causing mixing and turbulence of flow rates at high flow rates.

직선형 벌집에서는 흐름이 층층이 된다. 질량 전달을 나타내는 치수 없는 셔우드(Sh) 번호는 약 3이고, 유속은 10m/s이다. 혼합 금속으로 된 벌집에서는 약 10-12이다.In a straight honeycomb, the flow is layered. The dimensionless Sherwood (Sh) number representing mass transfer is about 3 and the flow rate is 10 m/s. In mixed metal honeycombs it is about 10-12.

혼합실에서 가스는 정적 혼합기를 통해 (13); (23)을 거쳐 촉매장치(14); (24), (25)로 이동한다. 촉매장치 뒤(가스 혼합물의 흐름 방향)에는 선형 람다센서 (표시되지 않음)가 있는데, 이 센서는 공기/연료 비율을 측정하고 조정하기 위해 배열되며, 온도를 제어한다.In the mixing chamber, the gas is passed through a static mixer (13); Catalyst device 14 via 23; Move to (24) and (25). Behind the catalytic unit (direction of flow of the gas mixture) is a linear lambda sensor (not shown), which is arranged to measure and adjust the air/fuel ratio and controls the temperature.

하나 또는 두 개의 촉매장치 (14); (24); (25)후에 가스는 용접된 늑골 파이프의 연결부 또는 몇 개의 열 교환기 (15); (27), 열이 물이나 다른 유용한 목적으로 전달되는 경우. 예를 들어 (15); (27)열 교환기는 리브드 파이프로 제조되는 것과 같이 용접된 파이프의 것일 수 있다.One or two catalyst devices 14; (24); (25) After the gas is welded to the connection of the frame pipe or several heat exchangers (15); (27), when heat is transferred to water or other useful purposes. For example (15); (27) The heat exchanger may be of a welded pipe, such as made of a ribbed pipe.

도면 3과 4는 촉매적 연소 시스템의 구조를 더 자세히 보여준다.Figures 3 and 4 show the structure of the catalytic combustion system in more detail.

도면에서, 예를 들어 디젤 엔진, 가스 터어빈 또는 연소 보일러를 사용하는 일차 에너지 생산에는 참조 번호 (30)과 (50)이 표시된다.연료는 공급 덕트 (31); (51)을 통해 얻은 배기가스로 공급된다.가스 혼합물을 형성하기 위해, 공기는 팬 (37); (57)에 의해 공급된다. 혼합물은 정적 혼합기 (38); (58)을 통해 유도함으로써 촉매 구역 앞에 혼합된다. 이 혼합물은 촉매 구역으로 유도되기 전에 풍부하게 함유된 것이 바람직하다.In the drawings, primary energy production using, for example, diesel engines, gas turbines or combustion boilers is indicated by reference numerals 30 and 50. The fuel includes supply ducts 31; It is supplied to the exhaust gas obtained through 51. To form a gas mixture, the air is supplied with a fan 37; Supplied by 57. The mixture is a static mixer 38; It is mixed before the catalyst zone by guiding through 58. It is preferred that this mixture is contained in an abundance before being directed to the catalyst zone.

도면 3의 경우, 촉매 구역은 교차 흐름 촉매장치 (33)으로 구성된다.In the case of Figure 3, the catalyst zone consists of a cross-flow catalytic device 33.

도면 4의 경우, 촉매 구역은 회복용 열-배출제- 촉매장치로 구성된다.In the case of Fig. 4, the catalyst zone is composed of a recovery heat-emission agent-catalyst.

일반적으로 환원되는 첫 번째 촉매 구역 (33); (55)에서 얻은 가스 혼합물은 두 번째 촉매 구역 (35); (55)로 유도된다. 일반적으로 산화 촉매장치를 구성한다. 그런 다음 보조 공기 공급 팬 (39); (59)에 의해 가스 혼합물에 추가 공기를 공급한다. 시작하기 전에, 촉매장치는 일반적으로 미리 가열된다. 예를 들어, 온풍기, 가스 버너 또는 기타 히터를 사용하여 촉매장치의 반응 온도 이상으로 한다.A first catalyst zone 33 which is generally reduced; The gas mixture obtained in (55) comprises a second catalyst zone (35); It leads to (55). In general, it constitutes an oxidation catalyst device. Then auxiliary air supply fan 39; Supply additional air to the gas mixture by means of (59). Before starting, the catalytic device is usually preheated. For example, a warmer, gas burner, or other heater is used to set the reaction temperature above the catalyst device.

배기 가스 버너의 첫 번째 촉매장치는 배기 가스와 연료의 점화 온도 간 온도 차이가 작을 경우(<150℃) 직선-배관 촉매장치가 될 수 있다.The first catalytic device of an exhaust gas burner can be a straight-pipe catalytic device if the temperature difference between the ignition temperature of the exhaust gas and the fuel is small (<150°C).

배기 가스의 일산화탄소(CO) 및 질소산화물(NO2) 함량이 높은 경우 일산화탄소는 이미 약 150˚에서 촉매장치에서 발화하며, 산화질소의 두 번째 산소는 쉽게 분리되어 공격적으로 반응한다.When the content of carbon monoxide (CO) and nitrogen oxides (NO 2 ) in the exhaust gas is high, carbon monoxide is already ignited in the catalytic device at about 150°, and the second oxygen of nitrogen oxide is easily separated and reacts aggressively.

유입 가스의 온도가 촉매에 사용되는 연료의 점화 온도(> 150℃)보다 현저히 낮을 때 직교류 또는 회전하는 벌집구조 관류식 열-교환 촉매장치(53)가 필요하다.When the temperature of the inlet gas is significantly lower than the ignition temperature (> 150°C) of the fuel used for the catalyst, a cross-flow or rotating honeycomb structure once-through heat-exchange catalyst device 53 is required.

발명에 따른 장치에서 3원 촉매장치의 공간 속도는 연료에 따라 50,000-150,000 1/h이며, 가급적 60,000-100,000 1/h이다. 환원, 산화 촉매장치의 공간 속도는 70,000-200,000 1/h이고, 가급적 60,000-150,000 1/h이다.In the device according to the invention, the space velocity of the three-way catalyst device is 50,000-150,000 1/h, preferably 60,000-100,000 1/h, depending on the fuel. The space velocity of the catalyst for reduction and oxidation is 70,000-200,000 1/h, preferably 60,000-150,000 1/h.

두 번째 촉매 구역에서 얻은 고온 가스의 열 에너지는 예를 들어 물로 전달되는 열 교환기 (36); (56)에서 회수된다. 열 교환기 (36); (56)은 예를 들어 용접된 파이프, 가급적 리브드 파이프로 제조할 수 있다.The heat energy of the hot gas obtained in the second catalytic zone is transferred to, for example, a heat exchanger 36; Recovered from (56). Heat exchanger 36; 56 can be made of, for example, a welded pipe, preferably a ribbed pipe.

열전송 후, (40); (60)의 흡인 팬이 있을 수 있다. 예비 에너지 플랜트 및 추가 공기 팬의 출력이 장치를 통해 충분한 가스를 전달하기에 충분한 경우 배출 가스(예: 정화된 배기 가스)는 기기에서 배출 파이프로 유도된다(예: (41); (61)).After heat transfer, (40); There may be 60 suction fans. If the output of the reserve energy plant and the additional air fan is sufficient to deliver sufficient gas through the device, the exhaust gas (e.g., purified exhaust gas) is led from the appliance to the exhaust pipe (e.g. (41); (61)). .

하나의 구체예에서, 탄화수소 함량이 있는 흐르는 연료를 산소 또는 공기로 연소하기 위한 현재의 기구는 다음과 같이 구성된다. 처리 중인 물질의 흐름 순서에 따라In one embodiment, the current apparatus for burning a flowing fuel with a hydrocarbon content with oxygen or air is configured as follows. According to the flow sequence of the material being processed

-  혼합구역, 촉매적 연소구역, 열회수구역, 기체제거구역 등을 포함하며, 이 경우- Includes mixing zone, catalytic combustion zone, heat recovery zone, gas removal zone, etc.

- 혼합구역에는 정화할 기체를 위한 이송연결부와 연료의 이송연결부, 기체와 연료를 고르게 혼합할 수 있는 정적 혼합기가 설치되어 있다.- In the mixing zone, a transfer connection for gas to be purified, a transfer connection for fuel, and a static mixer capable of evenly mixing gas and fuel are installed.

-  촉매적 연소 구역은 흐름 방향으로 최소 2개의 응집 연소 구역을 포함하며, 이 중 첫 번째와 두 번째 산화 조건에서 환원 조건이 생성된다.- The catalytic combustion zone contains at least two cohesive combustion zones in the flow direction, of which reducing conditions are created in the first and second oxidation conditions.

- 열 회수 구역에는 열 전달 요소가 포함되어 있으며, 촉매 구역에 연결되어 방출된 열을 회수한다.- The heat recovery zone contains a heat transfer element and is connected to the catalyst zone to recover the released heat.

실시예Example

에너지생산부가적인 에너지 생산Energy production Additional energy production

- 천연가스 사용 열보일러, 출력 60MW- Thermal boiler using natural gas, output 60MW

- 배기가스 입력 61.000Nm3/h-Exhaust gas input 61.000Nm 3 /h

- 추가공기입력 35.000Nm3/h-Additional air input 35.000Nm 3 /h

- 96.000Nm3에서 24g/Nm3 추가 천연가스 입력-96.000Nm 3 to 24g/Nm 3 additional natural gas input

- 연소 35.2 MW, 즉 59 % (열값 55 MJ/k)에서 생성되는 추가 에너지- Additional energy generated from combustion 35.2 MW, ie 59% (heat value 55 MJ/k)

- 연소 후 온도 920℃, 입력온도가 150℃인 경우- After combustion temperature is 920℃, input temperature is 150℃

- NOx 환원- NOx reduction

- NOx 배출량 500mg/Nm3 -NOx emission 500mg/Nm 3

- NOx 61.000Nm3/h x 500mg/Nm3 총량 = 30.5kg/h-NOx 61.000Nm 3 /hx 500mg/Nm 3 Total amount = 30.5kg/h

SCR 플랜트의 비교Comparison of SCR plant

EPA = 1400 USD/ton x 30.5 kg/h x 0,98 = 41.8 USD/h에 의해 계산된 최저 비용에 따른 SCR 플랜트의 절감 비용EPA = 1400 USD/ton x 30.5 kg/h x 0,98 = 41.8 USD/h savings in SCR plant according to the lowest cost calculated

SCR 기술을 이용한 연간 비용 = 8000 h/a x 41.8 USD/h = 344.400 USD/aAnnual cost with SCR technology = 8000 h/a x 41.8 USD/h = 344.400 USD/a

촉매 연소 후에 의해 생성되는 에너지가 비교 가능한 에너지생산보다 더 비싸지 않다면, 열 보일러의 NOx를 제거하면 비용이 들지 않는다. 즉, 연간 절감액은 344.400달러가 된다. 동시에 NOx 배출량을 1ppm 수준으로 끌어올릴 수 있고 CO와 VOC 배출량을 2단계 연소를 이용해 2ppm 미만으로 줄일 수 있다(도면 4).If the energy produced after catalytic combustion is not more expensive than comparable energy production, there is no cost to removing NOx from a thermal boiler. That is, the annual savings are $344.400. At the same time, NOx emissions can be raised to the level of 1 ppm and CO and VOC emissions can be reduced to less than 2 ppm using two-stage combustion (Figure 4).

상기 목표를 달성하기 위해, 본 발명은 독립항에 제시되는 특징적인 측면을 갖는다.In order to achieve the above goal, the present invention has the characteristic aspects set forth in the independent claims.

산업상 이용가능성Industrial availability

현재 해결책은 보일러, 디젤 플랜트, 가스 터빈 등과 같은 CO 배출과 NOx. VOC의 동시 파워 클리너로 적합하다. 발명에 따른 해결책은 추가 장치나 추가 비용 없이 예를 들어 고체연료 보일러와 디젤 플랜트의 입자를 태우는 데도 적합하다. 보일러, 디젤플랜트, 가스터빈 등에서 추가 에너지를 생산하는 데도 적합하다.The current solution is CO emissions and NOx such as boilers, diesel plants, gas turbines, etc. It is suitable as a simultaneous power cleaner of VOC. The solution according to the invention is also suitable for burning particles, for example in solid fuel boilers and diesel plants, without additional equipment or additional costs. It is also suitable for generating additional energy from boilers, diesel plants and gas turbines.

발명에 따른 방법을 사용하면 질소산화물(NOx)을 환원시켜 잔류량이 1ppm 미만으로, 일산화탄소(CO)와 탄화수소(VOC)를 산화시켜 잔류량이 2ppm 미만으로 만들 수 있다. 이러한 값은 일차 에너지 발생원 배출량이 높더라도 달성할 수 있다. 배기 가스 버너에서도 작은 그을음 입자를 연소시킬 수 있어 보일러와 디젤 엔진의 입자 필터를 교체할 수 있다. 발명에 따른 해결책 덕분에 1차 에너지 플랜트는 저NOX또는 초저NOX 버너를 필요로 하지 않으며, 디젤 엔진은 NOX 배출량을 줄이기 위해 EGR이나 매우 낮은 혼합비를 필요로 하지 않는다. If the method according to the invention is used, the residual amount can be reduced to less than 1 ppm by reducing nitrogen oxides (NOx), and the residual amount can be made less than 2 ppm by oxidizing carbon monoxide (CO) and hydrocarbons (VOC). These values can be achieved even with high primary energy source emissions. Exhaust gas burners can also burn small soot particles, making it possible to replace particle filters in boilers and diesel engines. Thanks to the solution according to the invention, primary energy plants do not need low or ultra-low NOX burners, and diesel engines do not require EGR or very low mixing ratios to reduce NOX emissions.

그러면 1차 에너지 플랜트의 생산량을 최대화할 수 있다. 이 외에도, 발명에 따른 방법을 사용하면 1차 에너지원에 대해 약 60%의 열 에너지를 추가로 생산할 수 있다. 이는 특히 1차 연소에서 생산된 배기가스를 촉매적 연소에서 냉각 및 열교환제로 사용하고, 연료가 배기 가스에 공급되어 2단계 촉매적 연소를 형성할 때 더욱 그러하다.This will maximize the output of the primary energy plant. In addition to this, the use of the method according to the invention makes it possible to additionally produce about 60% of thermal energy for the primary energy source. This is particularly the case when the exhaust gas produced in the primary combustion is used as a cooling and heat exchanger in the catalytic combustion, and fuel is supplied to the exhaust gas to form a two-stage catalytic combustion.

10 1차 에너지 생산
11 발생기
12 분배 네트워크
13 정적 혼합기
14 3원촉매장치
15 열 교환기
20 1차 에너지 생산
22 분배 네트워크
23 정적 혼합기
24 환원 촉매장치
25 공기 분배 네트워크
26 산화 촉매장치
27 열 교환기
30 1차 에너지 생산
31 연료 공급 관
32 농후한 혼합물
33 직교류 촉매장치
34 희박한 혼합물
35 산화 촉매장치
36 열 교환기
37 팬
38 정적 혼합기
39 2차-공기 공급 팬
40 진공 팬 (필요 시)
41 배출 파이프 (배기-가스 파이프)
50 1차 에너지 생산
51 연료 공급 관
52 농후한 혼합물
53 관류식 열 교환기-촉매장치
54 희박한 혼합물
55 산화 촉매장치
56 열 교환기
57 팬
58 정적 혼합기
59 2차-공기 공급 팬
60 진공 팬 (필요 시)
61 배출 파이프 (배기-가스 파이프)
10 Primary energy production
11 generator
12 distribution network
13 static mixer
14 3-way catalyst device
15 heat exchanger
20 Primary energy production
22 distribution network
23 static mixer
24 Reduction catalyst device
25 air distribution network
26 Oxidation catalyst device
27 heat exchanger
30 Primary energy production
31 fuel supply pipe
32 thick mixture
33 Cross flow catalyst device
34 Lean Mixture
35 Oxidation catalyst device
36 heat exchanger
37 fans
38 static mixer
39 Secondary-air supply fan
40 vacuum fan (if required)
41 exhaust pipe (exhaust-gas pipe)
50 Primary energy production
51 fuel supply pipe
52 thick mixture
53 once-through heat exchanger-catalyst
54 Lean Mixture
55 Oxidation catalyst device
56 heat exchanger
57 fans
58 static mixer
59 Secondary-air supply fan
60 vacuum fan (if required)
61 exhaust pipe (exhaust-gas pipe)

Claims (25)

탄화수소를 포함하는 연료를 사용하는 플랜트의 질소산화물 및 일산화탄소를 함유하는 연소가스, 탄화수소물질 및 그을음 입자의 환원 및 산화 조건에서의 촉매적 제거 방법으로서,
- 연료 및 공기를 배기 가스로 공급하여 가스 혼합물을 형성하고,
- 상기 가스 혼합물을 600℃ 초과의 온도에서 수행되는 하나 또는 그 초과의 촉매적 연소를 수행하여 질소산화물을 환원시키고 일산화탄소, 탄화수소 및 그을음 입자를 산화시킴을 특징으로 하는, 방법.
A method for catalytic removal of combustion gases, hydrocarbon substances, and soot particles containing nitrogen oxides and carbon monoxide in a plant using a fuel containing hydrocarbons, under conditions of reduction and oxidation,
-Supplying fuel and air as exhaust gases to form a gas mixture,
-A method characterized in that the gas mixture undergoes one or more catalytic combustion, which is carried out at a temperature above 600° C., to reduce nitrogen oxides and oxidize carbon monoxide, hydrocarbons and soot particles.
제1항에 있어서,
상기 촉매적 연소로부터 획득된 가스의 NOx의 방출 수준은 1ppm 또는 그 미만이고 CO 및 VOC 방출의 수준은 2ppm 이하인, 방법.
The method of claim 1,
The method, wherein the emission level of NOx of the gas obtained from the catalytic combustion is 1 ppm or less and the level of CO and VOC emission is 2 ppm or less.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 촉매적 연소는 촉매장치에서 수행되며, 여기서 온도는 850~1000℃에서 유지되는, 방법.
The method according to claim 1 or 2,
The catalytic combustion is carried out in a catalytic device, wherein the temperature is maintained at 850-1000°C.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 혼합 가스는 화학양론비의 산소/추가-연료를 사용하여 3원 촉매장치(three-way catalyser)에서 연소되어 상기 연소 플랜트에서 연소되지 않고 남은 VOC 화합물 및 CO를 산화시키고 NOx 방출물을 환원시키고 그을음 입자를 산화시키는, 방법.
The method according to any one of claims 1 to 3,
The mixed gas is combusted in a three-way catalyser using stoichiometric oxygen/extra-fuel to oxidize VOC compounds and CO remaining unburned in the combustion plant and reduce NOx emissions. Oxidizing soot particles, method.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 혼합 가스는 산화 및 환원 촉매장치에서 연소되고, 우선 풍부한 추가-연료/산소 혼합물을 가지고 질소산화물을 환원시키고 그 다음에 부족한 추가-연료/산소 혼합물을 가지고 CO 및 VOC 화합물 및 그을음 입자를 산화시키는, 방법.
The method according to any one of claims 1 to 4,
The mixed gas is combusted in an oxidation and reduction catalytic apparatus, first reducing nitrogen oxides with an enriched addition-fuel/oxygen mixture, and then oxidizing CO and VOC compounds and soot particles with a deficient additional-fuel/oxygen mixture. , Way.
제4항 또는 제5항에 있어서,
상기 3원 촉매장치의 공간 속도는 50,000-150,000 1/h, 바람직하게 60,000-100,000 1/h이고, 상기 환원 및 산화 촉매확기의 공간 속도는 60,000-200,000 1/h, 바람직하게 70,000-150,000 1/h인, 방법.
The method according to claim 4 or 5,
The space velocity of the three-way catalyst device is 50,000-150,000 1/h, preferably 60,000-100,000 1/h, and the space velocity of the reduction and oxidation catalyst expander is 60,000-200,000 1/h, preferably 70,000-150,000 1/h. h, how.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
촉매 연소는 환원 및 상응하는 산화 조건에서 적어도 두 단계를 거쳐 수행되는, 방법.
The method according to any one of claims 1 to 6,
The process, wherein the catalytic combustion is carried out in at least two steps under reducing and corresponding oxidizing conditions.
- 연료가 연소 플랜트에서 증가하는 온도에서 연소되고,
- 연소로부터 이용가능한 열은 회수되고,
- 상기 연소의 배기 가스 및 그을음 입자는 촉매적 배기-가스 연소에 의해 제거되는 방법에 따른 탄화수소를 함유하는 연소로부터 열 에너지를 생성하는 방법으로서,
- 연료 및 공기가 상기 배기 가스로 공급되어 가스 혼합물을 형성하고,
- 상기 혼합 가스가 적어도 600℃, 바람직하게는 600℃ 초과의 온도에서 촉매적 연소 처리되어 질소 산화물을 환원하고 일산화탄소, 탄화수소 및 그을음 입자를 산화시킴을 특징으로 하는, 방법.
-The fuel is burned at increasing temperatures in the combustion plant,
-The heat available from combustion is recovered,
-A method of generating thermal energy from combustion containing hydrocarbons according to the method in which the exhaust gases and soot particles of the combustion are removed by catalytic exhaust-gas combustion,
-Fuel and air are supplied to the exhaust gas to form a gas mixture,
The method, characterized in that the gas mixture is subjected to catalytic combustion at a temperature of at least 600° C., preferably above 600° C. to reduce nitrogen oxides and oxidize carbon monoxide, hydrocarbons and soot particles.
제8항에 있어서,
촉매적 연소는 환원 및 상응하는 산화 조건에서 하나 또는 그 초과의 단계, 바람직하게는 적어도 2 단계를 거쳐 수행되는, 방법.
The method of claim 8,
The process, wherein the catalytic combustion is carried out via one or more steps, preferably at least two steps, in reducing and corresponding oxidizing conditions.
제8항 또는 제9항에 있어서,
상기 배기 가스, 연료 및 공기는 네스팅(nesting), 천공된 공급 파이프 및 정적 교반기에서 함께 균일하게 혼합되어 가스 혼합물을 생성하는, 방법.
The method according to claim 8 or 9,
The method, wherein the exhaust gas, fuel and air are uniformly mixed together in a nesting, perforated supply pipe and static stirrer to produce a gas mixture.
제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가스 혼합물은 3원 산화 및 환원 촉매장치에서 촉매적 연소되는, 방법.
The method according to any one of claims 8 to 10,
Wherein the gas mixture is catalytically combusted in a three-way oxidation and reduction catalytic device.
제8항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 혼합 가스는 화학양론비의 산소/추가-연료를 사용하여 3원 촉매장치(three-way catalyser)에서 연소되어 상기 연소 플랜트에서 연소되지 않고 남은 VOC 화합물 및 CO를 산화시키고 NOx 방출물을 환원시키고 그을음 입자를 산화시키는, 방법.
The method according to any one of claims 8 to 11,
The mixed gas is combusted in a three-way catalyser using stoichiometric oxygen/extra-fuel to oxidize VOC compounds and CO remaining unburned in the combustion plant and reduce NOx emissions. Oxidizing soot particles, method.
제8항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 혼합 가스는 산화 및 환원 촉매장치에서 연소되고, 우선 풍부한 추가-연료/산소 혼합물을 가지고 질소산화물을 환원시키고 그 다음에 부족한 추가-연료/산소 혼합물을 가지고 CO 및 VOC 화합물 및 그을음 입자를 산화시키는, 방법.
The method according to any one of claims 8 to 11,
The mixed gas is combusted in an oxidation and reduction catalytic apparatus, first reducing nitrogen oxides with an enriched addition-fuel/oxygen mixture, and then oxidizing CO and VOC compounds and soot particles with a deficient additional-fuel/oxygen mixture. , Way.
제8항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 촉매장치의 온도는 적어도 환원 조건 또는 환원 또는 산화 둘 모두의 조건에서 850~1000℃인, 방법.
The method according to any one of claims 8 to 13,
The temperature of the catalyst device is at least 850 to 1000° C. in a reducing condition or a condition of both reduction or oxidation.
제8항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 3원 촉매장치의 공간 속도는 50,000-150,000 1/h, 바람직하게 60,000-100,000 1/h이고, 상기 환원 및 산화 촉매확기의 공간 속도는 60,000-200,000 1/h, 바람직하게 70,000-150,000 1/h인, 방법.
The method according to any one of claims 8 to 14,
The space velocity of the three-way catalyst device is 50,000-150,000 1/h, preferably 60,000-100,000 1/h, and the space velocity of the reduction and oxidation catalyst expander is 60,000-200,000 1/h, preferably 70,000-150,000 1/h. h, how.
제8항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
연료는 연소 플랜트에서 연소되고, 상기 연소 플랜트는 오일 또는 가스 보일러, 가스 터빈, 디젤 파워 플랜트 또는 유사한 에너지 플랜트인, 방법.
The method according to any one of claims 8 to 15,
The method, wherein the fuel is burned in a combustion plant, the combustion plant being an oil or gas boiler, a gas turbine, a diesel power plant or similar energy plant.
제8항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
추가 공기 및 연료는 상기 배기-가스 버너로 공급되고 이들의 공급은 각 촉매장치에 의해 요구되는 공기/연료 비에 따른, 촉매장치 및 선형 산소 센서 이후의 온도에 의해 제어되는, 방법.
The method according to any one of claims 8 to 16,
The method, wherein additional air and fuel are supplied to the exhaust-gas burner and their supply is controlled by the temperature after the catalytic device and the linear oxygen sensor, depending on the air/fuel ratio required by each catalytic device.
적어도 두 단계에서 수행되는 연소를 사용하여 탄화수소를 가지는 연료로부터 열 에너지를 생성하기 위한 제8항 내지 제17항 중 어느 한 항에 따른 방법으로서,
- 연료의 제1 연소 단계 부분에서, 연소 플랜트에서 연소되어 열을 및 질소- 및 산소-산화물을 가지는 배기 가스를 생성하고,
- 상기 제1 연소 단계에서 수득된 상기 열 및 배기 가스는 별도로 회수되며,
- 제2 연소 단계에서, 상기 이전 연소 단계로부터 수득된 상기 배기 가스는 상기 연료 및 공기의 제2 부분과 함께 공급되어 가스 혼합물을 형성하고,
- 그 결과 얻어진 상기 가스 혼합물은 촉매에 의해 연소되어 열을 생성하고 질소 및 산소 산화물을 제거하는 연소에 특징이 있고,
환원 조건은 적어도 하나의 촉매 영역에서 유지되고, 연소는 이 조건에서 600℃ 초과의 온도에서 수행되고, 이후에 상기 제2 연소 단계로부터 수득된 열은 회수되는, 방법.
A method according to any one of claims 8 to 17 for generating thermal energy from a fuel having hydrocarbons using combustion carried out in at least two stages, comprising:
-In the part of the first combustion stage of the fuel, it is combusted in the combustion plant to produce heat and exhaust gas with nitrogen- and oxygen-oxides,
-The heat and exhaust gas obtained in the first combustion step are recovered separately,
-In a second combustion step, the exhaust gas obtained from the previous combustion step is supplied together with the fuel and a second portion of air to form a gas mixture,
-The resulting gas mixture is characterized by combustion by combustion by a catalyst to generate heat and to remove nitrogen and oxygen oxides,
The method, wherein reducing conditions are maintained in at least one catalytic zone, and combustion is carried out at a temperature above 600° C. in these conditions, after which the heat obtained from the second combustion step is recovered.
제18항에 있어서,
상기 제2연소 단계에서, 탄화수소를 가지는 연료의 전체 양의 적어도 10mol%, 가장 적절하게 15-80mol%이 연소되는, 방법.
The method of claim 18,
In the second combustion step, at least 10 mol%, most suitably 15-80 mol%, of the total amount of fuel with hydrocarbons is burned.
제18항 또는 제19항에 있어서,
약 60% 만큼의 추가 열 에너지가 주 에너지 공급원을 위해 생성되는, 방법.
The method of claim 18 or 19,
The method, in which as much as about 60% of additional thermal energy is generated for the primary energy source.
제8항 내지 20항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 열 에너지 플랜트의 연도 가스는 불활성 열 저장 및 전송 에이전트(transfer agents)로서 사용되어 촉매적 연소의 온도를 미리 선택된 열 범위 내로 유지하는, 방법.
The method according to any one of claims 8 to 20,
The method, wherein the flue gas of the thermal energy plant is used as an inert heat storage and transfer agent to keep the temperature of the catalytic combustion within a preselected thermal range.
제8항 내지 21항 중 어느 한 항에 있어서,
연소에 사용된 촉매장치는 안정한 금속 산화물, 바람직하게는 Al, Ce, Zr, L, 또는 Ba의 양이온의 산화물로 표면처리되고, 이에 귀금속 예컨대 Pd, Pt, Rh, 또는 이들의 비금속과의 혼합된 산화물이 부착된, 방법.
The method according to any one of claims 8 to 21,
The catalyst device used for combustion is surface-treated with a stable metal oxide, preferably an oxide of a cations of Al, Ce, Zr, L, or Ba, and mixed with noble metals such as Pd, Pt, Rh, or nonmetals thereof. Oxide is attached, the method.
제8항 내지 22항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 귀금속 촉매는 독성이 없고 독성 물질을 전통적 SCR 촉매장치에서의 반응에서 만들지 않는, 방법.
The method according to any one of claims 8 to 22,
The method, wherein the noble metal catalyst is non-toxic and does not produce toxic substances in reactions in traditional SCR catalysts.
제8항 내지 23항 중 어느 한 항에 있어서,
연소에서 발생하는 가스에 포함된 열 에너지는 하나 이상의 열 교환 단계에서 회수되고, 이때 상기 열 에너지는 물, 공기 또는 일부 다른 액체 또는 가스상 매체로 전달되는, 방법.
The method according to any one of claims 8 to 23,
The method of claim 1, wherein the thermal energy contained in the gases resulting from combustion is recovered in one or more heat exchange steps, wherein the thermal energy is transferred to water, air, or some other liquid or gaseous medium.
회수가능한 열 에너지를 생성하기 위한 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 방법의 사용.Use of the method according to any one of claims 1 to 7 for producing recoverable thermal energy.
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