TW201634108A - 用於選擇性非催化式ＮＯｘ還原的方法與系統 - Google Patents

Abstract

本文揭示用於處理包含NOx之排氣流的方法，該等方法包含接收排氣流，且將該排氣流與至少一種含氮試劑組合以形成組合流，將組合流加熱至約870℃至約1100℃範圍內之反應溫度以使含氮試劑之至少一部分反應，在第一冷卻步驟中將反應流冷卻至第一溫度，且視情況在第二冷卻步驟中將反應流進一步冷卻至第二溫度，其中第一冷卻步驟包含排氣流之至少一部分與反應流之至少一部分之間的熱交換。本文亦揭示排氣處理系統。

Description

用於選擇性非催化式NO x 還原的方法與系統 【相關申請案之交互參照】

本申請案根據專利法主張2015年3月26日申請之美國臨時申請案第62/138782號之優先權益，該臨時申請案之內容為本案之基礎且以全文引用方式併入本文。

本揭示案總體上係關於處理排氣流之方法與系統，且更具體而言係關於選擇性非催化式還原包含NO_x之排氣流的方法與系統。

環境整治製程適用於多種工業應用，包括燃料、冶金和玻璃處理應用，僅舉幾個例子。氮氧化物(NO_x)可作為污染物存在於許多製程排放物中。例如，燃燒反應可產生NO_x排放，諸如藉由加熱器、乾燥器、燃燒室和類似設備執行之反應。

未處理的NO_x排放可對於人、野生動物、植物和環境造成許多威脅。暴露於NO_x可在人和動物中導致刺激、不良反應和疾病。長時間暴露可為致命的。釋放至大氣中之NO_x排放(例如，NO、NO₂)可在與水接觸時分解以產生亞硝酸(HNO₂)和硝酸(HNO₃)，例如 酸雨，該亞硝酸和硝酸對於植物和人造構築物可為高度破壞性的。NO_x排放(例如，NO)亦可例如藉由以下反應與低層大氣中之氧氣反應以形成臭氧：NO+HC+O₂+日光→NO₂+O₃。臭氧可導致對於人和野生動物之健康危害，且導致對於植物之破壞。NO_x排放(例如，NO₂)亦可造成煙霧，該煙霧可在日光接觸大氣中之NO₂和未燃燒烴之混合物時形成。

因此，各種環境規章，諸如京都議定書，正在實施以減少NO_x排放以便保護社會抗禦有害污染物。在此等規章生效之前，來自燃燒製程之煙道氣體直接排放至大氣。然而，隨著空氣品質規章變得嚴格和公眾意識增加，行業領導者開始使用各種策略來減少NO_x排放。此等策略包括，例如，預處理、燃燒改進、製程改進和後處理策略來減少NO_x排放至環境中。

預處理策略包括改進或處理原材料(例如，燃料、氧化劑及/或將要加熱之材料)以減少NO_x形成之可能性。燃燒改進包括改變反應製程諸如減少過量空氣水準或空氣預加熱。製程改進包括對於現有製程作出變化諸如改進設備、燃燒率及/或熱效率。最後，後處理策略可包括在NO_x已經形成之後將NO_x自排氣流移除。還原劑，諸如CO、CH₄和其他烴、氨等可用於將NO_x轉化成N₂氣體。在一些情況下，催化劑亦可用於促進此等反應。

使用催化劑之後處理方法經常被稱為選擇性催化還原(selective catalytic reduction；SCR)。SCR可控制NO_x排放，方法是藉由在催化劑床中使該NO_x與NH₃反應以形成N₂和H₂O。習知催化劑可包括例如卑金屬催化劑，該等催化劑可含有鈦及/或釩氧化物及/或鉬、鎢或其他元素。SCR可具有許多缺點，包括例如較高材料成本及/或製程複雜性，以及催化劑堵塞或藉由煙道氣中之污染物毒化之可能性。選擇性非催化式還原(selective noncatalytic reduction；SNCR)係替代方法，該替代方法可在製程成本及/或複雜性，以及更新現有設備之能力方面提供各種優勢。SNCR涉及含氮試劑，諸如氨或脲，與NO_x反應以產生氮氣(N₂)、二氧化碳(CO₂)和水(H₂O)。舉例而言，脲可與水組合並且用於處理NO_x排放，或氨可單獨以液體或氣體形式添加，如以下反應示出。

NH₂CONH₂+H₂O → 2NH₃+CO₂

4NO+4NH₃+O₂ → 4N₂+6H₂O反應機制包含將NH₂基團連接至NO分子並且該等分子隨後分解成N₂和H₂O。

雖然SNCR可有利於處理NO_x排放，但是此等反應亦具有許多限制。舉例而言，SNCR反應可受到約870℃至約1100℃之有效溫度範圍限制。在低於約870℃之溫度下，試劑和NO_x可不有效地反應。未反應之試劑總體上是不合需要的，因為該試劑可與其他燃燒 物質反應以形成非所要副產物。舉例而言，未反應之氨(經常被稱為「氨殘留物」)可與燃燒物質諸如三氧化硫(SO₃)反應以形成銨鹽。在高於約1100℃之溫度下，試劑可分解並且形成NO_x而非使該NO_x還原。舉例而言，在氨的情況下可發生以下反應：4NH₃+5O₂→4NO+6H₂O。因此，在合適溫度窗口中保持足夠停留時間以最大限度地提高SNCR之效率並且將任何潛在不利方面減少到最低限度可為重要的。因此，提供用於處理包含NO_x之排氣流之高效、成本有效、容易操作之製程是有利的。提供具有能量再循環及/或回收特徵之SNCR方法以有效地將排出氣體加熱至有效溫度範圍內之溫度且/或將排出氣體在排放之前冷卻是進一步有利的。

在各種實施例中，本揭示案涉及處理排氣流之方法，該等方法包含接收包含NO_x之排氣流，將排氣流與至少一種含氮試劑組合以形成組合流，將組合流加熱至約870℃至約1100℃範圍內之反應溫度以使含氮試劑之至少一部分反應，在第一冷卻步驟中將反應流冷卻至第一溫度，且視情況在第二冷卻步驟中將反應流進一步冷卻至第二溫度，其中第一冷卻步驟包含排氣流之至少一部分與反應流之至少一部分之間的熱交換。

本文亦揭示處理排氣流之方法，該等方法包含接收包含NO_x之排氣流，將排氣流預加熱至第一溫度；將排氣流與至少一種含氮試劑組合以形成組合流； 將組合流加熱至約870℃至約1100℃範圍內之反應溫度以使含氮試劑之至少一部分反應；並且將反應流冷卻至第二溫度；其中冷卻反應流和預加熱排氣流中之至少一者包含反應流之至少一部分與排氣流之至少一部分之間的熱交換。

此外本文揭示處理包含NO_x之排氣流之系統，該等系統包含將包含排氣流和至少一種含氮試劑之組合流加熱至反應溫度之加熱容器；以及將反應流冷卻至第一溫度之第一熱交換器，其中第一熱交換器進行排氣流之至少一部分與反應流之至少一部分之間的熱交換。本文揭示之系統可進一步包含接收排氣流並且將該排氣流與至少一種含氮試劑組合之容器；將組合流保持在反應溫度下歷時足以使NO_x之至少一部分反應之停留時間的反應容器；及/或進一步將反應流冷卻至第二溫度之第二熱交換器。

額外特徵和優勢在以下詳細說明中闡明，且部分地從說明書中為熟習此項技術者顯而易知或藉由實施如本文描述之本發明，包括以下詳細說明、申請專利範圍以及附圖來認識到。

應瞭解前述一般描述及以下詳細描述提供各種實施例，且意欲提供概況或框架以便瞭解如主張保護之本發明之性質及特性。附圖包括在內以提供進一步瞭解，且併入本說明書中並構成本說明書之一部分。附圖 例示各種實施例並且與說明書一起用來解釋本發明之原則和操作。

3V‧‧‧三向閥

A1‧‧‧外部流

A1’‧‧‧後備外部流

A2‧‧‧變化外部流/變化流

A2’‧‧‧變化後備外部流

A3‧‧‧外部流

a‧‧‧排氣/排氣流/流

a’‧‧‧流

b‧‧‧預加熱流/預加熱排氣流

b’‧‧‧流

c‧‧‧加熱流/組合流

d‧‧‧反應流/流

d’‧‧‧流

D1‧‧‧排出控制風門

D2‧‧‧控制風門

DR‧‧‧deNO_x反應容器

e‧‧‧反應流/冷卻反應流/流

e’‧‧‧流

f‧‧‧排出流

f’‧‧‧流

g‧‧‧冷卻排出流

B‧‧‧燃燒器

N‧‧‧含氮試劑

O‧‧‧含氧流

P‧‧‧差壓感測器

R‧‧‧含氮反應物

T‧‧‧溫度感測器

V‧‧‧製程排放口

PA‧‧‧污染消除系統

X1‧‧‧熱交換器/第一熱交換器

X1’‧‧‧後備熱交換器

X2‧‧‧熱交換器/第二熱交換器

X2’‧‧‧後備熱交換器

以下詳細說明可在結合以下附圖閱讀時來最佳瞭解，其中相同結構用相同參考數字來指示並且其中：第1圖係隨著反應溫度而變化之NO_x還原效率之圖形描述；並且第2圖係描繪根據本揭示案之各種實施例之排氣處理系統之示意圖。

本文揭示處理排氣流之方法，該等方法包含接收包含NO_x之排氣流，將排氣流與至少一種含氮試劑組合以形成組合流，將組合流加熱至約870℃至約1100℃範圍內之反應溫度以使含氮試劑之至少一部分反應，在第一冷卻步驟中將反應流冷卻至第一溫度，且視情況在第二冷卻步驟中將反應流進一步冷卻至第二溫度，其中第一冷卻步驟包含排氣流之至少一部分與反應流之至少一部分之間的熱交換。本文亦揭示處理排氣流之方法，該等方法包含接收包含NO_x之排氣流，將排氣流預加熱至第一溫度；將排氣流與至少一種含氮試劑組合以形成組合流；將組合流加熱至約870℃至約1100℃範圍內之反應溫度以使含氮試劑之至少一部分反應；並且將反應流冷卻至第二溫度；其中冷卻反應流和預加熱排氣 流中之至少一者包含反應流之至少一部分與排氣流之至少一部分之間的熱交換。

如本文使用，用語「NO_x」、「氮氧化物」和其變化意指除了一氧化氮(N₂O)以外的氮氧化物。NO_x可包括，例如，氮氧化物(NO)、二氧化氮(NO₂)、四氧化二氮(N₂O₄)和五氧化二氮(N₂O₅)，僅舉幾個例子。在某些實施例中，氮氧化物(NO)可構成製程排氣流之大部分，諸如大於50重量%NO、大於60重量%、大於70重量%、大於80重量%、大於90重量%或大於95重量%NO。不希望受理論束縛，咸信NO_x形成可經由三種公認機制發生：熱NO_x、瞬發NO_x和原始材料NO_x。

熱NO_x表示氮氣與氧氣藉由Zeldovich機制之高溫反應：N₂+O₂→NO+NO₂。在1100℃以上，咸信熱NO_x係在燃燒製程中形成NO_x之主要機制。瞬發NO_x表示氮氣、氧氣和烴基之間的相對快速反應，例如：CH₄+O₂+N₂→NO+NO₂+CO₂+H₂O+痕量物質。瞬發NO_x形成可在較低溫度下操作之燃燒製程中發生並且咸信為燃料豐富條件下之主要機制。原始材料NO_x表示原始材料中包含之氮化合物之直接氧化，例如：R_xN+O₂→NO,NO₂+CO₂+H₂O+微量物質。不希望受理論束縛，咸信原始材料NO_x可為涉及高品質氣態燃料，諸如天然氣或丙烷(例如，不具有有機結合氮之燃料)之燃燒製程，和涉及含有大量有機結合氮 之原始材料(例如，硝酸鍶)之製程中之NO_x形成之主要機制。

如以上論述，NO_x之選擇性非催化式還原可有效地在約870℃至約1100℃之反應溫度範圍內進行。第1圖係隨著兩種示例性含氮反應物之反應溫度而變化之NO_x還原效率之圖形描述，根據EPA空氣污染控制成本計算規程，報告第EPA/452/B-02-001號。如第1圖中示出，氨和脲在870-1100℃溫度範圍內展現最大NO_x還原效率，該溫度範圍可例如藉由在較低溫度下反應物與NO_x之間的效率低的反應和反應物在較高溫度下之分解來定界。在現有製程中，可難以在最佳NO_x還原溫度範圍內之溫度下提供排氣流。通常情況下，需要將此等流加熱以將流溫度增加至所需溫度範圍並且保持在該範圍內。然而，預加熱排氣流所需要的額外能量之輸入可為成本高的，使得SNCR製程不太能量有效及/或不太成本有效。

第2圖描繪根據本揭示案之各種實施例的示例性排氣處理系統。沒有排氣處理之製程可將來自製程排放口V的包含NO_x之排氣a排放穿過排出控制風門D1並且經由污染消除PA系統直接進入大氣。然而，在根據本揭示案之示例性製程中，離開製程排放口V之排氣流a可被引導穿過控制風門D2到達燃燒器B。溫度感測器T可視情況用於量測排氣流a之溫度。在進入燃燒器B之前，排氣流a可藉由與反應流d之逆向流動在熱交換器 X1中預加熱。因此，排氣流a之溫度可在熱交換器X1中升高並且可作為預加熱排氣流b排出，然後該預加熱排氣流在燃燒器B中進一步加熱。額外流，包括含氮反應物R和含氧流O，可引入燃燒器B中並且與預加熱排氣流b組合。離開燃燒器B之加熱流c可具有所需反應溫度範圍(例如，約870-1100℃)內之溫度(視情況藉由溫度感測器T量測)。組合流c可由此繼續進行至deNO_x反應容器DR，其中組合流c可保持在反應溫度下歷時足以至少部分地使排氣流中之NO_x還原或反應的停留時間。然後，離開反應容器DR之反應流d可用作能量再循環流，該流穿過第一熱交換器X1以將排氣流a預加熱。流a與d之間的熱傳遞可提供能量節省，該能量節省係藉由將內能再循環以減少將排氣流預加熱至所需反應溫度範圍所需要的外部添加能量之量來實現的。

在一些實施例中，進一步能量回收可使用第二熱交換器X2來達成。例如，離開第一熱交換X1之冷卻反應流e可藉由與外部流A1逆向流動來在熱交換器X2中進一步冷卻。外部流A1可吸收來自冷卻反應流e之熱能並且所得變化流A2可用於加熱或冷卻其他製程元件或流。因此，來自SNCR製程之額外熱能可加以回收並利用。另外，冷卻反應流e可冷卻以形成排出流f，該排出流可有利地具有適合於排放至大氣之較低溫度。

將排氣流在排放之前冷卻之一些習知方法可包括將該流用周圍或冷卻氣體流，例如，周圍空氣來稀 釋，以降低流溫度。然而，此等方法可使污染消除系統PA超載過量體積之氣體。藉由經由熱交換器(X1、X2)使反應流(d、e)冷卻，不必在排放之前將額外氣體體積添加至排氣流，從而減少污染消除系統PA上之負荷。當然，若需要，在某些實施例中，排氣流可在排放之前用外部流稀釋。舉例而言，排出流f可用外部流A3稀釋以形成冷卻排出流g，然後排放至污染消除系統PA。若需要，任擇溫度感測器T可用來量測排出流f或g及/或外部流A3之溫度。

在某些實施例中，一或多個差壓感測器P可在整個排氣系統中使用以確保在整個SNCR製程之各個點處，差壓不超過可接受值(例如，大於約1吋水柱)。若差壓上升至不可接受的值，後備熱交換器X1’和X2’可用作備用單元。在此情況下，流a、d及/或e可作為流a’、d’及/或e’按新路線發送至後備熱交換器X1’及/或X2’，從而產生流b’和f’。例如，一或多個三向閥3V可用來根據需要，例如，藉由打開或閉合一或多個流動途徑來引導流a、b、d、e、f、a’、b’、d’、e’和f’。在第2圖中，閉合閥部分藉由暗黑三角形指示並且閉合途徑藉由虛線指示；然而，應瞭解取決於相關製程參數，任何閥和途徑配置是可能的，且預期屬於揭示內容之範圍內。另外，後備熱交換器X2’之操作可包括後備外部流A1’和變化後備外部流A2’。

根據各種實施例，離開製程排放口V之排氣流a可包含NO_x。排氣流a可包含例如約500ppm(百萬分率)至約1500ppm之NO_x，諸如約600ppm至約1250ppm，或約750ppm至約1000ppm之NO_x，包括所有範圍和該等範圍之間的子範圍。在一些實施例中，排氣流a可包含約200ppm至約1500ppm NO，諸如約300ppm至約1250ppm、約400ppm至約1000ppm，或約500ppm至約750ppm之NO，包括所有範圍和該等範圍之間的子範圍。在一些實例中，排氣流a之溫度可在約100℃至約600℃，諸如約200℃至約500℃，或約300℃至約400℃之範圍內，包括所有範圍和該等範圍之間的子範圍。排氣流a之流率可在例如約1000kg/hr至約10000kg/hr，諸如約1500kg/hr至約7500kg/hr、約2000kg/hr至約6500kg/hr，或約4500kg/hr至約5500kg/hr範圍內，包括所有範圍和該等範圍之間的子範圍。

根據各種實施例，排氣流a之至少一部分可被引導穿過第一熱交換器X1以便藉由與反應流d熱交換來預加熱。例如，至少約50體積%之排氣流a可被引導穿過熱交換器X1，諸如至少60%、至少70%、至少80%、至少90%或100%之排氣流a可被引導穿過熱交換器X1，包括所有範圍和該等範圍之間的子範圍。在熱交換之後，預加熱排氣流b可具有例如約200℃至約800℃，諸如約250℃至約750℃、約300℃至約700℃、約 400℃至約650℃或約450℃至約500℃範圍內之溫度，包括所有範圍和該等範圍之間的子範圍。若適用，預加熱排氣流b可與排氣流a之任何剩餘部分組合，且/或可與包含至少一種含氮試劑N之流及/或包含氧氣之流O(例如，O₂、空氣等)組合。

至少一種含氮試劑可選自例如脲、氨、三聚氰酸、肼、類似含氮化合物及其組合。在某些實施例中，含氮試劑可為脲，該脲可與水組合以形成水溶液。水溶液可在SNCR製程期間反應以形成氨，然後該氨可與NO_x反應以形成N₂和H₂O。在其他實施例中，液態或氣態氨可作為含氮試劑來添加。含氮試劑可直接與預加熱排氣流b組合或可作為獨立流添加至燃燒器B。

含氮試劑可以適合於達成所需NO_x還原水準之任何量來添加。正常化學計量比(normal stoichiometric ratio；NSR)可用於描述試劑與排氣流中之NO_x之間的莫耳比N/NO_x。例如，若每莫耳之NO_x注射一莫耳之氨，則NSR為1(一莫耳之氨與一莫耳之NO_x反應)。若每莫耳之NO_x注射一莫耳之脲，則NSR為2(一莫耳之脲與二莫耳之NO_x反應)。較高NSR可產生較大NO_x還原；然而，在某一時點，額外試劑量對於NO_x還原具有遞減效應，從而可導致試劑浪費及/或排氣流中之不需要的未反應試劑。根據各種實施例，NSR可在約1至約3，諸如約1.5至約2，或約1至約2.5範圍內，包括所有範圍和該等範圍之間的子範圍。

可包括任擇添加劑，該等添加劑作為進入燃燒器B之任何流之添加劑、作為進入燃燒器B之獨立流、作為預加熱流b或加熱流c之添加劑，或作為進入deNO_x反應器DR之獨立流。舉例而言，可添加化學添加劑以改良NO_x還原效率、減少設備維護，且/或擴大SNCR有效之溫度窗口。氫氣體係此添加劑之非限制性實例。在某些實施例中，此等添加劑可以約1重量%至約5重量%，諸如約2重量%至約3重量%範圍內之量添加，包括所有範圍和該等範圍之間的子範圍。

組合流可在燃燒器B中加熱至所需反應溫度。舉例而言，燃燒器B可產生加熱流c，該加熱流具有約870℃至約1100℃，諸如約900℃至約1050℃，或約950℃至約1000℃範圍內之溫度，包括所有範圍和該等範圍之間的子範圍。然後，加熱流c可引入deNO_x反應器DR中，其中該加熱流可保持在選定反應溫度或反應溫度範圍中，歷時足以使NO_x之至少一部分反應，例如產生N₂之停留時間。停留時間可在例如約0.1秒至約3秒，諸如約0.3秒至約2.5秒、約0.5秒至約2秒，或約1秒至約1.5秒範圍內，包括所有範圍和該等範圍之間的子範圍。在某些實施例中，停留時間可視情況選擇以達到所需NO_x還原效率。舉例而言，排氣流中之至少約30重量%之NO_x可反應以形成N₂，諸如至少約35重量%、40重量%、45重量%、50重量%、55重量%、60重量%、65重量%、70重量%、75重量%、80重量%、85 重量%、90重量%、95重量%或100重量%之NO_x可反應，包括所有範圍和該等範圍之間的子範圍。至少一種含氮試劑之至少一部分可與NO_x反應，諸如至少約5重量%，或至少約10重量%、15重量%、20重量%、25重量%、30重量%、35重量%、40重量%、45重量%、50重量%、55重量%、60重量%、65重量%、70重量%、75重量%、80重量%、85重量%、90重量%、95重量%或100重量%含氮試劑可反應。

根據各種實施例，離開deNO_x反應器之反應流d之至少一部分可引入第一熱交換器X1中以使熱能再循環至排氣流a。舉例而言，在一些實施例中，反應流d可與排氣流a之流動方向相反之方向上流動，且熱交換可在逆向流動中之兩個流之間發生。在各種實施例中，流逆向流動可增加流之間的傳熱率。當然，流之間的熱交換之其他配置(諸如相同流動方向)是可能的並且預期屬於揭示內容之範圍內。經由非限制性實例，至少約50體積%之反應流d可用於將熱能傳遞至排氣流a，諸如至少60體積%、至少70體積%、至少80體積%、至少90體積%或100體積%之反應流d，包括所有範圍和該等範圍之間的子範圍。反應流d可具有高達約1100℃，諸如約900℃至約1000℃，例如，直至約950℃、1000℃、1050℃或1100℃範圍內之溫度，包括所有範圍和該等範圍之間的子範圍。在某些實施例中，反應流d可在熱交換器X1中冷卻以產生冷卻反應流e，該冷卻反應流可 具有約700℃至約900℃，或在一些情況下，約700℃至約950℃，諸如約750℃至約900℃，或約800℃至約850℃範圍內之溫度，包括所有範圍和該等範圍之間的子範圍。

冷卻反應流e之至少一部分可在第二熱交換器X2中進一步冷卻。在某些實施例中，熱交換器X2中之能量傳遞可例如藉由流逆向流動在外部流A1與冷卻反應流e之間發生。舉例而言，外部流可為周圍或冷卻流，該流可為氣體或液體。根據各種實施例，外部流A1可包含周圍或冷卻空氣或水，或適合於將流冷卻至所需溫度之任何其他氣體或液體。例如，離開熱交換器X2之排出流f可具有約300℃至約500℃，或在一些情況下，約300℃至約650℃，諸如約350℃至約600℃、約400℃至約550℃，或約450℃至約500℃範圍內之溫度，包括所有範圍和該等範圍之間的子範圍。變化外部流A2可離開熱交換器X2，例如呈加熱的空氣或蒸汽形式，然後該外部流可在相關或不相關下游製程，諸如吸收式冷卻器、熱泵、廢熱鍋爐等中用作製程流。

排出流f可排放至污染消除系統PA，或可進一步處理以產生冷卻排出流g，例如，藉由用外部流A3稀釋以便在排放之前進一步降低該流之溫度。在一些非限制性實施例中，排出流f可用周圍空氣稀釋。例如，外部流可以約2：1至約1：10，諸如約1：1至約1：8、約1：2至約1：7、約1：3至約1：6，或約1：4至約1：5範圍內之體 積比添加至排出流f，包括所有範圍和該等範圍之間的子範圍。在非限制性實施例中，冷卻排出流g之溫度可在約25℃至約400℃，諸如約50℃至約350℃、約75℃至約300℃、約100℃至約250℃，或約150℃至約200℃範圍內，包括所有範圍和該等範圍之間的子範圍。

本文亦揭示處理包含NO_x之排氣流的系統。再次參看第2圖，系統可包含加熱容器(例如，燃燒器B)，該加熱容器用於加熱包含排氣流和至少一種含氮試劑之組合流。系統可進一步包含反應容器(例如，deNO_x反應器DR)，該反應容器用於將組合流保持於反應溫度下歷時足以使NO_x之至少一部分反應的停留時間。此外在系統中包括第一熱交換器(例如，X1)，該第一熱交換器用於將反應流冷卻至第一溫度，和視情況第二熱交換器(例如，X2)，該第二熱交換器用於進一步將反應流冷卻至第二溫度。第一熱交換器X1可在排氣流a之至少一部分與反應流d之至少一部分之間交換熱。第二熱交換器X2可在冷卻反應流e之至少一部分與外部流A1之間交換熱。

本文揭示之方法與系統可提供超過處理包含NO_x之排氣流之先前技術方法的許多優勢。例如，藉由在反應流之至少一部分與將要處理之排氣流之至少一部分之間進行熱交換，可達成包括冷卻反應流和預加熱排氣流之雙重目標。使用來自SNCR製程中之現有熱能來預加熱排氣流可降低加熱負載，否則該加熱負載可為將 排氣流溫度提高至所需反應溫度範圍所需要的。同樣地，使用輸入排氣流來冷卻反應流可降低排放至污染消除系統之流的溫度而不將該流稀釋及/或需要額外能量。此外，反應流與外部流之間的額外熱交換可達成雙重目標，包括進一步冷卻反應流和自反應流回收可轉移至其他製程之能量。

應認識到各種揭示實施例可涉及結合此特定實施例描述之特定特徵、元件或步驟。應進一步瞭解雖然特定特徵、元件或步驟相對於一個特定實施例來描述，但是該特徵、元件或步驟可在各種未例示之組合或排列中與替代實施例互換或組合。

應瞭解，如本文使用之用詞「該(該等)」或「一個(種)」意謂「至少一個」並且不應限於「僅一個」，除非明確相反地指示。因此，例如，提及「添加劑」包括具有兩個或兩個以上此類「添加劑」之實例，除非上下文另有明確指示。

範圍可在本文中表達為自「約」一個特定值，及/或至「約」另一個特定值。當表達此範圍時，實例包括自一個特定值及/或至另一個特定值。同樣地，在值藉由使用先行詞「約」來表達為近似值時，應瞭解特定值形成另一個態樣。應進一步瞭解範圍中之每一者之端點與另一個端點有關地，以及與另一個端點無關地均為有效的。

各種範圍在本文中表達為「大於約」一或多個特定值或「小於約」一或多個特定值和「所有範圍和該等範圍之間的子範圍」。當表達此等範圍時，實例包括自任何一個特定值至任何另一個特定值，和每個揭示值之間的所有其他可能範圍。

本文表達之所有數值應解釋為包括「約」，不論是否如此規定，除非另有明確指示。然而，應進一步瞭解，亦精確地涵蓋所列舉的每個數值，不論是否該數值表達為「約」此值。因此，「大於1000℃之溫度」和「大於約1000℃之溫度」同時包括「大於約1000℃之溫度」以及「大於1000℃之溫度」之實施例。

除非另外明確規定，否則決不希望本文闡明之任何方法理解為主張其步驟以具體順序來執行。因此，當方法請求項實際上並未列舉其步驟應遵循之順序或在申請專利範圍或說明書中未另外具體規定步驟限於具體順序時，決不希望推斷出任何特定順序。

雖然特定實施例之各種特徵、元件或步驟可使用連接詞「包含」來揭示，但是應瞭解隱含替代實施例，包括可使用連接詞「組成」或「基本上由組成」來描述之彼等實施例。因此，例如，包含A+B+C之方法之隱含替代實施例包括其中方法由A+B+C組成之實施例，和其中方法基本上由A+B+C組成之實施例。

熟習此項技術者顯而易知本發明可作出各種改進和變化而不脫離本發明之精神和範圍。由於併入本 發明之精神和實質的所揭示實施例之改進組合、子組合和變化可由熟習此項技術者想到，因此本發明應理解為包括附加申請專利範圍和其等效物之範圍內的每個事項。

3V‧‧‧三向閥

A1‧‧‧外部流

A1’‧‧‧後備外部流

A2‧‧‧變化外部流/變化流

A2’‧‧‧變化後備外部流

A3‧‧‧外部流

a‧‧‧排氣/排氣流/流

a’‧‧‧流

b‧‧‧預加熱流/預加熱排氣流

b’‧‧‧流

c‧‧‧加熱流/組合流

d‧‧‧反應流/流

d’‧‧‧流

D1‧‧‧排出控制風門

D2‧‧‧控制風門

DR‧‧‧deNO_x反應容器

e‧‧‧反應流/冷卻反應流/流

e’‧‧‧流

f‧‧‧排出流

f’‧‧‧流

g‧‧‧冷卻排出流

B‧‧‧燃燒器

N‧‧‧含氮試劑

O‧‧‧含氧流

P‧‧‧差壓感測器

R‧‧‧含氮反應物

T‧‧‧溫度感測器

V‧‧‧製程排放口

PA‧‧‧污染消除系統

X1‧‧‧熱交換器/第一熱交換器

X1’‧‧‧後備熱交換器

X2‧‧‧熱交換器/第二熱交換器

X2’‧‧‧後備熱交換器

Claims (15)

1. 一種用於處理一排氣流之方法，包含以下步驟：接收包含NO_x之一排氣流；將該排氣流與至少一種含氮試劑組合以形成一組合流；將該組合流加熱至約870℃至約1100℃範圍內之一反應溫度以使該含氮試劑之至少一部分反應；並且在一第一冷卻步驟中將該反應流冷卻至一第一溫度；並且其中該第一冷卻步驟包含該排氣流之至少一部分與該反應流之至少一部分之間的熱交換。
2. 如請求項1所述之方法，其中該至少一種含氮試劑選自氨、脲、三聚氰酸、肼及其組合。
3. 如請求項1所述之方法，其中該至少一種含氮試劑與該排氣流中之該NO_x之間的正常化學計量N/NO_x莫耳比在約1至約3之範圍內。
4. 如請求項1所述之方法，其中該組合流進一步包含選自空氣、氧氣、氫氣及其組合之至少一種氣體。
5. 如請求項1所述之方法，進一步包含以下步驟：保持在該反應溫度下歷時約0.1秒至約3秒範圍 內之一停留時間。
6. 如請求項1所述之方法，其中該排氣流中之至少約30重量%之該NO_x得以反應。
7. 如請求項1所述之方法，其中該第一溫度在約700℃至約900℃之範圍內。
8. 如請求項1所述之方法，進一步包含以下步驟：在一第二冷卻步驟中將該反應流冷卻至一第二溫度，其中該第二冷卻步驟包含以下步驟：一外部流和該反應流之至少一部分之間的熱交換。
9. 如請求項1所述之方法，進一步包含以下步驟：在該第一冷卻步驟之後將該反應流與一第二外部流組合。
10. 如請求項1所述之方法，進一步包含以下步驟：在該組合步驟之前將該排氣流預加熱至約200℃至約800℃範圍內之一溫度。
11. 如請求項1所述之方法，其中該排氣流包含氮氧化物(NO)、二氧化氮(NO₂)、四氧化二氮(N₂O₄)、五氧化二氮(N₂O₅)或其組合。
12. 一種用於處理包含NO_x之一排氣流的系統，該系統包含：一加熱容器，該加熱容器將包含該排氣流和至少一種含氮試劑之一組合流加熱至一反應溫度；以及 一第一熱交換器，該第一熱交換器將該反應流冷卻至一第一溫度；並且其中該第一熱交換器在該排氣流之至少一部分與該反應流之至少一部分之間傳遞熱能。
13. 如請求項12所述之系統，進一步包含一容器，該容器用於接收該排氣流並且將該排氣流與該至少一種含氮試劑組合。
14. 如請求項12所述之系統，進一步包含一反應容器，該反應容器用於將該組合流保持在該反應溫度下歷時足以使該含氮試劑之至少一部分反應的一停留時間。
15. 如請求項12所述之系統，進一步包含一第二熱交換器，該第二熱交換器用於將該反應流進一步冷卻至一第二溫度。