[发明专利]利用基于煤的再燃烧还原氮氧化物的方法

说明书

本发明一般涉及燃烧，更具体而言，涉及由燃烧而放出的氮氧化物NOx的还原。

在许多工业炉中，燃烧燃料和氧化剂以供热，可用于发电、炼钢和其它金属、制造玻璃以及废物处理等工业用途。燃烧过程中使用的典型氧化剂是含有相当大量氮的空气。燃烧过程中，燃料中的含氮物种和空气中的氮都被氧化成NOx。也生成包括二氧化碳和水蒸气等其它燃烧气体。

已经证明，从工业或其它炉子中放出的NOx对环境质量和人体健康有严重的影响。这些化合物会引起酸雨，是形成地平面臭氧的一个要素，而且与细微颗粒形成有关。

还原燃烧反应中放出的NOx的一条途径是再燃烧，即供燃料给含NOx的燃烧气体，使它与NOx反应生成氮气。再燃烧所用的燃料一般是甲烷或天然气。

最好是使用像煤或其它颗粒状含碳燃料那样的便宜燃料再燃烧，来还原NOx排出物。但是，使用这种燃料由于需要较长的接触时间而降低了再燃烧效率，并能产生碳含量高的灰尘，对这种灰尘还需要进一步处理。

因此，本发明目的是提供一种改进方法，用颗粒状含碳燃料再燃烧，还原燃烧反应放出的NOx排出物。

阅读这公开内容后，本领域熟练技术人员将明白，靠本发明可达到上述和其它目的，本发明是：

一个降低来自燃烧反应的燃烧气体中NOx含量的方法，包括：

(A)燃烧燃料和氧化剂以产生热，并形成包含NOx的燃烧气体；

(B)加热氧到1000°F～3000°F，形成热氧；

(C)混合热氧和含挥发性物质的颗粒状含碳燃料，以形成化学计量比小于1.0的混合物，使混合物内颗粒状含碳燃料脱去挥发性组份，并使热氧与混合物中的挥发性物质以及颗粒状含碳燃料反应，形成一种含烃基的富燃料气相混合物；

(D)使燃烧气体与富燃料气相混合物接触，使富燃料气相混合物中的烃基与燃烧气体中的NOx反应，形成氮气。

这里所述的“化学计量”是指氧分子与用于燃烧目的的燃料之比。化学计量比小于1.0是指氧的量比完全燃烧该燃料所需量少，亦即富燃料的情形。

这里所述“氧气”是指一种氧浓度至少为30mole％的气体流。它可以含氧浓度超过70mole％，或是氧浓度≥99.5mole％的商用纯氧。

这里所述的“氮氧化物”和“NOx”是指一氮或多氮氧化物(N₂O)，氧化氮(NO)，三氧化二氮(N₂O₃)，四氧化二氮(N₂O₄)，二氧化氮(NO₂)，四氧化三氮(N₃O₄)以及三氧化氮(NO₃)。

这里所述的“挥发性物质”是指加热时从固体或液体燃料中放出的有机化合物。这些化合物包括焦油类，甲烷和其它沸点适中的有机化合物。

这里所述“脱去挥发性组分”是指使挥发性物质从固体或液体中气体。

这里所述“烃基”是指由含氢或碳的物种分解或反应而形成的高反应性物种。烃基的实例包括NH,CH和CH₂。

这里所述“颗粒状”是指分得很细的材料，例如压碎或磨碎的固体材料或雾化的液体材料。

图1是本发明一个优选实施方案的截面图，其中热氧与颗粒状含碳燃料在送入炉子，与燃烧气体接触前先在气化室混合。

图2是本发明另一个优选实施方案的截面图，其中热氧与颗粒状含碳燃料直接供入炉子，与燃烧气体接触。

图3是本发明另一个优选实施方案的截面图，其中热氧与颗粒状含碳燃料用分别供应的方式直接供入炉子。

图4是说明本发明实施可达到效益的图解表示。

参考图示详述本发明。现在参考图1，已加热到1000°F～3000°F，最好是2000°F～3000°F的氧气1供入喷射器3的环形通道2。可用任何适当方法，如借助于与热源的热交换，来加热氧。本发明实施中特别优选的加热氧的方法是Anderson的美国专利No.5266024-中公开的方法。

含碳燃料4供入喷射器3的中心通道5。本发明实施中，任何固体或液体含碳燃料都可使用。优选的含碳燃料4包括磨碎的煤粉或石油焦碳。

热氧与颗粒状含碳燃料以同轴流束通过喷射器3，并以喷射器3进入气化室6，它们在那里混合，形成混合物7。如图1所示，优选的是使热氧和颗粒状燃料从喷射器3到气化室6通过的喷口收缩成小孔，因而加速热氧和含碳燃料，增强气化室6内的混合作用，形成一个更为均匀的混合物7。热氧和含碳燃料的供应要使混合物7的化学计量比＜1.0，优选是在0.1～0.6之间。