[发明专利]减少碳质燃料燃烧的排放物的吸附剂组合物

说明书

技术领域

本发明涉及减少碳质材料燃烧时硫气体排放物的方法和组合物。具体来说，将吸附剂组合物添加到煤炭以俘获灰分中的硫并阻止硫氧化物释放到大气中。

背景技术

为了保持经济增长和国家安定所必需的节省成本的能源越来越难以鉴定和开发。例如油、气和丙烷的燃料的增加的成本已经导致了对其它可获得能源的广泛考察。最节省成本的能源中的两种是核能和煤炭能。考虑到公众对核能的顾虑和其长期处理的挑战，煤炭产生的能越来越受到重视。

美国和其它地方存在丰富的煤炭资源。根据一些估计，已知的储量能够满足下两个世纪我们能源需求的大部分。在美国，在怀俄明/蒙大拿的保德河流域中发现了低BTU值煤炭，在中北区域(北和南达科他)发现了褐煤矿床，在宾夕法尼亚、俄亥俄和西弗吉尼亚的东匹兹堡矿层发现了亚烟煤矿床，并在伊利诺斯州流域发现了烟煤。除了保德河流域的煤炭之外，美国煤炭往往具有高硫含量的特征。虽然可以将低硫煤运往其它地方以提供较清洁的燃烧燃料，但是对工厂来说燃烧本地生产的煤更节省成本。在世界上的大多数地方，这意味着燃烧含硫量更高的煤炭来满足社会能源需要。

高硫含量煤炭的燃烧释放大量含硫气体，如果允许该含硫气体从燃煤设备放出，则可能引起酸雨及其它有害影响。当煤炭燃烧时，汞蒸气也可能释放到大气中。公用事业部门及其它煤炭用户不断地争取减少或消除发电厂和煤炭电站锅炉的排放物量，以保护环境和其工人和顾客的健康。一种有效的策略包括用俘获硫的湿式洗涤器对旧燃煤设备进行改进翻新。这些设备通常尺寸大并且消耗高达5％由该工厂产生的能量。虽然被广泛地使用，但是它们的成本正变得几乎令人高得惊人的昂贵，这导致价格上涨，而这种价格上涨最终必须由用户或纳税人承担。

湿洗涤除硫的替代方案是将硫吸附和稳定材料应用于煤炭。由于易于应用和消除了湿洗涤操作中所需设备的高资金成本，在这一领域已经作出了大量工作。将硫吸附剂直接应用于煤炭的优点在于具有与炉气的长保持时间，因此允许有更多的硫俘获。

Kindig的号为4,824,441的美国专利中讨论了在试图改进硫俘获中已经尝试的数种方法。Kelly等人断定(关于干燥SO₂和同时SO₂/NO_x控制技术的第一次联合专题讨论会，EPA 600/9-85-020a，论文号：14，1985年7月)硫吸附剂应该注入下游以避免燃烧区中高的峰值温度。还建议钙类吸附剂的停留时间应该在炉子的1800-2250℉区域中最大。Dykema进行的工作(美国专利号4,807,542)建议当与作为补救剂的CaO相结合时使用硅来帮助优化硫俘获。Steinberg在美国专利号4,602,918和4,555,392中建议使用波特兰水泥作为煤炭的吸附剂。

如这些参考文献所述，仍需要对由煤炭的燃烧产生的硫、氮和氯的一种节省成本的补救。仍需要更有效且较廉价的去除技术以便有效地开发和利用高硫含量煤炭资源。

发明内容

通过在燃煤过程中使用吸附剂来减少碳质燃料燃烧的有害排放物。在各种实施方案中，将包含糖用甜菜石灰(sugar beet lime)的吸附剂组合物在燃烧之前添加到煤炭上、与煤炭一起添加到炉子中、通过喷射直接添加到火球中、或添加到炉子下游的烟道气中。糖用甜菜石灰的较高钙含量在适合的处理水平下引起有效的硫俘获。在该过程中避免了过量的灰分。

在另一个实施方案中，使用糖用甜菜石灰作为硫吸附剂允许以如下步骤操作燃煤设备：将所述吸附剂施加到煤炭上，粉碎所述煤炭并将所述煤炭进料到炉子中。监测烟道气中的硫排放物并调节糖用甜菜石灰添加到煤炭上的比率或用量以保持硫排放物小于所需水平。

本发明的可应用性的其它领域将从以下提供的详细描述变得显而易见。

具体实施方式

在一个实施方案中，本发明提供减少由含硫燃料例如煤炭在燃煤系统中燃烧产生的气体的硫含量的方法。该方法包括在燃烧期间将含糖用甜菜石灰的吸附剂组合物添加到所述燃煤系统中。在各种实施方案中，在经处理的煤炭被送达炉子用于燃烧之前将糖用甜菜石灰添加到煤炭上。在一些实施方案中，将该吸附剂组合物直接添加到粉煤上。任选地或另外，在燃烧期间将糖用甜菜石灰注入炉子中或注入炉子下游的含烟道气的对流通道中，优选在其中温度至少500℃，更优选至少800℃的区域中。在一个实施方案中，该温度为1500℉-2700℉(大约816℃～1482℃)。