[发明专利]使用含有工程化燃料原料的吸附剂来缓解有害燃烧排放物

说明书

相关申请信息

本申请要求2012年1月26日提交的美国临时申请号61/632,825的优先权。本申请涉及U.S.S.N.12/492,093、U.S.S.N.12/492,096和U.S.S.N.12/491,650。每个前述申请的所有公开内容出于所有目的而以引用的方式整体并入本文。

发明技术领域

本发明涉及替代燃料以及它们在缓解标准、有毒和有害空气污染物中的用途。具体地说，本发明涉及工程化燃料原料以及使这类工程化燃料原料与煤共燃以便针对腐蚀防护和燃烧过程中的操作性能改进来控制排放特征的方法。本文所描述的工程化燃料原料包含加工的城市固体废物，和吸附剂。

发明背景

适用于加热、运输和生产化学品以及石油化学产品的化石燃料来源变得越来越稀少且越来越贵。如生产能量和石油化学产品的那些的产业正在积极寻找成本有效的工程化燃料替代物以用于产生那些产品和许多其它产品。另外，由于化石燃料持续增加的成本，用于移动用以生产能量和石油化学产品的燃料的运输成本迅速逐步升高。

能量和石油化学产品生产产业等依赖于使用化石燃料如煤、油和天然气，所述化石燃料用于生产能量(热量和电力)的燃烧过程。燃烧是释放储存在燃料源内的能量的热化学过程。燃烧在空气或氧的存在下在反应器中发生。锅炉是用于加热水以产生水蒸气的一种类型的反应器。传统电厂使用锅炉来产生用于为生产电力的涡轮机提供动力的水蒸气。

燃料的燃烧性质导致显著量的污染物从燃料中释放出来并转移到所产生的气体中。气体中的污染物被释放到环境中，除非它们被捕获或处理。燃料通常含有呈不同比例的多种化学元素，所述化学元素在它们用作能源的过程之中或之后可能造成各种环境或技术问题。这类化学元素包括硫、卤素(例如，Cl、F)、氮以及包含汞(Hg)的微量重金属。如本文所述，较高含量的硫、氯或氟引起系统设备的严重腐蚀并且产生有害空气污染物。微量元素还可以是对环境或人体健康的威胁(例如，Hg、Cd、Pb、As、Cr、Se)，微量元素可能引起额外的腐蚀问题(例如，Na、K)或可能使任何催化剂(主要是As)或吸附剂(例如，粉末状活性炭)或下游所使用的催化剂(例如，SCR)污染或中毒。例如，化石燃料如煤、油和天然气在氧化气氛中的燃烧产生NO_x，NO_x是可触发哮喘发作的地面臭氧的前体。化石燃料的燃烧还是二氧化硫(SO₂)的最大单个来源，这进而产生非常精细的硫酸盐微粒。据估计，美国电厂的细颗粒污染每年缩短超过30,000人的寿命。此外，成千上万名美国人患有与来自电厂的细颗粒相关的哮喘发作、心脏问题以及上呼吸道和下呼吸道问题。为避免或最小化与这些元素相关的问题和/或由这些元素形成的、可在燃烧过程之中或之后放出或产生的产物，需要一种或多种合适的技术来减少它们排放和释放到环境中。

SO₂排放物的主要来源是工业操作如电厂(例如，燃煤或燃油的电厂)。在美国，来自这些工业操作的排放物必须遵循1990年清洁空气法修正案所设定的环境保护局(“EPA”)规定。由于新的燃煤发电设施正在建造，因此对减少SO₂排放物的经济方法重新产生兴趣。(Wu,C,Khang,S.-J.、Keener,T.C.和Lee,S.-K.，Adv.Environ.Research,8,655-666,2004)。据报道，已在世界范围内提出或开发了用于烟气脱硫(FGD)的超过250种技术(Oxley,J.H.,Rosenberg,H.S.,Barrett,R.E.，Energy Eng.88,6,1991)。然而，由于低效率，相对少的那些工艺当前在使用中(Makansi,J.，Power,137,23-56,1993)。

电厂是美国空气传播的汞排放物的最大来源。最终，空气中的汞进入水中，在那里所述汞转化成甲基汞(CH₃Hg⁺)并且进入食物链。甲基汞是积聚在身体中并且主要来自消费污染的鱼和海产品的神经毒素。监管机构像食品与药物管理局(FDA)已发布对于通过限制消费某些类型的鱼来减少接触甲基汞的指南，但在2012年之前，一直不存在缩减汞和其它有毒污染物排放的联邦法规。