[发明专利]用于从排气中除去污染物的方法和装置

说明书

在一种用于从燃烧工艺的排气体流中去除部分污染物（例如氮氧化物）的方法中，将该排气体流分离成两个或更多个气体流。首先通过与臭氧混合以处理该两个或更多个气体流中的至少一个。然后将经处理的气体流供给到涤气器，在其中与未经处理的气体流再次结合。通过未经处理的气体流中污染物的氧化，消耗掉该经处理的气体流中存在的过剩的臭氧，然后将该合并的气体流释放到大气中。分离用于与臭氧混合的该部分气体流与需要从该气体流中除去的氮氧化物的量直接相关。

本申请要求2012年10月15日提交的美国临时申请号61/713,780的优先权。

发明的背景

发明的领域。

本发明涉及用于从化学、冶金、部分和完全燃烧工艺产生的气体流（例如来自移动源（例如海船、军舰或其他船舶）上的发动机或锅炉的排气所产生的排气体流）中除去污染物（例如氮氧化物、硫氧化物、颗粒物、重金属和其他酸性气体）的方法和装置。

现有技术的描述。

美国专利号5,206,002、6,162,409、6,649,132和7,303,735中描述了使用臭氧氧化氮氧化物。这些化学作用和技术致力于高的氮氧化物去除水平（约90%）且需要1.5摩尔臭氧/摩尔气体流中存在的氮氧化物。配置这些工艺以在较低氮氧化物去除水平操作会造成经济上和工艺上的挑战。

燃烧和化学工艺通常会产生包含污染物的气体流，在被排放到大气中之前必须清除这些污染物。很多工业工艺、发电设施、燃烧源、固定和移动源（例如发动机、锅炉、窑炉等）使用固体燃料或低成本烃类燃料，其在烃中包含硫、氯、氮和金属化合物，会导致排气包含例如酸性气体、颗粒物质和重金属的污染物。为了顺应立法要求的更严苛的环境规定和对环境更高的关注，涤气（湿法或干法）与颗粒捕捉装置（例如静电沉淀器（ESP）、湿式ESP和袋滤捕尘室）的组合越来越成为用于酸性气体和颗粒物质排放控制的首选。

大多数燃烧排气体流中发现的氮氧化物是一氧化氮（NO）的形式，其基本上不溶于水，而且也不具有非常强的反应性。大多数湿法或干法涤气捕捉装置不能除去一氧化氮。因此，为了控制氮氧化物排放，两种主要的选择是通过改善燃烧减少来源处生成的氮氧化物或者使用燃烧后技术二次处理排气体流中的氮氧化物。

通过改善燃烧减少氮氧化物生成所用的主要技术是低氮氧化物燃烧器（LNB）、烟气再循环（FGR）、分级燃烧和二次风（over fire air，OFA）。在大多数应用中，这些技术不足以从燃烧气体流中除去氮氧化物，因此需要燃烧后技术（例如选择性催化还原（SCR）和选择性非催化还原（SNCR））实现所需的氮氧化物减少。

SCR和SNCR工艺都取得了良好的结果，但是也都具有缺陷。基于臭氧的氧化技术近年来作为可替代的燃烧后技术取得了成功，尤其是在一种应用不适用于SCR时。美国专利号6,162,409、5,206,002和7,303,735中描述的基于臭氧的工艺提供了多污染物去除方法，且其已经应用于由燃气和燃煤锅炉产生的烟气，以去除多种污染物，包括氮氧化物、硫氧化物、颗粒物等。基于臭氧的工艺也在工业上实施以减少其他应用（例如金属酸性工艺、流化催化裂化器（FCC）再生器、金属回收炉和硫酸制备）中的排放物。

具有低氮氧化物燃烧器和分级燃烧的燃煤锅炉通常能够成本有效地达到0.25磅百万英制热单位（lb/MMBTU）至0.4 lb/MMBTU的氮氧化物，而法规要求氮氧化物的范围是0.1 lb/MMGBTU至0.15 lb/MMGBTU，即燃烧后技术能够成本有效地提供40%至70%的降低。

美国专利号6,162,409、5,206,002、6,649,132和7,303,735中公开的方法使用氮氧化物与臭氧的化学反应生成氮的更高价位的氧化物，尤其是五价或更高价态形式的，其具有较高的水溶性且容易通过湿式涤气法去除。将1摩尔NO形式的NO_x转化为五价形式所需的臭氧的化学计量量为约1.5摩尔臭氧，如果NO_x为NO₂的形式，则需要0.5摩尔。