[发明专利]减少二氧化氮的浓度的方法

说明书

本发明涉及减少由烃或烃混合物的不完全燃烧产生的废气中的二氧化氮的浓度(减少含量)的方法，其使用催化剂通过氧化未燃烧的烃或烃混合物来还原二氧化氮，涉及用于减少由烃或烃混合物的不完全燃烧产生的废气中的二氧化氮浓度的装置，其使用催化剂通过氧化未燃烧的烃或烃混合物来还原二氧化氮，还涉及包含所述装置的设施。

背景技术

目前，由于世界上增加的能量需求，越来越需要在多种设施中有效且清洁地产生能量，这也适用于通过烃或烃混合物的燃烧来操作的产生能量的常规设施。

本申请中燃气轮机操作的发电机可清洁且有效地产生电能，不仅用于公共电能供应而且用于工业用途。由于使用高级陶瓷保护层和精密的冷却设计，目前可以以有时甚至会高于1500℃的平均轮机进气温度来操作燃气轮机，因此可实现在没有热回收的情况下40％的净效率以及在通过连接蒸汽轮机而具有热回收的情况下高于60％的火用效率。

通过使用优化的燃烧器，在使用天然气操作过程中，可保证平均氧化氮排放(NO_x＝总氧化氮，即NO和NO₂合计)少于25ppm(按体积)并且一氧化碳排放(CO)低于10ppm，其中规定的试验循环用作确定排放的基础。因此在许多工业国家例如德国可满足发电厂排放的国家极限值，且不用任何进一步的废气后处理。

燃气轮机的特征不仅在于低排放和高效率，还在于如在极其不同的负载(负载灵活性从100％降至低于30％的值)和快速负载变化以及快速启动(在少于30分钟内实现基本负载)的情况下操作的能力。由于源自再生能源(风能、太阳能等)的能量的百分比增加(这些再生能源的特征为进入电力供应网的电能随时间高度波动)，而更多地利用燃气轮机的负载灵活性。然而，其结果是出现污染物排放，这显著不同于试验循环中测定的平均值：在低燃烧器输出的情况下，于当量比(即燃料/空气比，基于化学计量燃烧所需的值)操作燃气轮机燃烧器，要远低于轮机的基本负荷所需的值。

因为该当量比也远低于完全预混燃烧的稀燃极限(Magerbrenngrenze)，所以未燃烧的烃和/或烃混合物(UHC)、一氧化碳(CO)以及经常的氧化氮的排放增加，其中特别之处在于，排放的氧化氮中二氧化氮(NO₂)占主要比例。从排放至低层大气的角度看，后者实际不是问题，因为一氧化氮在大气中几分钟内就被氧化为二氧化氮。然而，NO₂具有不太好的性质，即其在蓝光谱和近紫外光谱范围吸光，即使在燃气轮机操作中污染物排放满足所有法规，由于白天发电厂烟囱产生的废气烟云发生黄色变色，称为“黄色烟云”)，可导致验收问题(Akzeptanzproblemen)。

此外，在燃气轮机的情况下，通常可使用油作为替代燃料。这种情况下，与用天然气的操作相比，经常出现氧化氮排放的增加，且在更宽范围的负载情况下观察到显著的浓度的NO₂形成。

燃气轮机发电厂为长期投资，至今为止，正如燃煤发电厂，通常以基本负荷运转，以实现来自于生产电能的收益最大化。这种情况下氧化氮排放物基本上由100％的一氧化氮(NO)组成。因此没有观察到淡黄色废气的烟云，除了在偶然启动燃气轮机的情况下。因此，至今为止，仅通过快速增长再生能源在能源市场中的比重并没有解决可见的排放物的问题。

同样，二氧化氮排放和由此产生的黄色变色可在其它设施的废气中形成，所述其它设施在一定的运行条件下，使烃或烃混合物完全燃烧，例如，气动式压缩机，气或油动式锅炉，燃气发动机或柴油或重油操作的轮船。

通常，NO₂排放的出现和取决于燃料的现象是由于在不完全燃烧后一氧化氮(NO)和UHC或CO之间在一定温度范围内的化学气相反应，如MORIO HORI,NAOKI MATSUNAGA,NICK MARINOV,WILLIAM PITZ and CHARLES WESTBROOK:AN EXPERIMENTAL AND KINETIC CALCULATION OF THE PROMOTION EFFECT OF HYDROCARBONS ON THE NO-NO2CONVERSION IN A FLOW REACTOR；Twenty Seventh Symposium(International)on Combustion/The Combustion Institute；1998；389-396页所述。然而，不仅例如在燃气轮机的启动阶段，而且在低部分负载的操作过程中，所用燃料的不完全燃烧是公认的，以能够保证燃气轮机稳定的操作性能。