[发明专利]处理加压流化床反应系统的废气

说明书

发明背景与概述

本发明涉及加压流化床反应系统的废气的处理方法。本发明降低了与在高于大气压的压力下在固体流化床中进行的加压流化床燃烧相关的氮气的排出量。

多年来，工业发电厂的排放要求得到详尽的调查。生产能源的新方法已经建立和商业化，并以节约成本的方法不断增加污染物的捕集装置和捕集效率。具体地讲，人们长期以来一直希望发现节约成本的方法将氮基污染物包括氮的氧化物NO_x和氮的氧化物N₂O减至最少。

氮的氧化物可以主要经由三种不同反应路径在燃烧过程中生成：

第一条路径是游离氧基直接氧化分子氮，生成“热NO_x”。据目前所知，该反应路径假定按下式进行：

    (1a)

    (1b)

“热NO_x”的生成取决于燃烧反应中游离氧原子的浓度。游离氧原子仅在高温条件下生成，已有假定说在低于1700K的温度下，“热NO_x”在总的NO_x排出物中的量可以忽略。

第二条路径是在烃基团和分子氮之间的燃料富集区进行反应，生成的HCN在燃烧室中氧化，生成“瞬发NO_x””：

    (2a)

反应(2a)和(2b)的反应速率并非与温度强烈有关，而是假定仅在低温，燃料富集的条件下，才有大量NO_x经这些反应中生成。

根据第三条路径，燃料中含有结合于燃料中并在燃烧过程中释放的氮，生成NO、N₂O和N₂。部分氮以HCN或NH₃的形式与挥发性物质一同释放出，另一部分氮仍残留于炭中。

HCN的均相反应被认为是燃烧过程中生成的一氧化氮(N₂O)的主要来源。反应路径是：

由于NO_x主要是经由含氮化合物或氮本身氧化生成的，反应器中氧的浓度对燃烧过程中NO_x的排放具有明确的影响。另一方面，在低的氧浓度下，一些一氧化碳和其它还原剂可能生成，据知它们用于还原NO_x并生成N₂。

瑞典专利申请8903891已经提议将氨(NH₃)注入压力容器中的加压流化床反应器中。瑞典资料建议在气体透平之前向加压容器中的烟道气中注入氨和气体透平后向烟道气中另外注入氨进行催化还原反应。该资料建议在气体透平之后和催化还原反应之前根据NO_x含量的测量值另外注入氨。但是该方法以及其它除去加压流化床燃烧体系中氮基污染物的方法仍有其缺点。

根据本发明，已经发现，当NH₃(或类似的还原剂)注入高于大气压力(一般在2bar以上，优选约2至100bar)的热烟道气中时，大量的NO_x将被还原为N₂。如果NH₃以足够高的温度注入，而且NH₃在热条件下的停留时间足够长，不希望出现的副效应-例如N₂O、CO和NH₃排出量的增加-几乎可以完成避免。如果还原剂与气体有效地混合，而且之后移动缓慢，例如穿过颗粒分离器时的速率为约1-50cm/s(优选约1-10cm/A)，那么这一效果特别好。