处理加压流化床反应系统的废气技术方案

净化由加压流化床反应器系统出来的热气体。在超大气压力的条件下，热废气经过颗粒分离器。在分离器表面生成滤饼，还原剂如ＮＯ↓［Ｘ］的还原剂（如氨）刚好在颗粒分离之前或之后被引入废气。引入的还原剂的停留时间由于气体在超大气压力下穿过滤饼的过程中速率低（如约１－５０ｃｍ／ｓ）而延长。分离在不同的压力容器中进行，其内部的压力为约２－１００ｂａｒ，还原剂的引入可以在多个位置（这些位置与压力容器中的每个过滤元件相关联），或者刚好在清洁气体排出压力容器（一般经一个透平）之前的一个或多个位置进行。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
与概述本专利技术涉及加压流化床反应系统的废气的处理方法。本专利技术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NOx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NOx”。据目前所知，该反应路径假定按下式进行(1a)(1b)“热NOx”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NOx”在总的NOx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NOx””(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NOx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NOx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NOx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NOx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NOx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。根据本专利技术，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NOx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。本专利技术的一个方面，是提供一种净化加压流化床反应器系统热废气的方法，其中该反应器系统包括压力容器中的流化床反应器、分离废气中颗粒的分离器，以及分离颗粒后膨胀气体的气体膨胀装置(如透平)。该方法包括下列步骤(a)将气体压缩至高于大气压力。(b)将高于大气压的气体送入流化床反应器和压力容器，以使压力容器中的压力也高于大气压力。(c)在高于大气压力下在流化床反应器中实现化学反应，产生含有气体杂质和颗粒的热废气。(d)维持高于大气压的压力条件，将废气输送至分离器，用分离器实现颗粒从废气中的分离，产生洁净的气体，并将洁净的气体输送至气体膨胀装置。和(e)进行步骤(d)的过程中，将还原剂引入废气，使废气中至少相当部分的气体杂质有效还原。废气中的气体杂质包括氮氧化物，步骤(e)一般是引入氮氧化物还原剂，优选NH4，或含氮化合物、CO、CH4或生成氮的化合物。颗粒分离器一般包括一个过滤表面，在该表面上生成滤饼，步骤(e)可以在流化床和滤饼之间进行，还可以在滤饼和气体膨胀装置之间进行，或仅仅在滤饼和气体膨胀装置之间进行。步骤(e)可以在滤饼和气体膨胀装置之间的多个位置上进行-例如如果分离器包括多束过滤元件，还原剂可以在与每一束相关的某个位置处注入。典型地，压力容器包括第一压力容器，并且分离装置安装在位于第一压力容器之外，而且与之不同的第二压力容器中(第二压力容器压力也高于大气压，优选在2bar以上)。步骤(d)的操作同样是降低第一压力容器和分离装置之间的废气的流速，以使废气流经过滤装置时的速率为流出流化床时速率的1/10至1/1000。典型的速率降低为废气流经过滤装置时的速率为约1-50cm/s(优选约1-10cm/s)。某些情况下，希望当清洁气体流出或先于流出第二压力容器时将还原剂引入，气体流出第二压力容器时的速率显著增加(至少加倍，一般增至流经分离装置时速率的约10-1,000倍)，以使得在还原剂引入之后清洁气体和还原剂立即有效地混合。步骤(e)也优选进行，以使得引入的还原剂的量基本上仅仅是实现气体杂质还原所需的最小量，以不致于大量浪费还原剂。由于本专利技术提供的加压条件、低的气体流率以及在特定位置引入还原剂，这一理想结果很容易实现。根据本专利技术的另一方面，是提供由PCFB(加压循环流化床)燃烧器中出来的含有NOx和颗粒的热废气的净化方法。该方法采用将颗粒从压力容器中的废气中分离出来的分离器，该分离器有多组过滤器表面，每个表面都有一个清洁侧和一个脏侧。该方法包括下列步骤(a)将由PCFB燃烧器中出来的烟道气引入压力容器中过滤器侧的脏侧。(b)将固体颗粒从气体中分离出来，使在过滤器表面的脏侧形成滤饼。(c)将NOx的还原剂引入与过滤器表面的清洁侧相关的气体中。(d)给NOx的还原剂提供在气体中的最佳停留时间，以优化NOx的还原反应。和(e)在步骤(c)和(d)完成后从压力容器中排出气体。如上所述，压力容器中的压力一般在2bar以上，优选约为5至25bar。即步骤(d)在维持压力在至少2bar的大于大气压力的条件下进行。步骤(d)还通过在引入压力容器之后基本上立即降低气体的速率进一步实施，以使其速率为引入压力容器之前气体速率的约1/10-1/1000；即步骤(d)进一步实施，以使气体在流经过滤器表面时及步骤(e)之前以约1-50cm/s(优选约1-10cm/s)的流率流动。根据本专利技术的另一方面，是提供一种从热气体中除去气体杂质和颗粒的系统，它包括下列部件有一个气体入口和一个气体出口的高于大气压力的压力容器。与气体入口相连接的PCFB。在入口和出口之间，安装在压力容器内部的多组过滤器元件，每一个过滤元件都有一种过滤器表面，其中有一个滤饼在其上生成，并与气体入口相连的脏侧，以及一个与气体出口相连的清洁侧。和至少一个注射器，用于将还原剂注入位于过滤表面清洁侧和气体出口之间的压力容器中。该系统还包括降低引入气体入口的气体速率的装置，以使气体流经过滤器表面的速率为约1-50cm/s(优选1-10cm/s)。降低气体速率为的装置可以包括压力容器内部气体入口和过滤器元件之间的一个引入导管，例如提供一个比气体进入气体入口前所用导管大得多的体积，以使气体速率大幅度下降。透平或类似的气体膨胀装置也与气体出口相连。上述的至少一个注射器可以包括一个与每个过滤元件相连的注射器；和/或一个在或刚好先于气体经气体出口流出压力容器时将还原剂注入气体的注射器，气体出口的构造使得气体流出气体出口的速率至少加倍，以使还原剂与气体很好地混合。过滤器元件可以包括任何能经受住气体高温(典型地总是在300℃以上，可以高达1200℃)的适当的过本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种净化加压流化床反应器系统热废气的方法，其中该反应器系统包括压力容器中的流化床反应器、分离废气中颗粒的分离器，以及分离颗粒后膨胀气体的气体膨胀装置（如透平），该方法包括下列步骤（ａ）将气体压缩至高于大气压力；（ｂ）将高于大气压的气 体送入流化床反应器和压力容器，以使压力容器中的压力也高于大气压力；（ｃ）在高于大气压力下在流化床反应器中实现化学反应，产生含有气体杂质和颗粒的热废气；（ｄ）维持高于大气压的压力条件，将废气输送至分离器，用分离器实现颗粒从废气中的分离 ，产生洁净的气体，并将洁净的气体输送至气体膨胀装置；和（ｅ）进行步骤（ｄ）的过程中，将还原剂引入废气使废气中至少相当部分的气体杂质有效还原。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：J伊萨克森，J科斯吉伦，
申请(专利权)人：福斯特韦勒能源股份公司，
类型：发明
国别省市：FI[芬兰]