加压富氧燃烧方法技术

本发明专利技术提供了一种富氧燃烧(oxycombustion)方法，在所述方法中向燃烧室进料燃料、助燃物和处于杨氏模量≥104MPa的内聚团聚物形式下的化合物，所述燃烧室是等温且无火焰的。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术涉及一种燃烧方法，其允许获得来自于烟道气的有机颗粒物的实质性消除并在同时获得尺寸或直径小于1微米的无机粒子的数量分布积分的更显著的急剧降低，最终获得与天然背景的无机粒子尺寸的数量分布积分几乎相同量级的无机粒子尺寸的数量分布积分值。更具体来说，本专利技术涉及一种燃烧方法，其允许获得来自于烟道气的有机颗粒物的实质性消除并在同时获得尺寸小于0.1微米的无机粒子的数量分布积分的显著降低，粒子尺寸小于1μm的无机灰分的以重量份计的浓度非常低，低于以干重计0.01mg/Nm3烟道气。更具体来说，本专利技术允许获得低于650,000、优选地低于300,000、更优选地低于200,000(1/cm3或粒子数/cm3烟道气)的直径小于1μm的无机粒子的数量分布积分值，低于400,000、更优选地低于200,000、更优选地低于120,000的直径小于0.1μm的无机粒子的数量分布积分值；所述数量分布积分值使用撞击器ELPI(Decati)，通过分析可以使用后文中描述的3MW等温和无火焰燃烧室获得的烟道气来确定，所述燃烧室在13绝对巴(12相对巴或barg)的压力和1430℃的温度下运行，将碳作为燃料并将90体积％的氧作为助燃物进料，在从所述燃烧室排出的烟气中存在浓度为3体积％的氧，将煤作为35重量％的在水中的浆液进料，将氧与含有55体积％的水蒸气的再循环烟气混合进料。在现有技术中已知，任何类型燃料的燃烧都产生颗粒物或粉尘，这意味着固体粒子含有未燃烧/部分燃烧的有机物质(BC-炭黑，烟炱；或OC-有机碳)和无机物质例如盐和金属氧化物(其中包括重金属例如Ni、V、Se、Cr等)两者。就粉尘对人类健康的影响而言，值得强调的是直到最近，没有获得清晰的流行病学数据。然而，源自于人类生理知识的普遍担忧特别受到关注，并且预期排放颗粒物的更显著的效应来自于具有较小直径例如低于1μm直至10纳米的粒子。事实上一直定性地认为，由亚微米粒子引起的具体危害更高，这归因于它们与毗邻并且可渗透到血液循环系统的人类组织(例如肺泡)发生严格且持久接触的固有能力(《气溶胶》(Aerosols)第5章，第354页，图5.18)。换句话说，据信除了在燃烧室的烟道气中释放的排放物类型的固有危害性之外，固体粒子越小，危害越大。就环境方面而言，已在考虑烟气粉尘对全球变暖以及在涉及可疑危险物时对空气和地球污染两者的潜在影响。对人类健康的潜在影响的关注导致了几项毒理学和环境研究，并在最近几十年中呈指数增长。然而，正在进行的流行病学研究尚未影响到强制于烟气排放的法规，因为它涉及亚微米粒子的总容许数目的限度。同样地，对它们固有的危害性仍不存在任何区别对待，目前的法规仍然并且仅仅是基于排放物的有害效应的整体认识。例如，法规仍维持用排放的PM 10颗粒物(表示具有<10μm的尺寸的颗粒物的首字母缩略词)的总重量(模糊不清)表述的排放限度，并且详细地对于最严格的法规来说，值为以干重计<10mg/Nm3排放烟气。表征方法和从其获得的值两者似乎都没有将危害的评估考虑在内。代表了可归因于总颗粒物内较小粒子部分的最大重要性的PM 2.5指标(直径<2.5微米的总粒子)的使用，仅在几项毒理学研究中进行了理论性应用，与国家法规无关。但是，近些时候，通过本领域文献获得的越来越多且可靠的毒理学数据，已经允许对颗粒物的危害性和最小粒子的最大影响(PM 2.5指标的更大的流行病学显著性)以及尤其是BC和OC两者以及重金属如依次的镍、钒、硒、铅的对人类健康的影响与排放之间的显著关联性得出清楚的结论。在2012年的最近的匹兹堡PCC年会(PCC conference of Pittsburgh)(Pittsburgh Coal Conference)上，美国能源部(DOE(US Energy Department))的最终研究使用令人震惊的指标勾勒出了清晰的因果关联性：预期寿命缩减2.5岁。所述研究具有象征性的标题：为何花费如此长的时间才发现？(Why did it take so long to find out？)。这项研究反映出由EPA(环境保护局(Environmental Protection Agency))在2012年3月的美国国会(Congress of the United States)上提呈的长篇报告(参见：EPA-450/S-12-001；在线：http://www.epa.gov/blackcarbon)。这一问题潜在地涉及燃料的所有用途，从自牵引到电站到使用生物质的家庭取暖等。这必定会在将来、在遥远的将来引起越来越具体的法规，因为目前没有可用的技术解决方案。事实上，亚微米颗粒物在可用的工业技术的“技术限度”之外，即它避开了对大于1μm粒子尺寸有效的已知的烟道气后处理工业技术。即使是对烟道气进行一系列更多装置的操作，例如使用套筒过滤器过滤然后使用静电过滤再接着使用湿法静电过滤，也只是对大于1μm的粒子尺寸有效(效率>80％)。因此，燃烧烟气的非常严格的清洁只能以低的装置效率以及因此非常显著的成本和复杂性来进行。同样并且并行地，开发不释放温室气体(也就是说包括CO2捕集)的发电技术的活动与后处理后烟道气中残留的颗粒物对CO2捕集系统效率的影响这一技术难题有冲突。在点火后CO2捕集(在空气中燃烧后从烟道气捕集)的情形中，颗粒物严重干扰例如在CO2捕集中作为活性试剂的分子(胺类)。这降低了过程效率并因此提高了所需投资和产生的总电力的寄生性消耗两者。在开发例如通过将空气切换为氧气以在烟气中获得浓缩的CO2来改良燃烧过程的技术的情形中，颗粒物的存在需要特殊且昂贵的烟气清洁操作，以便可以获得可以被进料到高效压缩旋转机，而不积累在将CO2输送并重新导入地下的下游系统中的CO2气体。简单的CO2压缩的CAPEX(资本支出)与OPEX(运行支出)之间的比较，以及正在进行并且因此必须包括烟气清洁的工业发展计划(例如美国的Futuregen 1和2)的相关成本估算，是相当明显的。因此，最新的证据指向由使用常规技术的燃烧工厂产生的亚微米颗粒物对人类健康和环境两者的影响，以及对正在开发的使用CO2捕集以降低温室效应(目标：降低对环境的整体影响)的技术的成本因素的影响。因此，考虑到常规烟气清洁技术的限制，普遍感觉到了需要在一开始就对燃烧过程本身进行干预，以便避免超细(亚微米)颗粒物的燃烧烟气的形成和排放。如上所述，颗粒物由未燃烧或部分燃烧的粒子(有机颗粒物)和无机粒子(特别是金属)两者形成。在关于燃烧的现有技术中，排放颗粒物的浓度通常以相对于产生或排放的烟气的体积单位的重量(最高10μm或最高2.5μm的粒径重量分布的积分)来表示。粒子尺寸小于1μm的单位烟气体积的粒径分布的重量积分值不被考虑在内。更不用说，甚至没有间接提及烟气中灰分粒子的亚微米数量分布。例如，可以提到一些有关燃烧的专利。本申请人名下的EP 1,616,129涉及一种用于处理各种不同类型材料例如废物的无火焰燃烧方法，其中反应器中冷区的形成被减少，所述方法在等温或准等温条件下进行，在高于1,300K的温度和高于大气压的压力下运行，将氧化剂与水、水蒸气或再循环气体混合进行进料。在所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种富氧燃烧方法，其中向燃烧室进料燃料、助燃物和处于内聚团聚物形式下的化合物，所述内聚团聚物具有下述特征：杨氏模量≥104MPa，粒度分布为至少60重量％的团聚物具有大于75μm的尺寸，所述团聚物在被引入到所述燃烧室内时具有上述性质，在燃料灰分上团聚物的量在≥5重量％到最多1:1重量比的范围内，所述燃烧室是等温且无火焰的。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.12.27 IT BA2013A0000841.一种富氧燃烧方法，其中向燃烧室进料燃料、助燃物和处于内聚团聚物形式下的化合物，所述内聚团聚物具有下述特征：杨氏模量≥104MPa，粒度分布为至少60重量％的团聚物具有大于75μm的尺寸，所述团聚物在被引入到所述燃烧室内时具有上述性质，在燃料灰分上团聚物的量在≥5重量％到最多1:1重量比的范围内，所述燃烧室是等温且无火焰的。2.权利要求1的富氧燃烧方法，其中所述燃烧室在1,400K-2,200K范围内的温度下运行。3.权利要求1-2的富氧燃烧方法，其中所述燃烧室在103kPa至6,000kPa范围内的压力下运行。4.权利要求1-3的富氧燃烧方法，其中所述助燃物是与水或水蒸气混合或与再循环烟气混合使用的氧。5.权利要求4的富氧燃烧方法，其中氧:(水/水蒸气)的摩尔比在1:0.4至1:3之间。6.权利要求4-5的富氧燃烧方法，其中在与氧混合使用的再循环烟气中，水/水蒸气的量高于30体积％，氧:(水/水蒸气)的摩尔比如权利要求5中所定义。7.权利要求1-6的富氧燃烧方法，其中将所述燃料与水/水蒸气混合，所述混合物中水/水蒸气的量以相对于所述燃料的重量的百分数计为至少30％并且不高于90％。8.权利要求1-7的富氧燃烧方法，其中所述燃料是液体、固体、气体燃料，并且选自通过加热进行熔化/液化并作为粘稠液体进料的烃类固体、生物质、动物粉、煤、来自于中和反应的工业废物、高沸点炼油厂馏分、沥青和油页岩、焦油砂的加工残料、泥煤、废溶剂、溚脂、工业过程残料和废料、油来源的液体燃料乳液...

【专利技术属性】
技术研发人员：马斯莫·马拉瓦斯，格拉齐亚·迪萨尔维娅，
申请(专利权)人：伊蒂股份有限公司，
类型：发明
国别省市：意大利;IT