【技术实现步骤摘要】
技术介绍
1、氢气(h2)是一种用于一系列应用，例如用作化学反应物、用作能源生产的燃料等的非常有用且引人关注的分子。
2、氢原子(h)在地球上很丰富，但通常以分子的形式存在，其中所述氢原子与其他(即非氢)原子化学结合。例如，在水中是如此，而且在烃类、氨和生物质中也是如此。
3、在实践中，氢气(h2)通过各种工艺产生，其中氢原子与它们所连接的非氢原子分离。
4、随着大气中温室气体排放导致的气候变化，趋势是ghg(温室气体)排放较低，优选并且最终为零。
5、大多数工业燃烧设施，如玻璃熔化炉，目前燃烧ch4或其他烃类以产生热量。
6、甲烷的燃烧每分子甲烷产生一分子co2。
7、对于其他烃类(包括生物质烃类)，每燃烧一分子烃产生的co2分子数量取决于该烃的化学式。
8、常规地，所述co2被释放到大气中。为了避免将该co2排放到大气中，已经开发了用于捕获、储存或使用产生的co2的工艺。然而，这些co2捕获工艺是复杂且昂贵的。
9、尽管对于产生相对少量co2的工业设施/工艺也希望减少或避免co2排放到大气中，但它们目前对于产生相对少量的co2的工艺和设施而言不是成本有效的。
10、因此，希望通过使用无碳分子作为燃料来避免产生这些co2排放。这种无碳可燃分子的实例是氨(nh3)。
11、虽然nh3的可燃性极限接近甲烷的可燃性极限，但与用甲烷获得的层流火焰速度相比，用氨获得的层流火焰速度慢约5倍。这增加了火焰举升(和不完全燃
12、本专利技术的目的是克服这个问题，并且使得能够从氨开始产生稳定的火焰。
技术实现思路
1、本专利技术涉及一种操作炉的方法，其产生至少900℃温度的烟气。
2、根据所述方法，使燃料与氧化剂进行燃烧，所述燃烧产生热能和烟气，并且用由此产生的热能的第一部分加热该炉。
3、产生的烟气在至少900℃(如前所述)的温度下，优选在1250℃与1650℃之间的温度下从炉中排出。排出的烟气含有产生的热能的第二部分，所述第二部分通常被称为“残留”或“剩余”热量。
4、由燃烧产生的热能的第二部分既用于(i)在氧化剂用于在步骤a中燃烧燃料之前加热氧化剂，又(ii)作为热源在裂化器中将氨裂化成包含氢气、氮气和未裂化氨的混合物。
5、在上述燃料与氧化剂燃烧期间，将该混合物的至少一部分作为燃料与被加热的氧化剂的至少一部分进行燃烧。
6、当产生的热能的第二部分用于加热氧化剂时，作为待加热流体的氧化剂通过与作为载热流体(即作为热源)的排出的烟气进行热交换而被加热。所述热交换可以是直接热交换或间接热交换。
7、在直接热交换期间，载热流体和待加热流体通过流体不可渗透的导热壁彼此物理分开，热量跨过该流体不可渗透的导热壁从载热流体传递到待加热流体，同时防止载热流体与待加热流体之间的混合。
8、在间接热交换期间，使用中间传热流体。载热流体和中间流体通过第一流体不可渗透的导热壁彼此物理分开，热量跨过该第一流体不可渗透的导热壁从载热流体传递到中间流体，同时防止载热流体与中间流体之间的混合。由此获得被加热的中间流体并将其用于加热待加热流体。更具体地，被加热的中间流体和待加热流体通过第二流体不可渗透的导热壁彼此分开，热量跨过该第二流体不可渗透的导热壁从被加热的中间流体传递到待加热流体，同时防止中间流体与待加热流体之间的混合。换言之，间接热交换包括(a)载热流体与中间流体之间的直接热交换，以及(b)被加热的中间流体与待加热流体之间的直接热交换。两个直接热交换子步骤可以在共同的热交换器中或在单独的热交换器中进行。
9、与间接热交换相比，载热流体与待加热流体之间的直接热交换具有更简单(不需要额外的流体)和允许更紧凑的构造(不需要中间流体体积或流动路径)的优点。
10、与直接热交换相比，间接热交换可以提供用于控制热交换过程的额外工具(特别是当中间流体不是静态的，而是流动的)，并且可以通过选择合适的、通常是惰性的中间流体来提供额外安保/安全性(因为在导热壁(第一或第二)泄漏的情况下，载热流体或待加热流体(取决于泄漏壁)可以与中间流体混合，但是避免了载热流体和待加热流体的混合)。
11、在本专利技术上下文中，术语“裂化器”是指适用于将氨裂化成上述混合物的任何装置。
12、原则上，希望氨裂化反应尽可能完全，即最大化氢气生成并限制混合物中残留的氨量。然而，在实践中，寻求氨的完全(100％)裂化通常将被证明成本太高，并且一些氨将留在混合物中。
13、当用于燃烧燃料以加热炉的氧化剂是富氧氧化剂，更特别地是氧含量在大于21％体积与100％体积之间，优选在70％体积与100％体积之间，更优选在90％体积与100％体积之间的氧化剂时，本专利技术是特别有用的。事实上，富氧氧化剂通常比不富含氧的氧化剂产生更高温度的火焰和更高温度的烟气。
14、燃烧的燃料可以是通过裂化氨(或其一部分)获得的混合物与一种或多种另外的燃料的组合。然而，燃烧以加热炉的燃料优选由氨裂化产生的混合物或所述混合物的一部分组成。
15、根据本专利技术，来自炉的余热，即燃烧产生的热能的第二部分，不仅用于加热氧化剂，而且还用作裂化氨的热源。
16、由于氨裂化产生的混合物含有氮，其呈n2形式并且通常也是未裂化氨级分的一部分，因此排出的烟气可含有氮氧化物，通常称为nox。产生nox的其他可能来源是存在于燃烧氧化剂中的任何氮、存在于在炉中加热的进料中的氮以及当炉在低于大气压力下操作时存在于进入空气中的氮。
17、氮氧化物是非常不希望释放到大气中的污染剂。在许多国家，工业燃烧工艺受制于限制nox排放的规范。
18、根据本专利技术，可以通过向排出的烟气中添加nox还原剂来减少或消除到大气中的nox排放。这种nox还原剂与排出的烟气中存在的nox发生化学反应。然后将nox与nox还原剂之间的化学反应产物从排出的烟气中分离。
19、在所述烟气用于加热氧化剂和裂化氨之前、在已经用于加热氧化剂和裂化氨之后、或者在它们用于加热氧化剂与用于裂化氨之间可以将nox还原剂加入排出的烟气中，而不考虑排出的烟气用于这两个目的的顺序。也可以在上述阶段中的两个或多个中将nox还原剂加入排出的烟气中。可用于本专利技术方法中的一种特定nox还原剂是氨。
20、有几种方式可以将来自炉的余热用作氨裂化的热源。
21、一种方式是使用存在于排出的烟气中的产生的热能的第二部分加热发生氨裂化的裂化器。另一种可能性(可或可不与加热裂化器组合)是使用存在于排出的烟气中的产生的热能的第二部分通过直接或间接热交换来加热氨。
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1.一种操作炉(10)的方法，所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1的方法，其中在步骤d之前和/或步骤d之后和/或在步骤d-i与d-ii之间将NOx还原剂加入所述排出的烟气(20)中。
3.根据权利要求2的方法，其中氨用作NOx还原剂。
4.根据前述权利要求中任一项的方法，其中在步骤d-i中，所述氧化剂(70)通过与所述排出的烟气(20)进行间接热交换而被加热，并且其中在步骤d-ii中，所述氨(30)通过在所述裂化器(40，40b)上游和/或其中与所述排出的烟气(20)进行直接热交换而被加热。
5.根据权利要求4的方法，
6.根据权利要求1-3中任一项的方法，其中所述氧化剂(70)和所述氨(30)分别在步骤d-i和d-ii中通过与所述排出的烟气(20)进行直接热交换而被加热。
7.根据权利要求6的方法，
8.根据权利要求1-3中任一项的方法，其中所述氧化剂(70)和所述氨(30)分别在步骤d-i和d-ii中通过与所述排出的烟气(20)进行间接热交换而被加热。
9.根据权利要求8的方
10.根据权利要求9的方法，其中在步骤d中，步骤a中产生的热能的第二部分用于加热第一中间流体和第二中间流体，所述第一中间流体用于在步骤d-i中加热所述氧化剂(70)，所述第二中间流体用于在步骤d-ii中在裂化器(40，40a)上游和/或其中加热氨(30)，以及：
11.根据权利要求9的方法，其中所述排出的烟气(20)用于加热中间流体(41)，并且其中所述加热的中间流体(42)用于在步骤d-i中加热所述氧化剂(70)，并且用于在所述裂化器(40，40a)上游和/或其中加热所述氨，以及
12.根据前述权利要求中任一项的方法，其中在组合的热交换器/裂化器(40a)中在步骤d-i和步骤d-ii中分别加热所述氧化剂(70)和所述氨(30)。
13.根据前述权利要求中任一项的方法，其中所述裂化器(40，40a)是非催化裂化器。
14.根据前述权利要求中任一项的方法，其中所述裂化器(40，40a)是催化裂化器。
15.根据前述权利要求中任一项的方法，其中所述炉是选自玻璃熔化炉、玻璃精炼炉以及玻璃熔化和精炼炉的玻璃炉。
...【技术特征摘要】
1.一种操作炉(10)的方法，所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1的方法，其中在步骤d之前和/或步骤d之后和/或在步骤d-i与d-ii之间将nox还原剂加入所述排出的烟气(20)中。
3.根据权利要求2的方法，其中氨用作nox还原剂。
4.根据前述权利要求中任一项的方法，其中在步骤d-i中，所述氧化剂(70)通过与所述排出的烟气(20)进行间接热交换而被加热，并且其中在步骤d-ii中，所述氨(30)通过在所述裂化器(40，40b)上游和/或其中与所述排出的烟气(20)进行直接热交换而被加热。
5.根据权利要求4的方法，
6.根据权利要求1-3中任一项的方法，其中所述氧化剂(70)和所述氨(30)分别在步骤d-i和d-ii中通过与所述排出的烟气(20)进行直接热交换而被加热。
7.根据权利要求6的方法，
8.根据权利要求1-3中任一项的方法，其中所述氧化剂(70)和所述氨(30)分别在步骤d-i和d-ii中通过与所述排出的烟气(20)进行间接热交换而被加热。
9.根据权利要求8的方...
【专利技术属性】
技术研发人员：R·齐阿瓦，B·敦格尔，
申请(专利权)人：乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司，
类型：发明
国别省市：
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