(57)【要約】【課題】炭化水素又は他の燃焼性液体及びガスを燃焼させるための方法及び装置、並びにこのような装置の製造及び使用を提供する。【解決手段】装置（ＡＰＰ）は、液体及び／又はガス状燃料（ＦＵＥ）及び空気（ＡＩＲ）用の少なくとも１つの入口と、前記装置（ＡＰＰ）において生成したガス（ＥＸＨＧ）を除去するための少なくとも１つのガス用出口と、燃料（ＦＵＥ）及び空気（ＡＩＲ）の量を調整するための少なくとも１つの測定及び調整ユニット（Ｃ）とを備え、ガスの部分的な燃焼のための少なくとも１つの予燃焼ゾーン（Ｃｚ１１、Ｃｚ１２、Ｔｚ１）をさらに備え、かつ予燃焼で生成したガスを燃焼させるための、予燃焼で生成したＮＯｘを還元するための、及び／又は炭化水素及び一酸化炭素排出物を酸化するための、少なくとも１つの後燃焼ゾーン（Ｃｚ２１、Ｃｚ２２、Ｔｚ２）を含む。【選択図】図１
2014190692.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
装置（ＡＰＰ）において炭化水素又は他の燃焼性液体及びガスを燃焼させるための方法であって、前記装置（ＡＰＰ）が、液体又はガス状燃料（ＦＵＥ）及び空気（ＡＩＲ）用の少なくとも１つの入口と、前記装置（ＡＰＰ）において生成したガス（ＥＸＨＧ）を除去するための少なくとも１つのガス用出口と、燃料（ＦＵＥ）及び空気（ＡＩＲ）の量を調整するための少なくとも１つの測定及び調整ユニット（Ｃ）とを備え、前記方法が、
供給された燃料が部分的にのみ燃焼されるように少なくとも１つの予燃焼ゾーン（Ｃｚ１１、Ｃｚ１２、Ｔｚ１）において燃料（ＦＵＥ）を部分的に予燃焼する工程、
予燃焼で生成したガス（ＧＡＳ１）を少なくとも１つの後燃焼ゾーン（Ｃｚ２１、Ｃｚ２２、Ｔｚ２）において後燃焼して、予燃焼で生成したガスを燃焼させるか、予燃焼で生成したＮＯｘを還元するか、及び／又は炭化水素及び一酸化炭素排出物を酸化する工程
を少なくとも含むことを特徴とする、方法。
【請求項２】
前記予燃焼及び／又は後燃焼が、少なくとも１つの触媒ゾーン（Ｃｚ１１、Ｃｚ１２、Ｃｚ２１、Ｃｚ２２）において実施されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記予燃焼及び／又は後燃焼が、少なくとも１つの加熱ゾーン（Ｔｚ１、Ｔｚ２）において実施されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記予燃焼が少なくとも１つの熱予燃焼ゾーン（Ｔｚ１）において実施され、前記後燃焼が少なくとも１つの触媒後燃焼ゾーン（Ｃｚ２１、Ｃｚ２２）において実施されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記予燃焼が少なくとも１つの触媒予燃焼ゾーン（Ｃｚ１１、Ｃｚ１２）において実施され、前記後燃焼が少なくとも１つの触媒後燃焼ゾーン（Ｃｚ２１、Ｃｚ２２）において実施されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記装置（ＡＰＰ）への燃料（ＦＵＥ）及び空気（ＡＩＲ）の供給が０．５〜１．５のλ範囲内で行われるように調整されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
λ＞１．０（リーン混合物）であることを特徴とする、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
λ＜１．０（リッチ混合物）であることを特徴とする、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
λが０．９９〜１．０１（ストイキの又はそれに近い空燃比）であることを特徴とする、請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
前記装置（ＡＰＰ）が、三元触媒を有する触媒ゾーン（Ｃｚ１１、Ｃｚ１２、Ｃｚ２１、Ｃｚ２２）の少なくとも１つを含むことを特徴とする、請求項８又は９に記載の方法。
【請求項１１】
前記予燃焼が低温で行われることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記装置（ＡＰＰ）への燃料（ＦＵＥ）及び空気（ＡＩＲ）の供給が、ＮＯｘセンサーを使用してＮＯｘ排出物を監視することによって調整されることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
炭化水素又は他の燃焼性液体及びガスを燃焼させるための装置（ＡＰＰ）であって、液体及び／又はガス状燃料（ＦＵＥ）及び空気（ＡＩＲ）用の少なくとも１つの入口と、前記装置（ＡＰＰ）において生成したガス（ＥＸＨＧ）を除去するための少なくとも１つのガス用出口と、燃料（ＦＵＥ）及び空気（ＡＩＲ）の量を調整するための少なくとも１つの測定及び調整ユニット（Ｃ）とを備え、ガスの部分的な燃焼のための少なくとも１つの予燃焼ゾーン（Ｃｚ１１、Ｃｚ１２、Ｔｚ１）をさらに備え、かつ予燃焼で生成したガスを燃焼させるための、予燃焼で生成したＮＯｘを還元するための、及び／又は炭化水素及び一酸化炭素排出物を酸化するための、少なくとも１つの後燃焼ゾーン（Ｃｚ２１、Ｃｚ２２、Ｔｚ２）を含むを特徴とする、装置。
【請求項１４】
少なくとも１つの触媒ゾーン（Ｃｚ１１、Ｃｚ１２、Ｃｚ２１、Ｃｚ２２）を備えていることを特徴とする、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
少なくとも１つの加熱ゾーン（Ｔｚ１、Ｔｚ２）を備えていることを特徴とする、請求項１３又は１４に記載の装置。
【請求項１６】
少なくとも１つの熱予燃焼ゾーン（Ｔｚ１）及び少なくとも１つの触媒後燃焼ゾーン（Ｃｚ２１、Ｃｚ２２）を備えていることを特徴とする、請求項１３〜１５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１７】
少なくとも１つの触媒予燃焼ゾーン（Ｃｚ１１、Ｃｚ１２）及び少なくとも１つの触媒後燃焼ゾーン（Ｃｚ２１、Ｃｚ２２）を備えていることを特徴とする、請求項１３〜１５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１８】
前記測定及び調整ユニット（Ｃ）が、燃焼排ガスの酸化／還元電位を測定するための少なくとも１つのλセンサーを有することを特徴とする、請求項１３〜１７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１９】
前記測定及び調整ユニット（Ｃ）が、ＮＯｘセンサーを使用してＮＯｘ排出物を監視することにより、前記装置（ＡＰＰ）への空気（ＡＩＲ）の供給を調整するための少なくとも１つのＮＯｘセンサーを有することを特徴とする、請求項１３〜１８のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２０】
予燃焼及び／又は後燃焼で生成した熱の移動のための少なくとも１つの熱交換器（ＨＥ）を備えていることを特徴とする、請求項１３〜１９のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２１】
１つ又は複数の炎管ＦＦＬ中の少なくとも１つの熱前処理ゾーン（Ｔｚ１）と、１つ又は複数の煙管ＦＴＵ中に設置された後処理としての少なくとも１つの触媒燃焼ゾーン（Ｃｚ２１、Ｃｚ２２）とを含む煙管ボイラーであることを特徴とする、請求項１３〜２０のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２２】
１つ又は複数の後処理触媒（Ｃｚ２１、Ｃｚ２２）の場所が、１つ又は複数の煙管ＦＴＵ中の燃焼温度と、前記１つ又は複数の後処理触媒（Ｃｚ２１、Ｃｚ２２）の最適化された操作温度とに従って調整されることを特徴とする、請求項２１に記載の装置。
【請求項２３】
炭化水素又は他の燃焼性液体及びガスを燃焼させるのに適した装置（ＡＰＰ）の製造方法であって、前記装置（ＡＰＰ）が、液体及び／又はガス状燃料（ＦＵＥ）及び空気（ＡＩＲ）用の少なくとも１つの入口と、前記装置（ＡＰＰ）において生成したガス（ＥＸＨＧ）を除去するための少なくとも１つのガス用出口と、燃料（ＦＵＥ）及び空気（ＡＩＲ）の量を調整するための少なくとも１つの測定及び調整ユニット（Ｃ）とを備え、ガスの部分的な燃焼のための少なくとも１つの予燃焼ゾーン（Ｃｚ１１、Ｃｚ１２、Ｔｚ１）をさらに備え、かつ予燃焼で生成したガスを燃焼させるための、予燃焼で生成したＮＯｘを還元するための、及び／又は炭化水素及び一酸化炭素排出物を酸化するための、少なくとも１つの後燃焼ゾーン（Ｃｚ２１、Ｃｚ２２、Ｔｚ２）を備えていることを特徴とする、製造方法。
【請求項２４】
前記装置（ＡＰＰ）が、少なくとも１つの触媒ゾーン（Ｃｚ１１、Ｃｚ１２、Ｃｚ２１、Ｃｚ２２）を備えていることを特徴とする、請求項２３に記載の製造方法。
【請求項２５】
前記装置（ＡＰＰ）が、少なくとも１つの加熱ゾーン（Ｔｚ１、Ｔｚ２）を備えていることを特徴とする、請求項２３又は２４に記載の製造方法。
【請求項２６】
前記装置（ＡＰＰ）が、少なくとも１つの熱予燃焼ゾーン（Ｔｚ１）及び少なくとも１つの触媒後燃焼ゾーン（Ｃｚ２１、Ｃｚ２２）を備えていることを特徴とする、請求項２３〜２５のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項２７】
前記装置（ＡＰＰ）が、少なくとも１つの触媒予燃焼ゾーン（Ｃｚ１１、Ｃｚ１２）及び少なくとも１つの触媒後燃焼ゾーン（Ｃｚ２１、Ｃｚ２２）を備えていることを特徴とする、請求項２３〜２５のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項２８】
前記装置（ＡＰＰ）が、燃焼排ガスの酸化／還元電位を測定するための少なくとも１つのλセンサー、及び／又はＮＯｘ排出物を測定しかつ空燃比を調整するための少なくとも１つのＮＯｘセンサーを備えていることを特徴とする、請求項２３〜２７のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項２９】
前記装置（ＡＰＰ）が、予燃焼及び／又は後燃焼で生成した熱の移動のための少なくとも１つの熱交換器（ＨＥ）を備えていることを特徴とする、請求項２３〜２８のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項３０】
前記装置（ＡＰＰ）が、１つ又は複数の炎管ＦＦＬ中の少なくとも１つの熱前処理ゾーン（Ｔｚ１）と、１つ又は複数の煙管ＦＴＵ中に設置された後処理としての少なくとも１つの触媒燃焼ゾーン（Ｃｚ２１、Ｃｚ２２）とを備えた煙管ボイラーであることを特徴とする、請求項２３〜２９のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項３１】
天然ガス、バイオガス、バイオエタノール、プロパン、メタノール、エタノール、テレピン、ブタン、ペンタン、一酸化炭素、水素、軽燃料油、油−水エマルジョン、及び／又はそれらの任意の混合物の燃焼における、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の方法の使用。
【請求項３２】
天然ガス、バイオガス、バイオエタノール、プロパン、メタノール、エタノール、テレピン、ブタン、ペンタン、一酸化炭素、水素、軽質燃料油、油−水エマルジョン、及び／又はそれらの任意の混合物の燃焼における、請求項１３〜２２のいずれか１項に記載の装置の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭化水素又は他の可燃性の液体及びガスを燃焼させるための方法及び装置、並びにこのような装置の製造及び使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
高温（＞１０００℃）では、大気中の窒素と燃料中に含まれる有機窒素とが、燃焼空気又は燃料中に含まれる酸素と反応するため、エネルギーの生産における熱燃焼は必ず窒素酸化物（ＮＯｘ）を発生させる。温度が高く燃焼時間が長いほど、より多くのＮＯｘ排出物が産生される。別の問題は、熱燃焼は決して完全ではなく、不完全な燃焼の結果として、燃えなかった炭化水素（ＶＯＣ）又は一酸化炭素（ＣＯ）とともに、燃焼排ガスが必ず残される。温度が低いほど及び燃焼時間が短いほど、これらの量は多く、すなわち、還元反応（ＮＯｘ）及び酸化反応（ＨＣとＣＯ）の結果として産生される産生される排出物は、相反する条件を必要とする。行政機関は、ヨーロッパのＢＡＴ決議（Best Available Technology resolutions）とアメリカ合衆国のＢＡＣ基準（Best Available Control standards）に基づく、より厳しい排出規制の導入を始めている。
【０００３】
最近、温室効果を理由に、公開討論の主題は、二酸化炭素（ＣＯ2）排出に焦点を当てている。少し見逃されていることは、炭化水素排出物が、ＣＯ2より１オーダー強力な温室効果ガスであるということである。同様に、窒素酸化物は温室効果ガスであり、酸性雨の原因であり、ＶＯＣガスとともに対流圏オゾンの供給源であり、これは植物や人間に対して極めて有害である。これらの理由により、ＮＯｘやＶＯＣ排出物の規制は、ＣＯ２排出物と同時に厳しくなっている。窒素酸化物排出物の除去は、一般的には効率を障害（ＣＯ２排出物を増加させる）し、投資と運転コストを上昇させる２次的方法が必要とするため、費用がかかる。現在使用されている最も有効な２次的ＮＯｘ除去手段の１つは、ＳＣＲ（選択的触媒還元）触媒コンバーターと、これに適合する選択的還元剤（アンモニウム又は尿素）である。燃焼排ガスからのＶＯＣとＣＯ排出物の除去は、より容易である。これらの必要なのは、酸化触媒のみである。さらに、上記のすべての化合物は、２５０℃より高い温度、従って次に熱の回収を必要とする。燃焼排ガスの除去は、投資も運転コストも高い。代替解決策は、上記排出物を実質的にまったく産生しないように、有機燃料を酸化することである。これは、ガス温度を充分に低いレベルに維持することができ、反応時間は熱燃焼と比較して非常に短いため、触媒燃焼及び熱燃焼と触媒燃焼との組合せを用いることにより可能である。別の可能性は、ガス燃料又は液体燃料をストイキの空燃比を用いて熱的に燃焼させることである。熱燃焼で産生されるＮＯｘは、熱燃焼の後に触媒コンバーターで還元することができる。
【０００４】
有機化合物を燃焼させると、必ず二酸化炭素が産生される。燃焼で生成された二酸化炭素を利用する１つの可能性は温室であり、温室は、加熱エネルギーのためのみでなく、光合成で消費される二酸化炭素を補充し植物に肥料を与えるためにも、二酸化炭素を必要とする。空気中の二酸化炭素（約３８０ｍｇ／Ｎｍ3）に対して２倍〜３倍過剰の二酸化炭素は、生長を４０％も促進することがある。
【０００５】
温室は、特に排出物を含まないバイオ燃料を用いてエネルギーが生産される場合、ＣＯ２排出物を減少させるための良好な標的である。この場合温室は、炭素シンクとして機能するであろう。植物は窒素酸化物にもエチレンにも耐性が無いため、触媒燃焼は単独で又は熱燃焼と一緒に、温室のエネルギーの生産に特に良好に利用できる。これらの排出物についても、植物はヒトより１００倍もきれいな空気を必要とする。
【０００６】
産業、交通、及び住居の暖房に必要なエネルギーの生産で生成されるＮＯｘとＶＯＣは、大きな問題である。これらは日光とともに、植物やヒトに有害な対流圏オゾンを生成する。２０１２年２月１日以降、ＮＯｘ排出物は カリホルニア州のＢＡＣ基準により約１５ｍｇ／Ｎｍ3（１．４〜３ＭＷ施設）のレベルに制限されている。ＮＯｘについて５ｍｇ／Ｎｍ3とＶＯＣ及びＣＯ排出物について２０ｍｇ／Ｎｍ3のより低い値を有するには、より大きな施設が必要である。しかしこの基準は州毎に異なる。これらの値は熱燃焼のみでは達成できない。これらの限界値は、触媒燃焼を用いて、又は燃焼排ガスの以後の処理の無い触媒燃焼と熱燃焼の新しい組合せを用いることにより達成することができる。
【発明の概要】
【０００７】
現在、発明されているものは、炭化水素又は他の燃焼性ガス及び液体を燃焼させるための方法及び装置であり、これにより特に有効な方法で燃焼を行うことができる。本発明はまた、このような装置の製造方法及び使用に関する。
【０００８】
本発明の方法及び装置は、独立請求項で示される。さらに、本発明のいくつかの好適な態様は従属請求項で示される。
【０００９】
本発明の装置ＡＰＰは、液体及び／又はガス状燃料及び空気用の少なくとも１つの入口と、前記装置において生成したガスを除去するための少なくとも１つのガス用出口と、燃料及び空気の量を調整するための少なくとも１つの測定及び調整ユニットとを備えるか又は含むように構成されており、ガスの部分的な燃焼のための少なくとも１つの予燃焼ゾーンをさらに備え、かつ予燃焼で生成したガスを燃焼させるための、予燃焼で生成したＮＯｘを還元するための、及び／又は炭化水素及び一酸化炭素排出物を酸化するための、少なくとも１つの後燃焼ゾーンを含む。
【００１０】
本発明の１つの目的において、予燃焼ゾーン及び／又は後燃焼ゾーンの少なくとも１つは触媒ゾーンである。
【００１１】
本発明の１つの目的において、装置ＡＰＰは、少なくとも１つの触媒ゾーンを備える。本発明の１つの目的において、この装置ＡＰＰは、少なくとも１つの加熱ゾーンを備える。本発明の１つの目的において、この装置ＡＰＰは、少なくとも１つの触媒予燃焼ゾーンと少なくとも１つの熱後燃焼ゾーンとを備える。本発明の１つの目的において、この装置ＡＰＰは、少なくとも１つの触媒予燃焼ゾーンと少なくとも１つの触媒後燃焼ゾーンとを備える。本発明の１つの目的において、この装置ＡＰＰは、少なくとも１つの熱予燃焼ゾーンと少なくとも１つの触媒後燃焼ゾーンとを備える。これらは、本発明のいくつかの態様において有用であり、燃焼性能を改善するのに寄与する。本発明の１つの目的において、この装置ＡＰＰは、予燃焼及び／又は後燃焼で生成される熱の移動のための少なくとも１つの熱交換器ＨＥを備える。これは、経済性標的利点と技術的利点の両方を与える。
【００１２】
本発明の方法は、
供給された燃料が部分的にのみ燃焼されるように少なくとも１つの予燃焼ゾーンにおいて燃料を部分的に予燃焼する工程、
予燃焼で生成したガスを少なくとも１つの後燃焼ゾーンにおいて後燃焼して、予燃焼で生成したガスを燃焼させるか、予燃焼で生成したＮＯｘを還元するか、及び／又は炭化水素及び一酸化炭素排出物を酸化する工程
を少なくともそれぞれ含む。
【００１３】
この装置と方法は、１つ以上の構成で実施することができる。すなわちこの装置は、その構成要素を単一のアセンブリー中に配置されて有するか、又は装置の１つ以上の他の介在構成要素により互いに分離されて有する。それぞれについて、操作は１回のシーケンスで、又は１つ以上の他の介在操作により、少なくとも部分的に互いに分離されて実施することができる。これらは、より大きな存在に統合することができる。
【００１４】
この装置と方法は、例えば、天然のガス、バイオガス、バイオエタノール、プロパン、メタノール、エタノール、テレピン、ブタン、ペンタン、一酸化炭素、水素、軽質燃料油、油−水エマルジョン、及び／又はこれらの任意の混合物の燃焼に使用することができる。
【００１５】
本発明の１つの目的において、測定及び調整ユニットＣは、燃焼排ガスの酸化／還元電位を測定するための少なくとも１つのλ（ラムダ）センサーを備えるか又は含むように構成される。装置ＡＰＰへの燃料ＦＵＥ及び空気ＡＩＲの流入は０．５〜１．５のλ範囲内で行われるようにすることができる。
【００１６】
本発明の１つの目的において、燃焼温度は４００〜８００℃の範囲内である。すなわち、好ましくは実質的なＮＯｘ排出物が存在しないであろう。
【００１７】
ガスのＣＯ含量が多い場合、触媒ゾーンは、温度が低く、２００℃又はそれ以下になるように選択することができる。これは、触媒の寿命を顕著に付加する。従って適切な温度は、通常より例えば１００℃又はそれ以上高くてもよい。従って、前処理ガス中に高含量のＣＯを有し、次にこれを触媒ゾーンで燃焼させることも有利である。
【００１８】
本発明の１つの目的において、ＮＯｘ排出物の監視はＮＯｘセンサーを使用して実施されるが、これは、好ましくは空燃比を制御するのにも有用である。
【００１９】
本発明の１つの目的において、ＣＯ排出物の監視はＣＯセンサーを使用して実施されるが、これは、好ましくは空燃比を制御するのにも有用である。
【００２０】
本発明の１つの目的の装置は、ガスの触媒燃焼のための、熱燃焼で生成されるＮＯｘの還元のための、及び炭化水素と一酸化炭素排出物の酸化のための、液体もしくはガス燃料入口を有する熱バーナーと少なくとも１つの触媒コンバーターの１つを含む。燃焼性ガスの燃焼過程での還元は、ストイキの空燃比を必要とするため、装置は、燃焼排ガスの酸化／還元電位の測定を実施するための少なくとも１つのλセンサーと、空燃比調整システムとを備える。ＮＯｘ排出物の監視は、ＮＯｘセンサーを用いて行うことができ、これもまた、空燃比を制御するために使用することができる。
【００２１】
本発明の１つの目的において、予燃焼ゾーン及び／又は後燃焼ゾーンの少なくとも１つは触媒ゾーンであり、これは、燃料の部分的燃焼のみのためと燃焼の温度を調整するための、活性化部分と非活性化部分とを有する。
【００２２】
予燃焼プロセスの熱燃焼は、１つ以上の触媒コンバーターにより置換することができ、この第１及びおそらく第２の触媒コンバーターは、部分的にのみ触媒的に被覆される。本発明の１つの目的において、触媒コンバーターのハニカムは、活性化チャネルと非活性化チャネルとを並んで備えている。この場合、反応は「コールド」の未反応ガスを有する活性化チャネル中で起き、隣接チャネルに進む。触媒コンバーター中の反応は、熱燃焼よりはるかに急速に起きるため、これは、活性化チャネルで発生する高温の冷却を可能にする。従って熱の産生は、好ましくはいくつかの段階に分配することができる。このような部分的に被覆された触媒コンバーターは、好ましくは薄片の片側のみを被覆することにより、又は未被覆薄片を１つおきの薄片として機能するように置くことにより、金属薄片から構築することができる。部分的燃焼はまた、ハニカムの中央により大きな開口部を残すことにより、又は外周にギャップを残すことにより、行うことができる。これらの代替法は、種々の組合せで有望である。
【００２３】
触媒燃焼は、リーン混合物で行うことができ、これが、本発明のボイラーが、ＶＯＣ排出物を含む数種類の燃料を同時に燃焼させることができる理由である。バーナーのための空気と燃料の供給は、触媒コンバーターの後の温度により制御することができる。
【００２４】
上記種類のバーナーの１つの形態は、このようなバーナーがボイラーの一部として構築できることであり、これは好ましくは、触媒コンバーターが一定の間隔でパイプ内で、パイプの外を流れる水又は他の液体で処理されることを可能にするように、管状熱交換器である。この考え方は、熱の産生がいくつかの段階に分配されることである。従って、ガスは、次の触媒コンバーターの前に熱が液体に移動して冷却する時間がある。こうして触媒コンバーターは過熱が避けられ、ガスが長い距離にわたって熱いまま維持される。触媒コンバーターのチャネルは、熱燃焼の可能性を排除するのに充分に小さい。燃焼は、触媒表面で炎無しで強い酸化反応の形で起きる。触媒コンバーターから現れると、ガスは直ちに発火して熱的に燃焼する。
【００２５】
本発明の１つの目的において、装置は、煙管ボイラー中の１つ又は複数の炎管中に少なくとも１つの熱前処理ゾーンと、煙管ボイラー中の１つ又は複数の煙管中に設置された後処理としての少なくとも１つの触媒燃焼ゾーンとを含む。煙管ボイラーは、例えば１元、２元、３元、又は４元ボイラーでもよい。これらの態様は、予燃焼と後燃焼の両方の燃焼を制御するための非常に効率的な方法を与えるため、基本的利点を与える。また現在は、後燃焼触媒ゾーンの場所を非常に有利に最適化することもできる。触媒ゾーンは、温度やボイラーの負荷が変化しても触媒燃焼の条件が最適であるように、個別に固定することができる。場所は、例えばＣＦＤ（Computational Fluid Dynamics；数値流体力学）により測定することにより、固定することができる。用語「煙管ボイラー」は、本出願においては、円胴ボイラー及び水管ボイラーとして理解すべきである。用語「炎管」は、本出願においてはまた、例えば炉、燃焼チャンバー、炎管、初回通過管、火室として理解すべきである。用語「煙管」は、本出願においては、２回目通過管、対流部分管として理解すべきである。
【００２６】
炎管中の温度は通常１０００℃を超え、煙管中では１０００〜３００℃である。触媒ゾーン（例えば、三元触媒）は通常、例えば２方向管に固定され、触媒燃焼の条件は温度やボイラーの負荷が変化しても最適である。場所は、例えばＣＦＤ（Computational Fluid Dynamics；数値流体力学）により測定することにより、固定することができる。炎管中の温度が１０００〜１７５０℃であり煙管中の温度が１０００〜３００℃である２元ボイラーの例では、触媒ゾーン中の現在の温度が約３６０〜８６０℃になるように、三元触媒が配置された。
【００２７】
このバーナーとボイラーとの組合せは、通常のパイプ熱交換器から構築することができる。熱移動は、ガス中に渦を誘導することにより増強することができる。この熱移動解決策は、ピーク温度が低くても、より有効な熱移動を達成するのに有効である。一例を参照されたい。同様に、ボイラーとバーナーは、サイズが小さくコストが低くなる。特赦な材料を必要とせず、熱交換器のような標準的解決策を適用することができる。
【００２８】
例：三元触媒コンバーターでは、以下の主要な反応が同時に起きる：
ＨＣ  ＋  Ｏ２  →  Ｈ２Ｏ  ＋  ＣＯ２
ＣＯ  ＋  Ｏ２  →  ＣＯ２
ＨＣ  ＋  ＮＯｘ  →  Ｈ２Ｏ  ＋  ＣＯ２  ＋  Ｎ２
ＣＯ  ＋  ＮＯｘ  →  ＣＯ２  ＋  Ｎ２
【００２９】
触媒コンバーター中の温度は、異常に高レベル（１５００℃を超える）まで上昇することがある。従って触媒コンバーターは、耐熱性の高い鋼グレード、例えば1.4767、1.4828、Nicrofer 6025 HTなど、又はセラミックハニカムセルで構築されなければならない。触媒コンバーターは、何らかの白金族金属及び多孔性コーティングを用いて被覆されることが好ましい。特にEcocat Oyは、異常に高い温度に耐える触媒コンバーターを開発しており、これは本目的に適用可能である。好適な燃焼結果の観点から好適な解決策は、混合性金属−コア触媒コンバーターである。
【００３０】
通常の熱燃焼では、５０ｍｇ／Ｎｍ3のＮＯｘレベルに到達することは困難である。ＮＯｘ排出物を最小にする試みは、不完全な燃焼により炭化水素と一酸化炭素排出物の上昇という危険を招く。本発明の利点は、燃焼プロセスが全体として非常に短く、燃焼のために大きなプレチャンバーの必要無いことである。窒素酸化物の発生は、温度が上昇すると指数的に上昇し、燃焼時間の関数として直接比例する。酸素量の増加は、その含量の平方根に比例してＮＯｘの生成を低下させる。
【００３１】
バーナーは、維持要求性が低く、貴金属の触媒コンバーターは耐用年数が長い。バーナーは、維持のために分解することが容易な、数個の構成要素からなる。
【００３２】
温室は、この技術の優れた標的であろう。プロパンを燃焼させるプロセスにおいて、燃料の消費に対して二酸化炭素の発生量は３倍であり、天然ガスを燃焼させるプロセスにおいては２倍である。これは、ＣＯ２の肥料としての需要の観点からは、ほとんど最適量である。現在、施肥は主に液化二酸化炭素を用いて行われており、この二酸化炭素は主に発酵法により製造され、次に精製され、冷却して液体化される。これは、現在の環境規制とは全く矛盾している。もう１つの問題は、保存中のＣＯ２の加熱と蒸発である。
【００３３】
触媒性のUltra LowNox、NoVoc、及びNoCoバーナーは、サイズが小さくコストが魅力的である。これは、後燃焼排ガス処理無しで、最も厳しい排出基準でさえ達成されることを可能にする。最終的な排出パーセント部分の排除は、いつも最も費用のかかる段階である。
【００３４】
有用な燃料は、ほとんどすべてのガス燃料及びいくつかの液体燃料、例えば、天然ガス、バイオガス、バイオエタノール、プロパン、軽質燃料油、油／水エマルジョンなどを含む。最も実用的なのは、低イオウ燃料及びハロゲンを含まないガスである。後者でも使用可能であるが、必ず異なる触媒コンバーターとボイラー材料が必要である。イオウ化合物の燃焼は、硫酸の生成を招き、及び塩素化炭化水素の燃焼は塩酸を生成させる。
【００３５】
熱燃焼で必ず生成される窒素酸化物の除去は困難であり、ボイラーの下流では費用がかかる。最も一般的に必要なものは、ＳＣＲ又はＳＮＣＲ（Selective Catalytic Reduction 又は Selective Non Catalytic Reduction；選択的触媒還元又は選択的非触媒還元）触媒コンバーターと、その選択的還元剤であるアンモニウム又は尿素である。高い購入価格以外に、還元剤（アンモニウム又は尿素）の永続的な購入費用がかかり、触媒NoNoxバーナーの低ＮＯｘレベルは必ずしもいつも達成できるわけではない。熱燃焼及びＶＯＣ及びＣＯ排出物の酸化で生成されるＮＯｘの還元は、２５０℃より高い温度を必要とする。
【００３６】
熱バーナーと触媒バーナーとの組合せは、排出ガスの後処理をすることなく、現在の及び厳しくなる将来のＮＯｘ、ＶＯＣ、及びＣＯ排出物基準を満たす。触媒バーナーは、エネルギー生産においてＮＯｘ、ＨＣ、及びＣＯ排出物の除去のための参照技術のいずれよりも費用のかからない解決策である。
【００３７】
触媒バーナーは、このような低レベルＮＯｘとエチレン排出物を達成することができ、これらは、ＣＯ２肥料のための温室への燃焼排ガスの直接的送達、及び温室暖房のための燃焼生成エネルギーの使用を可能にする。温室のＮＯｘとエチレン排出物基準は、ヒトの仕事場の空気の品質基準より約１００倍厳しい。
【００３８】
触媒バーナーは、エネルギー生産においてＮＯｘ、ＨＣ、及びＣＯ排出物の除去のための参照技術のいずれよりも費用のかからない解決策である。
【００３９】
触媒バーナーは、物質移動を増強し、酸化（触媒コンバーターの微孔中の燃焼ガス分子の拡散）を強化し、同時に排出物の量を低下させる、混合ハニカム又は何らかの他の構造体を備えることが好ましい。
【００４０】
本発明のいくつかの態様は、図１〜３にさらに記載される。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】２つの触媒前処理ゾーンと、後処理として熱燃焼を含む装置を示す。
【図２】２つの触媒前処理ゾーンと、後処理として触媒燃焼を含む装置を示す。
【図３】１つの熱前処理ゾーンと、後処理として２つの触媒燃焼を含む装置を示す。
【図４】炎管中の１つの熱前処理ゾーンと２元煙管ボイラー中の煙管に設置された後処理として触媒燃焼を含む装置を示す。
【図５】炎管中の１つの熱前処理ゾーンと３元煙管ボイラー中の煙管に設置された後処理として触媒燃焼とを含む装置を示す。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
図１〜３の装置は、液体又はガス状燃料ＦＵＥ及び空気ＡＩＲ用の１つの入口と、装置ＡＰＰにおいて生成したガスＥＸＨＧを除去するための１つのガス用出口と、燃料ＦＵＥ及び空気ＡＩＲの量を調整するための少なくとも１つの測定及び調整ユニットＣとを備えている。さらに、図１〜３には、任意の追加のミキサーＭＩＸが記載されている。この装置は、以下の操作、すなわち、
供給された燃料が部分的にのみ燃焼されるように少なくとも１つの予燃焼ゾーンＣｚ１１、Ｃｚ１２、Ｔｚ１において燃料ＦＵＥの部分的に予燃焼する操作、
予燃焼で生成したガスＧＡＳ１を少なくとも１つの後燃焼ゾーンＴｚ２、Ｃｚ２１、Ｃｚ２２において後燃焼して、予燃焼で生成したガスを燃焼させるか、予燃焼で生成したＮＯｘを還元するか、及び／又は炭化水素及び一酸化炭素排出物を酸化する操作
を含み、予燃焼及び／又は後燃焼は、少なくとも１つの触媒ゾーンＣｚ１１、Ｃｚ１２、Ｃｚ２１、Ｃｚ２２において実施され、当該少なくとも１つの触媒ゾーンは、燃料の部分的な燃焼及び燃焼温度の調整のための活性化チャネル及び非活性化ゾーンを含む。図１〜３の装置ＡＰＰは、予燃焼及び／又は後燃焼で生成した熱の移動のための熱交換器ＨＥを備えている。
【００４３】
図１と３では、予燃焼又は後燃焼は、１つの加熱ゾーンＴｚ１、Ｔｚ２で行われる。図１では、予燃焼は２つの触媒予燃焼ゾーンＣｚ１１、Ｃｚ１２で行われ、後燃焼は１つの熱後燃焼ゾーンＴｚ２で行われる。図２では、予燃焼は２つの触媒予燃焼ゾーンＣｚ１１、Ｃｚ１２で行われ、後燃焼は１つの触媒後燃焼ゾーンＣｚ２１で行われる。図３では、予燃焼は１つの熱予燃焼ゾーンＴｚ１で行われ、後燃焼は２つの触媒後燃焼ゾーンＣｚ２１、Ｃｚ２２で行われる。
【００４４】
図４と５では、供給された燃料が部分的にのみ燃焼されるように、予燃焼又は後燃焼は、炎管ＦＬＵ中の１つの加熱ゾーンＴｚ１中で行われる。後燃焼は、予燃焼で生成したガスを燃焼させるために、予燃焼で生成したＮＯｘの還元のために、及び／又は炭化水素及び一酸化炭素の酸化のために、煙管ＦＴＵ中の触媒ゾーンＣｚ２１、Ｃｚ２２中で行われる。図４と５の装置ＡＰＰは、液体又はガス状燃料ＦＵＥ用及び空気ＡＩＲ用の１つの入口と、装置ＡＰＰ中で生成されたガスＥＸＨＧを除去するための１つの出口と、燃料ＦＵＥと空気ＡＩＲの量を調整するための、少なくとも１つの測定及び調整ユニットＣとを備える。図４と５の装置ＡＰＰは、予燃焼及び後燃焼で生成された熱の移動のための熱交換器ＨＥを備える。
【図１】
2014190692.tif 000003
【図２】
2014190692.tif 000004
【図３】
2014190692.tif 000005
【図４】
2014190692.tif 000006
【図５】
2014190692.tif 000007
【外国語明細書】
2014190692000001.pdf