(57)【要約】  多量の選択的非触媒還元法（ＳＮＣＲ）還元剤をキルンに導入する工程を備える鉱物処理キルンの操作方法である。該ＳＮＣＲ還元剤は、固体、液体または気体でもよい。さらに、ＳＮＣＲの実施用に改良された鉱物処理キルンも開示されている。
2009522538.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
傾斜型の回転容器を有する鉱物処理キルンを作動させる方法であって、
鉱物を傾斜型の回転容器の上端から傾斜型の回転容器の下端に進めるために回転容器を回転させる工程と、
高圧空気流を回転容器の上端と回転容器の下端との間の位置で回転容器の壁の開口を通して導入する工程と、
回転容器の回転中に、回転容器から遠隔な位置にある供給源からＳＮＣＲ還元剤を進める工程と、
ＳＮＣＲ還元剤を高圧空気流に導入する工程と
を備える方法。
【請求項２】
前記高圧空気流を導入する工程が、鉱物処理キルンにおいて燃焼する空気の質量消費量の約１％から約１５％の質量流量を導入することを含んでいる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記鉱物処理キルンが、容器の壁の前記開口を通って前記回転容器内に延びる空気ノズルをさらに有し、
前記高圧空気流を導入する工程が、前記空気ノズルを通して高圧空気を導入することを含んでいる、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記空気ノズルがそこに連結された空気加圧装置を有し、
前記高圧空気流を導入する工程が、前記空気ノズルを通して前記空気加圧装置から高圧空気を導入することを含んでいる、請求項３に記載の方法。 
【請求項５】
前記鉱物処理キルンが、さらに（ｉ）容器の壁の前記開口を通って前記回転容器内に延びる空気ノズルと、（ｉｉ）前記空気ノズルに連結された出力口を有する空気加圧装置と、（ｉｉｉ）前記空気加圧装置の取入口に連結されたプレナムとを有し、
前記高圧空気流を導入する工程が、前記プレナムから空気を引き込むことと、前記空気加圧装置によってノズルを通して高圧空気を導入することを含み、
前記ＳＮＣＲ還元剤を導入する工程が、（ｉ）前記ＳＮＣＲ還元剤を前記プレナムに導入することと、（ｉｉ）前記空気加圧装置によって前記ＳＮＣＲ還元剤を前記プレナムから取り出すことを含んでいる、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記ＳＮＣＲ還元剤を導入する工程が、ガス状のＳＮＣＲ還元剤を前記プレナムに導入することを含んでいる、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記ＳＮＣＲ還元剤を導入する工程が、液状のＳＮＣＲ還元剤を前記プレナムに導入することを含んでいる、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
前記ＳＮＣＲ還元剤を導入する工程が、
液状のＳＮＣＲ還元剤をプレナム内で熱分解し、
前記熱分解されたＳＮＣＲ還元剤を前記プレナムから取り出し、前記空気加圧装置によって前記ノズルを通して前記熱分解されたＳＮＣＲ還元剤を導入することをさらに含んでいる、請求項７に記載の方法。 
【請求項９】
前記ＳＮＣＲ還元剤を導入する工程が、固体のＳＮＣＲ還元剤を前記プレナムに導入することを含んでいる、請求項５に記載の方法。
【請求項１０】
前記ＳＮＣＲ還元剤を導入する工程が、
固体のＳＮＣＲ還元剤をプレナム内で熱分解し、
前記熱分解されたＳＮＣＲ還元剤を前記プレナムから取り出し、前記空気加圧装置によって前記ノズルを通して前記熱分解されたＳＮＣＲ還元剤を導入することをさらに含んでいる、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記回転工程が、前記回転容器を前記プレナムに対して回転させることを含んでいる、請求項５に記載の方法。
【請求項１２】
前記回転工程が、前記回転容器および前記プレナムを回転させることを含んでいる、請求項５に記載の方法。
【請求項１３】
前記鉱物処理キルンが、（ｉ）容器の壁の前記開口を通って前記回転容器内に延びる空気ノズルと、（ｉｉ）（ａ）取入口および（ｂ）前記空気ノズルに流体結合された出力口を有する空気加圧装置とをさらに有し、
前記高圧空気流を導入する工程が、前記空気加圧装置の前記取入口から空気を取り出し、前記空気加圧装置によって高圧空気を前記空気ノズルを通して導入することを含み、
前記ＳＮＣＲ還元剤を前記高圧空気流に導入する工程が、前記空気加圧装置の出力口と前記空気ノズルの間の位置で前記ＳＮＣＲ還元剤を前記高圧空気流に導入することを含んでいる、請求項１に記載の方法。 
【請求項１４】
前記鉱物処理キルンが、（ｉ）容器の壁の前記開口を通って前記回転容器内に延びる空気ノズルと、（ｉｉ）（ａ）取入口および（ｂ）前記空気ノズルに流体結合された出力口を有する空気加圧装置とをさらに有し、
前記高圧空気流を導入する工程が、前記空気加圧装置の前記取入口から空気を取り出し、前記空気加圧装置によって高圧空気を前記空気ノズルを通して導入することを含み、
前記ＳＮＣＲ還元剤を前記高圧空気流に導入する工程が、前記ＳＮＣＲ還元剤を前記空気加圧装置の前記取入口の上流に導入することを含んでおり、それによって前記ＳＮＣＲ還元剤が前記空気加圧装置の取入口に取り込まれる、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
上端および下端を有する傾斜型の回転容器と、
前記傾斜型の回転容器の下端に隣接して位置付けられたバーナーと、
前記回転容器の上端と前記回転容器の下端の間の位置で、高圧空気流を導入することができる空気ノズルと、
前記空気ノズルに流体結合された排気口を有するプレナムと、
前記プレナム内にＳＮＣＲ還元剤を導入するために前記プレナムに結合されたＳＮＣＲ還元剤の供給源と
を備える、鉱物処理キルン。
【請求項１６】
前記プレナムに流体結合された取入口と前記空気ノズルに流体結合された排気口とを有する空気加圧装置をさらに備える請求項１５に記載の鉱物処理キルンであって、
前記プレナムは前記ＳＮＣＲ還元剤の供給源に結合された注入口を有し、
前記空気加圧装置は、空気および前記ＳＮＣＲ還元剤を前記プレナムから取り出し、当該空気およびＳＮＣＲ還元剤を前記空気ノズルを通して前記回転容器に導入することができる、鉱物処理キルン。
【請求項１７】
前記プレナムの前記注入口が、前記プレナムの表面に画定された放射状のスロットを備える、請求項１６に記載の鉱物処理キルン。
【請求項１８】
前記プレナムの前記注入口がガス吸気口を備える、請求項１６に記載の鉱物処理キルン。
【請求項１９】
上端および下端を有する傾斜型の回転容器と、
前記傾斜型の回転容器の下端に隣接して位置付けられたバーナーと、
前記回転容器の上端と前記回転容器の下端の間の位置で、高圧空気流を導入することができる空気ノズルと、
前記傾斜型の回転容器から遠隔の位置にあるＳＮＣＲ還元剤の供給源と、
前記ＳＮＣＲ還元剤を前記供給源から高圧空気流に導入する手段と
を備える、鉱物処理キルン。
【請求項２０】
傾斜型の回転容器および前記回転容器に連結された静止部を有する予備加熱処理／予備焼成処理用のキルンを作動させる方法であって、キルンガス流が前記傾斜型の回転容器から前記静止部を通る方向に流動し、
鉱物を前記静止部から前記傾斜型の回転容器の上端に進める工程と、
鉱物を前記傾斜型の回転容器の上端から前記傾斜型の回転容器の下端に進める工程と、
前記傾斜型の回転容器の下端を通して、多量の燃焼空気および可燃燃料を導入する工程と、
前記キルンガス流に運動量を付与する高圧空気流を前記静止部に導入する工程と、
無水アンモニアを前記高圧空気流に導入する工程と
を備える、方法。
【請求項２１】
前記高圧空気流を導入する工程が、高圧非加熱空気流を導入することを含んでいる、請求項２１に記載の方法。
【請求項２２】
前記高圧空気流を前記静止部に導入する工程が、前記静止部に入る気体および複数の固体の総質量流量の約１％から約５％の質量流量で前記高圧空気流を導入することを含んでいる、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記高圧空気流を前記静止部に導入する工程が、高圧空気を約２ｐｓｉから約１００ｐｓｉの圧力で導入することを含んでいる、請求項２１に記載の方法。 
【請求項２４】
傾斜型の回転容器および前記回転容器に連結された静止部を有する予備加熱処理／予備焼成処理用のキルンを作動させる方法であって、キルンガス流が前記傾斜型の回転容器から前記静止部を通る方向に流動し、
鉱物を前記静止部から前記傾斜型の回転容器の上端に進める工程と、
鉱物を前記傾斜型の回転容器の上端から前記傾斜型の回転容器の下端に進める工程と、
前記傾斜型の回転容器の下端を通して、多量の燃焼空気および可燃燃料を導入する工程と、
前記静止部に入る気体および複数の固体の１ｋｇ当たり２ｋｇ・ｍ／秒から２０ｋｇ・ｍ／秒の間の比率で前記キルンガス流に運動量を付与する高圧空気流を前記静止部に導入する工程と、
ＳＮＣＲ還元剤を前記高圧空気流に導入する工程と
を備える、方法。
【請求項２５】
前記高圧空気流を導入する工程が、高圧非加熱空気流を導入することを含んでいる、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記高圧空気流を前記静止部に導入する工程が、前記静止部に入る気体および複数の固体の総質量流量の約１％から約５％の質量流量で前記高圧空気流を導入することを含んでいる、請求項２４に記載の方法。
【請求項２７】
前記高圧空気流を前記静止部に導入する工程が、高圧空気流を約２ｐｓｉから約１００ｐｓｉの圧力で導入することを含んでいる、請求項２４に記載の方法。 
【請求項２８】
前記ＳＮＣＲ還元剤を導入する工程が、液状のＳＮＣＲ還元剤を導入することを含んでいる、請求項２４に記載の方法。
【請求項２９】
前記ＳＮＣＲ還元剤を導入する工程が、ガス状のＳＮＣＲ還元剤を導入することを含んでいる、請求項２４に記載の方法。
【請求項３０】
傾斜型の回転容器および前記回転容器に連結された静止部を有するキルンを作動させる方法であって、キルンガス流が前記傾斜型の回転容器から前記静止部を通る方向に流動し、
鉱物を前記静止部から前記傾斜型の回転容器の上端に進める工程と、
鉱物を前記傾斜型の回転容器の上端から前記傾斜型の回転容器の下端に進める工程と、
前記傾斜型の回転容器の下端を通して燃焼空気および可燃燃料を導入する工程と、
前記静止部を通って流動するキルンガス流に運動量を付与するよう、前記静止部に入る気体および複数の固体の総質量流量の約１％から約５％の質量流量で高圧空気流を前記静止部に導入する工程と、
ＳＮＣＲ還元剤を前記高圧空気流に導入する工程と
を備える、方法。
【請求項３１】
前記高圧空気流を導入する工程が、高圧非加熱空気流を導入することを含んでいる、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記高圧空気流を前記静止部に導入する工程が、前記高圧空気流を約２ｐｓｉから約１００ｐｓｉの圧力で導入することを含んでいる、請求項３０に記載の方法。
【請求項３３】
前記ＳＮＣＲ還元剤を導入する工程が、液状のＳＮＣＲ還元剤を導入することを含んでいる、請求項３０に記載の方法。
【請求項３４】
前記ＳＮＣＲ還元剤を導入する工程が、ガス状のＳＮＣＲ還元剤を導入することを含んでいる、請求項３０に記載の方法。
【請求項３５】
下端および上端を有する傾斜型の回転容器と、
前記回転容器の上端に近接して位置付けられた予備加熱装置／予備焼成装置と、
鉱物が前記傾斜型の回転容器に進む前に静止容器を通過するように、鉱物を前記回転容器の上端に進めることができる供給アセンブリと、
を備える鉱物処理キルンであって、
前記予備加熱装置／予備焼成装置は、（ｉ）静止容器と、（ｉｉ）高圧空気流を約２ｐｓｉから約１００ｐｓｉの圧力で前記静止容器に導入できる注入器と、（ｉｉｉ）多量のＳＮＣＲ還元剤を前記高圧空気流に導入するよう位置付けられた排気口を有するＳＮＣＲ還元剤の供給源とを含んでいる、鉱物処理キルン。
【請求項３６】
前記注入器が、前記静止容器に対して垂直方向に前記高圧空気流を導入するよう位置付けられている、請求項３５に記載の鉱物処理キルン。 
【請求項３７】
前記静止容器が三次空気吸気口を有し、前記注入器が前記静止容器の前記三次空気吸気口より上方の位置で前記高圧空気流を導入するよう位置付けられている、請求項３５に記載の鉱物処理キルン。
【請求項３８】
前記注入器が、前記静止容器の前記供給アセンブリより下方の位置で前記高圧空気流を導入するよう位置付けられている、請求項３５に記載の鉱物処理キルン。
【請求項３９】
前記注入器が、前記静止容器の前記供給アセンブリより上方の位置で前記高圧空気流を導入するよう位置付けられている、請求項３５に記載の鉱物処理キルン。
【請求項４０】
前記注入器が前記供給アセンブリ内に位置付けられている、請求項３５に記載の鉱物処理キルン。
【請求項４１】
前記静止容器が燃料注入口を有し、前記注入器が前記静止容器の前記燃料注入口の上方の位置で前記高圧空気流を導入するよう位置付けられている、請求項３５に記載の鉱物処理キルン。
【請求項４２】
前記ＳＮＣＲ還元剤の供給源が、ガス状ＳＮＣＲ還元剤の供給源を備えている、請求項３５に記載の鉱物処理キルン。
【請求項４３】
前記ガス状ＳＮＣＲ還元剤が無水アンモニアから成る、請求項４２に記載の鉱物処理キルン。 
【請求項４４】
前記ＳＮＣＲ還元剤の供給源が、液状のＳＮＣＲ還元剤の供給源を備えている、請求項３５に記載の鉱物処理キルン。
【請求項４５】
傾斜型の回転容器を有する鉱物処理キルンを作動させる方法であって、
前記傾斜型の回転容器の上端から前記傾斜型の回転容器の下端に鉱物を進めるために前記回転容器を回転させる工程と、
高圧空気流を前記回転容器の上端と前記回転容器の下端との間の位置で回転容器の壁の開口を通して導入する工程と、
ガス状のＳＮＣＲ還元剤を前記高圧空気流に導入する工程と
を備える、方法。
【請求項４６】
前記高圧空気流を導入する方法が、鉱物処理キルンによって燃焼空気の質量消費量の約１％から約１５％の質量流量を導入することを含んでいる、請求項４５に記載の方法。
【請求項４７】
前記鉱物処理キルンが容器の壁の前記開口を通って前記回転容器内に延びる空気ノズルをさらに有し、
前記高圧空気流を導入する工程が、前記空気ノズルを通して高圧空気を導入することを含んでいる、請求項４５に記載の方法。
【請求項４８】
前記空気ノズルがそこに連結された空気加圧装置を有し、
前記高圧空気流を導入する工程が、前記空気ノズルを通して空気加圧装置から高圧空気を導入することを含んでいる、請求項４７に記載の方法。
【請求項４９】
前記ガス状のＳＮＣＲ還元剤を導入する工程が、
液状のＳＮＣＲ還元剤をプレナム内で熱分解し、
前記熱分解されたＳＮＣＲ還元剤をプレナムから取り出し、前記熱分解されたＳＮＣＲ還元剤を前記高圧空気流に導入することをさらに含んでいる、請求項４５に記載の方法。
【請求項５０】
前記ガス状のＳＮＣＲ還元剤を導入する工程が、
固体のＳＮＣＲ還元剤をプレナム内に熱分解し、
前記熱分解されたＳＮＣＲ還元剤をプレナムから取り出し、前記熱分解されたＳＮＣＲ還元剤を前記高圧空気流に導入することをさらに含んでいる、請求項４５に記載の方法。
【請求項５１】
前記鉱物処理キルンが、（ｉ）容器の壁の前記開口を通って前記回転容器内に延びる空気ノズルと、（ｉｉ）（ａ）取入口および（ｂ）前記空気ノズルに結合された出力口とを有する空気加圧装置とをさらに有し、
前記高圧空気流を導入する工程が、前記空気加圧装置の前記取入口から空気を取り出し、前記空気加圧装置によって高圧空気を前記空気ノズルを通して導入することを含み、
前記ガス状のＳＮＣＲ還元剤を前記高圧空気流に導入する工程が、前記空気加圧装置の出力口と前記空気ノズルの間の位置で前記ガス状ＳＮＣＲ還元剤を前記高圧空気流に導入することを含んでいる、請求項４５に記載の方法。 
【請求項５２】
前記鉱物処理キルンが、（ｉ）容器の壁の前記開口を通って前記回転容器内に延びる空気ノズルと、（ｉｉ）（ａ）取入口および（ｂ）前記空気ノズルに結合された出力口とを有する空気加圧装置とをさらに有し、
前記高圧空気流を導入する工程が、前記空気加圧装置の前記取入口から空気を取り出し、前記空気加圧装置によって高圧空気を前記空気ノズルを通して導入することを含み、
前記ガス状のＳＮＣＲ還元剤を前記高圧空気流に導入する工程が、前記ガス状のＳＮＣＲ還元剤が前記空気加圧装置の取入口に取り込まれるように、前記ガス状のＳＮＣＲ還元剤を前記空気加圧装置の取入口の上流で導入すること含んでいる、請求項４５に記載の方法。
【請求項５３】
上端および下端を有する傾斜型の回転容器と、
前記傾斜型の回転容器の下端に隣接して位置付けられたバーナーと、
前記回転容器の上端と前記回転容器の下端の間の位置で高圧空気流を導入することができる空気ノズルと、
鉱物処理キルンの作動中に前記空気ノズルと流体連通し、前記傾斜型の回転容器から遠隔な位置にあるＳＮＣＲ還元剤の供給源と
を備えている、鉱物処理キルン。 
【請求項５４】
前記空気ノズルと流体連通している排気口を有する空気加圧装置と、
前記ＳＮＣＲ還元剤の供給源と流体連通している固定供給パイプと、
前記空気ノズルと流体連通している回転供給パイプと、
前記固定パイプと前回転パイプを結合させる回転連結器と
をさらに備えている、請求項５３に記載の鉱物処理キルン。
【請求項５５】
（ｉ）前記空気ノズルに連結された排気口と、（ｉｉ）前記ＳＮＣＲ還元剤の供給源に連結された注入口とを有するプレナムをさらに備える請求項５３に記載の鉱物処理キルンであって、前記空気加圧装置は、前記プレナムから空気および前記ＳＮＣＲ還元剤を取り出し、当該空気およびＳＮＣＲ還元剤を前記空気ノズルを通して前記回転容器に導入することができる、鉱物処理キルン。
【請求項５６】
前記ＳＮＣＲ還元剤の供給源が液状のＳＮＣＲ還元剤の供給源を備えている、請求項５３に記載の鉱物処理キルン。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、鉱物処理キルンに関し、具体的には、熱処理の間に処理されている鉱物がその内部においてガスを放出するキルンに関する。
【背景技術】
【０００２】
セメントを製造するのに広範に利用されている商業的プロセスでは、セメントの原材料を乾燥させ、か焼処理し、焼成処理するというそれぞれの工程は、各種の石灰質鉱物、シリカ、アルミナなどの細分割された原材料に、加熱した傾斜型の回転容器またはキルンを通過させることにより達成される。従来型の長形乾式処理用または長形湿式処理用のキルンとして公知であるものの中でも、全鉱物加熱処理は、通常は「回転容器」と称される加熱した回転するキルンシリンダ内で行われる。回転容器は、通例は、直径が１０フィート（約３．１ｍ）ないし２５フィート（約７．６ｍ）、長さが１５０フィート（約４５．７ｍ）ないし７００フィート（約２１３ｍ）あり（通常の長さ対直径の割合は、いずれも１５：１から４０：１）、容器が回転すると、キルンシリンダの上端に供給された原材料が、重力の影響下で、より下部の「火入れされた」端部に向けて移動するよう傾けられ、この部分で最終焼成処理が行われ、また、セメント焼成物製品が排出されて冷却処理とそれより後段の処理に付される。キルンの火入れ焼成処理区域におけるキルンガス温度は約１３００℃（およそ華氏２４００度）から約２２００℃（およそ華氏４０００度）の範囲にわたる。キルンガス吐出温度は、いわゆる湿式処理用のキルンの上部鉱物受容端においては約２５０℃（およそ華氏４００度）から３５０℃（およそ華氏６５０度）程度の低さである。乾式処理用の回転キルンの上端では、キルンガス温度は１１００℃（およそ華氏２０００度）に達する。
【０００３】
一般に、回転キルン内でのセメント製造処理は、原材料が低温ガス吐出口鉱物供給端から回転キルン容器の火入れされた焼成処理出口下端まで流動するのに、幾つかの段階を踏んで行われると、当該技術の熟練者ならば考える。鉱物材料は、キルンの全長を下流へ向けて移動するほど、より高いキルンガス温度を受けるようになる。従って、キルンガス温度が最低となるキルンシリンダの上部では、加工途中の鉱物材料は、まず、乾燥処理／予備加熱処理を受けてから、キルンシリンダの下流に移動し、最終的には、温度は焼成処理温度まで上昇する。鉱物が焼成処理を受けている（すなわち、二酸化炭素を放出している）キルンの長さは焼成処理区域とされる。加工途中の鉱物はキルンを下流に移動して、最後には、ガス温度が最高となる区域、すなわち、キルンシリンダの火入れ下端に位置する焼成処理区域に入る。キルンガス流は加工途中の鉱物原材料の流れと反対方向に流動し、焼成処理区域から中間焼成処理区域と鉱物乾燥処理／予備加熱処理の区域を通り、キルンの上部ガス吐出口端を出て、キルン集塵システムに入る。キルンを通るキルンガスの流れは、キルンガス排気流に設置された通風誘導ファンによりある程度までは制御することができる。ここ１０年から２０年にわたり、予備加熱処理／予備焼成処理用のセメントキルンは、従来の長形キルンよりもエネルギー効率が相当に高いことが分かっている。予備加熱処理／予備焼成処理用のキルンでは、供給原材料は静止逆流式の予備加熱処理／予備焼成処理容器内では焼成温度まで加熱され、その後、加熱された回転容器に投下されて、より高温の焼成反応を生じるようにされる。
【０００４】
一部のキルン操作者は、窒素酸化物（ＮＯＸ）排出量を低減する方法として、選択的非触媒還元法（ＳＮＣＲ）を行っている。ＳＮＣＲは、効果的かつ改造可能なＮＯＸ制御技術であることが分かっており、それについては、１９９６年、燃焼工学会の第２６回燃焼についての（国際）シンポジウム（Twenty Sixth Symposium (International) on Combustion）において、Brower氏他による「A Mode for Prediciton of Selective Noncatalytic Reduction of Nitrogen Oxides by Ammonia、 Urea、 and Cyanuric Acid with Mixing Limitations in the Presence of CO」の２１１７頁から２１２４頁に記載されており、その全ての内容を参照により本願明細書に援用する。ＳＮＣＲはセメントキルン内で実証されており、そこで尿素またはアンモニアの継続的な流れが臨界温度領域内でセメントキルンに導入可能であり、ＳＮＣＲ反応が９００℃から１１００℃で起こる。予備加熱処理／予備焼成処理用のセメントキルンにおいて、臨界温度区域は回転キルンの下流にある予備加熱装置／予備焼成装置の静止部に位置し、アンモニアまたは尿素溶液の継続的な流れをガス流全体に導入することに役立っている。従来型の長形処理用セメントキルンでは、排気ガス温度は通常６００℃未満であり、ＳＮＣＲ反応を起こすのに必要な最低９００℃をはるかに下回っている。一部の長形キルンでは、必須温度区域に達するために高速でキルンのガス吐出口端から尿素を注入するという概念が提案されており、米国特許第５，７２８，３５７号などに記載されている。しかし、そのような方法が効果的であるとしても、チェーンシステム（chain system）のような内部熱交換装置が存在する場合や距離が単に遠すぎる（すなわち５０メートルを超える）といった理由から、尿素をキルンの端部から臨界温度区域に注入することが不可能であるキルンにおいては、そのような方法は実用的ではない。
【０００５】
さらに、回転キルンの壁の開口を通して尿素の導入も試されている。例えば、尿素粒がタイヤ落下管などのキルンの壁の開口を通して導入されている。しかし、十分な反応（すなわちＮＯＸの低減）が見られない。これは、尿素追加地点が正確な温度域にあっても当然の結果である。実際、複数の原因が存在する。例えば、キルンの壁の開口を通して尿素を導入する機会は、動作中の注入落下管で１回転当たり一度しかない。長形乾燥用キルンは、通常４５秒毎に一度回転する。温度が９００℃から１１００℃の間である所の気体の速度は、毎秒約６メートルから１０メートルである。ＳＮＣＲを行う上での臨界温度区域における気体残存時間の合計は、約３秒以内である。尿素は市場で主に直径１ミリから２ミリの複数の小球の形状で入手可能であり、その理由としては、尿素が主に肥料として使用されるか（複数の小球が散布を容易にする)、或いはＳＮＣＲ用のための尿素の水溶液注入のような水溶液内への溶解に主に使用される(そこで複数の小球が溶解を容易にする)からである。９００℃から１１００℃のガス流に該小球を追加することは、キルンガスまたは鉱物床からの伝導熱に８００℃でさらされる高温表面域に尿素が接触するので、（解離温度が１３３℃である）尿素のほぼ瞬間的な揮発をもたらすこととなる。従って、尿素粒の１回の充填は、充填と充填の間の恐らく最大でもたった１秒または２秒間といったごく短い時間でキルンガスを処理する。それゆえ、充填と充填の間の４５秒間では、ほんの数秒で揮発物が尿素から放出され、キルンガスの大部分が処理されないままとなる。
【０００６】
ＳＮＣＲの実施において解決すべき更なる課題は、複数のキルンガスの成層化である。気体の温度が９００℃から１１００℃であるキルンの領域では、該キルンの底部にある材料温度は、か焼温度が８５０℃であり、キルンガスに対して４４対３０の分子量でＣＯ２を放出している。気体の速度の相違により、キルンの底部にある気体は底部に留まり、それによってキルンの底部にある気体とキルンの上部にある気体の間に大幅な温度差ができる。さらに、付加された尿素はキルンの底部で鉱物床に落ち、そこで尿素はその揮発物を放出する。それらの揮発物はキルンの底部に留まる傾向があり、全ての気体を横断面方向に処理せず、その結果、キルンの上部にある気体を見逃してしまい、キルンを未処理のままとしてしまう。通常、複数の長形キルンは直径４メートルから６メートルであり、気体の速度は毎秒６メートルから１０メートルである。
【０００７】
通常、ＳＮＣＲを利用する予備加熱処理／予備焼成処理用のキルンは、水溶性のアンモニアまたは水溶性の尿素を使用する。水溶性のアンモニアは、一般的に１トンのアンモニア当たり約７００ドルかかる。無水アンモニア（アンモニアガス）は、１トン当たり４００ドルと非常に安価である。しかし、より費用効率が高い無水アンモニアは、さまざまな理由によって一般には使用されていない。まず、無水アンモニアは危険物として取り扱わなければならない。これにより一定の規制上の報告義務等が必要となる。さらに、無水アンモニアをキルンダクト内でキルンガスの全横断面に混合することは困難である。
【０００８】
＜関連する出願への相互参照＞
本出願は、２００６年１月９日に出願された米国仮特許出願第６０／７５７，３７６号「METHOD AND APPARATUS FOR REDUCING NOx EMISSIONS IN LONG CEMENT ROTARY KILNS BY SNCR」、２００６年４月２８日に出願された米国仮特許出願第６０／７９６，１１３号「METHOD AND APPARATUS FOR REDUCING NOx EMISSIONS IN ROTARY KILNS BY SNCR」、２００６年６月２８日に出願された米国仮特許出願第６０／８０６，０３８号「METHOD AND APPARATUS FOR REDUCING NOx EMISSIONS IN ROTARY KILNS BY SNCR」、および２００６年１１月１５日に出願された米国仮特許出願第６０／８６６，０４６号「METHOD AND APPARATUS FOR REDUCING NOx EMISSIONS IN ROTARY KILNS BY SNCR」に優先権を主張する。上記仮出願のそれぞれの内容を参照によって本願明細書に援用する。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本開示の一態様では、尿素またはアンモニアなどの還元剤が鉱物処理キルンに導入され、ＳＮＣＲによりＮＯＸ排出量を低減する。ＳＮＣＲ還元剤は、気体、液体、または固体として導入できる。さらに、ＳＮＣＲ還元剤は、液体または固体のガス状分解生成物として導入できる。
【００１０】
本開示の別の態様では、ＳＮＣＲ還元剤の導入は、キルンガス流に注入される高エネルギー／高速空気によって補完される。ＳＮＣＲ還元剤は、加圧空気と共にまたはそれとは別々に導入されてもよい。いずれの場合においても、加圧空気は、鉱物処理キルンにおける複数ガスの成層化を低減または除去し、同時にＳＮＣＲ還元剤をキルンの横断面方向にわたって行き渡らせる。
【００１１】
高エネルギー／高速の空気は、毎秒約１００フィート（約３０ｍ）から約１０００フィート（約３００ｍ）の速度で、通常約０．１５気圧を超える固定圧を供与する空気加圧源から回転容器内に注入される。本開示の一態様では、キルンガスと鉱物との間の温度差が最大となる、回転容器の下半分の長さに沿った部分において、鉱物から放出されたガスを一次バーナーからの燃焼ガスと混合するよう図っている。注入空気の質量流量率は、キルンにより使用される燃焼空気の質量流量の約１％から約１５％である。
【００１２】
本開示のある特定の例示的な態様では、セメント、石灰、軽量の砂利、石灰スラッジ、および他の鉱物処理キルンを含む従来の長形キルンにおけるＳＮＣＲの実施方法が記載されている。尿素は、キルンの回転容器の壁を通って導入される。尿素、尿素の副産物、アンモニア、又は他の複数のアンモニア含有材料が、静止プレナムの使用により（気体、液体、または固体の形で）導入できる。あるいは、尿素、尿素の副産物、アンモニア、又は他の複数のアンモニア含有材料が、複数の落下管の使用により（気体、液体、または固体の形で）導入できる。また、尿素、尿素の副産物、アンモニア、又は他の複数のアンモニア含有材料を導入する他のメカニズムも同様に使用可能である。
【００１３】
別の態様では、還元剤として無水アンモニア（アンモニアガス）を使用することによって、予備加熱処理／予備焼成処理用のセメントキルンまたは他の鉱物処理キルン内のＮＯＸ排出量を低減させるＳＮＣＲの応用が実現される。アンモニアガスは、アンモニアを０．１重量％から１０重量％含み、高圧（すなわち、圧縮された）空気流内に混合される。この混合物は、１つ以上のノズルを通って音速の３０％の速度から音速で、処理容器または静止ダクトに注入される。そのような方法で、成層化された複数のキルンガスが混合され（すなわち、非成層化）、アンモニアは該キルンガスと混合される。
【００１４】
例示的な一実施形態では、アンモニアを１重量％から１０重量％の濃度で含んでいる圧縮空気流が、１つ以上のノズルを通って音速の５０％から１００％の速度でダクトまたは容器に注入される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本開示の概念によれば、窒素酸化物（ＮＯＸ）放出量を低減させる方法として、選択的非触媒還元法（ＳＮＣＲ）を実施するために、還元剤が鉱物処理キルンに導入される。多くの実施形態では、還元剤の導入は鉱物処理キルン内に注入される加圧空気によって補完される。これは、キルン内のガスにエネルギーを伝達し、キルンガスとＳＮＣＲ還元剤の横断面方向への混合作用を達成するためである。そのような方法で、加圧空気の注入と共にＳＮＣＲ還元剤を導入することによって、キルン内における複数ガスの成層化を低減させ、或いは排除し、同時に、ＳＮＣＲ還元剤をキルンの横断面方向にわたって導入させる。ＳＮＣＲ還元剤がＮＯＸ排出量を低減させながら、注入された高圧空気がエネルギーを供与して、加工中の鉱物から放出されるガスとキルンの燃焼区域から来る複数燃焼ガスとを混合させる。加圧空気を鉱物処理キルン内に導入させ、キルン内のガスの成層化を低減させる実施例が、２００５年５月２５日に出願された米国特許出願第１１/１３７，２８８号に加えて、同一の譲受人の米国特許第６，６７２，８６５号に開示されており、両出願のそれぞれの内容を参照によって本願明細書に援用する。
【００１６】
本開示の概念は、従来の長形キルンおよび予備加熱処理／予備焼成処理用のキルンの両方におけるＳＮＣＲの実施に利用可能である。そのようなキルンで一般に処理される材料としては、ポルトランドセメントの原材料、粘度、石灰岩、タコナイト、およびこれら以外の熱処理された、加熱時にガスを放出する鉱物材料がある。
【００１７】
本明細書に記載される実施形態の多くにおいて、ＳＮＣＲ還元剤の供給源は、鉱物処理キルンの回転容器から遠隔の位置にある。ＳＮＣＲ還元剤の供給源の回転容器に対する関係に関連するように、「遠隔」という用語が本明細書で意味するところは、ＳＮＣＲ還元剤の供給源は回転容器に固定されておらず、それ自体は回転容器と共に回転しないということである。従って、ＳＮＣＲ還元剤の供給源は、回転容器から間隔をあけたタンク、槽、容器、ホッパー等として具体化されてもよく、固体、気体、または液体のＳＮＣＲ還元剤を含み、鉱物処理キルンの動作中に回転容器にＳＮＣＲ還元剤を供給する。例えば、本明細書に記載の実施形態の幾つかでは、ＳＮＣＲ還元剤は、遠隔な供給源から回転プレナムまたは固定プレナムに供給され、その後回転容器に取り込まれる。回転容器から遠隔の位置にあるＳＮＣＲ還元剤の供給源の使用により、ＳＮＣＲ還元剤の供給源は、例えばキルン操作を中断させることなく、補充することができる。これが、タンク等が回転容器に固定される設計とは異なる。
【００１８】
図１から図６を参照すると、鉱物処理キルン１０は、円筒状の壁１４、下部燃焼空気取入口端／バーナー端１６、および上部ガス出口端１８を有している回転容器１２を備えている。動作中は、鉱物供給原材料２０がガス出口端１８に搬送され、回転容器１２の回転に伴って、鉱物床がガス出口端１８から空気取入口端／バーナー端１６に向けて移動する。そのような方法で、鉱物は、キルンガス流を形成する燃焼生成物とは逆の方向に流れる。バーナー２４には一次燃料源２６が供給され、燃焼空気は回収熱交換器３０からフード２８を通して吸気され、燃焼空気取入口端１６に入る。処理された鉱物は、燃焼空気取入口端１６を出てから、回収熱交換器３０に搬送される。ファン、送風機、または、コンプレッサ３４（以下、記載を簡略化するために、ファン３４とする）などの空気加圧装置と空気流によって連通している１つ以上の空気注入管３２は、回転容器１２の全長に沿って配置される。配置される場所は、鉱物床２２の加工途中の鉱物が焼成されている箇所か、或いは、キルンガス流と鉱物床２２の間の温度差が最も極端である箇所であり、最も一般的には、回転容器１２の下半分において、ガス出口端１８よりも燃焼空気取入口端／バーナー端１６により近位である部分に配置される。空気注入管３２は回転容器内でノズル３６として終端し、ノズル３６は、キルンガス流に回転運動量を付与するように設計された経路に沿って注入空気を方向づけるように配置される。例示的な一実施形態において、ノズル３６の開口３８は、１を超えるアスペクト比を有している。
【００１９】
鉱物処理キルン１０は、鉱物床２２にある加工途中の鉱物と接触しながら燃焼するように補足燃料源４０から燃料搬送装置４２を介して回転容器１２に搬送された使用済みのタイヤなどの補足燃料を燃焼させるよう具体化されてもよい。例示的な一実施形態では、そのような燃料搬送装置４２と燃焼空気取入口端／バーナー端１６との間の一点でキルンガス流に回転運動量を付与するように、空気が注入される。あるいは、そのような燃料搬送装置４２とガス出口端１８の間に位置する回転容器１２上の１つ以上の別の点において、空気が注入されるようにしてもよい。
【００２０】
図４に示すように、二つ以上の空気注入管３２が、回転容器１２の円筒状壁１４を通して延びていてもよい。加圧空気は、ファン３４により複数の注入管に搬送される。空気注入管３２は、鉱物床２２の上面と回転容器１２の回転軸との間のキルン内のある一点で終端し、高エネルギーの注入空気を回転容器内に向けることでキルンガス流に回転運動量を付与する。キルンガス流に回転運動量を生成するために高エネルギー空気をキルン内に注入することによって、キルンガス流内で燃焼するタイヤなどの補足燃料要素は、それ自体の燃焼生成物が継続的に除去され、混合されたキルンガスと接触し、燃焼およびエネルギー伝達にとってより好ましい条件を提供する。
【００２１】
キルンガス流内に回転運動量を付与するために有効な高エネルギーの混合用空気を注入することで、例えば、鉱物床２２の鉱物を焼成することによって生じた成層を散逸させるよう作用する。通常は鉱物床２２を覆っている一層高密度の二酸化炭素層を除去または散逸させると、キルンガス流と回転容器１２の円筒状の壁１４からの放射エネルギーが鉱物床に到達し、キルンガス流と最終工程に付された鉱物との間で一層効率的なエネルギー伝達を行えるようにすることができる。
【００２２】
鉱物処理キルン１０は、ＳＮＣＲの実施用に改良されている。具体的には、ファン３４はガス状アンモニア、尿素のガス状分解生成物、または他の幾つかのＳＮＣＲ還元ガスと共に、回転容器１２に空気を注入する。静止プレナム５０は、回転容器の壁１４を囲んでいる。周囲空気が空気取入口５２を介してプレナム５０に導入される。プレナム５０は、ＳＮＣＲ還元剤の供給源４８に流体結合している。図１から図６の例示的な実施形態では、ガス状アンモニア、尿素のガス状分解生成物、或いは供給源４８からの他の幾つかのＳＮＣＲ還元ガスが、ガス取入口５４を通ってプレナム５０に導入される。次に、空気およびガス状アンモニア、尿素のガス状分解生成物、または他の幾つかの還元ガスは、ファン３４によって排気口５６および導管５８を通って引き込まれ、その後複数の注入管３２を通って回転容器１４に注入される。排気口５６および導管５８は、ファン３４の取入口に固定され、それによって静止プレナム５０に対して容器１２と共に回転する。次に、注入した空気およびガス状アンモニア（または尿素のガス状分解生成物、または他の幾つかのＳＮＣＲ還元ガス)は、本明細書に記載の方法で、成層化したキルンガスを還元する。すなわち、図１から図６のシステムは、成層化したキルンガスを混合するよう作用するだけでなく(本明細書の他の多数の実施形態に記載されるように)、ＳＣＮＲ還元剤の導入によるＮＯＸ排出量の低減にも作用する。
【００２３】
一対の機械的シール６０は、静止プレナム５０と一対の回転面板６２の間の中間面を密封する。面板６２のそれぞれの内径面は、回転容器１２の壁１４の外面に固定されている。従って、面板６２は、回転容器１２と共に回転する。機械的シール６０は、バネ鋼で構成される。面板６２のように、機械的シール６０はリング状で、静止プレナム５０に固定されている外径部６４を有する（図３参照）。機械的シール６０の内径部６６は、面板６２のそれぞれの外面に対して付勢される（図３参照）。そのような方法で、内部体積６８は（ｉ）プレナム５０、（ｉｉ）容器の壁１４の外面、（ｉｉｉ）シール６０、（ｉｖ）面板６２によって画定される。面板６２の１つは、そこに画定された１つの穴を有する。排気口５６はこの面板６２に固定され、それにより内部体積６８が導管５８と流体連通する。
【００２４】
ガス状アンモニア、尿素のガス状分解生成物、または他の幾つかのＳＮＣＲ還元ガスを回転容器１２に導入するために、他の複数のアセンブリーが使用可能であると理解すべきである。例えば、同一の譲受人による米国特許第５，４５１，２５５号では、バイパスシステムの一部として、キルンからキルンガスの一部を除去するための複数の方法および装置を開示している。そのような方法および装置は、改良の有無にかかわらず、ガス状アンモニア、尿素のガス状分解生成物、または他の幾つかのＳＮＣＲ還元ガスを、回転容器１２に（或いはファン３４による回転容器１２への導入として導管５８と同様の導管に）導入するのに使用できる。
【００２５】
図１から図６の例示的な実施形態では、ガス状アンモニア、尿素のガス状分解生成物、または他の幾つかのＳＮＣＲ還元ガスを容器１２の全体の回転時間中にわたって回転容器１２に導入できる。ガス状アンモニア、尿素のガス状分解生成物、または他の幾つかのＳＮＣＲ還元ガスの複数の異なる供給源４８が使用できる。例えば、ガス状アンモニアは、加圧タンクまたはアンモニア発生装置から供給されてもよい。尿素のガス状分解生成物は、鉱物処理キルン１０の近くに設置された外部の熱分解室から供給されてもよい。
【００２６】
あるいは、固体または水溶性の尿素が静止プレナム５０に導入されてもよい。図７および図８に示すように、固形材料取入口またはホッパー７０は、尿素粒などの複数の固形材料をプレナム５０に導入するのに使用できる。エアロック装置７２は、空気や複数ガスがプレナム５０から漏れるのを防ぐのに使用できる。水溶性の尿素は、ガス取入口５４を通って導入できる。ある特定の構造では、気体／液体取入口５４と固体材料取入口７０のうち１つだけを備えても、また両方を備えてもよいことを理解すべきである。図７および図８に示す実施形態では、空気は、流入量を制御弁１６によって調整しながら空気取入口７４を通ってプレナム５０に導入されるが、他の空気取入方法や装置も使用できる。例示的な一実施形態では、固体または水溶性の尿素がプレナム５０に導入され、そこで該尿素は回転容器１２の壁１４の高温の外面と接触し、プレナム５０内で熱分解され、ガス状の生成物になる。そこから、上記の方法により、複数のガス状分解生成物がファン３４によって回転容器１２に取り込まれる。プレナム５０における尿素の直接的な熱分解は、回転容器１２の壁１４の外面の温度にある程度左右される。通常、プレナム５０が設置された区域における回転容器１２の壁１４の外面の温度は約２５０℃である。しかし、ファン３４の気流による空気の動き、および尿素や尿素溶液の熱容量では、ある既存のキルン構造で熱分解を達成させるのに十分な温度を維持するためのキルン内部からの熱伝達が十分でないことがある。回転容器１２の壁１４の内側を内張りする耐火材料の改良は、適切な熱伝導が維持されることを確実にし、それによって回転容器１２の壁１４の外面を尿素の熱分解を十分に達成させる熱さに保つ。そのような改良は、回転容器１２の全体に行われても、静止プレナム５０に最も近い容器１２の領域だけに行われてもよい。例示的な一実施形態では、回転容器１２は、回転容器１２の壁１４の外面の温度が２５０℃から３５０℃の間に維持されるように設計される。
【００２７】
例示的な別の実施形態では、回転容器１２の周囲にあるプレナム５０に複数の尿素粒が供給される。固形材料が静止プレナム５０の底面に落ち、パン７８に収集される。パン７８は回転容器１２によって加熱されるが、必要に応じて、パン７８は補足的な複数の電気的な帯状のヒータ、スチーム等で加熱されてもよく、それによって継続的に尿素を熱分解するのに十分な高温度を維持できる。尿素粒は、パン７８で熱分解され、上記の方法により、そのガス状分解生成物がファン３４によって回転容器１２内に取り込まれる。尿素粒は、容器回転の１２時の位置、あるいは３時か６時の位置で追加でき、その供給と同じくらい速く尿素を熱分解するのに十分加熱されたプレナム５０の底面に直接落ちる。空気取入口７４の位置によって周囲空気が熱分解領域を一掃できるようにする（すなわち、吸気はパン７８を通って取り込まれる）。
【００２８】
尿素の熱分解を（外部で、あるいはプレナム５０内で）利用する上記の方法によって、キルン操作者が乾燥尿素、または水溶性の尿素を入手かつ取り扱うことができ、その後、制御された方法でその現場で該尿素をガス状アンモニアに変換できることを理解すべきである。これによってキルン操作者は、工場用地で大量の毒性アンモニアを処理しなくて済むことになる。
【００２９】
上記のように、キルン内の複数ガスの滞留時間に対応する継続的な試薬の追加によって、静止プレナム５０はＳＮＣＲ用の尿素の効率的な使用を可能にする。望ましい温度領域におけるガスの滞留時間は１秒から５秒以内である。ガス状アンモニア、尿素のガス状分解生成物、または他のＳＮＣＲ還元ガスが全段階にわたって導入されるので、上記の装置および方法は効果的なＮＯＸ低減を提供する。効果的なＮＯＸ低減は、他の方法および装置によっても達成可能であることを理解すべきである。例えば、尿素は、燃料搬送装置４２の一つまたはそのいくつかを通って回転容器１２に導入可能である。使用可能な例示的な燃料搬送装置は、同一の譲受人による米国特許第４，８５０，２９０号および第４，９３０，９６５号に開示された燃料搬送装置であり、両特許の全ての内容を参照によって本願明細書に援用する。例えば、燃料搬送装置４２は、援用された上記特許に記載のいかなる落下管および関連したハードウェアとして具体化されてもよい。
【００３０】
通常、長形セメントキルンの回転時間は、約４０秒から６０秒である。従って、完全に分解するために、尿素が容器１２に落ちる際に少なくともキルンの一回転と同じ時間かかるような形式で、落下管を通じて回転容器１２に適度な尿素充填が可能である。そのような場合、特に放出された揮発物が、例えば本明細書に記載の注入空気の方法によって（例えば、ファン３４および関連する空気注入管３２の使用によって）十分に混合されると、ＮＯＸ低減が実現できる。
【００３１】
従って、キルンガスの大部分を尿素の解離生成物（または他のＳＮＣＲ還元剤）にさらすために、充填の揮発速度は、揮発物の放出が少なくとも充填間隔の間存続するように加減できる。揮発物の放出の加減は、尿素に対する熱伝達を低減させるような形式で尿素を処理することによって達成できる。そのような処理は、例えば（ｉ）尿素をコンテナに詰めるまたは梱包すること（複数の１リットル缶、ダンボール箱または袋など）、（ｉｉ）尿素をブリケッティング（briquetting         ）あるいは凝集して、重量比に対して表面積を減少させること（例えば、尿素塊または尿素レンガを形成する)、（ｉｉｉ）尿素をキルンダストまたは代わりの固形燃料のような材料と混合させる、および／または（ｉｖ）尿素と他の材料の混合物をコンテナに詰めるまたは凝集し、揮発物の放出を抑えること、が含まれる。本開示の概念と共に使用されてもよい揮発物の放出を加減する他の方法は、追加燃料要素から揮発物の放出を加減する方法であり、該方法は同一の譲受人による米国特許第５，１２２，１８９号に開示されている。上記特許の全ての内容を参照により本願明細書に援用する。
【００３２】
尿素を凝集する１つの例示的な方法は、段ボール箱に１ｋｇ分の湿らせた尿素粒を形成することを含む。 別の例示的な方法は、金属の５ガロン缶に収納されている合成混合物と共に、尿素１に対して１０倍のキルンダストを混合することを含む。別の例示的な方法は、複数の尿素粒のわずかな加湿および圧縮を含む。さらに、尿素粒の製造過程では、好ましくない副産物である凝集物を生む可能性があるが、該凝集物はそのような製造廃棄物のために有益な廃棄源としての使用に適しているとも言える。
【００３３】
単一の落下管構造に加えて、尿素を回転容器に導入するために複数の落下管を使用できることを理解すべきである。例えば、回転容器１２は、２つから６つ（或いは恐らくそれ以上）の落下管を装着できる。落下管の数の増加によって、尿素導入の連続性が強化されることになる。さらに、容器の回転が９時の位置になったときに、粒状の尿素（例えば複数の尿素粒）を充填された落下管に杓子（scoop）を固定でき、次に落下管の端部にある該杓子が１０時半の位置に到達すると、該粒が落下管に流出し始める。この流出は、落下管が約１時半の位置になるまで続くこととなる。次に、キルンがそのような４つの管を装備していると仮定すると、別に後から装填されたチューブが１０時半の位置に到達し、尿素を落下管内に流出し始め、キルンに粒状尿素のほぼ継続的な供給がなされる。望ましい結果を達成するための均等度は、概ね落下管を使用して調整できる。本明細書に記載の複数の方法と同様に、複数の落下管を使用するとＮＯＸ低減が実現でき、特に、例えば本明細書に記載の注入空気の方法によって（ファン３４と関連する空気注入管（単数または複数）３２の使用によって）放出された揮発物が十分に混合されると、ＮＯＸを低減できる。
【００３４】
また、１０時から２時の位置において、キルンを囲むマニホルド内の複数の弁およびノズルを介して水溶性の尿素を落下管に注入することも可能である。落下管が該弁およびノズルの下を回転すると、液体の一定量が落下管に注入される。該液体が熱い落下管の表面に主に影響を及ぼし、該表面では水分がすばやく蒸発し、固形尿素がそのガス状分解生成物に熱分解され、同時に大気に対して負圧下であるため、そのような分解生成物はその後回転容器１２内に取り込まれる。本明細書に記載の複数の方法と同様に、水溶性の尿素を１つ以上の落下管に導入するとＮＯＸ低減が実現でき、特に、例えば本明細書に記載の注入空気の方法によって（ファン３４と関連する空気注入管（単数または複数）３２の使用によって）放出された揮発物が十分に混合されると、ＮＯＸを低減できる。
【００３５】
上記のように、尿素のガス状分解生成物は、ファン３４および関連する空気注入管３２の使用によって回転容器１２に導入できる。固形尿素もファン３４および関連する空気注入管３２の使用によって回転容器１２に導入できることを理解すべきである。そのために、複数の尿素粒、粉末状の尿素粒、尿素粉末などを、ファン３４および関連する空気注入管３２の間で（すなわち、ファン３４の下流の位置で）複数の導管に導入できる。あるいは、粉末状の尿素粒または尿素粉末はファン３４内に取り込まれ、その後空気注入管３２を通って回転容器１２に排出されてもよい。そのような場合、該粒の粒径は、効率的にファン３４を通過するように選択される。 この方針に沿って、尿素粒がファン３４のある所定の構造を通過する場合、該尿素を粉末状にする必要はない。
【００３６】
またさらに、尿素あるいはアンモニアのガス状分解生成物は、複数ガスの混合に使用される高速空気の噴射によって、予備加熱処理／予備焼成処理用のキルンの複数の流出ガス内に導入可能である。多くの予備加熱処理／予備焼成処理用のキルンは、水溶性の尿素を複数のキルン流出ガスに注入するよう構成されている。これらの用途においては、ガス全体に尿素溶液を均一に行き渡らせる必要に迫られ、その結果幾つかのノズルを必要としている。本開示の概念では、還元剤は高圧噴射で導入でき、それにより還元剤がより適切に行き渡る。
【００３７】
次に図９から図１２を参照すると、水溶性のＳＮＣＲ還元剤８０（例えば、アンモニアまたは水溶性の尿素）を回転容器１２に注入するために使用できる別のＳＮＣＲ装置が示されている。図９から図１２の実施形態では、容器の回転に沿って完全に広がるよう液体の注入が可能である。注入器８２の数および大きさは、ある所定のキルン構成の要求に見合った構成にできる。操作中は、キルン速度（ＲＰＭ）および位置（Ｐ１）が感知され、制御装置８４に入力され、次に制御装置８４が所定の注入器８２の電磁弁８６を開くのに望ましい時間を算出し、ヘッダー８８内の液体が落下管９０に入れるようにする。該液体は、ノズル９２を通って加速され、落下管９０を通過し、キルンガスの中心部分に入る。制御装置８４は、次の注入箇所に向けて適切な注入時間を算出し、その時に的確な電磁弁８６を開く。この処理は、示された６箇所全てが循環するまで継続される（該装置はいかなる数の注入器とともに具体化されてもよい）。その時、後続の落下管９０が調整され、制御装置８４が主要な電磁弁８６を開き始め、循環を再開する。この例示的な実施形態では、回転容器１２が完全に一回転する際、合計１８回の注入のために注入器８２を３回循環させる必要がある。電磁弁８６のそれぞれに電圧を加えるための速度は容器速度に依存し、それゆえ容器速度が増すと増加し、容器速度が落ちると減少する。
【００３８】
図１１から図１２に示すように、落下管９０のふた板は、水性溶液の噴射が回転容器１２に入るようにする開口を含んでもよい。ふた板のこの開口は、隔壁９６として作用し、取入口領域を二つの格納容器９８に分離できる。格納容器９８は、任意の液体をノズル９２から回転容器１２の内部へ通過させることなく、取り込むことに使用できる。次に、該液体は、容器の回転により容器１２の上端に向かって搬送され、容器が１２０度回転する際に、容器１２の内部に放出される。
【００３９】
図９から図１２の例示的な構造において、以下の物理的なパラメータが使用できる：容器の直径１２フィート（３．６５メートル）から０インチ、容器速度９０ＲＰＨ、落下管直径１８インチ（０．４５メートル）、ノズル直径１．５インチ（０．０３８メートル）。
【００４０】
この構造による注入装置は、毎時１７トンから２３トンの液体を注入すると見込まれている。しかし、容量は物理的なパラメータの任意の変更によって変化することを理解すべきである。
【００４１】
ＳＮＣＲ還元剤（例えば、アンモニアまたは水溶性の尿素）を回転容器１２に注入するために使用できる別のＳＮＣＲ装置が図１３および図１４に示されている。図１３および図１４の装置は、本明細書に記載の他の装置と類似しており、気体あるいは液体の還元剤の一定供給に使用される回転ジョイントによって、ＳＮＣＲ還元剤がキルン内の位置に望ましい温度で（例えば華氏１７００度から１８００度で）導入される。また、図１３および図１４の装置は、キルンガスがキルン内で容易に混合されるようにする（すなわち非成層化）。図１４に示すように、還元剤供給注入器１００が注入管３２のフランジ内に組み込まれ、それによりＳＮＣＲ還元ガスおよび／または液体が注入管３２に導入される。注入器１００の放出は、注入管３２の中心線上で終端し、ＳＮＣＲ還元剤を加圧空気流に導入する。注入器１００は、混合容量を向上させるよう噴霧ノズルを装着してもよい。さらにＳＮＣＲ還元剤は、注入管のノズルの開口部を介する混合空気に伴って加速し、キルンガスと均一に混合される。そのような配置もＳＮＣＲ還元剤以外の構成材をキルン内に導入するために使用可能であると理解すべきである。例えば、液体および／または気体燃料、或いは廃水が注入器１００によって導入可能であり、注入管からの高圧空気流によってキルン内に搬送できる。
【００４２】
ＳＮＣＲ還元剤（例えば、水溶性のアンモニアまたは水溶性の尿素）を回転容器１２に注入するのに使用できる別のＳＮＣＲ装置が図１５に示されている。この実施形態では、供給管１４４がキルンの回転軸に沿って配置され、鉱物処理キルン１０の上端１８に入る。供給管１４４の第一端は、この例示的な態様においては水溶性のアンモニアまたは水溶性の尿素のタンクであるＳＮＣＲ還元剤の供給源４８と連結している。供給管１４４の第二端は、回転連結器１４８を通って第二供給管１４６と連結している。供給管１４６は回転容器１２の壁１４を通り抜け、容器の全長に沿って伸びている。供給管１４６は、ファン３４の排気口と連結している。例えば、図１５に示すように、供給管１４６はファン３４と複数の注入管３２の分岐との間の位置で連結する。そのような方法で、液体のＳＮＣＲ還元剤（例えば、水溶性のアンモニアまたは水溶性の尿素）がＳＮＣＲ還元剤の遠隔な供給源からファンの加圧側に供給される。
【００４３】
さらに、本明細書に記載の他の多くの実施形態と同様に、図１５の例示的な実施形態では、ＳＮＣＲ還元剤をファン３４からの高圧空気流内に、回転容器１２内部の位置から導入できることを理解すべきである。例えば、図１５の実施形態の場合、供給管１４６の終端をファン３４の排気口に連結させる代わりに、該終端は、（回転容器１２のキルンガスの流れに対して）ファン３４の上流の位置で回転容器１２に挿入されてもよい。言い換えれば、供給管１４６の終端は、鉱物処理キルン１０の下端１６とノズル３６との間の位置で回転容器１２内に延長できる。そのような方法で、ＳＮＣＲ還元剤は上流位置で回転容器１２に導入され、そこでキルンガスによって下流に運ばれ、ノズル３６からの高圧空気流と接触し、回転容器１２の横断面方向にわたってキルンガスと共に混合される。
【００４４】
上記のように、無水アンモニア、気化した水溶性のアンモニア、または尿素の熱分解生成物などの他のＳＮＣＲ還元ガスが、ファン取入口にあるマニホルドで混合され、次に、キルンの回転容器１２に導入できる。本概念の別の例示的な実施が図１６から図２０に示されている。プレナム５０が静止している図１から図８の配置とは異なり、図１６から図２０の例示的な実施では、プレナム１０２が回転容器１２の壁１４に固定され、容器１２と共に回転する。プレナム１０２の排気口１０４は、導管５８によってファン３４の取入口に流体結合している。従って、プレナム１０２、ファン３４、および導管５８は回転容器１２と共に回転する。図１８に示すように、プレナム１０２はその中に形成された環状スロット１０６を有する。図１６から図２０の例示的な実施では、排気口１０４と同じ側にスロットを形成すると考えられるが、環状スロット１０６は、排気口１０４の反対側のプレナム１０２の内側に形成される。
【００４５】
図１７および図２０に示すように、注入ノズル１０８または他のガスおよび／または液体投入装置がスロット１０６内に延びている。注入ノズル１０８は固定されており、それ故、回転容器１２の回転中にスロット１０６内で回る。無水アンモニア、尿素のガス状分解生成物、または他の幾つかのＳＮＣＲ還元ガスが、注入ノズル１０８を通ってプレナム１０２に導入される。さらに外部では、周囲空気もスロット１０６を通じてプレナム１０２内に取り込まれ、そこで無水アンモニア（または他のＳＮＣＲ還元ガス）と混合される。混合された空気と無水アンモニア（または他のＳＮＣＲ還元ガス）は、ファン３４によってプレナム１０２の排気口１０４および導管５８を通って取り込まれ、その後複数の注入管３２を通して回転容器１２に注入される。
【００４６】
注入ノズル１０８は、いかなる位置においてもプレナム１０２に延長できる。例えば、図１７に示すように、注入ノズル１０８はプレナムの底部付近で（例えば、６時の位置で）プレナム１０２に延びている。しかし、ある所定のキルン構造の要求に見合うよう別の場所でも使用できる。
【００４７】
ファン３４およびスロット１０６のうちの１つ、またはその両方が、プレナム１０２内で負圧を維持するよう構成できることを理解すべきである。それによって、無水アンモニア（または他のＳＮＣＲ還元ガス）がスロット１０６を通してプレナム１０２から漏れるのを防ぐ。例示的な一実施形態では、スロット１０６は、幅１／２インチ（０．０１２メートル）および直径１４フィート（４．２６メートル）で構成される。そのような構成においては、通常のファン、送風機、またはコンプレッサによって生成された空気の速度は、無水アンモニア（または他のＳＮＣＲ還元ガス）がスロット１０６を通ってプレナム１０２から漏れるのを防ぐために必要な負圧生成に十分である。例示的な一実施形態では、ファン３４は、毎秒１７フィート〜毎秒４０フィート（５．１８メートル〜１２．１９メートル）の空気取入速度の生成に使用できる。
【００４８】
スロット１０６の大きさは、ファン３４に供給すべき望ましい空気流量を考慮するよう構成できることをさらに理解すべきである。言い換えれば、プレナム１０２内の負圧を維持しながら、キルン操作用に必要な空気流量を充足するシステム構造を構成できるということである。しかし、ある所定のキルン構造が所定のスロット構造を介して取り込み可能な量を超えた空気流量を必要とする場合、補足空気取入口をファン３４の取入口に結合してもよい。
【００４９】
上記に指摘したように、ＳＮＣＲ還元ガスに加えて、複数の水溶性のＳＮＣＲ還元剤も注入ノズル１０８を通って導入できる。さらに、他の構成も水溶性のＳＮＣＲ還元剤の使用を容易にするために利用可能である。例えば、図２１から図２８に示すように、プレナム１０２はプレナムの外壁１１４の内面１１２から延びる複数のリフター（lifter）１１０と共に構成できる。この配置においては、水溶性のアンモニア（または他のＳＮＣＲ還元剤）は、プレナムの上端付近の位置（例えば１１時の位置）でプレナム１０２に導入されるが、ある特定のキルン構造のニーズに合うように他の複数の位置も使用できる。水溶性のアンモニアは、プレナムの内壁１１８の内面１１６の上に向かい、そこで回転容器１２の壁１４からの熱エネルギーによって加熱される。幾つかの構成では、回転容器１２の壁１４の外面はプレナム１０２の内壁を画定でき、その場合、水溶性のアンモニアは壁１４の上に直接向かうことを理解すべきである。いずれにしても、回転容器１２の壁１４の外面からの熱と、ファン３４によってプレナム１０２を通して取り込まれる空気の流動との組合せが水溶性のアンモニアの気化を容易にし、上記の方法でその気化生成物を回転容器１２に取り込んでいる。リフター１１０は、水溶性のアンモニアの一定の動作を供与し、加熱された壁面および空気流にさらされる表面域を強化する。
【００５０】
図２３から図２８に示すように、プレナム１０２内に過剰な水溶性のアンモニアがあれば、複数の異なる配置を使用することによって、それを管理できる。一実施例では、プレナム１０２を排水させるために簡易ドレイン１２０が使用できる。図２６および図２７に示すように、過剰な液体がドレインのコレクタ１２２に排出されるように、ドレイン１２０は静止したままにできる。一度コレクタ１２２に収集されると、排出された液体は、次に必要に応じてプレナム１０２を再循環する。あるいは図２８に示すように、ドレイン１２０はプレナム１０２と一体化し、ドレインプラグ１２４とプラグ接続が可能である。そのような場合、過剰な液体は、プラグ１２４を除去することによって定期的に排出できる。図２４および図２５に示すように、過剰な液体は、例えば越流堰１２８を通って補足加熱チャンバ１２６に進み、そこで液体は加熱され、その後加熱要素１３０（例えば、電気抵抗加熱要素）によって蒸発する。補足加熱チャンバ１２６からの気化生成物はプレナム１０２に戻され、後に回転容器１２に導入される。補足加熱チャンバ１２６内のいかなる過剰な液体もドレイン１３２を通って排出される。
【００５１】
水溶性のアンモニアを利用する別の実施例を図２９に示す。この場合、水溶性のアンモニアは、キルンの外部にある蒸発ユニット１３４に導入される。蒸発ユニット１３４は水溶性のアンモニアを蒸発させ、そこから出る気化生成物が注入ノズル１０８を通ってプレナム１０２に導入され、後に上記の方法で回転容器１２に取り込まれる。
【００５２】
ガス状および液体のＳＮＣＲ還元剤に加えて、乾燥した、および／または固形の還元剤を、スロット１０６を介し、プレナム１０２を通して回転容器に導入可能であることを理解すべきである。例えば、粉末状の尿素粒、尿素粉末、または他の固体は、スロット１０６を介して延びる固体または粉末注入装置によってプレナム１０２に導入可能である。さらに、図３０および図３１に示すように、プレナム１０２は、その外側環状面１３８に画定されたスロット１３６と共に具体化が可能である。一対の傾斜フランジ１４０のうち１つは、スロット１３６の両側に位置付けられる。スクリュー供給装置１４２などの供給装置は、複数の尿素粒、粉末状の尿素粒、尿素粉末、または他の固形ＳＮＣＲ還元剤をスロット１０６を介してプレナム１０２に供給する。そこから、尿素粒、粉末状尿素粒、尿素粉末、または他の固形ＳＮＣＲ還元剤が複数のファン３４の取入口に取り込まれ、その後、空気注入管（単数または複数）３２を通って回転容器１２に排出される。そのような場合、粉末の粒径または粒の大きさを選択することによって、効率的にファン３４を通過できる。
【００５３】
図３２から図４１には、予備加熱処理／予備焼成処理用のキルンの静止部１５０の様々な構造が説明されており、該構造はそれぞれの静止部１５０に高圧空気の噴射を行うための複数の地点を有し、それによってそれら静止部１５０を流動するキルンガス流内で混合を行う。従って、例えば、ファン、送風機、または、コンプレッサから任意の予備加熱処理／予備焼成処理用のキルンの静止部１５０の複数の壁に設置された１つ以上の地点を通って、空気は高圧で注入可能であり、それによってガスの混合運動量をもたらし、そのような予備加熱装置／予備焼成装置における成層化と局所的な燃焼不均一に関連した汚染物質を結果として低減させる。
【００５４】
次に図３２を見ると、静止部１５０は、回転容器１２の上端１８に近接して配置された静止容器またはライザー管１５２を備える。静止容器１５２自体は回転容器１２に結合され、それによってキルンガス流１５４が回転容器１２から流出し、静止容器１５２に流れ込む。キルンガス流１５４は、静止容器１５２の下端１５６から上端１５８に流動する。
【００５５】
静止部１５０は、取入口１６４を通って三次空気１６２などの予備加熱された燃焼空気を導入する二次的燃焼領域１６０を備えることができる。二次的燃焼領域１６０は、約華氏１４００度から２０００度の温度範囲に加熱された三次空気１６２の流れを含む。この位置で、加熱された三次空気１６２の流れは静止部１５０に導入され、静止部１５０内の燃焼に役立つ。さらに静止部１５０は、燃料取入口１６６および供給アセンブリ１６８も備えることができる。燃料取入口１６６は静止部１５０に向けて開口しており、石炭などの燃料が静止部１５０に導入可能になる。供給アセンブリ１６８は静止部１５０に向けて開口しており、鉱物２０などの供給原料が静止部１５０に導入可能になる。予備加熱処理／予備焼成処理用のキルンにおいては、静止部１５０は、さらに、通常は予備加熱された燃焼空気である酸素含有ガスを燃料取入口１６６に近接して供給する複数のノズルを有し、燃料取入口１６６を通る燃料と供給アセンブリ１６８を通って静止部１５０に流動する供給原料の分配を促進する。
【００５６】
さらに静止部１５０は、図３２に示すように、高圧空気流１７２を静止容器１５２に導入する注入器１７０も備えることができる。注入器１７０は、ファン、送風機或いはコンプレッサ（以下、記載を簡略化するために、コンプレッサ１７４)に接続されたスケジュール８０炭素鋼パイプの一部分として具体化可能であり、該注入器は多量の高圧空気を生成する。そのようなパイプの一部分は、１つ以上の穴とともに構成可能であり、高圧空気はその穴を通って静止部に流動する。ある実施形態では、注入器１７０は静止容器１５２の上半分に位置付けられる。多量の高圧空気１７２は、周囲空気などの手の施されていない空気である。言い換えれば、この高圧空気１７２は、静止部１５０に入る前にキルン処理によって加熱されていない。注入器１７０から放出された多量の高圧空気１７２は、キルンガス流１５４に運動量を付与し、静止容器１５２の下端１５６から上端１５８に流動するキルンガス流１５４のいかなる成層化された層も散逸させる。従って、多量の高圧空気１７２は回転容器１２から出て静止部１５０を通って流動するキルンガス流１５４に運動量を付与する。単一の注入器１７０だけを図３２に示しているが、任意の数の注入器の利用が可能であることを理解すべきである。
【００５７】
一実施形態では、注入器１７０は、多量の高圧空気１７２を導入するよう位置付け可能であり、高圧空気１７２は、キルンガス流１５４の流れ方向に対して直行する方向に運動量を付与している。そのような運動量は、混合すべきガス量や固体に対応して定量化が可能である。混合すべきガス量に対して生じた運動量の比率がより高いほど、より早く混合できることを理解すべきである。例えば、１日当たりの容量が２３００メートルトンで予備焼成容器またはダクトの操作を行うことは、約７８ｋｇ／秒の質量流量の固体およびガスを有することとなる。単一の注入器１７０は、２４８メートル／秒の速度で１．６６ｋｇ／秒の空気１７２を注入し、それによって４１２ｋｇ・ｍ／秒の運動量の追加ベクトルを付与する。容器に追加付与された運動量の割合は、焼成流１ｋｇ当たり（すなわち、焼成容器に入る気体および固体の１ｋｇ当たり）５．２８ｋｇ・ｍ／秒である。
【００５８】
例示的な一実施形態では、注入器１７０を操作することによって多量の高圧空気１７２を導入でき、それにより質量比に対して生じる運動量は、焼成容器に入る気体および固体の１ｋｇ当たり２．０ｋｇ・ｍ／秒から２０．０ｋｇ・ｍ／秒の間である。さらに特定の例示的な実施形態では、注入器１７０を操作することによって多量の高圧空気１７２を導入でき、それにより質量比に対して生じる運動量は、焼成容器に入る気体および固体の１ｋｇあたり４．０ｋｇ・ｍ／秒から１０．０ｋｇ・ｍ／秒の間である。
【００５９】
ある実施形態では、複数の注入器１７０は、約６ｐｓｉ（重量ポンド毎平方インチ）の圧力で、多量の高圧空気１７２を導入できる。別の実施形態では、複数の注入器１７０は、約６ｐｓｉから１２ｐｓｉの圧力で多量の高圧空気１７２を導入できる。さらに別の実施形態では、複数の注入器１７０は、約２ｐｓｉから１５ｐｓｉの圧力で多量の高圧空気１７２を導入できる。またさらに、ある実施形態では、複数の注入器１７０は、約２ｐｓｉから１００ｐｓｉの圧力で多量の高圧空気１７２を導入できる。
【００６０】
ある実施形態では、 複数の注入器１７０は、静止部１５０の総質量流量（すなわち、焼成容器に入る固体および気体の総質量流量）の約１％から約５％の質量流量で多量の高圧空気１７２を導入できる。別の実施形態では、複数の注入器１７０は、静止部１５０の総質量流量の約２％の質量流量で多量の高圧空気１７２を導入できる。
【００６１】
ある実施形態では、複数の注入器１７０の配置によって、図３３に示すように、キルンガス流１５４の流れ方向に対して垂直ではない角度で運動量を付与するよう高圧空気１７２を導入できる。さらに、２つの注入器１７０を図３３に示しているが、単一の注入器１７０だけを使用することも可能であることを理解すべきである。反対に、二つ以上の注入器の使用も可能である。
【００６２】
次に図３４を見ると、キルンガス流１５４の流れ方向に対して、複数の注入器１７０は燃料取入口１６６および供給アセンブリ１６８の下流に位置付け可能である。従って、複数の注入器１７０は、燃料取入口１６６および供給アセンブリ１６８より上方に位置付けされる。複数の注入器１７０は、燃料取入口１６６および供給アセンブリ１６８の下流の位置で高圧空気１７２を導入できる。２つの注入器１７０を図３４に示しているが、単一の注入器１７０だけを使用することも可能であることを理解すべきである。反対に、二つ以上の注入器の使用も可能である。
【００６３】
図３５に示すように、静止容器１５２を通るキルンガス流１５４の流れ方向に対して、注入器１７０は、静止容器１５２の三次空気１６２の取入口１６４の下流に位置付け可能である。従って、注入器１７０は取入口１６４より上方に位置付けられる。そのような方法で、注入器１７０は、三次空気１６２の取入口１６４の下流の位置で高圧空気１７２を導入する。図３６および図３７に示すように、注入器１７０は、高圧空気１７２を導入するために三次空気１６２の取入口１６４の反対側に位置付けられ、それによって三次空気１６２に運動量を付与する。単一の注入器１７０だけを図３５から図３７の実施形態に示すが、任意の数の注入器が使用可能であることを理解すべきである。
【００６４】
次に図３８においては、供給アセンブリ１６８が静止部１５０に結合され、鉱物などの供給原料２０を静止容器１５２を通して静止部１５０から回転容器１２の上端１８に進める。静止容器１５２を通る供給原料２０の流れ方向に対して、供給アセンブリ１６８よりも下流に注入器１７０の位置付けが可能である。この実施形態では、注入器１７０は、供給原料２０に運動量を付与するために多量の高圧空気１７２を導入し、供給原料２０が供給アセンブリ１６８から出る際に、キルンガス流と供給原料２０の混合を容易にする。従って、供給原料２０が静止部１５０から回転容器１２の上端１８に進むときに、注入器１７０は、供給原料２０の下流に多量の高圧空気１７２を導入する。単一の注入器１７０を図３８に示しているが、任意の数の注入器が使用可能であることを理解すべきである。
【００６５】
図３９に示すように、供給原料２０が供給アセンブリ１６８を通って静止容器１５２に移動する際に、高圧空気１７２によって供給原料２０に運動量を付与するために、注入器１７０を供給アセンブリ１６８内に位置付け可能である。単一の注入器１７０を図３９に示しているが、任意の数の注入器が使用可能であることを理解すべきである。
【００６６】
次に図４０および図４１では、注入器１７０は燃料取入口１６６の反対側に位置付け可能である。この実施形態では、注入器１７０が、燃料に運動量を付与するために高圧空気１７２を導入し、それによって燃料が燃料取入口１６６から出る際に燃料の混合を容易にする。単一の注入器１７０を図４０に示しているが、任意の数の注入器が使用可能である。
【００６７】
静止部１５０の構造や複数の注入器１７０の配置にかかわらず、複数の注入器１７０は多量の高圧空気１７２を静止容器１５２に導入し、キルンガス流１５４および／または供給原料２０の横断面方向の混合を容易にする。従って、複数の注入器１７０は多量の高圧空気１７２を導入し、静止容器１５２における乱流、回転またはサイクロン流などの混合流を促す。
【００６８】
ＳＮＣＲは、例えば図３２から図４１に示す位置のように、予備加熱処理／予備焼成処理用キルンの複数の静止部１５０において実施可能である。それを行う１つの方法は、注入された高圧空気流に無水アンモニアを導入することであり、それにより複数の静止部１５０を通って流動するキルンガスを混合するだけでなく、ＳＮＣＲによってＮＯＸ排出量を低減させる。従って、空気は、例えばコンプレッサ１７４から高圧で注入可能であり、無水アンモニアと共に任意の予備加熱処理／予備焼成処理用のキルンの静止部１５０の複数の壁に位置する１つ以上の地点を通ることによって、ガスの混合運動量を付与し、そのような予備加熱装置／予備焼成装置およびＳＮＣＲにおける成層化と局所的な燃焼不均一に関連した汚染物質を結果として低減させる。無水アンモニアは空気と共にコンプレッサ１７４を通過するか、またはコンプレッサの下流に導入可能である。
【００６９】
図３２から図４１に示されるように、予備加熱処理／予備焼成処理用のキルンの静止管内における混合は、高圧空気の使用によって達成が可能である。無水アンモニアを使用するＳＮＣＲは、高圧空気流に任意のアンモニアガスを加えることによって達成が可能である。そのためには、ガス流を通してアンモニアを混合するために、アンモニアガスは、高運動量空気流内でキルン処理（例えば予備加熱処理／予備焼成処理用のキルン）に導入できる。幾つかの例示的な実施形態において、空気は、ダクトの質量流量の１％を越える量で導入され、また、アンモニアをダクトの横断面方向に混合させるのに十分な運動量によって導入される。そのような処理方法は、予備加熱処理／予備焼成処理用のキルンに水溶性のアンモニアを導入し、付帯的な空気だけが該水溶性の噴霧とともに導入される従来の技術とは全く対照的である。さらに、ＳＮＣＲの費用は、無水アンモニアの使用により大幅に削減可能である。例えば、通常１年当たり１，０００，０００トンの予備焼成キルンは、１トン当たり約７００ドル、或いは１年当たり約７００，０００ドルの費用で、水性溶液で搬送されるアンモニアを１日当たり３トン使用できる。無水アンモニアははるかに安価で、現在１トン当たり約４００ドルである。従って、無水アンモニアの使用により、１トン当たり４００ドルの無水アンモニアを、同様に１日当たり３トン使用するキルンは、アンモニアに１年当たり約４００，０００ドルかかるが、それによって１年当たり３００，０００ドルの経費削減になる。
【００７０】
加圧空気および無水アンモニアは、音速の約３０％の速度から、最大音速で、キルン内に導入が可能である。この音波、または音波に近い速度の噴射は、アンモニアをダクトを通して行き渡らせ、ダクト内で横断面方向全体に混合させるのに十分な運動量である。そのような方法で、アンモニアはダクト内でガスと混合され、ダクト内で一般に成層化したガスが混合される（すなわち、非成層化）。言い換えれば、キルンガスにアンモニアを混合することと、キルンガス自体が混合することの両方の組合せが、ダクト内で達成される。
【００７１】
無水アンモニアは、コンプレッサまたはファンの前後で、加圧空気に混合が可能である。言い換えれば、アンモニアガスは、コンプレッサまたはファンの取入口（例えば、図３２から図４１のコンプレッサ１７４）に導入可能である。あるいは、図３２の擬似線で示すように、図３２から図４１のコンプレッサ１７４とノズル１７０との間の位置といった、コンプレッサとファンの下流の位置で、無水アンモニアを高圧空気流に導入することができる。さらに図３２の擬似線で示すように、ＳＮＣＲ還元剤は、高圧空気１７２に向かう位置で、容器１５２内の高圧空気流に導入が可能である。そのような方法で、ＳＮＣＲ還元剤は、（キルンガスの流れ方向に対して）上流位置で容器１５２に導入され、そこでキルンガスによって下流に搬送され、ノズル１７０からの高圧空気流１７２と接触し、キルンガスと共に、容器１５２の横断面方向にわたって混合される。同様の結果は、注入器１７０としてＳＮＣＲ還元剤を容器１５２内の同じ位置に、或いは注入器１７０のわずかに下流の位置に導入することによって達成され、注入器１７０によって供給された高圧空気１７２がＳＮＣＲ還元剤に作用し、還元剤を静止容器１５２の横断面にわたって混合させることを理解すべきである。例示的な一配置においては、アンモニアガスが既に加圧されているため、無水アンモニアはコンプレッサの下流の位置で導入される。長形キルンの構造において実施される場合は、アンモニアガスはファンの取入口のマニホルド内で混合が可能である。
【００７２】
無水アンモニアに加えて、他の複数のＳＮＣＲ還元ガスも使用可能である。例えば、尿素の熱分解性生物が高圧空気流に混合され、後にキルン内に導入が可能である。
【００７３】
例示的な実地においては、１日当たり１６００トン（毎時６６トン）の予備加熱キルンは、処理に１時間あたり約１５０トンの燃焼ガスを有する。通常使用されるアンモニアの量は、１トンのクリンカー当たり１．０ポンド（約４５４ｇ）から２．０ポンド（約９０７ｇ）である。このキルンでは、１トンのクリンカー当たり１．５ポンド（約６８０ｇ）のアンモニアで、毎時１００ポンド（約４５．３ｇ）のアンモニアを毎時３００，０００ポンド（毎時１５０トン）の燃焼生成物に混合させる必要がある。キルンガスがたった約１秒間で必要な温度領域に入るため、この混合は、素早く行われなければならない。そのような大量ガスの迅速な混合は、相当量のエネルギーを必要とする。初めに無水アンモニアを高圧ガス流（例えば、２ｐｓｉから１００ｐｓｉ又は１５ｐｓｉ）に混合させることによって、アンモニアを大量ガス内に混合できる。この場合、毎時１００ポンド（４５．３ｇ）のアンモニア（約４０ｃｆｍ）が、毎時約２．２５トンの流量（１０００ｃｆｍ）で、圧縮空気流内に混合される。同時に４％の濃度のアンモニアガスを含む１５ｐｓｉの圧縮空気流は、次に音速の約５０％の速度から音速の速度でキルンの静止ダクトに注入される。この音速又は音速に近い速度での噴出は、ダクトを通してアンモニアガスを行き渡らせ、ダクト内の横断面全体を混合させるのに十分な運動量である。
【００７４】
本開示は、さまざまな改良例および代替の形態が可能であるが、その中でも特定の例示的な複数の実施形態を実施例によって図面に示し、その詳細を本明細書に記載している。しかしながら、本開示を開示された特定の形態に制限する意図はなく、むしろ、添付の請求項によって画定されるような発明の思想や範囲内にある全ての改良物、等価物および代替物を含むことを意図していると理解すべきである。
【００７５】
本開示には、本明細書に記載の複数の装置および方法のさまざまな特性から生じた複数の利点がある。本開示の複数の装置および方法の代替の実施形態は、記載された全ての特性を含むものではなく、依然としてそのような特性の少なくとも幾つかの利点から利益を得ているものであることを留意すべきである。当業者は、本開示の特性の一つまたはそのいくつかを援用し、かつ本開示の思想や範囲内に含まれる装置および方法の彼ら自身の実施を容易に考案できる。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】ＳＮＣＲによってＮＯＸ排出量を低減するよう改良された鉱物処理キルンの例示的な一実施形態を示している。
【図２】ＳＮＣＲによってＮＯＸ排出量を低減するよう改良された鉱物処理キルンの例示的な一実施形態を示している。
【図３】ＳＮＣＲによってＮＯＸ排出量を低減するよう改良された鉱物処理キルンの例示的な一実施形態を示している。
【図４】ＳＮＣＲによってＮＯＸ排出量を低減するよう改良された鉱物処理キルンの例示的な一実施形態を示している。
【図５】ＳＮＣＲによってＮＯＸ排出量を低減するよう改良された鉱物処理キルンの例示的な一実施形態を示している。
【図６】ＳＮＣＲによってＮＯＸ排出量を低減するよう改良された鉱物処理キルンの例示的な一実施形態を示している。
【図７】ＳＮＣＲによってＮＯＸ排出量を低減するよう改良された鉱物処理キルンの別の実施形態を示している。
【図８】ＳＮＣＲによってＮＯＸ排出量を低減するよう改良された鉱物処理キルンの別の実施形態を示している。
【図９】ＳＮＣＲによってＮＯＸ排出量を低減するよう改良された鉱物処理キルンのさらに別の実施形態を示している。
【図１０】ＳＮＣＲによってＮＯＸ排出量を低減するよう改良された鉱物処理キルンのさらに別の実施形態を示している。
【図１１】ＳＮＣＲによってＮＯＸ排出量を低減するよう改良された鉱物処理キルンのさらに別の実施形態を示している。
【図１２】ＳＮＣＲによってＮＯＸ排出量を低減するよう改良された鉱物処理キルンのさらに別の実施形態を示している。
【図１３】ＳＮＣＲによってＮＯＸ排出量を低減するよう改良された鉱物処理キルンの別の実施形態を示している。
【図１４】ＳＮＣＲによってＮＯＸ排出量を低減するよう改良された鉱物処理キルンの別の実施形態を示している。
【図１５】ＳＮＣＲによってＮＯＸ排出量を低減するよう改良された鉱物処理キルンの別の実施形態を示している。
【図１６】ＳＮＣＲによってＮＯＸ排出量を低減するよう改良された鉱物処理キルンのさらなる実施形態を示している。
【図１７】ＳＮＣＲによってＮＯＸ排出量を低減するよう改良された鉱物処理キルンのさらなる実施形態を示している。
【図１８】ＳＮＣＲによってＮＯＸ排出量を低減するよう改良された鉱物処理キルンのさらなる実施形態を示している。
【図１９】ＳＮＣＲによってＮＯＸ排出量を低減するよう改良された鉱物処理キルンのさらなる実施形態を示している。
【図２０】ＳＮＣＲによってＮＯＸ排出量を低減するよう改良された鉱物処理キルンのさらなる実施形態を示している。
【図２１】ＳＮＣＲによってＮＯＸ排出量を低減するよう改良された鉱物処理キルンのさらに別の実施形態を示している。
【図２２】ＳＮＣＲによってＮＯＸ排出量を低減するよう改良された鉱物処理キルンのさらに別の実施形態を示している。
【図２３】ＳＮＣＲによってＮＯＸ排出量を低減するよう改良された鉱物処理キルンのさらに別の実施形態を示している。
【図２４】還元剤を回収するために越流堰があるプレナムを有する鉱物処理キルンを示している。
【図２５】還元剤を回収するために越流堰があるプレナムを有する鉱物処理キルンを示している。
【図２６】鉱物処理キルンのプレナムを排水させるためのさまざまな構造を示している。
【図２７】鉱物処理キルンのプレナムを排水させるためのさまざまな構造を示している。
【図２８】鉱物処理キルンのプレナムを排水させるためのさまざまな構造を示している。
【図２９】外部蒸発ユニットを有する鉱物処理キルンを示している。
【図３０】固体材料供給装置を用いてＳＮＣＲによってＮＯＸ排出量を低減するよう改良された鉱物処理キルンを示している。
【図３１】固体材料供給装置を用いてＳＮＣＲによってＮＯＸ排出量を低減するよう改良された鉱物処理キルンを示している。
【図３２】静止容器内でＳＮＣＲによってＮＯＸ排出量の低減を促すために高圧空気を導入する複数の注入器を含むよう改良された静止予備加熱処理／予備焼成処理用容器のさまざまな構造を概略的に示している。
【図３３】静止容器内でＳＮＣＲによってＮＯＸ排出量の低減を促すために高圧空気を導入する複数の注入器を含むよう改良された静止予備加熱処理／予備焼成処理用容器のさまざまな構造を概略的に示している。
【図３４】静止容器内でＳＮＣＲによってＮＯＸ排出量の低減を促すために高圧空気を導入する複数の注入器を含むよう改良された静止予備加熱処理／予備焼成処理用容器のさまざまな構造を概略的に示している。
【図３５】静止容器内でＳＮＣＲによってＮＯＸ排出量の低減を促すために高圧空気を導入する複数の注入器を含むよう改良された静止予備加熱処理／予備焼成処理用容器のさまざまな構造を概略的に示している。
【図３６】静止容器内でＳＮＣＲによってＮＯＸ排出量の低減を促すために高圧空気を導入する複数の注入器を含むよう改良された静止予備加熱処理／予備焼成処理用容器のさまざまな構造を概略的に示している。
【図３７】静止容器内でＳＮＣＲによってＮＯＸ排出量の低減を促すために高圧空気を導入する複数の注入器を含むよう改良された静止予備加熱処理／予備焼成処理用容器のさまざまな構造を概略的に示している。
【図３８】静止容器内でＳＮＣＲによってＮＯＸ排出量の低減を促すために高圧空気を導入する複数の注入器を含むよう改良された静止予備加熱処理／予備焼成処理用容器のさまざまな構造を概略的に示している。
【図３９】静止容器内でＳＮＣＲによってＮＯＸ排出量の低減を促すために高圧空気を導入する複数の注入器を含むよう改良された静止予備加熱処理／予備焼成処理用容器のさまざまな構造を概略的に示している。
【図４０】静止容器内でＳＮＣＲによってＮＯＸ排出量の低減を促すために高圧空気を導入する複数の注入器を含むよう改良された静止予備加熱処理／予備焼成処理用容器のさまざまな構造を概略的に示している。
【図４１】静止容器内でＳＮＣＲによってＮＯＸ排出量の低減を促すために高圧空気を導入する複数の注入器を含むよう改良された静止予備加熱処理／予備焼成処理用容器のさまざまな構造を概略的に示している。
【図１】
2009522538.tif 000003
【図２】
2009522538.tif 000004
【図３】
2009522538.tif 000005
【図４】
2009522538.tif 000006
【図５】
2009522538.tif 000007
【図６】
2009522538.tif 000008
【図７】
2009522538.tif 000009
【図８】
2009522538.tif 000010
【図９】
2009522538.tif 000011
【図１０】
2009522538.tif 000012
【図１１】
2009522538.tif 000013
【図１２】
2009522538.tif 000014
【図１３】
2009522538.tif 000015
【図１４】
2009522538.tif 000016
【図１５】
2009522538.tif 000017
【図１６】
2009522538.tif 000018
【図１７】
2009522538.tif 000019
【図１８】
2009522538.tif 000020
【図１９】
2009522538.tif 000021
【図２０】
2009522538.tif 000022
【図２１】
2009522538.tif 000023
【図２２】
2009522538.tif 000024
【図２３】
2009522538.tif 000025
【図２４】
2009522538.tif 000026
【図２５】
2009522538.tif 000027
【図２６】
2009522538.tif 000028
【図２７】
2009522538.tif 000029
【図２８】
2009522538.tif 000030
【図２９】
2009522538.tif 000031
【図３０】
2009522538.tif 000032
【図３１】
2009522538.tif 000033
【図３２】
2009522538.tif 000034
【図３３】
2009522538.tif 000035
【図３４】
2009522538.tif 000036
【図３５】
2009522538.tif 000037
【図３６】
2009522538.tif 000038
【図３７】
2009522538.tif 000039
【図３８】
2009522538.tif 000040
【図３９】
2009522538.tif 000041
【図４０】
2009522538.tif 000042
【図４１】
2009522538.tif 000043
【国際調査報告】
2009522538.tif 000044