(57)【要約】  （ａ）微粉炭；並びに（ｂ）グリセロール、グリセロール誘導体、プロピレングリコール、プロピレングリコール誘導体、エチレングリコール、エチレングリコール誘導体、脂肪酸アルキルエステル類、脂肪アルコール類及びこれらの混合物から選択される酸素化物を含有する燃料組成物。熱産出ユニット内での微粉炭の燃焼によって発生するＮＯｘ排出量を低減させる方法であって、該方法が：（ａ）微粉炭を熱産出ユニットの燃焼室へ導入する工程；並びに（ｂ）前記微粉炭を、グリセロール、グリセロール誘導体、プロピレングリコール、プロピレングリコール誘導体、エチレングリコール、エチレングリコール誘導体、脂肪酸アルキルエステル類、脂肪アルコール類及びこれらの混合物から選択される酸素化物源と混焼させる工程を含み、前記酸化物源の燃焼によって、入熱を基準として、前記混焼によって発生する熱総量の少なくとも２．５％が発生する方法。【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼時に低減されたＮＯｘ排出量をもたらす燃料組成物であって：
ａ）微粉炭；並びに
ｂ）グリセロール、グリセロール誘導体、プロピレングリコール、プロピレングリコール誘導体、エチレングリコール、エチレングリコール誘導体、脂肪酸アルキルエステル類、脂肪アルコール類及びこれらの混合物から成る群より選択される酸素化物
を含む、燃料組成物。
【請求項２】
前記組成物の熱産出ユニット内での混焼が入熱を発生させ、該入熱の約２．５％〜約４０％が酸素化物の燃焼によって生じる、請求項１に記載の燃料組成物。
【請求項３】
前記入熱の約１０％〜約２０％が酸素化物の燃焼によって生じる、請求項２に記載の燃料組成物。
【請求項４】
前記燃料組成物が、油、脂肪、脂肪酸及びこれらの混合物から成る群より選択される二次酸素化物を更に含む、請求項１に記載の燃料組成物。
【請求項５】
前記グリセロール誘導体が、グリセロールヒドロキシル基のうち１〜３個がエーテル化されたグリセロールエーテル類から成る群より選択される、請求項１に記載の燃料組成物。
【請求項６】
前記グリセロール誘導体が、ジｔ−ブチルグリセロールエーテル類、トリｔ−ブチルグリセロールエーテル類、ソルケタール及びこれらの混合物から成る群より選択される、請求項１に記載の燃料組成物。
【請求項７】
前記酸素化物が、脂肪酸のメチルエステル類及びこれらの混合物から成る群より選択される、請求項１に記載の燃料組成物。
【請求項８】
熱産出ユニット内での微粉炭の燃焼によって発生するＮＯｘ排出量を低減させる方法であって、該方法が：
ａ）微粉炭を熱産出ユニットの燃焼室へ導入する工程；並びに
ｂ）前記微粉炭を、グリセロール、プロピレングリコール、プロピレングリコール誘導体、エチレングリコール、エチレングリコール誘導体、脂肪酸アルキルエステル類、脂肪アルコール類及びこれらの混合物から成る群より選択される酸素化物源と混焼させる工程
を含み、前記酸素化物源の燃焼によって、入熱を基準として、前記混焼によって発生する熱総量の少なくとも２．５％が発生する方法。
【請求項９】
前記酸素化物源が、グリセロール誘導体、プロピレングリコール誘導体、エチレングリコール誘導体、脂肪酸アルキルエステル類及びこれらの混合物から成る群より選択される、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記グリセロール誘導体が、グリセロールヒドロキシル基のうち１〜３個がエーテル化されたグリセロールエステル類から成る群より選択される、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記グリセロール誘導体が、ジｔ−ブチルグリセロールエーテル類、トリｔ−ブチルグリセロールエーテル類、ソルケタール及びこれらの混合物から成る群より選択される、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記酸素化物が、脂肪酸のメチルエステル類及びこれらの混合物から成る群より選択される、請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
前記熱産出ユニットが石炭燃焼ボイラーである、請求項８に記載の方法。
【請求項１４】
前記熱産出ユニットが石炭燃焼炉である、請求項８に記載の方法。
【請求項１５】
前記微粉炭及び酸素化物源が、別々の注入装置を介して燃焼室に導入される、請求項８に記載の方法。
【請求項１６】
前記微粉炭及び酸素化物源が、ほぼ同時に燃焼する、請求項８に記載の方法。
【請求項１７】
前記ボイラーが、給気システム、燃焼ガス冷却室、及び排気筒を含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１８】
前記ボイラーが、前記燃焼室と一緒に配置された低ＮＯｘバーナーを含み、二次空気流、三次空気流及びこれらの混合物から成る群より選択される、バーナー空気から下流で発火される空気を更に含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１９】
前記酸素化物源の燃焼によって、入熱を基準として、前記混焼によって発生する熱総量の約２．５％〜約４０％が発生する、請求項８に記載の方法。
【請求項２０】
前記酸素化物源が、ジｔ−ブチルグリセロールエーテルとトリｔ−ブチルグリセロールエーテルとの混合物である、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記組成物が、油、脂肪、脂肪酸及びこれらの混合物から成る群より選択される二次酸素化物源を更に含む、請求項８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、混焼する微粉炭から成り、好ましくはボイラー又は炉システムにおいて、有効量の酸素含有有機化合物で窒素酸化物（ＮＯｘ）の低減された排出量をもたらす、熱及び電力を発生させるための石炭の燃焼方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
工業化社会の需要、及びその結果生じる、エネルギーを発生させるために燃料を燃焼させる必要性は、大気環境を危うくする傾向がある。ボイラーシステム及び炉の中で燃焼されて熱と電力とを産出する既存の燃料としては、留出燃料油、残渣（６番）燃料油、留出燃料油と残渣燃料油とのブレンド、及び石炭が挙げられる。多数の既存のエネルギー源、特に石油及び石炭のような化石燃料は、窒素酸化物（ＮＯｘ）、硫黄酸化物（ＳＯｘ）、一酸化炭素（ＣＯ）及び粒子状物質（ＰＭ）のような、大量の汚染物質を燃焼時に排出する。これら汚染物質は、呼吸器疾患及びヒトの他の病気を引き起こす。これら汚染物質はまた、酸性雨、地表面のオゾン及び温室効果ガスによって環境に害を及ぼす。
【０００３】
最も低価格でしかも比較的豊富に入手できることから、石炭は、多くの場合は好ましい燃料である。しかし残念なことに、石炭の燃焼は、二酸化硫黄、窒素酸化物、一酸化炭素及び微粒子のような、大量の有害な汚染物質を発生させる。石炭以外の燃料は、大気環境への影響が少ないが、より高価になる傾向があるか、又は相対的に供給不足になる傾向がある。
【０００４】
米国における排ガス規制法（the Clean Air Act）のような環境立法は、多くの国で成立されており、ヒトの健康と環境を保護するために、大気中に排出される様々な化学物質の量を制御している。地方又は地域レベルでは、産業は、通常、州又は地域の環境保護機関によって規制されており、当該機関が、特定の供給源から排出され得る大気汚染物質の量に関して限度を設定する。
【０００５】
エネルギー需要が増加すると、前記の健康及び環境の問題を悪化させずに前記エネルギーを供給するのに伴う圧力、論争及びコストは、徐々に大変になる。
【０００６】
近年、石炭の燃焼によってＮＯｘ及びＳＯｘ並びに他の汚染物質が放出されるのを低減させる方法を見つけ出すことについて、多大な努力が成されてきた。ＮＯｘ排出量を低減させる最も一般的な手段は、選択接触還元（ＳＣＲ）技術の使用である。しかしながら、このアプローチには、燃焼プロセスからの排出ガスを処理するための高価な触媒システムの構築が必要である。このアプローチは、小規模な石炭燃焼炉又はボイラーでは費用効率がよくないことがある。
【０００７】
もう一つのアプローチは、段階的な燃焼を使用して、ＮＯｘを低減させることであって、この場合、炉には２個以上の個別の燃焼領域がある。この技術は新しい炉を構築する場合には好適であるが、既存の炉を改造するのは容易又は安価ではない。
【０００８】
更に別のアプローチは、燃焼プロセス中に添加物を使用して、排出量が低減されるように燃焼条件に変化を与えることである。一つの方法では、ＣａＯ、ＣａＣＯ３、ＣａＦなどのカルシウム化合物を燃焼領域に添加して、ＮＯｘ及びＳＯｘの排出量の低減を達成する。しかし、この技術や同様の技術は結果として、スラグの処分問題をもたらす。
【０００９】
ＮＯｘ排出量を（排気筒から出る時点で）低減させるもう一つの方法は、加熱単位値当たりのＮＯｘ排出量の少ない別の燃料、例えば燃料油を、炉又はボイラーの中で石炭と組み合わせることである。このような組み合わせは、全体のＮＯｘ排出量を低減させると同時に、同じ又は同様の全体発熱量を提供することができる。この方法によって、石炭燃焼設備を大気環境規則に適合させることが多いが、これは単に、石炭を、高価だがＮＯｘ排出量の少ない燃料に置換したものである。前記燃料油は、実際には石炭自体の排出量を低減させるのではなく、むしろ、加熱システム自体からの排出量を低減させるものである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
要するに、化石燃料、特に石炭、の燃焼に関する排出量問題を解決しようとする前述の試みにも関わらず、ＮＯｘ排出量を改善し、炉及びボイラーのような既存の熱産出ユニットを費用効率よく改造できる石炭燃焼方法を開発することが引き続き必要である。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
驚くべきことに、微粉炭と有効量の酸素化物との組み合わせが、燃料として燃焼されて熱を産出するときに、熱発生ユニットからのＮＯｘ排出量を、置換効果以上に低減させることが見出された。
【００１２】
したがって、本発明は、燃焼時に低減されたＮＯｘ排出量をもたらす燃料組成物であって：
ａ）微粉炭；並びに
ｂ）グリセロール、グリセロール誘導体、プロピレングリコール、プロピレングリコール誘導体、エチレングリコール、エチレングリコール誘導体、脂肪酸アルキルエステル類、脂肪アルコール類及びこれらの混合物から成る群より選択される酸素化物
を含む燃料組成物に関する。
【００１３】
本発明はまた、熱産出ユニット内での微粉炭の燃焼によって発生するＮＯｘ排出量を低減させる方法であって、該方法が：
ａ）微粉炭を熱産出ユニットの燃焼室へ導入する工程；並びに
ｂ）前記微粉炭を、グリセロール、グリセロール誘導体、プロピレングリコール、プロピレングリコール誘導体、エチレングリコール、エチレングリコール誘導体、脂肪酸アルキルエステル類、脂肪アルコール類及びこれらの混合物から成る群より選択される酸素化物源と混焼させる工程を含み、前記酸素化物源の燃焼によって、入熱を基準として、前記混焼によって発生する熱総量の少なくとも２．５％が発生する方法にも関する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本明細書は、本発明を具体的に指摘し明確に請求する「特許請求の範囲」でまとめられているが、本発明は以下の説明からよりよく理解されるであろうと考えられる。
本明細書で使用する百分率及び比率はすべて総組成物の重量を基準とし、測定はすべて、他に指示されない限り、２５℃で行われる。
引用した参照文献はすべて、それら全体が本明細書に参考として組み込まれる。
【００１５】
本発明の組成物及び方法は、本発明の構成成分及び本明細書で記載されるその他の成分を含むことができるか、それらから本質的に成ることができるか、又はそれらから成ることができる。本明細書で使用するとき、「から本質的に成る」とは、組成物又は構成成分が追加の成分を含んでもよいが、追加の成分が特許請求した組成物又は方法の基本的及び新規な特徴を実質的に変更しない場合に限ることを意味する。
【００１６】
特に指定しない限り、百分率、割合及び比率はすべて、本発明の組成物の総重量を基準とする。列挙する成分に関連するこのようなすべての重量は、活性レベルに基づくので、特に指定しない限り、市販の物質に含まれる場合があるキャリアや副生成物を含まない。
【００１７】
燃焼領域内で、微粉炭を選択された酸素化物源と混焼させることは、石炭の燃焼と本来関係のあるＮＯｘ排出量を低減させるのに有用であることが、今では判明している。
【００１８】
理論に制限されるものではないが、酸素化物は、燃焼している石炭と相乗的に反応し、その結果、石炭構造に見出される窒素に由来するＮＯｘ排出量が低減すると考えられる。燃料に化合した窒素は、微粉炭の非制御の燃焼によるＮＯｘ排出量の、およそ８０％の供給源である。理論に制限されるものではないが、石炭の酸素化物との混焼は、燃料に化合した窒素がＮＯｘへ変換するのを低減するように機能すると考えられる。酸化燃料は、石炭よりも速く熱分解し、それによって酸素を消費して、発火源の周囲に、局所的に燃料が豊富な領域を作り出すと考えられる。この燃料が豊富な領域内では、窒素含有分子が石炭から脱着し、これら窒素化合物が、過剰の酸素がない場合にＮ2に還元されると推測される。
【００１９】
本発明によれば、ＮＯｘ及び微粒子の低減された排出量は、微粉炭が、選択された酸素化物源と混焼されるときに達成される。
本明細書における、ＮＯｘを低減させる燃料組成物及び方法にはまた、広範な他の成分／工程が含まれてもよい。本発明の組成物及び方法を、以下で詳細に説明する。
【００２０】
Ａ）微粉炭
本明細書で使用するとき、「微粉炭」は、結果として得られる「粉末」材料が、空気を用いた流動化によってパイプから炉若しくはボイラーの燃焼室へ運ばれ得るように既に十分小さいか又は機械的な粒径縮小に付された、褐炭、無煙炭及び／又は軟炭に言及する。
【００２１】
好ましくは、本明細書で有用な微粉炭は、２００メッシュ（７４ミクロン）より小さいものが少なくとも５０％であり、より好ましくは、本明細書で有用な前記石炭は、２００メッシュより小さいものが少なくとも６０％であり、更に好ましくは、２００メッシュより小さいものが少なくとも７０％である。
【００２２】
Ｂ）酸素化物源
本発明の燃料組成物は、酸素化物源を含有する。本明細書で使用するとき、「酸素化物源」とは、主に、水素原子、炭素原子及び酸素原子から成る有機化合物に言及する。本明細書で有用な酸素化物源としては、グリセリン及び／又はグリセロール誘導体、プロピレングリコール、プロピレングリコール誘導体、エチレングリコール、エチレングリコール誘導体、天然油脂のメチルエステル類（バイオディーゼル）、天然油脂の脂肪アルコール類並びにこれらの混合物が挙げられる。
【００２３】
天然油脂自体及び／又は該油脂に由来する脂肪酸を、所望により、二次酸素化物源として、１以上の前記酸素化（供給）源へ添加してもよい。
【００２４】
本発明によれば、低減されたＮＯｘ排出量は、微粉炭が、例えば炉又はボイラーの燃焼室内で、有効量の酸素化物源と組み合わされて混焼されるときに達成される。好ましくは、酸素化物源物質は、これが、入熱を基礎として、発生する熱出力の約２．５％〜約４０％を占めるように、微粉炭と混焼される。より好ましくは、前記酸素化物源物質は、入熱を基礎として、発生する熱出力の約１０％〜約２０％を占める。混焼は、粉末化の前、その間及び／若しくはその後に、酸素化物源を石炭とブレンドすることによって生じてもよいし、又は別個のノズルを介して燃焼領域に注入されてもよい。
【００２５】
１．グリセリン類及び／又はグリセロール誘導体
本発明の酸素化物源は、グリセリン類及び／又はグリセロール誘導体から選択されてよい。本明細書で使用するとき、用語「グリセリン」又は「グリセロール」は、互換可能に使用でき、及び１，２，３ヒドロキシプロパン又は１，２，３，プロパントリオール（1,2,3,propanetriol）に言及する。グリセリンは、通常、石鹸、脂肪酸類、脂肪アルコール類及びアルキルエステル類の製造から、副生成物として製造される。これら供給源からのグリセリンは、一般には、「天然グリセリン」と呼ばれる。もう一つの考えられる天然グリセリン供給源は、グルコース、ソルビトール又は他の糖類の、グリセリン及び他のポリオールへの水素添加又は酵素的変換から得られる。更に別の天然グリセリン供給源は、それを、エタノール発酵の廃棄物から回収することである。「合成」グリセリンは、典型的にはダウ・ケミカル（Dow Chemical）によって実施されているような塩化アリル対エピクロロヒドリン法（allyl chloride to epichlorohydrin process）によって、プロピレンから製造される。いかなる供給源又はそれら供給源の組み合わせからのグリセリンも、本明細書で使用してよい。
【００２６】
本明細書で使用するのに好ましいグリセロール誘導体としては、そのグリセロールヒドロキシル基のうち１個〜３個がエーテル化されたエーテル類が挙げられる。様々なオレフィン類を用いてグリセロールをエーテル化してよい。本発明で使用するとき、「オレフィン」は、不飽和の線状、分枝状又は環式のＣ2〜Ｃ10炭化水素に言及する。本明細書で有用なオレフィン類の例としては、エチレン、プロピレン、ブチレン、イソブチレン、ペンテン、シクロペンテン、イソペンテン、ヘキサン、シクロヘキセン、３−メチルペンテン、２，２−ジメチルブテン、２，３−ジメチルブテン、１−ヘプテン、２−ヘプテン、３−ヘプテン、１−オクテン、２−オクテン、３−オクテン、４−オクテン、１−ノネン、２−ノネン、３−ノネン、４−ノネン、１−デセン、２−デセン、３−デセン、４−デセン、５−デセンなどが挙げられる。Ｃ2〜Ｃ6オレフィンは、それらの低コストの故に好ましい。オレフィン類の混合物は、例えば、グリセロールがオレフィン類の非精製形態の混合物と反応するのであれば、使用できる。
【００２７】
グリセロールのエーテル化方法は、米国特許第５，４７６，９７１号に見出され得る。
本明細書で有用な他のグリセロール誘導体は、２，２−ジメチル−１，３−ジオキソラン−４−メタノールという式で表される、グリセロールとアセトンとの反応生成物であり、一般には、ソルケタールと呼ばれる。
【００２８】
好ましくは、本発明のグリセロール誘導体は、ジｔ−ブチルグリセロールエーテル類、トリｔ−ブチルグリセロールエーテル類、ソルケタール（solketal）、又はこれらの混合物から選択される。より好ましくは、前記グリセロール誘導体は、ジｔ−ブチルグリセロールおよそ８０％とトリｔ−ブチルグリセロール２０％とから構成される、ジｔ−ブチルグリセロールエーテルとトリｔ−ブチルグリセロールエーテルとの混合物である。
【００２９】
（グリセロールエーテルの調製）
グリセロールエーテル類の製造方法は、当業者には公知である。典型的な触媒としては、パラ−トルエンスルホン酸のような有機酸触媒、アンバーリスト（Amberlyst）１５のような酸性イオン交換樹脂、又はゼオライト触媒として公知の結晶性メタロシリケートの部類が挙げられる。触媒濃度は、ポリオールの０．１重量％〜５重量％の範囲である。典型的な反応温度は、約５０℃〜約２００℃、好ましくは約５０℃〜約１５０℃、より好ましくは約５０℃〜約１００℃の範囲である。典型的な反応圧は、約２７５．８ｋＰａ（４０ｐｓｉｇ）〜約６．９ＭＰａ（１０００ｐｓｉｇ）、好ましくは約２７５．８ｋＰａ（４０ｐｓｉｇ）〜約２．０７ＭＰａ（３００ｐｓｉｇ）、より好ましくは約３４４．７ｋＰａ（５０ｐｓｉｇ）〜約１．０３ＭＰａ（１５０ｐｓｉｇ）の範囲である。典型的なオレフィン：ポリオールのモル比は、約１：１〜約５：１、好ましくは約２：１〜約３：１の範囲である。典型的な反応時間は、約２時間〜約２４時間、好ましくは約２時間〜約１０時間、より好ましくは約２時間〜約６時間である。この合成方法に準じる反応は、約９５％のポリオール転化へと進む。モノ、ジ及びトリエーテル類の分離は、液液抽出のような、適切な工程で達成されてよい。
【００３０】
２．プロピレングリコール及び誘導体
本発明の酸素化物源は、プロピレングリコール又はその誘導体から選択されてよい。本明細書で有用なプロピレングリコール誘導体には、ジプロピレングリコール、及び分子量が約２００〜約１，０００のポリプロピレングリコール、例えば、ポリプロピレングリコール４００が挙げられる。本明細書における他のプロピレングリコール誘導体には、モノ、ジ、トリプロピレングリコールブチルエーテル；モノ、ジ、トリプロピレングリコールメチルエーテル；モノ、ジ、トリプロピレングリコールｔ−ブチルエーテル；モノ、ジ、トリプロピレングリコールエチルエーテル；モノ、ジ、トリプロピレン（mono,di tripropylene）グリコールプロピルエーテル；モノ、ジ、トリプロピレングリコールペンチルエーテル；モノ、ジ、トリプロピレングリコールヘキシルエーテル；及びモノ、ジ、トリプロピレングリコールプロピオネートのような、グリコールエーテル類が挙げられる。
【００３１】
３．エチレングリコール誘導体
本発明の酸素化物源は、エチレングリコール及びその誘導体から選択されてよい。本明細書で有用なエチレングリコール誘導体には、ジエチレングリコール、及び分子量が約２００〜約１，０００のポリエチレングリコール、例えば、ポリエチレングリコール４００が挙げられる。本明細書における他のエチレングリコール誘導体としては、エチレングリコールモノブチルエーテル（ブチルセロソルブ）；ジエチレングリコールモノブチルエーテル（ブチルカルビトール）；トリエチレングリコールモノブチルエーテル；テトラエチレングリコールモノブチルエーテル；エチレングリコールヘキシルエーテル；ジエチレングリコールヘキシルエーテル；エチレングリコールエチルエーテル；エチレングリコールメチルエーテル；エチレングリコールプロピルエーテル；エチレングリコールペンチルエーテル；ジエチレングリコールメチルエーテル；ジエチレングリコールエチルエーテル；ジエチレングリコールプロピルエーテル；ジエチレングリコールペンチルエーテル；トリエチレングリコールメチルエーテル；トリエチレングリコールメチルエーテル；トリエチレングリコールプロピルエーテル；トリエチレングリコールペンチルエーテル；トリエチレングリコールヘキシルエーテル；及びエチレングリコールアセテートのような、グリコールエーテル類が挙げられる。
【００３２】
４．脂肪酸アルキルエステル類（バイオディーゼル）
本発明の酸素化物源は、一般に「バイオディーゼル」燃料とも呼ばれる、脂肪酸アルキルエステル類から選択されてよい。本明細書において、用語「アルキル」は、飽和の線状、分枝状又は環式のＣ1〜Ｃ10炭化水素に言及し、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ｎ−ブチル、イソブチル、ｔ−ブチル、ペンチル、シクロペンチル、イソペンチル、ネオペンチル、ヘキシル、ヘキシチル（hextyl）、オクチル、ノニル、デシル及びこれらの組み合わせを含む。
【００３３】
動物及び植物に由来する広範な油脂を、このような脂肪酸アルキルエステル類の供給源として使用してよい。本明細書で有用な油脂の例としては、牛脂、ココヤシ油、トウモロコシ油、綿実油、ラード、オリーブ油、パーム油、パーム核油、ピーナッツ油、大豆油、亜麻仁油、キリ油、ヒマワリ油、ベニバナ油、キャノーラ油、菜種油、ゴマ油、ババス油、紫蘇油、オイチシカ油、魚油、メンハーデン油、ヒマシ油、ナンキンハゼ油（chinese tallow tree oil）、ナンヨウアブラギリ油（physic nut oil）、クフェア種油（cuphea seed oil）、微細藻類油（microalgal oils）、微生物油（bacterial oils）及び菌性油（fungal oils）が挙げられる。様々な油又は油の混合物が、本発明において脂肪酸アルキルエステル類の供給源として使用できるが、これは特に、大豆油、キャノーラ油、菜種油、ヒマワリ油及び再生（廃棄）料理油又はグリースに当てはまる。
好ましくは、本明細書で使用される脂肪酸アルキルエステル類は、大豆油、イエローグリース、菜種油のメチルエステル類、及びこれらの混合物から選択される。
【００３４】
５．脂肪アルコール類
本発明の酸素化物源は、油及び／又は脂肪の脂肪アルコール類から選択されてよい。動物及び植物由来の広範な油脂を、そのような脂肪アルコール類の供給源として使用してよい。本明細書で有用な油脂の例としては、牛脂、ココヤシ油、トウモロコシ油、綿実油、ラード、オリーブ油、パーム油、パーム核油、ピーナッツ油、大豆油、亜麻仁油、キリ油、ヒマワリ油、ベニバナ油、キャノーラ油、菜種油、ゴマ油、ババス油、紫蘇油、オイチシカ油、魚油、メンハーデン油、ヒマシ油、ナンキンハゼ油、ナンヨウアブラギリ油、クフェア種油、微細藻類油、微生物油及び菌性油が挙げられる。様々な油又は油の混合物が本発明において脂肪アルコール類の供給源として使用できるが、これは特に、ココヤシ油、パーム核油、パーム油、牛脂及びこれらの混合物に当てはまる。
【００３５】
（任意の二次酸素化物）
本明細書で有用な酸素化物に加えて、脂肪酸蒸留残油（still bottoms）のような、酸素を含有する他の油又は油を主体とする添加物が、二次酸素化物として本明細書における混焼に含まれてもよい。そのような材料は、ＮＯｘ排出量を更に低減し得る。
【００３６】
動物及び植物由来の様々な油脂を使用してよい。本明細書で有用な油脂の例としては、牛脂、ココヤシ油、トウモロコシ油、綿実油、ラード、オリーブ油、パーム油、パーム核油、ピーナッツ油、大豆油、亜麻仁油、キリ油、ヒマワリ油、ベニバナ油、キャノーラ油、菜種油、ゴマ油、ババス油、紫蘇油、オイチシカ油、魚油、メンハーデン油、ヒマシ油、ナンキンハゼ油、ナンヨウアブラギリ油、クフェア種油、微細藻類油、微生物油及び菌性油が挙げられる。これら油及び／又は脂肪のいずれかに由来する脂肪酸類、あるいはこれらの組み合わせは、本明細書では二次酸素化物として有用であり得る。様々な油又は油の混合物が本発明において脂肪酸類の供給源として使用できるが、これは特に、大豆油、牛脂、再生（廃棄）料理油又はグリースに当てはまる。
【００３７】
Ｃ）熱産出ユニット
本明細書で使用するとき、「熱産出ユニット」は、その内部で石炭を燃焼して熱エネルギーを発生させる、燃焼ユニットに言及する。発生した熱エネルギーは、その後、例えばボイラー又は炉の中で、水を加熱するか又は蒸気を産出するのに使用されてよい。好適な熱産出ユニットとしては、炉及びボイラーが挙げられ、ここでは微粉炭を燃焼する。この熱は、発電用タービンを運転するための蒸気を産出するか、又は製造プロセスを稼動させるか、又はビル及び建造物のための熱を提供するために使用できる。
【００３８】
本発明の方法で有用なボイラーは、好ましくは、以下のもののうち少なくとも一つを含み、例えば、給気システム、給水及び冷却システム、燃焼室、燃料供給システム、燃焼ガス冷却室、スクラバー、誘引通風機（air induced-draft fan）、排気筒又はこれらの特徴のうち二つ以上の組み合わせを含んでよい。
好ましくは、バーナーは、低ＮＯｘバーナーであって、ここで、前記システムは、微粉炭燃料と共に使用することが可能な最低ＮＯｘ排出量向けに既に最適化されている。
【００３９】
燃焼させるために、前記バーナーに利用可能な、ある種の空気供給源がなければならず、これは、一般には「一次空気流」と呼ばれる。好ましくは、バーナー空気から下流で注入される、少なくとも一つの追加の空気流がある。このような追加の空気流は、二次及び／又は三次空気流であってよい。これらの追加の空気流としては、炉の上部に送り込まれる空気（overfire air）、炉の下部に送り込まれる空気（underfire air）、エアーカーテン（curtain air）又はこれらの混合物を挙げることができる。好ましいバーナー／空気配置において、一次空気は石炭と共にバーナーに入り、二次及び三次空気がそれに続く。好ましくは、炉の上部に送り込まれる空気が下流にあり、これは、燃焼ガス試料採取ポート（flue gas sampling port）までの距離の６５％の距離分、バーナーから離れた位置にある。化学量論比は、石炭を完全燃焼するための実際の空気／理論上の空気である。
【００４０】
好ましい熱産出ユニットにおいて、前記バーナー空気は以下の通り分配される：
一次、２４％  化学量論比（ＳＲ）＝０．２
二次、２５％  ＳＲ＝０．２２
三次、５１％  ＳＲ＝０．４３
バーナーにおける空気総量は、ＳＲ＝０．８５である。
化学量論比は、腐食及び／又は望ましくない副生成物の堆積を低減させるために、好ましくは少なくとも約０．８である。
【００４１】
Ｄ）混焼
本発明の方法は、熱産出ユニット内で微粉炭を酸素化物源と混焼させることを含む。本明細書で使用するとき、「混焼」は、少なくともいくらかを同時に燃焼させるために、一次（ここでは、微粉炭）燃料と同時に及び／又は同様のタイミングで二次燃料（ここでは、酸素化物源）を熱産出ユニットの燃焼室に注入するプロセス又は方法に言及する。これら２種の燃料は、好ましくは、別個の注入装置又はシステムを介して燃焼室に導入される。
【００４２】
汚染物質排出量は、酸素化物によって及び石炭によって産出されるそれぞれの汚染物質の排出濃度を評価することによって、規定された限界で又はその限界未満で維持され得る。次いで、エネルギー生産者は、ＮＯｘ（又は他の汚染物質）についての所望の排出濃度（例えば、規定された限界内の排出濃度）を生み出す、酸素化物と燃料との濃度比を計算することができ、その結果、少なくともその量の酸素化物を微粉炭と組み合わせて燃焼させることができる。酸素化物の必要濃度は、組み合わせた燃料の全体の（固定された）入熱の関数として、その入熱百分率を元に算出されることができる。本明細書で使用するとき、用語「混焼率」は、酸素化物源の燃焼から発生する熱総量の百分率に言及する。好ましくは、石炭に対する酸素化物源の混焼率は、約２．５％〜約５０％、好ましくは約１０％〜約３０％である。
【００４３】
好ましい熱産出ユニット又はシステムにおいて、前記酸素化物源は液体の形態であって、予備混合された燃料／空気を噴霧する二元式の流体ノズル（dual fluid nozzle）を介して供給される。液体ポートは、石炭ポートから離れているが、ほぼ同時に注入される。
【００４４】
（任意の方法工程／修正）
本発明の方法は、ＮＯｘ排出量低減から利益を得るためのエアーステージング（air-staging）、スクラバー、選択非接触還元ユニット又は選択接触還元ユニットのような、追加の設備修正又は後処理装置を要しない。しかし、そのような設備修正又は後処理装置は、所望により、ＮＯｘ排出量を更に低減させるために本発明の方法に組み込まれてもよい。
【００４５】
１）エアーステージング（Air Staging）
本発明の方法は、所望により、エアーステージングを含んでもよい。本明細書で使用するとき、「エアーステージング」は、石炭が炉に入る場所で導入されるすべての空気とは対照的に、燃焼空気を燃焼領域に沿って「段階的」に導入する公知の方法をいう。幾つかの特許には、窒素を含有する燃料の燃焼から窒素酸化物排出量を更に低減し得る、段階的な燃焼技術が記載されている。例えば、米国特許第３，７２７，５６２号；同第４，３４３，６０６号；及びそれらに引用される文献を参照のこと。
【００４６】
２）選択接触還元ユニット
選択接触還元ユニットは、９０％を超える（現時点では、現実的には５０％を超える）ＮＯｘ低減を理論上提供できる、燃焼後ＮＯｘ制御技術である。ＮＯｘ低減は、アンモニア及び／又は尿素を燃焼ガスに注入した後、反応装置内の触媒層を通過させることによって達成される。アンモニア及び／又は尿素は、触媒表面でＮＯｘと反応して、窒素分子と水を形成する。
【００４７】
好ましくは、本発明の方法には、エアーステージング、選択非接触還元ユニット、選択接触還元、スクラバー及びこれらの組み合わせから選択される任意の修正を用いて燃焼ガスを処理する、更なる工程が含まれる。しかし、熱産出ユニットに関するいかなる公知の修正又は方法論を本発明の方法に加えてもよい。
【実施例】
【００４８】
本発明の実施形態を実証するために、以下のシステムを使用する：
燃焼システム  −  「Ｌ１５００」と呼ばれる微粉炭燃焼試験炉は、業務用の燃焼条件を模擬するために設計された、公称５ＭＭ  ＢＴＵ／時間（１．５ＭＷ）の炉である。前記水平発火型燃焼器（horizontal-fired combustor）の内側寸法は、２７１×２７１ｃｍ（４２×４２インチの正方形）及び１２ｍ（４０フィート）長である。その壁は、温度を発火側での約１６４８℃（３０００°Ｆ）からシェル側での６０℃（１４０°Ｆ）未満まで下げるように多層構造の断熱材を有する。前記燃焼器は、設計上はモジュール式であって、各区分に多数のアクセスポートと任意の冷却パネルとを有する、１２の区分から構成されている。これによって、燃焼ガス温度特性を、より良好な模擬的業務用設備に調節することができる。前記アクセスポートは、目視観測、燃料及び／又は空気の注入、並びに生成物試料採取に使用される。
【００４９】
総体的な燃焼設備は、給気システム、給水システム及び冷却システム、Ｌ１５００燃焼器、燃料供給システム、燃焼ガス冷却室、スクラバー、並びに誘引通風機及び排気筒を含む。
【００５０】
Ｌ１５００内のバーナーは、低ＮＯｘ設計であって、流量、予備加熱温度、及び二次と三次の空気調整器に対しては、渦巻き度合い（degree of swirl）に関して、独立して制御できる一次、二次及び三次空気投入量を有する。炉の上部に送り込まれる空気（Overfire air）は、炉内の下流で注入される。
【００５１】
石炭は、バーナーの中心から炉の中へ注入される。石炭注入器は、７．６ｃｍ（３インチ）パイプの内側の３．８１ｃｍ（１．５インチ）パイプから成る。石炭は、この二つのパイプ間の環から供給される；前記３．８１ｃｍ（１．５インチ）パイプはブラッフボディ（bluff body）の機能を果たす。
【００５２】
本明細書内で設定される試験のために、前記バーナーシステムを、液体燃料の注入を可能にするように修正する。二元式流体（油＋空気）噴霧ノズルは、このノズルの先端が、３．８１ｃｍ（１．５インチ）パイプの端から約２．５４ｃｍ（１インチ）引っ込むように、前記の３．８１ｃｍ（１．５インチ）ブラッフボディパイプを通してバーナーの中心に挿入される。液体燃料と空気は予備混合されて、注入器の先端の６個の小さな孔を介して供給される。この設計により、前記液体は十分に噴霧されて、石炭の流れの中心に直接供給される。
【００５３】
液体燃料は、並行に連結された二つの３７．８Ｌ（１０ガロン）圧力タンクから供給され、圧縮空気をこれらのタンクに適用することで、前記液体がタンクからデジタル流量計を通ってバーナーに押出される。空気圧を調整することによって、前記液体の流量を変えることができる。
【００５４】
分析システム  −  試料は、炉内の任意の２箇所から採取できる。本明細書におけるデータに関しては、試料は、２秒の滞留時間（two second residence time）にほぼ対応しかつ工業用微粉炭ボイラーの典型である、区分６から取り出される。試料はまた、約５秒の滞留時間に対応する、炉の出口でも採取される。試料採取システムは、微粒子を除去するためのフィルターと、水から凝縮するための冷却器とを含んだ。
【００５５】
ＮＯ及びＮＯ2は、熱環境装置モデル４２Ｃ（Thermo Environmental Instruments Model 42C）高水準化学発光分析計を用いて測定される。
【００５６】
ＳＯ2は、ウェスタン・ボヴァー（Western Bovar）７２１ＡＴ２分析器を用いて分析される。この分析器は、炉内で産出される濃度よりも低い、０〜１０００ｐｐｍまでのＳＯ2範囲を有する。そのため、前記試料を窒素で３：１に希釈して、測定されたＳＯ2信号を、適正値を得るように補正する。
【００５７】
ＰＭ１０微粒子測定は、ＴＳＩモデル８５２０ダストラック（TSI Model 8520 DusTrak）エアゾールモニターで実施される。この装置は、レーザー散乱を用いて、特定サイズよりも小さな微粒子の数を測定する。
【００５８】
上述の燃焼システム及び分析システムの使用に基づいて、以下の実施例では、本発明の実施を例証するが、これは本発明の範囲を限定するものではない：
以下の実施例の表から分かるように、酸素化物の添加による石炭ＮＯｘ排出量の希釈が、操作中における唯一の技法であるならば、その排出量は、混焼率を高めるにつれて直線的に減少するものと予想される。このような関係は、ＳＯ2排出量の速度によって例示される。酸素化物が硫黄を含まないことから、ＳＯ2排出量データは、硫黄を含有する石炭が硫黄を含まない酸素化剤で置換されるときに排出されるＳＯ2において、直接的な線形応答を示す。しかし、ＮＯｘ及びＰＭ１０の率は、まったく異なる、新規な応答を示す。酸素化物の混焼率が増加するにつれて、ＮＯｘ及びＰＭ１０の排出量が、意外にも、不相応に大量に低減される。
【００５９】
入熱による、酸素化物の２０％の好ましい混焼率は、ＮＯｘの６３．４％低減、及びＰＭ１０の９５．１％低減をもたらした。
【００６０】
（実施例１）
【００６１】
【表１】
2007531797.tif 000002
【００６２】
【表２】
2007531797.tif 000003
【００６３】
（実施例２）
【００６４】
【表３】
2007531797.tif 000004
【００６５】
【表４】
2007531797.tif 000005
【００６６】
本発明の特定の実施形態を例示し説明したが、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく他の様々な変更及び修正を実施できることが、当業者には明らかであろう。したがって、本発明の範囲内にあるそのようなすべての変更及び修正を、添付の「特許請求の範囲」で扱うものとする。
【国際調査報告】
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2007531797.tif 000007
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