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DE69323479T2 - Verfahren zur verbrennung von schwefelhaltigen kohlenstoffmaterialien - Google Patents

Verfahren zur verbrennung von schwefelhaltigen kohlenstoffmaterialien

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Publication number
DE69323479T2
DE69323479T2 DE69323479T DE69323479T DE69323479T2 DE 69323479 T2 DE69323479 T2 DE 69323479T2 DE 69323479 T DE69323479 T DE 69323479T DE 69323479 T DE69323479 T DE 69323479T DE 69323479 T2 DE69323479 T2 DE 69323479T2
Authority
DE
Germany
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combustion
caco3
products
combustion zone
recrystallized
Prior art date
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Expired - Fee Related
Application number
DE69323479T
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English (en)
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DE69323479D1 (de
Inventor
Stephen H. Bedford Ny 10506 Baer
Joseph Dell'aquila, Deceased
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Novacon Energy Systems Inc
Original Assignee
Novacon Energy Systems Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Novacon Energy Systems Inc filed Critical Novacon Energy Systems Inc
Publication of DE69323479D1 publication Critical patent/DE69323479D1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE69323479T2 publication Critical patent/DE69323479T2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10LFUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
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    • C10L10/02Use of additives to fuels or fires for particular purposes for reducing smoke development
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23JREMOVAL OR TREATMENT OF COMBUSTION PRODUCTS OR COMBUSTION RESIDUES; FLUES 
    • F23J7/00Arrangement of devices for supplying chemicals to fire
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F01N2570/00Exhaust treating apparatus eliminating, absorbing or adsorbing specific elements or compounds
    • F01N2570/04Sulfur or sulfur oxides
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/12Heat utilisation in combustion or incineration of waste

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  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
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  • Sliding-Contact Bearings (AREA)

Description

  • Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verbrennen von schwefelhaltigen Kohlenstoff- oder organischen Materialien, so wie Kohle, Gummi und Abfallprodukte. Insbesondere findet die Erfindung Anwendung in den Bereichen der Krafterzeugung und der Müllverbrennung, so wie die städtische Müllbeseitigung.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Die Hauptquelle für Elektrizität sind Kohlekraftwerke. In den Vereinigten Staaten und in der restlichen Welt werden große Mengen an Kohle gefördert, und der mögliche Energiegewinn aus Kohleverbrennung ist enorm.
  • Obwohl Kohle eine ergiebige und relativ billige Energiequelle ist, wird dies doch immer weniger wünschenswert aufgrund der Luftemissionen, die dabei entstehen. Insbesondere Schwefeloxide (SOx) und Stickstoffoxide (NOx) bilden, wenn sie an die Atmosphäre abgegeben werden, mit Feuchtigkeit Schwefel- und Salpetersäuren, die Hauptkomponenten von saurem Regen. Weiterhin führt Kohleverbrennung zu Verschmutzungen in der Form von Feststoffausstoß.
  • Die Müllverbrennung produziert ebenso unerwünschte Mengen an SOx und NOs und an Feststoffausstoß.
  • Über das nächste Jahrzehnt werden es gesetzliche Vorschriften erforderlich machen, daß Kraftwerke und Müllverbrennungsanlagen ihre Emissionen stark reduzieren. Mit der zur Zeit verfügbaren Technologie gibt es für Kohlekraftwerke zwei primäre Methoden zur Reduktion der SOx-Emission:
  • Die erste Methode besteht darin, Kohle mit niedrigerem Schwefelgehalt zu verbrennen. Jedoch ist Kohle mit niedrigem Schwefelgehalt sehr viel teurer als Kohle mit mittlerem und hohem Schwefelgehalt, was sich noch steigern wird, wenn der Bedarf steigt. Außerdem hat ein Absenken des Schwefelgehaltes keinen Effekt auf die NOX Emissionen.
  • Die zweite Methode zum Reduzieren der SOx-Emissionen besteht Waschen, wie es angewendet wird im Verfahren zur Behandlung der Verbrennungsabgase mit Kalkstein und dem Umwandeln von SOx in Kalksulfat.
  • Das Waschen kann effektiv sein bei der Produktion der SOx Emission. Jedoch ist die Ausstattung zum Waschen teuer bei der Installation, im Betrieb und bei der Wartung. Darüberhinaus führt die Leistung, die erforderlich ist, um die Wascheinrichtung zu betreiben, zu wesentlichen störenden Energieverlusten. Wird in der Brennkammer Kalkstein verwendet, wie es bei Wirbelbettbrennern (die neuesten und saubersten Systemarten) der Fall ist, wird die Effizienz des Verbrennungsprozeßes selbst reduziert.
  • Schließlich senkt die Kalkstein-Wäsche nicht die NOX Emissionen.
  • Seit kurzem gibt es einen neuen Trend bei der Reduktion der SOx-Emissionen von Brennöfen, der in der Zufuhr von gemahlenem, kalkhaltigem Material an die Brennkammer besteht. Die US-A-4600438 schlägt die Verwendung von gemahlenem Kalk vor, die JP-A-6310538 schlägt die Verwendung einer Verbindung aus Calciumpulverteilchen vor, die man aus gebrochenem Kalkstein, Dolomit, Mamor, Kalzit und ähnlichem erhält, und der Derwent Abstract 82-66044E schlägt den Gebrauch von CaCO&sub3; haltigen Mineralien und vorzugsweise geschichtetem Kalkstein oder amorphem Kalkstein vor.
  • NOx wird zur Zeit in zwei verschiedenen Weisen reduziert:
  • Der erste Weg besteht darin, den Verbrennungsprozeß mechanisch zu modifizieren, indem spezielle, Nieder-NOx-Brenner installiert werden. Jedoch sind die Kosten hoch, die Installation kann ein langes Abschalten erforderlich machen und der Grad der NOX Reduktion ist begrenzt.
  • Der zweite Weg besteht darin, die Abgase entweder mit Ammoniak oder Harnstoffsprays zu behandeln. Das ist auch effektiv, aber die Systeme sind sehr teuer im Betrieb und Ammoniak kann manchmal selbst ein sekundärer Verschmutzer werden.
  • Die Reduktion von NOX wird auch von dem oben erwähnten Derwent Abstract beschrieben.
  • Feststoffe werden den Abgasen zur Zeit durch Zyklon-Abscheidung, Filtern, elektrostatisches Ausfällen oder durch eine Kombination daraus entzogen.
  • In solchen Fällen ist die Ausrüstung teuer im Aufbau, im Betrieb und in der Wartung, und es führt zu störenden Energieverlusten.
  • Insgesamt bedeutet das, daß das Reduzieren der drei unerwünschten Emissionsformen SOx, NOx und Feststoffausstoß drei getrennte Prozesse erfordert, die alle teuer sind.
  • Bei der Müllverbrennung steht man zur Zeit denselben Typen von Regelungsproblemen gegenüber wie bei Kohle. Gemeinden und Staaten bestehen darauf, daß SOs, NOx- und Feststoffemissionen wesentlich unter die bisherigen Mengen abgesenkt werden, und da die Brennstoffe mit niedrigem Schwefelanteil, die den Kohlekraftwerken zur Verfügung stehen, keinen Gegenpart in der Müllverbrennung haben, sind Waschen und NOX Behandlung zur Zeit die einzigen praktikablen Verfahren.
  • Ausrangierte Autoreifen sind ein besonderes Problem. Sie können nicht befriedigend auf Halden entsorgt werden, und obwohl ihr hoher Kohlenstoffanteil sie zu einer potentiell ausgezeichneten Energiequelle macht, führt ihr hoher Schwefelanteil beim herkömmlichen Verbrennen zu effektiven Nachteilen.
  • Weiterhin kann das Reduzieren der Verschmutzungsmengen eine große Menge der erzeugten Energie verbrauchen.
  • Es besteht daher Bedarf für ein Verfahren zum Verbrennen von brennbaren schwefelhaltigen Kohlenstoff- oder organischen Materialien, wie Kohle, Gummi und Müll, wie städtischem Müll, daß nicht die oben genannten Nachteile aufweist.
  • Die vorliegende Erfindung erfüllt diese Anforderungen.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • In Übereinstimmung mit einem Aspekt der Erfindung wird ein verbessertes Verfahren zum Verbrennen von brennbaren schwefelhaltigen Kohlenstoffmaterialien vorgeschlagen.
  • Während der Prozeß spezielle Anwendungen zum Verbrennen von Kohle findet, kann er auch bei solchen Anwendungen verwendet werden wie der Verbrennung von städtischem Müll und Autoreifen.
  • Seine Vorteile gegenüber den derzeitigen Verfahren bestehen in geringeren Mengen an SOx, NOx und Feststoffemissionen, geringerem Durchsatz von Restfeststoffen und höherer Verbrennungseffizienz.
  • Weiterhin ist der Prozeß selbst einfach, billig bei der Installation und im Betrieb, ungefährlich und leicht zu kontrollieren.
  • Das Verfahren nach diesem Aspekt der Erfindung beinhaltet das Einbringen von Teilchen kalkhaltigen Materials, wie es vom oben erwähnten Dokument vorgeschlagen wird, in den ansonsten herkömmlichen Verbrennungsprozeß.
  • Das kalkhaltige Material ist jedoch ein ausgewähltes Material, dessen eine Komponente zu einem Hauptbestandteil aus rekristallisiertem metamorphem CaCO&sub3; besteht und nur zu einem kleinen Bestandteil aus anderen Komponenten, wie weiter unten erläutert.
  • Es hat sich in diesem Zusammenhang herausgestellt, daß die Kombination aus rekristallisiertem metamorphem CaCO&sub3; und dem herkömmlichen Brennstoff den Verbrennungsprozeß wesentlich verbessert.
  • Zum Beispiel ist die Menge an erzeugtem SO&sub2; im Vergleich zu den herkömmlichen Verbrennungsprozessen wesentlich retardiert und reduziert. Unter diesem Aspekt des erfinderischen Verfahrens, das ohne jede Waschausrüstung verwendet wird, hat sich herausgestellt, daß die SOx- Emissionsmengen denjenigen von neuen Kraftwerten vergleichbar sind, die ganz moderne Verbrennungssysteme mit ausgeklügelten und teuren Waschausrüstungen aufweisen, was eine größere Energie zum Betrieb derselben erforderlich macht; Verwendung von Kalkstein in Wirbelbettverbrennern; Zyklon-Abscheidung; Filtern; elektrostatisches Ausfällen; oder Kombinationen daraus zum Entfernen von Feststoffen; und Installation von Nieder-NOx-Brennern oder Abgasbehandlung mit Ammoniak oder Harnstoffsprays.
  • Man konnte feststellen, daß die Zufuhr von rekristallisiertem metamorphem CaCO&sub3; an die Verbrennungszone viel vom in der Kohle enthaltenen Schwefel auffängt und damit verhindert, daß dieser SO&sub2;, SO&sub3;, und H&sub2;S bildet, und ihn stattdessen in reinen Schwefel und lose Schwefelkomponenten umwandelt, die in der Asche verbleiben und relativ leicht wiedergewonnen werden können.
  • Zusätzlich ist es leichter als bei herkömmlichen Prozessen möglich, andere wertvolle Chemikalien wiederzugewinnen.
  • Weiterhin ist rekristallisiertes, metamorphes CaCO&sub3; in dem Ausmaß, in dem es reagiert und verkalkt, effizienter als Kalkstein, da es eine reguläre Kristallstruktur hat, weniger Verunreinigungen enthält und da es einen höheren Verschleißindex hat, das heißt eine größere Aktivität in der Verbrennungszone, während die Bildung von schädlichen Materialien, die an die Atmosphäre abgegeben werden, retardiert und reduziert wird.
  • Weiterhin hat sich herausgestellt, daß die Anwesenheit von rekristallisiertem, metamorphen CaCO&sub3; in der Verbrennungszone den Effekt hat, die Bildung von NOx Rückständen wesentlich zu retardieren und zu reduzieren. In dieser Hinsicht ist es wahrscheinlich, daß die Kristallgitter als Molekülfallen wirken, die verhindern, daß der Stickstoff mit Sauerstoff reagiert. Obwohl bekannt ist, daß in Verfahren, die Kalkstein bei der Verbrennung verwenden, geringere Zufuhrmengen von Ca an S die NOX Bildung leicht verringern, sind solche Prozesse immer noch ineffizient und führen zu im wesentlichen gasförmigem NOx das an die Atmosphäre abgegeben wird, wenn es nicht entfernt wird durch Verwendung der oben erwähnten ausgeklügelten und teuren Systeme. Weiterhin konnte man feststellen, daß die Anwesenheit von rekristallisiertem CaCO&sub3; im Verbrennungsprozeß nach der vorliegenden Erfindung ein propanartiges Gas bildet, das entweder im Brenner verbrannt oder entzogen, gesäubert, komprimiert und abtransportiert werden kann. Beim Ausführen des erfinderischen Verfahrens kann eine Vielfalt von rekristallisiertem metamorphen CaCO&sub3; eingesetzt werden, solange es eine kristalline Struktur hat. Um jedoch eine akzeptable Retardierung und Redukti on der SOx und NOx Bildung in Übereinstimmung mit der Erfindung zu erzielen, hat das verwendete, rekristallisierte metamorphe CaCO&sub3; nicht nur eine Kristallstruktur, sondern enthält auch im Bereich 5 bis zu 65 Gewichtsprozent (basierend auf dem Gesamtgewicht von CaCO&sub3;) andere kalkhaltige und nichtkalkhaltige Materialien. Weiterhin sollte in dieser Hinsicht, während das rekristallisierte metamorphe CaCO&sub3; eine umfangreich variierende Teilchengröße haben und gemahlen sein kann, um kleine Teilchen erhalten, das Mahlen nicht so umfangreich sein, daß es die Kristallstruktur zerstört. Andererseits sollten beim Ausführen des Verfahrens nach dieser Erfindung die Teilchen des rekristallisierten metamorphen CaCO&sub3; nicht so groß sein, daß das CaCO&sub3; nicht effizient im wesentlichen vollständig verwendet werden kann. Die optimale Größe der verwendeten CaCO&sub3;-Teilchen, die in einem gegebenen Verbrennungssystem verwendet werden, hängt ab von der Temperatur, der Verweilzeit des kristallinen CaCO&sub3; im Verbrenner und dem Typ des Brennstoffs und seiner Teilchengröße. Die jeweilige Teilchengröße von rekristallisiertem CaCO&sub3; zur Verwendung in irgendeinem bestimmten System kann bestimmt werden durch Routinerechnungen und Tests. In praktischer Hinsicht bewegt sich die Teilchengröße des rekristallisierten metamorphen CaCOx im Bereich von einem Mittelwert von 300 Siebgrößen (ASTM) bis zu 4 Siebgrößen.
  • Weiterhin wird in Übereinstimmung mit dem erfinderischen Verfahren weniger Asche produziert (im Fall von kohlebetriebenen Brennern) und es findet ein geringerer Durchsatz an Feststoffen statt (im Fall von Verbrennern) als bei herkömmlichen Verfahren.
  • In Übereinstimmung mit dem Verfahren der Erfindung kann das rekristallisierte, metamorphe CaCO&sub3; mit dem Kohlenstoffmaterial gemischt werden, bevor es in die Brennzone eingebracht wird, oder alternativ der aktiven Brennzone beigegeben werden.
  • Wie sich herausgestellt hat, steigert eine kleine Menge an Eisen und/oder Aluminium, die dem rekristallisierten, metamorphen CaCO&sub3; zugefügt ist, die Retardierung und den emissionsreduzierenden Effekt des Verfahrens.
  • Tests haben ergeben, daß bei Zugabe von wesentlichen Mengen zerhackter Reifen oder städtischen Mülls, insbesondere Plastikmüll, an die Kohle die Effizienz des Verfahrens aufrechterhalten bleibt ohne einen wahrnehmbaren Anstieg in den SOx-, NOx-oder Feststoffemissionen.
  • Basierend auf den Testergebnissen hat sich ergeben, daß, wenn die vorliegende Erfindung bei der Kohleverbrennung verwendet wird, die Emissionsmengen ohne Waschen oder irgendeine andere Behandlung mit den meisten modernen Anlagen mit den modernsten Emissionssteuerungen vergleichbar oder sogar besser sind. Dieses ist sowohl unter ökonomischen als auch unter ökologischen Gesichtspunkten aus einer Vielzahl von Gründen von großem Vorteil.
  • Zum Beispiel erlaubt das Verfahren, da es in den meisten Systemen ohne teure Modifikationen installiert werden kann und da Mamor, d. h. rekristallisiertes, metamorphes CaCO&sub3;, ergiebig, gut verfügbar und billig ist, daß existierende Anlagen, die keine Wasch- oder andere Emissionskontroll- Ausrüstungen haben, drastisch ihre Emissionsmengen reduzieren können bei einem Bruchteil der Kosten, die anfallen würden beim Wechsel auf Kohle mit niedrigem Schwefelanteil und beim Hinzufügen von Wasch- und NOX Behandlungssystemen. Weiterhin erlaubt es, daß Anlagen, die aufgrund ho her Emissionen abgeschaltet werden müßten, in Betrieb bleibenkönnen bei weitaus geringeren Kosten, als die, die erforderlich wären, um sie zu ersetzen.
  • Weiterhin ist die Installation des Verfahrens einfach und schnell und die Installation erfordert kein langes Abschalten der Anlagen. Somit erlaubt es, daß Anlagen mit hohen Emissionsmengen diese Mengen im wesentlichen sofort reduzieren können, mit den entsprechenden Vorteilen für Umwelt und Ökonomie.
  • Weiterhin führt es in Anlagen, die schon modernste Emissionstechologien aufweisen, zu weiteren Reduktionen in den Emissionmengen, verbessert wesentlich die Effizienz der Anlagen, vereinfacht die Wartung und verlängert deren Lebensdauer.
  • Weiterhin werden die Kosten der elektrischen Energieerzeugung durch die steigende Effizienz reduziert.
  • Weiterhin eröffnet sich die Möglichkeit der Verwendung von größeren Mengen relativ billiger Kohle mit hohem Schwefelanteil, was sowohl die Kosten der elektrischen Energieerzeugung als auch die Abhängigkeit vom Öl vermindert.
  • Weiterhin reduziert es die Emissionen von Abfallverarbeitungsanlagen und macht sie im Betrieb effizienter; und die Belastung der Halden, von denen die meisten schon überlastet sind, wird reduziert, da das Verfahren weniger Feststoffrückstände produziert.
  • Zusätzlich erlaubt die Einfachheit des Verfahrens die Konstruktion von kleinen Einheiten, die in die Nähe von Abfallquellen gebracht werden können, wodurch die derzeitigen hohen Mülltransportkosten reduziert werden und wodurch es für kleine Unternehmen sehr viel leichter ist, die Abfallrichtlinien zu erfüllen.
  • Weiterhin kann das Verfahren effektiv und ökonomisch mit solch speziellen Abfällen umgehen wie Gift oder infektiösen Krankenhausabfällen, Schlamm aus der Papierherstellung, chemischen Abfällen usw. indem abgedichtete Systeme bereitgestellt werden, die keine Abgase an die Atmosphäre abgeben.
  • In Übereinstimmung mit weiteren speziellen Aspekten der Erfindung wird ein Verfahren zum Verbrennen eines brennbaren schwefelhaltigen Kohlenstoffmaterials bereitgestellt, das die Schritte umfaßt: Einbringen von kohlenstoffhaltigem Material, Sauerstoff und rekristallisiertem, metamorphen Ca- CO&sub3; in eine Verbrennungszone, wobei das rekristallisierte, metamorphe Ca- CO&sub3; in die Verbrennungszone eingeführt wird bei einer Zufuhrrate mit einem stöchiometrischen Verhältnis von CaO zu SO&sub2; im Bereich von 1,0 bis 2,0 zu 1,0, und Retardieren und Reduzieren der Bildung von SO&sub2; und NO&sub2;, wobei eine Temperatur aufrechterhalten wird, die hinreicht, um den Sauerstoff und das Kohlenstoffmaterial in der Verbrennungszone zu zünden und gasartige Nebenprodukte der Verbrennung zu erschöpfen. In dieser Hinsicht wird beim Ausführen des Prozesses der Erfindung das rekristallisierte, metamorphe CaCO&sub3; in die Verbrennungszone in einer Menge im Bereich von 5 bis 15 Gewichtsprozent eingeführt, in Abhängigkeit vom Gewicht des Kohlenstoffmaterials.
  • Während die Temperatur in der Verbrennungszone in Übereinstimmung mit der Erfindung innerhalb weiter Grenzen variieren kann und mindestens hinreicht, um den Sauerstoff und das Kohlenstoffmaterial zu zünden, wird sie im allgemeinen in der Verbrennungszone in einem Bereich von 1250ºF (677ºC) bis zur Zersetzungstemperatur des rekristallisierten, metamorphen CaCO&sub3; in der Verbrennungszone aufrechterhalten, wenn das erfinderische Verfahren durchgeführt wird, und liegt vorzugsweise in einem Bereich von 1250ºF (677ºC) bis 2800ºF (1538ºC).
  • In Übereinstimmung mit einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Verbrennen von brennbarem, schwefelhaltigem Kohlenstoffmaterial bereitgestellt, daß die Schritte umfaßt:
  • Zufuhr von Kohlenstoffmaterial, Sauerstoff und rekristallisiertem, metamorphen CaCO&sub3; an die Verbrennungszone und Retardieren und Reduzieren der Bildung von SO&sub2; und NO&sub2; in der Verbrennungszone, wobei eine Temperatur in der Verbrennungszone aufrechterhalten wird, die hinreicht, um den Sauerstoff und das Kohlenstoffmaterial zu zünden und gasartige Nebenprodukte der Verbrennung zu erschöpfen, während nicht verwendetes rekristallisiertes, metamorphes CaCO&sub3; von den gasförmigen Nebenprodukten der Verbrennung vor der Erschöpfung getrennt wird, und Wiederverwerten des getrennten unverwendeten kristallisierten, metamorphen CaCO&sub3; in der Verbrennungskammer.
  • In Übereinstimmung mit einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung kann wenigstens ein Teil der gasförmigen Nebenprodukte der Verbrennung, oder im wesentlichen alles, einem Endverbrauch zugeführt werden, so wie z. B. zur Erzeugung von Elektrizität; oder alternativ können Feststoffnebenprodukte, so wie Flugasche, zum Einsacken und zur weiteren Verwendung eingesammelt werden. Weiterhin kann in diesem Zusammenhang im wesentlichen alles oder ein Teil sowohl der festen als auch der gasförmigen Nebenprodukte der Verbrennung, falls gewünscht, wiederverwertet oder Endnutzungen zugeführt werden.
  • In einer weiteren Ausführungsform in Übereinstimmung mit der Erfindung wird ein Verfahren zum Verbrennen eines brennbaren schwefelhaltigen Kohlenstoffmaterials bereitgestellt, das die Schritte umfaßt:
  • Zuführung von kohlenstoffhaltigem Material, Sauerstoff und rekristallisiertem, metamorphen CaCO&sub3; an die Verbrennungszone, wobei eine Temperatur in der Verbrennungszone aufrechterhalten wird, die hinreicht, um den Sauerstoff und das Kohlenstoffmaterial zu zünden und feste Nebenprodukte, unter anderem Kohlenstoff, und gasförmige Nebenprodukte der Verbrennung zu bilden, und wobei der Kohlenstoff in den Feststoffnebenprodukten auf einen Bereich von 20 bis 50 Gewichtsprozent reduziert wird, basierend auf dem Gewicht der Feststoffnebenprodukte der Verbrennung, unter anderem Kohlenstoff, und wobei die Bildung von SO&sub2; und NO&sub2; in der Verbrennungszone retardiert und reduziert wird und Feststoffnebenprodukte der Verbrennung, unter anderem Kohlenstoff, und gasförmige Nebenprodukte der Verbrennung erschöpft werden. In diesem Zusammenhang kann der Prozeß, falls gewünscht, beinhalten, daß die Feststoffnebenprodukte, unter anderem Kohlenstoff, von den gasförmigen Nebenprodukten der Verbrennung abgetrennt werden, bevor die Feststoffnebenprodukte, unter anderem Kohlenstoff, und die gasförmigen Nebenprodukte erschöpft werden, an die Atmosphäre abgegeben werden, oder einem weiteren Endverbrauch zugeführt werden, und wobei, falls gewünscht, das nicht verwendete rekristallisierte, metamorphe CaCO&sub3; vom Feststoff und den gasförmigen Nebenprodukten der Verbrennung abgetrennt wird und das abgetrennte nicht verwendete metamorphe, rekristallisierte CaCO&sub3; in der Verbrennungszone wiederverwendet wird.
  • In Übereinstimmung mit dem erfinderischen Verfahren ist es im allgemeinen vorteilhaft, wenn der Prozeß beinhaltet, daß eine kleine Menge entweder von Eisen oder Aluminium oder beidem zusammen mit dem rekristallisierten, metamorphen CaCO&sub3; in die Verbrennungszone eingebracht wird.
  • In Übereinstimmung mit der Erfindung wird das Verfahren beim atmosphärischen Umgebungsdruck ausgeführt, obwohl es auch bei Drücken betrieben werden kann, die unterhalb oder oberhalb des Atmosphärendrucks liegen. Es ist leicht zu betreiben bei Drücken unterhalb oder oberhalb des Umgebungsdruckes.
  • Zusätzlich eignet sich das Verfahren für kontinuierliche, semikontinuierliche oder Posten-Verfahren.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Um die vorliegende Erfindung besser zu verstehen, wird Bezug genommen auf die beigefügten Zeichnungen, die im Zusammenhang mit der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen gesehen werden sollten:
  • Fig. 1 ist eine schematische Ansicht eines stationären Verbrennungssystems, das das Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet;
  • Fig. 2 ist eine schematische Ansicht einer Wirbelbett-Verbrennungsanlage, die angepaßt ist, um das Verfahren der vorliegenden Erfindung zu verwenden;
  • Fig. 3 ist eine schematische Ansicht einer Nachverbrennungs-Abgas-Wäsche, die ein alternatives Verfahren nach der vorliegenden Erfindung verwendet.
  • Fig. 4 ist eine schematische Ansicht eines mobilen Müllverarbeiters nach der vorliegenden Erfindung;
  • Fig. 5 ist eine schematische Ansicht eines Verarbeiters, der an ein Abgassystem einer internen Verbrennungsmaschine angepaßt ist; und
  • Fig. 6 ist eine graphische Abbildung eines Verfahrens nach dieser Erfindung, wie es in einem zirkulierenden Wirbelbett-Umwandler ausgeführt wird, der angepaßt wurde, um rekristallisiertes, metamorphes CaCO&sub3; zu verwenden und der ursprünglich mit Kalkstein betrieben wurde, wobei gezeigt ist, daß das rekristallisierte CaCO&sub3; in dem System dazu führt, daß bei geringeren Zufuhrraten als Kalkstein die SO&sub2; -Emissionen reduziert werden, wie auch die NO&sub2; Emissionen.
  • Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
  • Unter Bezugnahme auf Fig. 1 beinhaltet ein stationäres Verbrennungssystem, das sich zum Ausführen des Verfahrens dieser Erfindung eignet, eine Verbrennungskammer 10, die Einlässe 12 und 14 für das Ausgangsmaterial bzw. Luft aufweist, die vom Zuliefersystem 16 für das Ausgangsmaterial bzw. vom Zuliefersystem 18 für dosierte Luft zugeführt werden. Die Verbrennungskammer 10 kann von irgendeinem bekannten Typ sein (Stoker, Rost, Wirbelbett usw.), der eine dosierte Menge von Brennstoff und Abscheidemitteln aufnimmt und verbrennt, d. h. retakristallisiertes, metamorphes CaCO&sub3; und eine gleichmäßige Verteilung von Luft. Das Zufuhrsystem 16 für die Zufuhr des Ausgangsmaterials durch den Einlaß 12 und das System zur Dosierung von Luft 18 durch den Einlaß 14 in die Verbrennungskammer sind wohlbe kannt und müssen hier nicht weiter beschrieben werden. Zum Beispiel kann ein hydraulischer Kolben oder eine rotierende Schraube verwendet werden für die kontinuierliche oder semikontinuierliche Zufuhr von Ausgangsmaterial, oder es kann auch ein Postenbetrieb verwendet werden.
  • Verbrennungsnebenprodukte in der Form von Gasen und Feststoffen werden entlang eines Feuerkanals 20 zum Kopf der Verbrennungskammer 10 geleitet, hinter einen Ablenkkanal 22, der in einen Rückstand- Auffangbehälter 24 führt. Wie in Fig. 1 gezeigt, wird die Trennung von Gas und schweren Teilchen erzielt durch das Anbringen einer Schutzwand 26 im unteren Abschnitt des Feuerkanals 20 im Weg der Rückstände, der die Rückstände abwärts entlang des Kanals 22 ablenkt, während das Gas über die Barriere strömen kann. Das von den Rückständen abgetrennte Gas wird zu einem Dampfkessel 28 gelenkt und dann aus dem Schornstein 30. Der Dampf vom Kessel 28 wird an einen Dampfgenerator 32 geführt, um einen Turbinengenerator anzutreiben, um z. B. Elektrizität zu erzeugen.
  • Das Ausgangsmaterial vom Zufuhrsystem 16 kann Kohle sein oder Abfall, so wie städtischer Müll, medizinischer Abfall, Schlamm aus der Papierverarbeitung, Gummireifen, oder andere organische Materialien oder eine Kombination dieser Brennstoffe. In einer beispielartigen Ausführungsform, wo der Brennstoff Kohle ist, wird das Abscheidemittel, d. h. rekristallisiertes, metamorphes CaCO&sub3; (Marmor) der Kohle vor der Zufuhr an die Verbrennungskammer 10 zugesetzt. Der Marmor kann in verschiedenen Teilchengrößen verwendet werden in Abhängigkeit von Brennstofftyp und -größe, z. B. kleine, sandartige Teilchen oder größere, quadratzentimetergroße Teilchen. Der Kammer 10 wird dosierte Luft zugegeben in einer Rate, um eine Temperatur vorzugsweise im Bereich von 1500ºF (816ºC) bis 1650ºF (899ºC) aufrechtzuerhalten, um die thermische NOx -Bildung abzuhalten.
  • Beim Aufrechterhalten der oben genannten Bedingungen in der Verbrennungskammer fängt das Abscheidemittel den in der Kohle enthaltenen Schwefel auf und verwandelt ihn in elementaren Schwefel und lose Schwefelverbindungen, die leicht vom festen Rückstand wiedergewonnen werden können. Das in dem Verfahren gebildete propanartige Gas kann entweder im Kessel 28 für den weiteren Prozeß der elektrischen Energieerzeugung verbrannt werden oder es kann unverbrannt gelassen, wiedergewonnen, komprimiert und abtransportiert werden.
  • Müll kann als Ausgangsmaterial verwendet werden, entweder alleine oder vermischt mit Kohle. Im letzteren Fall wird der Müll einfach zusammen mit Kohle und rekristallisiertem, metamorphen CaCO&sub3; der Verbrennungskammer zugeführt.
  • Tests, die mit Gummireifen oder mit Kunststoffen gemacht wurden, die der Mischung aus Kohle/rekristallisiertem, metamorphen CaCO&sub3; zugesetzt wurden, ergaben keinen Anstieg in den Emissionsmengen von SO&sub2; und NO&sub2;.
  • Weiterhin wird bei den obigen Betriebstemperaturen medizinischer Abfall vollständig sterilisiert. Es ist darüberhinaus klar, daß eine große Vielfalt von vielen Giftabfällen ebenfalls sicher in Übereinstimmung mit dem erfinderischen Verfahren verarbeitet werden kann.
  • Sowohl in Abfallbehandlungs- als auch ausschließlichen Kohle-Modi arbeitet das Verfahren dieser Erfindung bei Atmosphärendruck.
  • Fig. 2 zeigt schematisch eine Wirbelbett-Anlage nach neuestem Stand, wie sie modifiziert sein könnte zum Betrieb nach der vorliegenen Erfindung, wobei die modifizierte Ausrüstung ein Kohlesilo 40 umfaßt, das eine Zufuhr an den Boden einer Wirbelbett-Verbrennungskammer 42 durch den Einlaß 60 aufweist. Rekristallisiertes, metamorphes CaCO&sub2; wird durch den Einlaß 61 eingeblasen und oberhalb der Verbrennungszone feinverteilt durch die Luft, die durch den Boden während der Verbrennung nach oben getrieben wird, wie es in herkömmlichen Systemen der Fall ist, was dazu führt, daß das Bett sich wie eine turbulente Flüssigkeit verhält.
  • Andere bestehende Komponenten der Anlage beinhalten einen Zyklon 44 zum Abtrennen der größeren Teilchen von den Gasen und ein Paar von Wärmetauschern, von denen einer, 46, ein regulärer Wärmetauscher ist und der andere, 48, ein Konvektionsgas-Wärmetauscher. Wie gezeigt, kann Ammoniak oder Harnstoff 45 in die Gase zwischen der Verbrennungskammer 42 und dem Zyklon 44 durch einen Einlaß 43 eingespritzt werden.
  • Die Gase vom Zyklon 44 werden an den Konvektionsgas-Wärmetauscher 48 weitergeleitet, der Dampf produziert. Die Asche vom Zyklon 44 wird durch den Wärmetauscher 46 geleitet und dann wieder der Verbrennungskammer 42 durch den Einlaß 47 zugeführt. Schließlich, wie in Fig. 2 gezeigt, werden die Gase, die den Wärmetauscher 48 verlassen, durch ein Filterhaus ("bag house") 50 geleitet, das Faserfilter zum Auffangen feiner Teilchen aufweist, und dann aus dem Schornstein 52.
  • Wie gezeigt, wird der Dampf vom Wärmetauscher 48 durch ein Rohr 54 dem Wärmetauscher 46 zugeführt. Im Wärmetauscher 46 wird der Dampf vom Wärmetauscher 48 erhitzt und dann durch ein Rohr 56 einem Turbinengenerator (nicht gezeigt) zugeführt zur Erzeugung von Elektrizität.
  • Die in Fig. 2 gezeigte Anlage kann in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung dahingehend modifiziert werden, daß sie eine Vorrichtung zur Zufuhr von rekristallisiertem, metamorphen CaCO&sub3; 58 durch den Einlaß 61 an den Brennstoff durch die Kohlezufuhrröhre 60 in einer vorbestimmten Menge aufweist. Die heiße Asche und das rekristallisierte, metamorphe Ca- CO&sub3; werden durch den Zyklon 44 entfernt u9d erreichen dann den Wärmetauscher 46, wo ihre Wärme an das Dampfsystem weitergeleitet wird. Der Schwefel kann von der Asche anhand von bereits bestehenden Techniken entfernt werden, so wie einer Säurewäsche, wie durch 62 angedeutet, und das rekristallisierte, metamorphe CaCO&sub3; kann in irgendeiner herkömmlichen Weise durch mechanische Säuberung für den Wiederverbrauch entfernt werden.
  • Unter Bezugnahme auf Fig. 3 enthält ein Schornstein 72 einen Nachverbrennungs-Gasreiniger 70 nach der Erfindung. Die dosierte Luft wird durch einen Einlaß 74 einem Kreisring 75 zugeführt, der ein Rost ist und rekristallisiertes, metamorphes CaCO&sub3; enthält, aber durch den Abgase hindurchströmen können. Rekristallisiertes, metamorphes CaCO&sub3; wird durch den Einlaß 76 zugeführt und durch den Auslaß 78 durch eine einfache mechanische Vorrichtung, wie ein Kolben (nicht gezeigt), entfernt. Eine Wärmequelle 80 ist vorgesehen zum Einleiten der Verbrennung im Kreisring 75, und die Anwesenheit des rekristallisierten, metamorphen CaCO&sub3; führt zu einem Entfernen des Schwefels, wie oben beschrieben.
  • Fig. 4 zeigt eine Verbrennungsvorrichtung, die eine Verbrennungseinheit 90 umfaßt mit einer tragbaren Ascheauffangeinheit 92 zum Verarbeiten von Giftmüll. Das Ausgangsmaterial, das eine Kombination aus Kohle, Abscheidemittel und Müll sein kann, wird durch das Einlaßrohr 94 in die Verbrennungskammer 90 eingeleitet. Wie gezeigt, kann Kohlendioxid aus einer herkömmlichen Quelle (nicht gezeigt) um den Schaft des hydraulischen Stellgliedes 110 eingespritzt werden, um als Dichtung zu wirken und das Freiwer den von giftigen Gasen oder Feststoffen an die Atmosphäre zu verhindern. Die dosierte Luft zur Verbrennung wird durch das Rohr 96 und den Kreisring 98 zugeführt. Ein Rohr 99 befindet sich am Boden der Verbrennungskammer 90 zum Einspritzen von zu behandelndem flüssigen Giftmüll.
  • Die Ascheauffangvorrichtung 92 ist mit der Verbrennungskammer durch das Rohr 100 verbunden, das den Einlaß 102 des Auffängers 92 mit einer lösbaren dichten Kupplung 104 verbindet. Wie gezeigt, ist die Ascheauffangeinheit 92 auf einer Schiene 106 beweglich und wird durch ein hydraulisches Stellglied 108 angehoben und abgesenkt, um mit der Kupplung 104 in Kontakt zu kommen. Das oben erwähnte hydraulische Stellglied 110 dichtet auch den Röhrenabschnitt 112 ab, der das Rohr 100 mit der Kupplung 104 verbindet, wobei die Ascheauffangvorrichtung 92 zur Bewegung abgekoppelt wird, um entleert oder ersetzt zu werden.
  • Weitere CO&sub2; -Dichtungen 120, 121 und 123 dienen zum Abdichten und zum Verhindern, daß Kraftstoff oder giftige Materialien durch das oben erwähnte Ausgangsmaterialzufuhrrohr 94 in die Atmosphäre entweichen, wie auch dazu, zu verhindern, daß Giftgase durch den Giftgaseinlaß 122 und durch das Zufuhrrohr 99 für giftige Flüssigkeiten entweichen.
  • Fig. 5 zeigt eine andere Anwendung der Erfindung zum Behandeln von Abgasen interner Verbrennungsmaschinen. Abgase der Maschine (nicht gezeigt) strömen durch ein konzentrisches Außenrohr 130. Das Außenrohr lenkt Abgase zu einer wabenförmigen Kartusche 132, die Kohlenstoff und rekristallisiertes, metamorphes CaCO&sub3; (Abscheidemittel) enthält, zum Vorheizen der Kartusche und dann durch die Wabe, wobei die Hauptströmung der Gase die Kartusche direkt erreicht. Die Wabe verkalkt SO&sub2; und NO&sub2;, solange sie auf 1250ºF (677ºC) oder höher erhitzt wird. Dazu ist keine Verbrennung notwen dig. Wenn die Effektivität der Wabe auf nicht mehr akzeptable Pegel gesunken ist, wird sie als Einheit ausgewechselt. In internen Verbrennungsmaschinen, die nicht hinreichende Wärme für die Materialien zum Erreichen von 1250ºF (677ºC) aufbringen, kann der Einheit eine externe Wärmequelle hinzugefügt werden. Zu diesem Zweck können herkömmliche Technologien verwendet werden. Solche externen Wärmequellen beinhalten z. B. elektrische Widerstandsheizungen, sind aber nicht reduziert darauf.
  • Beispiele
  • Um die Erfindung weitergehend zu erläutern, werden die folgenden Beispiele angegeben. In den Beispielen sind alle Anteile und Prozente in Gewichtsanteilen angegeben, außer es ist anderweitig vermerkt.
  • Beispiel 1
  • Es wurden Testläufe durchgeführt in einem Postenverarbeitungsmodus einer Vorrichtung kleinen Maßstabs mit einer Kapazität von ungefähr 293,07 kW (1 Mill. BTU/hr) unter Verwendung eines Durchschnitts von 10,98 kg (84 1b) von Brennstoff pro Posten. Drei Grade von Kohle wurden getestet:
  • Kohle mit niedrigem Schwefelanteil (weniger als 0,5% Schwefel); Kohle mit mittlerem Schwefelanteil (1,6% Schwefel); und Kohle mit hohem Schwefelanteil (3,2% Schwefel).
  • Die Kohle mit niedrigem Schwefelanteil, auch bekannt als Brennkohle, wurde ausgewählt, da sie als EPA-Berichmark verwendet wird, indem sie ohne Wäsche verbrannt werden kann. Die getestete Kohle mit mittlerem Schwe felanteil ist dieselbe, die verwendet wird in einem existierenden, kohlebetriebenen Wirbelbett-Kraftwerk mit Emissionskontrollausrüstung, und daher können die Testergebnisse des vorliegenden Verfahrens verglichen werden mit den gemessenen Emissionen einer Anlage mit modernster Ausstattung. Die Kohle mit hohem Schwefelanteil, auch bekannt als Federal # 2, wurde ausgewählt, um zu bestimmen, wie das vorliegende Verfahren mit relativ schmutziger Kohle umgeht.
  • In jedem Fall wurde die Kohle zuerst ohne das rekristallisierte, metamorphe CaCO&sub3; verbrannt und dann mit dem rekristallisierten, metamorphen CaCO&sub3;, das mit dem Ausgangsmaterial gemischt wurde. Die Menge an rekristallisiertem, metamorphen CaCO&sub3;, das mit dem Ausgangsmaterial gemischt wurde. Die Menge an rekristallisiertem, metamorphem CaCO&sub3; variierte von 5 bis 15 Gewichtsprozent der Kohle.
  • Die Postentemperaturen, ungefähr bei 1,22 m (4 feet) oberhalb des Bettes entnommen, bewegten sich im Bereich von 900ºF (483ºC) bis zu 1100ºF (594ºC). Die Bettemperaturen bewegten sich im Bereich zwischen 1400ºF (760ºC) bis 1600ºF (871ºC). Die Luftzufuhr wurde auf solche Pegel gesetzt, die notwendig waren, um diese Temperatur zu erzielen. Die SO&sub2; und NO&sub2;-Emissionen wurden analysiert mittels eines Gastec-Detektor-Röhrentesters.
  • Die Resultate der Tests waren wie folgt:
  • In den obigen Tests wurde zu 10 Gewichtsprozent (basierend auf dem Gewicht des Brennstoffes) Zusatz verwendet, d. h. rekristallisiertes, metamorphes CaCO&sub3; mit 35 Gewichtsprozent von kristallinem CaCO&sub3; und 65 Gewichtsprozent von anderen kalkhaltigen und nichtkalkhaltigen Materialien in Bezug auf das Gesamtgewicht von CaCO&sub3;, zusammen mit einer Kohleprobe mit niedrigem Schwefelgehalt. Der Marmor hatte eine mittlere Teilchengröße von 1,16 bis 2,42 cm² (1/4 in² bis 3/8 in²).
  • In den Tests mit Kohle mit mittlerem und hohem Schwefelgehalt wurde der Gewichtsprozentanteil desselben Zusatzes erhöht auf 12% bzw. 15%.
  • Es sollte angemerkt werden, daß Kohle mit hohem Schwefelanteil, die in Übereinstimmung mit dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verbrannt wurde, so niedrige Schwefelemissionen erzeugte wie die herkömmliche Verbrennung von Kohle mit niedrigem Schwefelanteil. Weiterhin waren auch die NO&sub2;-Emissionen erstaunlich niedrig bei Verwendung des Abscheidemittels. Dieses zeigt, daß das Verfahren nach der Erfindung ohne irgendeine Wäsche oder eine andere Verschmutzungs-Kontrollausstattung denselben Mengen an SO&sub2; Emission erreicht wie Anlagen, die teure Verschmutzungs-Kontrollausstattungen haben, und es kann daher erwartet werden, daß auf diese Weise viel geringere Mengen als bisher möglich erreicht werden, wenn eine solche Ausstattung hinzugefügt wird.
  • Weiterhin lagen die SO&sub2; Emissionsmengen, die nach dem vorliegenden Verfahren erreicht wurden, d. h. ohne Verwendung einer Wäsche oder anderer Verschmutzungs-Steuerausrüstungen, innerhalb 15% derer von den oben erwähnten Wirbelbett-Anlagen. Die NO&sub2; Emissionen lagen mehr als 50% unterhalb der Emissionen von der betriebenen Anlage. Daher reduziert die Erfindung die Emissionsmengen ohne Wäsche auf dieselben oder niedrigere Mengen als existierende Systeme mit Wäsche.
  • Zwei zusätzliche Serien von Tests wurden durchgeführt, wobei zwischen 10 % und 20% des Ausgangsmaterials in den jeweiligen Testserien 1. Hausmüll, insbesondere Plastik, und 2. zerhackte Autoreifen umfaßte. In beiden Fällen wurden die reduzierten SO&sub2;- oder NO&sub2;-Emissionsmengen nicht meßbar beeinflußt, wenn man sie mit den oben beschriebenen reduzierten Mengen vergleicht, wie sie bei den verschiedenen Kohlen als einzigem Kohlenstoffmaterial auftraten.
  • In wiederholten Testversuchen, ungefähr 500 an der Zahl, lagen die reduzierten Mengen von SO&sub2;- und NO&sub2; Emissionen innerhalb einer Fehlergrenze von ± 10%.
  • Zusätzliche Tests wurden durchgeführt mit Eisenfüllungen und Aluminiumfüllungen (weniger als 0,5 oder 1 Gewichtsprozent des Marmors) als zusätzliche Zusätze zum Marmor. Die Mengen der SO&sub2; und NO&sub2;-Emissionen waren meßbar, aber nur leicht reduziert.
  • Beispiel 2
  • In einer Anlage im industriellen Maßstab mit einem Wirbelbett-Umwandler, wie in Fig. 2 gezeigt, wurde der folgende Test als kontinuierliches Verfahren durchgeführt.
  • Zunächst wurden die Daten eines kommerziellen Kraftwerkes, das Kohle mit einem Anteil von 0,95% Schwefel, pulverisiert auf zwischen 200 und 300 Siebgrößen (ASTM), in einem Verbrenner zusammen verbrennt mit einer hinreichenden Menge von Kalkstein, auch pulverisiert auf eine Siebgröße zwischen 200 und 300 (ASTM), um eine stöchiometrisches Verhältnis von CaO zu S von 2,41 zu 1 zu liefern, zu Vergleichszwecken herangezogen. Über die Periode von 2,5 Jahren bewegte sich die SO&sub2; Bildung, die vom Anlagenbetrieb bei Temperaturen von 1500ºF (816ºC) bis 1550ºF (844ºC) herrührte, in einem Bereich von 115 ppm bis 96 ppm und die NO&sub2;-Bildung bewegte sich in einem Bereich von 50 ppm bis 75 ppm. Obwohl sich solche Mengen von SO&sub2; und NO&sub2; innerhalb derzeit erlaubter staatlicher Spezifikationen zur Regulierung bewegen, werden es kommende staatliche Spezifikationen zur Regulierung erforderlich machen, daß die NO&sub2; Mengen unterhalb die derzeit erlaub ten gesenkt werden. Darüber hinaus wird jede Einführung eines effizienteren Sorbens, das eine weitere Reduktion der NO&sub2; Emissionsmengen und eine Reduktion von CaO zu S-Verhältnissen erlaubt, die Effizienz der Anlage steigern und auch solche Betriebe in großem Maßstab bei der Verwendung von Kohle mit hohem Schwefelanteil erlauben, wobei akzeptable Mengen an SO&sub2; und NO&sub2; aufrechterhalten werden können, wodurch die Effizienz gesteigert wird.
  • Aus Gründen, um die NO&sub2; Emissionsmengen zu senken und die Effizienz des Anlagenbetriegs zu steigern, wurde das Sorbens der vorliegenden Erfindung, d. h. das Abscheidemittel, bei der Verbrennung der Anlage anstelle von Kalkstein über eine Periode von ungefähr 3,5 Tagen zugeführt. Wie man Fig. 6 entnehmen kann, reduzierte ein rekristallisiertes, metamorphes CaCO&sub3; mit 65 Gewichtsprozent (in Bezug auf das Gesamtgewicht von CaCO&sub3; von anderen kalkhaltigen oder nicht kalkhaltigen Materialien), das als Sorbenz anstelle von Kalkstein in einem stöchiometrischen Verhältnis von zwischen 1,3 bis 1,55 zu 1 verwendet wurde, die NO&sub2; Emissionen auf einen Bereich von 35 ppm bis 50 ppm in den Abgasen, die in die Atmosphäre entwichen. Zusätzlich verblieb bei solchen Ca zu S -Verhältnissen die SO&sub2; Emission innerhalb der derzeitig akzeptablen Mengen, wie sie von staatlichen Spezifikationsregulierungen erfordert werden. Zur selben Zeit deutete eine chemische Analyse von Ascheproben an, daß die unverbrannte Kohlenstoffmenge in der Flugasche reduziert wurde auf eine Menge in einem Bereich von 20% bis 50% und daß die Installation von niedrigen NO&sub2; Brennern und teuren Asche- Wiederverwendungseinheiten nicht notwendig war.
  • Die Reduzierung von Kohlenstoff in der Flugasche und Bettasche wird in der folgenden Tabelle dargestellt, die die normale chemische Analyse der Flugasche und Bettasche für Kalkstein als Abscheidemittel dieser Erfindung zeigt.
  • Die obigen Daten zeigen, daß die Verwendung des Abscheidemittels des vorliegenden Falles die Kohlenstoffmenge in der Flugasche auf eine Menge im Bereich von 20 bis 50 Gewichtsprozent reduziert (basierend auf dem Gesamtgewicht der Flugasche), und daß Kalkstein als Abscheidemittel bestenfalls eine Kohlenstoffmenge in der Flugasche von 15,9% erzielte. Damit reduzierte das Abscheidemittel des vorliegenden Falles die Menge auf eine Menge in einem Bereich von 12,9% bis 7,6%, eine 20-50%ige Reduktion im Vergleich zum Abscheidemittel Kalkstein.
  • Das vorangehende stellt bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung dar. Abänderungen und Modifikationen der vorangegangenen Prozesse und der Vorrichtungen, die zum Ausführen solcher Prozesse verwendet werden können, liegen für den Fachmann auf der Hand, ohne daß die hierin offen barten erfinderischen Konzepte verlassen werden. Zum Beispiel kann das rekristallisierte CaCO&sub3; anstelle, daß es dem Brennstoff zugesetzt wird, in anderer Weise der Verbrennungszone zugeführt werden - so kann es auf das Verbrennungsbett gesprüht werden, oberhalb des Bettes zugeführt werden oder in einer Kombination davon. Die bevorzugte Methode kann sich von Fall zu Fall ändern. Alle solche Modifikationen und Änderungen liegen im Rahmen dieser Erfindung, wie sie in den beigefügten Ansprüchen definiert ist.
  • Legende
  • Fig. 1
  • Gas Gas
  • Residue Rückstände
  • Combustion Chamber Verbrennungskammer
  • Flue Gases Verbrennungsgase
  • Residue Storage for Reprocessing Speicherung der Rückstände zur Wiederverarbeitung
  • Boiler (fueled by Waste Heat and Gas) Kessel (befeuert mit Abgaswärme und Gas)
  • Steam Generator Dampferzeuger
  • Feedstock and Sequestering Agent In Ausgangsmaterial- und Abscheidemittel-Zufuhr
  • Metered Air In Dosierte Luftzufuhr
  • Electricity for Sale Elektrizität zum Verkauf
  • Fig. 2
  • Ammonia Area Ammoniak-Bereich
  • Cyclone Zyklon
  • Stack Schornstein
  • Heat Exchanger Wärmetauscher
  • Coal Kohle
  • Seq. Agent / Silfur Rem. Abscheidemittel / entfernter Schwefel
  • Bag House Filterhaus
  • Combustion Zone Verbrennungszone
  • Superheated Steam Heißdampf
  • Sequestering Agent Abscheidemittel
  • Fig. 3
  • Existing Smokestack Bestehender Schornstein
  • Fig. 4
  • Gas Out Gas Abgang
  • Clamps Klemmen
  • Check Valve Rückschlagventil
  • Feed Stock Ausgangsmaterial
  • Fig. 6
  • Emissions Emissionen
  • Time Zeit

Claims (16)

1. Verfahren zum Verbrennen eines brennbaren schwefelhaltigen Kohlenstoffmaterials, indem man das Kohlenstoffmaterial und Sauerstoff in eine Verbrennungszone einbringt, eine zum Zünden des Sauerstoffs und des Kohlenstoffmaterials ausreichende Temperatur aufrechterhält und gasförmige Nebenprodukte der Verbrennung abführt, dadurch gekennzeichnet, daß man Marmor, der eine wesentliche Menge von rekristallisiertem metamorphem CaCO&sub3; enthält, sowie andere kalkhaltige und nicht kalkhaltige Stoffe in die Verbrennungszone einbringt, um die Bildung von SO&sub2; und NO&sub2; zu verzögern und abzuschwächen, wobei die anderen Stoffe im Bereich von 5% bis 65% des Gesamtgewichts des rekristallisierten metamorphen CaCO&sub3; vorliegen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Kohlenstoffmaterial Kohle aufweist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Marmor vor dem Einbringen in die Verbrennungszone mit dem Kohlenstoffmaterial vermischt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem das Kohlenstoffmaterial weiterhin Fahrzeugreifen aufweist.
5. Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, bei dem man weiterhin zusammen mit dem Marmor eine kleine Menge Eisen in die Verbrennungszone einbringt.
6. Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, bei dem man weiterhin zusammen mit dem Marmor eine kleine Menge Aluminium in die Verbrennungszone einbringt.
7. Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, bei dem man den Marmor in einer Menge einbringt, die rekristallisiertes CaCO&sub3; in einer Menge von 5% bis 15% des Gewichts des Kohlenstoffmaterials enthält.
8. Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, bei dem man in der Verbrennungszone eine Temperatur im Bereich von 1250ºF (677ºC) bis zur Zersetzungstemperatur des rekristallisierten CaCO&sub3; aufrechterhält.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem man in der Verbrennungszone eine Temperatur im Bereich von 1250ºF (677ºC) bis 2800ºF (1538ºC) aufrechterhält.
10. Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, bei dem man den Marmor mit einer solchen Einspeiserate in die Verbrennungszone einbringt, daß das stöchiometrische Verhältnis CaO zu SO&sub2; im Bereich von 1 bis 2 zu 1 liegt.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem man den Marmor in einer Menge im Bereich von 5% bis 15% des Gewichts des Kohlenstoffmaterials in die Verbrennungszone einbringt.
12. Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, bei dem man mindestens einen Teil der gasförmigen Nebenprodukte einer Endnutzung zuführt, während man den Rest an die Atmosphäre abläßt.
13. Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, bei dem sich feste Nebenprodukte, einschließlich Kohlenstoff in einem Bereich von 20% bis 50 % des Gewichts der festen Nebenprodukte, sowie gasförmige Nebenprodukte der Verbrennung bilden, wobei man die festen Nebenprodukte der Verbrennung einschließlich des Kohlenstoffs sowie die gasförmigen Nebenprodukte der Verbrennung abführt.
14. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem man die festen Nebenprodukte einschl. des Kohlenstoffs von den gasförmigen Nebenprodukten trennt, bevor man letztere an die Atmosphäre abläßt, und die festen Nebenprodukte einschl, des Kohlenstoffs zwecks Weiterverwendung rückgewinnt.
15. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem man die Bodenasche zwecks Weiterverwendung rückgewinnt.
16. Verfahren nach Anspruch 12, 13 oder 14, bei dem man vor dem Ablassen den nicht verwendeten Marmor von den Nebenprodukten der Verbrennung trennt und den nicht verwendeten abgetrennten Marmor in die Verbrennungszone zurückführt.
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