專利名稱：用于降低鍋爐廢氣中氧含量的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于降低鍋爐廢氣中氧含量的裝置和方法。
通常將氮氣壓入油田來保持油罐的壓力，或者將氮氣溶解在油中形成所謂的可混溶狀態(tài)，來提高油在油罐中的流動性。
在此，作為氮氣氣源，可以采用通過空氣的低溫方法分離了氧氣的氮氣。但是，分離氮氣需要大量能源，而且裝置費用也非常巨大。
因此，需要以低能耗和低成本來制備氮氣的方法。
本發(fā)明的目的在于提供一種用于降低鍋爐廢氣中氧含量的裝置和方法，它可以以低能耗和低成本生產(chǎn)氮氣。
本發(fā)明的上述目的是通過一個用于降低鍋爐廢氣中氧含量的裝置來達到的，該裝置包括位于鍋爐的對流熱傳遞部分的下游或者中間部分的燃燒催化劑部分，和用于向剛好位于所說催化劑燃燒部分之前的位置提供降低氧含量的燃料的燃料供應(yīng)裝置。
本發(fā)明包括一種用于降低鍋爐廢氣中氧含量的方法，它包括將降低氧含量的燃料在剛好位于鍋爐的對流熱傳遞部分的下游或者中間部分的燃燒催化劑部分之前的位置加入到廢氣中，在所說的燃燒催化劑部分燃燒所說的降低氧含量的燃料，以提高CO2的含量并降低氧氣含量，制成主要是由氮氣構(gòu)成的廢氣，該廢氣的氧氣濃度不超過1000ppm。
圖1是說明包括本發(fā)明的用于降低鍋爐廢氣中氧含量的裝置的直流鍋爐的一個實施方案的簡圖。
下面參考


本發(fā)明的這個實施方案。
圖1說明了包括本發(fā)明的用于降低鍋爐廢氣中氧含量的裝置的鍋爐設(shè)備的實施方案。
該實施方案采用的鍋爐1是所謂的直流型鍋爐。該鍋爐1的熱傳遞體系通常裝配有被分成兩個部分的蒸發(fā)部分。一個蒸發(fā)部分是輻射蒸發(fā)器2，另一個是殘渣蒸發(fā)器3。
在鍋爐1的熱傳遞體系中，水從供水水門4通過預(yù)熱器(未表示出)加入，并通過節(jié)油器5輸送到輻射蒸發(fā)器2。輻射蒸發(fā)器2有許多平行安裝的水管6。水的匯流和分流在設(shè)置在中間位置的集管7中重復(fù)進行，而在每個水管中水流是均勻的。所加入的約85％的水在輻射蒸發(fā)器2中被鍋爐燃料的熱量蒸發(fā)，同時剩余的水的蒸發(fā)和部分加熱(通過常規(guī)熱交換)是在下面的殘渣蒸發(fā)器3中進行。所加水中的大部分雜質(zhì)附著在殘渣蒸發(fā)器3的管道內(nèi)壁上，因此為了防止過熱，殘渣蒸發(fā)器設(shè)置在低溫氣體的管道中。接著蒸汽通過輻射過熱器8和對流過熱器9，從過熱蒸汽出口10出來，用于驅(qū)動汽輪機，并進入下面步驟的加熱體系(未表示出)。
順便說明圖1中的箭頭A、B和C分別是指燃燒氣體(A、B)和廢氣(C)的流向。
所說輻射蒸發(fā)器2和輻射過熱器8構(gòu)成鍋爐的輻射部分，它相對而言是高溫部分。另一方面，對流過熱器9、殘渣蒸發(fā)器3和節(jié)油器5構(gòu)成鍋爐的對流熱傳遞部分，它是低溫部分。
上述輻射蒸發(fā)器2是豎式管分組向下的形狀，但是采用所謂的曲流型或者螺旋型蒸發(fā)器的直流型鍋爐不會影響本發(fā)明的目的。
上述熱傳遞體系(供水體系)和鍋爐燃料的燃燒是通過沒有表示出來的自動控制器來控制。
圖1所示的本發(fā)明的實施方案還包括燃燒催化劑部分11和燃料供應(yīng)裝置12，它們構(gòu)成本發(fā)明的降低氧含量裝置的主要部分。
如圖1所示，燃燒催化劑部分11設(shè)置在鍋爐的對流熱傳遞部分的下游。燃燒催化劑部分11所用的催化劑的例子包括含有鉑族元素的金屬及其氧化物的催化劑?？梢圆捎孟旅嫠f的催化劑，例如(1)一種通過將粉末涂覆在耐熱基材，例如堇青石上制備的催化劑，所說的粉末是通過將至少一種選自鉑、鈀和銠的活性組分負載在載體上制備的，載體含有至少一種選自氧化鋁、二氧化硅、二氧化鈦和氧化鋯的氧化物。
(2)一種通過往上述催化劑中加入至少一種作為助催化劑的選自堿土金屬氧化物和稀土金屬氧化物的氧化物制備的催化劑。
(3)一種含有至少一種選自例如銅、釩、鉻、鐵和鎳及其氧化物的物質(zhì)的催化劑。
對于催化劑的量，當(dāng)廢氣的量為1600000Nm3/H(對應(yīng)于600MW鍋爐)時，催化劑的量是16M3。當(dāng)催化劑的量小于上述量時，不能夠充分促進燃燒，而過量使用也是不經(jīng)濟的。
加入到燃燒催化劑部分11的鍋爐廢氣的溫度優(yōu)選地為150～350℃。燃燒催化劑部分11的廢氣溫度優(yōu)選地為300～500℃，更優(yōu)選地為350～500℃。
如圖1的實施方案所說的，燃燒催化劑部分11可以設(shè)置在鍋爐對流熱傳遞部分的下游。其可任選地設(shè)置在鍋爐對流熱傳遞部分的中間部分，只要它能夠使廢氣具有上述溫度。
燃料供應(yīng)裝置12是用于將降低氧含量的燃料加入到燃燒催化劑部分11的裝置，其設(shè)置在剛好位于燃燒催化劑部分11之前的位置。在本發(fā)明中，目的在于通過在燃燒催化劑部分11進行二級燃燒來將通常含有2～3體積％氧氣的廢氣中的氧含量降低到1000ppm或更低。因此，當(dāng)廢氣的量為1600000 Nm3/H(與600MW的鍋爐相應(yīng))時，可以加入16000-20000Nm3/H的天然氣(主要由CH4構(gòu)成)。換句話說范圍為(廢氣量)×10-2到1.25×(廢氣量)10-2Nm3/H是合適的。廢氣中的氧含量一般是2～3體積％，因此比上述范圍小的量不會充分降低氧含量。當(dāng)該量超過上述范圍時，廢氣中所含的天然氣就是一個不燃燒的組分，但是如果將氣體壓入油田則沒有什么不利。燃料供應(yīng)裝置12可以采用本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的供應(yīng)裝置。
順便說明在裝配有本發(fā)明的降低氧含量的裝置的鍋爐中，燃燒催化劑部分11的溫度升高。因此設(shè)置空氣加熱器14以在廢氣和從鼓風(fēng)機吹入的空氣之間進行熱交換。空氣加熱器14優(yōu)選不泄漏空氣的換熱器。
通過空氣加熱器14、脫水器(未表示出)、壓縮機(未表示出)等，廢氣被輸送到使用的地方。
在本發(fā)明的降低氧含量的裝置中，通過燃燒降低氧含量的燃料降低了廢氣中的氧含量提高了CO2的含量。在此產(chǎn)生的熱量被空氣加熱器14用于加熱初級燃燒的空氣。與其它裝置類似，這些裝置是通過沒有表示出來的自控部分自動控制的。
通過以上述方式采用該實施方案的降低氧含量裝置，可以通過與低溫方法相比較低的動力和較低的成本生產(chǎn)出基本不含氧氣的廢氣。另外，由于降低氧含量裝置的二級燃燒，產(chǎn)生比普通廢氣CO2含量高的廢氣。當(dāng)壓入油田時CO2比氮氣效果更好。
當(dāng)將鍋爐廢氣在初級燃燒后直接進入油田的油罐，由于殘留有氧氣，會堵塞油罐并腐蝕油井或者生產(chǎn)裝置。另一方面，本發(fā)明所用的廢氣基本上不含氧氣，但是含有CO2，因此當(dāng)被壓入油田時非常有效。換句話說，通過將通過本發(fā)明獲得的富含CO2的氮氣壓入油田，可以保持油罐的壓力并顯著提高油在油罐中的流動性。其它實施方案本發(fā)明的用于降低鍋爐廢氣中氧含量的裝置和采用這種裝置的方法并不限于所說的實施方案，而且它們的各種改型均在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
圖1所示的鍋爐是所謂的Benson鍋爐，但是本發(fā)明也可以采用其它的直流鍋爐，如Zulzer鍋爐。只要不偏離本發(fā)明的目的，本發(fā)明還可以采用不是直流鍋爐的鍋爐。實施例1在廢氣含量為1600000Nm3/H的直流鍋爐中，在位于鍋爐的對流熱傳遞部分的下游的燃燒催化劑部分放置Pt催化劑(含有作為活性組分的鉑，其負載于二氧化硅并被覆蓋在堇青石基材上)。
催化劑的量為16m3。
加入到燃燒催化劑部分的廢氣的溫度為200℃，該氣體的組成N2:73％,CO2:9％,H2O:16％,O2:2％以16000Nm3/H的量將天然氣(主要由CH4組成)作為降低氧含量的燃料。
在燃燒催化劑部分的燃燒結(jié)果是氣體組成的變化如下N2:73％,CO2:10％,H2O:17％,O2(未檢測出)燃燒溫度為400℃。
如上所述，僅通過加入少量降低氧含量的燃料就可得到富含CO2的不含氧氣的氮氣，由此可證明本發(fā)明的效果。
1997年7月16日申請的包括說明書、權(quán)利要求書、附圖和摘要的日本專利申請9-190924在此全部結(jié)合作為參考。
權(quán)利要求
1．一種用于降低鍋爐廢氣中氧含量的裝置，包括設(shè)置在鍋爐對流熱傳遞部分下流或中間部分的燃燒催化劑部分；和用于將降低氧含量的燃料輸送到剛好位于所說燃燒催化劑部分之前的位置的燃料供應(yīng)裝置。
2．權(quán)利要求1記載的裝置，其中廢氣已通過鍋爐的輻射部分。
3．權(quán)利要求1記載的裝置，其中鍋爐是直流型鍋爐。
4．權(quán)利要求1記載的裝置，其中在催化劑燃燒部分的催化劑是通過在耐熱基材，如堇青石上涂覆粉末制備的催化劑，所說粉末是通過將至少一種選自鉑、鈀和銠的活性組分負載在含有至少一種選自氧化鋁、二氧化硅、二氧化鈦和氧化鋯的氧化物的載體上制備的。
5．權(quán)利要求4記載的裝置，其中在催化劑燃燒部分的催化劑是一種通過將至少一種選自作為助催化劑的堿土金屬氧化物和稀土金屬氧化物的氧化物加入到上述催化劑中來制備。
6．權(quán)利要求1記載的裝置，其中在催化劑燃燒部分的催化劑是一種含有至少一種選自由金屬，如銅、釩、鉻、鐵和鎳及其氧化物構(gòu)成的組的物質(zhì)的催化劑。
7．權(quán)利要求1記載的裝置，其中加入到燃燒催化劑部分的廢氣的溫度是150～350℃。
8．權(quán)利要求1記載的裝置，其中在燃燒催化劑部分的廢氣的溫度是300～500℃。
9．權(quán)利要求1記載的裝置，其中降低氧含量的燃料是主要由CH4構(gòu)成的天然氣。
10．權(quán)利要求9記載的裝置，其中降低氧含量的燃料的量為(廢氣量)×10-2到1.25×(廢氣量)10-2Nm3/H。
11．一種降低鍋爐廢氣中氧含量的方法，它包括將降低氧含量的燃料在剛好位于鍋爐對流熱傳遞部分下流或者中間部分的燃燒催化劑部分之前的位置加入到廢氣中，在所說的燃燒催化劑部分燃燒所說的降低氧含量的燃料，以提高CO2含量并降低氧氣含量，得到主要由氮氣構(gòu)成的廢氣，其氧氣濃度不高于1000ppm。
12．權(quán)利要求11記載的方法，其中廢氣已通過鍋爐的輻射部分。
13．權(quán)利要求11記載的方法，其中鍋爐是直流鍋爐。
14．權(quán)利要求11記載的方法，其中在催化劑燃燒部分的催化劑是通過在耐熱基材，如堇青石上涂覆粉末制備的催化劑，所說粉末是通過將至少一種選自鉑、鈀和銠的活性組分負載在含有至少一種選自氧化鋁、二氧化硅、二氧化鈦和氧化鋯的氧化物的載體上制備的。
15．權(quán)利要求14記載的方法，其中在催化劑燃燒部分的催化劑是一種通過將至少一種選自作為助催化劑的堿土金屬氧化物和稀土金屬氧化物的氧化物加入到上述催化劑中來制備。
16．權(quán)利要求11記載的方法，其中在催化劑燃燒部分的催化劑是一種含有至少一種選自由金屬，如銅、釩、鉻、鐵和鎳及其氧化物構(gòu)成的組的物質(zhì)的催化劑。
17．權(quán)利要求11記載的方法，其中加入到燃燒催化劑部分的廢氣的溫度是150～350℃。
18．權(quán)利要求11記載的方法，其中在燃燒催化劑部分的廢氣的溫度是300～500℃。
19．權(quán)利要求11記載的方法，其中降低氧含量的燃料是主要由CH4構(gòu)成的天然氣。
20．權(quán)利要求11記載的方法，其中降低氧含量的燃料的量為(廢氣量)×10-2到1.25×(廢氣量)10-2Nm3/H。
全文摘要
通過采用一種包括設(shè)置在鍋爐對流熱傳遞部分下流或中間位置的燃燒催化劑部分和用于將降低氧含量的燃料輸送到剛好位于所說燃燒催化劑部分之前的位置的燃料供應(yīng)裝置的裝置,將降低氧含量的燃料加入到從鍋爐的輻射部分出來的廢氣中,并在所說的燃燒催化劑部分燃燒,以提高CO
文檔編號F23C6/04GK1209520SQ9810987
公開日1999年3月3日 申請日期1998年6月15日 優(yōu)先權(quán)日1997年7月16日
發(fā)明者飯島正樹, 今井哲也 申請人:三菱重工業(yè)株式會社