烟道气的后燃烧的方法与流程

背景技术：

多年来人们已经考虑到气候变化是由温室气体二氧化碳引起的。在政府间关于气候变化的专门委员会的倡议下，正在作出大量努力以减少co2的排放，以便在本世纪末之前将全球温度的上升限制在最高两摄氏度之内。它们不仅要求减少排放，而且还要求在约2030年开始主动从大气中除去co2。专家们认为，将co2置于地下室内的压力下是非常关键的。化学家甚至对将co2储存在氨中以生产含氮肥料持负面看法。

由于太阳能电池仅在白天和良好天气中起作用，并且风力涡轮机在无风的情况下不旋转，因此煤或天然气仍被认为是发电所必需的。同时，为了减少co2的排放，它旨在通过操作太阳能电池和风力涡轮机来发电，这将使关闭燃煤发电厂成为可能。即便是迄今为止被认为是无污染的天然气处理发电厂，也将被撤出电网。

在化石燃料燃烧厂生产大量二氧化碳，如燃气、燃煤和褐煤发电厂、水泥厂、游轮、集装箱船和废物焚烧厂。在大多数情况下，当煤或天然气用于发电时产生的烟道气包含非常热的氮气、大量的二氧化碳和少量的氮氧化物，但被分类为呼吸毒素和烟尘颗粒。

使用co2燃烧甲硅烷是众所周知的：

sih4+co2＝2h2o+sic。德国专利申请de4437524a1讨论了在燃烧室中在升高的温度下使硅-氢化合物与氮和/或氮化合物反应。此外，德国专利申请de10145115a1描述了在燃烧室中燃烧含硅燃料，例如硅烷油和粉状硅，以驱动内燃机。

技术实现要素：

需要改变借助于天然气或煤发电的方式，使得包含加热的氮氧化物、特别是痕量的氮氧化物以及热的二氧化碳的燃烧气体不被排放到烟囱中。因此，本发明的目的是提供一种从烟道气中除去二氧化碳的方法。

该目标通过独立权利要求的特征来实现。在从属权利要求中描述了有利的实施例。

根据本发明的烟道气的后燃烧的方法提供：

-硅烷和/或

-硅和氢或释放氢的化合物

进给到烟道气中用于后燃烧。

术语“烟道气”可以理解为在燃料的工业燃烧期间形成的气态燃烧产物，其特别地包含氮气、二氧化碳和痕量的氮氧化物，并且可以包含固体颗粒，例如飞灰和烟灰。在本情况下，烟道气的“后燃烧”被理解为源自一次燃烧的烟道气的进一步燃烧。

在使用硅烷或硅和氢或释放氢的化合物的这种后燃烧方法中，热气体的能量不是通过烟囱传导至大气中，而是可以通过进一步燃烧来利用。特别地，根据本发明的方法使得借助于液态硅烷在废气中燃烧二氧化碳成为可能。因此，可以实现被认为有毒的排气流的烟道气co2和nox被化石燃料操作的工厂燃烧。

硅烷可以是液态或固态硅烷，特别是液态硅烷。本发明的一个优选具体实施例提供了硅烷选自五硅烷si5h12、六硅烷si6h14、七硅烷si7h16、八硅烷si8h18、九硅烷si9h20、十硅烷si10h22、十一硅烷si11h24、十二硅烷si12h26、十三硅烷si13h28、十四硅烷si14h30和/或十五硅烷si15h32。

代替高级硅烷，可以将硅和氢或释放氢的化合物进给到烟道气中用于后燃烧。氨可以例如用作释放氢的化合物。硅可以以粉末或无定形的形式存在。例如，硅粉和氨(nh3)可以用作氢的来源。代替硅粉，可以使用方便地进行碱蚀刻的无定形硅。

一个优选具体实施例提供，将硅烷或硅和氢或释放氢的化合物进给到用于化石燃料(例如煤)的燃烧系统的后燃烧装置中。在进给之前，可以洗涤烟道气以除去固体颗粒，例如飞灰和烟灰，特别是包含其中的。

假定硅烷链中的氢攻击二氧化碳的氧原子并使之燃烧生成水，氮与硅反应形成氮化硅，碳与硅键合形成碳化硅。因此，水以及碳化硅和氮化硅形成为后燃烧产物。通过将烟道气中包含的氮、氮氧化物和二氧化碳与硅烷或硅和氢或释放氢的化合物后燃烧而形成的产物，例如碳化硅、氮化硅和水，可以有利地再利用。

后燃烧可以与主发电燃烧过程，特别是化石燃烧过程结合。首先，有利的是，可以减少基于化石燃料燃烧的发电厂的排气流中的co2排放。

本发明的另一个方面提供，通过燃烧过程产生的蒸汽例如用于经由涡轮机发电。在后燃烧中，例如在废气燃烧室中产生的热量比在化石燃料的一次燃烧中产生的热量大得多。因此，后燃烧可以提供额外的燃烧热。实施后燃烧方法可以有利地使得获得热能成为可能。因此，在相同的功率输出下，可以减少化石燃料的量以产生操作燃烧系统中提供的涡轮所需的蒸汽压力。特别地，在用于化石燃料的燃烧系统中，其中已经提供了用于发电的涡轮机，可以收集其全部功率输出，并且还可以操作第二涡轮机以增加发电。因此，有理由认为，最终可以完全消除对化石燃料的一次燃烧的需要，例如，仅燃烧液态硅烷。

作为后燃烧产物形成的碳化硅和氮化硅化合物构成了需要的可回收材料或材料，并且可以被收集和再利用。两种材料的金刚石硬度均为9。碳化硅具有金刚石结构，而氮化硅基本上耐热或耐化学影响。

本发明的另一方面提供了将使用根据本发明的方法生产的碳化硅和/或氮化硅用于建筑业，特别是混凝土建筑中。因此，获得的碳化硅和氮化硅的混合物可以用于建筑业。这里示意性地提及在混凝土建筑中的用途。混凝土，无论是在建筑物还是道路建筑中，都要承受更大的载荷。在此可以通过将碳化硅和氮化硅混合来增加混合混凝土的承载能力。

本发明的另一个目的涉及一种用于实现本发明的烟道气的后燃烧的方法的装置，该装置具有适于燃烧烟道气的后燃烧装置或后燃烧室。用于化石燃料的燃烧系统可以特别是化石燃料燃烧厂，例如燃气、燃煤和褐煤发电厂、废物焚烧厂、水泥厂、游轮和集装箱船水泥设备、游船和集装箱船。该装置可以是用于诸如煤的化石燃料的燃烧系统。该装置尤其可以是用于使用煤或天然气发电的发电厂。一个优选具体实施例提供，将硅烷或硅和氢或释放氢的化合物进给到后燃烧装置，例如用于化石燃料(例如煤)的燃烧系统的后燃烧装置。在进给之前，可以洗涤烟道气以除去固体颗粒，例如飞灰和烟灰，特别是包含其中的。

该装置的具体实施例提供，其具有适于容纳硅烷的室，例如箱和/或用于容纳硅和氢或释放氢的化合物的一个或多个室。

附图说明

下面将参考附图更详细地描述本发明的示意性实施例。在附图中：

图1示意性地示出了根据本发明的具体实施例的用于进行后燃烧的燃烧系统。

图2是图1所示的废气燃烧室的放大图，以说明化学后燃烧过程。

图3示意性地示出了根据本发明的另一具体实施例的用于进行后燃烧的燃烧系统。

具体实施方式

图1示出了用于化石燃料的燃烧系统，其中天然气或煤在燃烧室1中燃烧。在位于其上方的罐或贮水器2中，蒸汽3通过燃烧产生，并通过进给来驱动涡轮机5，优选地通过阀4来调节。涡轮机5以及发电机用于发电。烟道气经由废气管6被导入废气燃烧室8中，特别是在合适的装置7中洗涤烟道气之后。在那里，借助于硅烷、或硅和氢、或释放氢的化合物，例如来自硅烷罐9的液态硅烷，烟道气的二氧化碳被燃烧以形成碳化硅和蒸汽。烟道气的氮和痕量的氮氧化物在这里燃烧，形成氮化硅和蒸汽。在那里产生的能量同样应被用来促进蒸汽的产生。残余气体可以通过残余气体排放口10从废气燃烧室8中除去，而sic和si3n4以这种方式作为粉末状混合物收集在底部，从而有利于经由除去区域11将其从废气燃烧室中除去。

为了说明后燃烧过程，图2示意性地示出了图1的废气燃烧室8的放大图，其中硅烷链的氢(h)攻击二氧化碳(co2)的氧原子(o)并使它们燃烧以产生水(h2o)。氮(n)与硅(si)反应生成氮化硅(si3n4)。此时，碳(c)与硅(si)结合形成碳化硅(sic)。

图3示出了用于进行后燃烧的燃烧系统的另一具体实施例。在燃烧系统的该具体实施例中，用于化石燃料的燃烧室1和废气燃烧室8彼此紧邻，其中在该燃烧室1中燃烧天然气或煤，在废气燃烧室8中进一步燃烧在那里产生的烟道气。在燃烧天然气或煤的燃烧室1的上方，该系统具有罐或贮水器2的特征，在其中产生蒸汽3，该蒸汽3优选地经由由阀4调节的进给来驱动涡轮机5。在燃烧系统的该具体实施例中，来自化石燃料燃烧的烟道气经由进给12被导入废气燃烧室8中，在该废气燃烧室8中，烟道气中的二氧化碳、氮和氮氧化物借助于硅烷燃烧，该硅烷从硅烷罐9进给以形成碳化硅和氮化硅。残余气体可以通过残余气体排放口10从废气燃烧室8中除去，而sic和si3n4可以经由除去区域11除去。

燃烧系统的这种具体实施例可以在燃烧系统的新的构造中实现，其中用于化石燃料的燃烧室1和废气燃烧室8彼此紧邻。燃烧室的密集结构有利于烟道气的进给。特别地，还简化了利用来自硅烷燃烧的燃烧热来产生蒸汽；分别地，使得在罐2中利用这种能量成为可能，其中通过化石燃料和硅烷的燃烧来共同加热水。

附图标记列表

1燃烧室

2贮水器

3蒸汽

4阀

5涡轮机

6废气管

7洗涤烟道气的装置

8废气燃烧室

9硅烷罐

10残余气体排放口

11sic和si3n4的除去区域

12废气进给