油页岩衍生的污染物控制材料及其制备、使用的方法和设备的制作方法

专利名称：油页岩衍生的污染物控制材料及其制备、使用的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及污染物吸附剂的制备、污染物的还原以及提供能量的燃料。 一般而言，本发明涉及使用油页岩和油页岩产品作为减少污染物的吸附剂或还原剂，特别是，涉及对油页岩进行热处理，产生吸收和吸附污染物的固体以及可燃性或还原性气体。
现有技术现状煤、石油、天然气、油页岩、油砂以及其他含碳的燃料原料(例如林业产品、副产品和残留物；农作物、副产品和残留物；动物废弃物和畜体；城市固体废物、污水污泥固体、建筑和爆破碎片、废弃轮胎以及其他形式的废物衍生的燃料)可以由化学势能转化为热能，以及转化为可以用来产生电能或产生高价值化学品和组分的气体产物。
在本文内容中，术语"热转化" 一般表示能释放化学势能或转化化学势能为热能、热气体、可燃气体、可燃液体、可燃固体如焦，和/或非可燃的固体如灰或煅烧的矿物，或这些物质的亚组的任何气体或固体过程。
这类气体和固体材料的热转化产生各种污染物，如含氮化合物或含硫化合物，相信这些化合物涉及形成烟雾和酸雨。如果燃料包含汞，其燃烧还产生含汞化合物，环境保护组织(〃EPA〃)将含汞化合物确定为显著的有毒污染物。空气污染控制法规，例如《洁净空气法案》("CAA")《洁净空气州际条例》("CAIR")和《洁净空气的汞条例》("CAMR")都规定了热转化工艺释放的许多污染物的排放。
热转化工艺产生的污染物质的组成是该工艺中氧的可用性的重要变量。在 热解和气化的还原条件下，结合在燃料中的硫通常转化为硫的还原形式，如硫 化氢、硫化羰和二硫化碳。燃料中所含氮转化为还原的氮化合物，包括氨、氰 化氢和分子氮。燃料中的大多数汞转化为挥发性元素汞("Hg°")和结合态汞 (speciated mercury)，如氯化汞("HgCl2")。在还原条件下，磷("P") 与金属反应形成磷酸盐化合物，还可以转化为磷化氢("PH3")、鳞化合物以及 磷的其他还原形式。氯("C1")可以与碱金属(如钠和钾)、碱土金属(如钙和 镁)以及其他金属(如汞、锌和铁)反应，但也可以转化为二原子的氯气("Cl2") 和氢氯酸气体("HC1")。氟、溴和碘的性质与氯类似。
在燃烧的氧化条件下，结合在燃料中的硫转化为气态的二氧化硫或三氧化 硫。这些硫化合物与水分("H20")快速达到平衡，形成硫酸("H2S04")。结合
在燃料中的氮转化为氧化氮和二氧化氮或其他氮氧化物。用空气燃烧时，因为 原子氧("0")和氢氧根与分子氮在高温反应，还产生氧化氮。磷、氯、氟、 溴和碘容易转化为磷酸("跳")、氢氯酸("HC1")和氢氟酸("HF")，亚 溴酸(亚溴酸)("HBrO")和碘酸("HI03")，以及其他反应性的挥发性化合物。 这些酸性气体对燃烧工艺中使用的设备例如燃烧装置或燃烧器中的锅炉管具 有腐蚀性。因此，要求限制这类酸性气体的形成或者在接近燃烧装置或热转化 工艺中产生酸性气体的地点去除这些酸性气体。
已经开发了各种技术来减少燃煤发电厂的排放。在以下美国专利中公开了 使用石灰石作为S0x污染物的吸附剂美国专利第3，995，006号(Downs等)、 第5， 176， 088号(Amrhein等)("Amrhein")以及美国专利第6， 143， 263号 (Johnson等)。这种技术称作石灰注入多级燃烧器("LIMB")技术或者石灰注 入干式涤气("LIDS")技术。将石灰石注入炉中温度为2, 000-2， 400°F的区域。
石灰石(主要是CaC03)和白云石("CaC03-MgC03")以及它们的衍生物也被 证明能与H2S反应。未煅烧的石灰石或白云石、半煅烧的白云石、完全煅烧的 石灰石或白云石、石灰或熟石灰("Ca0H")会反应形成硫化钙("CaS")或硫 化镁("MgS")。
使用有机还原剂和胺还原剂如氨或脲来选择性还原NOx污染物，如在美国 专利第3，900,554号(Lyon)中揭示的。这种技术称作选择性非催化还原 ("SNCR")。将还原剂注入温度约975K-1375K的炉中，以通过非催化反应将N0x选择性还原为分子氮("N2")。将氨注入炉中温度为1， 600°F-2， 000°F的区域。
将LIMB和SCNR技术结合能同时去除NOx污染物和SOx污染物。使用石灰石来吸收SOx污染物，同时使用氨来还原NOx污染物。但是，实施这种结合的技术的费用高，并且增加了工艺的复杂性。
还采用NOx再烧来去除NOx污染物，如在美国专利第5, 139， 755号(Seeker等)中公开的。在NOx再烧工艺中，煤分两个阶段燃烧。在第一阶段， 一部分的煤与正常量的空气(约过量10%)发生燃烧反应，产生NOx污染物。在第二阶段，剩余部分的煤在富燃料的环境中燃烧。通过煤燃烧形成的烃基团与NOx污染物反应，形成Ns。还采用燃料/空气分段法来还原NOx污染物。将燃料和空气交替注入燃烧器，以提供还原区，燃料中的氮在该还原区被离析，促进氮转化为&。将空气注入单独的区域以燃烧燃料中的挥发物和焦颗粒。通过分段或交替提供燃料和空气，可控制局部温度和空气与燃料的混合物，以抑制NOx污染物的形成。燃料/空气分段法可尽量防止NOx的形成，同时，NOx的再燃烧又促进了 NOx的还原和分解。
如在美国专利第5， 827， 352号(Altman等)和第6， 712， 878号(Chang等)中公开的，为吸收汞或含汞污染物，使用活性炭作为吸附剂。活性炭作为固定床或流化床，或将活性炭注入烟道气中。
油页岩是沉积岩，包含碳酸盐、氧化物和硅酸盐化合物的无机基质，该基质中富含被称作油母质的聚合材料。油母质是一种不溶于石油溶剂的有机物质。当加热油母质时，油母质热解产生气体、油品、沥青以及有机残留物。对油母质进行热解也称作干馏。油页岩还包含碳酸盐矿物如碳酸钙，以及其他烃物质，如石蜡烃、环烷烃、脂族和芳族烯烃、单环芳香族化合物、芳族呋喃、芳族噻吩、羟基-芳香族化合物、二羟基芳香族化合物、芳族吡啶以及其他多环芳烃。油页岩通常与煤和石油共处，在美国西部各地区，如犹他州、科罗拉多州、怀俄明州，东部地区，如弗吉尼亚州和宾夕法尼亚州都发现了油页岩。在加拿大、澳大利亚、欧洲、俄罗斯、中国、委内瑞拉和摩洛哥也发现大的油页岩矿床。既然全球有丰富储量的油页岩，如果认识到其有益的用途并加以利用，其价值将是显著的。因为从油页岩回收油母质的成本高，其利用目前尚未得到重视。
当对含相当量碳酸钙的油页岩进行加热时，碳酸钙发生煅烧反应，这是一
8个吸热反应，反应中碳酸钙("CaC(V')转化为石灰("CaO")。每煅烧一千克 的碳酸钙将消耗达1. 4-1. 6 MJ(或每磅质量需约600-700英热单位(British Thermal Unit) ( "BTU"))的有效热能。当使用石灰石或白云石作为注入的吸 附剂时，这一能量损失意味着工艺效率的降低。在油页岩的情况中，油母质可 被氧化，以弥补与碳酸盐煅烧相关的吸热(heat sink)。
要从油页岩提取能量，可以在流化床反应器的干馏区加热油页岩至足以从 油页岩释放挥发性烃但不会燃烧的温度，如在美国专利第4， 373， 454号 (Pitrolo等)中揭示的。干馏区的温度使少量碳酸钙发生煅烧。挥发性烃流入 流化床燃烧器的燃烧区，在燃烧区挥发性烃与过量空气结合并燃烧。在燃烧区 进行碳酸钙的煅烧。在干馏期间，油页岩中的氮化合物转化为NOx化合物并被 挥发性烃还原为氮和水或氧。
油页岩一直被用于在循环流化床中吸收S02和HC1，如在"Combustion of Municipal Solid Wastes with Oil Shale in a Circulating Fluidized Bed(城 市固体废物与油页岩在循环流化床中的燃烧)"(D印artment of Energy Grant No. DE-FG01-94CE15612， 了匿6， 1996， Energy-Related Inventions Program Recommendation Number 612, Inventor R丄Clayson, NIST Evaluator H. Robb， Consultant J. E. Sinor)禾口在"Niche Market Assessment for a Small-Scale Western Oil Shale Project (对小规模西部油页岩工程的生态市场评估)〃 (J. E. Sinor， R印ort No. D0E/MC/11076-2759)中揭示的。
许多粉煤燃烧器在操作时都不能满足由美国环境保护署在CAIR和CAMR下 颁布的新标准。目前存在的粉煤燃烧器中约75%以上必须逐渐停止或改造以满 足新的污染物标准。
发明概述
本发明涉及减少在热解、燃烧、气化、物流重整(stream reforming)、干 馏、煅烧、金属精炼、矿石冶炼、水泥生产或其他热转化工艺中(本文中将这 些工艺统称为"热转化"工艺)产生的污染物的方法。术语"热转化"包括该 术语的等价衍生名词、形容词和动词变化，如"燃烧"或"燃烧的"；"气化" 或"气化的"；"物流重整"或"物流重整的"；"干馏"或"干馏的"；"煅 烧"或"煅烧的"；和"热解"或"热解的"。该方法包括使煤或其他任何含 碳燃料在热转化室进行热转化，产生至少一种选自下组的污染物含氮污染物、
9硫酸、三氧化硫、硫化羰、二硫化碳、氯、氢碘酸、碘酸、碘、氢氟酸、氟、 氢溴酸、亚溴酸、溴、磷酸、五氧化二磷、磷化氢、锬化合物、元素汞和氯化 汞。
根据一些实施方式，将油页岩颗粒引入热转化室，并热转化产生吸附剂颗 粒和还原物或反应性气体。页岩吸附剂颗粒和还原剂一般是通过在使油页岩热 解、干馏或脱挥发分所需的温度，例如在大于或等于20(TC的温度使油页岩热 转化而产生的。
在一些实施方式中，将油页岩颗粒引入热转化工艺，用于与任何含碳燃料， 包括油页岩本身进行反应。这一工艺称作"原位"油页岩转化工艺。
在其他实施方式中，将油页岩颗粒引入单独的、独立的或者辅助的热转化 工艺，用于将油页岩颗粒转化为页岩吸附剂颗粒和反应性气体。这些吸附剂颗
粒和反应性气体可以单独或合并发送、传送或输送至联用(coupled)的含碳燃 料热转化工艺。这些工艺一般称作"离位(ex-situ)"油页岩转化工艺。页岩 吸附剂颗粒可用作污染物吸附剂或用作污染物还原剂。
在紧密联用(close-coupled)的反应器中，利用初始含碳燃料的热转化工 艺产生的热能或热气体，可以将油页岩颗粒热转化为页岩吸附剂颗粒和还原性 或反应性气体。这些工艺一般称作"紧密联用"的油页岩转化工艺。
将油页岩颗粒引入燃烧器或燃烧区、气化区、过热区、再热区，或者任意 切向燃烧、壁式燃烧或者旋风粉化的煤燃烧室的燃料节约装置区中的至少一个 中。至少一种污染物与吸附剂颗粒和还原剂中的至少一种接触，以降低燃烧室 内至少一种污染物的量。还原剂能化学还原至少一种污染物，例如通过将含氮 污染物还原为分子氮、水和二氧化碳。可以使用吸附剂颗粒来吸收或吸附至少 一种污染物，如吸附或吸收硫酸、三氧化硫、硫化羰、二硫化碳、氯、氢碘酸、 碘酸、碘、氢氟酸、氟、氢溴酸、亚溴酸、溴、磷酸、五氧化二磷、磷化氢、 鳞化合物、元素汞和氯化汞中的至少一种。
本发明还涉及在燃烧工艺中减少污染物产生的燃烧室。该燃烧室还包括燃 烧器区，其结构为能燃烧煤并产生选自下组的至少一种污染物含氮污染物、
硫酸、三氧化硫、硫化羰、二硫化碳、氯、氢碘酸、碘酸、碘、氢氟酸、氟、 氢溴酸、亚溴酸、溴、磷酸、五氧化二磷、磷化氢、锬化合物、元素汞和氯化 汞。燃烧器区还构造成能将油页岩颗粒热转化，产生吸附剂颗粒和还原剂，吸 附剂颗粒和还原剂与至少一种污染物接触。燃烧器区的结构使含氮污染物能与还原剂接触，将含氮污染物还原为分子氮、分子氮、二氧化碳和水。
燃烧室还包括燃烧区、气化区、过热区和再热区中的至少一种，这些区域 各自具有的结构能够将油页岩颗粒热转化，产生吸附剂颗粒和还原剂。也可以 将过热区和再热区各自构造成能使吸附剂颗粒和还原剂与至少一种污染物接 触。燃烧室还包括燃料节约装置区、空气预热区和气体清洁区中的至少一个， 这些区域各自构造成使吸附剂颗粒和还原剂与至少一种污染物接触。过热区、 再热区、燃料节约装置区、空气预热区和气体清洁区各自构造成使硫酸、三氧 化硫、硫化羰、二硫化碳、氯、氢碘酸、碘酸、碘、氢氟酸、氟、氢溴酸、亚 溴酸、溴、磷酸、五氧化二磷、磷化氢、辚化合物、元素汞和氯化汞中的至少 一种与吸附剂颗粒接触，以吸附或吸收这些污染物中的至少一种。 在一个实施方式中，燃烧室的结构为粉煤燃烧器。
在本发明的另一个实施方式中，可将油页岩引入热解器、气化器、燃烧反 应器、干馏反应器、金属精炼工艺、矿石冶炼工艺、水泥窑，或者任何其他热 转化器中，以从油页岩释放油母质，油母质产生基于油母质的热解气体和页岩 吸附剂颗粒。
本发明的其他实施方式中，可将油页岩引入填充床中，与热解器、气化器、
燃烧器、干馏甑(retort)或其他热转化器产生的热气体直接接触或间接接触， 以从油页岩释放油母质，油母质产生基于油母质的热解气体和页岩吸附剂颗 粒。
按照本发明的实施方式产生的热解气体可以在各种工艺中用作还原剂气 体，用于还原污染物如含氮污染物。热解气体还可以用作燃烧气体或者加热气 体，输送至燃烧工艺或至燃烧器的各燃烧区。在其他实施方式中，可对热解气 体进行处理、精炼，或者生产合成气和燃料产品，如合成气和合成燃料。
按照本发明的实施方式制备的页岩吸附剂可以用来减少在诸如煤燃烧工 艺、气化工艺、热解工艺、金属精炼或冶炼工艺、水泥生产工艺或者其他产生 含氮污染物、含硫污染物、含汞污染物或其他污染物的热转化工艺的工艺中产 生的污染物。将按照本发明的实施方式制备的页岩吸附剂引入一工艺中，使页 岩吸附剂与污染物接触，使页岩吸附剂吸收或吸附污染物，从而减少该工艺中
的污染物量。
根据本发明的又一些实施方式，页岩吸附剂可以用来形成水泥熔块 (clinker)或其他添加剂，用于增加水泥生产。附图简述
虽然说明书以权利要求书来结束，该权利要求书特别指出和清楚地要求被 视为本发明的内容，但是当结合以下附图阅读时，由以下对本发明的描述能更 容易地确定本发明的优点，其中


图1示出其中利用油页岩原位转化来减少污染物量的粉煤燃烧器的实施方 式的示意图2示出按照本发明实施方式用于产生热解气体和页岩吸附剂的热转化器 的简化流程图3示出按照本发明实施方式用于离位产生还原气体和油页岩固体吸附剂
的煤锅炉系统和热转化器的示意图4示出按照本发明实施方式的水泥窑工艺和气化器的示意图；和
图5示出按照本发明实施方式的气化器与合成气和/或合成燃料的生产工
艺的示意图。
发明详述
使用油页岩来减少或消除在燃烧初级燃料的工艺中产生的一种或多种污 染物。初级燃料可以是煤、生物质、城市固体废物("MSW")、废物衍生的燃 料("RDF")、它们的混合物，或其他燃料原料。例如，在美国专利申请第 11/004， 698号(该申请全文参考结合于此)描述的工艺中，将油页岩加入燃烧初 级燃料的燃烧室，以减少燃烧室和燃烧工艺中的污染物量。燃烧初级燃料期间， 油页岩可发挥吸附剂的功能，降低从燃烧室释放的污染物的量。或者，油页岩 的燃烧可以产生还原剂，该还原剂将污染物还原为更有益的化学物质，减少释 放的污染物的量。通过调节或控制燃烧室内的温度或气体组成，污染物可以被 吸附或吸收到油页岩上，或者被油页岩产生的还原剂还原。污染物可以通过以 下方式从燃烧室除去使污染物与油页岩接触足够的时间，让油页岩发挥作为 吸附剂的功能，或让还原剂化学还原污染物。足以除去污染物的时间长短在此 称作停留时间或接触时间。可以通过向热转化工艺室添加油页岩而被减少或消 除的污染物包括但不限于含氮污染物、含硫污染物、酸性气体和金属。含氮
污染物可包括，例如N0、 N02、 N20、 N20s或它们的混合物。含硫污染物包括，例 如S02、 S03、 H2S04、 H2S、 C0S、 CS2或者它们的混合物。在有些情况中，S02可能 是燃烧含硫的初级燃料期间产生的主要含硫污染物，S03是次要含硫污染物。在其他一些情况中，H2S和COS可能是在含硫初级燃料的热解、气化或热转化期 间产生的主要的含硫污染物。酸性气体可包括但不限于含卤化物的挥发性气
体，如HC1、氯("Cl2")、氢碘酸("HI")、碘酸("HI03")、碘("I2")、 氢氟酸("HF')、氟("F")、氢溴酸("HBr")、亚溴酸("HBrO")、溴("Br") 或它们的混合物。
酸性气体还可以包括含磷气体，如磷酸("H3P(V')、五氧化二磷("P2CV')、 磷化氢("PH3")、任何鳞化合物，或它们的混合物。金属污染物可包括一种或 多种元素金属或一种或多种金属化合物，包括但不限于元素汞("Hg。")、氯化 汞("HgCl2")、吸附在颗粒物质上的汞、铅("Pb")或其化合物、砷("As")或其化合 物、铬("Cr")或其化合物，或它们的混合物。可以使用油页岩，从燃烧室除去 单一污染物或多种污染物。在一个实施方式中，使用油页岩从燃烧室除去以下 污染物含氮污染物、H2S04、 S03、 S02、 H2S、 COS、 CS2、元素汞和氯化汞。
用于燃烧室的污染控制工艺包括以下工艺将油页岩直接送入燃烧室，更
具体地直接送入燃烧室的燃烧器部分。这些工艺中，当油页岩在燃烧室内加热
时，产生页岩矿物、焦粒和油母质，如反应l所示
油页岩+热能"> 页岩矿物+焦粒+油母质+烃衍生物 (1)
可采用高于或等于约20(TC的温度对油页岩进行热解或干馏。加热油页岩
时，热能会导致油母质解聚并脱挥发分，同时页岩矿物会被煅烧。油页岩的解 聚、脱挥发分、热解和形成焦的程度可依据颗粒加热速率、颗粒温度、周围气 体温度以及油页岩加热时间长短而变化。当油母质脱除挥发分或从油页岩释放
时，氧化物、碳酸盐或硅酸盐的多孔基质可保留，包括但不限于钙("Ca")、镁 ("Mg")、钠("Na")、钾("K")、铁("Fe")或锌("Zn")的氧化物、碳酸盐或硅酸盐。 这些氧化物、碳酸盐和硅酸盐在此统称为页岩矿物。仅为举例，页岩矿物可以 包括但不限于氧化钙、氧化镁、氧化铁、碳酸钙或它们的混合物。从油页岩 脱除油母质挥发分后，焦粒或残余碳颗粒仍保留。页岩矿物和焦粒在此统称为 吸附剂颗粒或页岩吸附剂颗粒。吸附剂颗粒是表面积增大的多孔颗粒。因此， 吸附剂颗粒相对于油页岩提高了吸附或吸收容量，吸附剂颗粒可用于吸附或吸 收汞和其它污染物，如下面详细说明的。因为吸附剂颗粒是多孔的，污染物容 易扩散到吸附剂颗粒中并与其中的氧化物、碳酸盐和硅酸盐反应。
将油页岩引入热转化室时，释放油页岩中的油母质。从油页岩释放的油母 质可提供用来还原热转化室中的含氮污染物的还原剂源。如反应2所示，油母
13质可以处于另外的热能中，使油母质裂解或开裂，形成轻质烃和重质烃 油母质+热能+基团—重质烃和轻质烃(CxHy) + CO + H2+C02 (2)
其中，x和y取决于油母质中碳和氢的比值以及当时的条件。例如，x对轻质 烃为1-7，对中等烃(intermediate hydrocarbon)为8-13，或对重质烃为14-42。相 关地，y可以在l-90的范围内，对给定的烃通常等于"x"的两倍。可以采用 高于或等于约35(TC温度，来裂解聚合的油母质。因此，重质烃逐渐转化为轻 质烃。存在的水蒸气有助于对重质烃进行分解和重整。按照以下反应3和反应 4所示的化学方式，加热轻质烃和重质烃至高于或等于约40(TC的温度，可将 轻质烃和重质烃用来还原含氮污染物，生成N2、二氧化碳("C02")和水("H20"):
CxHy + (2x + y/2)NO — (x + y/4)N2 + xC02 + y/2 H20 (3)
CxHy + (x + y/4)N02 — (x/2 + y/8)N2 + xC02 + y/2 H20 (4) 其中，x通常为l或2， y通常为1、 2、 3或4。通常，反应3和反应4显示了 将氮的氧化物还原为还原态氮物质，如N2。根据或类似于反应5和6的多相反 应，油页岩焦还能将含氮污染物还原为N2、 C02和H20:
焦+ (2+x)N0 — 1/2(2+ x)N2 + yC02 + zH20 (5)
焦+ (2+x)N02 — 1/2(2+ x)N2 + yC02 + zH20 (6).
式中x， y和z取决于焦中碳与氢的比值。
油页岩燃烧产生的页岩矿物或焦粒可具有与汞或汞化合物化学结合(吸收) 的亲合性或与汞或汞化合物物理结合(吸收)的亲合性。因此，根据反应7、 8、 9 和IO示出的化学方式，通过热解油页岩(参见反应l)产生的页岩矿物或焦粒可 以用来吸附或吸收汞或氯化汞
焦粒+Hg° —焦粒-Hg。 (7) 焦粒+HgCl2 —焦粒-HgCls (8) 页岩矿物+Hg° — M-Hg。 (9) 页岩矿物+HgCl2 — M-HgCl2 (10) 其中，M是油页岩中存在的对汞或氯化汞具有亲合性的金属或金属化合物。M 可以是Fe、 Zn、铅("Pb")、银("Ag")、铝("A1")、镉("Cd")、铬("Cr")、镍("Ni")、 钛("Ti")、硒("Se")或砷("As")，或硫，包括被颗粒捕获的硫。当页岩矿物或焦 粒与这些污染物接触足够的停留时间时，吸附剂颗粒可以捕获元素汞或氯化 汞。元素汞或氯化汞被页岩矿物或焦粒吸附或吸收也取决于页岩矿物或焦粒与元素汞或氯化汞接触时的温度。保持该温度，以促进化学吸附或物理吸附，使 之不会解离。例如，在一些实施方式中，温度低于或等于约20(TC。在燃烧室
内许多位点可达到该温度，如在工艺管中，在如集尘室或静电沉积室("ESP")
这样的气体清洁单元收集的颗粒块中，或者在填充床/气体反应器中。 可以被热转化工艺产生的页岩吸附剂焦和无机灰去除的其他挥发性和半
挥发性的金属包括铅、砷、铍以及通过热转化工艺从含碳燃料释放的其他金属。
按照反应11-19所示的化学方式，燃烧油页岩产生的碳酸盐或氧化物化合 物还可以用来除去含硫污染物，如H2S04、 S03、 S02、 H2S、 COS、 CSs或它们
的混合物
Mx-(C03)y+热能一Mx-Oy + yC02 (11)
CaC03 + S02+l/202 — CaS04 + CO2 (12)
CaC03 + S03 — CaS04+ C02 (13)
CaC03 + H2S04 — CaS04 + C02 + H20 (14)
CaC03 + H2S — CaS + H20 + C02 (15)
CaO + S02 + l/202 — CaS04 (16)
CaO + S03 — CaS04 (17)
CaO + H2S03 — CaS04 + H20 (18)
CaO + H2S — CaS + H20 (19)
其中，M是如Ca、 Mg、 Na、 K、 Fe或Zn的金属，x和y可依据油页岩中存在 的金属碳酸盐而变化。例如，x可以为l或2， y可以为l、 2或3。虽然上面 示出的反应是S02、 S03、 HaS04或H2S与碳酸钙或氧化钙之间的反应，但是在 S02、 S03或H2S与Mg、 Na、 K、 Fe或Zn的碳酸盐或氧化物之间可发生类似 的反应。
当热转化工艺如热解工艺或气化器产生的气体中存在C0S、CS2或COS和cs2 的组合时，按照反应20-21，使用变换反应器将C0S和CS2变换为H2S，反应20-21 在反应15和19后进行
COS + H20 — H2S + C02 (20)
CS2 + 2H20 — 2H2S + C02 (21)
Ca、 Mg、 Na (校注应为Na，原文有误)、K、 Cu、 Fe、 Al以及油页岩或页岩吸附剂中所含的其他元素或矿物化合物，可促进反应式20和21所示的
变换反应。
页岩矿物如碳酸盐化合物可以通过加热油页岩至高于或等于约450。C的温 度进行煅烧。含硫污染物的吸附可发生在燃烧室中温度相对较高的位置。该温 度可以足够高，以达到促进含硫污染物与油页岩中存在的碱金属化合物、碱土 金属化合物或其它金属氧化物反应，产生硫酸盐或硫化物。但是，该温度可以 低于化合物的分解温度。为达到页岩矿物与H2S04、 S02、 S03、 H2S、 COS或 CS2之间的反应，可采用的温度范围为高于或等于约45(TC至低于约115(TC。
按照反应22和反应23所示的示例化学方式，诸如碳酸盐或氧化物的页岩 矿物还可以用来除去HC1和Cl2:
CaO + 2HC1 — CaCl2 + H20 (22)
CaO + Cl2 — CaCl2 + 1/2 02 (23)。
虽然上面示出的反应是氧化钙与含氯化合物之间的反应，但是在HC1或Cl2与 Mg、 Na、 K、 Fe或Zn之间可以发生类似的反应。还可以与氟、含氟化合物、 碘、含碘化合物、溴、含溴化合物、磷酸盐、含磷酸盐化合物发生类似的反应。 氟、含氟化合物、碘、含碘化合物、溴、含溴化合物、磷酸盐、含磷酸盐化合 物可以在热转化工艺室中温度相对较高的位置发生吸附。该温度应足够高，以 促进氟、含氟化合物、碘、含碘化合物、溴、含溴化合物、磷酸盐、含磷酸盐 化合物与油页岩中存在的碱金属化合物、碱土金属化合物或其它金属氧化物之 间的反应。但是，该温度应低于化合物的分解温度。例如，为使HCl与页岩矿 物反应，反应温度应保持在高于或等于约45(TC至低于约1150°C。
在如美国专利申请11/004,698中所述的那些工艺中，输入燃烧室中使用 的油页岩可以是从常规油页岩矿获得的矿石并粉碎成颗粒。油页岩可以从在犹 他州、科罗拉多州或怀俄明州的矿中获得，这种油页岩可产生约10-80加仑油/ 吨矿石。也可以使用世界上其他的油页岩来源，各种来源含有不同浓度的油母 质和其他矿物。最初将油页岩磨碎或碾磨至要求的小于或等于约5 cm (约2英 寸)的粗粒度。可以采用类似于煤开采中采用的粉碎和磨碎的常规技术，来磨碎 油页岩。油页岩颗粒可进一步研磨成微米级颗粒，其粒度范围为约2-15(Him， 将这种颗粒引入燃烧室。可以采用类似于对煤进行粉碎、分级和夹带在空气流 中的常规技术，对微米级颗粒进行粉碎、分级和夹带在空气流中。因此，可以
16使用现有的煤粉碎机、分级机和注射器来产生油页岩颗粒并将油页岩颗粒注入 燃烧室。油页岩颗粒可以是未反应的，因为油页岩颗粒未发生热解或脱挥发分。 但是，油页岩干馏物(脱除挥发分的油页岩颗粒)也可以用于燃烧室中。
为了减少初级燃料燃烧产生的污染物的量，可以将油页岩颗粒引入燃烧 室，该燃烧室可以是例如粉煤燃烧器("PCC")、炉、锅炉、流化床燃烧器或气化 器、循环床燃烧器或气化器、分段式反应燃烧器或气化器、夹带流燃烧器或气
化器、废气管、废气清洁输送式反应器(offgas cleanup transport reactor)、填充
床燃烧器或气化器、旋转床燃烧器或气化器、或如水泥窑这样的煅烧装置。油 页岩颗粒还可以用于金属化工艺，如在铁矿石的生产或者金属的冶炼或精炼 中。燃烧室可以配置成能燃烧煤或其它矿物燃料、生物质、MSW、 RDF，或其 他含碳原料。虽然这里的一些实施方式描述了在PCC中使用油页岩颗粒，但是 所述油页岩颗粒可以用于其它类型的热转化室，只要热转化室能够达到油页岩 颗粒发生反应所需的温度。此外，虽然这里的实施方式描述了使用煤作为初级 燃料，但可以使用其它燃料，如石油、天然气、油页岩、油砂以及其他含碳燃 料原料(例如林业产品、副产品和残留物；农作物、副产品和残留物；动物 废物和畜体；城市固体废物、污水污泥固体、建筑和爆破碎片、废弃轮胎以及
其他形式的废物衍生的燃料)。
PCC设计成燃烧作为初级燃料的煤，并将燃烧的煤的化学能(焓)转化为热 能，热能被传递到蒸汽管，产生过热高压蒸汽。PCC可产生约50 MWe-1000 MWe 的能量。PCC通常包括长的垂直燃烧器箱体，排列有蒸汽管或者有悬挂排列的 蒸汽管。PCC为本领域公知，因此，在此不进行详细说明。图l示出可引入油 页岩颗粒120的PCC 100的示意图。该PCC 100包括燃烧器区106、过热区108、 再热区110、燃料节约装置区112、空气预热区114和气体清洁单元116。为了 减少煤在PCC100中燃烧时产生的污染物，控制上述各区的温度，实现在污染 物与油母质以及污染物与吸附剂颗粒之间的所需反应。
将粉煤128引入PCC100的燃烧器区106，与空气130—起燃烧。加入到 PCC 100的粉煤128的量取决于PCC 100的效率和其要求的功率输出。将粉煤 128引入PCC 100中的进料速度可以根据PCC 100的效率和要求的功率输出来 计算，如本领域所公知的。粉煤128可以夹带在空气130中并通过多级燃烧器 (未示出)注入PCC 100中，这些燃烧器在本领域也称作燃烧器定位器(burner register)或燃烧器箱。或者，可以将粉煤128通过初级端口(primary port)(未示出)注入燃烧器区106中。空气130可以与粉煤128—起注入或者通过二级或三级 端口(未示出)注入。为燃烧粉煤128，该燃烧器区106的温度可以保持在约 1085-1625。C(约2000-3000。F)。燃烧后，存在于粉煤128中的氮与空气130可 转化为含氮污染物。粉煤128中的硫如有机结合的硫或无机硫或黄铁矿相硫可 释放并被氧化或转化为含硫污染物，如H2S04、 S02、 S03、 H2S、 COS、 CS2 或它们的混合物。粉煤128中的氯可转化为HC1、 Cl2或其它挥发性氯化合物。 粉煤128中的碘可以转化为HI、 12或其它挥发性碘化合物，而粉煤128中的氟 可转化为HF、 F或其它挥发性氟化物。粉煤128中的溴可转化为HBr、 Br或 其它挥发性溴化物。粉煤128中的磷酸盐可转化为含磷化合物。粉煤128中的 汞可作为Hg。或HgCl2释放。砷、铅、铍和其他有毒金属可以作为挥发性和半 挥发性化合物释放。
油页岩颗粒120可以夹带并注入PCC 100中的燃烧器区106、过热区108 和再热区110中的至少一个中，取决于PCC 100的温度分布以及油页岩的性质。 为了清楚和简单，图1中示出了要注入过热区108中的油页岩颗粒120。该油 页岩颗粒120可以通过多级燃烧器(未示出)、初级端口(未示出)或二级端口或三 级端口(未示出)注入PCC 100中。油页岩颗粒120不注入PCC 100中的会使油 页岩颗粒120熔融和成熔渣的区中，因为这会影响油页岩颗粒120在气体排放 路径的后阶段中捕集污染物的能力。将油页岩颗粒120引入PCC 100中的进料 速度取决于吸附剂反应的效率。该进料速度可以按本领域已知的方法确定。在 一个实施方式中，油页岩颗粒120注入燃烧器区106的上部区域或者过热区108 的下部区域。油页岩干馏物(脱挥发分的油页岩颗粒)也可以注入再热区110。注 入PCC100后，油页岩颗粒120开始发生脱挥发分并释放油母质，该油母质与 含氮污染物反应，如反应l-4所描述的。保持燃烧器区106、过热区108和再 热区110中的至少一个的温度，以促进含氮污染物化学还原为N2、 C02和H20， 明显降低从PCC 100排放的含氮污染物的量。
释放油母质后产生的页岩矿物可以与气态H2S04、 S03、 S02、 HC1、 H2S、 COS、 CS2或它们的混合物反应，如反应9-17所示。当反应动力学和热动力学 有利于形成CaS04或CaS时，来自油页岩的氧化钙、氧化镁、氧化铁和其它金 属氧化物可与H2S04、 S03、 S02、 HC1、 H2S、 COS、 CS2或它们的混合物反应 并将它们捕集。通常，在约450-1125'C的温度范围可以发生有利的反应。过热 区108、再热区110和燃料节约区112中的至少一个的温度在该温度范围之内。
18因此，当油页岩颗粒120经过过热区108并进入再热区110和燃料节约装置区
112时，捕集HC1、 H2S04、 S03、 S02、 H2S、 COS、 CS2或它们的混合物。捕 集HCl、 H2S04、 S03、 S02、 H2S、 COS、 CS2或它们的混合物还可持续到空气 预热区114的下部。停留时间或页岩矿物与污染物之间的接触时间可大于或等 于5秒，以捕集这些污染物。
汞或氯化汞可以通过以下两种机理与页岩矿物或焦粒发生反应物理吸收 或化学吸附。当页岩矿物或焦粒通入PCC100的温度较低的部分时，汞或氯化 汞可以被吸附或吸收，如反应5-8所示。例如，汞或氯化汞可以在空气预热区 114或气体清洁单元116被吸附剂颗粒吸附或吸收。当温度下降至低于约200 "C(约392。F)时会发生这些反应。因为空气预热区114或气体清洁单元116的温 度在此范围内，在PCC100的这些部分能最有效地除去汞或氯化汞。为能有效 捕集这些污染物，吸附剂颗粒与汞或氯化汞之间的接触时间可大于30秒。这 样长的接触时间可以在气体清洁单元116内达到。
通过燃烧粉煤128产生的热气体和夹带的飞灰颗粒可以从燃烧器区106排 出并通入过热区108，在那里热气体与蒸汽管140接触。蒸汽管140从热气体 获取热量并升高蒸汽温度。在过热区108中，热气体的温度约为975-132(TC(约 1800-2400°F)。热气体和夹带的飞灰颗粒可通入再热区110，该区是过热区108 和燃料节约装置区112之间的过渡区。再热区IIO中也可以有蒸汽管140。再 热区110的温度在约650-98(TC(约1200-1800。F)间变化。热气体在燃料节约装 置区112内被另外的蒸汽管140冷却。热气体在燃料节约装置区112的温度约 为535-650。C(约1000-1200。F)。
从燃料节约装置区112排出的气体在本领域称作烟道气。这里，所述烟道 气可包含空气、燃烧产物、水蒸气、二氧化碳、汞和颗粒物质。烟道气基本上 不含含氮污染物、含硫污染物和HC1，因为这些污染物在燃烧器区106、过热 区108或再热区110中被除去。烟道气可以通过空气预热区114中的气-气热交 换器(未示出)进一步冷却来对输入的燃烧用空气进行预热。在空气预热区114 中，烟道气的温度约为120-23(TC(约250-450GF)。烟道气150可以流入气体清 洁单元116，如袋滤器(baghouse)或静电沉积器(ESP)，以除去颗粒物质如飞 灰152。飞灰152可以收集在气体清洁单元116的过滤器中。
由于将油页岩颗粒120引入PCC IOO釆用了许多现有的煤加工和处理工艺，因此这种降低烟道气150中污染物的量的方法能够方便地在现有PCC中实 施，原因是不需要安装新的设备。油页岩颗粒120的应用也可以结合到未来的
PCC设计中，而没有明显增加成本。
如上所述，油页岩颗粒120可以用来降低烟道气150中的单一类型污染物 的量，所述污染物例如是含氮污染物、H2S04、 S03、 S02、 H2S、 COS、 CS2、 汞或氯化汞。油页岩颗粒120还可以用来降低烟道气150中不同类型的污染物 的量。因此，油页岩颗粒120可提供多重污染物控制。此外，因为油页岩颗粒 120的热解能产生多孔吸附剂颗粒，故可以获得较高的污染物负载量。因此， 可以采用较低的油页岩颗粒120注入速度，这样可以减少固体物质的处理量。 虽然油页岩颗粒120能有效降低烟道气150中污染物的量，但油页岩颗粒120 也可以与其它工艺如LIMB、 LIDS、 SNCR和NOx再燃烧工艺结合使用，以进
一步降低污染物的量。
除了除去污染物外，油页岩颗粒120可增加焓值(即热值)，因为油页岩颗 粒120与初级燃料一起进行燃烧。油页岩燃烧期间产生的焦粒以及轻质烃和重 质烃可以全部燃烧或部分燃烧，以提供额外的热量，如反应24-31所示
CxHy+(x + y/4)02 — xC02 + y/2H20 (24)
CO + 1/2 02 — C02 (25)
CxHy + x/2 02 — xCO + y/2H2 (26)
CxHy + xH20 — xCO + (X+y/2) H2 (27)
焦碳+02 — C02 (28)
焦碳+ 1/2 02 — CO (29)
焦碳+C02 — 2CO (30)
焦碳+H20 — CO + H2 (31)
虽然反应24-31不都是放热反应，这些反应或产生热能，或产生反应性气 体，这些气体可用来产生热能。油页岩燃烧可提供净的正热能，该热能在约4.7 MJ/kg (或约2,000 BTU/lb)至约9.3 MJ/kg (或约4,000 BTU/lb)范围内。燃烧油页 岩提供的能量可弥补由于污染物吸附反应导致的热损失。
未反应的重质烃和轻质烃可在过热区108或再热区110与通入的过量氧或 空气(未示出)完全反应。此外，在需要燃烧重质烃和轻质烃时可以在过热区108 或再热区110中加入补充的氧(未示出)。大多数的燃烧室配备有烟炱吹除空气注射器或空气枪，这些器件可用来调节氧浓度，以实现重质烃和轻质烃的完全 燃烧。
在该燃烧工艺中使用油页岩颗粒120还可以改善对初级燃料燃烧期间产生
的飞灰的处置。燃烧油页岩还可以产生飞灰152和矿渣154 (煤和油页岩的副产 矿物)。油页岩颗粒120可用来制备适合用垃圾填埋法处理的飞灰152或矿渣 154。燃烧期间，油页岩颗粒120煅烧并转化为包含氧化物的火山灰物质。所 述火山灰物质可包封和固定燃烧期间产生的金属、矿渣154和飞灰152。飞灰 152还可用作路基材料或结构材料。
油页岩不仅可以用作减少燃烧工艺、金属热解工艺、煅烧工艺或其他工艺 中的污染的物质，而且可以使用脱挥发分的油页岩作为污染物控制材料。油页 岩中的油母质可以在离位热转化工艺中反应并脱除挥发分，产生页岩矿物和焦 粒以及可燃性的基于油母质的燃料。可以将页岩矿物和焦粒送入另一个联用的 热转化工艺，例如但不限于燃烧工艺、水泥窑、或矿石冶炼或金属精炼工艺， 以吸收或吸附污染物，其方式与通过向燃烧工艺加入油页岩产生的页岩矿物吸 收或吸附污染物一样。此外，可以将基于油母质的燃料送入该工艺，作为还原 剂来去除污染物。或者，可以使用基于油母质的燃料作为加热燃料，或者处理 为有用的燃料产品。
本发明的实施方式涉及对来自油页岩的油母质脱挥发分，产生页岩吸附剂 和基于油母质的燃料。对来自油页岩的油母质脱挥发分进行控制，以便能够从 油页岩释放具有所需特性的页岩吸附剂和油母质。
根据本发明的一些实施方式，可对油页岩进行气化、热解、脱挥发分或干 馏，以产生具有污染物吸附功能的固体灰或页岩吸附剂。可以将油页岩引入气 化工艺，以控制自油页岩释放油母质。对自油页岩释放油母质进行控制可能导 致形成具有污染物控制特性的固体灰。例如，页岩吸附剂可以用作污染物的吸 附剂或作为污染物的还原剂。
例如，将油页岩引入气化工艺，该工艺中油页岩发生气化，从油页岩释放 油母质。对该气化进行控制，释放大量储存在油页岩中的油母质。脱挥发分的 油页岩从该气化工艺排出，作为页岩吸附剂。将页岩吸附剂粉碎或者进行其他 处理，产生具有所需粒度的页岩吸附剂，用于吸附或吸收污染物的处理工艺， 或者用作污染吸附剂。在一些实施方式中，可将页岩吸附剂输入一过程中以控
21制该过程中的污染物，或与工艺产物接触，以减少产物中的污染物。
根据本发明的其他实施方式，对油页岩气化进行控制，以产生污染物吸附 剂的固体颗粒，所述颗粒包含固定碳，所述固定碳有助于吸收或吸附污染物。 控制油页岩的气化以保证油页岩一部分被焦化，产生页岩吸附剂，在该吸附剂 颗粒内或颗粒上含有一定量的碳。收集焦化的页岩吸附剂并用作控制污染物的 吸附剂。
根据本发明的又一些实施方式，油页岩气化可产生还原气体，用于污染物 控制。例如，按照本发明的实施方式可以制备用于对排放的NOx进行还原的气 体。对引入气化工艺以产生还原气体的来自油页岩的油母质进行脱挥发分，可 包括对脱挥发分工艺进行控制和最优化，以产生高含量的还原形式的碳(如CH4、
C2H4、 C2H6、 C3H8)和低含量的重质烃的气体。可以将还原气体直接输入一个过程
或工艺产物流中用作还原剂，或按照常规方法储存并用于其他工艺。
在本发明其它的实施方式中，通过对油页岩气化可产生烃气体。对来自油
页岩的油母质脱挥发分进行控制，以产生烃气体。可以控制脱挥发分的条件， 使得从气化工艺产生特定量的所需烃。这样，可以将形成的烃气体分离并作为 合成天然气销售，或者改变为生产合成气和气体产品。也可以将生产的经气体 进行冷却、冷凝，然后蒸馏、裂解或加氢，以生产高价值的合成石油粗产品。
图2示出用于进行本发明的实施方式的热解或气化器系统的简化的材料流 程图。如图2所示，将粉碎的油页岩210与蒸汽212以及一种或多种氧化剂气 体214引入气化器200。引入气化器200的油页岩210进行气化，使来自油页 岩210的油母质脱挥发分，可产生热解气体220和页岩吸附剂230。从气化器 200除去热解气体220，并将该热解气体220储存、燃烧、使用，或者按照需 要进行处理。类似地，可使用页岩吸附剂230作为按照本发明实施方式的污染 吸附剂，或者用于其他工艺。
在图2所示的框图中表示的气化器200可包括能够对来自油页岩的油母质 脱挥发分并能对页岩煅烧制备页岩吸附剂的任何类型的气化器200或热转化装 置。例如，本发明的实施方式可以使用常规的固定床气化器、流化床气化器或 夹带流气化器。其他常规的气化器或旋转驱动热解操作也可用于本发明的实施 方式。
根据本发明一些实施方式，其中，对油页岩210进行油母质的脱挥发分， 以制备页岩吸附剂230来捕集来自其他工艺的污染物时，可使用固定床气化器或鼓泡流化床气化器来气化油页岩210。如果进行油母质脱挥发分的油页岩210
的颗粒包括粒径例如约为0. 5-10毫米的粉碎的粗油页岩210颗粒，更优选使 用这类气化器。使用固定床气化器或鼓泡流化床气化器能帮助产生高质量的页 岩吸附剂230，在该气化器200中，包含在油页岩210中的大部分油母质被从 油页岩210中除去。按照这种方式产生的页岩吸附剂230具有高的"燃烧损失 (loss on ignition)"值。还可以使用其他类型的气化器来制备这种页岩吸附 剂230。
在本发明的一些实施方式中，其中，油页岩210包括细粉碎的油页岩210， 如粒径约为0. 001-0. 1毫米的油页岩时，可以使用夹带式气化器作为气化器 200，对来自油页岩210的油母质脱挥发分。例如，可以将粒径约为0.001-0.01 毫米的油页岩210颗粒引入夹带式气化器200，对油母质脱挥发分。由该脱挥 发分工艺产生的热解气体可以在气化器200内燃烧，促进脱挥发分工艺。
选择用于本发明实施方式的气化器200还取决于该工艺所需的热解气体 220。例如，当热解气体220进行燃烧或者用作还原气体以还原存在的N0x污 染物或其他气体物流中的其他污染物时，选择气化器200或其他热转化工艺， 使还原形式的碳如014和C2H4的产生达到最佳状态。
不希望在热解气体中产生重质烃；因此，选择气化器200或其他热转化工 艺，以限制产生这类重质烃。例如，自气化器200至二级工艺的原料物流中存 在重质烃可能引起该原料物流发生不希望发生的縮合。在一些实施方式中，从 气化器200或其他热转化工艺排出的热解气体220可以被发送至焦油裂解器 (未示出)或气体转化器(未示出)，以进一步分解热解气体220或者从热解气体 220除去重质烃。可采用常规方法在将热解气体220送入另一个工艺之前改变 热解气体220物流中的重质烃。
在本发明的其他实施方式中，不希望在热解气体220中产生还原形式的烃。 例如，在合成气和合成燃料的生产工艺中，优选使热解气体220中的烃量最少。 相反，优选使一氧化碳("CO")和氢("H2")的形成最大化。因此，选择气化 器200或其他热转化工艺，使油页岩210在气化器200中热解期间的一氧化碳 和氢气的产量最大。在一些实施方式中，甚至可以选择气化器200或对气化器 200进行适当操作，以产生适合费-托(Fischer-Tropsch)合成燃料生产工艺的 一氧化碳与氢的最佳比值。
将油页岩210、水蒸汽212和氧化剂气体214引入图2所示的气化器200中，可能在气化器200或其他热转化工艺中发生许多不同反应。例如，在气化 器200或其他热转化工艺中加热油页岩时，产生页岩矿物、焦粒和油母质。页
岩矿物和焦粒构成页岩吸附剂230。页岩矿物、焦粒和油母质的产生类似于将 油页岩210直接引入燃烧室或其他热转化工艺如粉煤锅炉的燃烧室时发生的反 应。页岩吸附剂230和油母质的形成可以用反应32来表示
油页岩+热—页岩吸附剂+油母质 (32)
在气化器200或其他热转化工艺中可以采用高于或等于20(TC的温度来热 解油页岩。在加热油页岩210时，在对页岩矿物进行煅烧的同时，热量使油母 质解聚和脱挥发分。油页岩210发生解聚、脱挥发分、热解和形成焦的程度可 依据颗粒的加热速度、颗粒温度、周围气体的温度、以及油页岩210在气化器 200或其他热转化工艺中的加热时间长短而变化。当油母质从油页岩脱挥发分 或释放时，氧化物、碳酸盐或硅酸盐的多孔基质可能保留，包括但不限于:二 氧化硅("Si(V，)和氧化物，以及钙("Ca")、镁("Mg")、钠(〃Na〃)、钾("K")、 铁("Fe")或锌("Zn")的碳酸盐。仅为了示例，页岩矿物可包括，但不限于 氧化钙、氧化镁、氧化铁、碳酸钙或它们的混合物。油母质从油页岩210脱挥 发分后可能仍保留有焦粒或残余碳颗粒。页岩吸附剂230包含页岩矿物和焦粒。 页岩吸附剂230可包含增大了表面积的多孔颗粒。因此，页岩吸附剂230相对 于油页岩210提高了吸附和吸收容量，并可用于吸附或吸收汞和其他污染物。 此外，页岩吸附剂230可以是多孔性的，能够使污染物扩散到页岩吸附剂230 内并与其中的氧化物、碳酸盐和硅酸盐反应。
在气化器200或其他热转化工艺中引入的水蒸汽212可以和页岩吸附剂 230的焦粒反应，在页岩吸附剂230内或其上形成活性炭，可由反应33表示 油页岩+热—页岩矿物+焦粒+油母质+烃衍生物 (33)
油页岩210中的油母质可以在气化器200内释放。从油页岩210释放的油 母质可提供用于在其他工艺中还原污染物的还原剂源。如反应34所示，使油 母质接触附加的热能，油母质发生裂解或分裂，形成轻质烃和重质烃 油母质+热+自由基—重质烃和轻质烃(CxHy) + CO + H2 + (34)
其中，x和y取决于油母质中的碳和氢的比值以及当时的条件。例如，对 轻质烃，x可为1-7，对中等烃为8-12，对重质烃可为12-42。相关地，y可为 1-90，对指定的烃，y通常等于x的两倍。可以采用高于或等于35(TC的温度 进行聚合油母质的裂解和分裂。因此，重质烃逐渐转化为轻质烃。水蒸汽的存在能帮助重质烃的裂解和重整。
本发明的实施方式可以与任何产生污染的工艺结合，以减少工艺中产生的
污染量。例如，可以将用于转化油页岩210为热解气体220和页岩吸附剂230 的气化器200结合在以下装置或工艺中粉煤锅炉、水泥生产工艺、合成燃料
或合成气生产工艺、冶金热解工艺、粉煤燃烧器、炉子、锅炉、流化床燃烧器 或气化器、循环床燃烧器或气化器、分段式反应器燃烧器或气化器、夹带流动
(entrained-flow)燃烧器或气化器、废气导管、或废气清洁输送式反应器。可 采用本发明的实施方式制备用于吸收或吸附在不同工艺中产生的污染物的页 岩吸附剂230或制备能用于各工艺的油母质基燃料。本发明的实施方式不限于 列举的这些应用，应理解，用于制备页岩吸附剂230、热解气体220或污染物 还原气体的气化器可与常规工艺结合，尤其是希望控制产生的污染物的工艺。
图3示出按照本发明的实施方式的气化器200或其他热转化工艺与形成污 染物的工艺的结合。按照本发明的实施方式的气化器200或其他热转化工艺与 粉煤锅炉系统300的结合，可以用来向粉煤锅炉系统300提供页岩吸附剂230、 热解气体220或还原气体。虽然图3所示的系统包括与煤燃烧器系统300结合 的气化器200或其他热转化工艺，但是应理解，本发明的实施方式可以与许
多产生污染物的不同系统和要求减少这类污染物的不同系统结合。
如图3所示，常规煤燃烧器系统300可包括燃烧器区306、过热区308、 再热区310、燃料节约装置区312、空气预热区314和气体清洁区316。将煤 328如粉煤引入燃烧器区306，煤在燃烧器区燃烧，形成气体和炉渣354。还可 以将空气330引入燃烧器区306，促进煤328在煤燃烧器系统300中的燃烧。 引入空气330可包括引入为常规煤燃烧器系统300已知的燃烧空气、初进空气 (primary air)和渗透空气(infiltration air)。如通常所了解的，可以从煤 燃烧器系统300除去在燃烧器区306产生的炉渣354。
煤328可以在燃烧器区306中燃烧，燃烧器区温度保持在约800-1650°C。 燃烧器区306内的反应包括与煤328的燃烧有关的反应，例如反应35-44:
C + 02 — C02 (35)
2H + 1/202 — H20 (36)
N + 1/202 — NO (37)
2 N — N2 (38)
2C1 + H20 — 2 HC1 + 1/202 (39)
25S + 02 — S02 (40)
2 0 — 02 (41) 2 FeS2 + 1 1/2 02 — Fe203 + 4 S02 (42) HgS — Hg° + S02 (43) 碳酸盐一氧化物+ C02 (44)
如在上述煤328的燃烧工艺中所发生的反应所示，可能产生污染物，如S02、 N0和HC1。还可能形成其他污染物。不希望有污染物，可以按照本发明的实施 方式，通过燃烧来自气化器200或其他热转化工艺的热解气体来除去污染物， 或者通过将页岩吸附剂230引入煤燃烧器系统300来除去污染物。
在煤32S的燃烧工艺中形成的气体和颗粒从燃烧器区306排出，进入过热 区308。将来自过热区308的气体和颗粒通入再热区310，然后进入燃料节约 装置区312，之后再进入空气预热区314。在各区的温度可通过各区中的蒸汽 管340来控制。将从空气预热区314排出的烟道气350输入气体清洁区316(如 袋滤器(baghouse)或静电沉积器(ESP))中。可以自气体清洁区316收集颗粒物 质如飞灰352，并将来自煤燃烧器系统300的废气释放或输入其他气体清洁工 艺。
根据本发明的实施方式，在燃烧器区306以及煤燃烧器系统300的所有其 余区域产生的污染物可以通过以下方式被还原，即，将页岩吸附剂230或热解 气体220引入煤燃烧器系统300或者引入该系统产生的产物流中。例如，在煤 燃烧器系统300的燃烧器区306中产生的NOx污染物可以在对油页岩210燃烧 器区306中气化形成的热解气体220进行燃烧的同时被还原。将来自气化器200 的热解气体220输入煤燃烧器系统300的燃烧器区306中的进口。将热解气体 220输入或注入燃烧器区306时，根据前面所示的反应3和4，热解气体220 被存在的NOx氧化，因而将含氮污染物还原为N2或其他含氮化合物、二氧化碳 ("C。2")和水("H20")。
在将热解气体220引入燃烧器区306时还可能发生其他的氧化反应。例如， 除了反应3和4所示的NOx还原反应外，燃烧器区306中可能发生以下反应45 和46:
CxHy + (x + y/4) 02 — xC02 + y/2 H20 (45) CO + l/202 —C02 (46)
式中，对轻质烃，x可为l-7，对中等烃约为8-12，对重质烃约为13-42。相关地，y可为l-90，对指定的烃，y通常等于x的两倍。在有些情况下，可 以在两个或更多个位置将热解气体220引入燃烧器区。在一个以上的位置引入 热解气体220能同时促进反应3和4所示的NOx污染物的还原反应以及反应45 和46所示的氧化反应。将多个热解气体220进料输入燃烧器区306的说明性 例子是图3所示的两个热解气体220进口 220(a)和220(b)。如图所示， 一个 或多个热解气体220进口 220 (b)可位于在燃烧器区306和过热区308之间的分 界区(dividing zone)，或者位于自燃烧器区306至过热区308的入口 。
将来自燃烧器区306的气体和颗粒物质通入过热区308，进行其他反应。 过热区308的温度保持在约675-1320°C。如对常规煤燃烧器系统300的了解那 样，在过热区308中可设置蒸汽管340，以提供热量。
在燃烧器区306产生的气体和颗粒物质中的污染物可以通过引入过热区 308的页岩吸附剂230的吸附或吸收作用至少被部分除去。将来自气化器200 的页岩吸附剂230在一个或多个位置引入过热区308。例如，将页岩吸附剂230 自气化器200引入煤燃烧器系统300的过热区308，以吸收和吸附从燃烧器区 306转移至过热区308的污染物。将页岩吸附剂230研碎至所需粒度，并夹带 在空气中，以便注入煤燃烧器系统300。图3示出引入页岩吸附剂230的一个 例子，该图中，将来自气化器200的页岩吸附剂230在进口 230 (a)注入过热区。 虽然图中示出只有一个页岩吸附剂230进入过热区308的进口 230(a)，但是， 应理解，可以使用一个或多个进口，并且可按照客户特定要求确定页岩吸附剂 230输入过热区308的进口的位置，以最大程度或按照客户要求从过热区308 中的气体和颗粒物质中除去污染物。
从煤燃烧器系统300的过热区308通过并进入再热区310的污染物还可以 通过将页岩吸附剂230引入再热区310实现至少部分去除。按照与将吸附剂引 入过热区308的相同的方式，将来自气化器200的页岩吸附剂230在一个或多 个进口 230(b)引入再热区。还可以将页岩吸附剂230引入燃料节约装置区312 或空气预热区314，以帮助从煤燃烧器系统300中的气体和颗粒中除去污染物。
在空气预热区314中的页岩吸附剂230能帮助从通入空气预热区314的颗 粒物质中捕集汞和汞基污染物。可以将页岩吸附剂230自气化器200或其他来 源引入空气预热区。此外，可以将在煤燃烧器系统300的初期处理步骤中引入 的页岩吸附剂230通入空气预热区314，页岩吸附剂230可以与该区域存在的 颗粒物质中的含汞污染物反应。页岩吸附剂230与汞的反应可包括如本文所示
27的反应5至反应8的反应。
在本发明的其他实施方式中，页岩吸附剂230不必直接从气化器200或其 他热转化工艺输入煤燃烧器系统300。替代的方式是，按照本发明的实施方式 将气化器200或其他热转化工艺中产生的页岩吸附剂230储存备用，在需要时 可以将储存的页岩吸附剂230按照要求的方式引入煤燃烧器系统300。例如， 将储存的页岩吸附剂230从储存设施引入煤燃烧器系统300的过热区308中的 一个或多个页岩吸附剂进口 230(a)，并引入煤燃烧器系统300的再热区310中 的一个或多个页岩吸附剂进口 230(b)。
将页岩吸附剂230引入煤燃烧器系统300能够将存在于煤燃烧器系统300 的产物(如颗粒物质和气体)中的污染物还原。页岩吸附剂230可以吸附或吸 收某些污染物并能与其他污染物反应。例如，包含钙和镁的页岩吸附剂230能 按照以下反应47和48减少污染物
Ca/Mg 0 + S02 + 1/2 02 — Ca/Mg-硫酸盐 (47) Ca/Mg 0 + 2 HC1 — Ca/Mg Cl2 + H20 (48) 通过将页岩吸附剂230夹带在空气中并将在空气流中的页岩吸附剂230注 入煤燃烧器系统300的方式将页岩吸附剂230引入煤燃烧器系统300。使用的 页岩吸附剂230的粒度可取决于所需的反应以及煤燃烧器系统300中燃烧的煤 308的类型对污染物的控制要求。例如，在许多煤燃烧器系统300中，引入煤 燃烧器系统300的页岩吸附剂230的粒径约为0. 002-0. 015毫米。具有要求的 粒度的页岩吸附剂230可以在气化器200或其他热转化工艺中通过以下方式制 得将油页岩210引入气化器200或其他热转化工艺，所述油页岩210的粒度 适合产生所要求的页岩吸附剂230粒度。在其他实施方式中，可将气化器200 或其他热转化工艺产生的页岩吸附剂230研碎至要求的粒度，然后将该页岩吸 附剂230引入煤燃烧器系统300。例如，如图3所示，本发明的实施方式中可 结合研磨机/分级机290，将气化器200产生的页岩吸附剂230研碎至要求的粒 度。还可以将夹带空气291引入研磨机/分级机290，以夹带页岩吸附剂230， 将其传送至煤燃烧器系统300。
在本发明的其他实施方式中，可使用热解气体220来帮助点燃燃烧器区306 中的燃烧器，或者使热解气体220燃烧以加热水并形成水蒸汽，水蒸汽被输送 到蒸汽管340。例如，可以将在油页岩210气化期间通过气化器200或其他热 转化工艺产生的一部分或全部的热解气体220直接送入煤燃烧器系统300，作为燃烧器或蒸汽产生工艺的燃料源。还可以对来自气化器200或其他热转化工
艺的热解气体220进行处理或者加工，以产生具有所需燃料组成的热解气体 220，然后使用这种气体作为煤燃烧器系统300的燃料。
根据本发明的另一些实施方式，可以将来自气化器200或其他热转化工艺 的页岩吸附剂230和热解气体220引入水泥窑或其他煅烧工艺，以帮助控制在 水泥窑和水泥生产工艺中形成的污染物。例如，许多水泥窑工艺不能满足环境 保护署颁布的新的污染控制条例。在这种水泥窑工艺中结合本发明的实施方式 能有效改进水泥窑的工艺，使热解气体220和页岩吸附剂230能用于还原水泥 窑工艺产生的污染物。
图4中示出按照本发明的特定实施方式与水泥窑400结合的气化器200或 其他热转化工艺。水泥窑400可包括任何类型的常规水泥窑或者设计用于生产 水泥或水泥熔块的窑。如图4所示，水泥窑400可包括脱水区410、煅烧区420 和熔结区(clinkering zone) 430。按照常规方法，将制备水泥熔块用的粘土 402 在固体进口 404引入脱水区。在水泥窑400的脱水区410去除粘土 402中的水 分。控制脱水区410中的温度，以根据送入水泥窑400中的粘土 402的水含量 达到要求的脱水量。例如，脱水区410中的温度设定在约400-50(TC。
将脱水后的粘土 402自脱水区410转移到煅烧区420，也对煅烧区420的 温度加以控制。煅烧区420的温度例如约为500-1250°C。粘土 402按照常规煅 烧方法在煅烧区420中进行煅烧。
煅烧后的粘土 402可前进到熔结区430，在该区域对煅烧的粘土 402进行 最终加热，形成熔块450，该熔块可用于水泥。熔结区430中的温度控制在约 1250-1550"。按照常规工艺将熔块450从水泥窑400排出并使用。
按照常规工艺向水泥窑400提供热量，例如通过使用设置在水泥窑400的 熔结区430中或其周围的燃气/燃油燃烧器440来提供热量。控制在燃气/燃油 燃烧器440中的气体或油品的燃烧，使得能够在熔结区430、煅烧区420和脱 水区410达到要求的温度。
在水泥窑400中产生的废气460自该水泥窑排出，并输送到清洁污染物废 气460的工艺中，然后释放到环境或者生物大气层中。例如，如图4所示，将 废气460自水泥窑400排出并输送至反应器470，该反应器能够对废气460进
行清洗，或者降低废气中的污染物量。
根据本发明的实施方式，来自气化器200或其他热转化工艺的热解气体220在燃气/燃油燃烧器440中燃烧，向水泥窑400提供热量。如图4所示，可以 将来自气化器200或其他热转化工艺的热解气体220的一部分输送至燃气/燃 油燃烧器440。气化器200或其他热转化工艺的运行使得在气化器200或其他 热转化工艺中产生的热解气体220能容易地在水泥窑400的燃气/燃油燃烧器 440中燃烧。按照这种方式，通过按照本发明实施方式使油页岩210在气化器 200或其他热转化工艺中热解或气化，可为燃气/燃油燃烧器440提供另外的加 热气体源。
在本发明的其他特定实施方式中，将气化器200或其他热转化工艺产生的 热解气体220的至少一部分送入水泥窑400的一个或多个区域，以帮助还原水 泥窑400的各个区域中的污染物。
将热解气体220引入水泥窑400的各个区域，可使水泥窑400中的热解气 体220氧化并使气体和固体中包含的污染物还原。例如，按照前面所述的反应 3和4，引入水泥窑400各区域中的热解气体220在水泥窑400中存在的NOx 下氧化，因而将含氮污染物还原为N2或其他含氮化合物、二氧化碳("C02") 和水("H20")。将热解气体220或热解气体220的产物引入水泥窑400的各个 区域，还可能导致其他氧化反应的发生，如反应45和46所示的反应。可利用 这些反应来降低水泥窑400中的污染物量。
根据本发明又一些实施方式，可将热解气体220自储存设施或其他传送工 艺输送到水泥窑400。例如，采用常规方法，将按照本发明实施方式由气化器 200或其他热转化工艺产生的热解气体220储存起来，然后用于水泥窑400， 作为燃气/燃油燃烧器440的气体或燃料进料，或者作为水泥窑400的各个区 域中的污染物控制气体。还可以对按照本发明实施方式来自气化器200或其他 热转化工艺的热解气体220进一步加工，然后输送到按照本发明实施方式的水 泥窑400中。例如，可以对热解气体220进行加工，形成合成气或合成燃料， 用作水泥窑400的燃气/燃油燃烧器440的燃料。
热解气体220在水泥窑400中燃烧还能够减少在水泥窑400中燃烧废弃轮 胎，通常在水泥窑400中燃烧废弃轮胎是为了提高水泥窑400中的热量并使NOx 污染物还原。由热解气体220提供的热量可替代燃烧废弃轮胎产生的热量，同 时还能还原NOx污染物。此外，去除在水泥窑400中燃烧废弃轮胎的步骤可以 减少水泥窑400中燃烧废弃轮胎产生的含硫污染物和含汞污染物的量。
在本发明的其他特定实施方式中，水泥窑400中形成或释放的污染物可以通过在该水泥窑400中引入页岩吸附剂230得到还原。页岩吸附剂230可与粘 土 402 —起引入水泥窑400，或者在水泥窑400的其他位置引入。如图4所示， 将来自气化器200或其他热转化工艺的页岩吸附剂230先与粘土 402组合再引 入水泥窑400中，或者与粘土 402同时分别引入水泥窑400中。在将页岩吸附 剂230引入水泥窑400之前，可以将页岩吸附剂230研碎或者进行其他处理， 以达到页岩吸附剂230能进入水泥窑400的粒度。引入水泥窑400的页岩吸附 剂230，对于水泥窑400中存在的NOx污染物，特别是在水泥窑400的上端在 脱水区410和煅烧区420周围的污染物，可以起到还原剂的作用。
根据其他实施方式，引入水泥窑400的熔结工艺的页岩吸附剂230可能夹 带在该工艺中产生的污染物。例如，在熔结工艺中形成的含汞污染物可以被加 入该熔结工艺的页岩吸附剂230吸附或吸收。在水泥窑400中形成的汞或氯化 汞可夹带在能形成水泥熔块450的水泥干馏物中，该汞或氯化汞可与加入熔结 工艺的页岩吸附剂230接触。页岩吸附剂230和含汞化合物之间的接触导致汞 被捕获在页岩吸附剂230中，其捕获方式类似于反应7-10。在要求去除汞或氯 化汞污染物的情况，可在气化器200或其他热转化工艺中形成页岩吸附剂230， 使得页岩吸附剂230中焦或活性炭的量最大，用于还原或捕集含汞化合物。
按照本发明的实施方式，在熔结工艺中将页岩吸附剂230引入水泥窑400 还能降低水泥窑400的水泥干馏物或水泥熔块450中存在的其他污染物的量。 可以对气化器200产生的页岩吸附剂230进行改进，使页岩吸附剂230中的焦 或活性炭量达到加入该页岩吸附剂230的特定熔结工艺所要求的水平。此外， 加入水泥400的页岩吸附剂230颗粒的粒度可以按水泥窑400中所需的反应进 行调节。例如，可以对来自气化器200或其他热转化工艺或来自储存设施的页 岩吸附剂230进行研碎或加工，制得具有特定熔结工艺所要求的粒度的页岩吸 附剂230。
将页岩吸附剂230引入水泥窑400还可以提供用于形成水泥熔块450的材 料的附加来源。通常使用油页岩作为水泥熔块450的制备组分。随着油页岩的 熔结，页岩吸附剂230的烙结可提供希望的水泥熔块450。对用于制备水泥熔 块450的页岩吸附剂230的粒度加以控制，如图4所示，在将页岩吸附剂230 引入水泥窑400之前，将在气化器200中形成的页岩吸附剂230送入研磨机/ 分级机290中。
本发明的另一些实施方式中，在气化器200或其他热转化工艺中产生的页
31岩吸附剂230可用于对来自水泥窑400的废气460中的污染物进行清洗或去除。 例如，如图4所示，将气化器200或其他热转化工艺产生的页岩吸附剂230输 入反应器470，在该反应器中，来自水泥窑400的废气460中的污染物被清除。 反应器470可以包括固定式或输送式反应器吸附剂床，其中使用页岩吸附剂230 来去除污染物，如含汞污染物、含硫污染物、含氮污染物和氢氯酸。
如图4所示，将来自水泥窑400的废气460与来自气化器200或其他热转 化工艺或者其他来源的页岩吸附剂230 —起输入反应器470中。废气460中的 污染物可与页岩吸附剂230按照本文所述的反应进行反应。例如，含硫污染物 可按照反应9-15与页岩吸附剂230反应；含汞污染物可按照反应7-10与页岩 吸附剂230反应；氢氯酸("HC1")可按照反应22-23与页岩吸附剂230反应。
达到其污染物吸收或吸附极限的用过的页岩吸附剂230可从反应器470中 移除，并按照常规方法储存或者进行处置。
虽然参照图4所示，就来自气化器200或其他热转化工艺的页岩吸附剂230 和热解气体220的使用描述了本发明的实施方式，但是，还应理解，用于水泥 窑400的页岩吸附剂230或热解气体220可以从其他来源获得。例如，可以将 来自气化器200或其他热转化工艺的热解气体220储存起来或者用其他方式离 位(offsite)加工，然后例如通过管道或者油罐卡车运送至水泥窑。类似地， 由气化器200或其他热转化工艺产生的页岩吸附剂230可以储存起来，以后再 输送到水泥窑400，用于熔结工艺或者控制洗涤废气460中的污染物。
加入到水泥窑400的页岩吸附剂230还提供能量，产生用于水泥窑400系 统的热(焓)。例如，向水泥窑400中加入页岩吸附剂230能够为水泥窑400提 供一定的热焓，其方式类似于按照反应24-31加入油页岩来提高系统的焓。
根据本发明的另一些实施方式，气化器200或其他热转化工艺的页岩吸附 剂230和热解气体220产物可用于制备合成气体或合成气，以及合成的燃料或 合成燃料。如图5所示，按照本发明实施方式的气化器200或其他热转化工艺 可以与合成气或合成燃料的生产工艺500结合。
在合成气生产工艺中，将原料560，如煤、城市废物、废弃轮胎、生物质 或其他的合成的气体原料输入合成气的气化器550中，该气化器中原料560被 燃烧形成一氧化碳("CO")和氢气("H2")，或者合成气565。然后，将一氧 化碳和氢用于合成气或合成燃料的生产工艺。可以将蒸汽512和氧化剂空气514 输入合成气的气化器550，以促进原料560在合成气的气化器550中的燃烧。来自合成气气化器550的废物568可能包括如含汞污染物和其他金属污染物的
污染物。
根据本发明特定的实施方式，来自气化器200或其他热转化工艺的热解气 体220可与合成气565在反应器570中合并，所述反应器例如是固定床反应器 或流化床反应器。将热解气体220与合成气565合并可以形成产物气体572， 该气体可用于合成气和合成燃料的进一步加工。例如，产物气体572可包含诸 如以下的组分 一氧化碳、二氧化碳、氢气、轻质烃和重质烃。产物气体572 可以按照常规方法进行加工，形成合成气和合成燃料。
还可以将来自气化器200或其他热转化工艺的页岩吸附剂230输入反应器 570。反应器570中的页岩吸附剂230用于吸收或吸附来自热解气体220和合 成气565的污染物，所述热解气体220和合成气565在反应器中合并。
还可以将来自气化器200或其他热转化工艺的页岩吸附剂230输送到输送 式反应器580中，如固定床反应器或流化床反应器。还可以将来自合成气气化 器550的废物产物568输入输送式反应器580中。在输送式反应器580中，废 物产物568与页岩吸附剂230的合并物能够使页岩吸附剂230自废物产物568 吸收或吸附污染物。例如，输入输送式反应器580的页岩吸附剂230可从废物 产物568吸附或吸收污染物，如含硫污染物、卤化物、含汞污染物或其他污染 物。
使用过的页岩吸附剂231可回收用于建筑材料，或按照常规方法进行填埋 处理。在某些情况中，将废弃页岩231储存在垃圾填埋地时，废弃页岩231的 凝硬特性将有助于固定被页岩吸附剂230吸收或吸附的污染物和致污物。
虽然图5所示的输送式反应器580是单一反应器，但可以使用一系列的输 送式反应器。在某些情况中，可控制一系列反应器的温度，使不同的污染物被 输入各输送式反应器中的页岩吸附剂230吸收或吸附。
根据本发明的另一些实施方式，来自气化器200或其他热转化工艺的页岩 吸附剂230和热解气体220可用于冶金工艺。例如，在冶金工艺如矿石冶炼或 精炼工艺中，使用大量能量向所述工艺提供热量。所述工艺还产生污染物，在 处置废弃物之前，这些污染物必须被捕集或者从废弃物中还原。按照本发明的 实施方式的气化器200或其他热转化工艺与冶金工艺结合能提供以下材料加 热气体、污染物还原气体以及从该工艺产生的废弃物中吸附或吸收污染物的吸 附剂。
33在冶金工艺中，来自气化器200或其他热转化工艺的热解气体220可用作
加热气体或燃料，以帮助提供冶金工艺所需的热量。热解气体220还可以燃烧 或者进行氧化，以还原该工艺中的污染物如NOx污染物。由气化器200产生的 页岩吸附剂230可以与该工艺结合或与来自该工艺的废弃物结合，以从该废弃 物除去污染物。例如，可使用页岩吸附剂230从废弃物除去含硫污染物、含汞 污染物、卤化物、金属污染物或其他污染物。
因此，可以使用本发明的实施方式，或将本发明的实施方式与许多不同工 艺结合，向这些工艺提供另外的加热气体、污染物还原气体、或污染物吸附剂。 虽然参照特定工艺描述了本发明的实施方式，但是，应理解，本发明的实施方 式以及本发明的热解气体220和页岩吸附剂230可以与其他工艺以及需要另外 的加热源或需要另外的污染物控制机制的特定工艺结合。
虽然本发明可以有各种修改和替代形式，但是具体的实施方式已以举例方 式在附图中示出，并在本文中作了详细描述。然而，应理解本发明并不限于揭 示的具体形式。而是本发明覆盖了由权利要求书限定的本发明的精神和范围之 内的所有修改、等价和替代形式。
3权利要求
1.一种降低热转化工艺中产生的污染物的方法，该方法包括在热转化工艺中产生至少一种污染物；将许多页岩吸附剂颗粒引入该热转化工艺；和使所述的至少一种污染物与所述许多页岩吸附剂颗粒中的至少一种接触。
2. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，所述产生至少一种污染物的步骤包括产生至少一种选自下组的污染物含氮污染物、硫酸、三氧化硫、硫 化羰、二硫化碳、氯、氢碘酸、碘、氢氟酸、氟、氢溴酸、亚溴酸、溴、磷酸、 五氧化二磷、磷化氢、锬化合物、元素汞和氯化汞。
3. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，所述热转化工艺步骤包括选 自下组的热转化工艺煤锅炉工艺、粉煤燃烧器工艺、水泥窑工艺、矿物精炼 工艺、金属精炼工艺、煅烧工艺和金属热解工艺。
4. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，所述热转化工艺包括从装置 产生热能的热转化工艺，所述装置选自下组熔炉、燃烧室、粉煤燃烧室、流 化床燃烧室、循环床燃烧室、分段反应器燃烧室、夹带流燃烧室、锅炉、反应 器、干馏甑、热解器、气化器、煅烧装置、矿物精炼工艺、金属精炼工艺、废 气导管、废气清洁输送式反应器和水泥窑。
5. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，所述许多页岩吸附剂颗粒包 含通过燃烧油页岩产生的至少一种页岩吸附剂颗粒。
6. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，所述将许多页岩吸附剂颗粒 引入热转化工艺的步骤还包括将许多页岩吸附剂颗粒的至少一部分与选自下 组的物质引入热转化工艺产生水泥熔块的材料、煤、粉煤、燃料、燃烧产物、 可燃烧材料和气体。
7. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，所述将许多页岩吸附剂颗粒 引入热转化工艺的步骤包括将许多页岩吸附剂颗粒引入热转化工艺的产物物 流。
8. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，使至少一种污染物与许多页 岩吸附剂颗粒中的至少一种接触的步骤还包括使至少一种污染物被许多页岩 吸附剂颗粒中至少一种吸附。
9. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，使至少一种污染物与许多页岩吸附剂颗粒中的至少一种接触的步骤还包括使至少一种污染物被许多页岩 吸附剂颗粒中至少一种吸收。
10. 如权利要求l所述的方法，该方法还包括 将热解气体引入热转化工艺；和 使至少一种污染物与热解气体接触。
11. 如权利要求io所述的方法，其特征在于，所述将热解气体引入热转 化工艺的步骤包括将燃烧油页岩产生的热解气体引入热转化工艺。
12. 如权利要求l所述的方法，该方法还包括.-将油页岩引入热转化工艺；和使所述油页岩在热转化工艺中发生热转化，产生热解气体和页岩吸附剂颗ik丄权。
13. —种制备控制污染物的物质的方法，该方法包括 使油页岩接触热源；和 由接触热源的油页岩产生页岩吸附剂。
14. 如权利要求13所述的方法，其特征在于，使油页岩接触热源的步骤 包括使油页岩进行至少一种选自以下的工艺对油页岩加热、对油页岩热解、对油页岩脱挥发分、对油页岩煅烧、对油页岩重整、对油页岩气化、对油页岩 干馏、对油页岩焦化和对油页岩燃烧。
15. 如权利要求13所述的方法，其特征在于，使油页岩接触热源的步骤 包括使油页岩在设备中接触热源，所述设备选自下组水泥窑燃烧室、煅烧反应器、煤燃烧室、粉煤燃烧室、气体燃烧室、熔炉、锅炉、流化床燃烧室、循 环床燃烧室、分段反应器燃烧室、夹带流燃烧室、废气导管和废气清洁输送式 反应器。
16. 如权利要求13所述的方法，该方法还包括将至少一部分页岩吸附剂传送至至少一个选自下组的工艺储存工艺、燃气/燃油燃烧工艺、水泥窑燃烧工艺、煅烧工艺、矿物精炼工艺、金属精炼工艺、煤燃烧工艺、费-托工艺 和燃料精炼工艺。
17. 如权利要求13所述的方法，该方法还包括使至少一部分页岩吸附剂与污染物接触。
18. 如权利要求13所述的方法，该方法还包括从与热源接触的油页岩产 生热解气体。
19. 如权利要求18所述的方法，该方法还包括将至少一部分热解气体传送至至少一个选自下组的工艺储存工艺、燃气/燃油燃烧工艺、水泥窑燃烧 工艺、煤燃烧工艺、煅烧工艺、矿物精炼工艺、金属精炼工艺、费-托工艺和 燃料精炼工艺。
20. 如权利要求18所述的方法，该方法还包括使至少一部分热解气体与污染物接触。
21. 如权利要求20所述的方法，其特征在于，使至少一部分热解气体与 污染物接触的步骤包括使至少一部分热解气体与污染物在约450-115(TC的温 度进行接触。
22. —种燃烧设备，其包括配置成能燃烧可燃性材料并产生至少一种污染物的热转化区，所述污染物 选自下组含氮污染物、硫酸、三氧化硫、硫化羰、二硫化碳、氯、氢碘酸、 碘、氢氟酸、氟、氢溴酸、亚溴酸、溴、磷酸、五氧化二磷、磷化氢、锬化合 物、元素汞和氯化汞；配制成能接受污染物控制材料的至少一个污染控制材料进料区；和 污染物接触区，该接触区配制成能使引入至少一个污染控制材料进料区的 污染物控制材料与在热转化区产生的至少一种污染物之间进行接触。
23. 如权利要求22所述的燃烧设备，其特征在于，所述至少一个污染控制材料进料区配制成能将污染物控制材料引入热转化区。
24. 如权利要求22所述的燃烧设备，其特征在于，所述污染物控制材料 包含选自以下的污染物控制材料燃烧油页岩产生的页岩吸附剂、以及燃烧油 页岩产生的热解气体。
25. 如权利要求22所述的燃烧设备，其特征在于，所述污染物控制材料 包括在一种设备中燃烧油页岩产生的污染物控制材料，所述设备选自下组水 泥窑燃烧室、煅烧反应器、煤燃烧室、粉煤燃烧室、气体燃烧室、熔炉、锅炉、 流化床燃烧室、循环床燃烧室、分段反应器燃烧室、夹带流燃烧室、废气导管 和废气清洁输送式反应器。
26. 如权利要求22所述的燃烧设备，其特征在于，所述热转化区在约 450-115(TC的温度下运行。
27. 如权利要求22所述的燃烧设备，其特征在于，所述燃烧设备包括至 少一个选自下组的部件水泥窑燃烧室、煅烧反应器、煤燃烧室、粉煤燃烧室、 气体燃烧室、熔炉、锅炉、气化器、流化床燃烧室、循环床燃烧室、分段反应器燃烧室、夹带流燃烧室、固定床反应器、流化床反应器、移动床反应器、蒸 汽重整反应器、旋转床反应器、废气导管和废气清洁输送式反应器。
全文摘要
本文公开了由燃烧油页岩形成的污染控制物质，燃烧油页岩可产生油母质基热解气体和页岩吸附剂，热解气体和页岩吸附剂各自都可用于在产生污染的燃烧工艺、热解工艺或其他反应工艺中还原、吸收或吸附污染物。在燃烧油页岩或气化油页岩工艺中产生的热解气体还可以用作燃烧气体，或者进行加工或精炼，以制备合成气体和燃料。
文档编号B01D47/00GK101495211SQ200780028196
公开日2009年7月29日 申请日期2007年4月16日 优先权日2006年7月27日
发明者R·A·卡林顿, R·D·宝德曼 申请人:巴特勒能源同盟有限公司