使用含有工程化燃料原料的吸附剂来缓解有害燃烧排放物的制作方法

使用含有工程化燃料原料的吸附剂来缓解有害燃烧排放物的制作方法
【专利摘要】本发明涉及使用工程化燃料原料来控制在化石燃料如煤的燃烧过程中产生的基于硫的污染物、基于氯的污染物、基于氮的污染物或基于汞的污染物如SO2、SO3、H2SO4、NO、NO2、HCl和Hg的排放。本发明公开新颖的工程化燃料原料、通过所描述的过程产生的原料、制作所述燃料原料的方法、从所述燃料原料产生能量的方法、以及从所述燃料原料产生电力的方法。
【专利说明】使用含有工程化燃料原料的吸附剂来缓解有害燃烧排放物
[0001] 相关申请信息
[0002] 本申请要求2012年1月26日提交的美国临时申请号61/632,825的优先权。本 申请涉及 U. S. S. N. 12/492, 093、U. S. S. N. 12/492, 096 和 U. S. S. N. 12/491，650。每个前述 申请的所有公开内容出于所有目的而以引用的方式整体并入本文。
[0003] 发明【技术领域】
[0004] 本发明涉及替代燃料以及它们在缓解标准、有毒和有害空气污染物中的用途。具 体地说，本发明涉及工程化燃料原料以及使这类工程化燃料原料与煤共燃以便针对腐蚀防 护和燃烧过程中的操作性能改进来控制排放特征的方法。本文所描述的工程化燃料原料包 含加工的城市固体废物，和吸附剂。
[0005] 发明背景
[0006] 适用于加热、运输和生产化学品以及石油化学产品的化石燃料来源变得越来越稀 少且越来越贵。如生产能量和石油化学产品的那些的产业正在积极寻找成本有效的工程化 燃料替代物以用于产生那些产品和许多其它产品。另外，由于化石燃料持续增加的成本，用 于移动用以生产能量和石油化学产品的燃料的运输成本迅速逐步升高。
[0007] 能量和石油化学产品生产产业等依赖于使用化石燃料如煤、油和天然气，所述化 石燃料用于生产能量（热量和电力）的燃烧过程。燃烧是释放储存在燃料源内的能量的热 化学过程。燃烧在空气或氧的存在下在反应器中发生。锅炉是用于加热水以产生水蒸气的 一种类型的反应器。传统电厂使用锅炉来产生用于为生产电力的涡轮机提供动力的水蒸 气。
[0008] 燃料的燃烧性质导致显著量的污染物从燃料中释放出来并转移到所产生的气体 中。气体中的污染物被释放到环境中，除非它们被捕获或处理。燃料通常含有呈不同比例 的多种化学元素，所述化学元素在它们用作能源的过程之中或之后可能造成各种环境或技 术问题。这类化学元素包括硫、卤素（例如，C1、F)、氮以及包含汞（Hg)的微量重金属。如 本文所述，较高含量的硫、氯或氟引起系统设备的严重腐蚀并且产生有害空气污染物。微量 元素还可以是对环境或人体健康的威胁（例如，Hg、CcU Pb、As、Cr、Se)，微量元素可能引起 额外的腐蚀问题（例如，Na、K)或可能使任何催化剂（主要是As)或吸附剂（例如，粉末状 活性炭）或下游所使用的催化剂（例如，SCR)污染或中毒。例如，化石燃料如煤、油和天然 气在氧化气氛中的燃烧产生N0 X，NOx是可触发哮喘发作的地面臭氧的前体。化石燃料的燃 烧还是二氧化硫（SO2)的最大单个来源，这进而产生非常精细的硫酸盐微粒。据估计，美国 电厂的细颗粒污染每年缩短超过30, 000人的寿命。此外，成千上万名美国人患有与来自电 厂的细颗粒相关的哮喘发作、心脏问题以及上呼吸道和下呼吸道问题。为避免或最小化与 这些元素相关的问题和/或由这些元素形成的、可在燃烧过程之中或之后放出或产生的产 物，需要一种或多种合适的技术来减少它们排放和释放到环境中。
[0009] 302排放物的主要来源是工业操作如电厂（例如，燃煤或燃油的电厂）。在 美国，来自这些工业操作的排放物必须遵循1990年清洁空气法修正案所设定的环境 保护局（"EPA"）规定。由于新的燃煤发电设施正在建造，因此对减少SO 2排放物 的经济方法重新产生兴趣。（Wu, C, Khang, S. -J.、Keener, T. C.和1^6,3.-1(.，八(1￥· Environ. Research, 8, 655-666, 2004)。据报道，已在世界范围内提出或开发了用于烟 气脱硫（F⑶）的超过 250 种技术（Oxley, J. H.，Rosenberg, H. S.，Barrett, R. E.，Energy Eng. 88.6. 1991) 〇然而，由于低效率，相对少的那些工艺当前在使用中（Makansi，J.， Power, 137, 23-56, 1993) 〇
[0010] 电厂是美国空气传播的汞排放物的最大来源。最终，空气中的汞进入水中，在那里 所述汞转化成甲基汞（CH 3Hg+)并且进入食物链。甲基汞是积聚在身体中并且主要来自消费 污染的鱼和海产品的神经毒素。监管机构像食品与药物管理局（FDA)已发布对于通过限制 消费某些类型的鱼来减少接触甲基汞的指南，但在2012年之前，一直不存在缩减汞和其它 有毒污染物排放的联邦法规。
[0011] 响应于关于来自传统、燃烧化石燃料的电厂的排放物的日益增加的关注，EPA已要 求极大地减少标准污染物如氮和硫的氧化物（NO j^PSOx)以及有毒污染物像汞（Hg)的排 放。作为响应，电厂已开始昂贵的改装操作，以便减少这些排放物。然而，如下文更详细地 论述，这些缓解策略已具有其自身非有意的后果并且已导致额外污染物如三氧化硫（SO 3) 和硫酸（H2SO4)的产生和排放。
[0012] 除了化石燃料外，城市固体废物（MSW)也是用于燃烧的燃料来源。源自进行最低 程度加工以去除某些金属的MSW的燃料通常被称为垃圾衍生燃料（RDF)，或在一些情况下 被称为固体回收燃料（SRF)。伴随MSW燃烧的缺点包括上述化石燃料燃烧的缺点，包括污染 物如N0 X、S0X、HC1、Hg以及损害环境并且对人体有害的微粒的产生。除了这些缺点外，MSW 燃烧还可能产生腐蚀和操作问题。
[0013] 含有显著量的硫和/或氯的燃料和废物对于燃烧反应来说不是所期望的，因为它 们可能产生有毒或腐蚀性副产物。显著量被定义为在添加至燃料原料时导致最终原料具 有多于2%硫和多于1 %氯的量。例如，材料如未加工的MSW、RDF、含有高硫的煤、使用过的 轮胎、地毯、橡胶和某些塑料如PVC在燃烧时释放不可接受量的有害的基于硫和/或氯的气 体。出于这个原因，这些材料通常被避免，或在用作燃料之前必须进行预处理以去除污染 物。
[0014] 另一个燃料来源为来自生物质。生物质燃料是可用作燃料或用于工业生产的活的 和最近死亡的生物材料。通常，生物质燃料源自植物物质，但它们不包括煤和石油。生物质 燃料还可包括可燃烧的生物可降解废物。生物质燃料的非限制性实例和类型包括木材、柳 枝稷、庭院废物、植物，所述植物包括芒草、柳枝稷、大麻、玉米、白杨、柳树、甘蔗和油棕（棕 榈油）、椰壳和坚果壳。一些人考虑生物质燃料作为中性CO 2的用途，这可能是电厂操作员 所期望的，因为生物材料在其寿命期间储存碳，并且燃烧仅仅通过使碳返回到环境中来完 成碳循环。
[0015] 文献中已广泛报道，锅炉中氯诱导的高温表面腐蚀是工业中最高成本的问题之 一。这个问题可导致工厂的停工期和周期性总停工，这占到操作和维护成本的相当大的部 分。所述腐蚀导致在一些单元中经常一年一次更换过热器垂杆或要求使用成本更高的合金 材料来防护金属表面或用作更换管材料。
[0016] 腐蚀问题由于以下事实而在使用生物质和废物衍生燃料时更加严重：所述生 物质和废物燃料的灰具有与煤的灰非常不同的组成和不同的熔融特征。灰组成的这 种差异导致过热器管和传热过程单元的其它零件上的腐蚀和氯盐沉积。来自氯的腐 蚀在过热器中在约480°C (900° F)的水蒸气温度下开始，并且随着温度增加高达约 500-600°C (930-1,100° F)而增加。与燃煤工厂相比，这限制了生物质到能量和废物到能 量工厂中的过热的水蒸气温度并因此限制生物质到能量和废物到能量工厂的发电效率。
[0017] 为防止腐蚀和控制污染物，先前已开发或实施了用于燃烧过程中的烟气净化的系 统集中于对实际燃料本身中的这些污染物的控制（即，通过限制含有相对高量的硫、氮、重 金属或其它污染物和/或污染物前体的燃料的使用）或通过控制污染物通过烟气流的燃烧 后处理而释放进入大气中。例如，一种污染控制策略包括将吸附剂添加到烟气流中。已将 吸附剂如熟石灰、碳酸钙、倍半碳酸钠、碳酸氢钠和氧化镁注入到燃烧排气烟?气体中，以 便净化含有氯和硫的污染物的排出气体（例如，参见美国专利No. 6, 303, 083 ;6, 595, 494 ; 4, 657, 738和5, 817, 283,所述专利中各自的相关部分以引用的方式并入本文）。
[0018] 然而，干吸附剂在约800°C至约1，KKTC的温度下工作最佳并因此主要用于燃烧 单元的排气流。此外，如果吸附剂如熟石灰在低于800°C的温度下使用，则通常发生污染物 被吸附剂少于20%的转化或吸附，从而导致在燃烧过程中产生的有毒产物的相当大的一部 分的释放和/或吸附剂的不完全或低效率的使用。因此，这些吸附剂通常以浆料形式制备 并且用于半干式/半湿式和湿式洗涤器中，这改进了污染物的吸附剂吸附和/或转化。然 而，半干式/半湿式和湿式洗涤器通常需要较复杂的工艺系统并且在伴随水消耗的情况下 操作，从而导致更高的资金和操作成本。
[0019] 燃烧炉吸附剂沣入
[0020] 图1是示出包括炉内吸附剂注入系统（FSI)的示例性常规煤燃烧反应器的示意 图，所述炉内吸附剂注入系统是用于从燃烧反应器排气流中去除污染物的一种类型的吸附 剂系统。将通常夹带在一次空气流中的粉碎或研磨的煤颗粒引入到燃烧反应器的初级燃烧 区中。初级燃烧区通常以约0.8-1.15的空气当量比（AR)(例如，贫氧至富氧条件）并且在 约1，300至1，650°C的温度下操作。在一些情况下，如图1中所示，还可引入二次空气流以 提供额外的燃烧空气。来自初级燃烧区的燃烧产物进入燃尽区中，在所述燃尽区中温度为 约1，150至1，300°C。将额外空气引入到燃尽区中以使AR增加至约1. 20并因此促进从初 级燃烧区向上携载的不完全燃烧的燃料的燃烧。来自燃尽区的流出物随后进一步沿着燃烧 反应器的烟道向上到达对流区，在所述对流区中吸附剂被注入烟气流中以吸附燃烧反应中 产生的SO 2。
[0021] 在常规炉内吸附剂注入系统中可能发生几个问题。例如，由于所注入的吸附剂颗 粒的部分或完全熔融，高烟气温度可能促进吸附剂烧结。对于基于钙的吸附剂来说，当温度 高于约1，KKTC时，吸附剂颗粒的烧结急剧增加。这种烧结可阻塞吸附剂颗粒中的孔隙或 通道，从而减少吸附剂颗粒的可供用于与燃烧反应中产生的SO 2、其它硫氧化物或其它污染 物反应的总有效表面积。高温度还可增加脱硫产物的热不稳定性。例如，当基于钙的吸附 剂用于燃烧炉吸附剂注入过程中并且温度大于约l，050°c时，CaSO 4例如开始分解（例如， CaS04 -Ca0+S02+l/2 02)。相反，在燃烧炉吸附剂注入操作中，较低温度通常导致不完全的 吸附剂煅烧以及因此低的吸附剂反应速率。由于这些竞争性的高温和低温限制，在燃烧炉 吸附剂注入操作中，吸附剂注入端口必须被定位在煤燃烧器的下游，在温度对于SO 2去除来 说最佳的区域中。
[0022] 在典型的干式和燃烧炉吸附剂注入过程中可能遇到的另一个问题是达到足够的 吸附剂停留时间以便去除SO 2。足够的停留时间是允许吸附剂颗粒接触烟气以及允许吸附 剂颗粒的完全煅烧和硫酸化所必要的。然而，在约700°C至约1，100°C的典型对流区烟气温 度下，2至3秒（或更长）的停留时间是大多数吸附剂实现吸附剂的完全煅烧和硫酸化所需 的。对于典型的粉煤锅炉来说，对流区中所注入的吸附剂的停留时间为约1至2秒，并且吸 附剂的完全煅烧和硫酸化不能实现，从而导致不完全的吸附剂使用和SO 2的低于最佳的捕 -M- 犾。
[0023] 另一个问题是干式和炉燃烧炉吸附剂注入系统的成本。在吸附剂被注入锅炉或管 道系统中后，所述吸附剂与烟气中的污染物反应以形成固体化合物，所述固体化合物随后 在下游的颗粒收集装置--静电除尘器或织物过滤器）中去除。虽然这种技术可消除污染 物（像SO 3排放物），但用于吸附剂注入的安装和使用成本是显著的并且随工厂大小和试剂 类型而改变。基于来自EPA整体计划模型v4. 10的数据，典型的500MW工厂的资金成本可 为$45, 000, 000或甚至更高，其中年运行及维护成本超过$50, 000, 000。
[0024] 在典型燃烧炉吸附剂注入过程中可能遇到的又一个问题是在注入吸附剂时，在燃 烧炉横截面积上实现均匀的吸附剂分布。这种均匀分布对于实现有效的吸附剂-SO 2接触 以及伴随着的SO2从烟气流中的去除来说是重要的。然而，在FSI操作中在将吸附剂注入 烟气流中时，实际上很难实现均匀的吸附剂分布，这是由于较大的燃烧炉横截面积以及反 应器的经常复杂的几何构造。在FSI过程中，非均匀的吸附剂分布可造成所注入的吸附剂 与烟气的不完全混合，从而导致较低的SO 2去除效率和低效率的吸附剂使用。
[0025] 在FSI过程中的另一个考虑包括吸附剂注入其中的反应环境。例如，流出物流中 的还原或氧化条件可对SO 2去除效率具有显著的影响。在流出物流为富氧（例如，氧化条 件）的情况下，大多数燃料结合的硫通过少量的SO 3转化成SO2。然而，相对于硫化物（SO32O, 某些脱硫副产物，包括各种硫酸盐（SO 42O，在低温下可能是不稳定的。例如，CaSO4在约 1，050°C下开始分解。因此，在氧化条件下通过与硫吸附剂反应而产生的某些脱硫产物可能 是不稳定的并且分解，从而再产生硫氧化物。此外，氧化条件通常促进燃料结合的氮转化成 NOx。
[0026] 或者，当燃烧在还原条件（例如，富燃料条件）下进行时，燃料结合的硫转化成 H2S (通过微量C0S)，并且燃料结合的氮通过微量NH3转化成N2。相对于在氧化条件下产生 的硫氧化物，在还原条件下通过吸附剂注入烟气流中脱硫的副产物，如各种硫化物（例如， CaS)，在较高温度下通常是稳定的。例如，CaS具有约2, 525°C的熔融温度。在氧化条件下 在较高温度下，由所注入的吸附剂进行的硫吸附急剧下降，并且NOx产生增加。相反，在还 原条件下，氮氧化物产生非常低，并且硫化物产生是有利的。然而，在还原条件下，不期望的 H2S形成也是有利的。因此，烟气吸附剂注入必须使得反应条件（例如，氧化或还原条件） 与反应温度平衡，并且可能难以实现最佳平衡。
[0027] 分级烟气脱硫
[0028] 用于缓解燃烧过程中的SOx产生的另一种已知策略是分级脱硫。在这个过程中， 将通常夹带在一次空气流中的粉碎或研磨的煤颗粒引入燃烧反应器的初级燃烧区中。初级 燃烧区通常以约0. 7至0. 8的空气当量比（AR)(例如，富燃料条件）并且在约1，500°C的温 度下操作。还将吸附剂（在这种情况下是Ca:S的化学计量比为约I. 0至1. 5的基于钙的 吸附剂）与粉煤分开地或与粉煤流掺和在一起引入初级燃烧区中。
[0029] 来自初级燃烧区的燃烧产物进入燃尽区中，在所述燃尽区中温度为约1，300°C。将 额外的空气引入燃尽区中以使AR增加至约1. 20并因此促进从初级燃烧区向上携载的不完 全燃烧的燃料的燃烧。来自燃尽区的流出物随后进一步沿着燃烧反应器的烟道向上到达对 流区，在所述对流区中将吸附剂在约1，KKTC的温度下注入烟气流中以吸附燃烧反应中产 生的SO 2。对流区通常在约I. 1至1. 2的AR下操作，并且吸附剂以约2. 0至2. 5的Ca: S化 学计量比注入。
[0030] 然而，如同干式吸附剂注入过程，分级脱硫存在几个问题。例如，注入初级燃烧区 中的吸附剂可由于初级燃烧区中的相对高温而烧结。另外，注入至对流区的吸附剂具有极 短的停留时间。此外，正如干式吸附剂注入，可能很难实现吸附剂的均匀分布，因为吸附剂 和燃料颗粒两者可能不同地流动，或出现分离，因为它们具有不同的尺寸和密度。最后，分 级脱硫提供对燃烧过程中产生的NO x的有限还原。
[0031] 用于还原NOx排放物的一种策略是采用"再燃烧"过程。在这个过程中，将通常夹 带在一次空气流中的粉碎或研磨的煤颗粒引入燃烧反应器的初级燃烧区中。初级燃烧区通 常以约1. 05至1. 10的AR(例如，氧化条件）并且在约1，500°C的温度下操作。在一些情况 下，还可将二次空气流与煤/吸附剂/ 一次空气混合物一起引入以便提供额外的燃烧空气。 燃料结合的氮与氧反应以形成N0X。
[0032] 来自初级燃烧区的燃烧产物随后进入再燃烧区中。将再燃烧燃料（通常是天然 气、油、丙烷等）引入再燃烧区中。这提供了稍微富燃料的还原环境（例如，AR = 0.8-0. 95)，其中初级燃烧区中产生的NOx与再燃烧燃料诱导的自由基反应并使NOx还原为分子 态氮。来自再燃烧区的流出物流随后进入燃尽区中，在所述燃尽区中温度为约1，300°C。将 额外的空气引入燃尽区中以使AR增加至约1.20,以便促进从初级燃烧区向上携载的不完 全燃烧的燃料和/或燃烧产物（例如，CO)的燃烧。来自燃尽区的流出物随后进一步沿着 燃烧反应器的烟道向上到达对流区，在所述对流区中将吸附剂在约1，l〇〇°C的温度下注入 烟气流中以吸附燃烧反应中产生的SO 2。
[0033] 通过采用再燃烧技术，可实现高的NOx还原水平（例如，约50%至70% )。此外， 当使再燃烧过程与SNCR结合时，可实现显著的NOx控制水平（例如，大于约75%)。然而， 再燃烧过程没有解决以上关于FGD和分级脱硫所描述的SO 2控制问题，包括温度的平衡、每 个区中的反应条件等。另外，在使燃烧区或再燃烧区维持处于还原条件（例如，AR〈1)时， 燃烧反应器中的灰结渣可能变得显著，并且这是因为相对于氧化条件（例如，AR>1)下的灰 结渣，在还原条件下灰结渣通常在较低温度（约100至300° F)下发生。
[0034] F⑶技术（像直接吸附剂注入和分级脱硫）在还原一些有害空气污染物方面已经 是成功的。然而，新的规则和规定已强化了对释放到大气中的污染物的限制，并且要求许多 电厂操作员进一步减少其有害锅炉排放物。一旦这一规则为美国环境保护局（EPA)的跨州 空气污染规则（CSAPR)时（所述规则出于所有目的以引用的方式整体并入本文），目前就要 求到2014年，平均电厂SO 2排放物减少至2005年排放物水平的73 %并且NOx排放物减少 至2005年排放水平的54%。为遵守CSAPR，其它FGD技术像湿法烟气脱硫和选择性催化还 原（SCR)在燃煤电厂的使用预期在未来十年显著增加。据EPA估计，到2020年，总FGD产 能预计从当前的100千兆瓦（GW)增加至231GW。这种额外的FGD产能中的大多数将可能使 用湿法FGD技术。另外，据EPA估计，到2020年，总计约154GW的SCR将安装在美国燃煤电 厂上。
[0035] 在2012年，EPA发布针对汞及有毒气体标准（MATS)的新标准（其以引用的方式 整体并入本文），所述新标准要求许多煤和油电厂实质性地减少汞和其它有毒排放物。在 MATS之前，没有联邦标准要求电厂限制其汞和其它重金属的排放。在2007年，EPA预计用 于电厂的MATS的年增加遵从成本（annual incremental compliance cost)在2015年将 为94亿美元。由于这些成本，EPA预期4. 7GW的燃煤产能关闭，因为它们根据MATS将是不 经济的。DOE测试已经表明，一些电厂可能出于几个原因而不能仅仅通过干式吸附剂注入系 统来实现汞的所需减少。首先，SO 3干扰汞与碳吸附剂结合的能力，从而降低一些干式吸附 剂注入系统的有效性。第二，热侧静电除尘器（ESP)的使用具有减少可结合至吸附剂并收 集为微粒物质的汞的量的无意的副作用。第三，干式吸附剂注入系统很难彻底处理来自燃 烧煤的锅炉的烟气，所述烟气富含元素汞，并且在未安装额外集尘室的情况下，将不可能实 现MATS所要求的超过90 %的汞减少，尤其是对于亚烟煤或高硫煤来说。
[0036] 满足这些新的排放标准具有无意的副作用。虽然湿法FGD和SCR控制的使用的增 加将显著减少SO 2和NOx排放物，但不幸的是，这将会使得烟1?不透明度（stack opacity) 成为更普遍的问题。如以下更详细描述，烟囱不透明度增加的原因是SO3由于SO2的进一步 氧化而增加。燃煤工厂中已经历的这一现象通过SCR和/或湿法F⑶控制进行改进并且在 燃烧含有高硫的烟煤的电厂中是特别成问题的。
[0037] 冷凝SO3或其水合酸性形式（硫酸（H2SO4))是烟囱不透明度问题的主要原因之 一--通常被称为"蓝烟流"的现象。据估计，具有SCR和/或湿法FGD系统的燃烧烟煤的 工厂中的75%至85%可能产生足够的SO3蒸汽和气溶胶烟雾以使得它们的排放物是不透 明的。例如，在2000年，在将SCR单元安装在俄亥俄州美国电力公司的2, 600-MW通用Gavin 工厂之后，出现值得注意的蓝烟流例子，因为该工厂的SO3排放物由于SCR加倍。这一增加 归因于SO 2通过装填在SCR单元中的催化剂进一步氧化。SCR使用促进SO2转化成SO3的氧 化催化剂，例如，二氧化钛、五氧化二fL和其它钛-fL催化剂。
[0038] 硫酸气溶胶排放物的可见后果不是与烟气中的SO3相关的唯一问题。它还造成几 个不利的健康、环境和审美后果，并且对于燃煤电厂的操作员来说产生显著的操作和维护 缺点。在足够的浓度下，SO 3可增加位于燃烧炉或锅炉下游的设备和部件的腐蚀和结垢，包 括但不限于管道系统、空气加热器、ESP或织物过滤器（FF)以及烟囱本身。此外，增加的 SO3还可降低效率并减小总体工厂耗热率。在离开熔炉或锅炉和/或SCR的烟气中的较高 SO3水平的情况下，空气加热器被迫在远高于酸露点温度的气体出口温度下操作，这意味着 由空气加热器进行的热回收将是较低的，从而降低工厂的热效率。同时，由于较高的烟气温 度，所生成的较高烟气体积流量将降低ESP/FF微粒去除效率，从而进一步造成烟囱不透明 度问题。较高的烟气体积流量还将导致诱导通风（ID)风扇的电力消耗量更多。而且，SCR 催化表面可被过量的砷和汞遮蔽，所述砷和汞还将与过量的SO3 -起存在。
[0039] 使空气加热器操作温度升高至高于酸露点至少20-30° F可避免SO3冷凝，但结果 是这将降低工厂效率。或者，在将烟气排放至烟?之前对其再加热还可降低蓝烟流风险，但 需要显著的能量消耗做到这一点。此外，这些策略仅解决了蓝烟流导致的可见性问题，它们 不能帮助减少到大气中的SO 3排放物和相关空气污染问题。
[0040] 尽管看到可见效应的特定SO3浓度随大气条件和烟?特征变化，但通常接受的是， 如果SO 3浓度小于约5至约lOppm，那么将不存在任何视觉变色效应。电力工业的经验还表 明，在空气加热器之前使烟气中的SO 3浓度减少至低水平（〈lOppm)将会降低下游部件腐蚀 和结垢的可能性。使熔炉或锅炉出口处的SO3浓度从典型的30ppm减少至约5ppm将允许 空气加热器在至少35° F的气体出口温度下操作。这将导致耗热率（或工厂效率）增加 约1%，这将价值约$2,233,800(针对具有85%操作因素和$60/丽11功率比的500丽工厂 来说）。
[0041] 因此，需要创新的、高效的并且成本有效的方法来缓解有害空气污染物以及与燃 煤电厂有关的相关环境、经济和操作问题。
[0042] 还需要新的系统和方法用于以整合方式减少燃烧过程中产生的污染物（特别是 S0X、N0X、HCl和Hg)以便提供最大程度的污染物去除，并且避免至少一些与常规S0 X、N0X、 HCl和Hg减少技术相关的问题。


【发明内容】

[0043] 本发明的目的是提供燃烧包含来自加工的MSW废物流的一种或多种组分和吸附 剂的工程化燃料原料的方法，所述工程化燃料原料允许使用含有显著水平的硫的燃料用于 燃烧应用，而不违背规定硫排放限制。
[0044] 本发明的另一个目的是提供燃烧包含来自处理的MSW废物流的一种或多种组分 并且包含可用于控制一种或多种基于硫的污染物的一种或多种吸附剂的工程化燃料原料 的方法。
[0045] 本发明的又一个目的是提供使煤与包含来自加工的MSW废物流的一种或多种组 分并且包含可用于控制一种或多种基于硫的污染物的一种或多种吸附剂的工程化燃料原 料共燃的方法。
[0046] 本发明的目的是提供包含来自加工的MSW废物流的一种或多种组分并且包含吸 附剂的工程化燃料原料，所述工程化燃料原料允许使用含有显著水平的硫的燃料用于燃烧 应用。
[0047] 本发明的另一个目的是提供包含来自加工的MSW废物流的一种或多种组分并且 包含可用于控制一种或多种基于硫的污染物的一种或多种吸附剂的工程化燃料原料。
[0048] 本发明的目的是提供燃烧包含来自加工的MSW废物流的一种或多种组分并且包 含吸附剂的工程化燃料原料的方法，所述工程化燃料原料允许使用含有显著水平的氮的燃 料用于燃烧应用。
[0049] 本发明的另一个目的是提供燃烧包含来自加工的MSW废物流的一种或多种组分 并且包含可用于控制一种或多种基于氮的污染物的一种或多种吸附剂的工程化燃料原料 的方法。
[0050] 本发明的又一个目的是提供使煤与包含来自加工的MSW废物流的一种或多种组 分并且包含可用于控制一种或多种基于氮的污染物的一种或多种吸附剂的工程化燃料原 料共燃的方法。
[0051] 本发明的目的是提供包含来自加工的MSW废物流的一种或多种组分并且包含吸 附剂的工程化燃料原料，所述工程化燃料原料允许使用含有显著水平的氮的燃料用于燃烧 应用。
[0052] 本发明的另一个目的是提供包含来自加工的MSW废物流的一种或多种组分并且 包含可用于控制一种或多种基于氮的污染物的一种或多种吸附剂的工程化燃料原料。
[0053] 本发明的目的是提供燃烧包含来自加工的MSW废物流的一种或多种组分并且包 含吸附剂的工程化燃料原料的方法，所述工程化燃料原料允许使用含有汞的燃料用于满足 或超过了规定汞排放限制的燃烧应用。
[0054] 本发明的另一个目的是提供燃烧包含来自加工的MSW废物流的一种或多种组分 并且包含可用于控制汞污染物的一种或多种吸附剂的工程化燃料原料的方法。
[0055] 本发明的又一个目的是提供使煤与包含来自加工的MSW废物流的一种或多种组 分并且包含可用于控制汞污染物的一种或多种吸附剂的工程化燃料原料共燃的方法。
[0056] 本发明的目的是提供包含来自加工的MSW废物流的一种或多种组分并且包含吸 附剂的工程化燃料原料，所述工程化燃料原料允许使用含有显著水平的汞的燃料用于燃烧 应用。
[0057] 本发明的另一个目的是提供包含来自加工的MSW废物流的一种或多种组分并且 包含可用于控制一种或多种基于汞的污染物的一种或多种吸附剂的工程化燃料原料。
[0058] 本发明的目的是提供燃烧包含来自加工的MSW废物流的一种或多种组分并且包 含吸附剂的工程化燃料原料的方法，所述工程化燃料原料允许使用含有显著水平的氯的燃 料用于燃烧应用。
[0059] 本发明的另一个目的是提供燃烧包含来自加工的MSW废物流的一种或多种组分 并且包含可用于控制一种或多种基于氯的污染物的一种或多种吸附剂的工程化燃料原料 的方法。
[0060] 本发明的又一个目的是提供使煤与包含来自加工的MSW废物流的一种或多种组 分并且包含可用于控制一种或多种基于氯的污染物的一种或多种吸附剂的工程化燃料原 料共燃的方法。
[0061] 本发明的目的是提供包含来自加工的MSW废物流的一种或多种组分并且包含吸 附剂的工程化燃料原料，所述工程化燃料原料允许使用含有显著水平的氯的燃料用于燃烧 应用。
[0062] 本发明的另一个目的是提供包含来自加工的MSW废物流的一种或多种组分并且 包含可用于控制一种或多种基于氯的污染物的一种或多种吸附剂的工程化燃料原料。
[0063] 本发明的另一个目的是提供包含来自加工的MSW废物流的一种或多种组分并且 包含可用于控制特定污染物或优选同时控制多种污染物的一种或多种吸附剂的工程化燃 料原料。为了实现多污染物控制，理想地需要多功能吸附剂；或者，可使用多种吸附剂，其中 每种吸附剂均针对具体元素或针对具体目的被选择来进行处理。吸附剂的选择取决于各种 考虑，包括但不限于以下各项：（i)燃料特征，实质上是何种类型和何种数量的污染物需要 被一种或多种吸附剂控制；（ii)操作条件，如还原或氧化环境、温度、压力和转化技术（例 如，固定床、密流化床、循环流化床等）；（iii)吸附剂的反应性和副产物的特征，例如，稳定 性、熔点、沸点和毒性；（iv)经济效益；以及（V)吸附剂导致下游收集器的结渣或结垢减少 或操作效率增加的特性。
[0064] 本发明的目的是通过使用包含来自加工的MSW废物流的一种或多种组分并且包 含吸附剂的工程化燃料原料来避免与吸附剂的使用有关的成本高的资金支出。由于吸附剂 是工程化燃料原料的一部分，因此没有必要具有干式和燃烧炉吸附剂注入系统（储存、输 送、雾化等）通常所必需的吸附剂处理系统。而且，吸附剂/污染物反应的产物主要保留在 流化床锅炉的底灰中，因此下游收集器（即，静电除尘器、集尘室、微粒物质洗涤器）上的微 粒或灰尘负载将减少，从而导致这些装置所另外需要的资金、操作和维护成本的节省。在粉 煤锅炉中，吸附剂/污染物反应的产物主要保留在飞灰中，其中现有下游收集器在去除将 以另外方式穿过烟囱并到达烟囱外部的污染物方面变得更加有效。在吸附剂中吸附更多的 烟气污染物消除了对用于使湿式洗涤器遵守日益严格的排放物标准的额外资金支出的需 要。
[0065] 本公开描述包含源自加工的MSW废物流的一种或多种组分和至少一种吸附剂的 工程化燃料原料，所述工程化燃料原料具有一系列化学或分子特征，这使得其适用于多种 燃烧目的。在一些实施方式中，工程化燃料原料包含至少两种或更多种吸附剂。组合的工 程化燃料原料和吸附剂可处于松散材料、致密立方体、团块、球丸、蜂窝的形式或其它合适 的形状和形式。在美国专利申请No. 12/492, 096和12/492, 093中公开用于无吸附剂的工 程化燃料的算法，所述专利申请各自内容以引用的方式整体并入本文。
[0066] 本发明的另一个目的是提供用于与其它燃料如煤共燃作为控制排放物的方式的 工程化燃料原料。这种控制由于越来越严格的州和联邦空气排放物标准而是需要的。在美 国绝大多数燃煤电厂将由于这些规则而被迫作出关键决定，即花费数十亿美元来改装其排 放控制系统来顺从这些规则，或简单地关闭电厂来避免所述费用。本发明的工程化燃料原 料的使用将不仅避免以上改装成本，而且将允许所述工厂延长其操作寿命，从而避免针对 排放控制的成本高的改装升级并延长现有发电厂的使用寿命，所述现有发电厂通常将不会 遵守严格的排放控制规定，如新的EPA跨州空气污染规则。
[0067] 本发明的目的是提供包含源自加工的MSW废物流的一种或多种组分和至少一种 吸附剂的工程化燃料原料，其中所述工程化燃料原料在燃烧时产生如与至少一种其它燃料 在燃烧时的已知水平的硫排放物相比较少的硫排放物。在一些实施方式中，工程化燃料原 料包含至少两种或更多种吸附剂。
[0068] 本发明的目的是提供包括含源自加工的MSW废物流的一种或多种组分和至少一 种吸附剂的工程化燃料原料，其中所述工程化燃料原料在燃烧时产生如与至少一种其它燃 料在燃烧时的已知水平的氮排放物相比较少的氮排放物。在一些实施方式中，工程化燃料 原料包含至少两种或更多种吸附剂。
[0069] 本发明的目的是提供包含源自加工的MSW废物流的一种或多种组分和至少一种 吸附剂的工程化燃料原料，其中所述工程化燃料原料在燃烧时产生如与至少一种其它燃料 在燃烧时的已知水平的氯排放物相比较少的氯排放物。在一些实施方式中，上述工程化燃 料原料包含至少两种或更多种吸附剂。
[0070] 本发明的目的是提供包含源自加工的MSW废物流的一种或多种组分和至少一种 吸附剂的工程化燃料原料，其中所述工程化燃料原料在燃烧时产生如与至少一种其它燃料 在燃烧时的已知水平的汞排放物相比较少的汞排放物。在一些实施方式中，上述工程化燃 料原料包含至少两种或更多种吸附剂。
[0071] 本发明的另一个目的是提供包含源自加工的MSW废物流的一种或多种组分和一 种或多种选自下组的吸附剂的工程化燃料原料，所述组选自：碳酸钠碳酸氢钠二水合物 (trisodium hydrogendicarbonate dihydrate)或倍半碳酸钠（天然喊（Trona))、碳酸氢 钠、碳酸钠、铁酸锌、锌铜铁氧体、钛酸锌、铜铁氧体铝酸盐、铝酸铜、铜锰氧化物、氧化铝载 镍、氧化锌、氧化铁（FeO、Fe 203、Fe304)、铜、氧化铜（I)、氧化铜（II)、溴化铵、石灰石、石灰、 铁屑、Fe、CaCO 3、Ca (OH) 2、CaCO3 · MgO、醋酸钙镁（CaMg2 (CHfOO) 6)、苏打、硅石、氧化铝、瓷土、 高岭土、矾土、酸性白土、硅镁土、煤灰、熟石灰、白云石、卵壳、以及Ca-蒙脱石。
[0072] 在另一种实施方式中，工程化燃料原料包含两种或更多种上述吸附剂。在其它 实施方式中，工程化燃料原料包含两种或更多种上述吸附剂并且进一步包含用于减少汞 的吸附剂。在其它实施方式中，工程化燃料原料包含两种或更多种上述吸附剂并且进一 步包含用于NOx减少的吸附剂。在一些实施方式中，用于减少汞的吸附剂选自对于本领 域技术人员来说已知的溴化钙、溴化铵、溴化钠、含碘化合物以及含氯化合物。在一些实 施方式中，用于减少汞的吸附剂为溴化钙。在一些实施方式中，用于NOx减少的吸附剂为 尿素（urea)。在另外的实施方式中，工程化燃料原料包含选自基于钠的吸附剂的一种或 多种吸附剂，所述基于钠的吸附剂包括碳酸钠碳酸氢钠二水合物（天然碱）、倍半碳酸钠、 碳酸氢钠和碳酸钠；和选自基于钙的吸附剂的一种或多种吸附剂，所述基于钙的吸附剂包 括碳酸钙（CaCO 3)、石灰或氧化钙（CaO)、熟石灰（熟石灰或氢氧化钙（Ca (OH)2)、醋酸钙镁 (CaMg2(CH3COO) 6)、白云石（CaC03 WgO);并且进一步包含溴化钙。在另一种实施方式中，工 程化燃料原料包含选自基于钠的吸附剂的一种或多种吸附剂，所述基于钠的吸附剂包括碳 酸钠碳酸氢钠二水合物（天然碱）、倍半碳酸钠、碳酸氢钠和碳酸钠；和选自基于钙的吸附 剂的一种或多种吸附剂，所述基于钙的吸附剂包括碳酸钙（CaCO 3)、石灰或氧化钙（CaO)、熟 石灰（熟石灰或氢氧化钙（Ca (OH)2)、醋酸钙镁（CaMg2 (CH3COO) 6)、白云石（CaCO3-MgO);并 且进一步包含溴化钙和尿素。
[0073] 在一些实施方式中，工程化燃料原料包含碳酸氢钠和碳酸钙（CaCO3)。在一些实施 方式中，工程化燃料原料包含碳酸氢钠和碳酸钙（CaCO 3)并且进一步包含溴化钙。在一些实 施方式中，工程化燃料原料包含碳酸氢钠和碳酸钙（CaCO3)并且进一步包含溴化钙和尿素。
[0074] 本发明的目的是一种产生能量的方法，所述方法包括在燃烧炉或锅炉中使用包含 源自加工的MSW废物流的一种或多种组分和至少一种吸附剂的工程化燃料原料。在一些实 施方式中，工程化燃料原料包含至少两种或更多种吸附剂。在本发明的另一种实施方式中， 能量为电力。在本发明的另一种实施方式中，能量为水蒸气。在本发明的另一种实施方式 中，能量为热量。在本发明的另一种实施方式中，能量为热水。在本发明的另一种实施方式 中，燃烧炉或锅炉以燃烧模式操作。在本发明的另一种实施方式中，工程化燃料原料控制硫 排放物。在另一种实施方式中，工程化燃料原料控制汞排放物。在另一种实施方式中，工程 化燃料原料控制基于氮的排放物。在另一种实施方式中，工程化燃料原料控制基于氯的排 放物。在另一种实施方式中，工程化燃料原料控制基于硫的排放物和汞排放物。在另一种 实施方式中，工程化燃料原料控制基于硫的排放物、基于氮的排放物和汞排放物。在另一种 实施方式中，工程化燃料原料控制基于硫的排放物、基于氯的排放物和汞排放物。在另一种 实施方式中，工程化燃料原料控制基于硫的排放物、基于氮的排放物、基于氯的排放物和汞 排放物。在本发明的另一种实施方式中，工程化燃料原料控制腐蚀。在本发明的另一种实 施方式中，工程化燃料原料维持排放物低于政府规定的要求。在本发明的另一种实施方式 中，工程化燃料原料改进工艺性能。在本发明的另一种实施方式中，工艺性能的改进是减少 的结渣和结垢。在本发明的另一种实施方式中，工艺性能的改进是更高的效率。在本发明 的另一种实施方式中，工艺性能的改进是增加的燃料转化或利用。在本发明的另一种实施 方式中，所述改进是延长燃烧炉或锅炉的寿命。在本发明的另一种实施方式中，所述改进是 避免改装成本。在本发明的另一种实施方式中，所述改进是减少的操作成本。在本发明的 另一种实施方式中，所述改进是减少的维护成本。
[0075] 本发明的目的是一种在烟囱不透明度降低的情况下产生能量的方法，所述方法包 括在具有至少一种化石燃料的反应器中使用工程化燃料原料，所述工程化燃料原料包含源 自加工的MSW废物流的一种或多种组分和至少一种吸附剂工程化。在一些实施方式中，上 述工程化燃料原料包含至少两种或更多种吸附剂。在本发明的另一种实施方式中，能量为 电力。在本发明的另一种实施方式中，能量为水蒸气。在本发明的另一种实施方式中，燃烧 炉或锅炉以燃烧模式操作。在本发明的另一种实施方式中，工程化燃料原料维持排放物低 于政府规定的要求。在本发明的另一种实施方式中，工程化燃料原料降低或消除烟囱不透 明度。在本发明的另一种实施方式中，工程化燃料原料改进工艺性能。在本发明的另一种 实施方式中，工艺性能的改进是更高的效率。在本发明的另一种实施方式中，工艺性能的改 进是增加的燃料转化。在本发明的另一种实施方式中，工艺性能的改进是降低的操作温度。 在本发明的另一种实施方式中，所述改进是延长燃烧炉或锅炉的寿命。在本发明的另一种 实施方式中，所述改进是发电厂发电站的单独部件的延长的寿命。在本发明的另一种实施 方式中，所述改进是整个发电厂发电站的延长的寿命。在本发明的另一种实施方式中，所述 改进是避免改装费用。在本发明的另一种实施方式中，所述改进是降低的操作成本。在本 发明的另一种实施方式中，所述改进是降低的维护成本。在本发明的另一种实施方式中，所 述改进是使用具有较高硫含量的比较便宜的煤但仍满足CSAPR的排放要求。在本发明的另 一种实施方式中，所述改进是延长SCR催化剂的寿命。（或延长老化的电站锅炉的寿命，所 述老化的电站锅炉由于不能遵守规定空气排放要求而将以另外的方式报废。
[0076] 本发明的又一个目的是一种在化石燃料燃烧期间减少硫、氮、氯、汞或其它有害空 气污染物的排放的方法。在本发明的另一种实施方式中，SO 2的排放减少。在本发明的另一 种实施方式中，SO3的排放减少。在本发明的另一种实施方式中，H 2SO4的排放减少。在本发 明的另一种实施方式中，NO的排放减少。在本发明的另一种实施方式中，NO 2的排放减少。 在本发明的另一种实施方式中，HCl的排放减少。在本发明的另一种实施方式中，汞的排放 减少。在本发明的另一种实施方式中，烟囱不透明度降低。在本发明的另一种实施方式中， 蓝烟流的存在减少。
[0077] 另一方面，本发明涉及包含源自加工的MSW废物流的一种或多种组分的工程化燃 料原料，所述工程化燃料原料具有约25%至约59%之间的碳含量、约3%至约8%之间的氢 含量和约9%至约44%之间的氧含量、小于约10%的灰含量（在添加吸附剂之前）以及一 种或多种吸附剂，并且其中所述原料基本上不含玻璃、金属、砂砾和不可燃烧的废物。在一 些实施方式中，上述工程化燃料原料包含至少两种或更多种吸附剂。
[0078] 另一方面，本发明涉及包含源自加工的MSW废物流的一种或多种组分和基于钙的 吸附剂以及基于钠的吸附剂的工程化燃料原料。在一些实施方式中，吸附剂与污染物的比 小于约5,其中吸附剂中的钙的总摩尔数加上吸附剂中的钠的总摩尔数除以工程化燃料原 料中存在的硫的总摩尔数加上工程化燃料原料中存在的氯的总摩尔数小于5。
[0079] 另一方面，本发明涉及一种燃烧过程，所述燃烧过程包括将包含源自加工的MSW 废物流的一种或多种组分并且包含一种或多种吸附剂的第一工程化燃料原料和煤引入至 燃烧反应器的燃烧区，以及将氧化剂供应至燃烧反应器的燃烧区。
[0080] 在另一种实施方式中，描述包含至少两种吸附剂和MSW的工程化燃料原料，其中 至少一种吸附剂为基于钠的吸附剂，至少一种吸附剂为基于钙的吸附剂，并且MSW包含约 5% (w/w)至约50% (w/w)的塑料和约50% (w/w)至约95% (w/w)的纤维并且基本上不含 玻璃、金属、砂砾和不可燃烧的废物。在一些实施方式中，工程化燃料原料的挥发性部分具 有约25% (w/w)至约59% (w/w)的碳含量、约3% (w/w)至约8% (w/w)的氢含量、约9% (w/w)至约44% (w/w)的氧含量，其中H/C比为约0. 07至约0. 21，并且0/C比为约0. 19至 约1. 52。在另一种实施方式中，工程化燃料原料的挥发性部分具有约25% (w/w)至约50% (w/w)的碳含量、约3. 0% (w/w)至约5. 3% (w/w)的氢含量、约15% (w/w)至约39% (w/w) 的氧含量，其中H/C比为约0. 07至约0. 19,并且0/C比为约0. 36至约1. 27。在另一种实 施方式中，工程化燃料原料的挥发性部分具有约34% (w/w)至约37% (w/w)的碳含量、约 4% (w/w)至约5% (w/w)的氢含量、约27% (w/w)至约29% (w/w)的氧含量，其中H/C比 为约0. 12至约0. 14,并且0/C比为约0.70至约0.90。在其它实施方式中，工程化燃料原料 的挥发性部分具有约31% (w/w)至约35% (w/w)的碳含量、约3. 5% (w/w)至约5. 5% (w/ w)的氢含量、约25% (w/w)至约28% (w/w)的氧含量，其中H/C比为约0. 12至约0. 14,并 且0/C比为约0. 70至约0. 90。在另一种实施方式中，工程化燃料原料的挥发性部分具有约 28% (w/w)至约30% (w/w)的碳含量、约3% (w/w)至约4% (w/w)的氢含量、约22% (w/ w)至约24% (w/w)的氧含量，其中H/C比为约0. 12至约0. 14,并且0/C比为约0. 70至约 0. 90。在其它实施方式中，工程化燃料原料的碳含量、氢含量和/或氧含量通过ASTM测试 法D5373、D3176、D6373或其组合来确定。
[0081] .在一些实施方式中，工程化燃料原料包含基于钠的吸附剂，所述基于钠的吸附剂 为工程化燃料原料的总重量的约19% (w/w)至约30%。在一些实施方式中，基于钠的吸附 剂选自由以下各项组成的组：碳酸钠碳酸氢钠二水合物（天然碱）、倍半碳酸钠、碳酸氢钠、 碳酸钠，及其组合。在其它实施方式中，基于钠的吸附剂为碳酸氢钠。在一些实施方式中，工 程化燃料原料包含碳酸氢钠，所述碳酸氢钠为工程化燃料原料的总重量的约19% (w/w)至 约30% (w/w)。在一些实施方式中，工程化燃料原料包含基于钙的吸附剂，所述基于钙的吸 附剂为工程化燃料原料的总重量的约5% (w/w)至约12% w/w。在一些实施方式中，基于钙 的吸附剂选自由以下各项组成的组：碳酸钙、氧化钙、氢氧化钙、醋酸钙镁、溴化钙、白云石， 及其组合。在一些实施方式中，基于钙的吸附剂选自氢氧化钙、白云石、碳酸钙或其混合物。 在其它实施方式中，基于钙的吸附剂为氢氧化钙。在其它实施方式中，基于钙的吸附剂为碳 酸隹丐。在其它实施方式中，基于I丐的吸附剂为白云石。在一些实施方式中，氢氧化I丐包含工 程化燃料原料的总重量的约3% (w/w)至约10% (w/w)。在一些实施方式中，碳酸钙包含工 程化燃料原料的总重量的约8% (w/w)至约10% (w/w)。在一些实施方式中，白云石包含工 程化燃料原料的总重量的约7% (w/w)至约9% (w/w)。在一些实施方式中，工程化燃料原 料包含碳酸氢钠和氢氧化钙。
[0082] 在一些实施方式中，工程化燃料原料的MSW包含约10% (w/w)至约30% (w/w)的 塑料和约70% (w/w)至约90% (w/w)的纤维。在一些实施方式中，工程化燃料原料的MSW 包含约20% (w/w)的塑料和约80% (w/w)的纤维。在一些实施方式中，塑料包括软塑料。 在一些实施方式中，工程化燃料原料包含约20% (w/w)的塑料和约80% (w/w)的纤维、碳 酸氢钠以及氢氧化钙。在一些实施方式中，工程化燃料原料进一步包含用于减少汞的吸附 齐[J。在一些实施方式中，汞吸附剂选自溴化钙、溴化铵、溴化钠、含碘化合物和含氯化合物。 在一些实施方式中，基于汞的吸附剂为溴化钙。在一些实施方式中，基于汞的吸附剂包含工 程化燃料原料的约0.05% (w/w)至约0.15% (w/w)。在一些实施方式中，工程化燃料原料 进一步包含用于NOx减少的吸附剂。在一些实施方式中，用于NOx减少的吸附剂为尿素并且 所述尿素占工程化燃料原料的约1% (w/w)至约3% (w/w)。在一些实施方式中，工程化燃 料原料进一步包含汞吸附剂和NOx吸附剂。在一些实施方式中，汞吸附剂为溴化钙并且NOx 吸附剂为尿素。在一些实施方式中，工程化燃料原料包含约25%至约40%的吸附剂。在一 些实施方式中，工程化燃料原料包含碳酸氢钠、氢氧化钙、溴化钙和尿素。在一些实施方式 中，工程化燃料原料包含约30% (w/w)至约71% (w/w)的纤维、约6% (w/w)至约38% (w/ w)的塑料、约23% (w/w)至约40% (w/w)的吸附剂。在一些实施方式中，工程化燃料原料 包含约44% (w/w)至约56% (w/w)的纤维、约11% (w/w)至约14% (w/w)的塑料、约3% (w/w)至约10% (w/w)氢氧化I丐、约19% (w/w)至约30% (w/w)碳酸氢钠、约0.05% (w/ w)至约0. 15% (w/w)溴化I丐和约1% (w/w)至约3% (w/w)尿素。在一些实施方式中，工 程化燃料原料具有约5, OOOBTU/lb至约12, OOOBTU/lb的HHV。在一些实施方式中，工程化 燃料原料具有约13% (w/w)至约33% (w/w)的灰含量。
[0083] 另一方面，描述一种产生能量的方法，所述方法包括在反应器中使本文所描述的 工程化燃料原料与至少一种化石燃料共燃，其中至少一种污染物的排放小于当所述化石燃 料在不存在工程化燃料原料的情况下燃烧时所述污染物的排放。在一些实施方式中，能量 为电力。在一些实施方式中，能量为水蒸气。在一些实施方式中，化石燃料为煤。在一些实 施方式中，煤选自褐煤、次烟煤、烟煤、无烟煤，及其组合。在一些实施方式中，工程化燃料原 料的能量是约10%至约50%之间的量。在一些实施方式中，当在反应器中与至少一种化石 燃料共燃时，工程化燃料原料的能量是约20%至约40%之间的量。在另一种实施方式中， 当在反应器中与至少一种化石燃料共燃时，工程化燃料原料是约5重量％至约40重量％之 间的量。在另一种实施方式中，当在反应器中与至少一种化石燃料共燃时，工程化燃料原 料是约15重量％至约40重量％之间的量。在另一种实施方式中，当在反应器中与至少一 种化石燃料共燃时，工程化燃料原料是约30重量％至约35重量％之间的量。在另一种实 施方式中，煤含有硫，以使得煤中的硫与工程化燃料原料中的钙的摩尔比在约1:1至约5:1 之间。在另一种实施方式中，污染物为至少一种基于硫的污染物，其选自由以下各项组成的 组：S0 2、S03、H2SO4' H2S 或其组合。
[0084] 在另一种实施方式中，污染物为至少一种基于氯的污染物，其选自由以下各项组 成的组：C12、HC1或其组合。在另一种实施方式中，污染物为至少一种基于氮的污染物，其选 自由以下各项组成的组：NO、N02、N20、HN、HCN、HNO3或其组合。在另一种实施方式中，污染 物为至少一种基于汞的污染物，其选自由以下各项组成的组：Hg°、Hg 2+、HgCl2或其组合。在 另一种实施方式中，基于硫的污染物的排放减少50 %或更多。在另一种实施方式中，基于硫 的污染物的排放减少70%或更多。在另一种实施方式中，基于氯的污染物的排放减少50% 或更多。在另一种实施方式中，基于氯的污染物的排放减少70%或更多。在另一种实施方 式中，基于氮的污染物的排放减少50%或更多。在另一种实施方式中，基于氮的污染物的排 放减少70%或更多。在另一种实施方式中，基于汞的污染物的排放减少50%或更多。在另 一种实施方式中，基于汞的污染物的排放减少70 %或更多。在另一种实施方式中，烟囱不透 明度与当化石燃料在不存在工程化燃料原料的情况下燃烧时的烟囱不透明度相比降低。
[0085] 另一方面，描述一种制备工程化燃料原料的方法，所述方法包括加工塑料并且用 至少约50%的所述塑料对基于钠的吸附剂和基于钙的吸附剂进行加工以形成塑料-吸附 剂球丸，随后用纤维和任何剩余的塑料（以达到100%的所需塑料）对所述塑料-吸附剂球 丸进行加工以形成纤维-塑料-吸附剂球丸。在一些实施方式中，基于钠的吸附剂选自由 以下各项组成的组：碳酸钠碳酸氢钠二水合物（天然碱）、倍半碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钠， 及其组合。在一些实施方式中，工程化燃料原料进一步包含溴化钙。在一些实施方式中，工 程化燃料原料进一步包含尿素。在一些实施方式中，工程化燃料原料进一步包含溴化钙和 尿素。
[0086] 附图简述
[0087] 图1为典型燃煤锅炉的示意图。
[0088] 图2为中试规模煤燃烧系统的示意性流程图。
[0089] 图3为示出对于不同量的基于Na的吸附剂来说SO2去除对诱导风扇通风（induced fan draft)的图表。
[0090] 图4为示出对于基于Na的吸附剂来说SO2去除对诱导风扇通风的图表。
[0091] 图5为示出对于不同量的基于Ca/Na的吸附剂来说SO2去除对诱导风扇通风的图 表。
[0092] 图6为示出对于不同量的基于Ca/Na的吸附剂来说SO2去除对诱导风扇通风的图 表。
[0093] 图7为示出对于具有不同量的基于Na的吸附剂的共燃工程化燃料原料来说502去 除对诱导风扇通风的图表。
[0094] 图8为示出对于具有不同量的基于Ca的吸附剂的共燃工程化燃料原料来说SO2去 除对诱导风扇通风的图表。
[0095] 图9为示出对于具有基于Ca/Na的吸附剂的共燃工程化燃料原料来说SO2去除对 诱导风扇通风的图表。
[0096] 图10为示出对于具有基于Ca/Na的吸附剂的共燃工程化燃料原料来说SO2去除 对诱导风扇通风的图表。
[0097] 图11为示出来自具有吸附剂的共燃工程化燃料原料的总汞减少的图表。
[0098] 图12为示出来自具有吸附剂的共燃工程化燃料原料的元素汞减少的图表。
[0099] 图13为气化器的示意图。
[0100] 发明详述
[0101] 工程化燃料原料（本文还称为"原料"或"工程化燃料原料"）具有多种所需化学和 /或分子特征中的任一种，包括但不限于碳含量、氢含量、氧含量、氮含量、灰含量、水分含量 以及HHV含量。这种工程化燃料原料适用于多种化学转化过程（例如像燃烧），并且可单独 使用或与其它燃料掺和使用。本文还描述了用于产生工程化燃料原料的过程和在燃烧过程 中使用所述工程化燃料原料的方法。
[0102] 提供新颖的工程化燃料原料，所述工程化燃料原料包含源自加工的MSW废物流的 一种或多种组分（如回收残余物，所述回收残余物是混杂的住宅废物流和商业废物流的不 可回收的部分）和吸附剂，所述燃料被工程化成具有预定化学或分子特征。这些新颖燃料 含有（例如）独特比例的碳、氢和灰，以使得当与已知燃料相比时提供关于污染物的优异燃 烧特征曲线；并且含有吸附剂，所述吸附剂在与化石燃料如煤共燃时以受控方式输送至燃 烧室，从而帮助显著地控制来自煤的有害排放物。
[0103] 提供用于在存在工程化燃料原料的情况下燃烧煤的新颖方法，所述工程化燃料原 料包含源自加工的MSW废物流的一种或多种组分和吸附剂。在本发明的某些实施方式中， 所述方法导致污染物的排放减少，所述污染物包括但不限于基于硫的污染物、基于氮的污 染物、基于氯的污染物或基于汞的污染物。
[0104] 以下说明书和非限制性实施例进一步更详细地说明本发明。
[0105]
[0106] 术语"约"在紧接在数值之前时意指所述值加上或减去10%的范围，例如，"约50" 意指45至55，"约25, 000"意指22, 500至27, 500等。此外，应鉴于本文所提供的术语"约" 的定义来理解短语"小于约"某个值或"大于约"某个值。
[0107] 术语"空气当量比"（AR)意指供应至燃烧反应器的空气量除以完全燃料燃烧所需 的空气量的比。空气当量比"AR"可由以下等式来表示 ：
[0108]

【权利要求】
1. 一种工程化燃料原料，其包含至少两种吸附剂和MSW，其中 至少一种吸附剂为基于钠的吸附剂， 至少一种吸附剂为基于钙的吸附剂，以及 所述MSW包含约5% (w/w)至约50% (w/w)的塑料和约50% (w/w)至约95% (w/w) 的纤维并且基本上不含玻璃、金属、砂砾和不可燃烧的废物。
2. 如权利要求1所述的工程化燃料原料，其中 所述工程化燃料原料的挥发性部分具有 约25% (w/w)至约59% (w/w)的碳含量 约3% (w/w)至约8% (w/w)的氢含量 约9% (w/w)至约44% (w/w)的氧含量 其中 H/C比为约0. 07至约0. 21，以及 0/C比为约0. 19至约1. 52。
3. 如权利要求2所述的工程化燃料原料，其中 所述工程化燃料原料的挥发性部分具有 约25% (w/w)至约50% (w/w)的碳含量 约3. 0% (w/w)至约5. 3% (w/w)的氢含量 约15% (w/w)至约39% (w/w)的氧含量 其中 H/C比为约0. 07至约0. 19,以及 0/C比为约0? 36至约1. 27。
4. 如权利要求2所述的工程化燃料原料，其中 所述工程化燃料原料的挥发性部分具有 约34% (w/w)至约37% (w/w)的碳含量 约4% (w/w)至约5% (w/w)的氢含量 约27% (w/w)至约29% (w/w)的氧含量 其中 H/C比为约0. 12至约0. 14,以及 0/C比为约0. 70至约0. 90。
5. 如权利要求2所述的工程化燃料原料，其中 所述工程化燃料原料的挥发性部分具有 约31% (w/w)至约35% (w/w)的碳含量 约3. 5% (w/w)至约5. 5% (w/w)的氢含量 约25% (w/w)至约28% (w/w)的氧含量 其中 H/C比为约0. 12至约0. 14,以及 0/C比为约0. 70至约0. 90。
6. 如权利要求2所述的工程化燃料原料，其中 所述工程化燃料原料的挥发性部分具有 约28% (w/w)至约30% (w/w)的碳含量 约3% (w/w)至约4% (w/w)的氢含量 约22% (w/w)至约24% (w/w)的氧含量 其中 H/C比为约0. 12至约0. 14,以及 0/C比为约0. 70至约0. 90。
7. 如权利要求2所述的工程化燃料原料，其中所述碳含量、所述氢含量和/或所述氧含 量通过ASTM测试法D5373、D3176、D6373或其组合来确定。
8. 如权利要求1所述的工程化燃料原料，其中所述基于钠的吸附剂为所述工程化燃料 原料的总重量的约19% (w/w)至约30%。
9. 如权利要求1所述的工程化燃料原料，其中所述基于钠的吸附剂选自由以下各项组 成的组：碳酸钠碳酸氢钠二水合物（天然碱）、倍半碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钠，及其组合。
10. 如权利要求8所述的工程化燃料原料，其中所述基于钠的吸附剂为碳酸氢钠。
11. 如权利要求10所述的工程化燃料原料，其中所述碳酸氢钠占所述工程化燃料原料 的总重量的约19% (w/w)至约30% (w/w)。
12. 如权利要求1所述的工程化燃料原料，其中所述基于钙的吸附剂为所述工程化燃 料原料的总重量的约5% (w/w)至约12% w/w。
13. 如权利要求12所述的工程化燃料原料，其中所述基于钙的吸附剂选自由以下各项 组成的组：碳酸钙、氧化钙、氢氧化钙、醋酸钙镁、溴化钙、白云石，及其组合。
14. 如权利要求13所述的工程化燃料原料，其中所述基于钙的吸附剂为氢氧化钙、白 云石、碳酸钙或其混合物。
15. 如权利要求13所述的工程化燃料原料，其中所述基于钙的吸附剂为氢氧化钙。
16. 如权利要求13所述的工程化燃料原料，其中所述基于钙的吸附剂为碳酸钙。
17. 如权利要求13所述的工程化燃料原料，其中所述基于钙的吸附剂为白云石。
18. 如权利要求15所述的工程化燃料原料，其中所述氢氧化钙占所述工程化燃料原料 的总重量的约3% (w/w)至约10% (w/w)。
19. 如权利要求16所述的工程化燃料原料，其中所述碳酸钙占所述工程化燃料原料的 总重量的约8% (w/w)至约10% (w/w)。
20. 如权利要求17所述的工程化燃料原料，其中所述白云石占所述工程化燃料原料的 总重量的约7% (w/w)至约9% (w/w)。
21. 如权利要求1所述的工程化燃料原料，其包含碳酸氢钠和氢氧化钙。
22. 如权利要求1所述的工程化燃料原料，其中所述MSW包含约10% (w/w)至约30% (w/w)的塑料和约70% (w/w)至约90% (w/w)的纤维。
23. 如权利要求22所述的工程化燃料原料，其中所述MSW包含约20% (w/w)的塑料和 约80% (w/w)的纤维。
24. 如权利要求1所述的工程化燃料原料，其中所述塑料包括软塑料。
25. 如权利要求1所述的工程化燃料原料，其中所述MSW包含约20% (w/w)的塑料和 约80% (w/w)的纤维，所述基于钠的吸附剂为碳酸氢钠并且所述基于钙的吸附剂为氢氧化 钙。
26. 如权利要求1所述的工程化燃料原料，其进一步包含用于减少汞的吸附剂。
27. 如权利要求26所述的工程化燃料原料，其中所述汞吸附剂选自由以下各项组成的 组：溴化钙、溴化铵、溴化钠、含碘化合物和含氯化合物或其混合物。
28. 如权利要求28所述的工程化燃料原料，其中所述基于汞的吸附剂为溴化钙。
29. 如权利要求27所述的工程化燃料原料，其中所述溴化钙占所述工程化燃料原料的 约 0? 05% (w/w)至约 0? 15% (w/w)。
30. 如权利要求1所述的工程化燃料原料，其进一步包含用于NOx减少的吸附剂。
31. 如权利要求30所述的工程化燃料原料，其中所述用于NOx减少的吸附剂为尿素。
32. 如权利要求30所述的工程化燃料原料，其中所述尿素占所述工程化燃料原料的约 1% (w/w)至约 3% (w/w)。
33. 如权利要求1所述的工程化燃料原料，其进一步包含汞吸附剂和NOx吸附剂。
34. 如权利要求33所述的工程化燃料，其中所述汞吸附剂为溴化钙并且所述NOx吸附 剂为尿素。
35. 如权利要求1所述的工程化燃料原料，其包含约25%至约40%的吸附剂。
36. 如权利要求1所述的工程化燃料原料，其包含碳酸氢钠、氢氧化钙、溴化钙、尿素。
37. 如权利要求1所述的工程化燃料原料，其中所述工程化燃料原料包含约30% (w/ 界）至约711%(￥/\￥)的纤维、约6(%(￥/\￥)至约38(%(￥/\￥)的塑料、约23 (%(￥/\￥)至约40(% (w/w)的吸附剂。
38. 如权利要求1所述的工程化燃料原料，其中所述工程化燃料原料包含约44% (w/w) 至约56% (w/w)的纤维、约11% (w/w)至约14% (w/w)的塑料、约3% (w/w)至约10% (w/ w)的氢氧化I丐、约19% (w/w)至约30% (w/w)的碳酸氢钠、约0.05% (w/w)至约0. 15% (w/w)的溴化|丐和约1% (w/w)至约3% (w/w)的尿素。
39. 如权利要求1所述的工程化燃料原料，其中所述HHV为约5, 000BTU/lb至约 12, 000BTU/lb。
40. 如权利要求1所述的工程化燃料原料，其中所述灰含量为约13% (w/w)至约33% (w/w)〇
41. 一种产生能量的方法，所述方法包括在反应器中使如权利要求1所述的工程化燃 料原料与至少一种化石燃料共燃，其中至少一种污染物的排放小于当所述化石燃料在不存 在所述工程化燃料原料的情况下燃烧时所述污染物的排放。
42. -种产生能量的方法，所述方法包括在反应器中使如权利要求2所述的工程化燃 料原料与至少一种化石燃料共燃，其中至少一种污染物的排放小于当所述化石燃料在不存 在所述工程化燃料原料的情况下燃烧时所述污染物的排放。
43. 如权利要求41所述的方法，其中所述能量为电力。
44. 如权利要求41所述的方法，其中所述能量为水蒸气。
45. 如权利要求41所述的方法，其中所述化石燃料为煤。
46. 如权利要求45所述的方法，其中所述煤选自褐煤、亚烟煤、烟煤、无烟煤或其组合。
47. 如权利要求41所述的方法，其中所述工程化燃料原料的量为约10%至约60%，以 能量计。
48. 如权利要求47所述的方法，其中所述工程化燃料原料的量为约20%至约40%，以 能量计。
49. 如权利要求41所述的方法，其中所述工程化燃料原料的量为约5重量％至约40重 量％。
50. 如权利要求49所述的方法，其中所述工程化燃料原料的量为约15重量％至约40 重量％。
51. 如权利要求50所述的方法，其中所述工程化燃料原料的量为约30重量％至约35 重量％。
52. 如权利要求45所述的方法，其中所述煤含有硫，使得所述煤中的硫与所述工程化 燃料原料中的钙的摩尔比为约1:1至约5:1。
53. 如权利要求41所述的方法，其中所述污染物为选自由以下各项组成的组的至少一 种基于硫的污染物：S02、S03、H2S04、H 2S或其组合。
54. 如权利要求41所述的方法，其中所述污染物为选自由以下各项组成的组的至少一 种基于氯的污染物：C12、HC1或其组合。
55. 如权利要求41所述的方法，其中所述污染物为选自由以下各项组成的组的至少一 种基于氮的污染物：NO、N02、N20、HN、HCN、HN03或其组合。
56. 如权利要求41所述的方法，其中所述污染物为选自由以下各项组成的组的至少一 种基于汞的污染物：Hg°、Hg2+、HgCl2或其组合。
57. 如权利要求52所述的方法，其中所述基于硫的污染物的排放减少50%或更多。
58. 如权利要求52所述的方法，其中所述基于硫的污染物的排放减少70%或更多。
59. 如权利要求54所述的方法，其中所述基于氯的污染物的排放减少50%或更多。
60. 如权利要求54所述的方法，其中所述基于氯的污染物的排放减少70%或更多。
61. 如权利要求55所述的方法，其中所述基于氮的污染物的排放减少50%或更多。
62. 如权利要求55所述的方法，其中所述基于氮的污染物的排放减少70%或更多。
63. 如权利要求56所述的方法，其中所述基于汞的污染物的排放减少50%或更多。
64. 如权利要求56所述的方法，其中所述基于汞的污染物的排放减少70%或更多。
65. 如权利要求41所述的方法，其中烟囱不透明度与所述化石燃料在不存在所述工程 化燃料原料的情况下燃烧时的所述烟囱不透明度相比降低。
66. -种制作工程化燃料原料的方法，所述方法包括用至少约50%的所述塑料对塑料 和基于钠的和基于钙的吸附剂进行加工以形成塑料-吸附剂球丸，随后用纤维和任何剩余 的塑料对所述塑料-吸附剂球丸进行加工以形成纤维-塑料-吸附剂球丸。
67. 如权利要求66所述的方法，其中所述基于钠的吸附剂选自由以下各项组成的组： 碳酸钠碳酸氢钠二水合物（天然碱）、倍半碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钠，及其组合。
68. 如权利要求67所述的方法，其中所述基于钠的吸附剂为碳酸氢钠。
69. 如权利要求66所述的方法，其中所述基于钙的吸附剂选自由以下各项组成的组： 碳酸钙、氧化钙、氢氧化钙、醋酸钙镁（CaMg2(CH3C00)6)、溴化钙、白云石（CaC0 3*Mg0)，及其 组合。
70. 如权利要求69所述的方法，其中所述基于钙的吸附剂为氢氧化钙。
71. 如权利要求66所述的方法，其进一步包括用于减少汞的吸附剂。
72. 如权利要求71所述的方法，其中额外的用于减少汞的吸附剂为溴化钙。
73. 如权利要求66所述的方法，其进一步包括用于N0X减少的吸附剂。
74. 如权利要求73所述的方法，其中额外的用于N0X减少吸附剂为尿素。
【文档编号】C10L1/12GK104364356SQ201380016877
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2013年1月28日 优先权日:2012年1月26日
【发明者】D.白, P.A.卡拉布雷瑟 申请人:谐和能源有限责任公司