ES2228722T5 - Procedimiento de distribucion de reactivo. - Google Patents

Abstract

Un método para proporcionar un reactivo a una zona de reacción que comprende: (A) hacer pasar reactivo en un chorro de gas, a un espacio de inyección, desde un inyector por una distancia (d); (B) rodear el chorro de gas con un penacho desde el inyector, por la distancia (d), de manera que se mantenga el chorro de gas coherente por la distancia (d); (C) hacer pasar el chorro de gas, además, en el espacio de inyección más allá de la distancia (d), a una zona de reacción pasado el borde anterior del penacho como una corriente de gas no coherente; y (D) proporcionar reactivo desde la corriente de gas no coherente a la zona de reacción.

Description

Procedimiento de distribución de reactivo.

Campo técnico

Esta invención se refiere, en general, a la distribución de reactivo a una zona de reacción lejana y es particularmente útil para proporcionar reactivo a una zona de reacción lejana de un horno, para la transformación de óxidos de nitrógeno (NOx) a nitrógeno.

Fundamentos de la técnica

A veces se desea proporcionar reactivo a una zona de reacción lejana, tal como una posición específica dentro del interior de un horno. Por ejemplo, en la calcinación en la que radicales hidrocarbonados transforman NOx en gas nitrógeno para propósitos de control de la contaminación, se desea proporcionar sustancia combustible hidrocarbonada tal como gas natural o carbón, que sirva como una fuente de radicales hidrocarbonados, a un área lejana que contiene gas de combustión. En otro ejemplo, se puede desear proporcionar amoniaco o urea, profundamente, dentro de un horno, para hacerlo reaccionar con los NOx para formar gas nitrógeno.

Una manera de llevar a cabo tal suministro de reactivo es hacer pasar el reactivo a la zona de reacción lejana usando un chorro largo u otro medio de suministro largo, pero esto es complicado de llevar a cabo y requeriría la sustitución frecuente del chorro si la zona de reacción estuviera asociada con un entorno caliente o corrosivo tal como un horno. Otra manera de distribuir reactivos a una posición específica en la caldera u horno, es usar chorros de alta velocidad, que típicamente penetran profundamente en un recinto antes de que finalice el mezclamiento. Sin embargo, esta aproximación puede conducir a aumentos significativos de la formación de contaminantes en los quemadores, tales como NOx, y el consumo de reactivo antes de alcanzar la zona de reacción. Ambos efectos se deben a las altas velocidades de transporte, característico de chorros turbulentos. Además, las velocidades de transporte altas conducen a recirculación de gas de combustión caliente, que puede contener materiales en forma de partículas o gases corrosivos, a la pared de la caldera u horno, exacerbando la deposición sobre la pared y la corrosión. Aún otro método es por el uso de representación con modelo de dinámica de fluidos computacional de una zona de reacción tal como un entorno de horno. En este método, se hacen cálculos detallados para describir el entorno del horno y se pueden poner después toberas o chorros en posiciones apropiadas. Este método puede ser eficaz pero es bastante complejo de ejecutar.

De acuerdo con esto, es un objeto de esta invención proporcionar un método según el cual se pueda proporcionar reactivo a una zona de reacción que esté separada por una distancia desde el punto en que se extrae el reactivo desde el dispositivo de inyección.

Sumario de la invención

Los anteriores y otros objetos, que llegarán a ser obvios para los expertos en la técnica con una lectura de esta descripción, se alcanzan por la presente invención, un aspecto de la cual es un método para proporcionar un reactivo a una zona de reacción según se define en la reivindicación 1.

Como se usa en la presente memoria la terminología "chorro de gas coherente" quiere decir una corriente de gas cuyo diámetro no experimenta aumento sustancial a lo largo de la longitud de la corriente y la velocidad de transporte del gas circundante en la corriente de gas es sustancialmente menor que la de en un chorro turbulento no reaccionante.

Como se usa en la presente memoria la terminología "corriente de gas no coherente" quiere decir una corriente de gas cuyo diámetro aumenta a medida que transporta el gas circundante.

Como se usa en la presente memoria la terminología "penacho" quiere decir una corriente de combustión anular, coaxial, con una corriente de gas.

Como se usa en la presente memoria la terminología "reactivo" quiere decir una sustancia combustible u otro compuesto químico o mezcla de compuestos que forma parte de una reacción después de la inyección en un espacio de inyección.

Breve descripción del dibujo

La única Figura es una representación en sección transversal de una realización preferida de la práctica de la invención, en la que se proporciona reactivo a un gas portador y después provisto del gas portador a la zona de reacción.

Descripción detallada

La invención se describirá en detalle con referencia al Dibujo. Haciendo referencia ahora a la Figura, se proporciona gas 1 portador al pasaje 2 central del inyector 3 desde una fuente de gas portador que no se muestra. Se puede usar cualquier gas portador eficaz en la práctica de esta invención, ejemplos de los cuales incluyen: gas de combustión recirculado, oxígeno, nitrógeno, argón y aire. Se prefiere particularmente gas de combustión recirculado como el gas portador cuando el propósito de la invención es la reducción de NOx. El gas portador se hace pasar desde el pasaje 2 central a la tobera 4 convergente/divergente y desde allí se extrae de la tobera 4 del inyector 3, en el espacio 5 de inyección, como chorro 6 de gas.

Se proporciona reactivo 8 al gas portador. Preferiblemente, como se muestra en la Figura, el reactivo se proporciona al gas portador desde el medio 7 de suministro de reactivo que comunica con una fuente de reactivo (no mostrada) y que hace pasar el reactivo a la tobera 4, en la que se mezcla con el gas portador. El reactivo está en forma líquida o sólida en forma de partículas y se atomiza dentro de la corriente de gas portador a medida que se hace pasar por la tobera 4, estando por lo tanto bien mezclado con el gas portador dentro del chorro 6 de gas. Se puede usar cualquier reactivo eficaz en la práctica de esta invención, ejemplos de los cuales incluyen uno o más hidrocarburos líquidos, carbón en polvo, amoniaco y urea.

Un penacho fluye coaxialmente a lo largo y alrededor del chorro 6 de gas que sirve para mantener el chorro 6 de gas como un chorro de gas coherente desde el inyector 3, por una distancia (d), dentro del espacio 5 de inyección. Preferiblemente, como se ilustra en la Figura, el penacho 9 se forma por la combustión de corrientes de oxidante y sustancia combustible, independientes, proporcionadas al espacio 5 de inyección desde el inyector 3 anular al chorro 6 de gas coherente. En la realización ilustrada en la Figura, se proporciona la sustancia combustible 10, tal como gas natural, al pasaje 11 anular, interno, desde una fuente de sustancia combustible (no mostrada), y se proporciona oxidante 12, tal como aire, aire enriquecido en oxígeno u oxígeno puro, al pasaje 13 anular externo desde una fuente oxidante (no mostrada). Si se desea, se puede proporcionar el oxidante para el penacho por el pasaje anular interno y se puede proporcionar la sustancia combustible para el penacho por el pasaje anular externo. Esta disposición puede ser particularmente útil si el gas portador es un gas inerte.

La sustancia combustible y el oxidante se hacen pasar por sus respectivos pasajes y por fuera del inyector 3, al espacio 5 de inyección, en el que se queman para formar el penacho 9, que fluye coaxialmente con el chorro 6 de gas coherente por la distancia (d).

En la práctica de esta invención, el penacho forma una cubierta o barrera de fluido alrededor del chorro 6 de gas. Preferiblemente, el penacho tiene una velocidad que es menor que la velocidad del chorro de gas. La cubierta o barrera de fluido formada por el penacho alrededor del chorro de gas reduce enormemente la cantidad de gases ambientales que se están transportando en el chorro de gas, que sirve de ese modo para mantener el chorro coherente al tiempo que está envuelto dentro del penacho. Esto también sirve para mantener el reactivo dentro del chorro de gas portador al tiempo que es coherente.

La zona 14 de reacción está dentro del espacio 5 de inyección pero lejana desde, es decir, no adyacente al, inyector 3. En una realización de la invención, dentro de la zona 14 de reacción reside una o más especies con que se desea que reaccione el reactivo 8. Por ejemplo, la zona 14 de reacción puede contener una o más especies de NOx, tal como óxido de nitrógeno (NO) o dióxido de nitrógeno (NO_{2}), con que puede reaccionar el reactivo para formar gas nitrógeno (N_{2}), que sirve por lo tanto para propósitos de control de la contaminación.

La corriente de gas que contiene reactivo se hace pasar más allá de la distancia (d) además, al espacio 5 de inyección pasado el borde anterior del penacho en la zona 14 de reacción, como una corriente de gas no coherente o chorro 15 turbulento. A medida que fluye el chorro de gas pasado el borde anterior del penacho, se transporta gas ambiental en el chorro de gas causando que llegue a ser turbulento o de otro modo pierda su coherencia. El reactivo, por ejemplo, líquido o partículas sólidas, se mantiene dentro de la corriente 6 de gas coherente por la distancia (d), pero a medida que la corriente de gas portador se degrada en una corriente de gas no coherente, más allá del borde anterior del penacho 9, las partículas de reactivo se gasifican y se dispersan fuera de la corriente de gas portador y reaccionan con la(s) especie(s) objetivo, es decir, NOx, dentro de la zona de reacción. De esta manera se proporciona eficazmente reactivo a una zona de reacción lejana, tal como el área central de un horno, sin necesidad de un chorro largo extendiéndose desde la pared del horno a la zona de reacción.

En otra realización de la invención, el reactivo es sustancia combustible tal como carbón en polvo y el gas portador es un oxidante tal como aire, y se distribuyen el reactivo y el gas portador a la zona de reacción en que la turbulencia resultante permite que se quemen. De esta manera se causa que tenga lugar una reacción de combustión en una posición específica dentro de una caldera u horno lejos de la pared del horno. En esta realización no hay combustión significativa dentro del chorro 6 de gas coherente y la combustión tiene lugar sólo después de que la mezcla de reactivo y gas portador haya llegado a ser turbulenta. No es necesario que se proporcione el gas oxidante portador en una cantidad estequiométrica. Algo del oxidante para la combustión con el reactivo podía venir de otra fuente tal como el oxidante proporcionado por el establecimiento del penacho.

El inyector 3 típicamente estaría situado, en general, en el área de la pared del horno. Típicamente la distancia (d) estaría en el intervalo de 20 a 100 diámetros de tobera y típicamente el diámetro de la tobera 4 está dentro del intervalo de 0,63 a 5,08 cm (0,25 a 2 pulgadas). La velocidad del chorro 6 de gas coherente puede ser supersónica y, en general, está dentro del intervalo de número de Mach de 0,3 a 3,0.

Con la práctica de esta invención se pueden distribuir eficazmente materiales reactivos a posiciones específicas, tales como en una caldera u horno, en que tienen lugar las reacciones deseadas. La invención permite que un quemador funcione de manera que la llama esté a alguna distancia en el horno para evitar el sobrecalentamiento de la pared y maximizar la transferencia de calor deseada sin crear contaminantes adicionales o exaltar la recirculación de gas de combustión a la pared de la caldera o del horno. Por otra parte, la invención permite que se mezclen reactivos íntimamente con gas en el centro de una zona de reacción, tal como una caldera, sin afectar significativamente al campo de flujo del volumen de gas dentro de la zona de reacción. Esto es, se puede mezclar reactivo con el gas de combustión en el medio de una caldera sin que se requieran grandes cambios de escala en la velocidad o dirección del volumen de gas en la caldera. Esta invención además permite la distribución de un componente reactivo en un punto específico, sin consumo de ese componente, que sería debido a mezclamiento antes de que el chorro alcance la zona de reacción deseada.

Aunque la invención se ha descrito en detalle con referencia a realizaciones particularmente preferidas, los expertos en la técnica reconocerán que hay otras realizaciones de la invención dentro del alcance de las reivindicaciones.

Claims (9)

1. Un método para proporcionar un reactivo a una zona de reacción que comprende:

(A)

proporcionar reactivo en forma líquida o sólida en forma de partículas a un gas portador y hacer pasar gas portador que contiene reactivo a una tobera donde el reactivo se mezcla con el gas portador;

(B)

atomizar el reactivo dentro de la corriente de gas portador según pasa a través de la tobera;

(C)

hacer pasar el gas portador que contiene reactivo como un chorro de gas, a un espacio de inyección, desde un inyector por una distancia (d);

(D)

rodear el chorro de gas con un penacho desde el inyector, por la distancia (d), de manera que se mantenga el chorro de gas coherente por la distancia (d);

(E)

hacer pasar el chorro de gas, además, en el espacio de inyección más allá de la distancia (d), a una zona de reacción pasado el borde anterior del penacho como una corriente de gas no coherente;

(F)

y proporcionar reactivo desde la corriente de gas no coherente a la zona de reacción.

2. El método según la reivindicación 1, en el que el reactivo está en forma líquida.

3. El método según la reivindicación 1, en el que el reactivo está en forma de material sólido en forma de partículas.

4. El método según la reivindicación 1, en el que el gas portador recircula gas de combustión.

5. El método según la reivindicación 1, en el que el inyector comprende una tobera convergente/divergente, se proporciona el gas portador a la tobera convergente/divergente y se proporciona el reactivo a la tobera convergente/divergente en la que se mezcla con el gas portador.

6. El método según la reivindicación 1, en el que la zona de reacción contiene NOx y que además comprende hacer reaccionar reactivo con NOx dentro de la zona de reacción para formar gas nitrógeno.

7. El método según la reivindicación 1, en el que el reactivo es sustancia combustible y el gas portador es un oxidante y el reactivo y el gas portador se queman en la zona de reacción.

8. El método según la reivindicación 7, en el que el reactivo es carbón en polvo.

9. El método según la reivindicación 7, en el que el gas portador es aire.