BRPI0616068A2 - methods of removing so3 from a flue gas stream, and providing a dry flue gas injection sorbent - Google Patents
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Abstract
MéTODOS DE REMOçãO DE SO~ 3~ DE UMA CORRENTE DE GáS DE COMBUSTãO, E DE FORNECIMENTO DE UM SORVENTE SECO PARA INJEçãO DE GáS DE COMBUSTãO A invenção refere-se a um método de remoção de SO~ 3~de uma corrente de gás de combustão tendo quantidades aumentadas de SO~ 3~ formado por um sistema de remoção de NO~ x~, que inclui a injeção de uma composição sorvente na corrente de gás de combustão. A composição sorvente inclui um aditivo e um sorvente de sódio, tal como trona mecanicamente refinada ou bicarbonato de sódio. O aditivo é selecionado dentre carbonato de magnésio, carbonato de cálcio, hidróxido de magnésio, hidróxido de cálcio, e misturas destes. A concentração do SO~ 3~ na corrente de gás de combustão é reduzida e a formação de um produto de reação de NaHSO~ 4~ em fase líquida é minimizada.METHODS OF REMOVING SO ~ 3 ~ FROM A COMBUSTION GAS CURRENT AND SUPPLYING A DRY SORVE FOR COMBUSTION GAS INJECTION The invention relates to a method of removing SO ~ 3 ~ from a COMBUSTION gas stream. combustion having increased amounts of SO 3 formed by a NO 2 removal system including the injection of a sorbent composition into the flue gas stream. The sorbent composition includes an additive and a sodium sorbent such as mechanically refined throne or sodium bicarbonate. The additive is selected from magnesium carbonate, calcium carbonate, magnesium hydroxide, calcium hydroxide, and mixtures thereof. The concentration of SO 3 ~ in the flue gas stream is reduced and the formation of a liquid phase NaHSO 4 reaction product is minimized.
Description
"MÉTODOS DE REMOÇÃO DE SO3 DE UMA CORRENTE DE GÁS DECOMBUSTÃO, E DE FORNECIMENTO DE UM SORVENTE SECOPARA INJEÇÃO DE GÁS DE COMBUSTÃO""METHODS FOR SO3 REMOVAL FROM A DECOMBUSING GAS CURRENT AND SUPPLYING A SORVO SEPARATE COMBUSTION GAS INJECTION"
FUNDAMENTOS DA INVENÇÃOBACKGROUND OF THE INVENTION
A presente invenção refere-se à purificação de gases, e maisparticularmente a um método de purificação de gases residuais que contêmgases nocivos, tais como SO3.The present invention relates to gas purification, and more particularly to a method of purifying waste gases containing noxious gases such as SO3.
SO3 é um gás nocivo que é produzido pela combustão decombustível contendo enxofre. Quando presente no gás de combustão, o SO3pode formar uma névoa ácida que se condensa em precipitadoreseletrostáticos, dutos ou alojamentos de bolsa, causando corrosão. SO3 emconcentrações tão baixas quanto 5-10 ppm em gás de exaustão pode tambémresultar em plumas brancas, azuis, roxas ou pretas do resfriamento do gás dechaminé no ar resfriador na atmosfera.SO3 is a harmful gas that is produced by sulfur-containing combustible combustion. When present in the flue gas, SO3 can form an acid mist that condenses into electrostatic precipitators, ducts or bag housings, causing corrosion. SO3 at concentrations as low as 5-10 ppm in exhaust gas can also result in white, blue, purple or black plume gas cooling plumes in the atmosphere cooling air.
O esforço para reduzir emissões de NOx de plantas de energiaacionadas por carvão através de reatores catalíticos seletivos (SCRs) temresultado na conseqüência não pretendida de oxidação de SO2 para SO3 edesta forma aumentar as emissões de SO3 totais. SCRs empregam umcatalisador (tipicamente pentóxido de vanádio) para converter NOx em N2 eH2O com a adição de NH3, mas também há uma oxidação não pretendida deSO2 para SO3. Embora as maiores concentrações de SO3 de chaminé sejamainda relativamente baixas, as emissões podem às vezes produzir uma plumasecundária altamente visível, que, embora não regulada, é, contudo, percebidapor muitos como sendo problemática. Esforços para reduzir os níveis de SO3até um ponto onde nenhuma pluma de SO3 secundária seja visível podeimpedir uma coleta de particulados para estações que empregamprecipitadores eletrostáticos (ESPs). SO3, no gás de combustão, absorve naspartículas de cinzas e diminui a resistividade das cinzas, desta formapossibilitando que o ESP capture a partícula por meios eletrostáticos. Muitasplantas realmente injetam SO3 para diminuir a resistividade das cinzas quandoresistividade das cinzas for muito alta.The effort to reduce NOx emissions from coal-fired power plants through selective catalytic reactors (SCRs) has resulted in the unintended consequence of SO2 oxidation to SO3 and thereby increasing total SO3 emissions. SCRs employ a catalyst (typically vanadium pentoxide) to convert NOx to N2 and H2O with the addition of NH3, but there is also an unwanted oxidation of SO2 to SO3. Although the highest concentrations of chimney SO3 are still relatively low, emissions can sometimes produce a highly visible secondary plume, which, although unregulated, is nonetheless perceived by many to be problematic. Efforts to reduce SO3 levels to a point where no secondary SO3 plumes are visible can impede particulate collection for stations employing electrostatic precipitators (ESPs). SO3 in the flue gas absorbs the ash particles and decreases the ash resistivity, thus enabling ESP to capture the particle by electrostatic means. Many plants actually inject SO3 to decrease the ash resistivity when the ash resistivity is too high.
SO3 reage com vapor d'água nos dutos de gás de combustão daplanta de energia de carvão e forma H2SO4 gasoso. Uma porção destecondensa nos cestos aquecedores de ar. Outra porção do vapor de ácidosulfurico pode condensar no duto se a temperatura do duto for muito baixa,desta forma corroendo o duto. O vapor ácido restante condensa quando apluma é extinta quando ela contata a atmosfera relativamente fria ou quandopurificadores úmidos são empregados para dessulfurização de gás decombustão (FGD), na zona de extinção do purificador. A extinção rápida dovapor ácido na torre de FGD resulta em uma névoa ácida fina. As gotículassão freqüentemente muito finas para serem absorvidas na torre de FGD oupara serem capturados no eliminador de névoa. Assim, há somente umaremoção de SO3 limitada pelas torres de FGD. Se os níveis de ácido sulfuricoemitidos pela chaminé forem bastantes altos, uma pluma secundária aparece.SO3 reacts with water vapor in the flue gas ducts of the coal power plant and forms gaseous H2SO4. A non-condensing portion in the air baskets. Another portion of the sulfuric acid vapor may condense in the duct if the temperature of the duct is too low, thereby corroding the duct. The remaining acid vapor condenses when applied, is extinguished when it contacts the relatively cold atmosphere, or when wet scrubbers are employed for desulfurization of combustion gas (FGD) in the scrubber's extinction zone. Rapid extinction of acid vapor in the FGD tower results in a fine acid mist. The droplets are often too thin to be absorbed in the FGD tower or to be captured in the mist eliminator. Thus, there is only one SO3 removal limited by the FGD towers. If the levels of sulfuric acid emitted by the chimney are quite high, a secondary plume appears.
Injeção de sorvente seco (DSI) tem sido usada com umavariedade de sorventes para remover SO3 e outros gases do gás de combustão.Contudo, DSI tem sido tipicamente feita no passado em temperaturas menoresque cerca de 187,8°C porque o material do equipamento, tal como meio dealojamento de bolsa, pode não suportar maiores temperaturas.Adicionalmente, muitos materiais sorventes sinterizam ou fundem emtemperaturas maiores que cerca de 204,4°C, o que os torna menos efetivos naremoção de gases. Outro problema é que, sob certas condições de temperaturae de concentração de gás, os produtos de reação de muitos materiais sorventesaderem ao equipamento e aos dutos, o que requer uma limpeza freqüente doequipamento de processo.Dry sorbent injection (DSI) has been used with a variety of sorbents to remove SO3 and other flue gas gases. However, DSI has typically been made in the past at temperatures below about 187.8 ° C because the equipment material, as a bag-storage medium, may not withstand higher temperatures. In addition, many sorbent materials sinter or melt at temperatures greater than about 204.4 ° C, which makes them less effective in gas removal. Another problem is that under certain conditions of temperature and gas concentration, reaction products of many sorbent materials adhere to equipment and pipelines, which requires frequent cleaning of the process equipment.
Em um aspecto, um método de remoção de SO3 de umacorrente de gás de combustão tendo quantidades aumentadas de SO3 formadopor um sistema de remoção de NOx, inclui a injeção de uma composiçãosorvente na corrente de gás de combustão. A composição sorvente inclui umaditivo e um sorvente de sódio, tal como trona mecanicamente refinada oubicarbonato de sódio. O aditivo é selecionado dentre carbonato de magnésio,carbonato de cálcio, hidróxido de magnésio, hidróxido de cálcio, e misturasdestes. A concentração do SO3 na corrente de gás de combustão é reduzida e aformação de um produto de reação de NaHSO4 em fase líquida é minimizada.In one aspect, a method of removing SO3 from a flue gas stream having increased amounts of SO3 formed by a NOx removal system includes injecting a sorbent composition into the flue gas stream. The sorbent composition includes a additive and a sodium sorbent, such as mechanically refined throne or sodium bicarbonate. The additive is selected from magnesium carbonate, calcium carbonate, magnesium hydroxide, calcium hydroxide, and mixtures thereof. The concentration of SO3 in the flue gas stream is reduced and the formation of a liquid phase NaHSO4 reaction product is minimized.
Em outro aspecto, um método de fornecimento de um sorventeseco para injeção de gás de combustão inclui o fornecimento de trona. Umacomposição sorvente é formada pela combinação com a trona de um aditivoselecionado dentre carbonato de magnésio, carbonato de cálcio, hidróxido demagnésio, hidróxido de cálcio, e misturas destes. A composição sorvente étransportada em um vaso até o local de uma injeção de gás de combustão. Acomposição sorvente é descarregada do vaso e injetada na corrente de gás decombustão. As quantidades suficientes de aditivo são combinadas com a tronapara aumentar a escoabilidade da composição sorvente do vaso.In another aspect, a method of supplying a sorbent for flue gas injection includes the supply of throne. A sorbent composition is formed by combining with the throne an additive selected from magnesium carbonate, calcium carbonate, magnesium hydroxide, calcium hydroxide, and mixtures thereof. The sorbent composition is transported in a vessel to the site of a flue gas injection. Sorbent composition is discharged from the vessel and injected into the combustion gas stream. Sufficient amounts of additive are combined with the throne to increase the flowability of the pot sorbent composition.
Os parágrafos anteriores têm sido fornecidos por meio de introdução geral, e não são pretendidos para limitar o escopo das seguintesreivindicações. As formas de realização preferidas, juntamente com outrasvantagens, vão ser melhor entendidas por referência à seguinte descriçãodetalhada tomada em conjunto com os desenhos em anexo.The foregoing paragraphs have been provided by way of general introduction, and are not intended to limit the scope of the following claims. Preferred embodiments, along with other advantages, will be better understood by reference to the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings.
A Fig. 1 é um diagrama de fase mostrando os produtos dereação de trona com SO3 como uma função de temperatura de gás decombustão e concentração de SO3.Fig. 1 is a phase diagram showing the SO3 trone derivation products as a function of combustion gas temperature and SO3 concentration.
A Fig. 2 é uma figura esquemática de uma forma de realizaçãode um sistema de dessulfurização de gás de combustão.Fig. 2 is a schematic figure of an embodiment of a flue gas desulphurization system.
A presente invenção é descrita com referência aos desenhosnos quais elementos similares são referidos por numerais similares. A relaçãoe o funcionamento dos vários elementos da presente invenção são melhorentendidos pela seguinte descrição detalhada. Contudo, as formas derealização da presente invenção descritas abaixo são exemplares somente, e apresente invenção não é limitada às formas de realização ilustradas nosdesenhos.The present invention is described with reference to the drawings in which similar elements are referred to by similar numerals. The relationship and operation of the various elements of the present invention are best understood by the following detailed description. However, the embodiments of the present invention described below are exemplary only, and the present invention is not limited to the embodiments illustrated in the drawings.
A injeção de sorvente a seco (DSI) tem sido usada como umaalternativa de baixo custo para um sistema de purificação a seco ou a úmidopor aspersão para a remoção de SO3. No processo de DSI, o sorvente éarmazenado e injetado seco no duto de gás, onde ele reage com o gás ácido.Sob certas condições de processamento, o produto de reação do sorvente e ogás ácido são uma cinza pegajosa. A cinza pegajosa tende a colar noequipamento e nos dutos de processo, requerendo, assim, uma limpezafreqüente. Assim, seria benéfico se ter um processo que minimiza aquantidade de produto de reação de cinza pegajosa.Dry sorbent injection (DSI) has been used as a low cost alternative to a dry or wet spray purification system for SO3 removal. In the DSI process, the sorbent is stored and injected dry into the gas duct, where it reacts with the acid gas. Under certain processing conditions, the sorbent reaction product and acid gas is a sticky ash. Sticky ash tends to stick to the equipment and process ducts, thus requiring frequent cleaning. Thus, it would be beneficial to have a process that minimizes the amount of sticky ash reaction product.
Um sorvente particular que pode ser usado na remoção de SO3é trona. Trona é um mineral que contém cerca de 85-95% de sesquicarbonatode sódio (Na2CO3-NaHCO3^H2O). Um vasto depósito de trona mineral éencontrado em Wyoming do sudeste próximo a Green River. Como usadoaqui, o termo "trona" inclui outras fontes de sesquicarbonato de sódio. Outrosorvente que pode ser usado é bicarbonato de sódio. O termo "gás decombustão" inclui o gás de exaustão de qualquer classificação de processo decombustão (incluindo carvão, óleo, gás natural, etc.). Gás de combustãotipicamente inclui gases ácidos, tais como SO2, HCl, SO3 e NOx.A particular sorbent that can be used for SO3 removal is trone. Trona is a mineral that contains about 85-95% sodium sesquicarbonate (Na2CO3-NaHCO3 ^ H2O). A vast deposit of mineral throne is found in southeastern Wyoming near Green River. As used herein, the term "throne" includes other sources of sodium sesquicarbonate. Other sorbet that can be used is baking soda. The term "combustion gas" includes the exhaust gas of any combustion process classification (including coal, oil, natural gas, etc.). Combustion gas typically includes acidic gases such as SO2, HCl, SO3 and NOx.
Quando aquecido a ou acima de 135°C, sesquicarbonato desódio se submete a uma rápida calcinação de bicarbonato de sódio contido acarbonato de sódio, como mostrado na seguinte reação:When heated to or above 135 ° C, desodium sesquicarbonate undergoes rapid calcination of sodium bicarbonate contained in sodium carbonate as shown in the following reaction:
2 [ Na2CO3 · NaHCO3 · 2H20] 3Na2 CO3 + 5H20 + CO22 [Na2CO3 · NaHCO3 · 2H20] 3Na2 CO3 + 5H20 + CO2
Uma reação química preferida da composição sorvente com oSO3 é representada abaixo:A preferred chemical reaction of the sorbent composition with oSO3 is shown below:
Na2CO3 + SO3 Na2SO4 + CO2Na2CO3 + SO3 Na2SO4 + CO2
Contudo, sob certas condições, reações indesejáveis podemocorrer, que produzem bissulfato de sódio. Se o sesquicarbonato de sódio nãofor completamente calcinado antes da reação com SO3, a seguinte reaçãoocorre:However, under certain conditions, undesirable reactions may occur which produce sodium bisulfate. If sodium sesquicarbonate has not been completely calcined before the reaction with SO3, the following reaction occurs:
NaHCO3 + SO3 NaHSO4 + SO3NaHCO3 + SO3 NaHSO4 + SO3
Sob certas condições, outra reação indesejável produzbissulfato de sódio como representado abaixo:Under certain conditions, another undesirable reaction produces sodium bisulfate as represented below:
Na2CO3 + SO3 + H2S04 -> 2NaHS04 + CO2Na2CO3 + SO3 + H2SO4 -> 2NaHS04 + CO2
Bissulfato de sódio é um sal de ácido com uma temperatura defusão baixa e é instável em temperaturas altas, decompondo como indicado naseguinte reação:Sodium bisulfate is an acid salt with a low melting temperature and is unstable at high temperatures, decomposing as indicated in the following reaction:
2NaHS04 Na2S2O72NaHS04 Na2S2O7
O tipo de produto de reação do Na2C03 e do SO3 depende daconcentração de SO3 e da temperatura do gás de combustão. A Fig. 1 é umdiagrama de fase que mostra os produtos de reação típicos de trona com SO3como uma função da temperatura do gás de combustão e da concentração deSO3. Em particular, acima de uma certa concentração de SO3, o produto dereação pode ser NaHSO4 sólido, NaHSO4 líquido, Na2SO4 ou Na2S2O7,dependendo da temperatura do gás de combustão.The reaction product type of Na2C03 and SO3 depends on the concentration of SO3 and flue gas temperature. Fig. 1 is a phase diagram showing typical SO3 trone reaction products as a function of flue gas temperature and SO3 concentration. In particular, above a certain concentration of SO3, the deriving product may be solid NaHSO4, liquid NaHSO4, Na2SO4 or Na2S2O7, depending on the flue gas temperature.
NaHSO4 líquido é particularmente indesejável porque ele é"pegajoso" e tende a aderir no equipamento de processo, e fazer com queoutros particulados, tais como cinza, também adiram ao equipamento. Assim,pode ser desejável se operar o processo sob condições onde a quantidade deproduto de reação de NaHSO4 líquido é minimizada. O limite na Fig. 1 entreo NaHSO4 líquido e o Na2SO4 sólido em uma temperatura acima de 187,8°Cpode ser representado pela equação log[S03] = 0,009135T - 2,456, ondelog[S03] é Iog em base 10 da concentração de SO3 em ppm e T é atemperatura do gás de combustão em °F. Assim, quando trona for injetada nogás de combustão em temperaturas entre cerca de 187,8°C e cerca de273,9°C, e em uma concentração de SO3 maior que a quantidade definida porlog[S03] = 0,009135T - 2,456, o produto de reação de NaHSO4 em faselíquida é formado.Liquid NaHSO4 is particularly undesirable because it is "sticky" and tends to adhere to process equipment, and cause other particulates, such as ash, to also adhere to the equipment. Thus, it may be desirable to operate the process under conditions where the amount of reaction product of liquid NaHSO4 is minimized. The limit in Fig. 1 between liquid NaHSO4 and solid Na2SO4 at a temperature above 187.8 ° C may be represented by the equation log [S03] = 0.009135T - 2.456, where ondelog [S03] is Iog at 10 of the concentration of SO3 in ppm and T is the flue gas temperature in ° F. Thus, when throne is injected into combustion gases at temperatures between about 187.8 ° C and about 273.9 ° C, and at a concentration of SO3 greater than the amount defined by log [S03] = 0.009135T - 2.456, NaHSO4 reaction product in faseliquid is formed.
Foi verificado que o uso de uma composição sorventecompreendendo trona mecanicamente refinada e um aditivo minimiza aquantidade de cinza pegajosa formada no processo. Bicarbonato de sódiopode ser usado no lugar de trona. O aditivo é selecionado do grupo queconsiste de carbonato de magnésio, carbonato de cálcio, hidróxido demagnésio, hidróxido de cálcio, e misturas destes. O aditivo preferivelmenteinclui carbonato de magnésio, carbonato de cálcio, ou misturas destes, e maispreferivelmente inclui carbonato de cálcio. O aditivo é preferivelmente entre0,1 e 5%, mais preferivelmente entre 0,5 e 2%, em peso, da trona ou outrosorvente de sódio. A composição sorvente é injetada na corrente de gás decombustão. A composição sorvente é mantida em contato com o gás decombustão por um tempo suficiente para reagir uma porção da composiçãosorvente com uma porção do SO3 para reduzir a concentração do SO3 nacorrente de gás de combustão. Preferivelmente, a formação de um produto dereação de NaHSO4 em fase líquida é minimizado de forma que pouca cinzapegajosa seja formada. Embora não se pretenda estar limitado por nenhumateoria, acredita-se que o aditivo reaja com o H2SO4 presente na corrente deás de combustão para removê-lo daí, minimizando, assim, a produção deNaHSO4 em fase líquida.It has been found that the use of a sorbent composition comprising mechanically refined throne and an additive minimizes the amount of sticky ash formed in the process. Baking soda can be used instead of highchair. The additive is selected from the group consisting of magnesium carbonate, calcium carbonate, magnesium hydroxide, calcium hydroxide, and mixtures thereof. The additive preferably includes magnesium carbonate, calcium carbonate, or mixtures thereof, and most preferably includes calcium carbonate. The additive is preferably between 0.1 and 5%, more preferably between 0.5 and 2% by weight of the trone or other sodium sorbent. The sorbent composition is injected into the combustion gas stream. The sorbent composition is maintained in contact with the combustion gas for a time sufficient to react a portion of the sorbent composition with a portion of the SO3 to reduce the concentration of flue gas current SO3. Preferably, the formation of a liquid phase NaHSO4 shear product is minimized so that little sticky ash is formed. Although not intended to be limited by any theory, it is believed that the additive will react with H2SO4 present in the combustion stream to remove it, thereby minimizing the production of NaHSO4 in the liquid phase.
Assim, o sistema pode ser operado em uma faixa detemperaturas e concentrações de SO3 onde NaHSO4 em fase líquida seformaria na ausência do aditivo. Em uma forma de realização, a temperaturado gás residual onde a trona é injetada está entre cerca de 187,8 e 260°C. Atemperatura do gás de combustão é preferivelmente maior que cerca de370°C, mais preferivelmente maior que cerca de 196,1°C. A temperatura dogás de combustão é preferivelmente menor que cerca de 260°C, maispreferivelmente menor que cerca de 232,2°C, e mais preferivelmente menorque cerca de 212,8°C. A temperatura do gás de combustão está maispreferivelmente entre cerca de 196,1 e cerca de 212,8°C. Alternativamente, afaixa de temperatura pode ser expressada como uma função da concentraçãode SO3. Assim, o processo pode ser operado em uma temperatura e em umaconcentração de SO3 onde log[S03] > 0,009135T - 2,456, onde [SO3] é aconcentração de SO3 em ppm e T é a temperatura do gás de combustão em °F.Thus, the system can be operated in a range of temperatures and SO3 concentrations where NaHSO4 in liquid phase would form in the absence of the additive. In one embodiment, the temperature residual gas where the throne is injected is between about 187.8 and 260 ° C. The flue gas temperature is preferably greater than about 370 ° C, more preferably greater than about 196.1 ° C. The combustion temperature is preferably less than about 260 ° C, more preferably less than about 232.2 ° C, and more preferably less than about 212.8 ° C. The flue gas temperature is most preferably between about 196.1 and about 212.8 ° C. Alternatively, the temperature range may be expressed as a function of SO3 concentration. Thus, the process can be operated at a temperature and concentration of SO3 where log [S03]> 0.009135T - 2.456, where [SO3] is the concentration of SO3 in ppm and T is the flue gas temperature in ° F.
A concentração de SO3 da corrente de gás de combustão a sertratada é geralmente pelo menos cerca de 3 ppm, e comumente entre cerca de10 ppm e cerca de 200 ppm. A concentração de SO3 de saída desejada do gásde chaminé é preferivelmente menor que cerca de 50 ppm, maispreferivelmente menor que cerca de 20 ppm, mais preferivelmente menor quecerca de 10 ppm, e mais preferivelmente menor que cerca de 5 ppm. Osubproduto da reação é coletado com cinza.The SO3 concentration of the flue gas stream to be treated is generally at least about 3 ppm, and commonly between about 10 ppm and about 200 ppm. The desired outlet SO3 concentration of the flue gas is preferably less than about 50 ppm, more preferably less than about 20 ppm, more preferably less than about 10 ppm, and more preferably less than about 5 ppm. The reaction by-product is collected with ash.
Trona, como a maioria dos reagentes alcalinos, vai tender areagir mais rapidamente com os ácidos mais fortes na corrente de gásprimeiro, e então, após algum tempo de residência, ela vai reagir com osácidos mais fracos. Tais constituintes de gás como HCl e SO3 são ácidosfortes e trona vai reagir mais rapidamente com estes ácidos do que com umácido fraco, tal como SO2. Assim, a composição sorvente injetada pode serusada para seletivamente remover SO3 sem substancialmente diminuir aquantidade de SO2 na corrente de gás de combustão.Trona, like most alkaline reagents, will tend to react faster with the strongest acids in the first gas stream, and then, after some residence time, it will react with the weaker acids. Such gas constituents as HCl and SO3 are strong acids and throne will react faster with these acids than with a weak acid such as SO2. Thus, the injected sorbent composition can be used to selectively remove SO3 without substantially decreasing the amount of SO2 in the flue gas stream.
Um esquema de uma forma de realização do processo émostrado na Fig. 2. O forno ou combustor 10 é alimentado com uma fonte decombustível 12, tal como carvão, e com ar 14 para queimar a fonte decombustível 12. Do combustor 10, os gases de combustão são conduzidospara um trocador de calor ou aquecedor de ar 30. Ar ambiente 32 pode serinjetado para diminuir a temperatura do gás de combustão. Um dispositivo deredução catalítica seletiva (SCR) 20 pode ser usado para remover gases deNOx. A saída do trocador de calor ou trocador de ar 30 é conectada a umdispositivo de coleta de particulados 50. O dispositivo de coleta departiculados 50 remove partículas feitas durante o processo de combustão, taiscomo cinzas, do gás de combustão antes de ele ser conduzido para um vasopurificador úmido opcional 54 e então para o gás de chaminé 60 paraexaustão. O dispositivo de coleta de particulados 50 pode ser um precipitadoreletrostático (ESP). Outros tipos de dispositivos de coleta de particulados, taiscomo um alojamento de bolsa, podem ser usados para remoção de sólidos. Oalojamento de bolsa contém filtros para separar partículas feitas durante oprocesso de combustão do gás de combustão.A schematic of an embodiment of the process is shown in Fig. 2. The furnace or combustion 10 is supplied with a fuel source 12, such as coal, and with air 14 to burn the fuel source 12. From the combustor 10, combustion are conducted to a heat exchanger or air heater 30. Ambient air 32 may be injected to lower the temperature of the combustion gas. A selective catalytic reduction device (SCR) 20 can be used to remove NOx gases. The output of the heat exchanger or air exchanger 30 is connected to a particulate collection device 50. The departmental collection device 50 removes particles made during the combustion process, such as ashes, from the flue gas before it is conveyed to a optional humidifier 54 and then for flue gas 60 for exhaust. The particulate collection device 50 may be an electrostatic precipitator (ESP). Other types of particulate collection devices, such as a pouch housing, may be used for solids removal. The bag housing contains filters to separate particles made during the combustion process from the flue gas.
O sistema de remoção de SO3 inclui uma fonte de composiçãosorvente 40. A composição sorvente 40 inclui um aditivo e um sorvente desódio, tal como trona ou bicarbonato de sódio. O sorvente de sódio épreferivelmente trona. A trona é preferivelmente fornecida como partículascom um tamanho de partículas médio entre cerca de 10 mícrons e cerca de 40mícrons, mais preferivelmente entre cerca de 24 mícrons e cerca de 28mícrons. O tamanho de partículas médio do aditivo pode ser geralmente quasedo mesmo tamanho que a trona e é preferivelmente entre cerca de 10 mícronse cerca de 25 mícrons. A composição sorvente está preferivelmente em umaforma granular seca.The SO3 removal system includes a source of sorbent composition 40. Sorbent composition 40 includes an additive and a disodium sorbent such as trone or sodium bicarbonate. Sodium sorbent is preferably throne. The throne is preferably provided as particles with an average particle size between about 10 microns and about 40 microns, more preferably between about 24 microns and about 28 microns. The average particle size of the additive may generally be about the same size as the trone and is preferably between about 10 microns and about 25 microns. The sorbent composition is preferably in a dry granular form.
Uma fonte de trona adequada é trona T-200®, que é uma tronamecanicamente refinada disponibilizada pela Solvay Chemicals. A trona T-200 contém cerca de 97,5% de sesquicarbonato de sódio e tem um tamanhode partículas médio de cerca de 24-28 mícrons, O sistema pode tambémincluir um pulverizador de moinho de esferas, ou outro tipo de moinho, paradiminuir e/ou de outra forma controlar o tamanho de partículas da trona ou deoutras composições sorventes.A suitable throne source is T-200®, which is a finely tuned mechanically available from Solvay Chemicals. The T-200 highchair contains about 97.5% sodium sesquicarbonate and has an average particle size of about 24-28 microns. The system may also include a ball mill sprayer or other type of mill to decrease and / or otherwise controlling the particle size of the highchair or other sorbent compositions.
Foi também verificado que o aditivo pode melhorar aspropriedades de fluxo da trona quando adicionado a ela. Um método defornecimento de um sorvente seco para injeção de gás de combustão incluicombinar o aditivo e a trona para formar uma composição sorvente. O aditivopode ser carbonato de magnésio, carbonato de cálcio, hidróxido de magnésio,hidróxido de cálcio, e misturas destes. A composição sorvente é transportadaem um vaso até um local de uma injeção de gás de combustão. A composiçãosorvente é descarregada do vaso e injetada na corrente de gás de combustão,em que quantidades suficientes de aditivo são combinadas com a trona paraaumentar a escoabilidade da composição sorvente fora do vaso.It has also been found that the additive can improve the flow properties of the highchair when added to it. A method of providing a dry sorbent for flue gas injection includes combining the additive and the throne to form a sorbent composition. The additive may be magnesium carbonate, calcium carbonate, magnesium hydroxide, calcium hydroxide, and mixtures thereof. The sorbent composition is transported in a vessel to a flue gas injection site. The sorbent composition is discharged from the vessel and injected into the flue gas stream, wherein sufficient amounts of additive are combined with the throne to increase the flowability of the sorbent composition out of the vessel.
A composição sorvente é transportada da fonte de composiçãosorvente 40 para o injetor 42. A composição sorvente pode ser transportadapneumaticamente ou por qualquer outro método adequado. Como mostradona Fig. 2. o aparelho de injeção 42 introduz a composição sorvente na seçãode duto de gás de combustão 44, que é disposta em uma posição a montanteda entrada do alojamento de bolsa e preferivelmente à jusante da saída dotrocador de calor. O sistema de injeção é preferivelmente projetado paramaximizar o contato da composição sorvente com o SO3 na corrente de gás decombustão. Qualquer tipo de aparelho de injeção conhecido na técnica podeser usado para introduzir a composição sorvente no duto de gás. Por exemplo,a injeção pode ser realizada diretamente por um edutor acionado por arcomprimido.The sorbent composition is transported from the sorbent composition source 40 to the injector 42. The sorbent composition may be pneumatically transported or by any other suitable method. As shown in Fig. 2, the injection apparatus 42 introduces the sorbent composition into the flue gas duct section 44, which is arranged in a position upstream of the bag housing inlet and preferably downstream of the heat exchanger outlet. The injection system is preferably designed to maximize contact of the sorbent composition with SO3 in the combustion gas stream. Any type of injection apparatus known in the art may be used to introduce the sorbent composition into the gas duct. For example, injection can be performed directly by a compressed air driven eductor.
O processo não requer nenhum equipamento de pasta ou vasoreator se a composição sorvente for armazenada e injetada seca no duto de gásde combustão 44 onde ela reage com o gás ácido. Contudo, o processo podetambém ser usado com umedecimento do gás de combustão ou injeção úmidada composição sorvente. Adicionalmente, os particulados podem sercoletados úmidos através de um vaso purificador úmido 54 se o processo forusado para purificação de névoa ácida. Em particular, o sistema dedessulfurização de gás de combustão pode ser operado de forma que aremoção de SO3 seja realizada pela injeção da composição sorvente no gás decombustão, embora a maior parte do SO2 seja removida pelo purificadorúmido 54.The process does not require any pulp or reactor equipment if the sorbent composition is stored and injected dry in the flue gas duct 44 where it reacts with the acid gas. However, the process can also be used with flue gas wetting or wet injection sorbent composition. Additionally, the particulates may be collected wet through a wet scrubber 54 if the process is used for acid mist purification. In particular, the flue gas sulfurization system may be operated such that removal of SO3 is accomplished by injecting the sorbent composition into the combustion gas, although most of the SO2 is removed by the wet scrubber 54.
O processo pode também ser variado para controlar atemperatura do gás de combustão. Por exemplo, a temperatura do gás decombustão a montante da trona ou de outro sorvente de sódio pode obter atemperatura de gás de combustão desejada onde a composição sorvente éinjetada. Adicionalmente, ar ambiente 32 pode ser introduzido na corrente degás de combustão para diminuir a temperatura do gás de combustão e atemperatura do gás de combustão monitorada onde a composição sorvente éinjetada. Outros métodos possíveis de controlar a temperatura do gás decombustão incluem o uso de trocadores de calor e/ou resfriadores de ar. Oprocesso pode também variar o local de injeção de trona ou incluir múltiploslocais para injeção da composição sorvente.The process may also be varied to control the flue gas temperature. For example, the temperature of the combustion gas upstream of the throne or other sodium sorbent may obtain the desired flue gas temperature where the sorbent composition is injected. Additionally, ambient air 32 may be introduced into the combustion gas stream to decrease the flue gas temperature and the monitored flue gas temperature where the sorbent composition is injected. Other possible methods of controlling the combustion gas temperature include the use of heat exchangers and / or air coolers. The process may also vary the throne injection site or include multiple sites for injection of the sorbent composition.
Para o atingimento de dessulfurização, a composição sorventeé preferivelmente injetada em uma taxa com relação à vazão do SO3 parafornecer uma relação estequiométrica normalizada (NRS) de sódio paraenxofre de cerca de 1,0 ou maior. A NSR é uma medida da quantidade dereagente injetado em relação à quantidade teoricamente requerida. A NSRexpressa a quantidade estequiométrica de sorvente requerida para reagir comtodo o gás ácido. Por exemplo, uma NRS de 1,0 significa que materialsuficiente foi injetado para teoricamente produzir 100 por cento de remoçãodo SO3 no gás de combustão que entra; uma NSR de 0,5 produziriateoricamente 50% de remoção de SO3. A reação de SO3 com o carbonato desódio é muito rápida e eficiente, de forma que uma NSR de somente cerca de1 seja geralmente requerida para a remoção de SO3. A composição sorventepreferivelmente reage com SO3 sobre SO2, então SO3 será removido mesmose grandes quantidades de SO2 estiverem presentes. Preferivelmente, umaNSR menor que 2,0 ou mais preferivelmente menor que 1,5 é usada de talforma que nenhuma redução substancial da concentração de SO2 no gás decombustão causada pela reação com sorvente em excesso.Como os sistemas de remoção de NOx tendem a oxidar SO2existente em SO3, o sistema de injeção pode também ser combinado com umsistema de remoção de NOx. O sistema de injeção de trona pode também sercombinado com outros sistemas de remoção de SOx, tais como bicarbonatode sódio, cal, calcário, etc. de forma a melhorar a performance ou removergases perigosos adicionais, tais como HCl, NOx, e semelhantes.For desulphurization attainment, the sorbent composition is preferably injected at a rate relative to the SO3 flow rate to provide a normalized stoichiometric sodium to sulfur ratio (NRS) of about 1.0 or greater. The NSR is a measure of the amount of injected reactant relative to the theoretically required amount. NSR expresses the stoichiometric amount of sorbent required to react with all acid gas. For example, an NRS of 1.0 means that sufficient materials have been injected to theoretically produce 100 percent removal of SO3 in incoming flue gas; an NSR of 0.5 will theoretically produce 50% SO3 removal. The reaction of SO3 with sodium carbonate is very fast and efficient, so that an NSR of only about 1 is generally required for SO3 removal. The sorbent composition preferably reacts with SO3 over SO2, so that SO3 will be removed even if large amounts of SO2 are present. Preferably, an NSR less than 2.0 or more preferably less than 1.5 is used such that no substantial reduction in the concentration of SO2 in the combustion gas caused by reaction with excess sorbent. As NOx removal systems tend to oxidize existing SO2 In SO3, the injection system can also be combined with a NOx removal system. The highchair injection system can also be combined with other SOx removal systems such as sodium bicarbonate, lime, limestone, etc. in order to improve performance or remove additional hazardous gases such as HCl, NOx, and the like.
Uma planta de geração elétrica usa um precipitadoreletrostático de lado quente (ESP) e sem alojamento de bolsa. A planta usaum catalisador para a remoção de NOx, que causa níveis elevados de SO3 nogás de combustão. A concentração de SO3 no gás de combustão está entrecerca de 100 ppm e cerca de 125 ppm. A trona T-200® da Solvay Chemicals éinjetada para remover SO3 do gás de combustão.An electrical generation plant uses a hot-side electrostatic precipitator (ESP) and no bag housing. The plant uses a catalyst for NOx removal, which causes high levels of SO3 in combustion gases. The concentration of SO3 in the flue gas is about 100 ppm and about 125 ppm. The Solvay Chemicals T-200® Throne is injected to remove SO3 from flue gas.
Como um exemplo comparativo, trona é injetada em umatemperatura de 204,4°C sem aditivo em valores de NSR de cerca de 1,5. Asplacas perfuradas do ESP na planta exibem um acúmulo de sólidossignificativo que requer limpeza freqüente.As a comparative example, throne is injected at a temperature of 204.4 ° C without additive at NSR values of about 1.5. Perforated ESP plates in the plant exhibit a significant solids buildup that requires frequent cleaning.
Uma composição sorvente compreendendo trona e 1% decarbonato de cálcio é injetada no gás de combustão em uma temperatura de204,4°C em valores de NSR de cerca de 1,5. Uma placa perfurada de um ESPna planta após a operação do sistema de remoção de SO3 é relativamente livrede acúmulo de sólidos.A sorbent composition comprising trone and 1% calcium carbonate is injected into the flue gas at a temperature of 204.4 ° C at NSR values of about 1.5. A perforated plate of an ESP in the plant following the operation of the SO3 removal system is relatively free of solids buildup.
De acordo com a presente invenção, o uso de um aditivo reduza quantidade de produtos de rejeito pegajosos no processo de remoção deSO3, comparado com um processo usando trona sem um aditivo sob asmesmas condições de processamento.According to the present invention, the use of an additive reduces the amount of sticky tailings in the SO3 removal process compared to a process using trone without an additive under the same processing conditions.
As formas de realização descritas acima e mostradas aqui sãoilustrativas e não restritivas. O escopo da presente invenção é indicado pelasreivindicações ao invés de pela descrição acima e nos desenhos em anexo. Apresente invenção pode ser realizada em outras formas específicas sem seafastar do espírito da presente invenção. Com isso, estas e outras mudançasque estão dentro do escopo das reivindicações são pretendidas para seremenglobadas aqui.The embodiments described above and shown herein are illustrative and not restrictive. The scope of the present invention is indicated by the claims rather than by the above description and the accompanying drawings. The present invention may be embodied in other specific forms without departing from the spirit of the present invention. Accordingly, these and other changes which are within the scope of the claims are intended to be incorporated herein.
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