CN101024142B - 除硫的飘尘分选系统及其方法 - Google Patents

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Abstract

至少部分地减少硫排放的飘尘颗粒分选系统和方法，包括至少一个具有腔室和至少一个排气装置的混合反应器、至少一个被连接的用于将飘尘颗粒提供给腔室的飘尘来源、至少一个吸附剂来源、和至少一个流体供应系统。该吸附剂来源提供至少一种类型的吸附剂颗粒与飘尘颗粒混合以减少硫排放。腔室中飘尘的量大于腔室中吸附剂颗粒的量。在腔室中的至少部分飘尘颗粒的分选过程中，该流体供应系统给腔室提供至少一种流体。

Description

除硫的飘尘分选系统及其方法
技术领域
一般而言，本发明涉及处理飘尘颗粒的系统和方法，更具体而言，本发明涉及飘尘颗粒的分选(beneficiation)系统，其至少部分地减少了硫排放，和其方法。
背景技术
飘尘颗粒是燃煤发电厂的副产品。这些颗粒构成燃煤总重量的约10％，且若不妥善利用的话，会是一个重大的处理问题。
飘尘颗粒的最大体积和最高价值用途是作为波特兰(Portland)水泥混凝土中的混合物。对于混凝土中的用途而言，飘尘颗粒必须满足严格的化学和物理规格，例如ASTM C-618。通常，飘尘颗粒具有的碳含量妨碍了飘尘颗粒的这种有利用途。因此，必须在某些指定位置处理这些高碳含量的飘尘颗粒。
为利用这些飘尘颗粒，已经研发了利用燃烧过程通过减少碳含量来分选飘尘颗粒的方法和装置，例如美国专利No.5160539和No.5399194中公开的内容，在此均全文引入本文作为参考。经分选的飘尘颗粒可用于代替混凝土中的部分水泥，而非需要进行填埋处理。
遗憾的是，在进行飘尘分选时，由飘尘中的硫形成的气态化合物排放到废气中的环境。随着环境排放标准持续提高，需要控制硫排放的新技术。
允许利用石灰石(CaCO3)来捕获燃烧过程中导致的气态硫化合物的碱性化学反应是众所周知的。例如，在称为烟气脱硫单元(FGD)的设备中与水混合的石灰石被喷入锅炉废气以捕获许多发电厂中的硫或者更简单地作为湿式洗涤器。然而，这些FGD单元需要湿化学的反应动力学(即许多反应出现在液相中)来允许在约300°F的气体入口温度下进行经济有效的硫捕获。
另一个实例是利用流化床燃烧器中的石灰石床层来捕获来自燃烧的燃料如煤和石油焦炭的硫化合物。然而，这些燃烧器需要该床层主要由石灰石组成并且燃料仅为总床层质量的小部分。更重要的，其需要高温，即高于约1375°F，来最优化该硫捕获反应。
图1A-1C中显示了在化学计量比的2倍、2.5倍和3.5倍时硫捕获与温度关系的实例的图和表格。用于描绘这些图的数据来自“Combustion：Fossil Power Systems，”Combustion Engineering，Inc.，出版，1981年，第3版，24-23页，在此将其全文引入本文作为参考。这些图表明对于具有石灰石床层的流化床燃烧器的最佳硫捕获温度在约1550°F。这些图也显示了通过增加石灰石浓度基本上不会改变该最佳温度。石灰石浓度表达为钙(Ca)/硫(S)摩尔比。该比例代表了用于确保高速硫捕获的过量Ca的倍数。该图覆盖了2.0、2.5和3.5的Ca/S摩尔比，其是流化床燃烧器的典型范围并且显示了总体硫捕获随着摩尔比上升，但是最佳温度保持基本恒定。
而且，该图显示了随着温度从最佳温度升高或下降，硫捕获效率迅速降低。这可从图1A-1C中的表格看出(数据点来自上述的CombustionEngineering参考文献)，其列举了流化床中的温度和硫捕获百分率。图1A-1C中的图是通过使用曲线拟合技术来外推这些数据点的温度范围而得出的。该外推表明，如图1A所示，对于2.0摩尔比，在低于约1375°F的温度下极少或者没有硫捕获。甚至在3.5的摩尔比时，相似的分析显示了在低于约1300°F的温度下极少或者没有硫捕获，如图1C所示。
发明内容
根据本发明实施方案的至少部分地减少硫排放的飘尘颗粒分选系统包括：至少一个具有腔室和至少一个排气装置的混合反应器、至少一个被连接的用于将飘尘颗粒提供给腔室的飘尘来源、至少一个吸附剂来源、和至少一个流体供应系统。该吸附剂来源提供至少一种类型的与飘尘颗粒混合以减少硫排放的吸附剂颗粒。腔室中飘尘的量大于腔室中吸附剂颗粒的量。在腔室中的至少部分飘尘颗粒的分选过程中，该流体供应系统给腔室提供至少一种流体。
制备根据本发明实施方案的至少部分地减少硫排放的飘尘颗粒分选系统的方法，包括提供至少一个具有腔室和至少一个排气装置的混合反应器。将至少一个飘尘来源连接到供应飘尘颗粒的腔室。至少一个吸附剂来源供应至少一种类型的与飘尘颗粒混合以减少硫排放的吸附剂颗粒。腔室中飘尘的量大于腔室中吸附剂颗粒的量。至少一个流体供应系统连接于该腔室并且在至少部分飘尘颗粒的分选过程中提供至少一种流体。
根据本发明实施方案的至少部分地减少硫排放的飘尘颗粒分选方法，包括分选导致排出一种或多种气体的飘尘颗粒并且将至少一种类型的吸附剂颗粒加入飘尘颗粒。至少部分吸附剂颗粒与至少部分飘尘颗粒和排气态互作用从而至少部分地减少该一种或多种排气中的硫排放。在分选过程中的飘尘颗粒量大于吸附剂颗粒的量。
本发明提供了许多优点，包括提供有效的至少部分地减少硫排放的飘尘颗粒分选系统和方法。更具体而言，本发明能够在1375°F或其以下的温度、在飘尘分选的最佳温度范围内，以远高于之前所认为可能的效率在飘尘颗粒分选过程中减少硫排放。使得在该较低温度范围能够保证硫的减少的一个因素是使用了具有基本上与飘尘颗粒相同尺寸或者更小尺寸的石灰石颗粒。此外，通过使用粉碎的石灰石，本发明增加了经分选的灰份产品的数量。进一步地，本发明并未损害该经分选的灰份产品的所得商业质量，因为少量的粉碎的石灰石并不会使得该经分选的飘尘产品超出例如ASTM C-618规格的化学限制。
附图说明
图1A是2.0倍化学计量比下的硫捕获与温度关系的图表；
图1A中显示了针对流化床燃烧室中的硫捕获是数据的图表和外推，Ca/S摩尔比为2.0
温度，°F    1421  1429  1447  1475  1500  1551  1600  1627  1658  1673
捕获率，％s  54.0  60.0  70.0  80.0  84.9  88.4  85.4  80.0  70.0  60.0
曲线拟合外推预测在1375°F以下捕获率为0％；
图1B是2.5倍化学计量比下的硫捕获与温度关系的图表；
图1B中显示了针对流化床燃烧室中的硫捕获是数据的图表和外推，Ca/S摩尔比为2.5
温度，°F    1400  1407  1422  1448  1492  1500  1548  1600  1608  1653  1679  1695
捕获率，％s  55.1  60.0  70.0  80.0  90.0  91.1  93.8  90.8  90.0  80.0  70.0  60.0
曲线拟合外推预测在1350°F以下捕获率为0％；
图1C是3.0倍化学计量比下的硫捕获与温度关系的图表；
图1C中显示了针对流化床燃烧室中的硫捕获是数据的图表和外推，Ca/S摩尔比为3.0
温度，°F    1363  1377  1400  1441  1500  1547  1600  1659  1697  1700  1718
捕获率，％s  60.0  70.0  80.0  90.0  96.8  98.6  96.8  90.0  80.0  78.9  70.0
曲线拟合外推预测在1300°F以下捕获率为0％；
图2是根据本发明实施方案的至少部分地减少硫排放的飘尘分选系统的结构图；
图3是根据本发明其它实施方案的至少部分地减少硫排放的另一飘尘分选系统的结构图；
图4是根据本发明其它实施方案的至少部分地减少硫排放的又一飘尘分选系统的结构图；
具体实施方案
图2中所述的是根据本发明实施方案的至少部分地减少硫排放的飘尘分选系统10(1)。该飘尘分选系统10(1)包括流化床反应器12、流体供应系统14、飘尘注射系统16、粉碎的吸附剂注射系统18(1)、排气系统20、任选的反馈控制系统22、和流出系统24，但是该飘尘分选系统10(1)在其它配置中可包括其它数量和类型的组成部分，例如图3和4中显示的那些。本发明提供了用于至少部分地减少硫排放的飘尘颗粒分选系统和方法。
更加具体地参考图2，流化床反应器12是干燥鼓泡流化床，其用于飘尘颗粒43的分选并且也用于硫排放的减少，尽管其它类型和数量的混合良好的反应器也可使用。该流化床反应器12包括腔室26入口28、30、32、34与35、和出口36与38，尽管腔室26可具有其它类型和数量的入口和出口以及其它数量的内部隔间。
流体供应系统14提供可在工艺启动或其它所需阶段被加热的空气至反应器12的腔室26，以在腔室26中流化飘尘颗粒43和吸附剂颗粒50并产生流化床25，尽管流体供应系统14可提供可被加热或者未被加热的其它类型流体至腔室26。在这些具体的实施方案中，流化床25的温度由数种已知方式之一控制到约1375°F或其以下的温度，尽管该流化床可在其它温度操作，例如在约1550°F或其以下的流化床25温度。该流体供应系统14包括鼓风机40和空气预热器42，尽管流体供应系统14在其它配置中可包括其它数量和类型的组成部分并且可使用其它类型的流体供应系统。鼓风机40的出口连接于空气预热器42的入口并且空气预热器42的出口连接于反应器12的入口28，尽管可使用其它配置。
飘尘注射系统16提供并调节飘尘颗粒43向反应器12中的腔室26的流动，尽管可使用其它供应飘尘颗粒43的配置。飘尘颗粒43具有约0.01mm-0.025mm的平均尺寸，不超过约32％的颗粒量保持在0.045mm的湿筛上以适用于进一步的商业用途，尽管飘尘颗粒43的尺寸范围可以变化。在该实施例中，飘尘颗粒43具有约0.02mm的平均直径，尽管该飘尘颗粒43可具有其它尺度。
飘尘注射系统16包括料仓44、进料阀46、和进料管线48，尽管飘尘注射系统16可在其它配置中包括其它数量和类型的组成部分，例如均将飘尘颗粒43供应到腔室26的多个料仓。进料阀46位于并控制进料管线48中供应的飘尘颗粒43的速率，该管线连接料仓44和腔室26的入口30，尽管其它配置也可使用。
吸附剂注射系统18(1)提供并调节吸附剂颗粒50向用于减少硫排放的反应器12中腔室26的流动，尽管可以使用供应吸附剂颗粒的其它配置。在这些实施方案中，吸附剂颗粒50包括粉碎的碳酸钙(石灰石)，尽管可以使用其它类型的吸附剂，例如碳酸镁、白云石、和氧化物例如钙氧化物和/或镁氧化物。将粉碎的石灰石用于吸附剂颗粒50的一个优势是其相对便宜且通常具有关于飘尘产品质量的最小利害关系。吸附剂颗粒50具有的尺寸基本上与飘尘颗粒43的尺寸范围相同或更小。在该特定实施方案中，吸附剂颗粒50具有约0.010mm-0.020mm的平均尺寸，尽管吸附剂颗粒的尺寸范围可能变化。在该实施例中，吸附剂颗粒50具有约0.02mm的平均直径，尽管吸附剂颗粒50均可具有其它尺度。
在吸附剂颗粒50与飘尘颗粒43的尺寸范围基本相同的情况下，流化床反应器12的操作就好像流化床反应器12中仅存在飘尘颗粒43那样。因此，处于该相似尺寸范围的吸附剂50并未干扰飘尘分选过程。此外，吸附剂颗粒50的小尺寸提供了更大的表面积与飘尘颗粒43相互作用从而与任何被释放的硫相互作用以减少硫排放。而且，通过使用具有与飘尘颗粒43尺寸范围基本相同的吸附剂颗粒50，经分选的飘尘产品可以保持在商业目的的最大允许尺寸以下。通常经分选的飘尘的最大允许尺寸是基于ASTM C-618，其需要不超过32％的颗粒量保持在0.045mm湿筛上，尽管该最大尺寸可以基于具体应用而变化。而且，在本发明情况下飘尘颗粒43比吸附剂颗粒50填充了更多的流化床反应器12。
吸附剂注射系统18(1)包括料仓52、进料阀54、和进料管线56(1)，尽管在其它配置中可包括其它数量和类型的组成部分，例如均给腔室26提供吸附剂颗粒50的多个料仓。在吸附剂注射系统18(1)中，定位进料阀54并控制进料管线56(1)中供应吸附剂颗粒50的速率。该进料管线56(1)连接料仓52和腔室26的入口32，尽管可使用其它调节吸附剂颗粒50的流动的配置和方式。例如，在腔室26的分选过程之前，吸附剂颗粒50可与飘尘颗粒43在另一(些)反应器中混合。
循环系统20从腔室26中的出口36排出飘尘颗粒43和一种或多种气体，收集排气中的飘尘颗粒43，并且通过重力将收集的飘尘颗粒43送回腔室26，尽管可使用其它循环系统20的配置。排气系统20包括排气管线58和60，集尘器62例如旋风分离器、袋滤室、静电沉淀器或其它集尘设备，和回收管线66，尽管该循环系统20可在其它配置中包括其它数量和类型的组成部分。排气管线58连接出口36和集尘器62的入口。回收管线66连接集尘器62和腔室26的入口34，尽管可使用其它捕获和重新引入飘尘颗粒43的配置和方式。其它排气管线60排放飘尘颗粒43的分选产生的气体排放物至排气管线72。
反馈控制系统22测量排气管线73中排放的气体中的硫排放物的数量。基于该测量，反馈控制系统22控制与飘尘颗粒43混合的吸附剂注射系统18(1)供应的吸附剂颗粒50的量。尽管显示了反馈控制系统22，但是该反馈控制系统22是任选的并且非必须的。此外，可使用其它类型的封环或者开环反馈系统，例如设定飘尘颗粒43的进料和粉碎的吸附剂颗粒50的进料之间的比例的开环控制系统。
反馈控制系统22包括硫排放监测设备68和反馈处理系统70，尽管反馈控制系统22可在其它配置中包括其它数量和类型的组成部分。该硫排放监测设备68连接排气管线73以测量硫量并且将该测量传送到反馈处理系统70。反馈处理系统70偶联于进料阀54和硫排放监测设备68并且调节进料阀54通过进料管线56(1)供应到腔室26的吸附剂颗粒50的量，以响应所测的硫排放量，尽管可使用其它配置。
反馈处理系统70包括中央处理单元(CPU)或处理器和存储器，它们通过总线或者其它连接而偶联到一起，尽管在其它配置中可使用其它数量和类型的组成部分和可使用其它类型的控制系统。处理器针对本发明的一个或多个方面执行所存储的指示程序，包括控制将与飘尘颗粒43混合的吸附剂颗粒50的数量以响应于硫排放量，其如本文记载和所述。存储器存储这些编程的指示用于处理器的执行。例如系统中的随机存取存储器(RAM)或只读存储器(ROM)、软盘、硬盘、CD ROM、或者其它计算机可读介质(其通过偶联于处理器的磁场、光学、或者其它读和/或写系统读取和/或写入的许多种不同类型的存储器存储设备)可用于该存储器来存储这些编程的指示。
流出系统24输出现已适用于其它应用的经分选的飘尘颗粒，所述应用例如代替混凝土中的部分水泥。流出系统24包括连接于出38和排气管线60的流出管线72、气体/产品冷却器系统80、冷却水供应82、集尘系统84、和诱导通风(ID)扇系统86，尽管流出系统24在其它配置中可包括其它数量和类型的组成部分。该经分选的飘尘颗粒和气体通过排气管线72供应至气体/产品冷却器系统80。气体/产品冷却器系统80接收来自用于冷却该经分选的飘尘颗粒和气体的水供应82的冷却水供应，尽管可使用其它流体和/或冷却系统。冷却的经分选的飘尘颗粒和气体从冷却器体系80输出至集尘器系统84，该集尘器系统分离并输出经分选的飘尘颗粒并且在ID风扇系统86的帮助下排出气体。部分经分选的飘尘颗粒通过入口35返回腔室26以帮助控制和调节流化床25的温度。在这些实施方案中，腔室26中流化床25的温度等于或者低于约1375°F，尽管腔室26中的流化床25可在其它温度下操作。
图3中显示的飘尘分选系统10(2)与图2中显示的飘尘分选系统10(1)完全相同，除了在此描述的部分以外。图3中相似于图2中的元件具有相似的附图标记。在该实施方案中，吸附剂注射系统18(2)包括料仓52、进料阀54、和进料管线56(2)，尽管飘尘注射系统18(2)可在其它配置中包括其它数量和类型的组成部分，例如均供应吸附剂颗粒50的多个料仓和其它类型的计量系统。进料阀54位于进料管线56(2)中并控制通过进料管线56(2)供应到飘尘注射系统16的料仓44的吸附剂颗粒50的速率，尽管其它配置也可使用。
图4中显示的飘尘分选系统10(3)与图2中显示的飘尘分选系统10(1)完全相同，除了在此描述的部分以外。图4中相似于图2中的元件具有相似的附图标记。在该实施方案中，吸附剂注射系统18(3)包括料仓52、进料阀54、和进料管线56(3)，尽管飘尘注射系统18(3)可在其它配置中包括其它数量和类型的组成部分，例如均供应吸附剂颗粒50的多个料仓和其它类型的计量系统。进料阀54位于进料管线56(3)中并控制通过进料管线56(3)供应到循环系统20的吸附剂颗粒50的速率，尽管可使用其它配置和位置来注射吸附剂颗粒50。
现将参考图2描述飘尘分选系统10(1)的操作。飘尘颗粒43从料仓44通过进料管线48经由入口30被引入流化床反应器12的腔室26中。飘尘颗粒43的供应速率通过进料阀46控制，尽管可采用其它供应和计量飘尘颗粒43进入腔室26的流量的方式。
此外，为减少硫排放，吸附剂颗粒50例如碳酸钙(石灰石)、碳酸镁、白云石、和氧化物例如钙氧化物和/或镁氧化物从料仓52经由进料管线56(1)进入流化床反应器12的腔室26。吸附剂颗粒供应的速率通过进料阀54计量并且由反馈控制系统22控制，尽管可以采用其它用于供应、计量和控制吸附剂颗粒50进入腔室26的方式。在本发明情况下，流化床反应器12中沉积的飘尘颗粒43量大于吸附剂颗粒50。
空气被风扇40抽入并可被预加热器42加热到所需温度用于启动或者其它需要，尽管在操作中预热并非必要的并且可使用其它类型的流体。空气供应到腔室26的入口28并且引起腔室26中飘尘颗粒43和吸附剂颗粒50的流化和混合。风扇40以至少约0.5英尺/秒、但低于3.0英尺/秒的空塔速率(在如果没有飘尘颗粒43存在的情况下，在流化床操作温度和压力下的实际上升气速)将空气供应到腔室26中。由于吸附剂颗粒50和飘尘颗粒43具有基本上相同的尺寸，流化床反应器12在与似乎仅有飘尘颗粒43存在于流化床反应器12中的情况相同的方式操作。此外，吸附剂颗粒50的小尺寸也提供了更大的表面积来与飘尘颗粒43相互作用以减少硫排放。
随着飘尘颗粒43和吸附剂颗粒50穿过腔室26中的流化床25，它们与通过入口28的强制上升的空气密切混合。空气内的氧气与飘尘颗粒43发生化学反应以氧化其中的部分碳并因此减少了飘尘颗粒43中的碳含量。空气中的氧气也与飘尘颗粒43发生化学反应以氧化其中的部分硫。碳和硫的氧化产生热量。此外，吸附剂颗粒50与飘尘颗粒43中硫的氧化过程中释放的硫氧化物相互作用以产生副产品，例如硫酸钙无水石膏(CaSO4)并因此减少任何排气中的硫排放。控制腔室26的尺寸和流化床25的水平使得飘尘颗粒43在流化床25中具有至少两分钟的停留时间，尽管该停留时间可基于具体应用而变化。
热气体和一些飘尘颗粒43在腔室26中上升并且循环出去而通过出口36进入排气管线58并上升至集尘器62。集尘器62使任何主要是灰尘状性质的飘尘颗粒43与排气分离。集尘器62中收集的飘尘颗粒43通过重力经由回收管线66进入腔室26的入口34而返回腔室26。来自集尘器62的经收集的飘尘颗粒43重新进入腔室26的速率可以计量。排气离开集尘器62进入偶联于排气管线72的另一排气管线60以与在出口38排出的经分选的飘尘颗粒混合。
硫排放监测设备68连接于排气管线73，其测量排气中硫排放量并将测量值输送到反馈处理系统70。基于硫排放的测量值，反馈处理系统70确定是否需要调节供应到腔室26的吸附剂颗粒50的量。若需要调节，则反馈处理系统70控制进料阀56以调节吸附剂颗粒50供应到腔室26的速率，尽管可采用其它控制供应吸附剂颗粒50的速率的方式。
尽管显示了反馈控制系统22，然而反馈控制系统22也是任选并且非必要的。此外，可使用其它类型的环或者开环反馈系统，例如设定飘尘颗粒43的进料和粉碎的吸附剂颗粒50的进料之间的比例的开环控制系统。
经分选的飘尘颗粒和吸附剂颗粒50与硫相互作用所得的副产品通过出口38离开腔室26中的流化床25进入排气管线72。经分选的飘尘颗粒和气体被气体/产品冷却器系统80所冷却，该冷却器系统接受来自冷却水系统82的冷却水。经分选的飘尘颗粒和气体由排气管线72供应至气体/产品冷却器系统80。气体/产品冷却器系统80接收来自水供应82的冷却水供应并且冷却该经分选的飘尘颗粒和气体，尽管可使用其它流体和/或冷却系统。冷却的经分选的飘尘颗粒和气体从冷却器体系80输出至集尘器系统84，该集尘器系统分离并输出经分选的飘尘颗粒并且在ID风扇系统86的帮助下排出气体。部分经分选的飘尘颗粒通过入口35返回腔室26以帮助控制和调节流化床25中的温度。在这些实施方案中，腔室26中流化床25中的温度等于或者低于约1375°F，尽管腔室26中的流化床25可在其它温度下操作。
本发明分选的产品飘尘具有足够低的碳含量使其在勿需进一步处理的情况下用作混凝土中部分水泥的替代物或者用于其它应用，例如作为矿物填充剂或者作为混凝土添加剂以给混凝土提供更好的性能。在这些实施方案中，该经分选的产品飘尘具有的碳含量少于约6％且经常少于2％，尽管在该经分选的飘尘中碳含量可以变化。
图3中显示的飘尘分选系统10(2)的操作与图2中显示的飘尘分选系统10(1)的操作完全相同，除了在此描述的部分以外。在该实施方案中，来自吸附剂颗粒50的料仓52的进料管线56(2)连接于飘尘注射系统16的料仓44，尽管可采用其它配置。因此，吸附剂颗粒50在被引入腔室26之前被加入并且可与飘尘颗粒43混合。
图4中显示的飘尘分选系统10(3)的操作与图2中显示的飘尘分选系统10(1)的操作完全相同，除了在此描述的部分以外。在该实施方案中，来自吸附剂颗粒50的料仓52的进料管线56(3)连接于并将吸附剂颗粒50引入到循环系统20的集尘器62，尽管可采用其它用于注射吸附剂颗粒50的配置和位置。因此，吸附剂颗粒50通过循环系统20被引入到腔室26中。
因此，本发明提供了有效的分选飘尘的系统和方法，其至少部分地减少硫排放。此外，本发明能够在1375°F或以下的温度分选飘尘颗粒的过程中减少硫排放。使得在该较低温度范围能够保证硫的减少的一个因素是使用了具有基本上与飘尘颗粒尺寸相同或者更小的尺寸范围的石灰石颗粒。此外，本发明增加了经分选的灰份产品的数量。最后，因为少量的粉碎石灰石并不会使得该经分选的飘尘产品超出例如ASTM C-618规格的化学限制，本发明并未损害该经分选的灰份产品的所得商业质量。
实施例
重量为35lb的飘尘加入一个小的间歇式流化床飘尘处理单元，如Cochran的美国专利5160539所述。粉碎的石灰石以2∶1的摩尔比加入。将该单元加热到自燃温度(在约900°F处)，除去外部热量，允许床层温度上升到1300°F且允许碳燃烧继续完成。飘尘中的碳从13.3％减少到0.3％。注意碳和硫的氧化甚至在室温时也以极低速率发生。自燃温度指氧化速率剧烈增长的温度点(且随后可称为燃烧)并且该工艺可以自我维持而勿需应用外部热量。在处理之前床层中的总硫量是0.0665lb。当床层温度最初达到1300°F时，总硫量为0.03231b且床层碳含量是6.1％。如预期的那样，部分碳在加热阶段和自燃之后并攀升到所控制的床层温度之前都发生了氧化。同样，大量的硫已经燃烧和失去了。这表明，如预期的那样，硫捕获速率在加热和自燃后的升温期间的较低温度并未与硫氧化速率一样迅速上升。然而，在1300°F的控制床层温度下进行的运行完成后，床层碳含量为0.3％且床中硫总量为0.0334lb(在测量精度范围内，自从达到1300°F后就基本未变)。总体而言，50.2％的原始硫在处理期间被捕获并保持于床层中。然而，在床层温度维持在1300°F期间，捕获速率非常接近于100％。这就暗示了在1300°F时有极高硫捕获速率和在从900°F的自燃温度攀升到1300°F期间有相对较低但是仍然相当高的硫捕获速率。
在另一实施例中，对来自不同商业来源的粉碎的石灰石使用相同的装置、飘尘和工序。粉碎的石灰石以2∶1的摩尔比加入。将该单元加热到自燃温度(在约900°F处)，除去外部热量，允许床层温度上升到1300°F且允许碳燃烧继续完成。飘尘中的碳从12.5％减少到0.6％。在处理之前床层中的总硫量是0.06651b。当床层温度最初达到1300°F时，总硫量为0.0430lb且床层碳含量是7.5％。在1300°F的控制床层温度下进行的运行完成后，床层碳含量为0.6％且床中硫总量为0.04311b(在测量精度范围内，自从达到1300°F后就基本未变)。总体而言，64.8％的原始硫在处理期间被捕获并保持于床层中。然而，在床层温度维持在1300°F期间，捕获速率非常接近于100％。这就暗示了在1300°F时有极高硫捕获速率和在从900°F的自燃温度攀升到1300°F期间有相对较低但是仍然相当高的硫捕获速率。
在另一实施例中，对不同发电厂的飘尘和第三商业来源的粉碎石灰石使用相同的装置和工序。该粉碎的石灰石以1∶1的摩尔比加入。将该单元加热到自燃温度(在约900°F处)，除去外部热量，允许床层温度上升到1300°F且允许碳燃烧继续完成。飘尘中的碳从11.7％减少到0.5％。在处理之前床层中的总硫量是0.09451b。当床层温度最初达到1300°F时，总硫量为0.0495lb且床层碳含量是6.4％。在1300°F的控制床层温度下进行的运行完成后，床层碳含量为0.5％且床中硫总量为0.0527lb(在测量精度范围内，自从达到1300°F后就基本未变)。总体而言，55.8％的原始硫在处理期间被捕获并保持于床层中。然而，在床层温度维持在1300°F期间，捕获速率非常接近于100％。这就暗示了在1300°F时有极高硫捕获速率和在从900°F的自燃温度攀升到1300°F期间有相对较低但是仍然相当高的硫捕获速率。
在另一实施例中，对来自三个不同发电厂的飘尘的混合物和含有大约相等份数的石灰石(CaCO3)和白云石(MgCO3)的含白云石的石灰石(然而，注意含白云石的石灰石有时写作CaMg(CO3)2)使用相同的装置和工序。该含白云石的石灰石以Ca+Mg/S摩尔比仅1∶1的比例加入。将该单元加热到自燃温度(在约900°F处)，除去外部热量，允许床层温度上升到1300°F且允许碳燃烧继续完成。飘尘中的碳从12.0％减少到0.4％。在处理之前床层中的总硫量是0.0772lb。当床层温度最初达到1300°F时，总硫量为0.0351lb且床层碳含量是6.9％。在1300°F的控制床层温度下进行的运行完成后，床层碳含量为0.4％且床中硫总量为0.0378lb(在测量精度范围内，自从达到1300°F后就基本未变)。总体而言，49.0％的原始硫在处理期间被捕获并保持于床层中。然而，在床层温度维持在1300°F期间，捕获速率非常接近于100％。这就暗示了在1300°F时有极高硫捕获速率和在从1000°F的自燃温度攀升到1300°F期间有相对较低但是仍然相当高的硫捕获速率。
在最后的实施例中，将如Cochran的美国专利5160539中所述的中试规模连续流化床飘尘处理单元用于处理飘尘和石灰石混合成约1.04∶1摩尔比的流。在开始添加石灰石之前，使该单元进入在1300°F的床层温度的或多或少的稳态操作。在85分钟的测量期间，含8.48％碳和0.69％硫的飘尘在12421b/hr的平均速率下加入。此时含有1.1％碳和0.65％硫的产品灰份以1148lb/hr的计算速率从该单元排出(由于燃烧的碳和硫量，该排出速率低于进料速率)。这代表了87.1％的硫捕获速率(产品中的总硫量除以进料中引入的总硫量)。
所有这些实施例利用的1300°F床层温度是飘尘处理中的常用温度。即使具有1∶1-2∶1的低摩尔比，其出乎预料地论证了在该温度的高硫捕获速率。此外，最初的4个实施例证明了甚至在较低温度下也会出现巨大的硫捕获。
在此描述了本发明的基本概念，对于本领域技术人员显而易见的是上述的详细公开内容仅意图通过举例而陈述，且并非限制性的。尽管在此没有直接陈述，但是对于本领域技术人员而言，多种改变、改进、和修饰将会出现并且是能够预料的。在此这些改变、改进和修饰都得到了本发明的暗示，并且处在本发明的精神和范围之内。此外，所述的处理元件的顺序或序列、或者数目、字母或者其它名称的使用因此也无意将所述工艺限制到任何级别，除了权利要求中可能指明的那些。因此，本发明仅通过以下权利要求及其等同方案限制。

Claims (43)

1.至少部分地减少硫排放的飘尘颗粒分选系统，该系统包括：
至少一个具有腔室和至少一个排气装置的混合反应器；
至少一个被连接的用于将飘尘颗粒提供给腔室的飘尘来源；
至少一个吸附剂来源，其提供至少一种类型的与飘尘颗粒混合以减少硫排放的吸附剂颗粒，其中腔室中飘尘的量大于腔室中吸附剂颗粒的量；和
至少一个流体供应系统，在腔室中的至少部分飘尘颗粒的分选过程中，该流体供应系统给腔室提供至少一种流体。
2.权利要求1所述的系统，其中在腔室中具有吸附剂颗粒的飘尘颗粒的流化床的操作温度等于或者低于1375°F。
3.权利要求1所述的系统，其中所述排气装置中的硫排放减少50％。
4.权利要求1所述的系统，其中所述排气装置中的硫排放基本得以消除。
5.权利要求1所述的系统，其中吸附剂颗粒包括碳酸钙、碳酸镁、钙氧化物和镁氧化物的至少一种。
6.权利要求1所述的系统，其中吸附剂颗粒具有的平均颗粒尺寸与飘尘颗粒的平均颗粒尺寸基本相同或者更小。
7.权利要求6所述的系统，其中吸附剂颗粒具有的平均颗粒尺寸为0.010mm-0.020mm。
8.权利要求1所述的系统，其中混合反应器腔室中所提供的与硫反应的吸附剂颗粒部分与飘尘颗粒中的硫量的比例至少为1∶1。
9.权利要求8所述的系统，其中反应器腔室中所提供的与硫反应的吸附剂颗粒部分与飘尘颗粒中的硫量的比例至少为2∶1。
10.权利要求1所述的系统，其中所述至少一个吸附剂来源提供与腔室中的飘尘颗粒混合的吸附剂颗粒。
11.权利要求1所述的系统，其中所述至少一个吸附剂来源提供吸附剂颗粒给至少一个飘尘源以在供应到腔室之前与飘尘颗粒混合。
12.权利要求1所述的系统，其中在被供应到腔室之前所述至少一个吸附剂来源提供吸附剂颗粒给循环系统。
13.权利要求1的系统，进一步包括控制系统，其控制与飘尘颗粒混合的吸附剂颗粒量。
14.权利要求1所述的系统，其中流体供应系统进一步包括：
至少一个加热器，其至少在启动期间加热所述至少一种流体；和
至少一个风扇，其提供所述至少一种流体给所述至少一个加热器。
15.一种制备至少部分地减少硫排放的飘尘颗粒分选系统的方法，该方法包括：
提供至少一个具有腔室和至少一个排气装置的混合反应器；
将至少一个飘尘来源连接到供应飘尘颗粒的腔室；
提供供应至少一种类型的与飘尘颗粒混合以减少硫排放的吸附剂颗粒的至少一个吸附剂来源，其中腔室中飘尘的量大于腔室中吸附剂颗粒的量；和
使至少一个流体供应系统连接于该腔室，该流体供应系统在至少部分飘尘颗粒的分选过程中提供至少一种流体。
16.权利要求15所述的方法，其中在腔室中具有吸附剂颗粒的飘尘颗粒的流化床的操作温度等于或者低于1375°F。
17.权利要求15所述的方法，其中所述排气装置中的硫排放减少50％。
18.权利要求15所述的方法，其中所述排气装置中的硫排放基本得以消除。
19.权利要求15所述的方法，其中吸附剂颗粒包括碳酸钙、碳酸镁、钙氧化物和镁氧化物的至少一种。
20.权利要求15所述的方法，其中吸附剂颗粒具有的平均颗粒尺寸与飘尘颗粒的平均颗粒尺寸基本相同或者更小。
21.权利要求20所述的方法，其中吸附剂颗粒具有的平均颗粒尺寸为0.010mm-0.020mm。
22.权利要求15所述的方法，其中混合反应器腔室中所提供的与硫反应的吸附剂颗粒部分与飘尘颗粒中的硫量的比例至少为1∶1。
23.权利要求22所述的方法，其中反应器腔室中所提供的与硫反应的吸附剂颗粒部分与飘尘颗粒中的硫量的比例至少为2∶1。
24.权利要求15所述的方法，其中所述至少一个吸附剂来源提供与腔室中的飘尘颗粒混合的吸附剂颗粒。
25.权利要求15所述的方法，其中所述至少一个吸附剂来源提供吸附剂颗粒给至少一个飘尘源以在供应到腔室之前与飘尘颗粒混合。
26.权利要求15所述的方法，其中在被供应到腔室之前所述至少一个吸附剂来源提供吸附剂颗粒给循环系统。
27.权利要求15所述的方法，进一步包括控制系统，其控制与飘尘颗粒混合的吸附剂颗粒量。
28.权利要求15所述的方法，其中流体供应系统进一步包括：
至少一个加热器，其至少在启动期间加热所述至少一种流体；和
至少一个风扇，其提供所述至少一种流体给所述至少一个加热器。
29.一种至少部分地减少硫排放的飘尘颗粒分选方法，包括：
分选导致排出一种或多种气体的飘尘颗粒；
并且将至少一种类型的吸附剂颗粒加入飘尘颗粒，其中至少部分吸附剂颗粒与至少部分飘尘颗粒和排气态互作用从而至少部分地减少该一种或多种排气中的硫排放，其中在分选过程中飘尘颗粒的量大于吸附剂颗粒的量。
30.权利要求29所述的方法，其中具有吸附剂颗粒的飘尘颗粒的流化床的操作温度等于或者低于1375°F。
31.权利要求29所述的方法，其中硫排放减少50％。
32.权利要求29所述的方法，其中硫排放基本得以消除。
33.权利要求29所述的方法，其中吸附剂颗粒包括碳酸钙、碳酸镁、钙氧化物和镁氧化物的至少一种。
34.权利要求29所述的方法，其中吸附剂颗粒具有的平均颗粒尺寸与飘尘颗粒的平均颗粒尺寸基本相同或者更小。
35.权利要求34所述的方法，其中吸附剂颗粒具有的平均颗粒尺寸为0.010mm-0.020mm。
36.权利要求29所述的方法，其中混合反应器腔室中所提供的与硫反应的吸附剂颗粒部分与飘尘颗粒中的硫量的比例至少为1∶1。
37.权利要求36所述的方法，其中所提供的与硫反应的吸附剂颗粒部分与飘尘颗粒中的硫量的比例至少为2∶1。
38.权利要求29所述的方法，其中吸附剂颗粒与混合反应器腔室中的飘尘颗粒混合。
39.权利要求29所述的方法，其中吸附剂颗粒在供应到混合反应器腔室之前在循环系统中与至少部分飘尘颗粒混合。
40.权利要求29所述的方法，进一步包括控制与飘尘颗粒混合的吸附剂颗粒量。
41.权利要求29所述的方法，进一步包括至少在启动期间加热，至少一种用于飘尘颗粒分选过程中的流体。
42.权利要求29所述的方法，其中该分选进一步包括在分选期间提供至少一种流体。
43.权利要求40所述的方法，其中提供至少一种流体的步骤进一步包括在启动期间加热该至少一种流体。
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