CN105381680A - 使用干吸附剂喷射的酸性气体去除 - Google Patents

使用干吸附剂喷射的酸性气体去除 Download PDF

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Abstract

提供了使用基于双碱法在下游再生吸附剂的干吸附剂喷射技术从热烟道气脱硫或去除酸性气体的系统和方法。由此，石灰和烟道气二氧化碳用于制备干吸附剂碳酸氢钠的过程。

Description

使用干吸附剂喷射的酸性气体去除
公开领域
本公开提供了使用基于双碱法的干吸附剂喷射技术从热烟道气脱硫或去除酸性气体的系统和方法。更特别地，本公开提供了用于从热烟道气脱硫或去除酸性气体的系统和方法，其使用基于使用石灰和烟道气二氧化碳在下游再生吸附剂的干吸附剂喷射技术。
公开背景
用于商业制备碳酸氢钠的常规技术在来自先前反应的废反应液中溶解苏打灰，其由包含少量溶解的苏打灰和碳酸氢钠的水构成。随后使这种溶液碳酸盐化来沉淀碳酸氢钠晶体。碳酸氢钠晶体与液体分离并干燥以产生高纯度、高密度晶体。常规方法的缺点在于该过程需要数个步骤，并且必须使用分离设备，干燥产物，和处理大量的液体。
碳酸氢钠还可以通过不同的干碳酸化技术来制备。在美国专利276,990和574,089中，碳酸氢钠产物通过将水合苏打灰置于旋转筒体中，并随后将二氧化碳引入至所述筒体来形成。这两件专利均教导了约五个或六个小时的反应时间。
美国专利3,647,365教导了在多级反应器中由水合苏打灰、少量的水和二氧化碳来制备低密度的中空碳酸氢钠珠的方法。这种方法需要数个步骤，并且必须缓慢地进行，碳酸化作用时间超过一个小时，并且干燥时间要花费最多八个小时。此外，苏打灰必须首先在分离步骤中水合，并且反应必须在大于95.7°F的温度下进行，从而获得商业上可接受的反应速率。
最近，美国专利4,459,272公开了通过包含碳酸钠的固体微粒材料与液体水在富含二氧化碳的气氛中反应来制备碳酸氢钠的方法。微粒物质在内部搅拌或者外部旋转或者振动反应器中与水和二氧化碳混合。这种反应在125°F至240°F的温度下、在包含20％至90％体积的二氧化碳气氛中执行。所述方法在降低的水蒸气分压下执行，从而促使水由反应的碳酸盐颗粒的表面的蒸发，并在反应器气氛中维持高二氧化碳分压。由所述方法形成的产物具有高至50-60lbs/ft3的表观体积密度。
每个在先描述的干碳酸化技术均承受特定的缺点。在每种方法中，二氧化碳浓度必须是高的，并且反应温度必须也是高的，或者反应速率为抑制地低的。这些方法均无法在低温和低二氧化碳浓度下以商业可接受的反应速率制备碳酸氢钠。
碳酸氢钠也在干吸附剂喷射技术中制备并利用，用于去除源自燃烧化石燃料燃烧器的燃烧气体所散发出的二氧化硫。这样的技术在最近引起了相当大的注意，特别是因为对于从烟道气去除潜在危害的二氧化硫，它们呈现了最低的“第一成本，，替代。碳酸氢钠已被证明是用于干吸附剂喷射方法的非常有效的吸附剂。然而，目前制造的医药级碳酸氢钠的成本为其用于该目的时的主要缺陷。
美国专利3,846,535和4,385,039公开了由通过利用碳酸氢钠的干吸附剂喷射而形成的包含硫酸盐的固体废弃物来再生碳酸氢钠的方法。根据美国专利3,846,535，再生步骤通过形成包含废弃物的硫酸钠水溶液，并使用碳酸氢铵处理这样的溶液以沉淀碳酸氢钠来实现。碳酸氢钠随后被分离、干燥和回收，用于进一步的使用。根据美国专利4,385,039，再生步骤涉及在包含硼酸根离子和/或氨的碱性液体中溶解固体脱硫反应产物。这种液体的碳酸化将导致碳酸氢钠沉淀。所公开的这些方法中的每一种均遭受着要使用复杂的和资本密集型的设备和方案操作。
需要用于制造在干烟道气脱硫过程中使用的碳酸氢钠的改进方法，其并不需要在现有技术的方法中所需要的多个操作和系统。此外，需要用于制造直接用于烟道气脱硫的碳酸氢盐吸附剂的有效而经济的方法。
公开概述
本发明的系统和方法为干烟道气脱硫系统，其使用碳酸氢钠干吸附剂喷射从发电设备或其它工业设备产生的烟道气中去除酸性气体(SO2、SO3、HCl、HF)，具有使用双碱法的集成碳酸氢钠吸附剂再生。据此，本发明的系统使用可操作以将吸附剂喷射至管道内的喷射器，设备烟道气经过所述管道流至特定的收集装置。通过将吸附剂直接喷射至具有热烟道气流的管道内，资本和运行成本显著地低于其它的商用排放控制系统。所喷射的吸附剂有效地实现了烟道气酸性气体去除。微粒收集装置内的过滤器用于从流经其中的烟道气收集废吸附剂、未使用的吸附剂和例如飞灰的微粒。碱反应器用于使在微粒收集装置内收集的废吸附剂、未使用的吸附剂和微粒与石灰、水和空气反应以产生氢氧化钠和石膏。所产生的石膏可被丢弃或者用于制造建筑材料。二氧化碳反应器用于使在碱反应器中制备的氢氧化钠与烟道气二氧化碳反应以产生用于喷射的碳酸氢钠吸附剂。氢氧化钠与二氧化碳的反应产生在本发明的系统中使用的碳酸氢钠吸附剂。由此，用于排放控制的吸附剂成本显著地降低。
本发明的干烟道气脱硫方法使用半干吸附剂(浆料形式)喷射，将吸附剂喷射至设备烟道气流经其中的管道内。通过将吸附剂直接喷射至含有热烟道气流的管道内，这种方法显著地降低资本和运行成本，相对于那些市售排放控制系统。所述吸附剂被喷射至烟道气管道内，用于通过所述吸附剂去除烟道气酸性气体SO2、SO3、HCl、HF。收集废吸附剂、未使用的吸附剂和例如飞灰的其它烟道气微粒使用微粒收集装置内的过滤器完成。由此，从流经微粒收集装置的烟道气收集的废吸附剂、未使用的吸附剂和烟道气微粒可用于再生吸附剂。使所收集的废吸附剂、未使用的吸附剂和烟道气微粒与石灰、水和空气反应，产生氢氧化钠和石膏。所产生的氢氧化钠和石膏可在例如旋液分离器的产物分离器中分离。所产生的石膏可被丢弃或者用于制造建筑材料等。使所产生的氢氧化钠与相对小的烟道气二氧化碳分流(slipstream)反应产生用于喷射的碳酸氢钠吸附剂。通过本发明方法再生碳酸氢钠吸附剂，用于排放控制的吸附剂成本显著地降低。
总的来说，本发明的干烟道气脱硫系统包含：喷射器，其可操作以将吸附剂喷射至设备烟道气通过其流至微粒收集装置的管道内，用于通过所述吸附剂去除烟道气酸性气体；所述微粒收集装置内的过滤器，其可操作以从流经其中的烟道气收集废吸附剂；碱反应器，其可操作以使废吸附剂、石灰、水和空气反应，产生氢氧化钠和石膏；以及二氧化碳反应器，其可操作以使氢氧化钠和烟道气二氧化碳反应，产生用于喷射的碳酸氢钠吸附剂。在这种系统内使用和产生的吸附剂为碳酸氢钠。微粒收集装置使用织物或静电过滤器来收集废吸附剂。所收集的和经反应的废吸附剂产生在例如旋液分离器的产物分离器中可分离的氢氧化钠和石膏。任选地，在吸附剂的制备中，废吸附剂可以在与石灰反应之前与硫酸反应。使用本发明的系统，烟道气酸性气体包括SO2、SO3、HCl和HF，并且去除包括脱硫作用。
总的来说，本发明的干烟道气脱硫方法包含：将吸附剂喷射至设备烟道气经过其流至微粒收集装置的管道内，用于通过吸附剂去除烟道气酸性气体；利用微粒收集装置内的过滤器从流经其中的烟道气收集废吸附剂；使废吸附剂、石灰、水和空气反应以产生氢氧化钠和石膏；并使氢氧化钠与烟道气二氧化碳反应，从而产生用于喷射的吸附剂。用于本发明方法的吸附剂为碳酸氢钠。在微粒收集装置内使用的过滤器为织物或静电过滤器。所产生的氢氧化钠和石膏在例如旋液分离器的产物分离器中可分离。任选地，在制备碳酸氢钠时，废吸附剂可以在与石灰反应之前与硫酸反应。根据本发明方法，烟道气酸性气体包括SO2、SO3、HCl和HF，并且去除包括脱硫作用。
本公开的其它特征和优点将根据下文的详细说明而显而易见，其中优选的实施方案结合附图进行详细的说明。
附图简述
本公开现在将参考附图进行更加详细的说明，其中：
图1为根据本发明一种实施方案的系统的示意图；
图2为根据本发明另一种实施方案的系统的示意图；
图3为根据本发明另一种实施方案的系统的示意图。
详述
现在参考附图，其中相似的附图标记表示相似的部件，并且特别是对于图1，其中本发明的干烟道气脱硫系统10接收源自发电或其它工业设备12燃烧化石燃料或废燃料的燃烧炉或锅炉12a的热烟道气FG流。由化石燃料或废燃料燃烧炉或锅炉12a产生的热烟道气FG包括酸性气体，例如SO2、SO3、HCl和HF。热烟道气FG进入在燃烧炉或锅炉12a和微粒收集器16之间流体连接的喷射管道14。源自碳酸氢钠源20的碳酸氢钠18通过流体连接管道/导管22输送至用于干吸附剂喷射(DSI)或者其中所喷射的吸附剂还可以是浆料形式的半干吸附剂喷射的喷射器24，进入烟道气FG流经其中的喷射管道14。在喷射管道14内，所喷射的碳酸氢钠18与烟道气FG内例如SO2、SO3、HCl和HF的酸性气体反应，以从烟道气FG去除例如SO2、SO3、HCl和HF的酸性气体，并产生反应产物26。例如，碳酸氢钠与烟道气FGSOX根据在下文的方程EQ1、EQ2和EQ3中提供的以下反应来反应。
2NaHCO3+热量(源自FG)→Na2CO3+H2O+CO2(EQ1)
Na2CO3+SO2→Na2SO3+CO2(EQ2)
Na2CO3+SO3→Na2SO4+CO2(EQ3)
含有由此去除的例如SO2、SO3、HCl和HF的酸性气体的烟道气FG从喷射管道14流至流体连接的微粒收集器16内。在微粒收集器16内，干反应产物26的至少一部分、未反应的碳酸氢钠和碳酸钠、和在烟道气FG中夹带的飞灰通过过滤器28由此去除，并在底部料斗30中收集。与过滤的干反应产物26混合在一起的未反应的碳酸氢钠和碳酸钠的存在，导致由流经微粒收集器16的过滤器28的烟道气FG进一步收集SO2、SO3、HCl和HF。典型地，微粒收集器16为具有多个过滤器28的织物过滤器。然而，本领域技术人员将会理解的是，可以使用其它类型的过滤系统和其它类型的过滤器或静电沉淀器。所以，总的来说，碳酸氢钠18为新制备的浆料，将其喷射至微粒收集器16的系统上游。根据方程式EQ1，碳酸氢钠在烟道气FG热量的存在下分解为碳酸钠、二氧化碳和水。碳酸钠进一步与酸性气体反应，并且反应产物和未反应的碳酸氢钠18以及碳酸钠一起收集于微粒收集器16中。
干反应产物26，例如亚硫酸钠和硫酸钠，与在其中混合的未反应的碳酸氢钠、碳酸钠和飞灰一起由微粒收集器16的底部料斗30通过在底部料斗30和碱反应器32之间流体连接的管道/导管34输送至碱反应器32。另外地，源自石灰源40的石灰38通过在其间流体连接的供给管道42供给至碱反应器32。作为备选，石灰还可以供给为Ca(OH)2的形式。源自空气源46的空气44通过在空气源46和碱反应器32之间流体连接的空气导管48供给至碱反应器32。源自水源52的水50通过在水源52和碱反应器32之间流体连接的水管54供给至碱反应器32。在碱反应器32内，干反应产物26、未反应的碳酸氢钠、碳酸钠和飞灰在下文总称为收集混合物36，其与石灰38和水50反应以产生氢氧化钠56和亚硫酸钙。而且，碱反应器32内的空气44根据在下文的方程式EQ4和EQ5中提供的以下反应将亚硫酸钙氧化以产生石膏58。
Na2SO4+CaO+SO2→2NaOH+CaSO4(EQ4)
Na2SO3+CaO+H2O+空气→2NaOH+CaSO4(EQ5)
反应产物氢氧化钠56和石膏58被输送至产物分离器60，例如旋液分离器。所分离的石膏58由产物分离器60通过端口64去除，并被丢弃或使用，例如用于制造建筑材料。源自产物分离器60的氢氧化钠56通过在产物分离器60和二氧化碳反应器66之间流体连接的管道/导管68输送至二氧化碳反应器66。
清洁的烟道气CG通过在微粒收集器16和烟道70之间流体连接的管道72从微粒收集器16流至烟道70，用于将清洁烟道气CG排放至大气。另外地，空气44通过在碱反应器32和管道72之间流体连接的管道74从碱反应器32流至管道72，用于通过烟道70将其排放。清洁烟道气CG的一部分，约15％或更小，或者约10％或更小，或者约5％或更小，通过在管道72和二氧化碳吸收器66之间流体连接的管道76由管道72转移至二氧化碳吸收器66。在二氧化碳吸收器66内，源自产物分离器60的氢氧化钠56与在转移的清洁烟道气CG中存在的二氧化碳反应，从而产生碳酸氢钠18。碳酸氢钠18根据在下文的方程EQ6中描述的反应产生。
2NaOH+2CO2→2NaHCO3(EQ6)
在二氧化碳吸收器66中产生的碳酸氢钠18通过在二氧化碳吸收器66和碳酸氢钠源20之间流体连接的管道78输送至碳酸氢钠源20，按需用于干烟道气脱硫系统10。在碳酸氢钠源20中，脱水设备，例如旋液分离器、带式过滤器、离心机、干燥器等可用于维持所需的碳酸氢钠浓度。流经二氧化碳吸收器66的转移清洁气体CG通过在二氧化碳吸收器66和烟道70之间流体连接的管道76b输送至烟道70。碳酸氢钠源20可以包括微粒分离器80。源自微粒分离器80的任何未反应的氢氧化钠56可以通过在微粒分离器60和二氧化碳吸收器66之间流体连接的管道82返回至二氧化碳吸收器66。
使用干烟道气脱硫系统10的方法包含在微粒收集器16的上游将碳酸氢钠18喷射至烟道气FG流内，以从烟道气FG去除如SO2、SO3、HCl和HF的酸性气体，使在微粒收集器16内收集的收集混合物36与石灰38、空气44和水50反应以产生氢氧化钠56和石膏58，使所产生的氢氧化钠56与源自微粒收集器16下游的清洁烟道气CG气流的二氧化碳分流反应以产生用于喷射至系统10内的碳酸氢钠18。
在图2中示意性地描述了本发明干烟道气脱硫系统和方法的另一种实施方式。在图2中描述的系统具有与在图1中描述的系统共同的特征。由此，在图2中描述的与图1共同的特征使用相同的附图标记来表示，但是在它们前面添加数字“2”。
现在参见图2，其为本发明干烟道气脱硫系统210的另一种实施方案。本发明的干烟道气脱硫系统210从发电或其它工业设备212燃烧化石燃料或废燃料的燃烧炉或锅炉212a接收热烟道气FG流。由燃烧化石燃料或废燃料的燃烧炉或锅炉212a产生的热烟道气FG包含酸性气体，例如SO2、SO3、HCl和HF。热烟道气FG进入在燃烧炉或锅炉212a和微粒收集器216之间流体连接的喷射管道214。源自碳酸氢钠源220的碳酸氢钠218通过流体连接的管道222输送至喷射器224，所述喷射器224设置在任选的空气预热器214c的上游214a和/或下游214b，所述空气预热器214c设置在喷射管道214内。根据干吸附剂喷射(DSI)，通过一个或多个喷射器224将碳酸氢钠218喷射至热烟道气FG在其中流动的喷射管道214内。由此，碳酸氢钠218以干形式、半干形式或浆料形式喷射至喷射管道214内。在喷射管道214内，所喷射的碳酸氢钠218与烟道气FG中例如SO2、SO3、HCl和HF的酸性气体反应，从而从烟道气FG去除例如SO2、SO3、HCl和HF的酸性气体，并产生反应产物226。例如，碳酸氢钠与烟道气FGSOX根据在下文的方程EQ7、EQ8和EQ9中提供的以下反应进行反应。
2NaHCO3+热量(源自FG)→Na2CO3+H2O+CO2(EQ7)
Na2CO3+SO2→Na2SO3+CO2(EQ8)
Na2CO3+SO3→Na2SO4+CO2(EQ9)
具有由此移除的例如SO2、SO3、HCl和HF的酸性气体的烟道气FG由喷射管道214流至流体连接的微粒收集器216。在微粒收集器216内，干反应产物226的至少一部分、未反应的碳酸氢钠218、碳酸钠和在烟道气FG中夹带的飞灰由此通过过滤器228去除并在底部料斗230中收集。与过滤的干反应产物226混合在一起的未反应的碳酸氢钠218的存在会导致从流经微粒收集器216的过滤器228的烟道气FG进一步捕获SO2、SO3、HCl和HF。典型地，微粒过滤器216为具有多个过滤器228的织物过滤器。然而，本领域技术人员将理解的是，可以使用其它类型的过滤系统和其它类型的过滤器或静电沉积器。
干反应产物226，例如碳酸钠、亚硫酸钠和硫酸钠与在其中混合的未反应的碳酸氢钠218、碳酸钠和飞灰一起由微粒收集器216的底部料斗230通过在底部料斗230和混合槽231之间流体连接的管道系统235输送至混合槽231。源自水供给253的水251通过在水供给253和混合槽231之间流体连接的水管255供给至混合槽231。反应产物226、未反应的碳酸氢钠、碳酸钠和飞灰在混合槽231中与水251混合以产生润湿的产物或浆料233。所获得的润湿产物或浆料233通过在混合槽231和产物分离器261之间流体连接的管道263输送至产物分离器261，例如旋液分离器。在产物分离器261内，润湿产物或浆料233被分离为亚硫酸钠和硫酸钠部分265以及碳酸钠部分267。碳酸钠部分267通过流体连接的管道271和流体连接的管道268输送至二氧化碳吸收器266。亚硫酸钠和硫酸钠部分265通过在产物分离器261和碱反应器232之间流体连接的管道系统269输送至碱反应器232。另外地，源自石灰源240的石灰238通过在其间流体连接的供给管道242供给至碱反应器232。作为一种选择，源自空气源246的空气244通过在空气源246和碱反应器232之间流体连接的空气导管248供给至碱反应器232。在碱反应器232内，亚硫酸钠和硫酸钠部分265与石灰38和水50反应以产生氢氧化钠256。在反应器232中，硫酸钠和亚硫酸钠转化为硫酸钙和亚硫酸钙。而且，根据在下文的方程EQ10和EQ11中提供的以下反应，碱反应器232内的空气244将一些亚硫酸钙氧化以产生石膏258。
CaSO3+1/2O2→CaSO4(EQ10)
Na2SO4+CaO+H2O→2NaOH+CaSO4(EQ11)
石膏264经由端口264从碱反应器232去除，并被丢弃或使用，例如制造建筑材料。源自碱反应器232的氢氧化钠256通过在碱反应器232和二氧化碳吸收器266之间流体连接的管道268输送至二氧化碳吸收器266。
清洁烟道气CG通过在微粒收集器216和烟道270之间流体连接的管道272从微粒收集器216流至烟道270，用于将清洁烟道气CG排放至大气。清洁烟道气CG的一部分，约15％或更低，或者约10％或更低，或者约5％或更低，通过在管道272和二氧化碳吸收器266之间流体连接的管道276，由管道272转移至二氧化碳吸收器266。在二氧化碳吸收器266内，源自碱反应器232的氢氧化钠256与在所转移的清洁烟道气CG中存在的二氧化碳276a反应，从而产生碳酸氢钠218。碳酸氢钠218根据在下文的方程EQ12中所示的反应来制造。
2NaOH+2CO2→2NaHCO3(EQ12)
在二氧化碳吸收器266中产生的碳酸氢钠218通过在二氧化碳吸收器266和碳酸氢钠源220之间流体连接的管道278输送至碳酸氢钠源220，以按需用于干烟道气脱硫系统210。碳酸氢钠源220可以包括固-液分离器或干燥器280。源自固-液分离器或干燥器280的任何未反应的氢氧化钠256可以通过在微粒分离器280和二氧化碳吸收器266之间流体连接的管道282返回至二氧化碳吸收器266。流经二氧化碳吸收器266的转移清洁烟道气CG通过在二氧化碳吸收器266和烟道270之间流体连接的管道276b输送至烟道270。流体连接至管道276b的为管道268a。管道268a在管道276b和碱反应器232之间流体连接。供给至碱反应器232的空气244流经管道268a并进入管道276b。通过烟道270，源自管道276b的转移清洁烟道气CG和空气244被排放至大气。
使用干烟道气脱硫系统210的方法包含在位于微粒收集器216上游的任选的空气预热器214c的上游214a或下游214b将碳酸氢钠218喷射至烟道气FG流内，从而由烟道气FG去除例如SO2、SO3、HCl和HF的酸性气体，使反应产物226、未反应碳酸氢钠、碳酸钠和飞灰与水251混合以产生润湿产物或浆料233，将润湿产物或浆料233分离为亚硫酸钠和硫酸钠部分265和碳酸钠部分267，使亚硫酸钠和硫酸钠部分265与空气244和石灰238反应产生氢氧化钠256，并且使氢氧化钠256与源自转移的清洁烟道气CG的二氧化碳276a反应以产生用于喷射至系统210内的碳酸氢钠218。
在图3中示意性地描述了本发明干烟道气脱硫系统和方法的另一种实施方案。在图3中描述的系统与在图1中描述的具有共同的特征。由此，在图3中描述的与图1共同的特征使用相同的附图标记来表示，但是在它们的前面使用数字“3”。
现在参见图3，其为本发明干烟道气脱硫系统310的另一种实施方案。本发明的干烟道气脱硫系统310从发电或其它工业设备312燃烧化石燃料或废燃料的燃烧炉或锅炉312a接收热烟道气FG流。由燃烧化石燃料或废燃料的燃烧炉或锅炉312a产生的热烟道气FG包含酸性气体，例如SO2、SO3、HCl和HF。热烟道气FG进入在燃烧炉或锅炉312a和微粒收集器316之间流体连接的喷射管道314。源自碳酸氢钠源320的碳酸氢钠318通过流体连接的管道322输送至用于干吸附剂喷射(DSI)的喷射器324，进入烟道气FG在其中流动的喷射管道314。由此，碳酸氢钠318以干形式、半干形式或浆料形式喷射至喷射管道314内。在喷射管道314内，所喷射的碳酸氢钠318与烟道气FG中例如SO2、SO3、HCl和HF的酸性气体反应，以从烟道气FG去除例如SO2、SO3、HCl和HF的酸性气体，并产生反应产物326。例如，碳酸氢钠与烟道气FGSOX根据在下文的的方程EQ13、EQ14和EQ15中提供的以下反应进行反应。
2NaHCO3+热量(源自FG)→Na2CO3+H2O+CO2(EQ13)
Na2CO3+SO2→Na2SO3+CO2(EQ14)
Na2CO3+SO3→Na2SO4+CO2(EQ15)
具有由此移除的例如SO2、SO3、HCl和HF的酸性气体的烟道气FG由喷射管道314流至流体连接的微粒收集器316。在微粒收集器316内，干反应产物326的至少一部分、未反应的碳酸氢钠318、碳酸钠和在烟道气FG中夹带的飞灰由比通过过滤器328去除并在底部料斗330中收集。与过滤的干反应产物326混合在一起的未反应碳酸氢钠318的存在导致从流经微粒收集器316的过滤器328的烟道气FG进一步捕获SO2、SO3、HCl和HF。典型地，微粒过滤器316为具有多个过滤器328的织物过滤器。然而，本领域技术人员将理解的是，可以使用其它类型的过滤系统和其它类型的过滤器或静电沉积器。
干反应产物326，例如碳酸钠、亚硫酸钠和硫酸钠与在其中混合的未反应碳酸氢钠318、碳酸钠和飞灰一起由微粒收集器316的底部料斗330通过在底部料斗330和反应槽301之间流体连接的管道系统303输送至反应槽301。源自硫酸源307的硫酸305通过在硫酸源307和反应槽301之间流体连接的管道309供给至反应槽301。源自水源313的水311通过在水源313和反应槽301之间流体连接的管道315供给至反应槽301。源自空气源319的空气317通过在空气源319和反应槽301之间流体连接的管道321供给至反应槽301。干反应产物326，例如碳酸钠、亚硫酸钠和硫酸钠与在其中混合的未反应碳酸氢钠318、碳酸钠和飞灰一起与供给至反应槽301的硫酸305、水311和空气317反应，以产生润湿的硫酸钠或硫酸钠浆料323。所获得的润湿的硫酸钠或硫酸钠浆料323通过在反应槽301和碱反应器332之间流体连接的管道301a输送至碱反应器332。源自石灰源340的石灰338通过在其间流体连接的供给管道342供给至碱反应器332。在碱反应器332内，硫酸钠323与石灰338反应产生产物332a。产物332a通过在碱反应器332和产物分离器343之间流体连接的管道332b由碱反应器332输送至产物分离器343。例如旋液分离器的产物分离器343将产物332a分离成氢氧化钠356和石膏358。石膏358根据在下文的方程EQ16中提供的以下反应产生。
Na2SO4+CaO+H2O→2NaOH+CaSO4(EQ16)
所分离的石膏358经由端口364由产物分离器343去除，并被丢弃或使用，例如制造建筑材料。源自产物分离器343的氢氧化钠356通过在产物分离器343和二氧化碳吸收器366之间流体连接的管道368输送至二氧化碳吸收器366。
通过在微粒收集器316和烟道370之间流体连接的管道372使清洁气体CG从微粒收集器316流至烟道370，用于将清洁气体CG排放至大气。另外地，空气317和由反应槽301产生的二氧化碳通过在反应槽301和管道372之间流体连接的管道301b流至管道372。空气317和由反应槽301产生的二氧化碳还经由管道372类似地通过烟道370排放至大气。清洁烟道气CG的一部分，约15％或更小，或者约10％或更小，或者约5％或更小，通过在管道372和二氧化碳吸收器366之间流体连接的管道376由管道372转移至二氧化碳吸收器366。在二氧化碳吸收器366内，源自产物分离器343的氢氧化钠356与在转移清洁烟道气CG内存在的二氧化碳376a反应以产生碳酸氢钠318。碳酸氢钠318根据在下文的方程式EQ17中所述的反应来制备。
2NaOH+2CO2→2NaHCO3(EQ17)
在二氧化碳吸收器366中产生的碳酸氢钠318通过在二氧化碳吸收器366和碳酸氢钠源320之间流体连接的管道378输送至碳酸氢钠源320，以按需用于干烟道气脱硫系统310。碳酸氢钠源320可以包括微粒分离器380。源自微粒分离器380的任何未反应氢氧化钠356可以通过在微粒分离器380和二氧化碳吸收器366之间流体连接的管道382返回至二氧化碳吸收器366。
使用干烟道气脱硫系统310的方法包含将碳酸氢钠318喷射至微粒收集器316上游的烟道气FG流内以从烟道气FG去除酸性气体，使含有未反应碳酸氢钠318的干反应产物326和在微粒收集器316内收集的飞灰与硫酸305、水311和空气317反应，产生润湿的硫酸钠或硫酸钠浆料323，使润湿的硫酸钠或硫酸钠浆料323与石灰338反应，产生氢氧化钠356和石膏358，其在例如旋液分离器的产物分离器343内分离，使氢氧化钠356与源自微粒收集器316下游的清洁烟道气CG的二氧化碳376a反应，以产生用于喷射至系统310内的碳酸氢钠318。
如上所述的干烟道气脱硫系统10、210、310及其使用方法的实施方案在降低有害的酸性气体排放中提供了诸多优点。碳酸氢钠18、218、318直接至管道14、214、314内的干吸附剂喷射(DSI)为相对简单的，与备选的排放控制技术相比。特别地，DSI为相对低资本成本密集的，并且如果在满足排放标准方面不是更加有效的，至少也是相等的。另外地，通过再生废碳酸氢钠18、218、318，所述系统10、210、310基于其相对低的操作和维护成本，还相对地更加经济。由此，本发明的干烟道气脱硫系统10、210、310及其使用方法为用于公共设施、废物转换能源收设备和其它工业设备排放控制的相对低成本和相对容易使用的技术。

Claims (15)

1.干烟道气脱硫系统，其包含：
喷射器，其可操作以将吸附剂喷射至管道内，设备烟道气通过所述管道流至微粒收集装置，通过所述吸附剂去除烟道气酸性气体；
过滤器，其位于所述微粒收集装置内，可操作以从流经其中的烟道气收集废吸附剂；
碱反应器，其可操作以用于使废吸附剂、石灰、水和空气反应产生氢氧化钠和石膏；和
二氧化碳吸收器，其可操作以用于使氢氧化钠与烟道气二氧化碳反应产生用于喷射的吸附剂。
2.权利要求1的系统，其中所述吸附剂为碳酸氢钠。
3.权利要求1的系统，其中所述过滤器为织物或静电过滤器。
4.权利要求1的系统，其中所产生的氢氧化钠和石膏在产物分离器中分离。
5.权利要求1的系统，其中所产生的氢氧化钠和石膏在旋液分离器中分离。
6.权利要求1的系统，其中所述废吸附剂在与石灰反应之前，与硫酸反应。
7.权利要求1的系统，其中烟道气酸性气体去除包括脱硫。
8.权利要求1的系统，其中烟道气酸性气体去除包括SO2、SO3、HCl和HF。
9.干烟道气脱硫的方法，其包含：
将吸附剂喷射至管道内，设备烟道气通过所述管道流至微粒收集装置，用于通过所述吸附剂去除烟道气酸性气体；
利用所述微粒收集装置内的过滤器从流经其中的烟道气收集废吸附剂；
使废吸附剂、石灰、水和空气反应产生氢氧化钠和石膏；和
使氢氧化钠和烟道气二氧化碳反应产生用于喷射的吸附剂。
10.权利要求9的方法，其中所述吸附剂为碳酸氢钠。
11.权利要求9的方法，其中所述过滤器为织物或静电过滤器。
12.权利要求9的方法，其中所产生的氢氧化钠和石膏在产物分离器中分离。
13.权利要求9的方法，其中所产生的氢氧化钠和石膏在旋液分离器中分离。
14.权利要求9的方法，其中所述废吸附剂在与石灰反应之前与硫酸反应。
15.权利要求9的方法，其中烟道气酸性气体包括SO2、SO3、HCl和HF，并且去除包括脱硫。
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