EA014304B1

EA014304B1 - Способ удаления soи soиз потока дымового газа

Info

Publication number: EA014304B1
Application number: EA200800616A
Authority: EA
Inventors: Джон мл. Мазиук
Original assignee: Солвей Кемикалз, Инк.
Priority date: 2005-08-18
Filing date: 2006-08-07
Publication date: 2010-10-29
Also published as: CY1116061T1; EP1919596B1; CA2618202A1; JP2009504391A; US20070041885A1; BRPI0614344A2; WO2007020205A1; US7531154B2; US20090241774A1; CA2618202C; DK1919596T3; EA200800616A1; HK1201226A1; CN103990376A; EP1919596A1; CN101242886A; US7854911B2; ES2527423T3

Abstract

Изобретение относится к способу удаления SOиз потока дымового газа, содержащего SO, включающему предложение источника троны и введение троны в поток дымового газа. Температура дымового газа составляет от приблизительно 600 до приблизительно 900°F. Трона поддерживается во взаимодействии с дымовым газом в течение времени, достаточного для взаимодействия части троны с частью SOдля снижения концентрации SOв потоке дымового газа.

Description

Настоящее изобретение относится к очистке газов и конкретнее - к способу очистки дымовых газов, которые содержат такие токсичные газы, как 8О₂.

Для удаления 8О_Х и других газов из дымового газа использовали сухую сорбцию (СС) широким спектром сорбентов. Однако ранее СС обычно проводили при температурах намного ниже 400°Р, так как материал оборудования, такой как фильтрующий материал рукавного пылеуловителя, не выдерживает более высоких температур. Дополнительно, множество материалов сорбентов подвергаются спеканию или плавлению при температурах, близких или более 400°Р, что делает их менее эффективными при удалении газов. Продукты взаимодействия многих материалов сорбентов также прилипают к оборудованию и трубопроводам при более высоких температурах, что требует частой чистки оборудования, используемого для проведения процесса. Для проведения процесса при данных более низких температурах часто перед введением сорбента приходится охлаждать дымовые газы. Это является нежелательной дополнительной стадией процесса.

Таким образом, существует необходимость в способе введения сорбента, который был бы эффективен при удалении 8О_Х газов при повышенных температурах.

Согласно одному аспекту предложен способ удаления 8О₂ из потока дымового газа, включающего 8О₂. Способ включает предложение источника троны и введение троны в поток дымового газа. Температура дымового газа составляет от приблизительно 600 до приблизительно 900°Р. Трона поддерживается во взаимодействии с дымовым газом в течение времени, достаточного для взаимодействия ее части с частью 8О₂ для снижения концентрации 8О₂ в потоке дымового газа.

Согласно другому аспекту предлагается система для удаления 8О₂ из потока дымового газа, включающего 8О₂. Система включает источник троны и поток дымового газа. Система также включает инжектор для введения троны в поток дымового газа. Температура дымового газа составляет от приблизительно 600 до приблизительно 900°Р. Система также включает участок для поддержания троны во взаимодействии с дымовым газом в течение времени, достаточного для взаимодействия части троны с частью 8О₂ для снижения концентрации 8О₂ в потоке дымового газа.

Вышеупомянутые абзацы представляют собой общее введение и не ограничивают объем следующей формулы изобретения. Здесь предпочтительные воплощения наряду с дополнительными преимуществами будут лучше поняты исходя из следующего подробного описания, принимая во внимание сопутствующие чертежи.

Фиг. 1 представляет собой схему одного воплощения системы обессеривания.

Фиг. 2 представляет собой график, показывающий зависимость процента удаленного 8О₂ от приведенного стехиометрического соотношения (ПСС) для троны и бикарбоната натрия.

Фиг. 3 представляет собой график, показывающий зависимость процента удаленного 8О₂ от температуры дымового газа (в °Р) для одного воплощения системы обессеривания дымового газа.

На фиг. 4 представлен внешний вид перфорированной пластины электрофильтра после эксплуатации согласно одному воплощению системы обессеривания дымового газа с использованием троны.

На фиг. 5 показана перфорированная пластина электростатического осадителя после эксплуатации согласно одному воплощению системы обессеривания дымового газа с использованием бикарбоната натрия.

Изобретение описано при помощи чертежей, на которых одинаковые элементы обозначены одинаковыми номерам. Взаимное расположение и функционирование различных элементов согласно данному изобретению лучше объяснены посредством следующего подробного описания. Однако воплощения данного изобретения, как описано ниже, являются лишь иллюстративными, и изобретение не ограничивается воплощениями, иллюстрированными чертежами.

Сухую сорбцию (СС) использовали как низкозатратную альтернативу сухому распылению или системе влажной очистки газа для удаления 8О₂. В способе СС сорбент хранят и вводят в сухом виде в газоход, где он взаимодействует с кислотным газом. Согласно настоящему изобретению предлагается способ удаления 8О₂ из потока дымового газа, включающего 8О₂, предпочтительно введение сорбента, такого как трона, в поток дымового газа для взаимодействия с 8О₂. Трона представляет собой минерал, который содержит приблизительно 85-95% сесквикарбоната натрия (Ыа₂СО₃-МаНСО₃-2Н₂О). Огромные залежи минерала троны были обнаружены на юго-западе Вайоминга рядом с Грин-Ривер. Используемый в описании термин трона включает другие источники сесквикарбоната натрия. Однако воплощения, в которых источник сесквикарбоната натрия представляет собой ископаемую трону, являются предпочтительными. Термин дымовой газ включает отработанный газ из процесса горения любого типа (включая уголь, нефть, природный газ, сырье для стекольного производства и т.д.). Дымовой газ обычно включает 8О₂ наряду с другими кислотными газами, такими как НС1, 8О₃ и ΝΌ_Χ.

Схематическое изображение процесса приведено на фиг. 1. В печь или камеру сгорания 10 подается источник топлива 12, такой как уголь, и источник топлива 12 сгорает на воздухе 14. Из камеры сгорания 10 дымовые газы подводятся к теплообменнику или калориферу 40, соединенному с устройством сбора пыли 50. В устройстве сбора пыли 50 происходит удаление частиц, полученных в процессе сгорания, таких как зола-унос, из дымового газа перед его введением в свечу рассеивания 60 для рассеивания. Устройство сбора пыли 50 может представлять собой электростатический осадитель (ЭО). Для удаления

- 1 014304 твердых частиц также возможно использование других типов устройств сбора пыли, таких как рукавный пылеуловитель. Рукавный пылеуловитель содержит фильтры для отделения частиц, образующихся в процессе горения от дымового газа. Так как в способе участвуют частицы относительно небольшого размера, трона может действовать как верхний фильтрующий слой на фильтрующем материале мешочного пылеуловителя.

Система удаления 8О₂ включает источник троны 30. Трона 30 предпочтительно обладает средним размером частиц от приблизительно 10 до приблизительно 40 мкм, наиболее предпочтительно от приблизительно 24 до приблизительно 28 мкм. Трона предпочтительно находится в сухой гранулированной форме. Подходящий источник троны представляет собой Т-200® трона, которая является продуктом механически измельченной руды троны, доступной в 8о1уау Сйешкак, Сгееи Кгуег, ^У. Т-200® трона содержит приблизительно 97,5% сесквикарбоната натрия и обладает средним размером частиц приблизительно 24-28 мкм. Система удаления 8О₂ может также включать шаровую мельницу для тонкого помола 32 или мельницу другого типа для уменьшения и/или контроля за размером частиц троны на месте работы.

Трона подается из источника троны 30 в инжектор 20. Трона может подаваться пневматически или любым другим подходящим способом. Трона может быть легко аэрирована для любой пневматической подачи. Устройство для введения троны или сесквикарбоната натрия схематически представлено на фиг. 1. Устройство для введения троны 20 обеспечивает введение троны в отдел газохода 42, который расположен выше входа мешочного пылеуловителя и выше теплообменника 40, при наличии теплообменника или предварительного нагревателя. Систему введения троны предпочтительно проектируют таким образом, чтобы обеспечить максимальный контакт троны с 8О_Х в потоке дымового газа. Для введения троны в газоход возможно использование устройства введения любого типа, известного специалисту, квалифицированному в данной области. Например, введение может осуществляться непосредственно при помощи эдуктора с пневмоприводом.

При проведении процесса отсутствует необходимость в гидроподъемном оборудовании или реакционном сосуде, если хранение и введение троны в сухом виде происходит в газоходе 42, где он взаимодействует с кислотным газом. Однако при проведении процесса также возможно использование насыщения влагой дымового газа или введение троны во влажном виде. Кроме того, при условии, что частицы могут быть собраны влажными при наличии скруббера с водяным орошением, необходимо введение процесса для тщательной очистки кислотных паров.

Температура дымового газа варьируется с местом расположения системы введения и также может варьироваться некоторым образом в процессе эксплуатации. Температура дымового газа при введении троны составляет от приблизительно 600 до приблизительно 900°Т. Трона поддерживается во взаимодействии с дымовым газом в течение времени, достаточного для взаимодействия части троны с частью 8О₂ для снижения концентрации 8О₂ в потоке дымового газа.

Температура дымового газа предпочтительно составляет приблизительно более 630°Т и наиболее предпочтительно приблизительно более 700°Т. Температура дымового газа предпочтительно составляет приблизительно менее 800°Т и наиболее предпочтительно приблизительно более 750°Т. Температура дымового газа наиболее предпочтительно составляет от приблизительно 700 до приблизительно 750°Т.

Для контроля температуры дымового газа также может варьироваться способ проведения процесса. Например, для получения требуемой температуры дымового газа при введении троны возможно регулирование температуры дымового газа выше троны.

Кроме того, в поток дымового газа возможно введение атмосферного воздуха и возможно слежение за температурой дымового газа в месте введения троны. Другие возможные способы контроля за температурой дымового газа включают использование теплообменников и/или воздушных охладителей. При проведении процесса также возможно варьирование места положения введения троны или наличие множества мест положения введения троны.

Для осуществления обессеривания трону предпочтительно вводят со скоростью порядка расхода 8О₂ для обеспечения приведенного стехиометрического соотношения (ПСС) натрия к сере от приблизительно 1,0 до 1,5 приведенного стехиометрического соотношения. ПСС является мерой количества вводимого реагента по отношению к требуемому теоретическому количеству. ПСС является мерой измерения отношения количества к теоретически необходимому. ПСС отражает стехиометрическое количество сорбента, необходимого для взаимодействия со всеми кислотными газами. Например, ПСС 1,0 означает, что введено достаточно материала для обеспечения теоретического выхода 100% удаления 8О₂ во входящем дымовом газе; а также ПСС 0,5 означает, что теоретический выход удаления 8О₂ составляет 50%. Для нейтрализации 8О₂ необходимо 2 моль натрия на 1 моль присутствующего 8О₂.

В отличие от бикарбоната натрия трона не расплавляется при повышенных температурах. Скорее сесквикарбонат натрия подвергает быстрому кальцинированию присутствующий бикарбонат натрия до карбоната натрия при нагревании до 275°Р или выше. Предполагается, что при разложении, подобном лопанью кукурузы при приготовлении попкорна, путем перенесения непрореагировавшего карбоната натрия к поверхности частицы создается большая и реакционноспособная поверхность для нейтрализации 8О₂. Побочный продукт реакции представляет собой сульфат натрия и собирается вместе с золой

- 2 014304 унос. Химическое взаимодействие троны с 8О₂ представлено ниже:

[Ыа₂Соз-ЫаНСо₃-2Н₂0] ~>ЗНа₂С0з+5Н₂О+С0₂

Иа₂СО₃+ЗО₂^-Иа₂ЗОз+СО₂

Ма₂ЗО₃+1/2О_г->Ка₂50₄

Твердые продукты взаимодействия троны и 8О₂ (преимущественно сульфат натрия) и непрореагировавший карбонат натрия могут быть собраны в электростатическом осадителе или другом устройстве для сбора частиц. Общая степень обессеривания предпочтительно составляет по крайней мере приблизительно 70%, более предпочтительно по крайней мере приблизительно 80% и наиболее предпочтительно по крайней мере 90%.

Согласно одному воплощению поток дымового газа дополнительно включает 8О₃. Трона поддерживается во взаимодействии с дымовым газом в течение времени, достаточного для взаимодействия части троны с частью 8О₃. для снижения концентрации 8О₃ в потоке дымового газа. Обычно 8О₃ обладает большей реакционной способностью по отношению к сорбенту. чем 8О₂. поэтому с помощью троны сначала происходит удаление 8О₃. Химическое взаимодействие троны с 8О₃ представлено ниже:

[Ма₂Соз-КаНСо₃'2Н₂0] —>ЗМа₂СОз+5Н₂О+СО₂

Ка₂СОз+ЗОз—>Ыа₂ЗО4+СО₂

Система введения троны также может сочетаться с другими системами удаления 8О_Х. такими как бикарбонат натрия. известь. известняк и т. д.. для улучшения рабочих характеристик или удаления дополнительных вредных газов. таких как НС1, ΝΌ_Χ и подобных.

Примеры

Исследование проводили на промышленном стекольном заводе в Вероне. СА с использованием теплой стороны электростатического осадителя (ЭО) и в отсутствие рукавного пылеуловителя. В качестве источника топлива использовали природный газ. и источник серы представлял собой сырье для стекольного производства. Концентрация 8О₂ в дымовом газе составляла 800 ч./млн. Использовали трону Т-200® 8о1уау Сйеш1са15. Трону вводили в трубопровод. используя пневматический нагнетатель и газоплотный лопастной питатель. Расход троны измеряли определением соответствия скорости вращения лопасти (об/мин) и уменьшения массы троны в бункере для хранения троны. Расходы троны варьировались от 50 до 211 фунтов/ч.

Пример 1.

Трону вводили в дымовой газ при температуре 750°Р при величинах ПСС 1.0. 1.2 и 1.4. На фиг. 2 приведена зависимость процента удаленного 8О₂ от приведенного стехиометрического соотношения (ПСС) для троны. Из данных результатов можно заметить. что трона обеспечивает выход 80% при удалении 8О₂ при ПСС 1.2. На фиг. 4 представлена перфорированная пластина ЭО стекольного завода после эксплуатации системы удаления 8О₂ в течение пяти месяцев с использованием троны. Можно заметить. что на пластине в целом отсутствуют твердые образования.

Пример 2.

В качестве сравнительного примера в тех же условиях был введен бикарбонат натрия. как и в примере 1 при ПСС 1.2. Результат показан на фиг. 2. Процент удаленного 8О₂ 72% был значительно ниже. чем таковой для троны при той же температуре ПСС. На фиг. 5 показана перфорированная пластина ЭО стекольного завода после эксплуатации системы удаления 8О₂ в течение пяти месяцев с использованием бикарбоната натрия. Можно отметить. что на пластине присутствует значительное количество твердых образований.

Пример 3.

Трону вводили в дымовой газ при ПСС 1.5 в интервале температур от 750 до 805°Р. На фиг. 3 показана зависимость процента удаленного 8О₂ от температуры дымового газа. Из данных тестирований видно. что трона обеспечила выход удаленного 8О₂ до 91% и была эффективна в широком интервале повышенных температур.

Из вышеописанных экспериментов можно заметить. что при удалении 8О₂ из потока дымового газа при повышенных температурах трона была эффективнее. чем бикарбонат натрия. Таким образом. в системе для достижения одинаковой степени восстановления серы возможно использование меньшего количества материала сорбента. чем в системе с бикарбонатом натрия. Дополнительно можно отметить. что трона обладает лучшими эксплуатационными качествами в широком интервале повышенных температур. Наконец. при применении системы удаления 8О₂ с использованием троны образовывалось намного меньше твердых образований на перфорированных пластинах ЭО. чем при применении системы с использованием бикарбоната натрия.

Воплощения. описанные выше. приведены в описании в качестве иллюстративных. а не ограничивающих. Объем изобретения определяется. скорее. формулой изобретения. нежели приведенным выше описанием и прикрепленными чертежами. Изобретение может быть осуществлено в других специфических формах без отступления от духа изобретения. Следовательно. данные и другие изменения будут соответствовать объему формулы изобретения. охваченной описанием.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ удаления 8О₂ и 8О₃ из потока дымового газа, в котором вводят трону в поток дымового газа, где температура дымового газа составляет от приблизительно 315°С (600°Е) до приблизительно 482°С (900°Е); и осуществляют взаимодействие троны с дымовым газом в течение времени, достаточного для снижения концентрации 8О₂ и 8О₃ в потоке дымового газа.
2. Способ по п.1, где средний размер частиц троны составляет менее 40 мкм.
3. Способ по п.1, где средний размер частиц троны составляет от 10 до 40 мкм.
4. Способ по п.1, где средний размер частиц троны составляет от 24 до 28 мкм.
5. Способ по п.1, где температура дымового газа более 332°С (630°Е).
6. Способ по п.1, где температура дымового газа более 371°С (700°Е).
7. Способ по п.1, где температура дымового газа менее 427°С (800°Е).
8. Способ по п.1, где температура дымового газа менее 399°С (750°Е).
9. Способ по п.1, где температура дымового газа составляет от 371°С (700°Е) до 399°С (750°Е).
10. Способ по п.1, где норму введения троны по отношению к расходу 8О₂ выбирают такой, чтобы приведенное стехиометрическое соотношение натрия и серы составляло от 1,0 до 1,5.
11. Способ по п.1, где трону вводят в виде сухого материала.
12. Способ по п.1, дополнительно включающий перемалывание троны до частиц желаемого размера в месте, близком к потоку дымового газа.
13. Способ по п.1, дополнительно включающий сбор продуктов взаимодействия троны и 8О₂ в электростатическом осадителе.
14. Способ удаления 8О₂ и 8О₃ из потока дымового газа, в котором вводят трону в виде сухого гранулированного материала с размером частицы от приблизительно 10 до приблизительно 40 мкм в поток дымового газа, где температура дымового газа составляет от 315°С (600°Е) до 482°С (900°Е); и осуществляют взаимодействие троны с дымовым газом в течение времени, достаточного для снижения концентрации 8О2 и 8О3 в потоке дымового газа.
15. Способ по п.14, где средний размер частиц троны составляет от 24 до 28 мкм.
16. Способ по п.14, где температура дымового газа составляет от 371°С (700°Е) до 399°С (750°Е).
17. Способ по п.14, где норму введения троны по отношению к расходу 8О₂ выбирают такой, чтобы приведенное стехиометрическое соотношение натрия и серы составляло от 1,0 до 1,5.
18. Способ по п.14, дополнительно включающий регулирование температуры дымового газа выше троны для получения желаемой температуры дымового газа в месте введения троны.
19. Способ по п.18, где регулирование дополнительно включает введение атмосферного воздуха в поток дымового газа и слежение за температурой дымового газа в месте введения троны.
20. Способ по п.18, где регулирование дополнительно включает контролирование потока материала через теплообменник, сообщающийся с дымовым газом.