ES2234135T3 - Procedimiento de produccion de cal viva altamente reactiva. - Google Patents
Procedimiento de produccion de cal viva altamente reactiva.Info
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Abstract
Un proceso para eliminar dióxido de azufre del gas de combustión (10) de un horno (1), siendo el horno de un tipo en el que el gas de combustión que incluye dióxido de azufre se produce a partir de la combustión de combustibles que contienen azufre (5), dicho proceso comprende las etapas de (a) inyectar partículas divididas finamente de piedra caliza (33) en el mencionado horno en una ubicación (36) en la que la temperatura del mencionado gas de combustión que pasa a través de ella excede la temperatura mínima de calcinación y está por debajo de la temperatura mínima eficaz para la utilización/sulfatación de la cal viva, de manera que una parte de la mencionada piedra caliza se convierte en cal viva en el mencionado horno mientras que se limita la sulfatación de la mencionada cal viva en el mencionado horno, y (b) conducir el mencionado gas de combustión con la mencionada cal viva contenida en él fuera del mencionado horno hacia un sistema de desulfuración del gas de combustión aguas abajodonde la mencionada cal viva se utiliza para la eliminación del dióxido de azufre del mencionado gas de combustión.
Description
Procedimiento de producción de cal viva altamente
reactiva en un horno.
La presente invención se refiere a un proceso
para inyectar piedra caliza en un horno para producir una cal viva
altamente reactiva que esté disponible para procesos de
desulfuración de gases de combustión aguas abajo.
La preocupación creciente en cuanto al impacto
medioambiental adverso de las emisiones de dióxido de azufre y las
legislaciones más estrictas han incrementado la necesidad de
procesos más eficaces para eliminar el dióxido de azufre de las
corrientes de los gases de combustión de los hornos que utilizan
combustibles que contienen azufre tales como carbón o aceite. La
utilización de cal viva o de cal viva hidratada para eliminar el
dióxido de azufre de las corrientes de los gases de combustión de
los hornos es muy conocida.
La Patente de EEUU No. 4.609.536 de Yoon et
al. describe un proceso en el que la cal viva, utilizada como
un sorbente, se produce por la calcinación de piedra caliza en un
reactor diferente. La cal viva resultante se inyecta en la
corriente del gas de combustión aguas abajo del horno donde
reacciona con dióxido de azufre para formar sulfato de calcio y
sulfito de calcio sólidos que se separa de la corriente del gas de
combustión. El sólido separado es inocuo y puede utilizarse como un
material de construcción o enterrarse en un vertedero sin efectos
medioambientales adversos. Como se recoge en los antecedentes de la
Patente de EEUU No. 5.002.743 de Kokkonen et al., también
resulta conocido el inyectar cal viva directamente en un horno de
lecho fluidizado para reducir el contenido en dióxido de azufre del
gas de combustión en el horno.
La patente de Kokkonen '743, la Patente de EEUU
No. 5.246.364 de Landreth et al., y la Patente de EEUU No.
4.788.047 de Hämälä et al., describen procesos de dos etapas
en los que se inyecta piedra caliza molida muy fina en un horno
bajo condiciones que resultan en la calcinación de la piedra caliza
que da lugar a cal viva y en la reacción de la cal viva resultante
con el dióxido de azufre en la corriente del gas de combustión.
Debido a muchos factores que incluyen el tiempo de retención
relativamente corto de la cal viva en el horno y la utilización
ineficaz de la cal viva en estos procesos, solamente una parte de
la cal viva reacciona con el dióxido de azufre en éstos.
Puede producirse una eliminación adicional del
dióxido de azufre de la corriente del gas de combustión en varios
procesos de desulfuración del gas de combustión húmedos, semi secos
o secos aguas abajo. Por ejemplo, en algunos procesos, la cal viva
que no ha reaccionado se hidrata en una suspensión de sólidos en un
reactor aguas abajo bajo condiciones que favorecen las reacciones
entre la cal viva hidratada y el dióxido de azufre para formar
sulfito de calcio. Generalmente, la cal viva hidratada es más eficaz
en la eliminación de dióxido de azufre que la cal viva no
hidratada. De manera alternativa, en los procesos semi secos las
partículas sólidas de cal viva hidratada se humedecen para formar
una película líquida en la superficie de la partícula que comprende
hidróxido de calcio en disolución que reacciona entonces con
dióxido de azufre gaseoso disuelto para formar sulfito de
calcio.
Aunque la química básica del proceso en dos
etapas en un horno, calcinación de la piedra caliza inyectada y
eliminación de azufre, parece relativamente sencilla, la química y
física del proceso global son bastante complejas. La Figura 2
(obtenida de "Furnace Dry Sorbent Injection for SO_{2} Control
Pilot and Bench Scale Studies" preparado para ERPI, Informe No.
2533-09, Nov. 1992 por Southern Research Institute,
Fossil Energy Research Corp. et al.) proporciona una
referencia visual de algunos aspectos de la química y física del
proceso.
A temperaturas elevadas, la piedra caliza se
descompone para formar cal viva (óxido de calcio) y dióxido de
carbono como se representa mediante la fórmula siguiente:
CaCO_{3}
\rightarrow CaO +
CO_{2}.
La temperatura mínima a la que se produce la
descomposición o la calcinación de la piedra caliza en un horno
depende de varios factores que incluyen la presión en el horno y
las concentraciones de dióxido de carbono y de vapor de agua de los
gases de combustión. Como se utiliza en la presente memoria, la
temperatura mínima de calcinación o la temperatura de
descomposición de la piedra caliza, se refiere generalmente a la
temperatura a la que la velocidad de la calcinación de la piedra
caliza está en equilibrio con la velocidad de recarbonatación de la
cal viva a carbonato cálcico. En las aplicaciones convencionales de
hornos, la temperatura mínima de calcinación está típicamente en el
intervalo de aproximadamente 741ºC a 777ºC, pero puede ser tan baja
como 649ºC si el horno opera bajo presión negativa y la
concentración de dióxido de carbono en el gas de combustión es
baja.
La velocidad de calcinación en el horno depende
de la temperatura, presión, concentraciones de dióxido de carbono y
de vapor de agua en el gas del horno y del tamaño y la calidad de
las partículas de piedra caliza inyectadas en el horno. Las
partículas más pequeñas se calientan en su parte central más
rápidamente, lo que incrementa la velocidad global de calcinación de
las partículas. Es más, el dióxido de carbono se libera más
fácilmente de las partículas más pequeñas reduciendo, de esta
manera, las presiones internas de vapor de dióxido de carbono que
reducirían la velocidad de la reacción. En la segunda etapa del
proceso, que se produce casi simultáneamente con la calcinación, la
cal viva resultante reacciona con el dióxido de azufre y el oxígeno
en la corriente del gas de combustión para formar sulfato de calcio
como se representa mediante la fórmula siguiente:
CaO + SO_{2}
+ ½ O_{2} \rightarrow
CaSO_{4}.
Esta reacción puede denominarse sulfatación de la
cal viva. La velocidad a la que el dióxido de azufre reacciona con
la cal viva en el horno es una función de la temperatura y de la
presión en el horno y de la concentración de dióxido de azufre en
el gas de combustión. Como se utiliza en la presente memoria, la
ventana de temperatura eficaz para la utilización /sulfatación de la
cal viva se refiere al intervalo de temperatura en el que se
produce la sulfatación de la cal viva a una velocidad suficiente
como para resultar en una cantidad apreciable de sulfatación de la
cal viva en el horno. El extremo más bajo de la ventana de
temperatura eficaz para la utilización/sulfatación de la cal viva,
al que también se puede referir como la temperatura mínima eficaz
para la utilización/sulfatación de la cal viva, se refiere a la
temperatura por debajo de la cual la velocidad de la sulfatación de
la cal viva es lo suficientemente baja como para resultar en una
cantidad despreciable de formación de sulfato de calcio en las
partículas en el horno teniendo en cuenta el tiempo de retención
del gas de combustión en el horno. El tiempo de retención
relativamente pequeño del gas de combustión en una caldera de
combustión de tipo carbón pulverizado o en una caldera de combustión
similar y la velocidad relativamente alta de desactivación aumentan
la temperatura mínima eficaz para la utilización/sulfatación de la
cal viva que normalmente está en el intervalo de aproximadamente
871ºC a 982ºC. La conversión de la cal viva resultante disminuye
significativamente por debajo de aproximadamente 982ºC. La
temperatura del extremo superior de la ventana de temperatura eficaz
para la utilización/sulfatación de la cal viva corresponde a la
temperatura de descomposición del sulfato de calcio que en una
caldera de combustión de tipo carbón pulverizado o en una caldera
de combustión similar está en el intervalo de aproximadamente
1.204ºC a 1.260ºC.
En los procesos existentes para inyectar piedra
caliza en un horno para la calcinación y la sulfatación de la cal
viva, la piedra caliza se inyecta en el horno a unas temperaturas
que están en la ventana de temperatura eficaz para la
utilización/sulfatación de la cal viva y generalmente a temperaturas
que superan la temperatura mínima de calcinación.
La inyección de piedra caliza en el horno para la
calcinación y sulfatación de la cal viva proporciona una fuente
relativamente barata de cal viva para desulfuración, en comparación
con la compra e inyección de la cal viva disponible comercialmente
o con la construcción de un reactor de calcinación diferente para
proporcionar cal viva in situ. Sin embargo, las condiciones
en las que las partículas de piedra caliza se calcinan en los
procesos conocidos de inyección y calcinación de piedra caliza en
hornos dan lugar a partículas de cal viva con una reactividad
reducida debido a sinterización, obturación, y a la formación de
compuestos de calcio complejos a partir de impurezas, que resultan
en una utilización ineficaz de la cal viva y, por lo tanto, en unos
costes incrementados de reactivos y en unos requerimientos
energéticos auxiliares aguas abajo.
La eficacia de la utilización de la cal viva
depende generalmente del porcentaje molar de la cal viva resultante
(o iones calcio) que se expone al dióxido de azufre (es decir,
moles de cal viva expuestos divididos por los moles de dióxido de
azufre). Si se disminuye el tamaño de las partículas de piedra
caliza inyectadas y, por lo tanto, el tamaño de las partículas de
cal viva resultantes, se incrementa el área superficial total y,
por lo tanto, se incrementa el porcentaje de cal viva expuesta.
Como consecuencia de la liberación de dióxido de carbono de las
partículas de piedra caliza durante la calcinación, se forman poros
en las partículas que incrementan de manera exponencial el área
superficial de cada partícula y el porcentaje de cal viva expuesta
en la partícula. La fragmentación de las partículas durante la
calcinación también incrementa el área superficial de la cal viva
resultante.
La sinterización, la obturación de los poros y la
formación de compuestos de calcio complejos a partir de impurezas,
reducen el área superficial de las partículas de cal viva y el
porcentaje de cal viva expuesta en la partícula. La sinterización
implica la pérdida de área superficial y de porosidad debido a
cambios físicos en la estructura de las partículas a temperaturas
por debajo del punto de fusión. La sinterización del dióxido de
carbono empieza casi instantáneamente con la calcinación. La
sinterización térmica empieza generalmente a temperaturas cercanas
al extremo más bajo de la ventana de temperatura eficaz para la
utilización sulfatación de la cal viva y la velocidad de la
sinterización se incrementa al incrementarse la temperatura.
La obturación de los poros se produce cuando las
moléculas de sulfato de calcio formadas en la superficie de las
partículas de cal viva boquean u ocluyen los poros reduciendo de
esta manera significativamente el área superficial y el porcentaje
de cal viva disponible para la sulfatación de la cal viva. Las
reacciones similares entre moléculas de cal viva e impurezas en las
partículas de la piedra caliza, como sílice, resultan en la
formación de varios compuestos de calcio complejos, como
monosilicatos y disilicatos de calcio, aluminatos de calcio y
ferrita de calcio. El calcio atrapado en estos compuestos no está
disponible para la eliminación de azufre y la formación de estos
compuestos puede producir o contribuir a la obturación de los poros.
Generalmente la velocidad de estas reacciones es despreciable a
temperaturas por debajo de las temperaturas a las que se produce la
sulfatación de la cal viva, pero aumenta al aumentar la
temperatura.
Además de las reacciones que degradan la calidad
de la cal viva resultante a temperaturas por encima de la
temperatura mínima de calcinación y, en particular, a temperaturas
que están dentro de la ventana de temperatura eficaz para la
utilización/sulfatación de la cal viva, se producen reacciones
adicionales a temperaturas por debajo de la temperatura de
calcinación que degradan la reactividad de la cal viva resultante.
La extracción de calor del gas de combustión enfría rápidamente la
corriente del gas de combustión hasta una temperatura de salida de
aproximadamente 138ºC a 177ºC. Al descender la temperatura de la
corriente del gas de combustión por debajo de la temperatura mínima
de calcinación (741ºC-777ºC) la cal viva empezará a
reaccionar con el dióxido de carbono en la corriente del gas de
combustión para formar carbonato cálcico (recarbonatación),
reduciendo, de esta manera, la cal viva disponible.
A y por debajo de aproximadamente 482ºC, la cal
viva reaccionará con el vapor de agua del gas de combustión para
formar hidróxido de calcio sólido, Ca(OH)_{2}. El
hidróxido de calcio sólido reacciona entonces con dióxido de azufre
gaseoso para formar sulfito de calcio como se representa mediante la
ecuación siguiente:
Ca(OH)_{2} +
SO_{2} \rightarrow CaSO_{3} +
H_{2}O.
Esta reacción puede referirse en la presente
memoria como sulfatación de cal viva hidratada. Las reacciones
entre el hidróxido de calcio sólido y el dióxido de azufre gaseoso
se producirán en el horno a temperaturas tan bajas como 399ºC. Por
debajo de 399ºC la velocidad de la sulfatación de la cal viva
hidratada entre el hidróxido de calcio sólido y el dióxido de azufre
gaseoso es lo suficientemente baja como para evitar cualquier
formación significativa de sulfito de calcio. El sulfito de calcio
formado en las partículas de cal viva en la corriente del gas de
combustión, al enfriarse de aproximadamente 482ºC a 399ºC, reduce
la reactividad de las partículas de cal viva en los procesos aguas
abajo mediante, por ejemplo, la obturación de poros. Además, la
sinterización del agua de la partícula de cal viva se producirá a
temperaturas tan bajas como aproximadamente 482ºC.
La Figura 3 (obtenida de "Dry Hydroxide
Injection at Economizer Temperatures for Improved SO_{2}
Control" por Bortz, S.J., Roman, V.P., Yang, P.J., y Offen,
G.R., Paper #31 contenido en EPRI "Proceedings: 1986 Joint
Symposium on Dry SO_{2} and Simultaneous SO_{2}/NO_{x}
Control Technologies", vol. 2), proporciona una representación
gráfica de la temperatura de descomposición de compuestos de calcio
relevantes en un horno con las concentraciones especificadas de
dióxido de azufre, dióxido de carbono y vapor de agua. La
concentración molar de dióxido de carbono y de vapor de agua en el
gas de combustión de los hornos típicos varía entre el cinco por
ciento y el quince por ciento para cada componente. Las
concentraciones típicas de dióxido de azufre varían entre 1.200 y
2.300 partes por millón por volumen. La temperatura mínima eficaz
para la utilización/sulfatación de la cal viva relativamente baja
mostrada en la Figura 3, aproximadamente 871ºC, se debe a la
concentración relativamente alta de dióxido de azufre de 3.000
partes por millón por volumen en el gas de combustión.
La eficacia de la utilización de piedra caliza en
la eliminación de dióxido de azufre puede expresarse mediante la
relación siguiente:
U(%) =
\DeltaSO_{2}(%) /
(Ca/S).
U(%) representa el porcentaje de utilización del
contenido de calcio de la piedra caliza inyectada. \DeltaSO_{2}
representa el cambio en el contenido molar de dióxido de azufre en
el gas de combustión. El valor Ca/S representa la proporción molar
del contenido de calcio de la piedra caliza inyectada respecto al
nivel inicial de dióxido de azufre en los productos de combustión o
en el gas de combustión. A una proporción Ca/S de 1,0, el valor
estequiométrico, el contenido de calcio de la piedra caliza
inyectada es teóricamente suficiente como para reaccionar con todo
el dióxido de azufre presente en el gas de combustión. Sin embargo,
debido a las ineficacias del proceso, como se ha descrito más
arriba, la utilización de calcio no es completa a una proporción
Ca/S de 1. La eliminación de dióxido de azufre continúa aumentando
con proporciones Ca/S mayores y una proporción Ca/S de 2,0 se
considera, de manera general, como el punto de inflexión económico
de los procesos de inyección de sorbente en hornos, más allá de la
cual la ganancia en cuanto a la eliminación de dióxido de azufre no
está justificada por el incremento de los costes de los reactivos.
En los procesos existentes de inyección de sorbentes en hornos, la
utilización de calcio en el horno generalmente varía entre
aproximadamente el diez y el treinta y cinco por ciento.
Generalmente, la utilización de calcio se
incrementa en procesos de desulfuración semi secos y húmedos aguas
abajo, en los que las partículas de cal viva utilizadas
parcialmente se humedecen para formar hidróxido de calcio en una
fase líquida (en una capa líquida en la partícula en los procesos
semi secos y en una suspensión de sólidos en los procesos húmedos)
que reacciona con el dióxido de azufre remanente, generalmente, a
temperaturas de aproximadamente -1ºC por encima de la temperatura
de saturación del agua y de la temperatura de saturación del agua,
respectivamente. Como se ha descrito más arriba, las reacciones en
fase líquida del hidróxido de calcio y del dióxido de azufre en los
procesos aguas abajo son, generalmente, más eficaces en la
eliminación de dióxido de azufre que la sulfatación de la cal viva.
Sin embargo, la calidad degradada de la cal viva que se proporciona
a los mencionados procesos aguas abajo mediante la inyección de
piedra caliza en hornos y mediante los procesos de calcinación
conocidos, resulta en una utilización ineficaz del contenido de
calcio de la cal viva o de la piedra caliza.
En resumen, en los procesos utilizados en la
actualidad, la piedra caliza se inyecta en hornos bajo condiciones
que resultan en la calcinación de la piedra caliza en éstos y en
reacciones entre la cal viva resultante y el dióxido de azufre del
gas de combustión para formar sulfato de calcio en el horno. Dichos
procesos proporcionan una fuente de cal viva relativamente barata
para la desulfuración, si se compara con la compra e inyección de la
cal viva disponible comercialmente o con la construcción de un
reactor de calcinación diferente para proporcionar cal viva in
situ. El objetivo de dichos procesos es utilizar el calor del
horno para calcinar piedra caliza a cal viva mientras se consigue,
de manera simultánea, la eliminación de dióxido de azufre en el
horno. Sin embargo, las condiciones bajo las cuales las partículas
de piedra caliza se calcinan en el horno en estos procesos
(generalmente a temperaturas dentro de la ventana de temperatura
eficaz para la utilización/sulfatación de la cal viva) dan lugar a
partículas de cal viva con una reactividad reducida debido a
sinterización, obturación y a la formación de compuestos de calcio
complejos a partir de impurezas. Estas reacciones no deseadas
reducen el porcentaje de la cal viva resultante disponible para la
eliminación de dióxido de azufre disminuyendo, por lo tanto, la
eficacia de la utilización de la cal viva e incrementando los costes
de reactivos y los requerimientos auxiliares de energía aguas
abajo.
Existe una necesidad de procesos que proporcionen
cal viva relativamente barata y altamente reactiva que pueda ser
utilizada de manera eficaz en los procesos de desulfuración de los
gases de combustión aguas abajo.
De acuerdo con la invención, se proporciona un
proceso para eliminar dióxido de azufre del gas de combustión de un
horno, siendo el horno de un tipo en el que el gas de combustión
que incluye dióxido de azufre se produce a partir de la combustión
de combustibles que contienen azufre; el proceso incluye las etapas
de (a) inyectar partículas de piedra caliza divididas finamente en
el horno en una ubicación en la que la temperatura del gas de
combustión que pasa a través de ella excede la temperatura mínima
de calcinación y está por debajo de la temperatura mínima eficaz
para la utilización/sulfatación de la cal viva, de manera que una
parte de la piedra caliza se convierte en cal viva en el horno
mientras que se limita la sulfatación de la cal viva en el horno; y
(b) conducir el gas de combustión con la cal viva en él fuera del
horno hacia un sistema de desulfuración del gas de combustión aguas
abajo donde la cal viva se utiliza para la eliminación del dióxido
de azufre del gas de combustión.
De acuerdo con la invención, también se
proporciona un proceso para la eliminación del dióxido de azufre
del gas de combustión de un horno, siendo el horno de un tipo en el
que el gas de combustión que incluye dióxido de azufre se produce a
partir de la combustión de combustibles que contienen azufre; el
proceso incluye las etapas de (a) identificar un primer conjunto de
condiciones operativas del horno que incluye la concentración de
dióxido de azufre, de dióxido de carbono y de vapor de agua del gas
de combustión; (b) identificar una primera temperatura mínima de
calcinación y una primera temperatura mínima eficaz para la
utilización/sulfatación de la cal viva para la piedra caliza
disponible bajo el primer conjunto de condiciones operativas del
horno; (c) identificar una primera ubicación en el horno donde la
temperatura del gas de combustión que pasa a través de ella es
aproximadamente igual a la primera temperatura mínima eficaz para
la utilización/sulfatación de la cal viva; (d) identificar una
segunda ubicación en el horno donde la temperatura del gas de
combustión que pasa a través de ella es aproximadamente igual a la
primera temperatura mínima de calcinación; y (e) proporcionar al
menos una primera tobera a través de la cual pueden inyectarse en el
horno partículas divididas finamente de la piedra caliza
disponible; (f) situar la primera tobera próxima a la primera
ubicación de manera que cuando el horno opera bajo el primer
conjunto de condiciones la inyección de la piedra caliza a través
de la primera tobera resulta en la calcinación de una parte
sustancial de la piedra caliza a cal viva mientras que se limita la
sulfatación de la cal viva en el horno; y (g) conducir el gas de
combustión con la cal viva en él fuera del horno hacia un sistema de
desulfuración del gas de combustión aguas abajo donde la cal viva
se utiliza para la eliminación del dióxido de azufre del gas de
combustión.
La presente invención comprende un proceso de
inyección y calcinación de piedra caliza en el que se inyectan
partículas de piedra caliza en un horno para la calcinación en éste
bajo condiciones que resultan en la calcinación de una parte
sustancial de las partículas de piedra caliza a cal viva mientras
que se minimizan las reacciones no deseadas de la cal viva en el
horno que incluyen la sulfatación de la cal viva resultante, la
sinterización de la cal viva o las reacciones entre la cal viva y
las impurezas de la piedra caliza inyectada tales como sílice. La
cal viva resultante altamente reactiva contenida en la corriente del
gas de combustión se encuentra entonces disponible para los
procesos de desulfuración de gases de combustión aguas abajo. El
proceso implica inyectar partículas de piedra caliza divididas
finamente en una zona del horno en la que la temperatura de la
corriente del gas de combustión, cuando pasa a través de la zona,
está por encima de la temperatura mínima de calcinación y por debajo
de la ventana de temperatura eficaz para la utilización/sulfatación
de la cal viva. Preferiblemente, la zona se selecciona de manera
que las partículas de piedra caliza inyectadas en ella permanezcan a
una temperatura por encima de la temperatura mínima de calcinación,
mientras las partículas son transportadas aguas abajo, durante un
periodo suficiente como para conseguir la calcinación completa de
las partículas de piedra caliza mientras que se minimizan las
reacciones de sulfatación de la cal viva. La corriente del gas de
combustión se enfría entonces rápidamente por debajo de las
temperaturas a las que se producen reacciones adicionales que
afectan la calidad de la cal viva, que incluyen recarbonatación,
hidratación, sulfatación de la cal viva hidratada en fase sólida y
sinterización del agua. Las partículas de cal viva resultantes
pueden ser entonces utilizadas en procesos convencionales de
desulfuración de gases de combustión aguas abajo que incluyen
procesos húmedos y semi secos.
Por lo tanto, los objetivos de esta invención
incluyen proporcionar un proceso que produce partículas de cal viva
altamente reactivas a través de la calcinación de piedra caliza en
un horno; proporcionar un proceso en el que las partículas de cal
viva resultantes pueden utilizarse para la desulfuración eficaz de
gases de combustión aguas abajo; proporcionar un proceso que
pretende optimizar la cantidad de cal viva reactiva que sale del
horno y que está disponible para la desulfuración de gases de
combustión aguas abajo; proporcionar un proceso que resulta en la
calcinación completa, de manera sustancial, de las partículas de
piedra caliza inyectadas en el horno; proporcionar un proceso en el
que las condiciones bajo las que se produce la calcinación
minimizan la sinterización, la sulfatación de la cal viva y las
reacciones entre la cal viva resultante y las impurezas de la
piedra caliza; proporcionar un proceso que minimiza las reacciones
que reducen la cantidad de cal viva resultante a temperaturas por
debajo de la temperatura mínima de calcinación que incluyen la
sulfatación de cal viva hidratada; proporcionar un proceso que
reduce los costes de reactivos mediante una utilización más eficaz
de la cal viva; proporcionar un proceso que requiere unos gastos de
capital relativamente pequeños para llevarlo a cabo; proporcionar un
proceso que puede utilizarse con distintos procesos de
desulfuración de gases de combustión aguas abajo existentes que
utilizan cal viva para la eliminación de azufre.
Otros objetivos y ventajas de esta invención
resultarán aparentes a partir de la descripción siguiente y de los
dibujos adjuntos donde se muestran, como ilustración y ejemplo,
determinadas realizaciones de esta invención.
Los dibujos constituyen una parte de esta
especificación e incluyen realizaciones ejemplares de la presente
invención e ilustran varios objetivos y características de
ésta.
La Fig. 1 es un diagrama de flujo esquemático
parcial de un horno y de un sistema semi seco de desulfuración de
gases de combustión aguas abajo con el que se puede llevar a cabo
el proceso de la presente invención.
La Fig. 2 es una representación visual de las
reacciones físicas y químicas que afectan a las partículas de
piedra caliza inyectadas en un horno bajo condiciones que favorecen
la calcinación de la piedra caliza y las reacciones entre la cal
viva resultante y el dióxido de azufre del gas de combustión.
La Fig. 3 muestra las temperaturas de
descomposición de compuestos de calcio relevantes en condiciones
especificadas y muestra las temperaturas a las que se produce la
sulfatación de la cal viva y la sulfatación de la cal viva hidratada
en un horno bajo las condiciones especificadas.
La Fig. 4 comprende un diagrama de flujo de las
etapas básicas del proceso global en el que se pretende utilizar la
presente invención.
La Fig. 5 comprende un diagrama de flujo de las
etapas que se utilizan para llevar a la práctica el proceso de la
presente invención.
En referencia a la Figura 1, el numero de
referencia 1 indica, de manera general, un horno o una caldera de
combustión para utilizarse en la combustión de combustible para
calentar agua para generar vapor y con el que se puede llevar a la
práctica el proceso de la presente invención. Un combustible que
contiene azufre 5, como carbón pulverizado, y un gas que contiene
oxígeno 6 precalentado, típicamente aire, se introducen en una
cámara de combustión 8 del horno 1 para que se produzca la
combustión en éste. El gas 6 incluye oxígeno en exceso respecto al
requerido para combustionar el combustible 5. El gas de combustión
resultante o gas de combustión 10 incluye dióxido de carbono, vapor
de agua, oxígeno, nitrógeno y dióxido de azufre. Las temperaturas
típicas justo por encima de una zona de llama 12 de la cámara de
combustión 8 de un horno de tipo carbón pulverizado o caldera de
combustión 1 son de aproximadamente 1.371 a 1.649ºC.
Cuando el gas de combustión caliente 10 se dirige
aguas abajo a través del horno 1, el gas de combustión fluye por
varias superficies de intercambio de calor 15 que están adaptadas
para extraer calor del gas de combustión 10 para producir vapor
recalentado. Las superficies de intercambio de calor 15 incluyen
típicamente partes de las paredes del horno e intercambiadores de
calor que se extienden hasta la cámara del horno como
recalentadores colgados de calor radiante 18, recalentadores
colgados de convección 19, recalentadores horizontales de
convección 21, economizadores 22 y precalentadores de aire 23. La
salida de los precalentadores de aire 23 se considera generalmente
el final o salida 24 del horno 1. El precalentador 23 se utiliza
para precalentar el aire 6 alimentado en la cámara de combustión
8.
El gas de combustión se enfría hasta
aproximadamente 377^{0} a 399ºC mediante el economizador 22. El
gas de combustión 10 que sale del precalentador de aire 23, se ha
enfriado típicamente hasta aproximadamente 121ºC a 177ºC. Como se
utilizan en la presente memoria, las referencias a la temperatura
del gas de combustión 10 o a la temperatura a lo largo de la vía de
flujo del gas de combustión 10 se refieren, de manera general, a la
temperatura media del gas de combustión 10 a través de un plano que
se extiende de manera perpendicular respecto a la vía de flujo. El
tiempo de residencia del gas de combustión 10 en un horno 1 del
tipo mostrado, es típicamente de aproximadamente cuatro
segundos.
Después de dejar el horno 1, el gas de combustión
10 pasa a través del equipo de control de la contaminación 25 para
la eliminación de partículas y de contaminantes que incluyen
dióxido de azufre. El gas de combustión 10, que ha sido limpiado,
se elimina entonces a través de una chimenea 26. El equipo de
control de la contaminación 25 que se muestra como un diagrama en la
Figura 1, comprende un sistema de desulfuración semi seco 27 del gas
de combustión y un colector de partículas 28. El sistema de
desulfuración 27 del gas de combustión que se muestra en la Fig. 1
representa un secador por pulverización pero también se podrían
utilizar otros sistemas que incluyen un lavador seco circulante o
una suspensión de gas absorbente. El colector de partículas 28, que
se muestra en la Figura 1, representa un precipitador
electrostático, pero se prevé que se pueden utilizar otros
colectores de partículas 28.
También se prevé que el equipo de control de la
contaminación 25 pueda utilizar, de manera alternativa, un proceso
húmedo, tal como lavado húmedo de cal viva, en cuyo caso el
colector de partículas 28 se sitúa aguas arriba del sistema de
desulfuración 27 del gas de combustión. El equipo de control de la
contaminación 25 también incluye, típicamente, equipamiento para la
eliminación de NO_{x} y puede incluir también equipamiento para
la eliminación de sustancias tóxicas del aire, ninguno de los
cuales se muestra.
El proceso de la presente invención implica la
inyección de partículas de piedra caliza divididas finamente 33,
contenidas en una corriente de aire y que se conducen,
neumáticamente, desde el silo 34, a través de una fila o conjunto de
toberas 35 a una cavidad de calcinación 36 en el horno 1. La piedra
caliza 33 se inyecta en la cavidad de calcinación 36 bajo
condiciones que resultan en la calcinación rápida de una parte
significativa de la piedra caliza 33 a cal viva mientras que se
limitan o minimizan de manera sustancial las reacciones de
sulfatación de la cal viva resultante, se limita o minimiza de
manera sustancial la sinterización de la cal viva resultante y se
limita o minimiza de manera sustancial la formación de compuestos
de calcio complejos entre la cal viva resultante y las impurezas
presentes en ésta. La piedra caliza 33 se inyecta en la cavidad de
calcinación 36 generalmente de manera perpendicular a la vía de
flujo del gas de combustión 10 y las partículas de piedra caliza
están contenidas en el gas de combustión 10.
En general, la piedra caliza 33 se inyecta en el
horno en una ubicación en la que la temperatura está por debajo de
la temperatura mínima eficaz para la utilización/sulfatación de la
cal viva y que excede la temperatura mínima de calcinación. La
piedra caliza 33 se inyecta en el horno, preferiblemente, en una
ubicación en la que la temperatura del gas de combustión 10 que pasa
aguas abajo respecto a ésta permanece por encima de la temperatura
mínima de calcinación durante un periodo suficiente como para dar
lugar a una calcinación completa de la piedra caliza 33 contenida
en él. La cavidad o zona de calcinación 36, como se describe más
arriba, abarca generalmente desde el punto de inyección de la
piedra caliza 33 en el horno hasta el punto o ubicación aguas abajo
del horno 1 en el que la temperatura desciende por debajo de la
temperatura mínima de calcinación.
Dependiendo de las condiciones operativas del
horno 1, la temperatura mínima de calcinación de una caldera de
combustión de tipo carbón pulverizado o de una caldera de
combustión similar 1, se encontrará generalmente en el intervalo de
741ºC a 777ºC pero puede tener un valor tan bajo como 649ºC o tan
alto como 777ºC. La temperatura mínima eficaz para la
utilización/sulfatación de la cal viva en una caldera de combustión
de tipo carbón pulverizado o en una caldera de combustión similar 1
se encontrará típicamente, en el intervalo de 871ºC a 982ºC pero
puede tener un valor más alto o más bajo dependiendo de las
condiciones operativas.
La piedra caliza 33 inyectada tiene,
preferiblemente, un tamaño de partícula máximo entre tres y diez
micrómetros de diámetro, aunque se prevé que partículas de tamaños
superiores tales como de diez a cien micrómetros puedan utilizarse y
proporcionarán un material de alimentación más económico. Además,
pueden utilizarse tamaños de partícula menores pero resultan más
costosos de producir. Para la piedra caliza 33 con un tamaño de
partícula máximo de aproximadamente 10 micrómetros debería ser
suficiente un tiempo de residencia en el horno de aproximadamente
500 milisegundos a temperaturas por encima de la temperatura mínima
de calcinación para conseguir la calcinación completa de la piedra
caliza 33 inyectada a cal viva con una sulfatación de la cal viva,
una sinterización y una formación de compuestos de calcio complejos
mínimas o despreciables. Se prevé que unos tiempos de residencia
de entre 35 y 600 milisegundos o mayores pueden ser también
suficientes para proporcionar una calcinación completa de la piedra
caliza 33 inyectada a cal viva a la vez que se minimiza o limita la
sulfatación de la cal viva, la sinterización y la formación de
compuestos de calcio complejos. La cantidad de piedra caliza
inyectada se encontrará, típicamente, en el intervalo de entre una
y tres veces la cantidad estequiométrica del calcio requerido para
la reacción completa con el azufre del gas de combustión.
La cal viva resultante de alta calidad y
calcinada suavemente, contenida en el gas de combustión 10, se
conduce en el gas de combustión 10 aguas abajo hacia el equipo de
control de la contaminación 25. En el equipo de control de la
contaminación 25, la cal viva contenida en el gas de combustión 10,
se conduce hacia el secador por pulverización 27. El agua 40 se
inyecta o pulveriza en el secador por pulverización 27 de manera
que se humedece la superficie de las partículas de cal viva y se
forma una capa acuosa de cal viva hidratada en las partículas.
Alternativamente, la cal viva puede hidratarse en una fase sólida
como en un Sistema Lavador Seco Circulante. La temperatura en el
secador por pulverización se mantiene típicamente a aproximadamente
-1ºC por encima de la temperatura de saturación del agua en el gas
de combustión. La cal viva hidratada reacciona con los óxidos de
azufre, que incluyen fundamentalmente dióxido de azufre con algo de
trióxido de azufre, del gas de combustión 10 para formar sulfito de
calcio o sulfato de calcio, eliminando, por lo tanto, los óxidos de
azufre del gas de combustión 10. El gas de combustión 10 pasa
entonces a través del colector de partículas 28 donde las
partículas que comprenden sulfito de calcio o sulfato de calcio y
cal viva que no ha reaccionado se eliminan o se separan del gas de
combustión 10. Una primera parte 41 de las partículas, que incluye
cal viva que no ha reaccionado, se recicla de nuevo hacia el
secador por pulverización 27 y una segunda parte 42 de las
partículas se recoge para desecharse. La cal viva hidratada 43
obtenida, también puede inyectarse en el secador por pulverización
27, si se considera necesario, para incrementar la eliminación de
dióxido de azufre. La Figura 4 comprende un diagrama de flujo de
las etapas básicas del proceso global en el que se pretende
utilizar la presente invención. También se prevé que la cal viva
resultante que pasa a través del secador por pulverización 27, o de
un equipo similar, sin haberse convertido en la forma hidratada,
pueda ser hidratada fuera de la línea o fuera del proceso principal
en un hidratador o semejante antes de inyectarse de nuevo en el
proceso principal.
El proceso de la presente invención puede
llevarse a la práctica en el diseño de nuevos hornos o mediante la
reconversión de hornos existentes. En el diseño de una cavidad de
calcinación 36 de un horno, una etapa inicial implica determinar la
calidad de la piedra caliza disponible. Se prefieren piedras calizas
relativamente porosas con una cantidad mínima de impurezas. Una vez
que se ha identificado una piedra caliza disponible para utilizarse
en el proceso, se determina la temperatura mínima de calcinación de
esa piedra caliza bajo las condiciones operativas típicas de un
horno. Las condiciones operativas principales de un horno que deben
tenerse en cuenta para determinar la temperatura mínima de
calcinación incluyen la presión en el horno y la concentración de
dióxido de carbono y de vapor de agua en el gas de combustión 10.
Como se ha mencionado previamente, las concentraciones molares
típicas de dióxido de carbono y de vapor de agua en el gas de
combustión 10 se encuentran en el intervalo de entre el cinco y el
quince por ciento cada una.
De manera similar, se determina la temperatura
mínima eficaz para la utilización/sulfatación de la cal viva en el
horno bajo las condiciones operativas típicas de un horno. Las
condiciones operativas principales de un horno que deben tenerse en
cuenta para determinar la temperatura mínima eficaz para la
utilización/sulfatación de la cal viva incluyen las propiedades de
la piedra caliza, la presión en el horno y la concentración de
dióxido de azufre en el gas de combustión 10. Como se ha mencionado
más arriba, las concentraciones no controladas típicas después de
la combustión del dióxido de azufre del gas de combustión 10 se
encuentran en el intervalo de 200 a 3.000 o más partes por millón
por volumen. Los hornos operan típicamente a una presión ligeramente
positiva o negativa en la entrada o salida del gas
respectivamente.
Se analiza entonces (o se estima como para una
caldera de combustión nueva) el perfil de temperatura del gas de
combustión 10 que fluye a través del horno 1 para determinar, de
manera general, la ubicación del horno 1 en la que la temperatura
del gas de combustión 10 es igual a la temperatura mínima eficaz
para la utilización/sulfatación de la cal viva y la ubicación en la
que la temperatura del gas de combustión es igual a la temperatura
mínima de calcinación. Estas ubicaciones se determinan de manera
que ayuden a situar la cavidad de calcinación 36.
En una realización preferida, la cavidad de
calcinación 36 se diseña en el horno de manera que proporcione una
zona relativamente isotérmica en la que la temperatura del gas de
combustión 10 que pasa a través de la zona se mantenga entre la
temperatura mínima de calcinación y la temperatura mínima eficaz
para la utilización/sulfatación de la cal viva (preferiblemente más
cercana a la temperatura eficaz para la utilización/sulfatación de
la cal viva) durante un periodo suficiente como para que se
produzca la calcinación de toda la piedra caliza inyectada en ella.
Por ejemplo, para partículas de piedra caliza con un tamaño máximo
de diámetro entre tres y diez micrómetros, dicha zona que tiene un
tamaño para proporcionar un tiempo de residencia en ella de
aproximadamente 300 a 500 milisegundos, debería ser suficiente para
conseguir una calcinación completa de la piedra caliza.
En la realización preferida, dicha zona se forma
o se sitúa entre intercambiadores de calor consecutivos
distanciados una distancia suficiente como para proporcionar el
tiempo de residencia deseado (es decir, 500 milisegundos) y sin
extracción de calor a través de superficies intercambiadoras de
calor tipo pared en la zona. Se prevé que en algunas realizaciones
pueda producirse algo de extracción de calor a través de superficies
intercambiadoras de calor tipo pared. La temperatura del gas de
combustión 10 se enfría justo por debajo de la temperatura mínima
eficaz para la utilización/sulfatación de la cal viva mientras pasa
a través del intercambiador de calor 19 en el extremo aguas arriba
de la zona. Al tener los intercambiadores de calor 21 y 22 aguas
abajo una velocidad de desactivación alta, el gas de combustión 10
al pasar a través del intercambiador de calor en el extremo aguas
abajo de la zona, se enfría rápidamente por debajo de la
temperatura mínima de calcinación y hasta una temperatura en la
salida 24 del horno 1 que está en el intervalo de aproximadamente
121ºC a 177ºC. El enfriamiento rápido del gas de combustión 10
hasta 121ºC a 177ºC minimiza las reacciones negativas de
recarbonatación, de sinterización del agua y de sulfatación de la
cal viva hidratada en las partículas de cal viva resultantes.
Las ubicaciones posibles de la cavidad de
calcinación 36 están generalmente en la zona superior del horno 1 y
pueden incluir entre el último recalentador colgado de convección
19 y el primer recalentador horizontal de convección 21 o entre los
recalentadores colgados de convección 19 adyacentes. Las toberas 35
se sitúan entonces justo después del intercambiador de calor 19
aguas arriba de manera que las partículas de piedra caliza
inyectadas en la cavidad de calcinación 36 no afecten al
intercambiador de calor 19 y no produzcan erosión en éste. Las
toberas 35 ilustradas se instalan a través de una pared lateral del
horno 1, pero se prevé que las toberas 35 puedan instalarse en otras
configuraciones como hacia abajo a través de la parte superior del
horno 1.
En muchas aplicaciones no será posible o práctico
proporcionar una cavidad de calcinación 36 prácticamente
isotérmica. Es más, en muchos casos y, en particular, en los casos
en los que el proceso de la presente invención se va a llevar a la
práctica en un horno 1 existente, puede no ser posible o práctico
proporcionar una cavidad de calcinación 36 en la que la temperatura
del gas de combustión 10 que fluye a través de ella se mantenga
entre la temperatura mínima de calcinación y la temperatura mínima
eficaz para la utilización/sulfatación de la cal viva durante un
periodo suficiente como para obtener la calcinación prácticamente
completa de la piedra caliza inyectada en él o incluso la
calcinación de una parte sustancial de la piedra caliza. En estas
circunstancias, el porcentaje de cal viva de alta calidad disponible
para la desulfuración del gas de combustión aguas abajo puede
incrementarse inyectando la piedra caliza en el horno 1 en una
ubicación en la que la temperatura del gas de combustión 10 que
fluye a través de ella exceda la temperatura mínima eficaz para la
utilización/sulfatación de la cal viva pero que se enfríe
rápidamente por debajo de la temperatura mínima eficaz para la
utilización/sulfatación de la cal viva antes de que se pueda
producir sinterización, reacciones de sulfatación o la formación de
compuestos de calcio complejos. La inyección de la piedra caliza a
una temperatura ligeramente superior a la temperatura mínima eficaz
para la utilización/sulfatación de la cal viva puede proporcionar el
tiempo adicional necesario para conseguir la calcinación de una
parte sustancial de la piedra caliza a la vez que se intenta
minimizar o limitar la sinterización, las reacciones de sulfatación
y la formación de compuestos de calcio complejos. En condiciones
ideales, se puede concebir que el porcentaje de la piedra caliza
calcinado a cal viva puede aproximarse al 100% y que la utilización
de calcio en el horno se aproximará al 0%. Sin embargo, debe
reconocerse que cualquier diseño nuevo de la configuración del
intercambio de calor de una caldera de combustión para proporcionar
una cavidad de calcinación 36 impactará en la eficacia global de la
caldera de combustión. Por lo tanto, cuando se diseña la cavidad de
calcinación 36, el beneficio potencial que se obtiene gracias a una
utilización incrementada de la piedra caliza debe sopesarse frente
a los cambios potenciales de la eficacia global del proceso. Por lo
tanto, en la mayoría de los casos, no resulta probable que se
consiga una cavidad de calcinación 36 que proporcione condiciones
ideales. La calcinación será menor que la calcinación completa y se
producirá algo de sulfatación. En algunos casos, pueden ser
aceptables las proporciones de la utilización de calcio del 5 por
ciento y posiblemente tan altas como el 15 por ciento y la
calcinación de al menos la mitad de la piedra caliza inyectada.
De acuerdo con el proceso de la presente
invención, puede instalarse más de un conjunto de toberas 35 en el
horno 1 con el fin de permitir la inyección de piedra caliza en más
de un sitio de éste. El hecho de proporcionar toberas 35 en muchas
ubicaciones permite cambiar el punto de inyección de la piedra
caliza para adaptar los cambios en las condiciones operativas del
horno. Por ejemplo, las condiciones operativas sin carga del horno 1
pueden resultar en un perfil de temperatura diferente a través del
horno 1, lo que cambia la ubicación en la que la temperatura del
gas de combustión 10 se aproxima a la temperatura mínima de
calcinación y a la temperatura mínima eficaz para la
utilización/sulfatación de la cal viva. En dicha situación, se
puede situar un segundo conjunto de toberas 45 para la inyección de
piedra caliza en el horno en una ubicación relativa a la temperatura
mínima eficaz para la utilización/sulfatación de la cal viva bajo
las condiciones cambiadas con el fin de maximizar la calcinación
mientras que se minimiza la sulfatación de la cal viva. Se prevé que
se pueden utilizar incluso más conjuntos de toberas.
Se prevé que el proceso pueda implicar la
determinación intermitente o continua de las condiciones operativas
del horno en las diferentes ubicaciones de las toberas,
determinando la ubicación donde las condiciones se aproximan más a
las condiciones preferidas para maximizar la calcinación y
minimizar la sulfatación de la cal viva, e inyectar la piedra
caliza de manera selectiva a través del conjunto de toberas que
introducirán la piedra caliza en la parte del horno en la que
existan las condiciones preferidas. Se podría utilizar una válvula
47 con un controlador (no mostrado) como medio para inyectar la
piedra caliza 33 de manera selectiva a través del primer y segundo
conjunto de toberas 35 y 45, respectivamente. El controlador podría
integrarse con un sistema de control que determine las condiciones
operativas del horno y que ajuste automáticamente el punto de
inyección dependiendo de las condiciones operativas en ese momento.
Las condiciones que se determinarán pueden incluir temperatura,
presión, y la concentración de dióxido de azufre, dióxido de
carbono y vapor de agua en el gas de combustión 10. La Figura 5
comprende un diagrama de flujo de las etapas que se han llevado a
cabo en la puesta en práctica del proceso de la presente
invención.
El ejemplo siguiente se proporciona para ayudar a
entender la invención y está basado en un horno con las condiciones
operativas que se describen más abajo bajo una carga operativa
prevista normal.
Presión en el horno: aproximadamente
atmosférica;
Concentración de dióxido de carbono en el gas de
combustión: 5 a 15% en moles;
Concentración no controlada de dióxido de azufre
en el gas de combustión después de la combustión: 800 a 3.000
ppm;
Concentración de vapor de agua en el gas de
combustión: 5 a 15% en moles.
La piedra caliza seleccionada es una piedra
caliza porosa, de grano fino tipo tiza. La temperatura mínima de
calcinación de esta piedra caliza bajo las condiciones
especificadas es aproximadamente 760ºC. La temperatura mínima
eficaz para la utilización/sulfatación bajo las condiciones
especificadas es aproximadamente 982ºC.
La cavidad de calcinación está diseñada para
utilizarse con la piedra caliza pulverizada especificada con un
tamaño de partícula máximo de aproximadamente 10 micrómetros. La
cavidad de calcinación 36 está diseñada en el horno para extenderse
desde el último recalentador colgado de convección 19 hasta el
primer recalentador horizontal de convección 21. El gas de
combustión 10 se enfría hasta aproximadamente 927ºC al pasar justo
después del último recalentador colgado de convección 19. La
extracción de calor a través de las paredes del horno entre el
último recalentador colgado de convección 19 y el primer
recalentador horizontal de convección 21 se minimiza para
proporcionar una zona relativamente isotérmica entre el último
recalentador colgado 19 y el primer recalentador horizontal 21. La
temperatura del gas de combustión 10 no desciende por debajo de la
temperatura mínima de calcinación hasta que pasa a través del
primer recalentador horizontal 21. El último recalentador colgado
19 y el primer recalentador horizontal 21 están distanciados una
distancia para proporcionar un tiempo de residencia del gas de
combustión 10 que fluye entre ellos de aproximadamente 300 a 500
milisegundos. Se sitúa un conjunto de toberas 35 de inyección de
piedra caliza alineadas verticalmente a lo largo de una pared
lateral del horno justo aguas abajo del último recalentador colgado
19 para utilizarse en la inyección de la piedra caliza en el horno
de manera perpendicular a la vía del gas de combustión 10. La piedra
caliza se inyecta en el horno a través de las toberas en una
proporción molar de aproximadamente 1,5 moles de piedra caliza
respecto a los moles de dióxido de azufre producidos por la
combustión del combustible 5.
Se prevé que casi el 100% de la piedra caliza
inyectada se calcinará a cal viva y que la utilización del
contenido de calcio de la piedra caliza en el horno se aproximará
al 0% en dicho sistema.
Se debe entender que aunque se han ilustrado y
descrito en la presente memoria determinadas formas de la presente
invención, ésta no está limitada a las formas específicas,
ordenación de partes o combinaciones de ingredientes descritos y
mostrados.
Claims (11)
1. Un proceso para eliminar dióxido de azufre del
gas de combustión (10) de un horno (1), siendo el horno de un tipo
en el que el gas de combustión que incluye dióxido de azufre se
produce a partir de la combustión de combustibles que contienen
azufre (5), dicho proceso comprende las etapas de (a) inyectar
partículas divididas finamente de piedra caliza (33) en el
mencionado horno en una ubicación (36) en la que la temperatura del
mencionado gas de combustión que pasa a través de ella excede la
temperatura mínima de calcinación y está por debajo de la
temperatura mínima eficaz para la utilización/sulfatación de la cal
viva, de manera que una parte de la mencionada piedra caliza se
convierte en cal viva en el mencionado horno mientras que se limita
la sulfatación de la mencionada cal viva en el mencionado horno, y
(b) conducir el mencionado gas de combustión con la mencionada cal
viva contenida en él fuera del mencionado horno hacia un sistema de
desulfuración del gas de combustión aguas abajo donde la mencionada
cal viva se utiliza para la eliminación del dióxido de azufre del
mencionado gas de combustión.
2. El proceso de la reivindicación 1, donde la
etapa de inyección comprende además (a) inyectar partículas de
piedra caliza con un tamaño de partícula de aproximadamente 10
\mum de diámetro en el mencionado horno.
3. El proceso de la reivindicación 1, donde la
etapa de inyección comprende además (a) inyectar partículas de
piedra caliza con un tamaño de partícula de aproximadamente 3 a 6
\mum de diámetro en el mencionado horno.
4. El proceso de la reivindicación 1, donde
después de la etapa de inyección y antes de la mencionada etapa de
conducción, el proceso comprende además (a) enfriar rápidamente el
mencionado gas de combustión por debajo de una temperatura mínima
de sulfatación de la cal viva hidratada.
5. El proceso de la reivindicación 1, que incluye
las etapas de (a) hidratar la mencionada cal viva en el mencionado
sistema de desulfuración del gas de combustión aguas abajo para
producir cal viva hidratada en una fase líquida, (b) permitir a la
mencionada cal viva hidratada en la mencionada fase líquida
reaccionar con el mencionado dióxido de azufre del mencionado gas
de combustión para formar sulfito de calcio, y (c) separar el
sulfito de calcio del mencionado gas de combustión.
6. Un proceso para eliminar dióxido de azufre del
gas de combustión (10) en un horno (1), siendo el horno de un tipo
en el que el gas de combustión que incluye dióxido de azufre se
produce a partir de la combustión de combustibles que contienen
azufre (5), dicho proceso comprende las etapas de (a) identificar un
primer conjunto de condiciones operativas del mencionado horno que
incluye la concentración de dióxido de azufre, de dióxido de carbono
y de vapor de agua en el gas de combustión, (b) identificar una
primera temperatura mínima de calcinación y una primera temperatura
mínima eficaz para la utilización/sulfatación de la cal viva para
la piedra caliza disponible (33) bajo el mencionado primer conjunto
de condiciones operativas del mencionado horno, (c) identificar una
primera ubicación en el mencionado horno donde la temperatura del
mencionado gas de combustión que pasa a través de ella es
aproximadamente igual a la mencionada primera temperatura mínima
eficaz para la utilización/sulfatación de la cal viva, (d)
identificar una segunda ubicación en el mencionado horno donde la
temperatura del mencionado gas de combustión que pasa a través de
ella es aproximadamente igual a la mencionada primera temperatura
mínima de calcinación, (e) proporcionar al menos una primera tobera
(35) a través de la cual pueden inyectarse en el mencionado horno
partículas divididas finamente de la mencionada piedra caliza
disponible, (f) situar la mencionada primera tobera cerca de la
mencionada primera ubicación de manera que cuando el mencionado
horno se opera bajo el mencionado primer conjunto de condiciones la
inyección de la piedra caliza a través de la mencionada primera
tobera resulta en la calcinación de una parte sustancial de la
mencionada piedra caliza a cal viva mientras que se limita la
sulfatación de la mencionada cal viva en el mencionado horno, y (g)
conducir el mencionado gas de combustión con la mencionada cal viva
en él fuera del mencionado horno hacia un sistema de desulfuración
del gas de combustión aguas abajo donde la mencionada cal viva se
utiliza para la eliminación de dióxido de azufre del mencionado gas
de combustión.
7. El proceso de la reivindicación 6, donde la
etapa de situar la mencionada primera tobera comprende además (a)
situar la mencionada primera tobera de manera que la piedra caliza
inyectada a través de ella no afecta a ningún intercambiador de
calor (15) que se extiende hasta el mencionado horno.
8. El proceso de la reivindicación 6, donde la
etapa de situar la mencionada primera tobera comprende además (a)
situar la mencionada primera tobera de manera que después de que el
mencionado gas de combustión pasa la mencionada segunda ubicación,
el mencionado gas de combustión se enfría rápidamente hasta una
temperatura por debajo de una temperatura mínima de sulfatación de
la cal viva hidratada.
9. El proceso de la reivindicación 6, donde la
etapa de situar la mencionada primera tobera comprende además (a)
situar la mencionada primera tobera de manera que la temperatura
del mencionado gas de combustión se mantiene por encima de la
temperatura mínima de calcinación al menos durante aproximadamente
100 milisegundos después de que las mencionadas partículas de piedra
caliza se inyecten a través de la mencionada primera tobera.
10. El proceso de la reivindicación 6, donde la
etapa de situar la mencionada primera tobera comprende además (a)
situar la mencionada primera tobera de manera que la temperatura
del mencionado gas de combustión se mantiene por encima de la
temperatura mínima de calcinación durante aproximadamente 100 a 600
milisegundos después de que las mencionadas partículas de piedra
caliza se inyecten a través de la mencionada primera tobera.
11. El proceso de la reivindicación 6, que
incluye además las etapas de (a) identificar un segundo conjunto de
condiciones operativas del mencionado horno que incluye la
concentración de dióxido de azufre, de dióxido de carbono y de
vapor de agua en el gas de combustión, (b) identificar una segunda
temperatura mínima de calcinación y una segunda temperatura mínima
eficaz para la utilización/sulfatación de la cal viva para la
piedra caliza disponible bajo el mencionado segundo conjunto de
condiciones operativas del mencionado horno, (c) identificar una
tercera ubicación en el mencionado horno donde la temperatura del
mencionado gas de combustión que pasa a través de ella es
aproximadamente igual a la mencionada segunda temperatura mínima
eficaz para la utilización/sulfatación de la cal viva, (d)
identificar una cuarta ubicación en el mencionado horno donde la
temperatura del mencionado gas de combustión que pasa a través de
ella es aproximadamente igual a la mencionada segunda temperatura
mínima de calcinación, (e) proporcionar al menos una segunda tobera
(45) a través de la cual pueden inyectarse en el mencionado horno
partículas divididas finamente de la mencionada piedra caliza
disponible, (f) situar la mencionada segunda tobera cerca de la
mencionada tercera ubicación de manera que cuando el mencionado
horno se opera bajo el mencionado segundo conjunto de condiciones,
la inyección de la piedra caliza a través de la mencionada segunda
tobera resulta en la calcinación de una parte sustancial de la
mencionada piedra caliza a cal viva mientras que se limita la
sulfatación de la mencionada cal viva en el mencionado horno, y (g)
proporcionar medios para inyectar de manera selectiva la mencionada
piedra caliza a través de la mencionada primera tobera cuando las
mencionadas condiciones operativas del horno se aproximan al
mencionado primer conjunto de condiciones y a través de la
mencionada segunda tobera cuando las mencionadas condiciones
operativas del horno se aproximan al mencionado segundo conjunto de
condiciones.
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