PL208066B1

PL208066B1 - Zastosowanie produktu wytworzonego z materiału podstawowego, zawierającego wapń i kaolin

Info

Publication number: PL208066B1
Application number: PL345884A
Authority: PL
Inventors: Nicolaas Voogt; Joseph Jan Peter Biermann
Original assignee: Cdem Holland Bv
Priority date: 1998-08-14
Filing date: 1999-07-07
Publication date: 2011-03-31
Also published as: DE69934703D1; NL1009870C2; CA2339985C; ES2280122T3; DE69934703T2; CN1193823C; CN1312735A; JP4082866B2; WO2000009256A1; PL345884A1; ZA200100946B; JP2002522216A; BR9913033A; AU4804899A; ATE350153T1; EP1119408B1; DK1119408T3; MXPA01001581A; EP1119408A1; PT1119408E

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest zastosowanie produktu wytworzonego z materiału podstawowego, zawierającego wapń i kaolin, takiego jak pozostałości uwalniane podczas produkcji papieru i w czasie obróbki papieru odpadowego do wtórnego użycia.

Wiadome jest opisu z WO 96/06057, że materiał podstawowy traktuje się termicznie w złożu fluidyzacyjnym, powyżej którego istnieje wolna przestrzeń, gdzie złoże fluidyzacyjne pracuje w temperaturze między 720 a 850°C, a temperatura wolnej przestrzeni utrzymuje się na poziomie 850°C lub poniżej i gdzie materiał podstawowy przekształca się w substancję zawierającą zasadniczo metakaolin.

Zastosowanie produktu wytworzonego z materiału podstawowego, zawierającego wapń i kaolin, takiego jak papier lub pozostałości uwalniane podczas produkcji papieru i w czasie obróbki papieru odpadowego do wtórnego użycia, przy czym materiał podstawowy traktuje się termicznie w złożu fluidyzacyjnym, powyżej którego jest wolna przestrzeń, zaś złoże fluidyzacyjne pracuje w temperaturze pomiędzy 720 a 850°C i utrzymuje się temperaturę wolnej przestrzeni na poziomie 850°C lub poniżej, przekształcając materiał podstawowy w substancję zawierającą zasadniczo metakaolin, według wynalazku charakteryzuje się tym, że substancję zawierającą zasadniczo metakaolin stosuje się jako sorbent do usuwania metalu ze strumienia gorących gazów.

Korzystnie, utrzymuje się temperaturę wolnej przestrzeni na poziomie 800°C lub poniżej.

Utrzymuje się temperaturę wolnej przestrzeni niższą niż temperatura złoża fluidyzacyjnego.

Szczególnie korzystnie, do złoża fluidyzacyjnego wraz z materiałem podstawowym wprowadza się ziarna piasku o średnicy w zakresie od 0,5-2,0 mm.

Przez strumień gorącego gazu w zakresie wynalazku rozumie się strumień gazu, w którym mające być usunięte metale lub związki metali, obecne są w postaci par.

Nieoczekiwanie stwierdzono, że w przeciwieństwie do znanych mieszanin sorbentów, takich jak kaolin i wodorotlenek wapnia, które indywidualnie zasadniczo ukierunkowane są na usuwanie niektórych metali, sorbent zastosowany według wynalazku nie tylko efektywnie usuwa metale, takie jak na przykład ołów, kadm i ołów w obecności kadmu, ale jest także efektywny przy usuwaniu kadmu w obecności ołowiu. Jak już wiadomo, obecność więcej niż jednego metalu w oczyszczanym strumieniu gazów, generalnie ma negatywny wpływ na wydajność usuwania metalu przez sorbenty stosowane dotychczas, ukierunkowane na jeden z tych metali. Nie jest tak w przypadku sorbentu stosowanego według wynalazku, co powoduje, że sorbent może być szeroko stosowany. Pokazano ponadto, że produkt stosowany według wynalazku jest zasadniczo funkcjonalny z powodu jego wiązania metalu raczej na drodze mechanizmu sorpcji reaktywnej niż usuwania metalu według mniej wskazanego mechanizmu dyfuzji w porach. W przeciwieństwie do znanych mieszanin kaolinu i wodorotlenku wapnia, działających jako sorbent, produkt stosowany według wynalazku okazał się również efektywny, gdy w strumieniu gazu obecne są składniki zawierające chlor.

Rezultaty wynalazku osiągnąć można szczególnie efektywnie, gdy utrzymuje się temperaturę wolnej przestrzeni wynoszącą 800°C lub poniżej. Szczególnie wskazane jest, by temperatura wolnej przestrzeni utrzymywana była na poziomie niższym niż temperatura złoża fluidyzacyjnego.

Korzystne jest, jeżeli wraz z materiałem podstawowym do złoża fluidyzacyjnego wprowadzi się ziarenka piasku o średnicy w zakresie 0,5-2,0 mm, ponieważ ziarenka piasku ułatwiają przenoszenie ciepła, pozwalając na szybkie i właściwe dopasowanie temperatury w złożu fluidyzacyjnym i wolnej przestrzeni. Ponadto, ziarenka piasku mogą odgrywać wspierającą rolę w uzyskiwaniu cząstek sorbentu o średnicy przynajmniej 0,5 mm, ponieważ rdzeń wymienionych cząstek stanowi ziarno piasku. Te względnie ciężkie cząstki tworzą się w procesie ze złożem fluidyzacyjnym jako produkt uboczny powstającego aktualnie sproszkowanego sorbentu, ale są odpowiednie do stosowania jako sorbent w bardzo prostych zastosowaniach przy oczyszczaniu gazu. Takie ciężkie cząsteczki można całkiem łatwo wprowadzić w strumień gazowy i znów usunąć po użyciu, bez konieczności stosowania skomplikowanych urządzeń wprowadzających i usuwających.

Produkt, który stosuje się według wynalazku jako sorbent tworzy się w dalszym aspekcie wynalazku korzystnie tak, by przynajmniej 80% cząstek miało średnicę przynajmniej 2 μm. Ta średnica jest wystarczająco duża, by pylisty sorbent, po jego użyciu do usuwania metalu ze strumienia gazu, można było usunąć ze strumienia gazu za pomocą standardowych technik odpylania, tak by koszty mogły być utrzymywane na niskim poziomie.

PL 208 066 B1

Korzystnie zastosowany według wynalazku sorbent zawiera przynajmniej około 20% wag. metakaolinu. Zgodnie z opinią wynalazców, składnik ten poprawia jakość reaktywnej sorpcji sorbentu według wynalazku.

Charakterystyczne dla tego proszkowego sorbentu jest to, że nierozróżnialnie obecne w każdej cząstce zawierającej metakaolin są również mikronowe w skali związki zawierające wapń. Pokazano to w badaniach mikroskopem elektronowym, wyposażonym w analizator promieniowania X (EDX), który pozwala na analizę wapnia, glinu i krzemu. Badanie to pokazało, że w cząstce zawierającej metakaolin nie można odróżnić obszaru związków wapnia i metakaolinu. Uważa się, że pod względem aktywności, zastosowany według wynalazku sorbent odróżnia go od znanych sorbentów dzięki zdolności jednoczesnego pułapkowania różnych metali ze strumienia gorących gazów, zarówno w obecności jak i pod nieobecność anionów, takich jak chlorkowy, tak, że dla wszystkich tych metali uzyskuje się dobrą wydajność usuwania metalu.

Związki zawierające wapń, zwłaszcza węglan wapnia wodorotlenek wapnia, mają tę zaletę, że gdy używa się sorbent w wysokich temperaturach gazu (na przykład około 1000°C), rozkład wymienionych związków wapnia powoduje dezintegrację cząstek sorbentu, co powoduje zwiększoną wydajność usuwania metalu przez sorbent. Ponadto pokazano że zastosowano według wynalazku sorbent posiada zdolności wiążące, które zostają zachowane nawet po użyciu, podczas gdy dodatkowo właściwości ługujące sorbentu po zastosowaniu są szczególnie korzystne, tak że powtórne jego użycie w budownictwie wydaje się być możliwe.

Wyjątkowe właściwości zastosowanego sorbentu stają się dalej widoczne, gdy generalnie stosuje się sorbent do oczyszczenia strumienia gazu. Sorbent jest więc szczególnie odpowiedni do przynajmniej, częściowego usuwania SOx ze strumienia gazu, a także do przynajmniej częściowego usuwania dioksyn ze strumienia gazu. Jak wspomniano powyżej, sorbent jest również efektywny przy usuwaniu anionów.

Wynalazek zostanie poniżej wyjaśniony w kilku przykładach wykonania, w których zastosowany według wynalazku jest sorbent i sorbent o składzie znanym z dotychczasowego stanu techniki.

P r z y k ł a d 1

Poddaje się procesowi oczyszczania strumień gazu zawierający różne metale ciężkie i kombinacje metali ciężkich przy zastosowaniu następujących sorbentów: wyłącznie kaolinu, wyłącznie wodorotlenku wapnia, kaolinu w połączeniu z wodorotlenkiem wapnia oraz zastosowanego według wynalazku sorbentu. Różne sorbenty wykazują następującą aktywność.

T a b e l a A

Sorbent	Wyłącznie kaolin	Wyłącznie Ca(OH)2	Kaolin i Ca(OH)2	Sorbent według wynalazku
Metal
Tylko ołów	dobra	słaba	dobra	dobra
Tylko kadm	słaba	dobra	dobra	dobra
Ołów w obecności kadmu	*	*	dobra	dobra
Kadm w obecności ołowiu	słaba	*	średnia	dobra

* = nie mierzono

Pokazano dalej, że w przeciwieństwie do sorbentu według dotychczasowej praktyki, zastosowany sorbent wykazuje dla wszystkich metali mechanizm tak zwanej sorpcji reaktywnej, która ma korzystny wpływ na właściwości ługujące. Wyniki sorpcji pokazane w powyższej tabeli były powtórzone dla gazów zawierających również związki zawierające chlor. Nawet w tych warunkach zastosowany według wynalazku sorbent nadal wykazywał aktywność.

P r z y k ł a d 2

Zastosowany według wynalazku sorbent stosuje się do usuwania ze strumienia gazów anionów, takich jak aniony, z których może powstać SOx. Strumień gazu zawiera 4000 mg SOx (obliczony jako SO2) na Nm³ gazu odpadowego. Do tego strumienia gazu dodaje się 90 g/Nm³ zastosowanego według wynalazku sorbentu. Po sorpcji SOx, stężenie SOx w oczyszczonych gazach odpadowych wynosi mniej niż 10 mg na Nm³ gazu odpadowego. Tak więc, wydajność usuwania jest większa niż 99%.

Pokazano, że sorbent wypełniony SOx jest bardziej odporny na ługowanie tego związku niż inne środki. W poniższej tabeli B pokazano rezultaty porównawcze ługowania siarczanu przy stosowaniu

PL 208 066 B1 sorbentu przy stosowaniu cementu portlandzkiego (OPC). W tym celu do wypełnionego SOx sorbentem według wynalazku dodaje się popiół lotny zawierający siarkę, po czym mierzy się ługowanie siarczanów. Jako porównanie, podobną ilość lotnego popiołu zawierającego siarkę dodaje się do próbki dostępnego na rynku cementu portlandzkiego. Następnie do obu próbek w rotującej misie dodaje się wodę do uzyskania wilgotnych pastylek, które następnie pozostawia się do stwardnienia, odpowiednio na 7 lub 28 dni. W ten sposób uzyskuje się poniższe wyniki ługowania siarczanów.

T a b e l a B

Środek wiążący	OPC	70% sorbentu, 30% OPC
Czas kontaktu	7 dni	28 dni	7 dni	28 dni
Ługowanie siarczanów (mg/kg)	2240	1100	670	660

P r z y k ł a d 3

Przy pomocy zastosowanego według wynalazku sorbentu pułapkuje się również dioksyny ze strumienia gazu. W tym celu kontaktuje się strumień takiego gazu z sorbentem w stężeniu 90 g/Nm³. Gaz kontaktuje się z sorbentem przez mniej niż 10 sekund, po czym oddziela się sorbent od strumienia gazu przy pomocy filtra workowego. Stężenie wprowadzonych dioksyn wynosi 1,909 ng/Nm³. Z tej ilości, 1, 863 ng/Nm³ wychwycone jest przez sorbent zebrany w filtrze workowym (to znaczy więcej niż 97%). 0,037 ng/Nm³ (około 2%) znajduje się na cząstkach sorbentu nie wychwyconych przez filtr przeciwpyłowy, a 0,009 ng/Nm³ (to znaczy mniej niż 0,5%) nie zostało wychwycone przez sorbent i było nadal obecne w strumieniu gazu.

Claims

1. Zastosowanie produktu wytworzonego z materiału podstawowego, zawierającego wapń i kaolin, takiego jak papier lub pozostałości uwalniane podczas produkcji papieru i w czasie obróbki papieru odpadowego do wtórnego użycia, przy czym materiał podstawowy traktuje się termicznie w złożu fluidyzacyjnym, powyżej którego jest wolna przestrzeń, zaś złoże fluidyzacyjne pracuje w temperaturze pomiędzy 720 a 850°C i utrzymuje się temperaturę wolnej przestrzeni na poziomie 850°C lub poniżej, przekształcając materiał podstawowy w substancję zawierającą zasadniczo metakaolin, znamienne tym, że substancję zawierającą zasadniczo metakaolin stosuje się jako sorbent do usuwania metalu ze strumienia gorących gazów.

2. Zastosowanie według zastrz. 1, znamienne tym, że utrzymuje się temperaturę wolnej przestrzeni na poziomie 800°C lub poniżej.

3. Zastosowanie według zastrz. 1 albo 2, znamienne tym, że utrzymuje się temperaturę wolnej przestrzeni niższą niż temperatura złoża fluidyzacyjnego.

4. Zastosowanie według zastrz. 1 albo 2, znamienne tym, że do złoża fluidyzacyjnego wraz z materiałem podstawowym wprowadza się ziarna piasku o średnicy w zakresie od 0,5-2,0 mm.