PL214806B1 - Sposób obróbki gazów spalinowych zawierajacych rtec - Google Patents

Description

Niniejszy wynalazek dotyczy sposobu obróbki gazów spalinowych zawierających rtęć, w szczególności sposobu zmniejszenia poziomu emisji rtęci w wyniku spalania różnych rodzajów węgla w elektrowniach węglowych.

Ze względu na szkodliwość rtęci oraz uregulowania prawne podejmowano już liczne próby wychwycenia rtęci przed jej uwolnieniem z elektrowni węglowych. Na przykład w amerykańskim opisie patentowym nr 6,808,692 (autor Oehr), opisano wykorzystanie cząsteczkowych fluorowców takich jak chlor gazowy (CI₂) do przekształcania rtęci elementarnej (Hg₀) w chlorek rtęci (MgCl₂). Takie przekształcenie jest korzystne, ponieważ chlorek rtęci może być adsorbowany przez stałe substancje zasadowe, w szczególności stałe substancje zawierające tlenek wapnia (CaO) lub wodorotlenek wapnia (Ca(OH)₂). Taki sposób wytrącania rtęci jest zwykle przeprowadzany przed urządzeniami do gromadzenia cząstek stałych takich jak stacje filtrów workowych lub filtry elektrostatyczne. Przedstawiony w opisie tym sposób nie jest jednak równie skuteczny w przypadku wszystkich rodzajów węgla.

Sposób ten nie umożliwia na przykład w pełni skutecznego usuwania rtęci w przypadku wtryskiwania 12 do 25 ppmv cząsteczkowego chloru do gazu spalinowego uzyskiwanego w wyniku spalania węgla podbitumicznego i lignitowego. Takie rodzaje węgla powodują podczas częściowego lub całkowitego spalania powstawanie zasadowych popiołów lotnych, co potwierdza ich zdolność do po dniesienia wskaźnika pH mieszanin wody i popiołów lotnych do wartości przekraczających 7. Zgłaszający wziął pod uwagę wykorzystanie jako węgla w niniejszym wynalazku różnych postaci węgla podbitumicznego i lignitowego. Węgiel podbitumiczny i lignitowy stanowi niemal połowę węgla spalanego w elektrowniach węglowych znajdujących się na terenie Kanady i Stanów Zjednoczonych. Inne techniki zmniejszania poziomu emisji rtęci w gazach wytwarzanych podczas spalania węgla lignitowego są podobnie nieskuteczne lub posiadają ograniczenia.

Na przykład w amerykańskim opisie patentowym nr 6,521,021, autorstwa Pennline'a i innych, opisano proces z wykorzystaniem zgłębnika obejmujący wykorzystanie częściowo spalonych cząstek węgla do usuwania rtęci z gazów spalinowych przed ich wprowadzeniem do urządzeń do gromadzenia cząstek stałych takich jak stacje filtrów workowych lub filtry elektrostatyczne. Zgłaszający zbadał technikę opracowaną przez Pennline'a i innych i stwierdził, że w przypadku wykorzystywania częściowo spalonych cząstek węgla podbitumicznego lub lignitowego ta technika usuwania rtęci posiada pewne mankamenty. Ponieważ węgiel podbitumiczny i lignitowy stanowi tak znaczące źródło energii, zgłaszający opracował sposób zmniejszania ilości rtęci uwalnianej do środowiska podczas spalania węgla podbitumicznego lub lignitowego, w urządzeniu do tego celu przeznaczonym.

W amerykańskim opisie patentowym nr 6,953,494, autorstwa Nelsona, opisano wykorzystanie bromowanego podłoża „węglowego do regulacji zawartości węgla w gazach spalinowych. Wynalazek ten posiada następującą cechę: węgiel, a w szczególności kosztowny sproszkowany węgiel aktywowany stanowi główny składnik materiału „węglowego, na przykład „korzystnie sproszkowany węgiel aktywowany'' (strona 6, wersy 10-11). Zobacz również strona 7, wersy 13-14 „Istotną właściwością sorbentowego materiału podłożowego jest to, że w znaczącym stopniu składa się on z węgla.

Nadmierne wykorzystywanie węgla jest niepożądane ze względu na to, że zanieczyszczenie powstającego popiołu lotnego stosowanego jako domieszka do cementu, szczególnie w przypadku stosowania go na zewnątrz pomieszczeń w niskich temperaturach, powoduje mięknięcie mieszanego cementu w ujemnych temperaturach, jak również pożądane zmiany barwy.

Przedmiotem wynalazku jest sposób obróbki gazów spalinowych zawierających rtęć, w którym gaz spalinowy powstaje ze spalania węgla lignitowego i/lub podbitumicznego, przy czym sposób ten obejmuje wtryskiwanie do gazów spalinowych fluorowca oraz wzbogaconych w węgiel stałych cząstek zasadowego popiołu węglowego, polegający na tym, że stałe cząstki zasadowego popiołu węglowego są częściowo spalone i zawierają mniej niż 50% wagowych węgla, korzystnie mniej niż 40%, i więcej niż 50% wagowych zasadowego popiołu, korzystnie więcej niż 60%, a stałe cząstki wprowadza się do gazów spalinowych, których temperatura jest niższa niż 204°C.

Korzystnie fluorowiec stanowi chlor, brom, jod, ich halogenki, sole tlenowe tych fluorowców na +1 stopniu utlenienia lub ich mieszaniny.

Korzystnie fluorowiec stanowi chlor cząsteczkowy, brom cząsteczkowy lub ich mieszaniny.

Stałe cząstki zasadowego popiołu węglowego korzystnie pochodzą z połączenia popiołu węglowego z zasadą, topnikiem zasadowym lub ich mieszaniną.

PL 214 806 B1

Stałe cząstki zasadowego popiołu węglowego korzystnie poddaje się filtrowaniu, zwłaszcza w filtrze elektrostatycznym lub filtrze workowym lub filtrze tkaninowym.

Gaz spalinowy korzystnie poddaje się odsiarczaniu, korzystnie w systemie odsiarczania gazów spalinowych FGD.

Wtryskiwanie korzystnie obejmuje poddawanie częściowo spalonych, wzbogaconych w węgiel stałych cząstek zasadowego popiołu węglowego działaniu fluorowca w atmosferze zawierającej fluorowiec; oraz wtryskiwania stałych cząstek zasadowego popiołu węglowego wzbogaconych w węgiel, poddanych działaniu fluorowca w atmosferze zawierającej fluorowiec, do gazów spalinowych.

W sposobie według wynalazku korzystnie oznacza się zawartość chloru w wzbogaconych w węgiel stałych cząstkach zasadowego popiołu węglowego i przeprowadza się wtryskiwanie gdy zawartość chloru wynosi poniżej 12 ppmv.

W sposobie według wynalazku korzystnie oznacza się zasadowość wzbogaconych w węgiel stałych cząstek zasadowego popiołu węglowego i przeprowadza się wtryskiwanie gdy cząstki popiołu są zasadowe lub kwasowe zawierające domieszkę cząstek zasadowych.

W sposobie według wynalazku korzystnie wtryskiwanie wzbogaconych w węgiel stałych cząstkach zasadowego popiołu węglowego obejmuje:

wtryskiwanie sproszkowanego węgla do komory spalania, usuwanie strumienia cząstek częściowo spalonego sproszkowanego węgla i gazu; rozdzielanie strumienia częściowo spalonego sproszkowanego węgla i gazów na strumień gazu obiegowego i strumień cząsteczek aktywowanego termicznie sorbentu, wtryskiwanie cząsteczek termicznie aktywowanego sorbentu do gazów spalinowych.

W sposobie według wynalazku korzystnie usuwanie strumienia częściowo spalonego sproszkowanego węgla i gazu przeprowadza się przed wprowadzeniem do spalania.

Usuwanie strumienia częściowo spalonego sproszkowanego węgla i gazu przeprowadza się korzystnie kiedy temperatura w strefie spalania mieści się w zakresie od 538°C do 1649°C.

W sposobie według wynalazku korzystnie cząsteczki aktywowanego termicznie sorbentu kontaktuje się z fluorowcem przed wtryskiwaniem cząsteczek aktywowanego termicznie sorbentu do gazu spalinowego.

Korzystnie cząsteczki aktywowanego termicznie sorbentu kontaktuje się z fluorowcem w gazie spalinowym.

Korzystnie strumień cząsteczek aktywowanego termicznie sorbentu schładza się po rozdzieleniu.

Korzystnie w sposobie według wynalazku cząsteczki aktywowanego termicznie sorbentu po kontaktowaniu ich z fluorowcem gromadzi się w urządzeniu do gromadzenia cząstek stałych.

Korzystnie w sposobie rozdzielanie obejmuje skierowanie strumienia częściowo spalonego sproszkowanego węgla i gazów do separatora gazu/cząstek stałych.

W sposobie według wynalazku korzystnie wtryskuje się do gazów spalinowych fluorowiec w ilości zależnej od oznaczonej zasadowości węgla wtryskuje się wzbogacone węglem stałe cząstki zasadowego popiołu węglowego do gazów spalinowych łącznie z węglem pobranym za pomocą zgłębnika.

Korzystnie w sposobie według wynalazku, reguluje się za pomocą zasady, zasadowego topnika lub ich mieszaniną zasadowość cząstek węgla, pobranego zgłębnikiem, przed ich wtryskiwaniem.

Węgiel pobrany za pomocą zgłębnika korzystnie obejmuje cząstki zasadowego popiołu węglowego.

Korzystnie wtryskuje się fluorowiec w ilości zależnej od oznaczonej jego zawartości w węglu.

Używane w niniejszym opisie określenie „wzbogacone węglem zasadowe cząstki popiołu węglowego odnosi się do cząstek o zawartości węgla mniejszej niż 50% wagowych, korzystniej cząstek o zawartości węgla mniejszej niż 40% wagowych, oraz zasadowego popiołu o zawartości większej niż 50% wagowych, korzystniej większej niż 60% wagowych. Korzystne przykłady wzbogaconych węglem zasadowych cząstek popiołu węglowego posiadają zawartość węgla od 20 do 40% wagowych oraz zawartość zasadowego popiołu od 55 do 80% wagowych. Jeszcze korzystniejsze przykłady wzbogaconych węglem zasadowych cząstek popiołu węglowego posiadają zawartość węgla od 30 do 40% wagowych oraz zawartość zasadowego popiołu od 60 do 80% wagowych.

Etapy wtryskiwania mogą być przeprowadzane kolejno, równocześnie, przy czym jeżeli są one przeprowadzane kolejno, któryś etap może następować po innym. Wzbogacone węglem zasadowe cząstki popiołu węglowego pochodzące z częściowego spalania węgla są w korzystnym rozwiązaniu uzyskiwane z wykorzystaniem metod obejmujących wykorzystanie zgłębnika, lecz możliwe jest również zastosowanie niniejszego wynalazku z wykorzystaniem częściowo spalonego węgla, na przykład węgla częściowo spalonego w złożu fluidalnym.

PL 214 806 B1

Sposób według wynalazku polega na poddaniu wzbogaconych węglem zasadowych cząstek popiołu węglowego pochodzących z częściowego spalania węgla działaniu atmosfery zawierającej fluorowiec. Sposób ten realizuje się przez wtryskiwanie wzbogaconych węglem zasadowych cząstek popiołu węglowego poddanych obróbce w atmosferze zawierającej fluorowiec do gazów spalinowych przed ich wprowadzeniem do urządzenia do gromadzenia cząstek stałych, dzięki czemu następuje adsorpcja przynajmniej części rtęci.

Niniejszy wynalazek stanie się zrozumiały dla specjalistów w tej dziedzinie po zapoznaniu się z poniższym opisem korzystnych wykonań wynalazku, dodatkowo zilustrowanych na załączonych rysunkach.

Krótki opis rysunków

Fig. 1 przedstawia schematycznie urządzenie, w którym może być realizowany sposób według niniejszego wynalazku;

Fig. 2 przedstawia schemat blokowy korzystnego wariantu sposobu według nin iejszego wynalazku.

W przedstawionym poniżej opisie odpowiednie numery odnośników na rysunkach oznaczają podobne lub odpowiadające sobie elementy. Określenia takie jak „do przodu”, „do tyłu', „w lewo”, „w prawo, „w górę, „w dół” i tym podobne są kwestią przyjętej konwencji i nie należy ich traktować jako ograniczenie wynalazku.

Na fig. 1 przedstawiono jedno z wykonań elektrowni węglowej 10, w której realizowany jest sposób według niniejszego wynalazku. Elektrownia 10 posiada komorę spalania 12. Komora spalania 12 połączona jest z kominem 14 za pośrednictwem kanału 16. Gazy spalinowa utworzone podczas spalania węgla przemieszczają się kanałem 16 i są uwalniane przez komin 14.

Zgodnie z niniejszym wynalazkiem węgiel podbitumiczny lub lignitowy 20 wtryskiwany jest do komory spalania 12. Wysokie temperatury panujące w komorze 12 powodują aktywację węgla i wywołują przemianę węgla, jednak aktywowany węgiel posiada na tym etapie niewielkie powinowactwo z rtęcią, co spowodowane jest wysoką temperaturą w komorze. Przed pełnym spaleniem część aktywowanego węgla jest usuwana z komory spalania 12 z wykorzystaniem zgłębnika 22. Rozmiar pobranych cząstek węgla może być podobny do rozmiarów cząstek węgla wtryskiwanych do komory spalania 12. Rozmiar ten może również ulec zmianie na skutek obróbki przeprowadzanej w komorze spalania 12.

Zgłębnik 22 może mieć postać wprowadzanej do strefy komory spalania 12 wydrążonej lancy, w której wytwarzane jest podciśnienie przez ssanie. Podciśnienie może być tworzone z wykorzystaniem pompy gazowej (tu nie pokazanej) lub systemu próżniowego, strumieniowej pompy parowej, itp. Zgłębnik 22 może być wykonany z wielu różnych materiałów, włącznie ze stalą nierdzewną. W zgłębniku 22 umieszczanym w komorze spalania 12 może być wykorzystywane urządzenie chłodzące, co ma na celu ograniczenie dalszego utleniania się cząstek stałych. Zgłębnik 22 może na przykład posiadać komorę chłodzoną wodą, powietrzem lub parą, która otoczona jest osłoną wykonaną z warstwy odpornego na wysoką temperaturę materiału odblaskowego, dzięki czemu ograniczony jest transfer ciepła.

Podczas działania zgłębnika 22 następuje pobieranie z komory spalania 12 mieszaniny gazu oraz częściowo spalonych wzbogaconych węglem zasadowych cząstek popiołu węglowego powstałych w wyniku częściowego spalania węgla, przy czym dokonywane jest to z wykorzystaniem separatora 24 gazu i cząstek stałych takiego jak odpylacz cyklonowy (część gazowa może być ponownie wprowadzana do systemu w dowolnym pożądanym miejscu lub usuwana na zewnątrz systemu).

Wzbogacony węglem zasadowy popiół węglowy, powstały w wyniku częściowego spalania węgla, wtryskiwany jest do kanału 16 elektrowni 10. Wtryskiwanie za pomocą wtryskiwacza 32 może być przeprowadzane w dowolnym miejscu znajdującym się pomiędzy komorą spalania 12 i urządzeniem do gromadzenia cząstek stałych 30, w którym temperatura wynosi mniej niż 204°C. Wtryskiwacz 32 może mieć na przykład postać śruby podającej lub strumieniowej pompy parowej, w której gazem napędzającym jest powietrze. Termicznie aktywowane wzbogacone węglem zasadowe cząstki popiołu węglowego, uzyskane w wyniku częściowego spalania węgla, mogą być przed wtryskiwaniem ochładzane, co ma na celu zachowanie ich reaktywności i zapobieżenie dalszemu utlenianiu.

Wzbogacone węglem zasadowe cząstki popiołu węglowego, uzyskane w wyniku częściowego spalania węgla, pochodzą ze spalania węgla podbitumicznego i/lub lignitowego. W korzystnych wyk onaniach wynalazku wzbogacone węglem zasadowe cząstki popiołu węglowego uzyskiwane są w w yniku częściowego spalania węgla oraz w wyniku połączenia niezasadowego popiołu węglowego (na

PL 214 806 B1 przykład pochodzącego z bitumicznego węgla kamiennego) z zasadą lub zasadowym topnikiem (zobacz na przykład amerykański opis patentowy nr 6,250,235 autorstwa Oehra i innych, w którym opisano pokrywanie niezasadowego popiołu węglowego alkalicznym topnikiem). Zasadowe cząstki popiołu węglowego są uzyskiwane w wyniku częściowego spalania węgla podbitumicznego i lignitowego, który może być częściowo spalony na przykład w kąpieli zawiesinowej.

Wtryskiwanie fluorowca do kanału 16 może być realizowane za pośrednictwem wtryskiwacza 34. Używane w niniejszym opisie określenie „fluorowiec” może odnosić się do fluorowca cząsteczkowego lub atomowego albo cząsteczkowego prekursora fluorowca. Cząsteczkowy fluorowiec lub atomowy albo cząsteczkowy prekursor fluorowca korzystnie ma postać chloru, bromu, jodu, fluoru lub ich mieszaniny, a w korzystniejszym rozwiązaniu chloru, bromu lub ich mieszaniny. Atomowy albo cząstec zkowy prekursor fluorowca może również zawierać halogenek lub sole tlenowe fluorowców na +1 stopniu utlenienia. Sól tlenowa fluorowca może stanowić sól chloru, bromu, jodu i ich mieszaniny.

W sposobie według wynalazku, poddawanie wzbogaconych węglem zasadowych cząstek popiołu węglowego pochodzących z częściowego spalania węgla działaniu atmosfery zawierającej fluorowiec, może być przeprowadzane przed lub we wtryskiwaczu 32. Po takiej obróbce przeprowadzane jest wtryskiwanie wzbogaconych węglem zasadowych cząstek popiołu węglowego, poddanych obróbce w atmosferze zawierającej fluorowiec, do gazów spalinowych przed ich wprowadzeniem do urządzenia do gromadzenia cząstek stałych, dzięki czemu następuje adsorpcja przynajmniej części rtęci.

Po przeprowadzeniu wtryskiwania, gazy spalinowe wprowadzane są do urządzenia 30 do gromadzenia cząstek stałych stanowiącego miejsce, w którym cząstki zawierające rtęć usuwane są przed uwolnieniem gazów spalinowych przez komin 14. Urządzenie 30 może mieć postać filtra elektrostatycznego, lecz w innych wykonaniach wynalazku mogą to być filtry workowe lub filtry tkaninowe. Można również zastosować urządzenia do gromadzenia cząstek stałych w postaci systemu odsiarczania gazów spalinowych FGD. W zakresie niniejszego wynalazku mieści się wykorzystanie dowolnej kombinacji powyższych systemów.

Na fig. 2 przedstawiono schemat blokowy przedstawiający etapy przeprowadzania obróbki gazów spalinowych zawierających rtęć, pochodzących ze spalania węgla, według korzystnego wykonania niniejszego wynalazku. Blok 100 reprezentuje etap szacowania poziomu zawartości fluorowców w przeznaczonym do spalania węglu, co w korzystnym rozwiązaniu obejmuje oszacowanie poziomów zawartości chloru, na przykład według standardowej metody badania zawartości chloru w węglu D2361-02. Blok 102 reprezentuje etap szacowania jakości węgla pobieranego zgłębnikiem, co w k orzystnym rozwiązaniu obejmuje oszacowanie zasadowości, na przykład wyrażonej współczynnikiem pH, oraz zawartości zasadowego popiołu. Jakość węgla może obejmować również inne parametry, na przykład wyniki pomiarów węgla, wyniki pomiarów powierzchni BET itp. Bloki 100 i 102 mogą być przeprowadzane przed pobieraniem próbek za pomocą zgłębnika, na przykład w oparciu o skład węgla przed umieszczeniem go w komorze spalania, lub po pobraniu próbek za pomocą zgłębnika i przeprowadzeniu aktywacji termicznej. Blok 104 reprezentuje proces wtryskiwania fluorowca i wzbogaconych węglem zasadowych cząstek popiołu węglowego uzyskanych w wyniku częściowego spalania węgla do gazów spalinowych przed wprowadzeniem ich do urządzenia do gromadzenia cząstek stałych. Etap ten przeprowadzany jest, jeżeli stwierdzono, że ilości fluorowca są mniejsze niż z góry określony poziom, tj. poziom umożliwiający skuteczne usuwanie rtęci, oraz stwierdzono, że popiół węglowy posiada odpowiednią jakość, na przykład jest on zasadowy lub kwasowy, przy czym kwas owy może zawierać pewną ilość zasadowego popiołu. Korzystnie ilość wtryskiwanego fluorowca jest skorelowana z naturalną zawartością fluorowców w węglu. Jeżeli na przykład w węglu obecne są fluorowce, na przykład brom, dzięki czemu stężenie fluorowców w gazach spalinowych wynosi około 0,5 ppmv, pożądane może być wtryskiwanie bromu w ilości wystarczającej do uzyskania całkowitego stężenia fluorowców równego około 4 ppmv lub więcej. Podobnie, w zależności od naturalnej zawartości chloru w węglu możliwe jest wtryskiwanie ilości chloru wystarczającej do uzyskania całkowitego stężenia fluorowców w gazach spalinowych wynoszącego do około 25 ppmv, do około 20 ppmv, do około 15 ppmv lub do około 12 ppmv. W innych wykonaniach niniejszego wynalazku korzystne może być również wtryskiwanie mieszaniny fluorowców, przy czym takie wykonania również mieszczą się w zakresie niniejszego wynalazku.

Sposób usuwania rtęci z gazów spalinowych pochodzących ze spalania węgla podbitumicznego lub lignitowego w elektrowniach węglowych według wynalazku może być realizowany przez wtryskiwanie do komory spalania mieszaniny sproszkowanego węgla i powietrza. Po przeprowadzeniu wtry6

PL 214 806 B1 skiwania, strumień częściowo spalonego sproszkowanego węgla i gazu jest usuwany przed dotarciem częściowo spalonego węgla do palnika. Usuwanie może być przeprowadzane przez wprowadzenie do strefy spalania wydrążonej lancy, do której doprowadzane jest podciśnienie. Ponieważ regulacja temperatury w strefie spalania może być trudna, możliwe jest uzyskiwanie dobrych rezultatów w przypa dku wykorzystywania wykonań niniejszego wynalazku obejmujących usuwanie w różnych temperaturach. Stwierdzono, że korzystne jest przeprowadzanie usuwania z obszarów strefy spalania, w których temperatura mieści się w zakresie od 538°C do 1649°C, korzystniej mieści się w zakresie od 538°C do 1093°C, jeszcze korzystniej mieści się w zakresie od 538°C do 815°C. Węgiel i gaz wchodzące w skład strumienia rozdzielane są na strumień gazu obiegowego i strumień aktywowanego termicznie sorbentu. Rozdzielanie może być przeprowadzane na przykład przez skierowanie strumienia częściowo spalonego sproszkowanego węgla i gazów do separatora gazu/cząstek stałych. Strumień sorbentu jest ochładzany w celu uzyskania pożądanej temperatury. Fluorowiec jest wstrzykiwany do gazów spalinowych. Termicznie aktywowany sorbent i fluorowiec są kontaktowane z gazami spalinowymi za komorą spalania. Wprowadzanie może być przeprowadzane z wykorzystaniem urządzenia podającego, aby uzyskać wtryskiwanie sorbentu i fluorowca do kanału zawierającego gazy spalinowe. Wprowadzanie może być przeprowadzane w różnych temperaturach, na przykład gdy temperatura gazów spalinowych nie przekracza około 204°C. W korzystniejszym rozwiązaniu temperatura ta nie przekracza około 177°C, a jeszcze korzystniej nie przekracza około 149°C. Ponieważ jednak regulacja temperatur w danej elektrowni węglowej może być trudna na tym etapie procesu, możliwe jest wykorz ystywanie niniejszego wynalazku przy wyższych temperaturach, przy czym mieści się to w zakresie niniejszego wynalazku. Następnie stosowane jest urządzenie do gromadzenia cząstek stałych, dzięki któremu możliwe jest gromadzenie mieszaniny termicznie aktywowanego sorbentu i fluorowca zawierającej pewną ilość rtęci usuniętej z gazów spalinowych.

Aby zademonstrować skuteczność i użyteczność niniejszego wynalazku przeprowadzono poniższe doświadczenia.

Doświadczenie 1

Okazało się, że wykorzystanie wzbogaconych węglem zasadowych cząstek popiołu węglowego, takich jak popiół pochodzący z częściowo spalonego kanadyjskiego węgla lignitowego uzyskany w wyniku wykorzystania techniki Pennline'a i innych (24 gramy/godz.), w połączeniu z atmosferą zawierającą fluorowiec, na przykład 12-25 ppmv gazowego chloru cząsteczkowego, umożliwia usuwanie do 60% rtęci z gazów spalinowych w stacji filtrów workowych wykonywanych z włókna szklanego, przy szybkości spalania kanadyjskiego węgla lignitowego wynoszącej około 11,6 kg/godz. Wtryskiwanie przeprowadzano przed urządzeniem do gromadzenia cząstek stałych z filtrami workowymi w temper aturze 149°C.

Doświadczenie 2

Okazało się, że wykorzystanie bromowanych wzbogaconych węglem zasadowych cząstek popiołu węglowego takich jak popiół pochodzący z częściowo spalonego kanadyjskiego węgla lignitowego („węgiel pobrany za pomocą zgłębnika”) uzyskany w wyniku wykorzystania techniki Pennline'a przy ₃ zastosowaniu dawki około 0,454 kg bromowanego i niebromowanego węgla na około 28 tysięcy m (milion stóp sześciennych) zawierających rtęć gazów spalinowych pochodzących ze spalania węgla lignitowego zapewnia usuwanie odpowiednio 74% i 65% rtęci z gazów spalinowych w stacji filtrów workowych wykonanych z włókna szklanego, przy średniej temperaturze w stacji filtrów workowych wynoszącej 138°C. Bromowane wzbogacone węglem zasadowe cząstki zawierały 4% wagowych bromu. Próbka bromowanych wzbogaconych węglem zasadowych cząstek przygotowana została przez umieszczenie pobranego za pomocą zgłębnika węgla pochodzącego z kanadyjskiego węgla lignitowego oraz ciekłego bromu w oddzielnych naczyniach szklanych w zamkniętym pojemniku, mieszanie pobranego za pomocą zgłębnika węgla z wykorzystaniem mieszadła indukcyjnego i poddanie go działaniu par bromu pochodzących z ciekłego bromu. Zawartość węgla w pobranym za pomocą zgłębnika węglu wynosiła około 39% wagowych (w oparciu o węgiel niebromowany), co oznacza że zawartość zasadowego popiołu była równa około 61% wagowych, czyli stanowił on większość masy. Skuteczność usuwania rtęci na stacji filtrów workowych bez wykorzystania węgla pobranego za pomocą zgłębnika wynosiła około 30%. Współczynnik pH niebromowanych zasadowych cząstek stałych zawierających węgiel wynosił około 11, co świadczy o ich zasadowości (5 gramów węgla pobranego za pomocą zgłębnika w 20 ml wody demineralizowanej). Doświadczenie to dowodzi, że bromowanie wzbogaconych węglem zasadowych cząstek popiołu węglowego uzyskanych w wyniku częściowego spalania węgla zwiększa ich zdolność do wychwytywania rtęci w gazach spalinowych, nawet w przyPL 214 806 B1 ₃ padku niewielkiej ilości wtryskiwanego węgla, wynoszącej 0,168 kg na 28 tysięcy m (milion stóp sześciennych). Stanowi to znaczącą zaletę w przypadku wykorzystywania lotnego popiołu w mieszanych cementach i betonie.

Doświadczenie 3

Stwierdzono, że zastosowanie 3 ppmv gazowego bromu w gazach spalinowych pochodzących ze spalania kanadyjskiego węgla lignitowego zawierających niefluorowcowane bogate w węgiel zasadowe cząstki popiołu węglowego, takie jak popiół pochodzący z częściowo spalonego kanadyjskiego węgla lignitowego („węgiel pobrany za pomocą zgłębnika”) uzyskany w wyniku wykorzystania techniki Pennline'a, umożliwia usuwanie odpowiednio 70% i 58% rtęci z gazów spalinowych w stacji filtrów workowych wykonanych z włókna szklanego, przy średniej temperaturze w stacji filtrów workowych wynoszącej 133-134°C, przy czym odpowiednio przeprowadzano lub nie przeprowadzano wtryskiwania bromu przy takiej samej dawce pobranego za pomocą zgłębnika węgla wprowadzanego do gazów spalinowych.

Niniejszy wynalazek umożliwia skuteczniejsze usuwanie rtęci z gazów spalinowych na drodze adsorpcji rtęci przez bogate w węgiel cząstki popiołu węglowego takie jak częściowo spalone wzbogacone węglem zasadowe cząstki popiołu węglowego poddane działaniu atmosfery zawierającej fluorowiec taki jak gaz zawierający cząsteczkowy chlor lub brom, gdzie usuwanie przeprowadzane jest przed wprowadzeniem gazów spalinowych do urządzenia do gromadzenia cząstek stałych takiego jak stacja filtrów workowych. Zwiększenie zasadowości węgla przez dokładne zetknięcie go z zasadowym popiołem (podbitumicznym lub lignitowym) powoduje zwiększenie koncentracji miejsc zawierających zasady Lewisa, co zapewnia zwiększoną absorpcję w obecności fluorowca w fazie gazowej lub fluorowcowanego węgla zasadowego. Oznacza to postęp w stosunku do istniejącej technologii. Fluorowcowanie węgla zasadowego może być ponadto rozszerzone również do węgla niezasadowego. Fluorowce cząsteczkowe (na przykład brom) są elektrofilowe (wyłapują elektrony). Zasadowe podłoża węglowe (na przykład fenolany dzięki jonizacji struktur fenolowych), hydroliza laktonów itp. fenolanów i karboksylanów są bardziej nukleofilowe (oddają elektrony), a zatem bardziej reaktywne względem elektrofilowych fluorowców.

Pomimo, że liczbowe zakresy określające szeroki zakres wynalazku stanowią jedynie przybliżenia, wartości liczbowe podane w konkretnych przykładach są tak dokładne, jak to jest możliwe. Każda z wartości liczbowych obejmuje jednak pewien naturalny błąd będący wynikiem standardowego odchylenia pomiarów. Wszystkie ujawnione tu zakresy należy rozumieć jako obejmujące wszelkie możl iwe podzakresy i wszystkie liczby znajdujące się pomiędzy wartościami krańcowymi. Na przykład w przypadku określenia zakresu jako „od 1 do 10” należy traktować ten zakres jako obejmujący wszelkie możliwe podzakresy znajdujące się pomiędzy (włącznie z wartościami krańcowymi) wartością minimalną równą 1 i wartością maksymalną równą 10, czyli wszelkie podzakresy rozpoczynające się od wartości 1 lub większej, na przykład od 1 do 6,1, i kończące się na wartości 10 lub mniejszej, na przykład od 5,5 do 10, jak również obejmujący wszystkie możliwe podzakresy rozpoczynające się i kończące pomiędzy wartościami krańcowymi, na przykład od 2 do 9, od 3 do 8, od 3 do 9, od 4 do 7, i obejmujący wreszcie każdą z liczb 1,2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 zawartą w zakresie. Dodatkowo każde określenie „włączony do niniejszego opisu” należy rozumieć jako włączony do niniejszego opisu w całości. Należy ponadto zauważyć, że stosowane w niniejszym opisie formy liczby pojedynczej n ależy rozumieć jako obejmujące również liczbę mnogą, chyba że wyraźnie i jedno znacznie zaznaczono inaczej.

Claims (21)

1. Sposób obróbki gazów spalinowych zawierających rtęć, w którym gaz spalinowy powstaje ze spalania węgla lignitowego i/lub podbitumicznego, przy czym sposób ten obejmuje wtryskiwanie do gazów spalinowych fluorowca oraz wzbogaconych w węgiel stałych cząstek zasadowego popiołu węglowego, znamienny tym, że stałe cząstki zasadowego popiołu węglowego są częściowo spalone i zawierają mniej niż 50% wagowych węgla, korzystnie mniej niż 40%, oraz zasadowego popiołu więcej niż 50% wagowych, korzystnie więcej niż 60%, a stałe cząstki wprowadza się do gazów spalinowych, których temperatura jest niższa niż 204°C.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że fluorowiec stanowi chlor, brom, jod, ich halogenki, sole tlenowe tych fluorowców na +1 stopniu utlenienia lub ich mieszaniny.

PL 214 806 B1

3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że fluorowiec stanowi chlor cząsteczkowy, brom cząsteczkowy lub ich mieszaniny.

4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stałe cząstki zasadowego popiołu węglowego pochodzą z połączenia popiołu węglowego z zasadą, topnikiem zasadowym lub ich mieszaniną.

5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stałe cząstki zasadowego popiołu węglowego poddaje się filtrowaniu, korzystnie w filtrze elektrostatycznym lub filtrze workowym lub filtrze tkaninowym.

6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że gaz spalinowy poddaje się odsiarczaniu, korzystnie w systemie odsiarczania gazów spalinowych FGD.

7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wtryskiwanie obejmuje poddawanie częściowo spalonych, wzbogaconych w węgiel stałych cząstek zasadowego popiołu węglowego działaniu fluorowca w atmosferze zawierającej fluorowiec; oraz wtryskiwania stałych cząstek zasadowego popiołu węglowego wzbogaconych w węgiel, poddanych działaniu fluorowca w atmosferze zawierającej fluorowiec. do gazów spalinowych.

8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że oznacza się zawartość chloru w wzbogaconych w węgiel stałych cząstkach zasadowego popiołu węglowego i przeprowadza się wtryskiwanie gdy zawartość chloru wynosi poniżej 12 ppmv.

9. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że oznacza się zasadowość wzbogaconych w węgiel stałych cząstek zasadowego popiołu węglowego i przeprowadza się wtryskiwanie gdy cząstki popiołu są zasadowe lub kwasowe zawierające domieszkę cząstek zasadowych.

10. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wtryskiwanie wzbogaconych w węgiel stałych cząstek zasadowego popiołu węglowego obejmuje:

wtryskiwanie sproszkowanego węgla do komory spalania, usuwanie strumienia cząstek częściowo spalonego sproszkowanego węgla i gazu; rozdzielanie strumienia częściowo spalonego sproszkowanego węgla i gazów na strumień gazu obiegowego i strumień cząsteczek aktywowanego termicznie sorbentu, wtryskiwanie cząsteczek termicznie aktywowanego sorbentu do gazów spalinowych.

11. Sposób według zastrz. 10, znamienny tym, że usuwanie strumienia częściowo spalonego sproszkowanego węgla i gazu przeprowadza się przed wprowadzeniem do spalania.

12. Sposób według zastrz. 10, znamienny tym, że usuwanie strumienia częściowo spalonego sproszkowanego węgla i gazu przeprowadza się kiedy temperatura w strefie spalania mieści się w zakresie od 538°C do 1649°C.

13. Sposób według zastrz. 10, znamienny tym, że cząsteczki aktywowanego termicznie sorbentu kontaktuje się z fluorowcem przed wtryskiwaniem cząsteczek aktywowanego termicznie sorbentu do gazu spalinowego.

14. Sposób według zastrz. 10, znamienny tym, że cząsteczki aktywowanego termicznie sorbentu kontaktuje się z fluorowcem w gazie spalinowym.

15. Sposób według zastrz. 10, znamienny tym, że strumień cząsteczek aktywowanego termicznie sorbentu schładza się po rozdzieleniu.

16. Sposób według zastrz. 10, znamienny tym, że cząsteczki aktywowanego termicznie sorbentu po kontaktowaniu ich z fluorowcem gromadzi się w urządzeniu do gromadzenia cząstek stałych.

17. Sposób według zastrz. 10, znamienny tym, że rozdzielanie obejmuje skierowanie strumienia częściowo spalonego sproszkowanego węgla i gazów do separatora gazu/cząstek stałych.

18. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wtryskuje się do gazów spalinowych fluorowiec w ilości zależnej od oznaczonej zasadowości węgla i wtryskuje się wzbogacone węglem stałe cząstki zasadowego popiołu węglowego do gazów spalinowych łącznie z węglem pobranym za pom ocą zgłębnika.

19. Sposób według zastrz. 18, znamienny tym, że za pomocą zasady, zasadowego topnika lub ich mieszaniną reguluje się zasadowość cząstek węgla, pobranego zgłębnikiem, przed ich wtryskiwaniem.

20. Sposób według zastrz. 18, znamienny tym, że węgiel pobrany za pomocą zgłębnika obejmuje cząstki zasadowego popiołu węglowego.

21. Sposób według zastrz. 18, znamienny tym, że wtryskuje się fluorowiec w ilości zależnej od oznaczonej jego zawartości w węglu.