SI9520071A - Improved wet scrubbing method and apparatus for removing sulfur oxides from combustion effluents - Google Patents

Description

ABB ENVIRONMENTAL SYSTEMS

IZBOLJŠAN POSTOPEK ZA MOKRO IZPIRANJE IN NAPRAVA ZA ODSTRANJEVANJE ŽVEPLOVIH OKSIDOV IZ ZGOREVALNIH IZPUŠNIH PLINOV

PODROČJE TEHNIKE

Predloženi izum se nanaša na izboljšave, ki omogočajo učinkovitejše odstranjevanje žveplovih oksidov (SO_X) iz dimnih plinov z manjšimi investicijskimi in obratovalnimi stroški.

Sežig z ogljikom bogatih materialov, ki vsebujejo znatne množine žvepla, vključujoč fosilna goriva in odpadne snovi, urejajo zakonski predpisi širom po svetu. Pri zgorevanju teh materialov nastajajo prosti radikali žvepla in kisika, katerih rekombinacija pri višjih temperaturah vodi do nastanka različnih oksidov, ki jih označujemo s skupno kratico SO_X. Zakonski predpisi, ki so v veljavi v številnih državah, predpisujejo maksimalne množine žveplovih oksidov, ki se lahko spuščajo v ozračje, s čimer naj bi omilili težave, povezane s ti. kislimi padavinami.

Na voljo so številne tehnike, s katerimi naj bi omejili izpust SO_X v atmosfero. Mednje uvrščamo metode za odstranjevanje žvepla iz goriv pred njihovim sežigom, metode, ki kemijsko vežejo žveplo med samim postopkom izgorevanja, in metode, s katerimi odstranjujemo producirane žveplove okside iz nastalih dimnih plinov. Med slednje spadajo postopki mokrega in suhega izpiranja. Tehnologija mokrega izpiranja je dobro razvita in znana kot učinkovita; kakorkoli, ta postopek zahteva zelo velike procesne naprave, čemur so proporcionalni tudi celokupni stroški.

Tehnologija za odstranjevanje SO_X z mokrim izpiranjem dimnih plinov temelji na kontaktiranju plinaste in kapljevinaste faze v različnih konfiguracijah. Med najbolj obetavne variante spadajo enokrožni in dvokrožni protitočni razpršilni stolpi ter stolpi s protitočnimi in sotočnimi sekcijami.

Enokrožni, odprti stolp z uporabo kalcijevega karbonata, ki reagira z SO_X, je glede konstruiranja in obratovanja najenostavnejši. Ti sistemi se izkažejo za prednostne, saj lahko obratujejo z nizkim padcem tlaka in kažejo majhno tendenco k odlaganju depozitov in mašenju. Prednosti, izhajajoč iz njihove enostavnosti in visoke ravni zanesljivosti, pa se v nekaterih primerih izničijo zaradi velikosti celotne naprave. Ker ti razpršilni stolpi nimajo prekatov ali polnjenj, s katerimi bi lahko izboljšali kontakt med dimnim plinom in izpiralno raztopino, so ponavadi visoki, poleg tega pa so v njih z namenom zagotavljanja dobrega kontakta nameščene številne razpršilne šobe na več višinskih nivojih.

V odprtih razpršilnih stolpih je zmožnost izpiralne raztopine za absorpcijo SO_X iz plinov odvisna od alkalitete raztopine. Tako po ceni kot tudi po učinkovitosti za zagotavljanje zadostne alkalitete se v mokrih izpiralnih sistemih kot najboljše sredstvo izkaže kalcijev karbonat. Na žalost pa se topnost kalcijevega karbonata z naraščajočo alkaliteto izpiralne raztopine ponavadi znižuje. Stolpi s polnili in prekati izboljšajo absorpcijo z daljšim zadrževanjem kalcijevega karbonata v coni, v kateri kontaktirata plin in kapljevina, s čimer zagotavljajo pogoje za boljše raztapljanje in posledično s tem učinkovitejšo izrabo izpiralne raztopine. Po drugi strani pa so odprti razpršilni stolpi zaradi zagotavljanja čim daljšega kontakta precej visoki in ponavadi opremljeni s številnimi razpršilnimi šobami, lociranimi na več nivojih, za čim učinkovitejši vnos izpiralne raztopine v stolp.

Učinkovitost in ekonomiko enokrožnega, odprtega razpršilnega stolpa, v katerem se za obdelavo SO_x-vsebujočih dimnih plinov uporablja postopek mokrega izpiranja s kalcijevim karbonatom, je moč izboljšati z zmanjšanjem velikosti stolpa, z zagotavljanjem visoke stopnje zanesljivosti, z zmanjšanjem porabe energije in s povečanjem pretoka dimnih plinov ob hkratni visoki redukciji SO_X.

Enokrožni, odprti razpršilni stolp z mokrim izpiranjem, v katerem se za obdelavo SO_x-vsebujočih dimnih plinov uporablja kalcijev karbonat, bi bilo zaželeno izboljšati tudi z večjo reaktivnostjo izpiralne gošče, seveda brez kakršnekoli dodatne uporabe kemijskih aditivov.

STANJE TEHNIKE

Projektiranje in obratovanje enokrožnega, protitočnega razpršilnega stolpa z uporabo apnenca opisujeta Rader in Bakke v prispevku Incorporating FullScale Experience into Advanced Limestone Wet FGD Designs, predstavljenim

12. septembra 1991 na IGCI* Forum, Washington, D.C. (*prej Industrial Gas Cleaning Institute, sedaj Institute of Clean Air Companies, Washington, DC). Odprti razpršilni stolpi (takšni brez polnil, prekatov ali drugih pripomočkov za zagotavljanje učinkovitega kontakta med plinom in kapljevino) so enostavni za dimenzioniranje in zagotavljajo visoko raven zanesljivosti. Še posebej so uporabni v termoelektrarnah, kjer sproščanje kloridov lahko povzroča vrsto problemov, med drugim tudi zmanjšano reaktivnost izpiralne raztopine in precejšnjo korozijo notranjosti izpiralne naprave. Dodatni faktor, ki favorizira uporabo odprtih razpršilnih stolpov, so majhne tlačne izgube in s tem ugodna energijska poraba puhala.

Doslej je bila predlagana uporaba zelo različnih reagentov, vendar so najbolj prednostni tisti, ki so učinkoviti tudi brez večjih dodatkov aditivov in ki se lahko nabavijo po nizki ceni, skladiščijo in transportirajo z minimalnimi specialnimi ukrepi. Kalcijev karbonat (komercialno dosegljiv v številnih oblikah, vključujoč apnenec) je material, ki ustreza tem kriterijem. S pravilnim načinom ravnanja se pretvarja v produkte, ki se jih zlahka deponira v okolju ali se jih prodaja v obliki sadre.

V enokrožnem, protitočnem in odprtem razpršilnem stolpu takšnega tipa, kot ga opisujeta Rader in Bakke, izpiralna suspenzija s kalcijevim karbonatom teče od zgoraj navzdol, medtem ko dimni plini, vsebujoč SO_X, tečejo v smeri od spodaj navzgor. Avtorja povzemata kronološke vrednosti posameznih parametrov, vključujoč hitrost plina v absorberju (njen minimum znaša 6, maksimum pa 15 čevljev v sekundi oziroma 2 do 5 m/s), pri čemer ugotavljata, da ima hitrost plina v absorberju le malo vpliva na razmerje med kapljevino in plinom (L/G), tj. odločilni faktor, ki določa investicijske in obratovalne stroške. Višine kontaktne cone v teh stolpih ne podajata, karakteristične vrednosti pa se gibljejo v območju od 6 do 15 m, ki v kronološkem smislu predstavlja pomemben faktor pri dimenzioniranju učinkovitega sistema za eliminacijo vsaj 95 odstotkov SO_X iz dimnih plinov.

V konvencionalnih stolpih tega tipa razmerje med volumskima pretokoma gošče in plina (L/G) dokazano velja za edini in najpomembnejši parameter pri projektiranju naprave. L/G vpliva na stroške črpanja, na stroške, povezane z zbiralniki, ter na druge operacijske in ekonomske faktorje. Cena črpanja suspenzije apnenca narašča proporcionalno z višino stolpa. Zaželeno bi bilo znižati L/G razmerje in višino odprtega razpršilnega stolpa.

Žveplovi oksidi (SO_X), v principu SO2, se absorbirajo v padajoči gošči in se zbirajo v reakcijski posodi, v kateri se tvorita trdni kalcijev sulfit in trdni kalcijev sulfat. Reakcijska posoda se prepihava z zrakom, da se proizvaja zaželeni sulfat. Ko kristali le-tega dosežejo zadostno velikost, se jih z metodo separacije loči od preostale vsebine reakcijske posode.

V članku z naslovom The Bischoff Flue Gas Desulfurization Process (ki je bil v dneh od 25. do 28. oktobra 1988 predstavljen na First Combined FGD and Dry SO₂ Control Symposium, katerega sta organizirali EPA in EPRI),

K.R. Hegemann et al. opisujejo razpršilni stolp, ki vsebuje zanko s hidrociklonom, slednji separira goščo sadre iz mokre izpiralne naprave v tok grobih delcev in v tok finih delcev, pri čemer se tok finih delcev uvaja nazaj v razpršilni stolp. V US patentu št. 5,215,672 Rogers et al. opisujejo proces, ki je podoben tistemu, o katerem pišejo Hegemann et al., v tem, da vključuje hidrociklon kot primarno napravo za odstranjevanje vode. V tem primeru se po ločitvi toka finih delcev od toka grobih delcev, ki vključujejo tudi sadro, voda v zgoščenem toku finih delcev zavrže skupaj z delom finih delcev, odstranjenih iz sistema. Kakorkoli, nobeden od teh dveh zapisov ne navaja, kako lahko uporaba hidrociklona kot primarne naprave za odstranjevanje vode prispeva k izboljšanju celokupne učinkovitosti ter ekonomike procesa, k zmanjšanju velikosti stolpa, izboljšanju izrabe reagenta, k zagotavljanju visoke stopnje zanesljivosti, k manjši porabi energije in doseganju visokih volumskih hitrostih plinaste faze ob hkratni visoki stopnji redukcije SO_X.

Odstranjevanje SO_X iz dimnih plinov je moč vršiti tudi v stolpih s polnili. Rader in Bakke poudarjata, da ti tipi izpiralnih naprav izkazujejo nižje obratovalne stroške, po drugi strani pa imajo kar nekaj potencialnih pomanjkljivosti. Polnila ali druga sredstva za mešanje plina in kapljevine se lahko začepijo ali korodirajo, kar vodi do pojava nesprejemljivih obtokov ali padca tlaka, le-to pa rezultira v predolga remontna obdobja. Zato bi bilo koristno čistiti dimne pline s takšnim odprtim stolpom, ki po lastnostih zajema vse prednosti stolpa s polnili, pa le-teh ne vsebuje, po drugi strani pa bi bil takšen stolp manjši od odprtega stolpa konvencionalne zasnove.

Prejšnje stanje stroke ne izraža oziroma ne nakazuje rešitev za dosego teh izboljšav, z uporabo katerih bi pri odstranjevanju SO_X z vodno suspenzijo apnenca v enokrožnem, odprtem in protitočnem razpršilnem stolpu tudi brez uporabe polnil in z njimi povezanih težav dosegli rezultate, kateri bi bili primerljivi z vodenjem procesa v stolpih s polnili.

V enokrožnem, protitočnem in odprtem razpršilnem stolpu takšnega tipa, kot ga opisujeta Rader in Bakke, izpiralna gošča, ki vsebuje kalcijev karbonat, kalcijev sulfat, kalcijev sulfit in druge inertne trdne delce, teče navzdol, medtem ko dimni plini, vsebujoč SO_X, tečejo navzgor. SO_X, v glavnem SO2, se absorbirajo v padajoči izpiralni gošči, katera se zbira v reakcijski posodi, kjer se tvorita kalcijev sulfit in kalcijev sulfat. Reakcijska posoda se prepihava z zrakom, s čimer je favorizirana produkcija sulfata. Ko kristali kalcijevega sulfata dosežejo zadostno velikost, se z metodo separacije ločijo od preostale vsebine reakcijske posode. Pri tem se odstranijo tudi topne nečistoče, na primer kloridi. Konstruiranje in obratovanje teh izpiralnih stolpov je relativno ekonomično, celokupni stroški pa so močno odvisni od reaktivnosti izpiralne gošče. Izkaže se, da se z visokimi koncentracijami kloridov, raztopljenih v izpiralni gošči, stroški drastično povečajo, saj se znatno zmanjša reaktivnost kalcijevega karbonata.

Vsebnost kloridov v izpiralni gošči je moč zmanjšati s pomočjo dodatnega izpusta iz sistema. Ponavadi se le-ta izvaja ali v reakcijski posodi ali pri procesu rekuperacije sadre.

Downs et al., kot opisujejo v US patentu št. 3,995,006, so črpali goščo z dna absorbeija, jo vodili v hidrociklon, ki je separiral vtok v tok, vsebujoč predvsem fine delce kalcijevega sulfita, in v tok, vsebujoč predvsem relativno velike delce kalcijevega karbonata. Z drugo separacijo toka s kalcijevim sulfitom se zgoščeni tok le-tega deponira v okolici. V večini primerov izpust večjih količin vode uravnava oziroma kontrolira množino akumuliranih kloridov v sistemu. Kakorkoli, izpust večjih množin vode je nezaželen tako v ekološkem kot tudi v ekonomskem smislu.

Rogers et al. v US patentu št. 5,215,672 opisujejo proces, ki je podoben tistemu, o katerem pišejo Downs et al., v tem, da vsebuje hidrociklon, s katerim ločujejo nezreagirani kalcijev karbonat od nastalih kalcijevih soli, ki so se tvorile z SO_X, absorbiranih iz dimnih plinov. Po ločevanju toka, ki vsebuje fine trdne delce, od toka, ki vsebuje predvsem velike delce sadre, se v tem primeru voda kot sestavni del zgoščenega toka finih delcev izpušča v okolje, skupaj vsaj z delom finih trdnih delcev. Če se iz sistema odstrani zadostna množina vode, tudi dodatni izpust v tem pogledu zadošča za uravnavanje vsebnosti kloridov v sistemu, vendar pa se iz procesa na ta način izloča proporcionalno velika množina finih delcev. Rogers et al. predlagajo odlagati fine delce kot odpadek. Kakorkoli, iz opisa predloženega izuma bo očitno, da vpeljava nasprotne strategije, kljub dodatnemu izpustu dela vode z namenom kontrole vsebnosti kloridov, lahko poveča reaktivnost v sistemu.

V članku, ki sta ga Rosenberg in Koch objavila julija 1989 v 93rd Bimonthly Report of the Stock Gas Emmissions Control Coordination Center Group, opisujeta, podobno kot Rogers et al., FGD procesno enoto za desulfurizacijo dimnih plinov na Nizozemskem, v kateri hidrociklon separira goščo sadre iz mokrega izpiralnega stolpa v tok, vsebujoč grobe delce, in v tok, vsebujoč fine delce, pri čemer se slednji v celoti uvaja nazaj v izpiralni stolp. S takšnim načinom obratovanja se dodatni izpust ne izvaja v recirkulacijski zanki, ampak se mora izvesti kjerkoli drugje v sistemu. Procesni diagram, prikazan na sliki 2 njunega članka, kaže priključek za dodatni izpust na vakuumskem filtru. Z odstranjevanjem vode iz sistema na tej lokaciji je moč kontrolirati vsebnost kloridov, vendar se to dosega z večjimi množinami izpuščene vode, kot je le-to potrebno, saj se tako odvzeta voda razredči s tokom sveže vode, ki se uporablja za izpiranje sadre.

Prejšnje stanje tehnike ne izraža neposredno rešitev, z uporabo katerih bi bilo moč doseči izboljšave, povezane z večjo reaktivnostjo vodne suspenzije apnenca pri odstranjevanju SO_X z mokrim postopkom v enokrožnem, odprtem in protitočnem razpršilnem stolpu.

OPIS PREDLOŽENEGA IZUMA

Predmet izuma sta izboljšani postopek in naprava za mokro izpiranje dimnih plinov, še posebej tistih iz termocentral na trda goriva, z namenom odstranjevanja žveplovih oksidov.

Nadaljnji predmet prednostne izvedbe izuma je izboljšani enokrožni in odprti razpršilni stolp s protitokom vodne suspenzije apnenca za odstranjevanje SO_X.

Nadaljnji predmet izuma je omogočenje obratovanja enokrožnega in odprtega razpršilnega stolpa s protitokom vodne suspenzije apnenca pri manjših L/G vrednostih.

Nadaljnji predmet izuma je zmanjšanje velikosti enokrožnega in odprtega razpršilnega stolpa s protitokom vodne suspenzije apnenca.

Nadaljnji specifični predmet izuma je povečanje hitrosti dimnih plinov skozi enokrožne in odprte razpršilne stolpe s protitokom vodne suspenzije apnenca.

Nadaljnji predmet izuma je izboljšanje zasnove in namestitve vstopnih separatoijev in odstranjevalcev vodnih hlapov v enokrožnih in odprtih razpršilnih stolpih s protitokom vodne suspenzije apnenca za učinkovito odstranjevanje vodnih kapljic iz izpranih dimnih plinov in za spremembo njihove smeri proč od stropa razpršilnega stolpa.

Nadaljnji predmet izuma je izboljšanje obratovanja enokrožnih in odprtih razpršilnih stolpov s protitokom vodne suspenzije apnenca s skrajšanjem zadrževalnega časa kristalov sadre v izpiralnem stolpu in z njihovo ločitvijo od majhnih delcev apnenca v hidrociklonu.

Nadaljnji predmet prednostne izvedbe izuma je izboljšanje obratovanja enokrožnih in odprtih razpršilnih stolpov s protitokom vodne suspenzije apnenca s skrajšanjem zadrževalnega časa kristalov sadre v izpiralnem stolpu in z uporabo hidrociklona, s katero se zagotovi vodenje procesa pri visokem stehiometrijskem razmerju med kalcijem in žveplom, kar omogoča visoko izrabo kalcijevega karbonata.

Nadaljnji predmet prednostne izvedbe izuma je izboljšanje učinkovitosti procesa v enokrožnih in odprtih razpršilnih stolpih s protitokom vodne suspenzije apnenca z efektivnim kontaktom med plinom in kapljevino v krajši izpiralni coni in ob uporabi manjšega števila nivojev razpršilnih šob.

Nadaljnji predmet prednostne izvedbe izuma je izboljšanje obratovanja enokrožnih in odprtih razpršilnih stolpov s protitokom vodne suspenzije apnenca s takšno namestitvijo razpršilnih šob, ki omogoča, da se zmanjša množina plina, ki prehaja skozi izpiralni cono, ne da bi bila očiščena, in ki omogoča učinkovit kontakt med plinom in kapljevino ob zmanjšanem številu šob.

Nadaljnji predmet prednostne izvedbe izuma je izboljšanje obratovanja enokrožnih in odprtih razpršilnih stolpov s protitokom vodne suspenzije apnenca z ohranjanjem visoke reaktivnosti izpiralne gošče, z boljšo izrabo apnenca in s poboljšanjem učinkovitosti procesa.

Nadaljnji predmet izuma je izboljšanje obratovanja enokrožnih in odprtih razpršilnih stolpov s protitokom vodne suspenzije apnenca z zagotavljanjem učinkovitega načina odstranjevanja klorida iz izpiralne tekočine.

Navedeni in drugi predmeti so določeni z izumom, ki omogoča izboljšavo procesa in naprave za mokro izpiranje, natančneje za izpiranje dimnih plinov, ki nastajajo pri sežigu žveplo-vsebujočih goriv, kot so premog in trdni odpadki.

V enem pogledu izum izboljšuje mokri postopek za zmanjšanje koncentracije SO_X (v glavnem SO2) v dimnih plinih, ki se vrši v enokrožnem, odprtem stolpu s protitokom suspenzije apnenca. V drugem, ta izum omogoča tudi izboljšavo naprave, s pomočjo katere je moč doseči prej opisane izboljšave; naprava bo podrobno predstavljena v nadaljnjem opisu. V povzetku, postopek obsega: (a) uvajanje toka dimnih plinov, ki vsebujejo SO_X, v vertikalni razpršilni stolp v smeri od spodaj navzgor, pri čemer je hitrost glavne mase plinaste faze večja od 4.5 in preferenčno nižja od 6 m/s; (b) uvajanje drobnih kapljic vodne gošče drobnozrnatega kalcijevega karbonata, kalcijevega sulfata, kalcijevega sulfita in drugih inertnih trdnih delcev v vertikalni del omenjenega stolpa, kjer v protitoku kontaktirajo s plini, pri čemer je povprečna masna velikost delcev kalcijevega karbonata manjša od 6 pm in jih je poleg tega glede na maso 99 % manjših od 44 pm, celotno molsko razmerje med kalcijvsebujočimi in žveplo-vsebujočimi spojinami v trdni fazi pa znaša vsaj od 1.1 do 1.2; (c) po kontaktiranju z dimnimi plini zbiranje gošče v reakcijski posodi; (d) črpanje gošče iz reakcijske posode, v kateri je njen zadrževalni čas preferenčno enak ali krajši od osem ur; (e) odstranjevanje vode iz toka gošče, odvzete iz reakcijske posode, ki se preferenčno vrši v hidrociklonu, pri čemer se v vrhnjem delu hidrociklona tvori povratni tok, ki vsebuje fine delce kalcijevega karbonata in katerega razmerje med kalcij-vsebujočimi in žveplovsebujočimi spojinami je večje ali enako 1.3, v spodnjem delu hidrociklona pa se tvori tok, ki vsebuje delce kalcijevega sulfata, katerih povprečna masna velikost znaša od 25 do 55 pm; (f) vračanje večjega dela povratnega toka, ki vsebuje delce kalcijevega karbonata, v proces; (g) uvajanje svežega kalcijevega karbonata in drugih inertnih trdnih delcev kot napajalnega toka v sistem v takšnih množinah, ki so zadostne za nadomestitev tako tistega kalcija, odvzetega iz sistema in ne recirkuliranega, kot tudi tistega, ki se je raztopil in zreagiral z SO_X, absorbiranimi v kapljevinasto fazo v razpršilnem stolpu, pri čemer je povprečna masna velikost drobnozrnatih delcev kalcijevega karbonata, uvajanih v sistem, manjša od 10 pm.

Prednostno je, da se gošča uvaja z razpršilnimi šobami, katerih orientacija se alternirajoče spreminja v smereh navzdol-navzgor in ki so nameščene na dveh višinskih nivojih, katera sta medsebojno oddaljena od 1 do 2 metrov. Prav tako je prednostno, da je celotna višina stolpa v kontaktni razpršilni coni manjša od 6 in preferenčno manjša od 4 metrov, saj se je izkazalo, da višina ni tako pomembna za učinkovito eliminacijo 95 ali več odstotkov SO_X iz dimnih plinov. Prednost izuma je v tem, da je premer stolpa relativno majhen, tako da je obratovalna hitrost glavne mase plinaste faze, ki vertikalno prehaja skozi kontaktno razpršilno cono, večja od 4.5 in preferenčno manjša od 6 m/s, pri čemer so vrednosti podane na prosti presek stolpa, zanemarjajoč pri tem površino, ki jo zavzemajo šobe in njihova vodila.

Povečana hitrost omogoča dobro suspendiranje kapljevine v stolpu brez povečanja višine stolpa in tudi brez uporabe polnjenj ali prekatov za zadrževanje gošče, pri čemer je suspendirana kapljevina bolj reaktivna zaradi daljšega časa za raztapljanje kalcijevega karbonata. Odtod izhaja očitna prednost predloženega izuma, ki se odraža v podaljšanju kontaktnega časa, ne da bi se pri tem povečala višina stolpa, po drugi strani pa se tudi ohranjajo enostavnost zasnove in konstrukcije, način obratovanja in vzdrževanja odprtega razpršilnega stolpa.

V tej prednostni izvedbi se povprečna velikost delcev kalcijevega karbonata v reakcijski posodi giblje v območju od 2 do 6 pm, povprečna masna velikost drobnozrnatih delcev kalcijevega karbonata, uvajanih v sistem, pa je manjša od 8 pm, pri čemer jih je glede na maso vsaj 99 % (npr. 99.5 %) manjših od 44 pm.

Za vse protitočne in odprte razpršilne stolpe, stolpe s polnjenji ali stolpe s prekati je prednostno, da je molsko razmeije med kalcij-vsebujočimi in žveplo-vsebujočimi spojinami v trdni fazi izpiralne gošče visoko. Visoka razmerja zagotavljajo alkaliteto, potrebno za odstranjevanje SO_X, in izboljšujejo absorpcijsko kapaciteto kapljevine. Kakorkoli, v obstoječih procesih visoko razmeije ni ekonomično, ker bi le-to pri odstranjevanju žveplovih spojin in vode iz sistema vodilo tudi k prekomerni porabi in deponiranju kalcijvsebujočih spojin, specifično kalcijevega karbonata. Predloženi izum omogoča obratovanje razpršilnega stolpa z izpiralno goščo, v kateri je koncentracija trdnega kalcijevega karbonata znatno višja od tistih, ki so v drugih procesih še ekonomične. Ob upoštevanju obratovalnih pogojev, zadevajoč velikost delcev ter kontakt med plinom in kapljevino, hidrociklon učinkovito povečuje relativno koncentracijo razpoložljivega kalcija in alkaliteto v posodi.

V prednostni izvedbi razpršilni stolp vsebuje vsaj prvi vstopni separator, ki odstranjuje znatne množine vlage v plinih in omogoča spremembo smeri toka plinaste faze vsaj za 30° glede na navpično os. Njegova prednostna zasnova omogoča odstranjevanje večine kapljic, katerih premer je manjši od 100 pm, z odkapljavanjem ali z njihovim združevanjem v večje kapljice ter eliminacijo leteh v naslednjem separatoiju. Vstopni separator se preferenčno uporablja v kombinaciji z vertikalnim odstranjevalcem vlage.

V nadaljnjem pogledu, izum zagotavlja izboljšani mokri postopek za zmanjšanje koncentracije SO_X v dimnih plinih, ki obsega: (a) uvajanje toka dimnih plinov skozi razpršilni stolp v smeri od spodaj navzgor; (b) uvajanje drobnih kapljic vodne suspenzije drobnozrnatih delcev kalcijevega karbonata, kalcijevega sulfata, kalcijevega sulfita in inertnih trdnih delcev, pri čemer suspenzija prehaja skozi stolp glede na tok plinaste faze protitočno, povprečna masna velikost delcev kalcijevega karbonata pa se giblje v območju od 2 do 6 pm; (c) po kontaktiranju z dimnimi plini zbiranje gošče v reakcijski posodi;

(d) zagotavljanje visoke reaktivnosti gošče s črpanjem le-te iz reakcijske posode in z njenim uvajanjem ter obdelavo v hidrociklonu, v katerem se tvorita povratni tok, ki vsebuje predvsem fine delce kalcijevega karbonata ter inertne snovi, in tok, ki vsebuje predvsem delce kalcijevega sulfata, oba omenjena tokova pa vsebujeta raztopljene kloride, pri čemer se iz sistema odstranjujeta trdni kalcijev sulfat in del povratnega toka, ki vsebuje kalcijev karbonat ter inertne snovi, z namenom odstranjevanja topnih kloridov in inertnih trdnih delcev; in (e) uvajanje svežega kalcijevega karbonata v sistem kot napajalnega toka v takšnih množinah, ki so zadostne za nadomestitev tako tistega kalcija, odvzetega iz procesa zaradi omenjene separacije kalcijevega sulfata, kot tudi tistega, ki se odstrani z omenjenim izpustom dela povratnega toka, pri čemer je povprečna masna velikost delcev kalcijevega karbonata, uvajanih v sistem, manjša od 10 pm.

Proces dovoljuje obratovanje pri takšnih pH vrednostih, ki tudi izboljšujejo reaktivnost. pH vrednost gošče v reakcijski posodi je preferenčno v območju od 5.0 do 6.3, še bolj prednostno v območju od 5.8 do 6.3.

Zaželeno je, da je molsko razmerje med kalcij-vsebujočimi in žveplovsebujočimi spojinami v povratnem toku večje od 1.3 in preferenčno večje od

1.4. Prav tako je zaželeno, da je koncentracija suspendiranih trdnih delcev v povratnem toku nižja od 15 %, prednostno pa nižja od 5 %. Proces v prednostnem smislu prav tako vključuje določevanje vsebnosti kloridov v gošči in izpust dela povratnega toka, ko vsebnost kloridov v sistemu preseže maksimalno dovoljeno koncentracijo. Še bolj prednostno, proces vključuje tudi določevanje gostote trdnih delcev v povratnem toku in izpust dela povratnega toka, ko vsebnost trdnih delcev v sistemu preseže predpisano vrednost. V tem primeru se kontrolira vsebnost inertnih trdnih delcev.

V nadaljnjem pogledu, predloženi izum rezultira v izboljšano napravo za mokro izpiranje in redukcijo koncentracije SO_X v dimnih plinih, ki obsega: (a) razpršilni stolp z dovodom in odvodom plinaste faze ter z vertikalnim izpiralnim delom, ki je zasnovan tako, da omogoča prehajanje dimnih plinov, vsebujoč SO_X, v smeri od spodaj navzgor skozi omenjeni izpiralni del; (b) mrežo razpršilnih šob, ki so nameščene v omenjeni izpiralni coni in zasnovane tako, da omogočajo vnos drobnih kapljic vodne suspenzije drobnozrnatega kalcijevega karbonata, kalcijevega sulfata, kalcijevega sulfita ter inertnih trdnih snovi in njihov protitočni prehod skozi stolp glede na smer toka plinaste faze; (c) reakcijsko posodo, ki je nameščena pod omenjeno mrežo razpršilnih šob in tako omogoča zbiranje gošče po kontaktiranju z omenjenimi dimnimi plini v omenjeni vertikalni izpiralni coni, pri čemer je velikost omenjene reakcijske posode takšna, da omogoča reakcijo SO_X s kalcijevim karbonatom in tvorbo kristalov sadre s takšno povprečno masno velikostjo delcev, ki je vsaj dvakrat večja od velikosti delcev kalcijevega karbonata, uvajanih v sistem;

(d) pripomočke za pripravo kalcijevega karbonata, ki ga dovajamo v omenjeno reakcijsko posodo, s povprečno masno velikostjo delcev pod 10 pm, pri čemer je vsaj 99 % delcev manjših od 44 pm; (e) pripomočke za pripravo spreja vodne gošče, ki vključuje vsaj eno črpalko in pripadajoče cevi za črpanje gošče iz reakcijske posode in njeno dovajanje k omenjenim razpršilnim šobam, nameščenim v prej omenjeni izpiralni coni; (f) sistem za zagotavljanje kvalitete gošče, vključujoč hidrociklon, ki separira omenjeno goščo v omenjeni reakcijski posodi in proizvaja tok, ki vsebuje majhne delce kalcijevega karbonata in inertnih snovi, ter tok z relativno velikimi delci kalcijevega sulfata, črpalko in pripadajoče cevi za črpanje gošče iz reakcijske posode in njeno dovajanje v hidrociklon, recikel, ki služi za transport povratnega toka, bogatega z delci kalcijevega karbonata in inertnih snovi, iz omenjenega hidrociklona v omenjeno reakcijsko posodo, cevovod, ki služi za odvajanje toka, bogatega z delci kalcijevega sulfata, iz omenjenega hidrociklona in za rekuperacijo kalcijevega sulfata, ter cevovod za izpust, ki je povezan z omenjenim reciklom in prirejen za odvzem dela omenjenega povratnega toka.

Rezultat teh izboljšav je stolp, ki je približno za polovico lažji in tudi po volumnu dvakrat manjši od obstoječih odprtih razpršilnih stolpov. Učinkovitost procesa je izboljšana hkrati z njegovo ekonomiko, izpopolnjena je izraba reagenta, ohranjena je visoka stopnja zanesljivosti, medtem ko je poraba energije manjša, prav tako pa je večja volumska hitrost plinaste faze ob hkratni visoki stopnji redukcije SO_X.

KRATEK OPIS SKIC

Predloženi izum in z njim povezane prednosti bodo ponazorjene z nadaljnjim podrobnejšim opisom, še bolj pa bodo postale očitne s pomočjo skic, kjer:

Slika 1 je shematski prikaz prednostne izvedbe predloženega izuma, tj. procesa za mokro izpiranje dimnih plinov v enokrožnem in odprtem stolpu z uporabo apnenca.

Slika 2 je podrobnejši shematski prikaz razpršilnega stolpa takšnega tipa, kot je prikazan na sliki 1.

Slika 3 je narisni prikaz namestitve razpršilnih šob na dveh višinskih nivojih v stolpu, prikazanem na sliki 2.

Slika 4 je tlorisni prikaz namestitve razpršilnih šob na dveh višinskih nivojih v razpršilnem stolpu takšnega tipa, kot je prikazan na sliki 2.

Slika 5 prikazuje pogled na vstopni separator v razpršilnem stolpu, prikazanem na slikah 1 in 2.

INDUSTRIJSKA UPORABNOST

Izboljšave, povezane s predloženim izumom, so še posebej uporabne za čiščenje dimnih plinov, ki se tvorijo v kotlih, v katerih se kot gorivo uporablja premog, v nekaterih primerih pa so učinkovite tudi za obdelavo plinov, ki vsebujejo visoko koncentracijo kloridov, kateri se sproščajo še zlasti pri incineraciji. Čeprav so lahko prednosti še najbolj izrazite pri teh napravah, pa njihova uporabnost vsekakor ni omejena le na slednje. S pomočjo teh izboljšav je moč učinkovito čistiti tudi dimne pline, ki nastajajo pri sežigu materialov, vsebujoč visoke koncentracije ogljika, kot so zemeljski plin, sintezni plin, kurilna olja, bitumni in rezidualna kurilna olja, industrijski ter gospodinjski trdni odpadki, druge gorljive snovi in podobno.

Naslednji opis se nanaša na prednostno izvedbo procesa, ki je prikazan na sliki 1 in vključuje enokrožni, odprti in protitočni razpršilni stolp za mokro izpiranje SO_X, v glavnem SO2, iz dimnih plinov s pomočjo apnenca.

Apnenec je preferenčna oblika kalcijevega karbonata, ki pa se lahko po želji nadomesti z drugim virom le-tega. Kalcijev karbonat se v naravi poleg pojavljanja v obliki apnenca najaha tudi v lupinah školjk, kot aragonit, kalcit, kreda, marmor, lapor in travertin. Lahko se ga pridobiva sintetično ali z izkopavanjem. V omenjenem opisu izraza kalcijev karbonat in apnenec nastopata izmenično.

Poudariti je treba, da vse v naravi dostopne oblike kalcijevega karbonata vsebujejo manjše množine relativno inertnih materialov, kot so prosti silicijev dioksid, magnezijev karbonat ali dolomit, železovi oksidi, aluminijev oksid, in tako naprej. V principu je vedno zaželeno najti zelo čiste vire apnenca, ki se ga uporablja v mokrem postopku čiščenja dimnih plinov, vendar kot se izkaže v praksi, so v apnencu vedno prisotne nečistoče, ki v tem procesu predstavljajo inertne snovi. Drugi vir inertnih trdnih delcev, ki vstopajo v proces, pa predstavljajo delci pepela, ki se ne izločijo v zbiralniku delcev 10 in se nato akumulirajo v izpiralnem stolpu 100.

Apnenec se fino zdrobi, preferenčno z mletjem na način, ki je predstavljen v nadaljevanju, z namenom doseči povprečno masno velikost, manjšo od 10 pm, pri čemer je 99 % delcev manjših od 44 μπι. Tako zmleti apnenec predstavlja zelo fine delce za mokro izpiranje v odprtem stolpu s protitokom vodne suspenzije kalcijevega karbonata. Tipična povprečna velikost delcev v prejšnjem stanju tehnike je manjša ali enaka 15 pm, pri čemer je le okrog 95 % delcev manjših od 44 pm. V nadaljnjem nasprotju s prejšnjim stanjem tehnike je potrebno omeniti, da uporaba predloženega izuma rezultira k povprečni masni velikosti delcev, manjši od 8 pm, pri čemer je glede na maso nad 90 % (npr. 99.5 %) delcev manjših od 44 pm. Uporaba sita s preferenčno velikostjo odprtine tako omogoča več prednosti.

Preferenčna shema procesa na sliki 1 prikazuje dimne pline iz kotla, v katerem kot gorivo služi premog, ki vstopajo v primemo napravo 10 za odstranjevanje trdnih delcev, kot sta npr. elektrostatični ali vrečni filter, s pomočjo katerih se odstrani določeni delež delcev v plinu. Tako očiščeni plini nato preko cevovoda 20 vstopajo v izpiralni stolp 100, skozi katerega tečejo v smeri od spodaj navzgor, oziroma protitočno glede na tok drobnih kapljic vodne suspenzije drobnozrnatega apnenca, ki se v sistem uvajajo v vertikalni izpiralni coni 110 iz razpršilnih šob, lociranih na dveh višinskih nivojih. Plinasta faza nadaljuje pot iz izpiralne cone 110 v odvod 120. Stolp je zasnovan tako, da plinasta faza prehaja skozi vertikalno izpiralno cono v smeri od spodaj navzgor. Izpiralna gošča, ki pada skozi vertikalno izpiralno cono 110, se zbira v reakcijski posodi 130. Reakcijska posoda 130 ima takšno velikost, ki omogoča reakcijo SO₂ s kalcijevim karbonatom in tvorbo takšnih kristalov sadre, katerih povprečna masna velikost je vsaj dvakrat, preferenčno pa 5 do 10-krat večja od delcev kalcijevega karbonata, ki jih uvajamo v sistem.

Prednostna izvedba mokrega postopka omogoča omenjeno razliko v velikosti delcev, ki je pogojena s črpanjem toka gošče iz reakcijske posode, v kateri je njen povprečni zadrževalni čas okrog 6 ur, in s koncentriranjem le-tega z delci kalcijevega karbonata (kot fini delci, katerih masno povprečni premer je manjši od 6 pm) ter z odstranjevanjem sadre.

V vertikalni izpiralni coni 110 je nameščena mreža razpršilnih naprav. Le-ta je zasnovana tako, da omogoča uvajanje toka drobnih kapljic vodne suspenzije drobnozrnatega kalcijevega karbonata skozi stolp v protitoku glede na smer toka plinaste faze. Slika ilustrira serijo razpršilnih šob, ki so nameščene na nivojih 112 in 112’. Vsaka od šob 114 (glej sliko 2) se napaja s pomočjo vodil 116, 116’ ali 116”. Ponavadi je v razpršilnem stolpu nameščena še serija razpršilnih šob na tretjem višinskem nivoju, s čimer je med nemotenim obratovanjem šob na dveh poljubnih višinskih nivojih preostalo serijo šob moč popravljati ali čistiti.

Šobe so preferenčno nameščene tako, da je razdalja med dvema višinskima nivojema razpršilnih šob od 1 do 2 metrov, pri čemer se smer toka gošče iz sosednjih šob na posameznem nivoju altemirajoče spreminja v smereh navzgor-navzdol. Prednostna izvedba izuma zmanjšuje razdaljo med šobami, zmanjšuje število nivojev, ki so v poljubnem času v obratovanju (prednostno na dva), ter zvišuje hitrost plinaste faze, ki v navpični smeri prehaja skozi vertikalno izpiralno cono. Prednostna tokovna profila gošče, ki se nahaja v obliki drobnih kapljic, in dimnih plinov, ki prehajajo skozi stolp v smeri od spodaj navzgor, sta ilustrirana na sliki 4.

Prednostno obliko šobe predstavlja centrifugalni tip šobe, ki tvori tok zelo drobnih kapljic s kotom a, ki leži v območju od 90 do okrog 140°, preferenčno do 120°. Ena izmed primernih šob je Whirljet šoba s pretokom 1134 litrov v minuti, katero izdeluje Spraying Systems Co., Wheaton, Illinois. Velikost kapljic se prednostno giblje v območju od 100 do 6000 pm, ponavadi okrog 2000 pm, pri čemer te vrednosti predstavljajo Sauter-jev povprečni premer, izmerjen z Malvem-ovim analizatorjem delcev.

Vsako od vodil 116 je glede na preostala vodila na višjem ali nižjem nivoju nameščeno pod določenim kotom. Le-ta ob prisotnosti dveh ali treh višinskih nivojev prednostno znaša okrog 90°.

Ena izmed novosti in prednosti predloženega izuma je skrajšanje zadrževalnega časa v reakcijski posodi s 15 ur ali več, kolikor znašajo karakteristične vrednosti v obstoječih komercialnih napravah, na 8 ur ali manj, bolj specifično na zadrževalni čas okrog 6 ur. Le-to je omogočeno s povečano hitrostjo raztapljanja finih delcev kalcijevega karbonata in delno tudi z relativno hitro produkcijo ter kristalizacijo kalcijevega sulfata. Reaktivnost gošče pa se po drugi strani izboljša s separiranjem kalcijevega sulfata od kalcijevega karbonata in z recikliranjem finih delcev kalcijevega karbonata v goščo, ki se nahaja v reakcijski posodi, ter z njegovim hitrim raztapljanjem. Skrajšanje zadrževalnega časa v reakcijski posodi ima pozitivni vpliv na celokupno učinkovitost procesa, poleg tega pa omogoča vrsto prednosti, kot so enostavnost vodenja procesa, velikost opreme in kvaliteta stranskega produkta - sadre.

Hitrost glavne mase plinaste faze pri prehodu skozi vertikalno izpiralno cono 110 je višja od 4.5 in prednostno nižja od 6 m/s. Ta hitrost je v enokrožnem, odprtem razpršilnem stolpu z mokrim izpiranjem in uporabo apnenca visoka in se aplicira prednostno v kombinaciji z drugimi inovacijami, ki omogočajo izboljšano celokupno učinkovitost procesa. Izboljšani razpršilni stolpi, ki so predmet tega izuma, omogočajo čiščenje dimnih plinov z nizkim padcem tlaka in z relativno manjšimi množinami vodne suspenzije, npr. z nižjimi L/G razmerji.

Žveplovi oksidi v dimnih plinih se absorbirajo v vodni fazi gošče, pri čemer se producirajo bisulfitni in vodikovi ioni. Bisulfitni ioni se delno oksidirajo v sulfat, pri čemer nastane še več vodikovih ionov. Ko kapljica postane nasičena z vodikovimi ioni, se kalcijev karbonat prične hitreje raztapljati, kar vodi k nastanku kalcijevih in bikarbonatnih ionov. Drobno zmleti kalcijev karbonat je zelo učinkovit za absorpcijo vodikovih ionov, s čimer se izboljša absorpcijska sposobnost vodne faze v vertikalni izpiralni coni. Visoke hitrosti plinaste faze, skladno z drugimi izboljšavami prednostne izvedbe, in vzpostavljeni tokovni profil vzdržujejo dobro suspendiranje kapljic z visoko stopnjo fluidizacije ter tako omogočajo učinkovit kontakt.

Slika 1 prikazuje mletje apnenca v mlinu 170, klasiranje s pomočjo ciklona

172, shranjevanje v silosu 174 in njegovo uvajanje skozi zračno zaporo 176 v tok komprimiranega zraka v cevovodu 178. Z mletjem apnenca tik pred njegovim uvajanjem v razpršilni stolp oziroma v reakcijsko posodo, s čimer se nadomesti množina porabljenega kalcijevega karbonata, je moč doseči definirano in reproducibilno porazdelitev velikosti delcev, ob tem pa se izogniti delcem, ki bi bili večji od 44 pm. V bistvu, povprečna masna velikost delcev kalcijevega karbonata po rutinskem suhem mletju znaša 8 pm, pri čemer je 99 % delcev manjših od 44 pm. Odsotnost velikih delcev apnenca v napajalnem toku, ki ga uvajamo v reakcijsko posodo, predstavlja eno izmed bistvenih prednosti predloženega izuma, saj omogoča, da je reakcijska posoda v primerjavi s tistimi, ki so se dosedaj uporabljale v konvencionalnih razpršilnih stolpih, znatno manjša.

Uvajanje zraka preko cevovoda 178 omogoča dovajanje kisika, potrebnega za oksidacijo sulfitnih in bisulfitnih ionov v sulfatne ione. V reakcijski posodi je pomešanje njene vsebine vzpostavljeno s konvencionalnimi sredstvi, ki pa na sliki niso prikazana.

Kot je tudi prikazano s shemo procesa na sliki 1, se gošča črpa iz reakcijske posode 130 z namenom koncentriranja reaktivnega kalcijevega karbonata, ki se recirkulira, in zmanjšanja koncentracije trdnih snovi, kar se v glavnem doseže z odstranjevanjem sadre. Slika 1 tudi kaže, da se gošča črpa iz reakcijske posode 130 po cevovodu 183 v hidrociklon 181. Le-ta je v procesni shemi predloženega izuma zelo učinkovit, saj hitro in efektivno ločuje zelo fine delce apnenca od večjih delcev kalcijevega sulfata. Preferenčna povprečna masna velikost delcev kalcijevega sulfata znaša od 25 do 55 pm. Separacija manjših delcev apnenca proizvaja povratni tok 174, v katerem prevladuje kalcijev karbonat, in odpadni tok 176, v katerem prevladuje kalcijev sulfat. Preferenčno, povprečna masna velikost delcev kalcijevega karbonata v reakcijski posodi in tako tudi v povratnem toku 184 se giblje v območju od 2 do 6 pm.

Slika 1 prikazuje prednostno izvedbo predloženega izuma, v katerem je povratni tok koncentriran z delci kalcijevega karbonata, uporaba hidrociklona 181 pa omogoča tudi recirkulacijo procesne vode. Preferenčne povprečne masne velikosti delcev kalcijevega karbonata so v območju od 2 do 6 pm. Povprečna masna velikost delcev kalcijevega sulfata se giblje v območju od 25 do 55 pm.

Reakcijska posoda 130 se nahaja pod mrežo razpršilnih šob in tako omogoča zbiranje gošče po njenem kontaktiranju z dimnimi plini v vertikalni izpiralni coni 110. Velikost reakcijske posode 130 je takšna, da omogoča reakcijo SO₂ s kalcijevim karbonatom in tvorbo kristalov sadre, katerih povprečna masna velikost je vsaj dvakrat, preferenčno pa od 5 do 10-krat večja od delcev kalcijevega karbonata, ki jih uvajamo v proces.

S pomočjo razlike v velikosti delcev med kalcijevim karbonatom in sadro ter s pomočjo drugih sredstev, ki omogočajo separacijo sadre in koncentriranje kalcijevega karbonata, kot bo le-to razloženo v nadaljevanju, koncentracija trdnih delcev kalcijevega karbonata v primerjavi s protitočnimi sistemi prejšnjega stanja tehnike naraste za 20 do 50 %. Nadaljnja prednost tega izuma v primerjavi s sistemi prejšnjega stanja tehnike je višje stehiometrijsko razmerje med kalcij-vsebujočimi in žveplo-vsebujočimi spojinami v gošči, ki znaša vsaj 1.3, preferenčno pa 1.4 ali več. Ta sistem vključuje vsaj eno črpalko 182 in pripadajoči cevovod 183 za črpanje gošče iz reakcijske posode in njeno uvajanje v hidrociklon.

Žveplovi oksidi v dimnih plinih se absorbirajo v vodno fazo gošče v vertikalni izpiralni coni 110 in reagirajo z razpoložljivimi hidroksilnimi ioni, pri čemer se tvorijo bisulfitni ioni, ki se lahko parcialno oksidirajo v sulfat že v sami vertikalni izpiralni coni 110, skoraj popolna oksidacija pa poteče v reakcijski posodi 130. Zadostna alkaliteta se v glavnem zagotavlja z raztapljanjem kalcijevega karbonata, pri čemer nastajajo bikarbonatni in hidroksilni ioni, ta proces pa poteka tako v izpiralni coni 110 kot tudi v reakcijski posodi 130. Prepihavanje s kisikom, ki v stroki predstavlja konvencionalno operacijo, se uporablja z namenom zadostne snovne pretvorbe sulfitnih ionov, čeprav vir kisika delno predstavljajo že sami dimni plini v vertikalni izpiralni coni 110. Reakcija delno poteče v padajočih kapljicah, v glavnem pa v reakcijski posodi 130, v kateri se zbira gošča. Eno izmed novosti in poglavitnih prednosti tega izuma predstavlja skrajšanje zadrževalnega časa v reakcijski posodi s 15 ur, ki je karakteristična vrednost za obstoječe komercialne sisteme, na 6 ur. Skrajšanje zadrževalnega časa v reakcijski posodi nudi več ugodnosti, med drugimi enostavnost obratovanja, velikost procesne opreme in boljšo kvaliteto stranskega produkta - sadre.

pH vrednost gošče v reakcijski posodi 130 se prednostno giblje v območju od 5.0 do 6.3, še bolj prednostno v območju od 5.8 do 6.3. Višje pH vrednosti zagotavljajo višjo stopnjo alkalitete v vodni fazi gošče, s tem pa tudi večjo kapaciteto vodne faze za absorpcijo SO₂. Prednost izuma je tudi v tem, da se kalcijev karbonat dovaja v sistem v obliki finih delcev in, kot bo razloženo kasneje, se tudi recirkulira v obliki finih delcev, kar zagotavlja višjo stopnjo alkalitete. Nizke PH vrednosti, pri katerih običajno obratujejo sistemi prejšnjega stanja tehnike, sicer pospešujejo hitrost raztapljanja kalcijevega karbonata, po drugi strani pa zaradi manjše alkalitete zavirajo absorpcijo SO₂ v izpiralni coni. Uporaba delcev majhne velikosti v predloženem izumu omogoča višjo stopnjo alkalitete tudi pri pH vrednostih, nižjih od zaželenih, s čimer je v večji meri izničen vpliv pH vrednosti na absorpcijsko kapaciteto gošče.

Skupaj z reakcijsko posodo 130 in z mrežo razpršilnih šob, ki so nameščene v vertikalni izpiralni coni 110, se uporabljajo še sredstva za dovajanje gošče, ki vključujejo vsaj eno črpalko 122 in pripadajoči cevovod 124, služijo pa za črpanje gošče iz reakcijske posode 110 in dovajanje le-te v mrežo razpršilnih šob v izpiralni coni.

Slika 1 prikazuje mletje apnenca v mlinu 170, klasiranje s pomočjo ciklona 172, shranjevanje v silosu 174 in uvajanje skozi zračno zaporo 176 v tok komprimiranega zraka v cevovodu 178, ki je povezan neposredno z razpršilnim stolpom 100 ali s cevovodom za dovajanje dimnih plinov 20. Alternativno pa se apnenec iz silosa 174 lahko pomeša v posodi in se črpa v reakcijsko posodo 130. Z mletjem apnenca tik pred njegovim uvajanjem v proces je moč zelo natančno kontrolirati velikost delcev zmletega materiala. Velikost delcev predstavlja kritični parameter predloženega izuma. Prednostno, povprečna masna velikost delcev kalcijevega karbonata, ki ga uvajamo v sistem, da bi z njim nadomestili tisti kalcijev karbonat, ki je zreagiral s topnimi kloridi ali z SO_X v sadro, kot bo razloženo kasneje, znaša 8 pm ali manj, pri čemer je 99 ali več odstotkov delcev manjših od 44 pm.

Uvajanje zraka preko cevovoda 178 omogoča dovajanje kisika, potrebnega za oksidacijo kalcijevega sulfita v kalcijev sulfat. V reakcijski posodi je pomešanje njene vsebine vzpostavljeno s konvencionalnimi sredstvi, ki pa na sliki niso prikazana.

Skupaj z reakcijsko posodo 130 za zagotavljanje ustrezne kvalitete gošče služi sistem pod oznako 180. Zaradi vzdrževanja visoke reaktivnosti sistema se kalcijev karbonat, kot je opisano zgoraj, dovaja v obliki fino pomletih delcev, uporaba hidrociklona 181 pa omogoča separacijo toka gošče, izčrpane iz reakcijske posode 130, v povratni tok, ki vsebuje predvsem delce kalcijevega karbonata, in odpadni tok z delci sadre. Hidrociklon 181 separira goščo iz reakcijske posode v povratni tok 184, ki vsebuje predvsem majhne delce kalcijevega karbonata in inertnih snovi, ter tok, ki vsebuje predvsem relativno velike delce kalcijevega sulfata. Prednostno se povprečna masna velikost delcev kalcijevega karbonata in inertnih snovi giblje v območju od 1 do 8 μιη, in še bolj prednostno od 2 do okrog 6 pm. Povprečna masna velikost delcev kalcijevega sulfata znaša od 25 do 55 pm. Preferenčna povprečna masna velikost delcev kalcijevega sulfata je vsaj dvakrat, in še bolj prednostno 5 do 10-krat večja od velikosti delcev kalcijevega karbonata. Sistem vsebuje vsaj eno črpalko 182 in pripadajoči cevovod 183 za črpanje gošče iz reakcijsko posode in njeno dovajanje v hidrociklon.

Recirkulacijski cevovod 184 poteka od hidrociklona 181 do reakcijske posode 130 in služi za transport povratnega toka, ki vsebuje predvsem delce kalcijevega karbonata, iz hidrociklona. Pomembni sestavni del sistema predstavlja izpust dela povratnega toka iz recirkulacijskega cevovoda 184. Cevovod za izpust 185 je v povezavi z recirkulacijskim cevovodom 184 in je prirejen za izpust dela povratnega toka iz recirkulacijskega voda. Prednostno velja spremljati koncentracijo kloridov, raztopljenih v gošči, v cevovodu 183 ali kjerkoli drugje v sistemu in regulirati izpust dela povratnega toka iz cevovoda 185 tako, da se vsebnost kloridov v gošči giblje v predpisanem območju, npr. pod 30.000 mg/1, in preferenčno pod 20.000 mg/1. Višje koncentracije kloridov zavirajo raztapljanje kalcijevega karbonata in znižujejo stopnjo alkalitete izpiralne gošče. V toku 185 je koncentracija kloridov najvišja in enaka koncentraciji le-teh v reakcijski posodi, tako da na sliki prikazano odvzemno mesto predstavlja najboljšo lokacijo za izpust kloridov iz sistema.

Prav lahko se zgodi, da se inertne snovi v reakcijski posodi 130, ki vstopajo v sistem s svežim kalcijevim karbonatom ali z dimnimi plini v dovodu 20 in so v obliki relativno majhnih delcev, katerih povprečna masna velikost znaša od 4 do 12 pm, akumulirajo v povratnem toku 184, pri čemer narašča tudi njihova koncentracija v reakcijski posodi 130. Spremljanje koncentracije inertnih delcev v povratnem toku se lahko izvaja na kemijski način (tj. z analizo karakterističnih specij, npr. silicijevega dioksida, železa ali drugih) oziroma na fizikalni način (tj. z določitvijo porazdelitve velikosti delcev, z analizo celotne koncentracije trdnih delcev ali s kakšno drugo primemo metodo). Pomembna prednost predloženega izuma je v tem, da je z nastavitvijo ustreznega pretoka izpusta 185 moč uravnavati koncentracijo kloridov, kontrolirati koncentracijo inertnih trdnih delcev v reakcijski posodi ali pa simultano kontrolirati oba parametra. Prednostno se ta kontrola izvaja z zviševanjem ali zniževanjem volumske hitrosti toka 185, tako da se vsebnosti kloridov in inertnih delcev nahajata v predpisanih mejah. Zaželeno je, da je koncentracija inertnih trdnih snovi v reakcijski posodi 130 nižja od 20 utežnih odstotkov in preferenčno nižja od 15 % vseh trdnih delcev.

Tako odstranjeni trdni delci iz reakcijske posode preko cevovoda 185 se lahko zavržejo skupaj z izpuščeno vodno fazo, lahko se jih loči od le-te ali obdela kako drugače, ter se jih tako naredi primerne za deponiranje ali potencialno uporabo. Prav tako je moč na ustrezni način obdelati vodno fazo izpusta iz sistema, s čimer se le-to napravi primemo za deponiranje v okolju ali kakršnokoli drugo uporabo. Namen tega izuma ni na kakršenkoli način omejiti potencialnih načinov obdelave toka 185, ampak le poudariti, da so na voljo številne metode, s katerimi je moč omenjeni tok ustrezno tretirati, ga npr. separirati v frakcije, popolnoma ali delno reciklirati, in tako naprej. Podrobnejši opis metod in sredstev za obdelavo toka 185 presega namen predloženega izuma.

Procesna shema predloženega izuma vključuje tudi rekuperacijski cevovod 186 za regeneracijo gošče, ki vsebuje kalcijev sulfat, pri čemer omenjeni cevovod služi za odvajanje gošče kalcijevega sulfata iz hidrociklona, v katerem so prisotni delci kalcijevega sulfata večji od delcev kalcijevega karbonata.

Slika 1 prikazuje prednostno izvedbo izuma, kjer se povratni tok 184 uvaja nazaj v reakcijsko posodo 130. Skladno z izumom takšen način obratovanja predstavlja prednost, ki se izraža v drastičnem zvišanju alkalitete kapljic vodne suspenzije, katera prihaja v stik z dimnimi plini, vsebujoč SO_X. Neposredna uporaba povratnega toka iz hidrociklona, ki vsebuje visoko koncentracijo drobnih delcev kalcijevega karbonata, ima visoko pH vrednost ter visoko stehiometrijsko razmerje med kalcijem in žveplom, omogoča obdelavo dimnih plinov, ki vsebujejo žveplove okside, v zelo kratkih kontaktnih časih.

Stehiometrijsko razmerje med kalcij-vsebujočimi in žveplo-vsebujočimi spojinami v povratnem toku 184 se prednostno giblje v območju med 1.2 in 2.0, še bolj prednostno od 1.3 do 1.4. Koncentracija suspendiranih trdnih snovi v povratnem toku se običajno giblje v območju med 1 in 10 utežnimi odstotki, prednostno od 2 do 6 %. Ločevanje večjega dela kalcijevega sulfata od apnenca s pomočjo hidrociklona 182 poleg zviševanja omenjenega stehiometrijskega razmerja in alkalitete tudi zmanjšuje koncentracijo trdnih delcev v gošči.

Ena izmed prednosti, povezanih s kombinacijo tehnik, uporabljenih v procesu, ki je predmet tega izuma, je visoko stehiometrijsko razmerje med kalcijvsebujočimi in žveplo-vsebujočimi spojinami gošče v reakcijski posodi, pri čemer se le-to giblje v območju od 1.1 do 1.6, prednostno od 1.2 do 1.3. Ta lastnost procesa ob hkratni uporabi zelo majhnih delcev kalcijevega karbonata omogoča boljšo celokupno učinkovitost procesa ter ekonomičnejšo rabo opreme in reagentov.

Koncentracija trdnih delcev v toku 183, ki teče iz reakcijske posode 130, se nahaja v območju od 10 do 20 %, prednostno med 13 in 17 %. Koncentracija trdnih delcev v toku 186 se preferenčno giblje v območju od 30 do 55 %. Tok 186 uvajamo na filter 188 ali drugo primerno napravo, ki omogoča odvodnjavanje gošče. Trdna sadra je zelo kvalitetna in se lahko uporablja kot gradbeni material. Filtrat odvajamo s pomočjo cevovoda 189 in ga lahko recirkuliramo v reakcijsko posodo 130, prav tako ga lahko deloma ali v celoti zavržemo, pri čemer je prednost izuma v tem, da tega toka ni potrebno izpuščati z namenom kontrole vsebnosti kloridov v sistemu.

Vstopni separator 140 učinkovito odstranjuje vodne kapljice iz očiščenih dimnih plinov in spreminja smer toka plinaste faze. Visoke hitrosti plinaste faze, ki jih omogoča predloženi izum, bi lahko povzročale abrazijo stropa 102 razpršilnega stolpa in odstranjevalcev vlage komercialne zasnove. Uporaba učinkovitejšega odstranjevalca vlage namesto vstopnega separatorja 140 ni možna, ker pri obratovalnih hitrostih plinaste faze od 4.5 do 6 m/s ni na voljo visoko učinkovitega odstranjevalca vlage, komercialno dosegljivi sistemi pa so nagnjeni k počasnemu odvodnjavanju in zalitju, s čimer se poveča nevarnost za začepljenje in nizko stopnjo zanesljivosti. Zaradi tega je vstopni separator 140 zasnovan za specifične pogoje obratovanja, ki jih narekuje predloženi izum.

Vstopni separator 140 prednostno odstranjuje znatno množino vstopne vlage in spreminja smer toka dimnih plinov vsaj za 30° glede na navpično os stolpa ter zagotavlja bolj uniformni hitrostni profil plinaste faze pri prehodu skozi vertikalni odstranjevalec vlage 150. V njegovi prednostni izvedbi se večina (glede na maso) kapljic s premerom pod 100 pm izloča z odkapljavanjem ali z njihovim združevanjem v večje kapljice, ki se nato izločijo iz plinaste faze v naslednjem odstranjevalcu vlage.

Vstopnemu separatoiju 140 preferenčno sledi vertikalni odstranjevalec vlage, označen na sliki s številko 150. Smer toka plinaste faze se s pomočjo vstopnega separatorja 140 iz vertikalne spremeni skoraj v povsem horizontalno. To ima za posledico vrsto prednosti, vključujoč tudi zmanjšanje števila trkov delcev v gošči na strop 102 razpršilnega stolpa, s čimer se tudi prepreči tvorba depozitov, ki bi se sicer s časom povečali do take mere, da bi se pričeli luščiti v večjih kosih, katerih premer bi znašal meter ali več, ter bi tako lahko poškodovali vodila šob, padli v reakcijsko posodo 130 in končno tudi zamašili razpršilne šobe na višinskih nivojih 112 in 112’. Poleg tega pa vstopni separator 140 zagotavlja tudi zelo učinkovito delovanje vertikalnega odstranjevalca vlage 150 s skoraj horizontalnim tokom plinaste faze. Visoko učinkoviti odstranjevalec vlage 150 s horizontalnim tokom plinaste faze omogoča dobro odvodnjavanje in s tem obratovanje procesa pri višjih hitrostih, kot bi jih sicer dovoljeval podobno zasnovani odstranjevalec vlage z vertikalnim tokom plinaste faze. Prav tako omogoča prepričljivo odstranjevanje zelo drobnih kapljic vlage pri horizontalnem toku plinaste faze. Visoka stopnja odstranjevanja vlage je pomembna lastnost predloženega izuma, čeprav ne nujno izvirna, ker se odstranjevalci vlage s horizontalnim tokom plinaste faze pogosto uporabljajo v FGD sistemih in drugih industrijskih procesih, ki zahtevajo zelo učinkovito odstranjevanje vlage. Kakorkoli, izvirnost predloženega izuma je v tem, da kombinacija vstopnega separatorja 140 z visoko učinkovitim odstranjevalcem vlage 150 ob zagotavljanju relativno uniformnega hitrostnega profila v odstranjevalcu vlage in z združevanjem zelo malih kapljic v večje v vstopnem separatoiju pred njihovo dokončno eliminacijo iz plinaste faze v odstranjevalcu vlage omogoča superiorno odvlaževanje očiščenih dimnih plinov.

Slika 5 prikazuje prednostno izvedbo izboljšanega vstopnega separatorja 140, ki učinkovito odstranjuje večino manjših kapljic (takih, katerih premer je manjši od 100 pm) in spreminja smer navpičnega toka dimnih plinov proč od zgornjih sten stolpa. Vstopni separator 140 je ilustriran tudi na sliki 2, kjer je nameščen pod kotom γ relativno glede na horizontalo razpršilnega stolpa 100. Ta kot se preferenčno nahaja v območju od 10 do 45°, npr. 20°.

Vstopni separator 140 z enkratnim prehodom je sestavljen iz separacijskih krilc 142, ki izločajo kapljice s pomočjo trkov in spreminjajo smer toka plinov tako, da je le-ta najprimernejša za nadaljnje odstranjevanje hlapov. Posamična krilca 142 so glede na spodnji rob sklopa krilc 144, 144’, 144”, itd., nameščena pod kotom δ. Krilce tega tipa je paralelogramske oblike z dolžinama od 0.15 do 0.23 metra v krajši dimenziji in od 0.6 do 1.5 metra v daljši dimenziji. Razdalja med posamičnimi krilci se giblje v območju od 40 do 70 % krajše dimenzije krilca. Kot δ se preferenčno giblje v območju od 20 do 40°, natančnejša vrednost pa je odvisna od kota δ in zaželene stopnje spremembe smeri toka dimnih plinov.

Sklopi krilc 144, itd., so konstruirani in nameščeni tako, da omogočajo učinkovito odvodnjavanje. Posamični sklop je, kot je prikazano, zasnovan v obliki škamic. Sklopi 144, itd., so v medsebojni razporeditvi prednostno orientirani pod kotom Θ, ki se karakteristično giblje v območju od 125 do 145°, in preferenčno okrog 140°. Konstrukcija vstopnega separatoija je podprta s traverzami 146, katerih dolžina je enaka dolžini sklopa krilc. Na razpolago so tudi drugi načini podprtja.

Struktura vstopnega separatorja 140 dovoljuje neposredno čiščenje krilc s pomočjo fiksiranih vodov 147, na katerih so nameščene razpršilne šobe 148, ki v obliki curkov drobnih kapljic usmerjajo izpiralno vodo direktno na krilca tako s spodnje kot tudi z zgornje strani. Izpiranje krilc se izvaja s posamično uporabo določenega voda ali s sekvenčnim obratovanjem le-tega skupaj z ostalimi. Izpiralna voda ustrezne kvalitete se dovaja v zadostnih količinah z namenom znižanja deleža deponiranih soli na krilcih separatoija. Uporaba izpiralne vode visoke kvalitete ter pogosto čiščenje ob hkratnem dobrem odvodnjavanju, ki ga zagotavlja konstrukcija serij krilc 144, itd., v obliki škamic, omogočata obratovanje separatoija praktično brez tvorbe depozitov.

Odlika predloženega izuma je tudi v tem, da je separacijska učinkovitost prvega vstopnega separatorja 140, v primerjavi s separatorji z večkratnim prehodom, ki so se uporabljali v prejšnjem stanju tehnike, lahko nižja, saj njegova zmožnost spremembe smeri toka plinaste faze iz vertikalne v horizontalno omogoča uporabo visoko zmogljivega, vertikalnega odstranjevalca vlage 150. Čeprav je učinkovitost vstopnega separatorja nižja od tiste, ki je zaželena v mokrih izpiralnih stolpih, pa le-ta povzroča majhen padec tlaka, npr. nižji od 3.8 mm vodnega stolpca, poleg tega pa ima tudi druge prednosti, kot so enostavnost čiščenja, visoka stopnja odvodnjavanja, zmožnost obratovanja pri visokih hitrostih plinaste faze ter usmerjanje toka plinaste faze v smeri visoko zmogljivega odstranjevalca vodnih hlapov 150 ter proč od zgornjih sten stolpa. Odstranjevalec vlage 150 je preferenčno sestavljen iz krilc, razporejenih npr. v cik-cak zaporedju.

Očiščeni in osušeni dimni plini se izpuščajo v ozračje skozi dimnik 160. V alternativni izvedbi pa se lahko dimni plini pred izpustom tudi segrejejo v plinskem toplotnem izmenjevalcu vertikalne konfiguracije, ki je opisan v US patentni prijavi št. 08/257,158 (številka na seznamu patentnega zastopnika je 1930-P0020), katero so 9. junija 1994 vložili avtorji predloženega patenta.

Kombinacija izboljšav, ki so predmet tega izuma, omogoča konstruiranje enokrožnega, odprtega razpršilnega stolpa z mokrim izpiranjem, pri Čemer masa praznega stolpa znaša približno le polovico mase obstoječih, odprtih razpršilnih stolpov. Razlika v velikosti procesne opreme ter izboljšana SO_X absorpcijska kapaciteta gošče, pogojena z njenimi lastnostmi, pa v primerjavi s konvencionalnimi sistemi omogočata izboljšanje celokupne procesne učinkovitosti za okrog 30 % ali več. Celotna procesna učinkovitost je izračunana na podlagi porabe denarnih sredstev, ki so potrebna za odstranitev enote SO_X iz neočiščenih dimnih plinov, ter tako zajema investicijske in obratovalne stroške.

Zgornja razlaga ima namen naučiti povprečnega strokovnjaka, kako uporabiti spoznanja tega izuma v praksi, njen namen pa ni razlagati vseh možnih modifikacij in variacij, ki bodo po branju razlage postale očitne strokovnjaku. Kakorkoli, mišljeno je, da so vse tako očitne modifikacije in variacije vključene v obseg izuma, ki je definiran z naslednjimi patentnimi zahtevki. Le-ti so zasnovani tako, da pokrivajo vse elemente ter stopnje, na katere se sklicujemo, v kakršnikoli ureditvi ali sekvenci in ki učinkovito vodijo k zastavljenemu cilju, dokler iz teksta ne sledi drugače.

Claims (32)

1. PATENTNI ZAHTEVKI

   1. Proces za zmanjševanje vsebnosti SO_X v dimnih plinih z mokrim postopkom v enokrožnem, odprtem razpršilnem stolpu s protitokom vodne suspenzije apnenca, označen s tem, da obsega:

   (a) prehajanje toka dimnih plinov, ki vsebujejo SO_X, skozi navpični razpršilni stolp v smeri od spodaj navzgor, pri čemer je hitrost glavne mase plinaste faze večja od 4.5 m/s;

   (b) uvajanje drobnih kapljic vodne suspenzije drobnozrnatega kalcijevega karbonata, kalcijevega sulfata in inertnih trdnih delcev v vertikalni del razpršilnega stolpa, pri čemer kapljice vodne suspenzije glede na smer toka plinaste faze prehajajo skozi razpršilni stolp protitočno in kontaktirajo z dimnimi plini;

   (c) zbiranje vodne suspenzije v reakcijski posodi po kontaktiranju z dimnimi plini;

   (d) črpanje vodne gošče iz reakcijske posode;

   (e) obdelavo gošče, izčrpane iz reakcijske posode, z učinkovito metodo, ki zagotavlja povratni tok, vsebujoč predvsem delce kalcijevega karbonata, in dodatni tok, ki vsebuje delce kalcijevega sulfata;

   (f) vračanje znatnega deleža povratnega toka, ki vsebuje kalcijev karbonat, v proces; in (g) uvajanje svežega kalcijevega karbonata kot napajalnega toka v takšnih množinah, da se nadomesti tako tisti kalcij, ki se ne recirkulira, kot tudi tisti, ki v izpiralni coni zreagira z absorbiranimi SO_X v kapljevinasti fazi.
2. 2. Postopek po zahtevku 1, označen s tem, da je povprečna velikost zelo drobnih delcev kalcijevega karbonata v napajalnem toku vodne suspenzije manjša ali enaka 8 pm.
3. 3. Postopek po zahtevku 1, označen s tem, da je pH vrednost napajalnega toka vodne suspenzije v območju od 5.0 do 6.3.
4. 4. Postopek po zahtevku 1, označen s tem, da hitrost glavne mase plinaste faze skozi razpršilni stolp znaša do 6 m/s.
5. 5. Postopek po zahtevku 1, označen s tem, da se v razpršilnem stolpu nahaja vstopni separator z enkratnim prehodom, ki učinkovito odstranjuje vodne kapljice in spremeni smer toka dimnih plinov tako, da omogoči učinkovito delovanje vertikalno nameščenega odstranjevalca vodnih hlapov.
6. 6. Postopek po zahtevku 5, označen s tem, da se v razpršilnem stolpu nahajata vertikalno nameščeni odstranjevalec vodnih hlapov in vstopni separator, pri čemer slednji spremeni smer toka dimnih plinov glede na navpičnico vsaj za 30°.
7. 7. Postopek po zahtevku 1, označen s tem, da se gošča, izčrpana iz reakcijske posode, uvaja v hidrociklon, ki proizvaja povratni tok, katerega molsko razmeije med kalcij-vsebujočimi in žveplo-vsebujočimi spojinami je večje od 1.3 ter vsebuje zlasti drobne delce kalcijevega karbonata s povprečno masno velikostjo do 6 pm, in tok odpadne gošče, ki vsebuje predvsem relativno velike delce kalcijevega sulfita s povprečno velikostjo med 25 in 55 pm.
8. 8. Postopek po zahtevku 1, označen s tem, da je povprečni zadrževalni čas vodne suspenzije v reakcijski posodi krajši od 8 ur.
9. 9. Postopek po zahtevku 1, označen s tem, da se del vodne gošče povratnega toka s koncentracijo trdnih snovi pod 10 % in z molskim razmerjem med kalcij-vsebujočimi in žveplo-vsebujočimi spojinami, ki znaša vsaj 1.3, uvaja v reakcijsko posodo.
10. 10. Postopek po zahtevku 9, označen s tem, da je molsko razmeije med kalcij-vsebujočimi in žveplo-vsebujočimi spojinami v povratnem toku večje od 1.4.
11. 11. Postopek po zahtevku 9, označen s tem, da povratni tok vsebuje manj kot 5 % suspendiranih trdnih snovi.
12. 12. Postopek po zahtevku 1, označen s tem, da se vodna suspenzija apnenca uvaja z razpršilnimi šobami, ki so nameščene na dveh višinah ob medsebojni razdalji, manjši od dveh metrov, pri čemer se smer izhajajočega toka vodne suspenzije iz sosednjih šob altemirajoče spreminja v smereh navzgor-navzdol.
13. 13. Postopek po zahtevku 1, označen s tem, da povprečna velikost delcev kalcijevega karbonata v reakcijski posodi znaša od 2 do 6 pm, povprečna masna velikost drobnih delcev uvajanega kalcijevega karbonata pa je manjša od 8 pm, pri čemer je glede na maso 99 % delcev manjših od 44 pm.
14. 14. Postopek po zahtevku 1, označen s tem, da je pH vrednost gošče v reakcijski posodi v območju od 5.8 do 6.3.
15. 15. Proces za zmanjševanje vsebnosti SO_X v dimnih plinih z mokrim postopkom v enokrožnem, odprtem stolpu s protitokom vodne suspenzije apnenca, označen s tem, da obsega:

    (a) prehajanje toka dimnih plinov, ki vsebujejo SO_X, skozi navpični razpršilni stolp v smeri od spodaj navzgor, pri čemer hitrost glavne mase plinaste faze znaša od 4.5 do 6 m/s;

    (b) uvajanje drobnih kapljic vodne suspenzije drobnozrnatega kalcijevega karbonata, kalcijevega sulfata in inertnih trdnih delcev v vertikalni del razpršilnega stolpa, pri čemer kapljice vodne suspenzije v protitočnem toku kontaktirajo z dimnimi plini;

    (c) zbiranje vodne suspenzije v reakcijski posodi po kontaktiranju z dimnimi plini;

    (d) črpanje gošče iz reakcijske posode, v kateri se gošča v povprečju zadržuje manj kot 8 ur;

    (e) obdelava gošče, izčrpane iz reakcijske posode, z učinkovito metodo, ki zagotavlja povratni tok, vsebujoč delce kalcijevega karbonata, in dodatni tok, ki vsebuje delce kalcijevega sulfata;

    (f) vračanje znatnega deleža povratnega toka, ki vsebuje kalcijev karbonat, v proces; in (g) uvajanje svežega kalcijevega karbonata kot napajalnega toka v takšnih množinah, da se nadomesti tako tisti kalcijev karbonat, ki se ne recirkulira, kot tudi tisti, ki v izpiralni coni zreagira z absorbiranimi SO_X v kapljevinasti fazi, pri čemer je povprečna masna velikost delcev kalcijevega karbonata v napajalnem toku manjša od 10 pm.
16. 16. Postopek po zahtevku 15, označen s tem, da je pH vrednost napajalnega toka vodne suspenzije v območju od 5.0 do 6.3.
17. 17. Postopek po zahtevku 16, označen s tem, da je pH vrednost gošče v reakcijski posodi v območju od 5.8 do 6.3.
18. 18. Postopek po zahtevku 15, označen s tem, da se v razpršilnem stolpu nahaja vstopni separator z enkratnim prehodom, ki učinkovito odstranjuje vodne kapljice in spremeni smer toka dimnih plinov tako, da omogoči učinkovito delovanje vertikalno nameščenega odstranjevalca vodnih hlapov.
19. 19. Postopek po zahtevku 18, označen s tem, da se v razpršilnem stolpu nahajata vertikalno nameščeni odstranjevalec vodnih hlapov in vstopni separator, pri čemer slednji spremeni smer toka dimnih plinov glede na navpičnico vsaj za 30°.
20. 20. Postopek po zahtevku 15, označen s tem, da se gošča, izčrpana iz reakcijske posode, uvaja v hidrociklon, ki proizvaja povratni tok, katerega molsko razmeije med kalcij-vsebujočimi in žveplo-vsebujočimi spojinami je večje od 1.3 ter vsebuje zlasti drobne delce kalcijevega karbonata s povprečno masno velikostjo do 8 pm, in tok odpadne gošče, ki vsebuje predvsem relativno velike delce kalcijevega sulfita s povprečno velikostjo med 25 in 55 pm.
21. 21. Postopek po zahtevku 20, označen s tem, da se del vodne gošče povratnega toka z molskim razmerjem med kalcij-vsebujočimi in žveplovsebujočimi spojinami, ki znaša vsaj 1.3, uvaja v reakcijsko posodo.
22. 22. Postopek po zahtevku 21, označen s tem, da je molsko razmerje med kalcij-vsebujočimi in žveplo-vsebujočimi spojinami v povratnem toku večje od 1.4, poleg tega pa povratni tok vsebuje manj kot 5 % suspendiranih trdnih snovi.
23. 23. Postopek po zahtevku 15, označen s tem, da se kalcijev karbonat zmelje tik pred pripravo vodne suspenzije tako, da je 99 % delcev kalcijevega karbonata manjših od 44 pm oziroma je njihova povprečna masna velikost manjša od 8 pm, medtem ko se povprečna masna velikost delcev kalcijevega karbonata v reakcijski posodi giblje v območju od 2 do 6 pm.
24. 24. Proces za zmanjševanje vsebnosti SO_X v dimnih plinih z mokrim postopkom v enokrožnem, odprtem stolpu s protitokom vodne suspenzije apnenca, označen s tem, da obsega:

    (a) prehajanje toka dimnih plinov, ki vsebujejo SO_X, skozi navpični razpršilni stolp v smeri od spodaj navzgor;

    (b) uvajanje drobnih kapljic vodne suspenzije drobnozrnatega kalcijevega karbonata s povprečno velikostjo do 6 pm, kalcijevega sulfata in inertnih trdnih delcev v vertikalni del razpršilnega stolpa, pri čemer kapljice vodne suspenzije z molskim razmerjem med kalcij-vsebujočimi in žveplovsebujočimi spojinami, večjim od 1.1, glede na smer toka plinaste faze skozi stolp prehajajo protitočno in kontaktirajo z dimnimi plini;

    (c) po kontaktiranju z dimnimi plini zbiranje vodne suspenzije v reakcijski posodi, v kateri se pH vrednost giblje v območju od 5.0 do 6.3;

    (d) črpanje gošče iz reakcijske posode, v kateri se gošča v povprečju zadržuje manj kot 6 ur;

    (e) obdelavo gošče, izčrpane iz reakcijske posode, v hidrociklonu, ki proizvaja povratni tok, v katerem prevladujejo fini delci kalcijevega karbonata s povprečno masno velikostjo pod 6 pm, ter dodatni tok, v katerem prevladujejo delci kalcijevega sulfata s povprečno masno velikostjo delcev med 25 in 55 pm;

    (f) vračanje vsaj dela povratnega toka, katerega molsko razmerje med kalcijvsebujočimi in žveplo-vsebujočimi spojinami znaša vsaj 1.4 in ki vsebuje predvsem fine delce kalcijevega karbonata, v proces; in (g) uvajanje svežega kalcijevega karbonata kot napajalnega toka v takšnih množinah, da se nadomesti tako tisti kalcijev karbonat, ki se ne recirkulira, kot tudi tisti, ki v izpiralni coni zreagira z absorbiranimi SO_X v kapljevinasti fazi, pri čemer je povprečna masna velikost delcev kalcijevega karbonata v napajalnem toku manjša od 8 pm.
25. 25. Postopek po zahtevku 24, označen s tem, da se v razpršilnem stolpu nahaja vstopni separator z enkratnim prehodom, ki spremeni smer toka dimnih plinov tako, da omogoči učinkovito delovanje vertikalno nameščenega odstranjevalca vodnih hlapov.
26. 26. Postopek po zahtevku 24, označen s tem, da se vodna suspenzija apnenca uvaja z razpršilnimi šobami, ki so nameščene na dveh višinskih nivojih ob medsebojni razdalji, manjši od dveh metrov, pri čemer se smer izhajajočega toka vodne suspenzije iz sosednjih šob altemirajoče spreminja v smereh navzgor-navzdol.
27. 27. Postopek po zahtevku 24, označen s tem, da se kalcijev karbonat zmelje tik pred pripravo vodne suspenzije tako, da je 99 % delcev kalcijevega karbonata manjših od 44 pm oziroma je njihova povprečna masna velikost manjša od 8 pm, medtem ko se povprečna masna velikost delcev kalcijevega karbonata v reakcijski posodi giblje v območju od 2 do 6 pm.
28. 28. Proces za zmanjševanje vsebnosti SO_X v dimnih plinih z mokrim postopkom v enokrožnem, odprtem razpršilnem stolpu s protitokom vodne suspenzije apnenca, označen s tem, da obsega:

    (a) prehajanje toka dimnih plinov, ki vsebujejo SO_X, skozi navpični razpršilni stolp v smeri od spodaj navzgor, pri čemer je hitrost glavne mase plinaste faze večja od 4.5 m/s;

    (b) uvajanje drobnih kapljic vodne suspenzije drobnozrnatega kalcijevega karbonata, kalcijevega sulfata in inertnih trdnih delcev v vertikalni del razpršilnega stolpa, tako da kapljice vodne suspenzije v razpršilnem stolpu glede na smer toka plinaste faze kontaktirajo z dimnimi plini protitočno, omenjena vodna suspenzija apnenca pa se uvaja z razpršilnimi šobami, ki so nameščene na dveh višinah ob medsebojni razdalji, manjši od dveh metrov, pri čemer se smer izhajajočega toka vodne suspenzije iz sosednjih šob alternirajoče spreminja v smereh navzgor-navzdol;

    (c) zbiranje vodne suspenzije v reakcijski posodi po kontaktiranju z dimnimi plini;

    (d) črpanje vodne gošče iz reakcijske posode;

    (e) obdelavo gošče, izčrpane iz reakcijske posode, z učinkovito metodo, ki zagotavlja povratni tok, vsebujoč predvsem delce kalcijevega karbonata, in dodatni tok, ki vsebuje delce kalcijevega sulfata;

    (f) vračanje vsaj dela povratnega toka, v katerem prevladujejo delci kalcijevega karbonata, v proces; in (g) uvajanje svežega kalcijevega karbonata kot napajalnega toka v takšnih množinah, da se nadomesti tako tisti kalcij, ki se ne recirkulira, kot tudi tisti, ki v izpiralni coni zreagira z absorbiranimi SO_X v kapljevinasti fazi.
29. 29. Postopek za zmanjševanje koncentracije SO_X v dimnih plinih z mokrim izpiranjem, označen s tem, da obsega:

    (a) prehajanje toka dimnih plinov, ki vsebujejo SO_X, skozi navpični razpršilni stolp v smeri od spodaj navzgor;

    (b) uvajanje drobnih kapljic vodne suspenzije drobnozrnatega kalcijevega karbonata, kalcijevega sulfata, kalcijevega sulfita in inertnih trdnih delcev, tako da kapljice vodne suspenzije v razpršilnem stolpu glede na smer toka plinaste faze kontaktirajo z dimnimi plini protitočno, povprečna masna velikost delcev kalcijevega karbonata pa se giblje v območju od 1 do 8 pm;

    (c) zbiranje vodne suspenzije v reakcijski posodi po kontaktiranju z dimnimi plini;

    (d) zagotavljanje visoke reaktivnosti vodne suspenzije apnenca s črpanjem gošče iz reakcijske posode in z obdelavo omenjene gošče v hidrociklonu, kjer se tvorita povratni tok, v katerem prevladujejo fini delci kalcijevega karbonata, in dodatni tok, v katerem prevladujejo delci kalcijevega sulfata, pri čemer oba tokova vsebujeta raztopljene kloride, medtem ko se kalcijev sulfat deponira kot trdni odpadek, del povratnega toka pa se prav tako izpušča iz sistema z namenom odstranjevanja ali topnih kloridov ali inertnih trdnih delcev oziroma obeh; in (f) uvajanje svežega kalcijevega karbonata kot napajalnega toka v takšnih množinah, da se nadomesti tako tisti kalcijev karbonat, ki se pretvori v kalcijev sulfat, kot tudi tisti, ki se odstrani iz sistema s parcialnim izpustom povratnega toka, pri čemer je povprečna masna velikost delcev kalcijevega karbonata v napajalnem toku manjša od 10 pm.
30. 30. Postopek za zmanjšanje koncentracije SO_X v dimnih plinih, označen s tem, da obsega:

    (a) razpršilni stolp z dovodom dimnih plinov, odvodom očiščenih dimnih plinov in z vertikalno izpiralno cono, pri čemer je stolp zasnovan tako, da plinasta faza prehaja skozi omenjeno izpiralno cono od spodaj navzgor;

    (b) vrstno razporeditev razpršilnih šob v omenjeni izpiralni coni, pri čemer so šobe zasnovane tako, da omogočajo uvajanje drobnih kapljic vodne suspenzije drobnozrnatega kalcijevega karbonata, kalcijevega sulfata, kalcijevega sulfita in inertnih trdnih delcev, ki prehajajo skozi razpršilni stolp z ozirom na smer toka plinaste faze protitočno;

    (c) dovajanje kalcijevega karbonata s povprečno masno velikostjo delcev pod 8 pm;

    (d) reakcijsko posodo, ki se nahaja pod omenjeno mrežo razpršilnih šob, s čimer je omogočeno zbiranje vodne gošče po kontaktiranju z dimnimi plini v omenjeni izpiralni coni, pri čemer mora biti reakcijska posoda zadosti velika, tako da se pri reakciji SO_X s kalcijevim karbonatom tvorijo kristali kalcijevega sulfata s takšno povprečno masno velikostjo delcev, ki je vsaj dvakrat večja od povprečne velikosti delcev kalcijevega karbonata v napajalnem toku;

    (e) črpanje vodne gošče iz reakcijske posode in dovajanje vodne suspenzije na razpršilne šobe, locirane v izpiralni coni; in (f) vzdrževanje nizke vsebnosti kloridov v vodni gošči, ki se nahaja v reakcijski posodi, s črpanjem le-te in njenim uvajanjem v hidrociklon, pri čemer se tvorita povratni tok, ki vsebuje predvsem majhne delce kalcijevega karbonata, in sekundarni tok, vsebujoč relativno velike delce kalcijevega sulfata, nadalje z določevanjem vsebnosti kloridov v povratnem toku in z izpustom tolikšnega deleža povratnega toka iz sistema, kakor ga narekuje izmerjena koncentracija kloridov.
31. 31. Postopek za zmanjšanje koncentracije SO_X v dimnih plinih z mokrim izpiranjem, označen s tem, da obsega:

    (a) prehajanje toka dimnih plinov, ki vsebujejo SO_X, skozi navpični razpršilni stolp;

    (b) uvajanje drobnih kapljic vodne suspenzije drobnozrnatih delcev kalcijevega karbonata, kalcijevega sulfata, kalcijevega sulfita in inertnih trdnih delcev, ki prehajajo glede na smer toka dimnih plinov skozi razpršilni stolp protitočno, pri čemer se pH vrednost vodne suspenzije v reakcijski posodi giblje v območju od 5.0 do 6.3;

    (c) zbiranje vodne gošče v reakcijski posodi;

    (d) vzdrževanje nizke vsebnosti kloridov v vodni gošči, ki se nahaja v reakcijski posodi, s črpanjem le-te in njenim uvajanjem v hidrociklon, pri čemer se tvorita povratni tok, ki vsebuje predvsem majhne delce kalcijevega karbonata, in sekundami tok, vsebujoč relativno velike delce kalcijevega sulfata, nadalje z določevanjem vsebnosti kloridov v povratnem toku in z izpustom tolikšnega deleža povratnega toka iz sistema, kakor ga narekuje izmerjena koncentracija kloridov;

    (e) vračanje dela povratnega toka, katerega molsko razmerje med kalcijvsebujočimi in žveplo-vsebujočimi spojinami je večje od 1.3, v reakcijsko posodo;

    (f) črpanje v hidrociklonu nastalega sekundarnega toka, ki vsebuje predvsem kalcijev sulfat, z namenom rekuperacije slednjega; in (g) uvajanje svežega kalcijevega karbonata kot napajalnega toka v takšnih množinah, da se nadomesti porabljene ali iz sistema odvzete količine kalcijevega karbonata, pri čemer je povprečna masna velikost delcev le-tega v napajalnem toku manjša od 10 pm.
32. 32. Naprava za mokro odstranjevanje SO_X iz dimnih plinov, označena s tem, da obsega:

    (a) razpršilni stolp z dovodom dimnih plinov, odvodom očiščenih dimnih plinov in z vertikalno izpiralno cono, pri čemer je stolp zasnovan tako, da plinasta faza prehaja skozi omenjeno izpiralno cono od spodaj navzgor;

    (b) v vrstah nameščene razpršilne šobe v omenjeni izpiralni coni, pri čemer so šobe zasnovane tako, da omogočajo uvajanje drobnih kapljic vodne suspenzije kalcijevega karbonata, ki prehajajo skozi razpršilni stolp glede na smer toka plinaste faze protitočno;

    (c) reakcijsko posodo, ki se nahaja pod omenjeno mrežo razpršilnih šob, s čimer je omogočeno zbiranje vodne gošče po kontaktiranju z dimnimi plini v omenjeni izpiralni coni, pri čemer mora biti reakcijska posoda zadosti velika, tako da se pri reakciji SO₂ s kalcijevim karbonatom tvorijo kristali sadre s takšno povprečno masno velikostjo delcev, ki je vsaj dvakrat večja od povprečne velikosti delcev kalcijevega karbonata v napajalnem toku;

    (d) pripomočke za zagotavljanje zadostnih množin kalcijevega karbonata s povprečno masno velikostjo delcev pod 10 μηι, katerega uvajamo v reakcijsko posodo;

    (e) pripomočke za črpanje vodne gošče, ki vključujejo vsaj eno črpalko in pripadajoče cevovode za transport vodne suspenzije iz reakcijske posode na razpršilne šobe, ki so nameščene v omenjeni izpiralni coni; in (f) sistem za zagotavljanje kvalitete vodne suspenzije, vključujoč hidrociklon, ki ločuje omenjeno vodno suspenzijo v omenjeni reakcijski posodi v tok, v katerem prevladujejo majhni delci kalcijevega karbonata, in v tok, v katerem prevladujejo relativno veliki delci kalcijevega sulfata, vsaj eno črpalko in cevi za črpanje gošče iz reakcijske posode ter njeno uvajanje v hidrociklon, recikel za transport povratnega toka, vsebujoč predvsem delce kalcijevega karbonata, iz omenjenega hidrociklona v omenjeno reakcijsko posodo, cevovod za izpust, ki je povezan s prej omenjenim reciklom in prirejen za odstranjevanje dela povratnega toka iz omenjenega recikla, ter cevovod, ki vodi iz omenjenega hidrociklona in služi za rekuperacijo gošče kalcijevega sulfata.