TW397706B - Methods for reactivating ash particulates containing unreacted CaO for purposes of the reuse thereof - Google Patents

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Description

A7 B7 五、發明説明（！） 發明背景 (請先閲讀背面之注意事说再填寫本頁) 本發明係關於so2排放降低及，更特定言之，係關於爲了 吸附劑之再利用之目的而再活化其之一種方法，吸附劑係 注射入一種燃燒化石燃料之燃燒器中，俾能實現於化燃料 燃燒之期間於燃燒化合燃料之燃燒器中，俾能實現於化石 燃料之燃燒之期間於燃燒化合燃料之燦燒器之内釋出之S02i 與其之捕捉。 經濟部中央標準局貞工消費合作社印製， 長久已知曉，於習知技藝中使用包含c a 0之一種吸附劑 以實現於化石燃料之燃燒之期間於燃燒化石燃料之燃燒器 之内釋出之S 0 2之與其之捕捉。此外，已證實此種吸附劑對 於捕捉於一種循環流體化床燃燒器之内於本質上係固體之 化石燃料之於其内之燃燒之期間釋出之S02s特別有效的。 然而，雖然已證實當使用以達成於循環流體化床燃燒器中 S 02之捕捉時吸附劑係特別有效之事實，但是已發現，吸附 劑消耗及實現灰分（其中包含吸附劑，其係由於燃燒之結果 而產生.，其於循環流體化床燃燒器之内發生）之處理之需 要，對於循環流體化床燃燒器之操作者代表主要之操作成 本。此外，由於在未來環境之限制變成愈加嚴格的，因此 預期此等成本將繼續上昇。因此，摘要地，除非可降低吸 附劑之消耗，否則符合很高程度之硫移除所需要之高鈣-比-硫莫耳比將嚴重地打擊循環流體化床技術之成本有效性。 根據於循環流體化床技術中使“用之方法，化石燃料（其可 採取多種不同形式之任何一種，例如，煤、及其他）係於一 種流體化床系統之燃燒器中於一種包含CaO之吸附劑之存 _~ 4 ~_ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210Χ297公釐） A7 A7 \ 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 B7 五、發明説明（2 ) '在下燃燒’此種吸附劑係注射入燃燒器中俾能當化石燃料 於燃燒器中燃燒時，此種吸附劑經歷愤燒及硫酸化反應。 對於此種目妁，當化石燃料於燃燒器中燃燒時，此種吸附 劑對於達成so:之捕捉係有效的。雖然於如此作，於吸附劑 中非所有之C a 0係完全利用於硫捕捉。此係可歸因於在捕 捉硫中，於吸附劑中之CaO與硫化合以生成cas〇2之事實 。如是，由於CaS〇2之比體積係比CaO之比體積較大，因 此吸附劑之孔隙結構變成以CaS〇2堵塞。即，Ca0之表面 本質上變成以CaS〇2之一種外層覆蓋，其作用以有效地保 -護於吸附劑之粒子之内部中之未反應之自‘由態Ca〇免於與 S〇2進一步反應，即，抑制硫受吸附劑之進一步之捕捉。 直到此時已知，於實現於再注射之灰分中包含之吸附劑 之再利用之努力中，將灰分再注射進入循環流體化床系統 之燃燒器中。包含吸附劑之灰分之此種再注射最後達到降 低回收之程度。即，吸附劑之粒子最後變成硫酸化及吸附 背1之内邵孔隙變成受C a S 02堵塞。於是，經由吸附劑之進 一步硫捕捉僅當於吸附劑粒子之内部中之C a Q變成暴露時 可發生。已作多種嘗試，其於下文中將較完整地提及，以 實現CaO之此種暴露。 因此’摘要地，於習知技藝中直到此時已紀載實質之努 力’以嘗試發展降低吸附劑消耗、降低固體廢棄物處理及 改良固體廢棄物利用之新穎方法.。關於此點，作爲例示而 非限制，有提及美國專利第5,342,594號名稱"S〇x移除之 流體化床方法，’，其係於1 994年8月30日頒布。如於美國專 _ ______ - 5 _ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS )从規格（2lQx 297^董） ： "： "~ (請先閱讀背面之注意事""再填寫"本頁}
M.濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 _ B7 五、發明説明（3 ) ·- - — 一'' 利第5,342,594號中敎導，具有含氣體硫氧化物之雜質之熱 、未清潔之氣體係於一種混合室中與一種包含C a C 0 3之一 種固體方法物質混合，以使含氣體硫氧化物之雜質與 CaCCb反應以生成其之一種固體雜質反應產物。其後.，固 體方法物質及固體雜質反應產物係自未清潔之氣體分離以 供應純化之氣體。於是，將分離之固體雜質反應產物及固 體方法物質返回至混合室以再一次與熱、未清潔之氣體混 合0 而且’進一步關於此點，有提及，作爲例示而非限制，· 美國專利第5,345,883號名稱"於一種流體床禍爐中吸附.劑之 再活化”，其係於1 9 9 4年9月1 3日頒布。根據美國專利第 5，j45,883號之敎導’將液體水或蒸汽之破裂介質（fracturing me diiim )之一種噴射以足夠高之壓力注射及係以如此針對注 射，以便撞擊於内部包含未反應之吸附劑物質之吸附劑粒 子上，因而此等吸附劑粒子係機械地破裂以暴露於其中包 含之未反應之吸附劑。對於此種目的，如於美國專利第 5,345,883號中敎導，當係如此注射時破裂介質係於此吸附 劑粒子之溫度較低之溫度，以使破裂介質撞擊，致使吸附 劑粒子之破裂係熱震動之結果。或者，如於美國專利第 5,345,88〇號中敎導，當破裂介質係如此注射時，其係針對 吸附劑粒子，以使吸附劑粒子係經由撞擊一目標表面或其 他粒子而致使其機械地破裂。… 此外，進一步關於此點有提及，作爲例示而非限制，美 國專利第5,344,632號名稱，，於一種燃燒方法中降低殖氧化物 -------—__二氐 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（21QX297公釐)-----_______ (請先閲讀背面之注意事¾再填S..本買)
A7 B7 五、發明説明（4 ) 排放之方法"，其係於1 994年9月6日頒布。如於美國專利 第5,344,632號中敎導，將煙道氣及挾帶之微細粒子之混合 物（其之一部分係石灰石之粒子，其係未硫酸化並已經過化 學轉化成爲煅石灰石）以降低溫度進入一種增濕反應器中， 其中降低之溫度係由於先前已自混合物抽出熱而產生。其 後，將水以許多微細水粒子之形式分散，其蒸發及增濕煙 道氣與挾帶之微細粒子之混合物，其與混合物之降低之溫 度组合，.據稱對於在石灰石之粒子之表面上氫氧化药之驗 性溶液之一種薄膜之生成係很有助益的。然後，此種驗性 溶液對於吸收於煙道氣與挾帶之微細粒子之混合物中存在 之硫氧化物以生成硫酸#5及硫化药沈澱係有效的_。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填¾.本頁) 最後，關於此點有提及，作爲例示而非限制，美國專利 第5,341，753號名稱”具有吸附劑與燃燒氣體之改良混合之循 環流體化床發電廠”，其係於1 994年8月30日頒布。根據美 國專利第5,341，743號之敎導，其中已認知，對於一需要數 量之硫移除所需要之鈣硫比例係爲了確保足夠數目之二氧 化硫分子接觸二氧化鈣粒子而於氣流中所需要之粒子密度 如何過量之一種函數之事實。因此，據稱，改良於舞與二 氧化硫粒子之間之接觸係較佳的。對於此種目的，將高速 度蒸汽注射入循環流體化床煱爐中以改良循環之固體與燃 燒氣體之於其中混合，因而宣稱地製造用於燃燒含硫之燃 料之循環流體化床煱爐，以更有“致地利用石灰石。 自以上提及之美國專利之敎導，因此，來自一種循環流 體化床系統之廢灰分之利用可係經由水合作用或甚至簡單 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） A7 B7 五、發明説明（5 ) 之尺寸降低接著將廢灰分再注射入循環流體化床系統之燃 燒器中俾能因而達成再注射之廢灰分之另外之硫酸化作用 .而增進，此係明顯的。此外，自前述美國專利之敎導，經 由廢灰分再注射進入循環流體化床系統之位置之適當之選 擇實現甚至另外之硫酸化作用係可能的，此係明顯的。除 了形成以上提及之美國專利之標題事物者以外，亦知曉於 習知技術中存在其他灰分活化/注射方法。整體地考慮， 所有之此等灰分活化/注射方法，爲了參考之容易，可係 分類如下：直接廢灰分再注射而無廢灰分之處理；廢灰分 之機械研磨俾能於再注射灰分之前暴露未反應之CaO·;煙 道氣之增濕作用而無任何廢灰分循環；吸附劑之注射進入 煙道氣中而無任何廢灰分循環；於水合之廢灰分之乾燥形 式之再注射；於水合之廢灰分之潤濕形式之再注射；及於 水合之廢灰分之漿液形式之再注射。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事嗔再填寫本頁) 雖然就大體而論，已顯示此等灰分活化/注射方法對於 彼等之計晝目的係有效的，但是於習知技藝中仍然已證實 有進一步改良此等灰分活化/注射方法之需要。即，於習 知技藝中已證實有增進於化石燃料之燃燒之期間於一種燃 燒化石燃料之燃燒器之内釋出之S02之捕捉之一種新穎並且 改良之方法，及，特定言之，爲了再利用吸附劑（其係注射 入一種循環流體化床系統之燃燒器中俾能實現於化石燃料 之燃燒之期間於循環流體化床系二统之燃燒器之内釋出之so2 之與其之捕捉）之目的而再活化其之一種新穎並且改良之方 法之需要。. 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨0'〆297公釐） A7 A7 Μ.濟部中央標準局員工消費合作社印製 -9 - 、發明説明（6 對於此種目的，已證實於習知技藝中有爲了再利用吸附 州之目的而再活化其之此種新穎並且改良之方法之需要， 八係以多種方面爲特徵。一項此等示性係，爲了再利用吸 附劑之目的而再活化其之此種新穎並且改良之方法將使於 其他方法中利用之達成相同數量之s〇2捕捉將需要之石灰石 之數量之實$降低能實現，即，使能使用比直到此時達成 相同數量之S〇2捕捉而需要者較低之Ca/S比例。另一項此 等不性係，爲了再利用吸附劑之目的而再活化其之此種新 碩並且改良< 方法將使於其他方法中將需要處理之廢灰分-又數量之實質降低能實現。第三項此等示性係，爲了再利 用吸附劑之目的而再活化其之此種新穎並且改良之方法將 使於最後必須處理之廢灰分中存在tea之數量之實質降低 牝貝現，因而使廢灰分能較容易地處理。第四項此等示性 係，爲了再利用吸附劑之目的而再活化其之此種新穎並且 改良之方法將具有進行之能力而不需要於在燃燒化石燃料 I燃燒器中燃燒化石燃料及自燃燒器釋出S02 (其之捕捉係 以及附劑只現）之燃燒方法中作任何方法改變。第五項此等 不性係，爲了再利用吸附劑之目的而再活化其之此種新穎 並且改良t方法將具有進行之能力而不需要於其中燃燒化 石燃料及其自其釋出s〇2(其之捕捉係以吸附劑實現）之燃燒 化石燃料之燃燒器中作任何重要之設備改變。第六項此等 7F性係，爲了再利用吸附劑之目..的而再活化其之此種新穎 並且改良又方法將具有以實質上任何形式之其中燃燒化石 燃料及自其釋出s 〇2 (其之捕捉係以吸附劑實現）之燃燒化石 表紙張尺度適用中國國家榡準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） ___________b II (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 -du. A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（ 燃料之燃燒器利用之能力。第七項此等示性係，爲了再利 用吸附劑之目的而再活化其之此種新穎並且改良之方法將 係適合於在新穎之燃燒化石燃料之燃燒器中之用途。第八 項此等示性係’爲了再利用吸附劑之目的而再活化其之此 種新穎並且改良之方法將係適合於在現有之燃燒化石燃料 之燃燒器中加裝新設備之用途。. 因此，本發明之—項目的係提供爲了包含未反應之ca〇 之吸附劑之再利用之目的而再活化其之一種新穎並且改良 之方法，吸附劑係注射入一種燃燒化石燃料之燃燒器中俾· 月匕貝現於化石燃料之燃燒之期間於燃燒化石燃料之燃燒器 之内釋出之so2之與其之捕捉。 本發明之另一項目的係提供特別適合於爲了包含未反應 tCaO之吸附劑之再利用之目的而再活化其以利用之—種 新穎並且改良之方法，吸附劑係注射入一種循環流體化床 系統之燃燒器中俾能實現於化石燃料之燃燒之期間於循環 流體化床系統之燃燒器之内釋出之s 〇2之與其之捕捉。 本發明之再另一項目的係提供爲了包含未反應之ca〇之 吸附劑之再利用之目的而活化其之一種新穎並且改良之方 法’其特徵爲經由其之使用使於其他方法中利用以達成相 同數量足S 02捕捉將需要之吸附劑之數量之實質降低能實現 〇 本發明之另一項目係提供爲T包含未反應之CaO之吸附 背J(再利用之目的而再活化其之此種新穎並且改良之方法 ，其特徵爲經由其之使用使於其他方法中將需要處理之廢 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（ (請先閱讀背面之注意事咬再填寫 1本頁} 訂 經濟部中央標隼局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（8 ) 灰分之數量之實質降低能實現。 本發明之再另一項目的係提供爲了包含未反應之Ca〇之吸 附劑之再利用之目的而再活化其之此種新穎並且改良之方 法’其特徵爲經由其之使用使於最後必須處理之廢灰分中 存在之C a之數量之實質降低能實現，因而使廢灰分能較容 易地處理。 本發明之另一項目的係提供爲了包含未反應之C a 〇之吸 附劑心再利用之目的而再活化其之此種新穎並且改良之方 法’其特徵爲其之進行不需要於在燃燒化石燃料之燃燒器 中燃燒化石燃料及自燃燒器釋出s〇2(其之捕捉係以吸.附劑 a現）之燃燒方法中作任何方法改變。 本發明之再另一項目的係提供爲了包含未反應之Ca〇之 及附劑之再利用之目的而再活化其之此種新穎並且改良之 方法，其特徵爲其之進行不需要於其中燃燒化石燃料及自 其釋出S〇2(其之捕捉係以吸附劑實現）之燃燒化石燃料之燃 燒器中作任何重要之設備改變。 本發明之再一項目的係提供爲了包含未反應之Ca〇之吸 附劑（再利用之目的而再活化其之此種新顆並且改良之方 法，其特徵爲其之利用可係以實質上任何形式之其中燃燒 化石燃料及自其釋出SO2(其之捕捉係以吸附劑實現）之燃燒 化石燃料之燃燒器進行。 本發明之再—項另外之目的..係提供爲了包含未反應之 Ca〇(吸附劑之再利用之目的而再活化其之此種新類並且 改艮之方法，其特徵爲其對於在新穎之燃燒化石燃料之姨 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) (請先閱讀背面之注意事嗔再填氣本頁)
M.濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 --—-------- B7 五、發明説明（9 ) 燒器中用途之適合性。 本發明（再另一項目的係提供爲了包含未反應之c a 〇之 吸附劑t再利用之目的而再活化其之此種新穎並且改良之 方去’其特徵爲其對於在現有之燃燒化石燃料之燃燒器中 加裝新設備之用途之適合性。 明摘述 根據本發明，有提供爲了包含未反應之CaO之吸附劑之 再利用之目的而再活化其之_種方法，吸附劑係注射入一 種燃燒化石燃料之燃燒器中，俾能實現於化石燃料之燃燒-之期間於燃燒化石燃料之燃燒器之内釋出之5 〇2之與其之捕 捉。更特足言之，根據爲了包含未反應之C a〇之吸附劑之 再利用而再活化其之本發明之主題方法，包含未反應之 C a 0之吸附劑之此種再活化作用係經由蒸汽再活化作用而 實現。對於此種目的，將廢灰分（其係衍生自於一種燃燒化 石燃料之燃燒器中化石燃料之燃燒及其具有於其中存在之 包含未反應之CaO之吸附劑之粒子）經過蒸汽之處理，蒸汽 係於預足之溫度及預定之分壓。由於廢灰分之經過蒸汽處 理之結果，於在廢灰分中存在之吸附劑粒子中包含之未反 應CaO係由於在吸附劑粒子中包含之Ca〇與蒸汽之反應而 轉化成爲C a (0 Η) 2。此外，由於c a (〇 η ) 2之體積係比c a 0 之體積較大，因此體積之此種增加造成吸附劑粒子之破裂 ，吸附劑粒子先前已包含未·.反應之Ca〇但目前包含 Ca(〇H)2，以使由於吸附劑粒子之破裂，其之Ca(〇H)2變 成暴露》於已如此暴露於蒸汽之後，根據本發明之主題方 枣紙張尺度通用中國國家標準（CNS〉M規格（210X297公釐）. (請先閱讀背面之注意事項再填¾.本頁)
經濟部中央標準局員工消費合作社印製 Α7 Β7 五'發明説明u) 法’然後將目前具.有於其中存在包含Ca(OH)2而非未反應 之C a 0之吸附劑粒子之廢灰分再注射入衍生廢灰分之燃燒 化石燃料之燃燒器中3對於此種目的，將目前具有於其中 存在包含Ca(OH)2之吸附劑粒子之廢灰分於燃燒化石燃料 之燃燒器之溫度係足夠高（即，超過5 8 0。(：）之位置注射入燃 燒器中’以求致使於再注射之廢灰分中存在之吸附劑粒子 中包含之Ca(OH)2再一次轉化成爲CaO，以使由於吸附劑 之此種再活化，致使於再注射之廢灰分中存在之吸附劑再 一次係有效的’以實現於化石燃料之燃燒之期間於燃燒化 石燃料之燃燒器内釋出之502之與其之捕捉。 圖之簡要説明 圖1係燃燒化石燃料之燃燒器之一種形式（即，一種循環 流體化床系統，本發明之方法可藉以使用）之一種側面圖； 圖2係基於熱力學之考慮，Ca(0H)2之解離壓力如溫度之 一種函數之一種圖之描述； 圖3係水合之飛灰與s〇2之轉化之一種圖之描述。 &鱼具體f施例之説明 現在參考圖，及更特定言之參考其之圖丨，其中有描述燃 燒化石燃料之系統發電機之一種形式，本發明之方法具有 可利用其之能力。更特足&之.，根據本發明之最佳模式具 體實施例，於圖之圖1中顯示之燃燒化石燃料之燃燒器構成 一種循環流體化床系統，於圖1申通常以參考號碼1〇表示。 將化石燃料（其最時常係於煤之形式）連同吸附劑（其最時常 係於石灰石之形式）進料（如於圖i中以參考號碼12表示之箭 本紙張又度適用中g國^^準（CNS ) A4規格（21GX297公ϋ -------- (請先閔讀背面之注意事項再填幕本頁)
A7 B7 五、發明説明（u ) 頭顯示）至循環流體化床系統i 〇之燃燒器（於圖1中通常以參 考號碼1 4表示）。如由在圖1中參考號碼1 6表示之箭頭表示 ’將主要流體化空氣（其係已預熱）以已知之方式進料至空氣 充氣罜（於圖1中以參考號碼18表示），其係位於燃燒器14之 底郅諸如係位於空氣分布板（於圖1中以參考號碼20表示）之 下。 以於圖之圖1中描述之循環流體化床系統10之説明繼續， 將燃燒輔助空氣（如以參考號碼22及2 4表示之箭頭表示）進 料入燃燒器14中。將灰分（其係由於在燃燒器14中於16引進-入其中I化石燃料之燃燒之結果）通過管線（於圖j中以參考 號碼26表示）及通過灰分冷卻器（於圖i中以參考號碼28表示） 而自燃燒器14移除。 根據習用之實務，燃燒器14之底部部分（其包含主要之燃 燒區）通常係以耐火材料襯裏俾能因而消除自其之高熱損失 。.在另—方面，根據習用之實務，燃燒器14之頂部部分通 常包含蒸發之爐壁水管排，其中產生蒸汽。 經濟部中央標隼局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填¾.本頁) — 將於燃燒器14之内由於以16引進入其中之化石燃料之燃 燒之結果產生之煙道氣連同任何固體（其可係挾帶於煙道氣 中）自燃燒器丨4通過導管（於圖丄中以參考號碼3〇表示）流動 至旋風分離器（於圖i中以參考號碼32表示）。於旋風分離器 32中，挾帶之固體係自煙道氣分離。於在旋風分離器”中 自煙道氣分離之後，固體掉落呈.旋風分離器32之底部，而 現在減去先前挾帶之固體之煙道氣自旋風分離器32、之頂部（ 其於圖之圖i中係以參考號碼34表示）流出。然後，自旋風 ——-------- ._- 14 -____ 本紙浪尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）——----- A7
經濟部中央標準局員工消費合作社印製 15 - 過切===°4，現在減去先前挾帶之固體之煙道氣通 床系免Γο 中以參考號碼36表示）流動至循環流體化 ‘、，. <對流通道（於圖1中以參考號碼3 8表示），1中根 據習用之實務通常利用熱交換表面。 〃中裉 再參考圖之圖1，循環流體化床系統10，如於其中顯示， t旋風分離器32之底部上以—船型腳或密封罐（於圖】中 处书、參考5虎碼4〇表不）另外裝備。J型腳或密封罐4〇之功 心係實現固體之循環，固體係於自煙道氣分離之後收集於 旋風分離器32中，抵抗於燃燒器14中存在之壓力而返回至， 燃燒咨14。即，此等固體於】型腳或密封罐40之人口側（即 —於圖1中以參考號碼4〇a表示之側）向下流動、於】型腳 密封罐40之出口側（即，於圖4以參考號碼杨表示之側） 向上流動.、然後通過導管（於圖！中以參考號碼42表示）返回 至燃燒器14。根據習用之實務’ J型腳或密封罐40之底部部 分（於圖1中以參考號碼4 〇 c表示）通常係，經由空氣之注射進 入…中而抓也化’以容許於j型腳或密封罐4 〇中之固體通過 其中流動。如對於熟諳此技藝者係已知的，於其之入口側 術與其之出口側40b之間之固體高度之差異對應於橫越】型 腳或密封罐40之壓力差。對於此種目的，進入；型腳或密封 罐40之入口側40a之固體取代自；型脚或密封罐4〇之出口側 4〇b流動進入導管42之固體。 繼績，循％流體化床系統1 〇，.-·根據圖之圖i中其之圖示， 另外包含一個固體抽出管（於圖！中以參考號碼44表示）及一 個固體流動控制閥（於圖1中以參考號碼4 6標示之箭頭代表） 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公慶） (請先閣讀背面之注意事項再填客本頁)
A7 A7 13 經' 部 中 央 標 準 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 五、發明説明（ 。如參考圖之圖1瞭解，固體抽出管44及固體流動控制閥46 係於J型腳或密封罐4〇之底部部分4〇c中適合地支持。固體 4由出管4 4之功能係自j型脚或密封罐4 〇造料熱再循環固體之 需要郡分（如經由固體流動控制閥46之操作而達成）至外部 之流體化床熱交換器（於圖1中以參考號碼4 8表示）》於已知 之式樣中，外部流體化床熱交換器4 8通常係由一個或一個 以上室（於圖1中以48a摘要地描述）組成，大部分室48a包含 沈浸之管束（爲了維持於圖中圖示之清礎而未顯示出），其係 設計以作爲蒸發及/或再加熱及/或過熱及/或節熱熱傳-遞表面係有效的《然而，某些之室48&可不裝備有沈浸.之管 束。固體’其進入外部流體化床熱交換器4 8，係爲了實現 通過熱交換器4 8之流動之目的而流體化。於固體通過外部 流體化床熱交換器4 8之過程之時間，當彼等自室4 8 a之一個 逐漸地通過至另一個時，傳遞熱至容纳於其内之熱交換表 面。其後，固體自外部流體化床熱交換器48通過流出管（於 圖1中以參考號碼50表示）流動及返回至燃燒器14。 固體’其係環繞循環流體化床系統1 〇循環（即，通過燃燒 器14、旋風分離器32及外部流體化床熱交換器48)，係由不 活性之化石燃料灰分及吸附劑之粒子（其係僅部分地反應）之 一種混合物组成。對於此種目·的，吸附劑之此等粒子之核 心包含未反應之C a 0，而吸附劑之此等粒子之殼或外層係 由CaS〇4组成。 其次，於此處將係S〇2受於循環流體化床系統10之燃燒 .器14中吸附劑之捕捉之討論。關於此點，經由石灰石组成 一 16 - 本纸婊尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事嘎再填^.本頁)
經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（14 ) 之吸附劑（其係加入一種循環流體化床系統中，諸如於圖之 圖1中圖示之循環流體化床系統i 〇 )之總S 〇 2捕捉習慣上係 由兩種連續之反應説明；即，吸熱之烺燒作用及放熱之硫 酸化作用3放熱之硫酸化作用係—種淨反應及.不解釋如以 分子之層級説明反應動力學。煅燒反應，其於7 〇 〇。〇以上係 顯著的，產生很多孔之CaO粒子。當硫酸化反應進行時， 由於CaSCU之莫耳體積係比Ca0之莫耳體積較大及此趨於 堵塞接近粒子之外部表面之孔隙，阻礙S〇2之進一步擴散進 入吸附劑粒子之内部，因此C aO粒子之孔隙結樣改變。雖 然具有於來自循環流體化床系統之飛灰之小粒子中發.現橫 過粒子之相當一致之硫酸化反應之情況，但是大部分之此 種類型之不均反應通常係以一種未反應之核心模式模擬， 其使容許下列：氣體S〇2之擴散.至固體粒子之表面、s〇2之 透過及擴散通過CaS〇4層至未反應之核心之表面、及务核 心之内S 0 2與吸附劑之反應。 低鈣利用率，通常僅2 5至45 %，導致相對地大數量之廢 產物之處理。因此，倘若可增加新鮮吸附劑之總利用率， 則可以經濟及污染控制之方式達成脱硫方法之重要之改良 。如於本文中先前提及，於已發現具有増加吸附劑之利用 率之潛力之方法中，重要地係廢吸附劑/灰分經由於低溫 度之蒸汽再活化之水合作用與再活化之吸附劑/灰分之再 循環返回燃燒器組合。吸附劑經'由此種水合作用之增進之 利用率係可歸因於在CaO與Ca(OH)2之莫耳體積中之差異 。對於此種目'的，當廢吸附劑/灰分暴露於洛汽時，於水 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4规格（210X297公釐） , (請先聞讀背面之注意事項再填#本頁) 訂 A7 B7 五、發明説明（ 15 M,濟部中夹榡準局員工消費合作社印製 與未反應之C a 0之間之強親和力導致水於粒子之孔隙中之 吸收作用’致使CaO轉化成爲Ca(0H)2。 於圖之圖2中，與ca〇及Ca(OH)2t—種混合物平衡之水 之分壓係經由於其中以參考號碼5 2表示之曲線描述。因此 ’曲線5 2有效地代表於實現c a 0之再水合作用之環境中水 蒸氣之最低分壓如溫度之一種函數。曲線52係使用純固體 與氣體之生成之自由能及熱容量而計算。自圖之圖2之參考 可瞭解，於高溫度（即，於25 0°C及70(TC之範圍内之溫度） 。及多至1.0及以上之高Η2 0分壓下水合作用係可能的。此一 外，自圖之圖2之參考可瞭解，於45CTC以下Ca(OH)r係安 定的，具有60 %之體積百分比水分。如是，假設與8〇2比 較水蒸氣分子之較小之尺寸，則因此H20之滲透至先前未利 用之C a Ο位置係可行的。此外，於適合之條件下c a 〇之當 場再水合至Ca(〇H)2可係具有對應之體積改變及附隨地未 反應之CaO表面面積之暴露，當將已經歷Ca〇之此種當場 再水合作用之吸附劑粒子再注射入一種循環流體化床系統（ 例如，進入於圖之圖1中圖示之循環流體化床系統10之燃燒 器1 4中）時，然後其將容許進一步之s 〇 2捕捉。 直到此時，溫度對於部分地硫酸化之石灰石之水合作用 之影響已係某些研究之主題。此等研究已發現，當於固定 之水分含量下溫度自10 0°C提高至300。(：時，CaO之轉化成 爲Ca(〇H)2降低。此外，於此等’研究中觀察到，當溫度降 低時水合作用之速率增加。此外，建議此係由於蒸汽到達 活性C a Ο隹置之機構所致並建議，對於蒸汽之擴散阻力部 請 閱. 讀 背 之· 注 意 事 項 本、 頁
1T 18 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS )以規格（2丨0><297公釐 A7 A7 M,濟部中央標隼局員工消費合作社印製 五、發明説明（ •. .....— 分地係由自Ca(OH)2之生成產生之莫耳體積之增加所造戍 。對於此種目的，反應速率及最後轉化率之降低可係經由 孔隙堵塞（相似於在硫酸化作用之期間發生者）而造成，而提 高之溫度致使吸附劑粒子之孔隙堵塞較快速。 進一步參考以上述及之研究，自其中已發現，與蒸汽之 水合作用之速率係比與水之水合作用之速率遠爲較緩慢。 此等研％假設’此係經由水通過吸附劑粒子之輸送機構而 非由於孔隙堵塞所造成。對於此種目的，於此種研究中建 議’由於水之表面張力，其抽拉水進入吸附劑粒子之孔隙-中，其中水與CaO反應，因此水分子係快速地吸收。. 於此等研究之過程中所作之所有工作係於低於3〇〇。〇之溫 度下進行》於此等研究中，可能部分地由於在3 〇(rc下 Ca(OH)2之分解作用變成顯著的、及熱力學及動力學之因 素變成重要，因此未呈現具有對於在高於3〇〇°C之溫度下之 再活化作用作任何系統之考慮。特定言之，需要蒸汽之最 低分塵：（高於Ca(OH)2之分解壓力）以實現再活化作用。 其次於此處將參考圖之圖3，其中描述一系列之曲線（於 其中分別地以參考號碼54、56及58表示）。由曲線54、56 及58顯示之趨勢可係以熱力學及動力學之因素之组合解釋 。熱力學因素以兩種方式造入·此種討論。首先，具有於一 指定之蒸汽分壓·下於根據圖之圖2之曲線5 2之一特定之溫度 下再活化作用是否可發生之決定’。其次，熱力學因素對於 反應速率具有影響。 呈現，如由於圖之圖3中之曲線54、56及58顯示，溫度 19 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事現再填象本頁)
Μ Β7 五、發明説明（17 請 先 閱- 讀 背 & · 注 意 事 1% 1 I "i 頁 訂 及蒸汽分壓之影響係可解釋的，其中再活化作用之速率係 受蒸汽通過於廢灰分之表面層中之孔隙之擴散所限制。對 於此種目的，擴散之速率係和兩種溫度相依之因素成比例 ，即，以溫度除之擴散係數、及驅動力。此外，驅動力係 等於在整個氣體中與於吸附劑粒子之中心中之蒸汽分壓之 差異（分解作用壓力）。關於擴散係數，視擴散係整體擴散或 努特森擴散（Knudsen diffusion)而定，擴散係數以於約1· 5與 〇 · 5之間變動之乘方隨著溫度增加。然而，對於一指定之蒸 汽分壓，由於在吸附劑粒子之中心中之蒸汽分壓之增加， 因此擴散之驅動力隨著溫度而降低。倘若擴散係數係·以大 於1之乘方隨著溫.度變動，則此等兩種相反趨勢之結果係再 活化速率之一最高値。整體之趨勢，如於圖之圖3中之曲線 54、56及58圖示，顯示由於擴散係數增加，因此反應速率 隨著溫度上昇至一最高値。此外，於高於此最高點之溫度 ，由於驅動力降低，因此反應速率掉落，當整體擴散係等 於分解壓力時達到零。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 廢灰分（其將經歷根據本發明之方法之蒸汽再活化作用）可 係自於循環流體化床系統10中之數個位置獲得。即，廢灰 分（其將經歷根據本發明之蒸汽再活化作用）可係自灰分冷卻 器28、或自J型腳或密封罐40、.或自外部流體化床熱交換器 4 8獲得。此外，根據本發明之方法亦設計，廢灰分之蒸汽 再活化作用可於當場發生。即Γ'可使用蒸汽以進行雙重之 功能，即，實現自旋風分離器32再循環至燃燒器14之固體 之流體化而同時此相同之蒸汽對於實現再循環之固體之當 20 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） Α7 Β7 I濟部中央標準局員工消費合作社印製 -21 - 五、發明説明（18 場蒸汽再活化作用係有效的0對於此種目的，如經由於圖 之圖1中之參考號碼60表示之箭頭描述，使用於此種目的之 蒸汽可係引進入循環流體化床系統1 〇之出口管5 0中。除了 當於當場發生廢灰分之蒸汽再活化作用以外，廢灰分於經 歷根據本發明之蒸汽再活化作用之後較佳地係連同於燃燒 器14之内燃燒之化石燃燒於12再引進入燃燒器14中。 因此，根據本發明有提供爲了包含未反應之Ca〇之吸附 劑之再利用之目的而再活化其之一種新穎並且改良之方法 ，吸附劑係注射入一種燃燒化石燃料之燃燒器中，俾能實. 現於化石燃料之燃燒之期間於燃燒化石燃料之燃燒器之内 釋出& S〇2之與其之捕捉。此外，根據本發明有提供一種新 穎並且改良之方法，其係特別適合於利用以爲了包含未反 應之CaO之吸附劑之再利用之目的而再活化其，吸附劑係 >王射入一種循環流體化床系統之燃燒器中俾能實現於化石 燃料（燃燒之期間於循環流體化床系統之燃燒器之内釋出 &S〇2之與其之捕捉。以及，根據本發明有提供爲了包含未 反應之CaO之吸附劑之再利用之目的而再活化其之—種新 穎並且改良之方法，其特徵爲經由其之使用使於其他方法 中利用以達成相同數量之S〇2捕捉將需要之吸附劑之數量之 實質降低能實現。此外，根據本發明有提供爲了包含未反 應之CaO之吸附劑之再利用之目的而再活化其之—種新頡 並且改良（方法，其特徵爲經由·.其之使用使於其他方法中 將需要處理之廢灰分之數量之實質降低能實現。而且，根 據本發明有提供爲了包含未反應之Ca〇之吸附劑之再利用 本紙張尺度適用悄國家榇準（CNS ) Α4ίϋΓ^〇χ 297“公系 (請先閣讀背面之注意事項再填"本頁)
A7 A7 i濟部中央標準局舅工消費合作社印裝 五、發明説明（19 ) 又目的而再活化其之一種新穎並且改良之方法，其特徵爲 2由其之使用使於最後必須處理之廢灰分中存在之Ca之數 實質降低能實5見，因而使廢灰分能較容易地處理〇此 卜根據本發明有提供爲了包含未反應之CaO之吸附劑之 再利用之目的而再活化其之一種新穎並且改良之方法，其 特徵爲其之進行不需要於在燃燒化石燃料之燃燒.器中燃燒 化石燃料及自燃燒器釋出S〇2(其之捕捉係以吸附劑實現）之 ‘二埏方法中作任何方法改變。此外，根據本發明有提供爲 了包含未反應之Ca0之吸附劑之再利用之目的而再活化其 (―種新穎並且改良之方法，其特徵爲其之進行不需要於 其中燃燒化石燃料及自其釋出S〇2 (其之捕捉係以吸附劑實 現）之燃燒化石燃料之燃燒器中作任何重要之設備改變。此 外，根據本發明有提供爲了包含未反應之Ca〇之吸附劑之 再利用之目的而再活化其之一種新穎並且改良之方法，其 特徵爲其之利用可係以實質上任何形式之其中燃燒化石燃 料及自其釋出S〇2(其之捕捉係以吸附劑實現）之燃燒化石燃 料之燃燒器進行。倒數第二地，根據本發明有提供爲了包 含未反應之C a 0之吸附劑之再利用之目的而再活化其之一 種新穎並且改良之方法，其特徵爲其對於在新穎之燃燒化 石燃料之燃燒器中用途之適合性。最後，根據本發明有提 供爲了包含未反應之Ca◦之吸附劑之再利用之目的而再活 化其之一種新穎並且改良之方法.，其特徵爲其對於在現有 之燃燒化石燃料之燃燒器中加裝新設備之用途之適合性。 本紙張尺度適用中國國家榡準（CNS ) A4規格（21〇Χ297公釐） (請先閱讀背面之注意事香再填本頁) 'π

Claims (1)

  1. 1 · 一種再活化包含未反應C a0之灰份粒子以利其再使用之 目的之方法，其係於燃燒化石燃料之燃燒器中，其中為 了進行化石燃料之燃燒期間於燃燒化·石燃料之燃.燒器中 所釋出S 02之捕捉目的而注射包含c a之吸附劑，該方法 之改良處包含下列步驟： ' a.提供包含未反應Ca0之灰份粒子之供應，包含未反應 CaO之灰份粒子係由於在燃燒化石燃料之燃燒器中於包 含Ca之吸附劑存在下化石燃料之燃燒之結果而產生； b. 將包含未反應Ca〇之灰份粒子轉化成為含（^(〇11)2之 灰份粒子，其係使包含C a〇之灰份粒子經過具選自溫度 250C至700 °C之範圍内及具分壓相當於至少到選自在 特別選擇氣流之溫度下可使C a Ο水合成c a (Ο Η) 2之0.1 至1..0之分壓範圍之水蒸氣的最小分壓之氣诡； c. 於步驟b中CaO水合成Ca(OH)2之結果導致含Ca(0H)2 之灰份粒子之膨脹’因為Ca(OH)2之比容大於CaO之 比谷且此膨脹之結果導致包含Ca(〇H)2之灰份粒子碎 裂； 經濟部中央標準局w®：工消費合作社印製 d. 將自包含未反應CaO之灰份粒子轉化生成包含 CaCOH)2之灰份粒子注入燃燒化石燃料之燃燒器中； e. 藉使包含Ca(OH)2之灰份粒子於燃燒化石燃料之燃燒 器中接受轉5 80°C為高之溫度’使得包含Ca(OH)2之灰 份粒子中之Ca(OH)2轉變成CaO ;及 f. 以由包含Ca(OH)2之灰份粒子之Ca(〇H)2轉變成CaO 得到之C a◦捕捉於燃燒化石燃料之燃燒器中化石燃料之 良紙張尺度逋用中國西家揉準（CNS ) A4規格（210><297公釐）
    1 · 一種再活化包含未反應C a0之灰份粒子以利其再使用之 目的之方法，其係於燃燒化石燃料之燃燒器中，其中為 了進行化石燃料之燃燒期間於燃燒化·石燃料之燃.燒器中 所釋出S 02之捕捉目的而注射包含c a之吸附劑，該方法 之改良處包含下列步驟： ' a.提供包含未反應Ca0之灰份粒子之供應，包含未反應 CaO之灰份粒子係由於在燃燒化石燃料之燃燒器中於包 含Ca之吸附劑存在下化石燃料之燃燒之結果而產生； b. 將包含未反應Ca〇之灰份粒子轉化成為含（^(〇11)2之 灰份粒子，其係使包含C a〇之灰份粒子經過具選自溫度 250C至700 °C之範圍内及具分壓相當於至少到選自在 特別選擇氣流之溫度下可使C a Ο水合成c a (Ο Η) 2之0.1 至1..0之分壓範圍之水蒸氣的最小分壓之氣诡； c. 於步驟b中CaO水合成Ca(OH)2之結果導致含Ca(0H)2 之灰份粒子之膨脹’因為Ca(OH)2之比容大於CaO之 比谷且此膨脹之結果導致包含Ca(〇H)2之灰份粒子碎 裂； 經濟部中央標準局w®：工消費合作社印製 d. 將自包含未反應CaO之灰份粒子轉化生成包含 CaCOH)2之灰份粒子注入燃燒化石燃料之燃燒器中； e. 藉使包含Ca(OH)2之灰份粒子於燃燒化石燃料之燃燒 器中接受轉5 80°C為高之溫度’使得包含Ca(OH)2之灰 份粒子中之Ca(OH)2轉變成CaO ;及 f. 以由包含Ca(OH)2之灰份粒子之Ca(〇H)2轉變成CaO 得到之C a◦捕捉於燃燒化石燃料之燃燒器中化石燃料之 良紙張尺度逋用中國西家揉準（CNS ) A4規格（210><297公釐） A8 B8 C8 D8 391706 六、申請專利範圍 燃燒所釋出的so2， 其中將包含未反應CaO之灰份粒子之供應從燃燒化石燃 料之燃燒器外部經過具選自溫度2 5 0。(：至7 0 0 °C之範圍内 及具分壓相當於至少到選自在特別選擇氣流之溫度下可 使CaO水合成Ca(OH)2之0.1至1.〇之分壓範圍之水蒸氣 的最小分壓之氣流，.或 其中將包含未反應CaO之灰份粒子之供應於得到包含未 反應C aO之灰份粒子之供應的原位置處經過具選自溫度 250 C至700 C之粗圍内及具分壓相當於至少到選自在特 別選擇氣流之溫度下可使CaO水合成Ca(0H)2之〇1至 1 _ 0之分壓範園之水蒸氣的最小分恩之氣流。 2. —種再活化包含未反應C a Ο之灰份粒子以利其再使用之目 的之方法，其係於包i 一燃燒器、一旋風分離器及一熱交 換器之一種循環流體化床系統中，其中為了實現於化石燃 料之燃燒之期間於循環流體化床系.統之燃燒器中釋出之 S Ο2之與其之捕捉之目的而_注射包含C a之吸附劑進入循環 流體化床系統之燃燒為中’該方法之改良處包含下列步. 驟： a·提供包含吸附劑未反應CaO之灰份粒予之供應，包含未 反應CaO之灰份粒子係由於在循環流體化床系統之燃燒 器中於包含CaO之吸附劑存在下化石燃料之燃燒之結果 而產生； b.將包含未反應CaO之灰份粒子轉化成為含Ca(〇H)2t 灰份粒子’其係使包含C a Ο之灰份粒子經過具選自溫度 _ 2 _ I紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210>^97公釐） ' -- ---------Q策---------IT-------ο (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標隼局員工消費合作社印製 A8 B8 C8 D8 397706 六 申請專利範園 250 C至700 °C之範圍内及具分歷r相當於至少到選自在 特別選擇氣流之溫度下可使C a0水合成C a(0H)2之〇 . i 至1.0之範圍之水蒸氣的最小分壓之氣流； c. 於步驟b中CaO水合成Ca(OH)2之結果導致含CaCOHh 之灰份粒子之膨脹，因為Ca(OH)2之比容大於Ca〇之 比容且此膨脹之結果導致包含Ca(〇H)2之灰份粒子碎 裂； d. 將自包含未反應CaO之灰份粒子轉化生成包含 Ca(〇H)2之灰份粒子注入循環流體化床系統之燃燒器 中； e. 藉使包含Ca(OH)2之灰份粒子於循環流體化床系統之 燃燒器中接受較5 80°C為高之溫度，使得包含Ca(0H)2 之灰份粒子中之Ca(OH)2轉變成CaO ;及 f. 以由包含Ca(OH)2之灰份粒子之Ca(OH)2轉變成Ca0 知到之C a Ο捕捉於循環流體化床系統之燃燒器中化石燃 料之燃燒所釋出的S02， 其中包含未反應CaO之灰份粒子之供應係得自循環流體 化床系統之燃燒器、旋風分離器或熱交換器。 3 ·根據申請專利範圍第2項之方法，其中將包含未反應ca〇 之灰伤粒子之供應從燃燒化石燃料之燃燒器外部經過具選 自溫度250 °C至700 °C之範圍内及具分壓相當於至少到選 自在特別選擇氣流之溫度下可使C a〇水合成c a(0H)2之 〇 . 1至1 · 0之分屋範圍之水蒸氣的最小分壓之氣流。 4·根據申請專利範圍第2項之方法，其中將包含未反應Ca〇
    397706 H C8 _;____ D8 六、申請專利範圍 之灰份粒子之供應於得到包含未反應Ca〇之灰份粒子之供 應的原位置處經過具選自溫度2 5 〇 <=c至7 〇 〇之範圍内及 具分壓相當於至少到選自在特別選擇氣流之溫度下可使 CaO水合成Ca(OH)2之〇_1至1.〇之分壓範圍之水蒸氣的最 小分壓之氣流。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）
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