使用干吸附劑噴射的酸性氣體去除的制作方法

使用干吸附劑噴射的酸性氣體去除的制作方法
【專利說明】使用干吸附劑噴射的酸性氣體去除
[0001] 公開領域
[0002]本公開提供了使用基于雙堿法的干吸附劑噴射技術從熱煙道氣脫硫或去除酸性氣體的系統和方法。更特別地，本公開提供了用于從熱煙道氣脫硫或去除酸性氣體的系統和方法，其使用基于使用石灰和煙道氣二氧化碳在下游再生吸附劑的干吸附劑噴射技術。
[0003] 公開背景
[0004]用于商業制備碳酸氫鈉的常規技術在來自先前反應的廢反應液中溶解蘇打灰，其由包含少量溶解的蘇打灰和碳酸氫鈉的水構成。隨后使這種溶液碳酸鹽化來沉淀碳酸氫鈉晶體。碳酸氫鈉晶體與液體分離并干燥以產生高純度、高密度晶體。常規方法的缺點在于該過程需要數個步驟，并且必須使用分離設備，干燥產物，和處理大量的液體。
[0005]碳酸氫鈉還可以通過不同的干碳酸化技術來制備。在美國專利276, 990和574, 089中，碳酸氫鈉產物通過將水合蘇打灰置于旋轉筒體中，并隨后將二氧化碳引入至所述筒體來形成。這兩件專利均教導了約五個或六個小時的反應時間。
[0006]美國專利3, 647, 365教導了在多級反應器中由水合蘇打灰、少量的水和二氧化碳來制備低密度的中空碳酸氫鈉珠的方法。這種方法需要數個步驟，并且必須緩慢地進行，碳酸化作用時間超過一個小時，并且干燥時間要花費最多八個小時。此外，蘇打灰必須首先在分離步驟中水合，并且反應必須在大于95.7° F的溫度下進行，從而獲得商業上可接受的反應速率。
[0007]最近，美國專利4, 459, 272公開了通過包含碳酸鈉的固體微粒材料與液體水在富含二氧化碳的氣氛中反應來制備碳酸氫鈉的方法。微粒物質在內部攪拌或者外部旋轉或者振動反應器中與水和二氧化碳混合。這種反應在125° F至240° F的溫度下、在包含20%至90%體積的二氧化碳氣氛中執行。所述方法在降低的水蒸氣分壓下執行，從而促使水由反應的碳酸鹽顆粒的表面的蒸發，并在反應器氣氛中維持高二氧化碳分壓。由所述方法形成的產物具有高至50-60 lbs/ft3的表觀體積密度。
[0008]每個在先描述的干碳酸化技術均承受特定的缺點。在每種方法中，二氧化碳濃度必須是高的，并且反應溫度必須也是高的，或者反應速率為抑制地低的。這些方法均無法在低溫和低二氧化碳濃度下以商業可接受的反應速率制備碳酸氫鈉。
[0009]碳酸氫鈉也在干吸附劑噴射技術中制備并利用，用于去除源自燃燒化石燃料燃燒器的燃燒氣體所散發出的二氧化硫。這樣的技術在最近引起了相當大的注意，特別是因為對于從煙道氣去除潛在危害的二氧化硫，它們呈現了最低的“第一成本，，替代。碳酸氫鈉已被證明是用于干吸附劑噴射方法的非常有效的吸附劑。然而，目前制造的醫藥級碳酸氫鈉的成本為其用于該目的時的主要缺陷。
[0010]美國專利3, 846, 535和4, 385, 039公開了由通過利用碳酸氫鈉的干吸附劑噴射而形成的包含硫酸鹽的固體廢棄物來再生碳酸氫鈉的方法。根據美國專利3, 846, 535,再生步驟通過形成包含廢棄物的硫酸鈉水溶液，并使用碳酸氫銨處理這樣的溶液以沉淀碳酸氫鈉來實現。碳酸氫鈉隨后被分離、干燥和回收，用于進一步的使用。根據美國專利4, 385, 039，再生步驟涉及在包含硼酸根離子和/或氨的堿性液體中溶解固體脫硫反應產物。這種液體的碳酸化將導致碳酸氫鈉沉淀。所公開的這些方法中的每一種均遭受著要使用復雜的和資本密集型的設備和方案操作。
[〇〇11]需要用于制造在干煙道氣脫硫過程中使用的碳酸氫鈉的改進方法，其并不需要在現有技術的方法中所需要的多個操作和系統。此外，需要用于制造直接用于煙道氣脫硫的碳酸氫鹽吸附劑的有效而經濟的方法。
[0012]公開概述
[0013]本發明的系統和方法為干煙道氣脫硫系統，其使用碳酸氫鈉干吸附劑噴射從發電設備或其它工業設備產生的煙道氣中去除酸性氣體(S02、S03、HC1、HF)，具有使用雙堿法的集成碳酸氫鈉吸附劑再生。據此，本發明的系統使用可操作以將吸附劑噴射至管道內的噴射器，設備煙道氣經過所述管道流至特定的收集裝置。通過將吸附劑直接噴射至具有熱煙道氣流的管道內，資本和運行成本顯著地低于其它的商用排放控制系統。所噴射的吸附劑有效地實現了煙道氣酸性氣體去除。微粒收集裝置內的過濾器用于從流經其中的煙道氣收集廢吸附劑、未使用的吸附劑和例如飛灰的微粒。堿反應器用于使在微粒收集裝置內收集的廢吸附劑、未使用的吸附劑和微粒與石灰、水和空氣反應以產生氫氧化鈉和石膏。所產生的石膏可被丟棄或者用于制造建筑材料。二氧化碳反應器用于使在堿反應器中制備的氫氧化鈉與煙道氣二氧化碳反應以產生用于噴射的碳酸氫鈉吸附劑。氫氧化鈉與二氧化碳的反應產生在本發明的系統中使用的碳酸氫鈉吸附劑。由此，用于排放控制的吸附劑成本顯著地降低。
[0014]本發明的干煙道氣脫硫方法使用半干吸附劑(漿料形式)噴射，將吸附劑噴射至設備煙道氣流經其中的管道內。通過將吸附劑直接噴射至含有熱煙道氣流的管道內，這種方法顯著地降低資本和運行成本，相對于那些市售排放控制系統。所述吸附劑被噴射至煙道氣管道內，用于通過所述吸附劑去除煙道氣酸性氣體S02、S03、HC1、HF。收集廢吸附劑、未使用的吸附劑和例如飛灰的其它煙道氣微粒使用微粒收集裝置內的過濾器完成。由此，從流經微粒收集裝置的煙道氣收集的廢吸附劑、未使用的吸附劑和煙道氣微粒可用于再生吸附劑。使所收集的廢吸附劑、未使用的吸附劑和煙道氣微粒與石灰、水和空氣反應，產生氫氧化鈉和石膏。所產生的氫氧化鈉和石膏可在例如旋液分離器的產物分離器中分離。所產生的石膏可被丟棄或者用于制造建筑材料等。使所產生的氫氧化鈉與相對小的煙道氣二氧化碳分流(slip stream)反應產生用于噴射的碳酸氫鈉吸附劑。通過本發明方法再生碳酸氫鈉吸附劑，用于排放控制的吸附劑成本顯著地降低。
[0015]總的來說，本發明的干煙道氣脫硫系統包含:噴射器，其可操作以將吸附劑噴射至設備煙道氣通過其流至微粒收集裝置的管道內，用于通過所述吸附劑去除煙道氣酸性氣體；所述微粒收集裝置內的過濾器，其可操作以從流經其中的煙道氣收集廢吸附劑；堿反應器，其可操作以使廢吸附劑、石灰、水和空氣反應，產生氫氧化鈉和石膏；以及二氧化碳反應器，其可操作以使氫氧化鈉和煙道氣二氧化碳反應，產生用于噴射的碳酸氫鈉吸附劑。在這種系統內使用和產生的吸附劑為碳酸氫鈉。微粒收集裝置使用織物或靜電過濾器來收集廢吸附劑。所收集的和經反應的廢吸附劑產生在例如旋液分離器的產物分離器中可分離的氫氧化鈉和石膏。任選地，在吸附劑的制備中，廢吸附劑可以在與石灰反應之前與硫酸反應。使用本發明的系統，煙道氣酸性氣體包括S02、S03、HC1和HF，并且去除包括脫硫作用。
[0016]總的來說，本發明的干煙道氣脫硫方法包含:將吸附劑噴射至設備煙道氣經過其流至微粒收集裝置的管道內，用于通過吸附劑去除煙道氣酸性氣體；利用微粒收集裝置內的過濾器從流經其中的煙道氣收集廢吸附劑；使廢吸附劑、石灰、水和空氣反應以產生氫氧化鈉和石膏；并使氫氧化鈉與煙道氣二氧化碳反應，從而產生用于噴射的吸附劑。用于本發明方法的吸附劑為碳酸氫鈉。在微粒收集裝置內使用的過濾器為織物或靜電過濾器。所產生的氫氧化鈉和石膏在例如旋液分離器的產物分離器中可分離。任選地，在制備碳酸氫鈉時，廢吸附劑可以在與石灰反應之前與硫酸反應。根據本發明方法，煙道氣酸性氣體包括S02、S03、HC1和HF，并且去除包括脫硫作用。
[0017]本公開的其它特征和優點將根據下文的詳細說明而顯而易見，其中優選的實施方案結合附圖進