專利名稱：從煙道氣流中除去二氧化硫的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氣體的凈化，并且更具體地涉及一種凈化含有有害氣體例如so2的煙道氣的方法。
背景技術(shù)：
已經(jīng)采用多種吸收劑利用干式吸收劑噴射(dry sorbent injection, DSI)來從煙道氣中除去SOx和其他氣體。然而，DSI過去通常在遠(yuǎn)低于 400下的溫度下進(jìn)行，因為設(shè)備材料例如集塵室介質(zhì)不能經(jīng)受較高的溫 度。此外，許多吸收劑物質(zhì)在接近或高于400下的溫度下燒結(jié)或熔化， 這使其在除去氣體時效力降低。許多吸收劑物質(zhì)的反應(yīng)產(chǎn)物在較高溫度 下還粘附到設(shè)備和管道上，這需要頻繁地清潔工藝設(shè)備。為了在這些較 低的溫度下操作，通常必須在噴射吸收劑之前冷卻燃燒氣。這是不希望 的額外的工序。因此，需要一種在高溫下除去SOx氣體時有效的吸收劑噴射方法。 發(fā)明內(nèi)容一方面，提供一種從含有S02的煙道氣流中除去S02的方法。該方法包括提供天然堿源和將該天然堿噴射到煙道氣流中。所述煙道氣的溫 度為約600下到約900T。保持天然堿與煙道氣接觸足夠的時間，以使部分天然堿與部分S02反應(yīng)，以降低煙道氣流中S02的濃度。另 一方面，提供一種用于從含有so2的煙道氣流中除去so2的系統(tǒng)。 該系統(tǒng)包括天然堿源和煙道氣流。該系統(tǒng)還包括用于將天然堿噴射到煙 道氣流中的噴射器。煙道氣的溫度為約600下到約卯0下。該系統(tǒng)還包 括保持天然堿與煙道氣接觸足夠時間的區(qū)域，以使部分天然堿與部分SO;j反應(yīng)，從而降低煙道氣流中SO;j的濃度。


前述段落通過一般介紹提供并且并非旨在限制所附權(quán)利要求的范 圍。通過參考下面的詳細(xì)描述連同附圖將更好地理解目前優(yōu)選的實施方案以及其他優(yōu)點。圖l是煙道氣脫硫系統(tǒng)的一個實施方案的示意圖。圖2是顯示作為天然堿和碳酸氫鈉的歸一化學(xué)計量比(normalized stochiometric ratio, NSR)的函數(shù)的S02除去％的圖。圖3是顯示作為煙道氣脫硫系統(tǒng)的一個實施方案的煙道氣溫度(以下計)的函數(shù)的S02除去。/。的圖。圖4顯示在使用天然堿的煙道氣脫硫系統(tǒng)的一個實施方案中操作后 的靜電沉積器的穿孔板。圖5顯示在使用碳酸氫鈉的煙道氣脫硫系統(tǒng)的一個實施方案中操作 后的靜電沉積器的穿孔板。
具體實施方式
參照附圖描述本發(fā)明，其中相同的組成部分通過相同的附圖標(biāo)記表 示。通過下面的詳細(xì)描述更好地理解本發(fā)明的不同組成部分的關(guān)系和功 能。然而，如下所述的本發(fā)明的實施方案僅作為實施例，并且本發(fā)明不 限于圖中所示的實施方案。干式吸收劑噴射(DSI)—直用作用于除去S02的噴霧干燥或濕法洗 滌系統(tǒng)的低成本的替代方法。在DSI方法中，儲存吸收劑并將其干噴到 煙道中，在煙道中所述吸收劑與酸性氣體反應(yīng)。本發(fā)明提供一種優(yōu)選通 過將吸收劑例如天然堿噴射到煙道氣流中以與S02反應(yīng)而從含有so2 的煙道氣流中除去S02的方法。天然堿是含有約85~95%倍半碳酸鈉 (Na2C(VNaHCCV2H20)的礦物。在懷俄明州的西南部靠近格林河處發(fā) 現(xiàn)大量礦物天然堿的礦床。如在本文所用的，術(shù)語"天然堿"包括其他倍 半碳酸鈉源。然而優(yōu)選倍半碳酸鹽源為開采的天然堿的實施方案。術(shù)語 "煙道氣"包括來自任何類型燃燒過程(包括煤、油、天然氣、玻璃原料 等)的廢氣。煙道氣通常包含S02以及其他酸性氣體例如HC1、 S03和 NOx。所述方法的示意圖如圖1所示。給爐或燃燒器10供以燃料源12(例 如煤)，然后供以空氣14以燃燒所述燃料源12。將燃燒氣體從燃燒器 10引導(dǎo)至換熱器或空氣加熱器40。換熱器或空氣加熱器40的出口連接 到顆粒收集裝置50。在煙道氣被引導(dǎo)至用于排氣的氣體煙囪60之前，顆粒收集裝置50從煙道氣中除去在燃燒過程中產(chǎn)生的顆粒例如飛灰。 顆粒收集裝置50可以是靜電沉積器(ESP)。其他類型的顆粒收集裝置例 如集塵室也可以用于除去固體。集塵室包含用于將在燃燒過程中產(chǎn)生的 顆粒與煙道氣分離的過濾器。由于在本方法中所用的相對小的粒徑，天 然堿可作為集塵室過濾介質(zhì)上的濾料層。S02除去系統(tǒng)包括天然堿源30。天然堿30優(yōu)選具有約IO微米到約 40微米的平均粒徑，最優(yōu)選為約24微米到約28微米。天然堿優(yōu)選為干 燥顆粒形式。合適的天然堿源是T-200⑧天然堿，其是可得自Solvay Chemicals, Green River， WY的機(jī)械精制的天然堿礦產(chǎn)品。T-200⑧天然 堿含有約97.5%的倍半碳酸鈉，平均粒徑為約24~28微米。S02除去 系統(tǒng)還可以包括球磨粉碎機(jī)32或其他類型的磨，以就地降低和/或控制 天然堿的粒徑。將天然堿從天然堿源30運送到噴射器20?？蓺鈩拥鼗蛲ㄟ^任何其 他合適的方法運送天然堿。可容易地將天然堿鼓風(fēng)以氣動輸送。用于噴 射天然堿或倍半碳酸鈉的設(shè)備示意性地如圖1所示。天然堿噴射設(shè)備20 將天然堿引入到煙道氣管道段42中，所述煙道氣管道段42設(shè)置在集塵 室入口的上游和換熱器40(如果換熱器或預(yù)熱器存在的話)的上游的位 置。優(yōu)選將天然堿噴射系統(tǒng)設(shè)計為使天然堿與煙道氣流中的SOx的接觸 最大化。可以使用本領(lǐng)域已知的任何類型的噴射設(shè)備以將天然堿引入到 氣體管道中。例如，可以通過壓縮的空氣驅(qū)動噴射器直接實現(xiàn)噴射。如果儲存天然堿并將天然堿干噴到其與酸性氣體反應(yīng)的煙道42中， 則該方法不需要漿料設(shè)備或反應(yīng)容器。然而，該方法也可以與煙道氣的 加濕或天然堿的濕式噴射一起使用。此外，如果該方法用于酸霧的清潔 洗滌，則可以通過存在的濕式洗滌容器濕式收集顆粒。煙道氣的溫度隨噴射系統(tǒng)中的位置變化，并且在操作過程中還可以 隨時間稍微變化。噴射天然堿處的煙道氣的溫度為約600T到約卯0下。 保持天然堿與煙道氣接觸足夠的時間，以使部分天然堿與部分S02反 應(yīng)，從而降低煙道氣流中S02的濃度。煙道氣的溫度優(yōu)選高于約630T, 并且最優(yōu)選高于約700下。煙道氣的溫度優(yōu)選低于約800下，并且最優(yōu) 選低于約750下。煙道氣的溫度最優(yōu)選為約700下到約750下。也可以改變該方法，以控制煙道氣的溫度。例如，可以調(diào)節(jié)天然堿上游的煙道氣溫度，以得到所希望的噴射天然堿處的煙道氣溫度。此外， 可以將環(huán)境空氣引入到煙道氣流中并在噴射天然堿處監(jiān)測煙道氣溫度。 其他可能的控制煙道氣溫度的方法包括使用換熱器和/或空氣冷卻器。 該方法也可以改變天然堿的噴射位置或包括多個用于天然堿噴射的位為了實現(xiàn)脫硫，天然堿優(yōu)選以相對于S02流量的一定速率噴射，以提供約1.0 ~ 1.5的鈉與硫的歸一化學(xué)計量比(NSR)。 NSR是所噴射的反 應(yīng)物的量相對于理論上所需的量的尺度。NSR表示與所有酸性氣體反應(yīng) 所需的吸收劑的化學(xué)計量的量。例如，1.0的NSR是指噴射了足夠的物 質(zhì)以在理論上百分之百除去入口煙道氣中的S02; 0.5的NSR是指理論 上除去百分之五十的S02。每一摩爾存在的S02需要兩摩爾的鈉來進(jìn)行S02中和。與碳酸氫鈉不同，天然堿在高溫下不熔。相反，當(dāng)在275下或275T 以上加熱時倍半碳酸鈉經(jīng)歷所包含的碳酸氫鈉的快速煅燒成為碳酸鈉。 認(rèn)為"爆米花狀的，，分解通過將未反應(yīng)的碳酸鈉帶到顆粒表面上進(jìn)行 so2中和而產(chǎn)生大的活性表面。反應(yīng)的副產(chǎn)物是硫酸鈉并與飛灰一起收 集。天然堿與S02的化學(xué)反應(yīng)如下所示2[ Na2C03'NaHC03'2H20]—3Na2C03+ 5H20+C02Na2C03+S02—Na2S03+C02Na2S03+l/202—Na2S04可以在靜電沉積器或其他顆粒收集裝置中收集天然堿與S02的固體反應(yīng)產(chǎn)物(主要是硫酸鈉)和未反應(yīng)的蘇打灰?？偟拿摿蚵蕛?yōu)選為至少約70%,更優(yōu)選為至少約80%，并且最優(yōu)選為至少約卯％。在一個實施方案中，煙道氣流還含有S03。保持天然堿與煙道氣接 觸足夠的時間，以使部分天然堿與部分S03反應(yīng)，從而降低煙道氣流中S03的濃度。與S02相比，S03通常更易與吸收劑反應(yīng)，因此天然堿將先除去S03。天然堿與S03的化學(xué)反應(yīng)如下所示2[ Na2C03*NaHC03'2H20]—3Na2C03+ 5H20+C02 Na2C03+ S03—Na2S04+C02 天然堿噴射系統(tǒng)也可以與其他SOx除去系統(tǒng)例如碳酸氫鈉、石灰、石灰石等結(jié)合，以便提高性能或除去另外的有害氣體例如HCl、NOx等。 實施例在Verona, CA的商業(yè)玻璃廠中采用熱側(cè)靜電沉積器(ESP)而沒有集 塵室進(jìn)行研究。將天然氣用作燃料源，硫源來自玻璃原料。煙道氣中 S02的濃度為800 ppm。所用的天然堿為來自Solvay Chemicals的 T-200 。使用壓縮空氣鼓風(fēng)機(jī)和氣閘進(jìn)料器在管道中噴射天然堿。通過 用天然堿儲倉中的天然堿的重量損失標(biāo)定氣閘的每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)來測量天 然堿流量。天然堿的進(jìn)料量從50磅/小時變?yōu)?11磅/小時。實施例1在750下的溫度下以1.0、 1.2和1.4的NSR值將天然堿噴射到煙道 氣中。圖2顯示作為天然堿的歸一化學(xué)計量比(NSR)的函數(shù)的S02除去 %。從這些實驗可以看出NSR為1.2時天然堿得到約80%的S02除去 率。圖4顯示S02除去系統(tǒng)在使用天然堿操作五個月后玻璃廠中的ESP 的穿孔板?？梢钥闯鲈摪逑鄬]有固體物累積。實施例2作為對比實施例，在NSR為1.2時在與實施例l相同的條件下噴射 碳酸氫鈉。結(jié)果如圖2所示。72%的S02除去％明顯低于相同溫度和 NSR下的天然堿的802除去％。圖5顯示使用碳酸氫鈉操作S02除去 系統(tǒng)后玻璃廠中的ESP的穿孔板?？梢钥闯鲈摪逵忻黠@的固體物累積。實施例3在750下到805下的溫度下在NSR為1.5時將天然堿噴射到煙道氣 中。圖3顯示作為煙道氣溫度函數(shù)的S02除去。/。。從這些實驗可以看出 天然堿得到至多91%的S02除去率并且在寬廣的高溫范圍內(nèi)有效。從上面的試驗可以看出在高溫下從煙道氣流中除去so2時天然堿比 碳酸氫鈉更有效。因此，為了實現(xiàn)相同的硫降低，所述系統(tǒng)可以使用比 碳酸氫鈉系統(tǒng)更少的吸收劑物質(zhì)。此外，可以看出天然堿在寬廣的高溫 范圍內(nèi)具有良好的性能。最后，與使用碳酸氫鈉的系統(tǒng)相比，使用天然 堿的S02除去系統(tǒng)在ESP的穿孔板中具有少得多的固體物累積。如上所述和在此所示的實施方案是示例性的和非限制性的。本發(fā)明的 范圍通過權(quán)利要求而不是通過前述描述和附圖表示。本發(fā)明可以體現(xiàn)為其他特定形式而不背離本發(fā)明的精神。因此，這些和在權(quán)利要求范圍內(nèi)的任 何其他改變均意在包含于本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種從含有SO2的煙道氣流中除去SO2的方法，其包括-提供天然堿源；-將所述天然堿噴射到所述煙道氣流中，其中所述煙道氣的溫度為約600到約900；以及-保持所述天然堿與所述煙道氣接觸足夠的時間，以使部分所述天然堿與部分所述SO2反應(yīng)，以降低所述煙道氣流中所述SO2的濃度。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述天然堿的平均粒徑小于約40微 米。
3. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中所述天然堿的平均粒徑為約10微米 到約40微米。
4. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中所述天然堿的平均粒徑為約24微米 到約28微米。
5. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中所述煙道氣的溫度高于約630下。
6. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中所述煙道氣的溫度高于約700下。
7. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中所述煙道氣的溫度低于約800T。
8. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中所述煙道氣的溫度低于約750下。
9. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中所述煙道氣的溫度為約700下到約 750下。
10. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中所述天然堿以相對于所述S02流量 的一定速率噴射，以提供約1.0 ~ 1.5的鈉與硫的歸一化學(xué)計量比。
11. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中將所述天然堿作為干物質(zhì)噴射。
12. 如權(quán)利要求l所述的方法，其還包括在接近所述煙道氣流的位置處 將所述天然堿研磨到所希望的平均粒徑。
13. 如權(quán)利要求l所述的方法，其還包括在靜電沉積器中收集所述天然堿與所述S02的反應(yīng)產(chǎn)物。
14. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中所述煙道氣流還含有S03，所述方 法還包括保持所述天然堿與所述煙道氣接觸足夠的時間，以使部分所述天然堿與部分所述SQ3反應(yīng)，以降低所述煙道氣流中所述S03的濃度。
15. —種從含有S02的煙道氣流中除去S02的方法，其包括提供平均粒徑為約10微米到約40微米的天然堿源；將所述作為干顆粒物質(zhì)的天然堿噴射到所述煙道氣流中，其中所述 煙道氣的溫度為約600T到約卯0下；以及保持所述天然堿與所述煙道氣接觸足夠的時間，以使部分所述天然 堿與部分所述S02反應(yīng)，以降低所述煙道氣流中所述so2的濃度。
16. 如權(quán)利要求15所述的方法，其中所述天然堿的平均粒徑為約24微 米到約28微米。
17. 如權(quán)利要求15所述的方法，其中所述煙道氣的溫度為約700下到約 750下。
18. 如權(quán)利要求15所述的方法，其中所述天然堿以相對于所述S02流 量的一定速率噴射，以提供約1.0~1.5的鈉與^L的歸一化學(xué)計量比。
19. 如權(quán)利要求15所述的方法，其還包括調(diào)節(jié)所述天然堿上游的所述 煙道氣的溫度，以得到所希望的噴射所述天然堿處的煙道氣溫度。
20. 如權(quán)利要求19所述的方法，其中所述調(diào)節(jié)還包括將環(huán)境空氣引入 到所述煙道氣流中以及監(jiān)測噴射所述天然堿處的煙道氣溫度。
21. 如權(quán)利要求19所述的方法，其中所述調(diào)節(jié)還包括通過與所述煙道 氣連通的換熱器控制物料流。
全文摘要
一種從含有SO₂的煙道氣流中除去SO₂的方法，包括提供天然堿源和將該天然堿噴射到煙道氣流中。煙道氣的溫度為約600℉到約900℉。保持天然堿與煙道氣接觸足夠的時間，以使部分天然堿與部分SO₂反應(yīng)，以降低煙道氣流中SO₂的濃度。
文檔編號B01D53/50GK101242886SQ200680029990
公開日2008年8月13日 申請日期2006年8月7日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月18日
發(fā)明者小約翰·馬久克 申請人:索爾維化學(xué)有限公司