專利名稱：使吸附劑能夠重復(fù)使用的吸附劑再生方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種降低SO2排放量的方法，更具體地說，涉及一種以重復(fù)使用為目的的吸附劑再生方法，將吸附劑注入燃燒礦物燃料的燃燒器，以便在該燃燒礦物燃料的燃燒器內(nèi)俘獲礦物燃料燃燒過程中釋放的SO2。
在現(xiàn)有技術(shù)中早已經(jīng)知道，采用含有CaO的吸附劑，可以在燃燒礦物燃料的燃燒器內(nèi)有效地俘獲礦物燃料燃燒過程中釋放的SO2。此外，已經(jīng)證實(shí)，這種吸附劑在循環(huán)流化床燃燒器內(nèi)，能特別有效地俘獲天然固態(tài)礦物燃料的燃燒過程中釋放的SO2。然而，雖然已經(jīng)證實(shí)該吸附劑在循環(huán)流化床燃燒器中能夠有效地用于俘獲的SO2，但是卻發(fā)現(xiàn)吸附劑的消耗和需要處置含有吸附劑灰分的費(fèi)用，占循環(huán)流化床燃燒器運(yùn)行費(fèi)用的較大部分，上述灰分是在循環(huán)流化床的燃燒器內(nèi)的燃燒過程中產(chǎn)生的。此外，可以預(yù)料到，隨著將來對環(huán)境的要求越來越嚴(yán)格，上述費(fèi)用還會不斷增加。因此，總的來說，除非能夠降低吸附劑的消耗量，否則，為了滿足較高的硫去除率而增加鈣-硫的摩爾比，這將極大地影響循環(huán)流化床工藝的成本效益。
根據(jù)循環(huán)流化床的工藝方法，可以采用任何一種不同形式的礦物燃料，如煤等等，在含有CaO的吸附劑存在的情況下，在循環(huán)流化床系統(tǒng)的燃燒器中燃燒礦物燃料，將這種吸附劑注入燃燒器中，以便當(dāng)?shù)V物燃料在燃燒器中燃燒時(shí)，吸附劑被煅燒并發(fā)生硫酸化反應(yīng)。這樣，當(dāng)在燃燒器中燃燒礦物燃料時(shí)，這種吸附劑能夠有效地俘獲SO2。在這種情況下，吸附劑中并不是所有的CaO都能充分地用于俘獲硫。這是由于在俘獲硫的過程中，吸附劑中的CaO與硫化合為CaSO4的緣故。因此，由于CaSO4的比容大于CaO的比容，吸附劑的多孔結(jié)構(gòu)會被CaSO4堵塞。也就是說，CaO表面會覆蓋上一層CaSO4，這會極大地妨礙吸附劑顆粒內(nèi)部未反應(yīng)的CaO與SO2的進(jìn)一步反應(yīng)，也就是說阻礙吸附劑對硫的進(jìn)一步俘獲。
至今為止已經(jīng)知道，將灰分回注到循環(huán)流化床系統(tǒng)的燃燒器中，以致力于重復(fù)利用含在這些灰分中的吸附劑?；刈⑦@種含吸附劑的灰分必定會減少吸附劑的回復(fù)使用。換句話說，吸附劑顆粒最終變得硫酸化，顆粒內(nèi)部的孔被CaSO4堵塞。因此，吸附劑對硫的進(jìn)一步俘獲只能出現(xiàn)在吸附劑顆粒內(nèi)部的CaO暴露的情況下。為暴露CaO曾進(jìn)行過許多努力，下文將引述這些文件作為參考。
總之，至今為止在現(xiàn)有本專業(yè)技術(shù)領(lǐng)域已經(jīng)作過許多努力，試圖開發(fā)一種降低吸附劑消耗的新方法，以便減少固體廢物的處置量，改進(jìn)固體廢物的利用。在這一方面，一個(gè)非限定性的例子是頒布于1994年8月30日的美國專利5,342,594，題目為“除去SOx的流化床方法”。如該美國專利5,342,594所述，在混合室內(nèi)，將含有氣態(tài)硫氧化物雜質(zhì)的熱的臟氣體與一種含CaCO3的固態(tài)工藝物料相混合，使含硫氧化物雜質(zhì)的氣體與CaCO3相反應(yīng)，生成一種含雜質(zhì)的固態(tài)反應(yīng)產(chǎn)物。此后，從臟氣體中分離固態(tài)工藝物料和固態(tài)反應(yīng)產(chǎn)物，由此得到凈化后的氣體。然后，使分離出的含雜質(zhì)的固態(tài)反應(yīng)產(chǎn)物和固態(tài)工藝物料回到混合室，再一次與臟氣體相混合。
此外，在這一方面，另一個(gè)非限定性的例子是頒布于1994年9月13日的美國專利5,345,883，題目為“在流化床鍋爐中吸附劑的再生”。根據(jù)該美國專利5,345,883的所述，在足夠高的壓力下，噴射一股水或蒸汽粉碎介質(zhì)，并引導(dǎo)所噴射的水或蒸汽，使之撞擊內(nèi)部含有未反應(yīng)吸附劑材料的吸附劑顆粒，由此對這些吸附劑顆粒進(jìn)行機(jī)械粉碎，使內(nèi)部含有的未反應(yīng)的吸附劑暴露出來。為此，如美國專利5,345,883所所述，當(dāng)在低于吸附劑顆粒溫度的溫度下噴射這種粉碎介質(zhì)時(shí)，粉碎介質(zhì)射到吸附劑顆粒上的熱沖擊的結(jié)果會使吸附劑顆粒粉碎?；蛘?，如美國專利5,345,883所述，將如此噴射的粉碎介質(zhì)直接噴向吸附劑顆粒上，通過撞擊靶表面或其它顆粒，使吸附劑顆粒機(jī)械粉碎。
此外，在這一方面，另一個(gè)非限定性的例子是頒布于1994年9月6日的美國專利5,344,632，題目為“在燃燒過程中降低氧化硫排放的方法”。根據(jù)該美國專利5,344,883所述，在降低溫度的條件下，使煙道氣和被夾帶的細(xì)小顆粒的混合物進(jìn)入一個(gè)濕式反應(yīng)器，上述被夾帶的細(xì)小顆粒的一部分是石灰石顆粒，它們均未被硫酸化，卻經(jīng)化學(xué)轉(zhuǎn)化成燒石灰，在濕式反應(yīng)器內(nèi)，溫度降低是由于混合物早先的放熱造成的。隨后，水分散成許多細(xì)小水珠，使煙道氣和被夾帶的細(xì)小顆粒的混合物蒸發(fā)和增濕，再配合以混合物的溫度降低，因此非常有助于在石灰石顆粒表面形成的一層氫氧化鈣堿溶液的薄膜。然后，該堿溶液能有效吸收在煙道氣和被夾帶的細(xì)小顆粒的混合物中存在的氧化硫以形成硫酸鈣和硫化鈣沉淀。
最后，在這一方面，另一個(gè)非限定性的例子是頒布于1994年8月30日的美國專利5,341,753，題目為“改進(jìn)吸附劑與燃燒廢氣相混合的循環(huán)流化床火電廠”。根據(jù)該美國專利5,341,753所述，可以知道下述事實(shí)，去除要求量的硫所需的鈣硫比是要求氣流中顆粒密度過量多少的函數(shù)，以便確保有足夠量的二氧化硫分子與氧化鈣顆粒相接觸。因此，一般認(rèn)為，最好改進(jìn)鈣與二氧化硫之間的接觸。為此，向循環(huán)流化床鍋爐注入高速蒸汽，以改進(jìn)再循環(huán)固體與燃燒廢氣之間的混合，由此使燃燒含硫燃料的循環(huán)流化床鍋爐能更有效地利用石灰石。
根據(jù)上述美國專利技術(shù)，通過對廢灰的水合作用及簡單的還原，接著將其回注到循環(huán)流化床系統(tǒng)的燃燒器中，以達(dá)到回注廢灰的附加硫化，從而能提高來自循環(huán)流化床系統(tǒng)廢灰的利用率。此外，根據(jù)上述美國專利技術(shù)，顯然通過合適地選擇廢灰回注到循環(huán)流化床系統(tǒng)的位置，能夠?qū)崿F(xiàn)均勻的附加硫化。除上述美國專利技術(shù)之外，還知道在現(xiàn)有技術(shù)領(lǐng)域還有其它灰分活化/注入方法?？傊?，為便于參考，可將所有這些灰分活化/注入方法歸納如下直接回注未處理的廢灰；機(jī)械研磨廢灰，以便在廢灰回注之前，暴露未反應(yīng)的CaO；無任何廢灰再循環(huán)的煙道氣增濕；將吸附劑注入無任何廢灰再循環(huán)的煙道氣中；回注干燥的水合廢灰；回注潮濕的水合廢灰；以及回注漿液形式的水合廢灰。
盡管一般來說，已經(jīng)表明這些灰分活化/注入方法能夠有效地實(shí)現(xiàn)它們想要實(shí)現(xiàn)的目的，然而，有證據(jù)證明在現(xiàn)有技術(shù)領(lǐng)域，還需要進(jìn)一步改進(jìn)這些灰分活化/注入方法。即在現(xiàn)有技術(shù)領(lǐng)域，需要有新的和改進(jìn)的方法，以便在燃燒礦物燃料的燃燒器內(nèi)，提高礦物燃料燃燒過程中排放的SO2的俘獲率，尤其是，還需要一種新改進(jìn)的以重復(fù)使用為目的的吸附劑再生方法，該吸附劑注入循環(huán)流化床系統(tǒng)的燃燒器中，以有效俘獲在循環(huán)流化床系統(tǒng)的燃燒器內(nèi)由礦物燃料燃燒過程排放的SO2。
為此，有證據(jù)證明在現(xiàn)有技術(shù)領(lǐng)域，還需要一種新改進(jìn)的以重復(fù)使用為目的的吸附劑再生方法，該方法具有以下幾個(gè)特征。特征之一是，這種新改進(jìn)的以重復(fù)使用為目的的吸附劑再生方法能夠顯著地降低俘獲同樣SO2所需的石灰石量，也就是說，對俘獲同樣量的SO2來說，所需的Ca/S比要比至今為止的其它方法的Ca/S低。另一特征是，這種新改進(jìn)的以重復(fù)使用為目的的吸附劑再生方法能夠顯著地降低所需處置的廢灰量。特征之三是，這種新改進(jìn)的以重復(fù)使用為目的的吸附劑再生方法能夠顯著地降低最終必須被處置的廢灰中存在的Ca量，由此使廢灰更容易被處置。其特征之四是，這種新改進(jìn)的以重復(fù)使用為目的的吸附劑再生方法無需對燃燒過程進(jìn)行任何改進(jìn)，就可以實(shí)施該方法，由此在燃燒礦物燃料的燃燒器中燃燒礦物燃料，其釋放出的SO2就可以用吸附劑對其進(jìn)行俘獲。其特征之五是，這種新改進(jìn)的以重復(fù)使用為目的的吸附劑再生方法無需對燃燒礦物燃料的燃燒器作任何重大的設(shè)備改進(jìn)，就可以實(shí)施本發(fā)明的方法，由此在該燃燒礦物燃料的燃燒器中燃燒礦物燃料，其釋放出的SO2，就可以用吸附劑對其進(jìn)行俘獲。其特征之六是，這種新改進(jìn)的以重復(fù)使用為目的的吸附劑再生方法能夠利用現(xiàn)有的任何形式的燃燒礦物燃料的燃燒器，由此在該燃燒器中燃燒礦物燃料，其釋放出的SO2，就可以用吸附劑對其進(jìn)行俘獲。其特征之七是，這種新改進(jìn)的以重復(fù)使用為目的的吸附劑再生方法能夠適用于任何新型燃燒礦物燃料的燃燒器。其特征之八是，這種新改進(jìn)的以重復(fù)使用為目的的吸附劑再生方法適合于被改型以應(yīng)用于現(xiàn)有的燃燒礦物燃料的燃燒器。
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種新改進(jìn)的以重復(fù)使用為目的的含未反應(yīng)CaO的吸附劑再生方法，將吸附劑注入燃燒礦物燃料的燃燒器中，以便在燃燒礦物燃料的燃燒器中俘獲在礦物燃料燃燒過程中釋放的SO2。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種新改進(jìn)的尤其適用于以重復(fù)使用為目的的含未反應(yīng)CaO的吸附劑再生方法，將吸附劑注入循環(huán)流化床系統(tǒng)的燃燒器中，以便在循環(huán)流化床系統(tǒng)的燃燒器中俘獲在礦物燃料燃燒過程中釋放的SO2。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供一種新改進(jìn)的以重復(fù)使用為目的的含未反應(yīng)CaO的吸附劑再生方法，其特征在于通過使用該方法，能夠顯著地降低俘獲同樣量SO2所需的吸附劑量。
本發(fā)明的又一個(gè)目的是提供一種新改進(jìn)的以重復(fù)使用為目的的含未反應(yīng)CaO的吸附劑再生方法，其特征在于通過使用該方法，能夠顯著地降低需處置的廢灰的量。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供一種新改進(jìn)的以重復(fù)使用為目的的含未反應(yīng)CaO的吸附劑再生方法，其特征在于通過使用該方法，能夠顯著地降低最終必須被處置的廢灰中的Ca量，由此使廢灰更容易被處置。
本發(fā)明的又一個(gè)目的是提供一種新改進(jìn)的以重復(fù)使用為目的的含未反應(yīng)CaO的吸附劑再生方法，其特征在于無需對燃燒過程進(jìn)行任何改進(jìn)，就可以實(shí)施該方法，由此在燃燒礦物燃料的燃燒器中燃燒礦物燃料，其釋放出的SO2就可以用吸附劑對其進(jìn)行俘獲。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種新改進(jìn)的以重復(fù)使用為目的的含未反應(yīng)CaO的吸附劑再生方法，其特征在于無需對燃燒礦物燃料的燃燒器作任何重大的設(shè)備改進(jìn)，就可以實(shí)施本發(fā)明的方法，由此在該燃燒器中燃燒礦物燃料，其釋放出的SO2就可以用吸附劑對其進(jìn)行俘獲。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供一種新改進(jìn)的以重復(fù)使用為目的的含未反應(yīng)CaO的吸附劑再生方法，其特征在于現(xiàn)有的任何形式的燃燒礦物燃料的燃燒器都可以采用本發(fā)明，由此在該燃燒器中燃燒礦物燃料，其釋放出的SO2就可以用吸附劑對其進(jìn)行俘獲。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供一種新改進(jìn)的以重復(fù)使用為目的的含未反應(yīng)CaO的吸附劑再生方法，其特征在于該方法適用于各種新型燃燒礦物燃料的燃燒器。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供一種新改進(jìn)的以重復(fù)使用為目的的含未反應(yīng)CaO的吸附劑再生方法，其特征在于該方法適合于改型以應(yīng)用于現(xiàn)有的各種燃燒礦物燃料的燃燒器。
本發(fā)明的概述根據(jù)本發(fā)明，提供了一種以重復(fù)使用為目的的含有未反應(yīng)CaO的吸附劑再生方法，將CaO注入燃燒礦物燃料的燃燒器，以便在燃燒礦物燃料的燃燒器內(nèi)俘獲在礦物燃料燃燒過程中釋放的SO2。更具體地說，本發(fā)明的以重復(fù)使用為目的的含有未反應(yīng)CaO的吸附劑再生的主體方法是通過蒸汽對含有未反應(yīng)CaO的吸附劑進(jìn)行再生。為此，廢灰經(jīng)預(yù)定溫度和預(yù)定分壓下的蒸汽處理，該廢灰來自燃燒礦物燃料的燃燒器中的礦物燃料燃燒過程，其中含有含未反應(yīng)CaO的吸附劑顆粒。廢灰經(jīng)蒸汽處理的結(jié)果是使吸附劑顆粒中所含的CaO與蒸汽的反應(yīng)，將含在廢灰中的吸附劑顆粒中的未反應(yīng)的CaO轉(zhuǎn)化成Ca(OH)2。此外，由于Ca(OH)2的體積大于CaO的體積，體積的增加致使吸附劑顆粒破碎，吸附劑顆粒以前含有未反應(yīng)的CaO，但是現(xiàn)在卻含有Ca(OH)2，由于吸附劑顆粒的破碎，其中的Ca(OH)2暴露出來。在廢灰暴露于蒸汽之后，根據(jù)本發(fā)明的主體方法，將廢灰回注到取出廢灰的燃燒礦物燃料的燃燒器中，現(xiàn)該廢灰中存在著含有Ca(OH)2而不是未反應(yīng)CaO的吸附劑顆粒。為此，在一個(gè)其溫度足夠高如超過580℃的位置，將其中存在著含有Ca(OH)2的吸附劑顆粒的廢灰回注到燃燒礦物燃料的燃燒器中，使回注廢灰中吸附劑顆粒中含有的Ca(OH)2再一次轉(zhuǎn)變?yōu)镃aO，借助于回注的廢灰分中的吸附劑顆粒的這種再生，就使回注的廢灰中的吸附劑在燃燒礦物燃料的燃燒器中再一次有效地俘獲在礦物燃料燃燒過程中排放的SO2。
附圖的簡要描述

圖1是可實(shí)施本發(fā)明方法的燃料礦物燃料的燃燒器，也即循環(huán)流化床系統(tǒng)的側(cè)面縱剖圖。
圖2是描述Ca(OH)2分解壓作為基于熱動力條件的溫度函數(shù)的曲線圖。
圖3是描述水合煙灰隨SO2轉(zhuǎn)化的曲線圖。
優(yōu)選實(shí)施例的描述下面參照附圖，圖1描述的是一種能夠?qū)嵤┍景l(fā)明方法的燃燒礦物燃料的燃燒器。更具體地說，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)最佳實(shí)施方式，圖1所示的燃燒礦物燃料的燃燒器包括循環(huán)流化床系統(tǒng)，圖1中用標(biāo)號10表示。沿圖1中箭頭12所示的方向，向循環(huán)流化床系統(tǒng)10的燃燒器14供給通常是煤的礦物燃料和通常是石灰石的吸附劑。沿圖1中箭頭16所示的方向，用已知方式向標(biāo)號為18的氣室供給經(jīng)過預(yù)熱的初級流化空氣，氣室位于燃燒器14的底部，坐落在標(biāo)號為20的空氣分布板的下方。
繼續(xù)描述圖1所示的循環(huán)流化床系統(tǒng)10，沿圖1箭頭22和24所示的方向，向燃燒器14供給助燃空氣。通過標(biāo)號為26的管道和標(biāo)號為28的灰分冷卻器，從燃燒器14中排出隨礦物燃料在燃燒器14的燃燒過程所產(chǎn)生的灰分，該礦物燃料是從16進(jìn)入燃燒器14的。
根據(jù)常規(guī)慣例，包含初級燃燒區(qū)的燃燒器14的底部通常都有耐火材料襯里，以便減少熱量損失。另一方面，根據(jù)常規(guī)慣例，燃燒器14的上部通常都有爐壁蒸發(fā)水管排，在其中生成蒸汽。
隨燃燒器14內(nèi)礦物燃料燃燒過程產(chǎn)生的煙道氣，與煙道氣中夾帶的任何固體一起，從燃燒器14穿過標(biāo)號為30的管道流向標(biāo)號為32的旋風(fēng)分離器，上述礦物燃料是從16處引入燃燒器14的。在旋風(fēng)分離器32中，夾帶的固體從煙道氣中分離出來。在固體被旋風(fēng)分離器32從煙道氣中分離出來之后，固體落入旋風(fēng)分離器32的底部，而經(jīng)去掉先前所夾帶的固體的煙道氣從旋風(fēng)分離器32的頂部排出，后者如圖1中標(biāo)號34所示。然后從旋風(fēng)分離器32的頂部34排出的經(jīng)去除先前所夾帶的固體的煙道氣，穿過圖1中標(biāo)號為36的切向管流到循環(huán)流化床系統(tǒng)10的標(biāo)號為38的對流通道中，根據(jù)常規(guī)慣例，通常其中有熱交換表面。
再參見圖1，圖中所示的循環(huán)流化床系統(tǒng)10在旋風(fēng)分離器32的底部還設(shè)置有標(biāo)號為40的J形肘管或密封容器。J形肘管或密封容器40的作用是在克服燃燒器14中存在的壓力情況下，將從煙道氣中分離出來的被旋風(fēng)分離器32收集的固體循環(huán)回燃燒器14中。也就是說，這些固體向下流到進(jìn)口側(cè)，也即圖1中標(biāo)號為40a的J形肘管或密封容器40的一側(cè)，然后向上流動到出口側(cè)，也即圖1中標(biāo)號為40b的J形肘管或密封容器40的另一側(cè)，然后穿過標(biāo)號為42的管道流回燃燒器14。根據(jù)常規(guī)慣例，標(biāo)號為40c的J形肘管或密封容器40的底部通常借助于通入的空氣呈流態(tài)化，使J形肘管或密封容器40中的固體能穿過它流動。如本專業(yè)普通技術(shù)人員所公知的，在其進(jìn)口側(cè)40a和出口側(cè)40b之間固體量的位差就相應(yīng)于沿J形肘管或密封容器40的壓差。由此，進(jìn)入J形肘管或密封容器40進(jìn)口側(cè)40a的固體會取代流出J形肘管或密封容器40而流入管道42中的固體。
繼續(xù)參見圖1，循環(huán)流化床系統(tǒng)10還包括標(biāo)號為44的固體排放管和圖1中箭頭46所示的固體流量控制閥。參見圖1，將固體排放管44和固體流量控制閥46合適地固定在J形肘管或密封容器40的下部40c。固體排放管44的作用是隨固體控制閥46的操縱，將所需量的熱循環(huán)固體從J形肘管或密封容器40輸送到標(biāo)號為48的外部流化床熱交換器中。按已知構(gòu)型，通常外部流化床熱交換器48包括一個(gè)或多個(gè)標(biāo)號為48a的隔室，多數(shù)隔室48a都有浸入式管束(為了保持附圖的清晰度，未示出)，可將它們設(shè)計(jì)成蒸發(fā)運(yùn)行和/或再熱運(yùn)行和/或過熱運(yùn)行和/或經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的熱交換表面。然而，一些隔室48a未設(shè)置浸入式管束。為了使固體穿過外部流化床熱交換器48流動，使進(jìn)入外部流化床熱交換器48的固體流化。在固體穿過外部流化床熱交換器48的過程中，當(dāng)它們逐漸從一個(gè)隔室流到另一個(gè)隔室48a時(shí)，將熱量傳遞給其內(nèi)的熱交換表面。此后，固體從圖1中標(biāo)號為50的出口管流出外部流化床熱交換器48，并回流到燃燒器14中。
圍繞循環(huán)流化床系統(tǒng)10，也即穿過燃燒器14、旋風(fēng)分離器32和外部流化床熱交換器48循環(huán)的固體由未反應(yīng)的礦物燃料灰分和僅部分參與了反應(yīng)的吸附劑顆粒的混合物組成，因此，這些吸附劑顆粒的核心部分含有未反應(yīng)的CaO，而其殼或外層部分由CaSO4組成。
下面將討論在循環(huán)流化床系統(tǒng)10的燃燒器14中，用吸附劑俘獲SO2的情況。在這一方面，通?？梢杂脙蓚€(gè)連續(xù)反應(yīng)來描述所有SO2被加入循環(huán)流化床系統(tǒng)的由石灰石組成的吸附劑俘獲的情況，即吸熱煅燒和放熱硫酸鹽化，上述循環(huán)流化床系統(tǒng)可以是圖1所示的循環(huán)流化床系統(tǒng)10。放熱硫化是一個(gè)基本反應(yīng)，如所述的分子反應(yīng)機(jī)理，它不會被中斷。高于700℃才有效的煅燒反應(yīng)可產(chǎn)生多孔狀的CaO顆粒。隨著硫化反應(yīng)的進(jìn)行，CaO顆粒的孔結(jié)構(gòu)不斷改變，由于CaSO4的克分子體積大于CaO的克分子體積，這會導(dǎo)致靠近顆粒外層表面的孔被堵塞，進(jìn)一步會妨礙SO2向吸附劑顆粒內(nèi)部的擴(kuò)散。盡管對來自循環(huán)流化床系統(tǒng)的飛灰小顆粒中，發(fā)現(xiàn)穿過該顆粒進(jìn)行了相當(dāng)均勻的硫化，但是，通常多數(shù)這種類型的不均勻反應(yīng)都具有未反應(yīng)的核心模型，它還能進(jìn)行下列過程氣態(tài)SO2擴(kuò)散到固體顆粒的表面，SO2穿過CaSO4層滲透并擴(kuò)散到未反應(yīng)的核心部分，以及SO2與核心中的吸附劑反應(yīng)。
通常只有25-45％的低鈣利用率會導(dǎo)致大量的廢物需要處置。因此，如果能夠增加新吸附劑的利用率，可以顯著地改進(jìn)脫硫處理，從經(jīng)濟(jì)和控制污染的角度來看，都可達(dá)到目的。如上所述，在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的有可能增加吸附劑利用率的方法之中，有效的方法是，通過在較低的溫度下，用蒸汽再生使廢吸附劑/灰分水合，并將再生后的吸附劑/灰分循環(huán)回流到燃燒器中。通過這種水合作用以提高吸附劑的利用率可歸因?yàn)镃aO與Ca(OH)2的克分子體積差。為此，當(dāng)將用過的吸附劑/灰分暴露在蒸汽中時(shí)，水和未反應(yīng)CaO之間的強(qiáng)親和力會導(dǎo)致水吸附到顆粒的小孔中，由此使CaO轉(zhuǎn)變?yōu)镃a(OH)2。
圖2借助于標(biāo)號52表示的曲線，描述了在與CaO和Ca(OH)2混合物相平衡的水的分壓。曲線52有效地示出在致使CaO再水合的環(huán)境中的水蒸汽最小分壓與溫度的關(guān)系。曲線52是采用純固體和氣體的自由生成能和熱容計(jì)算出來的。參見圖2，可以看到，在高溫下即250-700℃的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行水合是可能的，水的分壓高達(dá)1.0以上。此外，從圖2還可以看出，Ca(OH)2在低于450℃的溫度下是穩(wěn)定的，其體積百分濕度為60％。這樣，與SO2相比，水蒸汽分子較小，則水滲透到先前未利用的CaO位置就成為可能。此外，在合適的條件下，CaO到Ca(OH)2的就地再水合還會伴隨體積的改變，并隨之而來地使未反應(yīng)的CaO表面暴露，于是，當(dāng)將這種已經(jīng)歷這種CaO就地再水合化的吸附劑顆?；刈⒌窖h(huán)流化床系統(tǒng)如圖1所示的循環(huán)流化床系統(tǒng)10的燃燒器14中時(shí)，它會進(jìn)一步俘獲SO2。
至此，溫度對部分硫化的石灰石水合作用的影響是若干研究的主題。這些研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)在恒定濕度下，將溫度從100℃增加到300℃時(shí)，CaO向Ca(OH)2的轉(zhuǎn)變將降低。另外，這些研究還觀察到隨溫度的降低，水合速率增加。此外，有人認(rèn)為這是歸因于蒸汽達(dá)到活性CaO位置的機(jī)理，并且提出抗蒸汽擴(kuò)散的阻力部分是由于生成的Ca(OH)2使克分子體積增加而引起的。所以，與硫化過程中出現(xiàn)的現(xiàn)象相類似，可能是小孔的堵塞既引起了反應(yīng)速率的降低，又使得最終轉(zhuǎn)化減少，同時(shí)隨著溫度的升高，吸附劑顆粒的小孔被堵塞得越快。
進(jìn)一步參照上述研究，由此還發(fā)現(xiàn)，吸附劑顆粒與蒸汽的水合速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于與水的水合速率。這些研究假設(shè)這是由于水穿過吸附劑顆粒的遷移機(jī)理，而不是由于小孔的堵塞引起的。所以，這些研究認(rèn)為，由于水的表面張力使水分子很快被吸附，并將水吸入吸附劑顆粒的小孔中，在此水與CaO相反應(yīng)。
在這些研究過程中所作的所有試驗(yàn)都是在300℃的溫度下進(jìn)行的。在這些研究中，對在高于300℃的溫度下進(jìn)行再生沒有表現(xiàn)出任何有計(jì)劃的考慮，也許一定程度上是因?yàn)樵?00℃的溫度下，Ca(OH)2的分解變得明顯，熱力學(xué)以及動力學(xué)因數(shù)變得重要的緣故。尤其是，需要蒸汽的最小分壓高于Ca(OH)2分解壓力，以便進(jìn)行再生。
下面參照圖3，其中示出了分別用標(biāo)號54、56和58表示的一組曲線。曲線54、56和58表示的趨勢可結(jié)合熱力學(xué)和動力學(xué)因素來解釋。熱力學(xué)因素以兩個(gè)途徑涉及這種討論。首先，根據(jù)圖2的曲線52，確定是否在特定的溫度下及給定的蒸汽分壓下能進(jìn)行再生。其次，確定熱力學(xué)因素對反應(yīng)速率的影響。
顯然，如圖3中曲線54、56和58所示，溫度和蒸汽分壓的影響可以用再生速率受蒸汽穿過廢灰表層小孔擴(kuò)散的限制來解釋。所以，擴(kuò)散速率與兩個(gè)溫度相關(guān)因素成比例，即擴(kuò)散系數(shù)除以溫度以及推動力。另外，推動力等于在大量氣體內(nèi)和吸附劑顆粒中心(分解壓力)的蒸汽分壓差。至于擴(kuò)散系數(shù)，擴(kuò)散系數(shù)會隨溫度的約1.5-0.5次方而增加，這取決于擴(kuò)散是體積擴(kuò)散還是努森擴(kuò)散。然而，對于給定的蒸汽分壓擴(kuò)散的推動力將隨溫度降低，因?yàn)樵谖絼╊w粒中心部分的蒸汽分壓上升。這兩種相反作用的結(jié)果是使再生速率出現(xiàn)一個(gè)最大值，只要擴(kuò)散系數(shù)隨溫度的大于一次方而變化。圖3曲線54、56和58所示的所有趨勢都表明，由于擴(kuò)散系數(shù)的增加，反應(yīng)速率隨溫度增加到最大。此外，在溫度高于該最大點(diǎn)時(shí)，反應(yīng)速率隨推動力的降低而降低，當(dāng)體積擴(kuò)散等于分解壓力時(shí)，反應(yīng)速率達(dá)到0。
可以在循環(huán)流化床系統(tǒng)10中的幾個(gè)位置得到欲經(jīng)本發(fā)明方法的蒸汽再生的廢灰。也即，可以從灰分冷卻器28，或從J形肘管或密封室40，或從外部流化床熱交換器48得到欲經(jīng)過本發(fā)明方法用蒸汽再生的廢灰。此外，根據(jù)本發(fā)明的方法，還可以預(yù)料，可就地進(jìn)行廢灰的蒸汽再生。也就是說，蒸汽具有雙重功能，即，使從旋風(fēng)分離器32回注到燃燒器14的固體流態(tài)化，同時(shí)該蒸汽還對回注的固體進(jìn)行就地蒸汽再生。為此，如圖1中箭頭60所示，可將用于此目的的蒸汽引入循環(huán)流化床系統(tǒng)10的出口管50。除了就地對廢灰進(jìn)行蒸汽再生以外，最好將經(jīng)過本發(fā)明方法的蒸汽再生之后的廢灰，在12處與欲燃燒的礦物燃料一起回注到燃燒器14中。
由此，根據(jù)本發(fā)明的方法，提供了一種新改進(jìn)的以重復(fù)使用為目的的含未反應(yīng)CaO的吸附劑的再生方法，將吸附劑通入燃燒礦物燃料的燃燒器中，以俘獲在燃燒礦物燃料的燃燒器中礦物燃料燃燒過程中釋放的SO2。此外，本發(fā)明還提供了一種新改進(jìn)的尤其適用于以重復(fù)使用為目的的含未反應(yīng)CaO的吸附劑的再生方法，將吸附劑通入循環(huán)流化床系統(tǒng)的燃燒器中，以俘獲在循環(huán)流化床系統(tǒng)的燃燒器中礦物燃料燃燒過程中釋放的SO2。同樣，根據(jù)本發(fā)明，提供了一種新改進(jìn)的以重復(fù)使用為目的的含未反應(yīng)CaO的吸附劑的再生方法，其特征在于通過使用該方法，能夠顯著地降低俘獲同樣量的SO2所需的吸附劑量。此外，根據(jù)本發(fā)明，提供了一種新改進(jìn)的以重復(fù)使用為目的的含未反應(yīng)CaO的吸附劑的再生方法，其特征在于通過使用該方法，能夠顯著地降低需處置的廢灰量。此外，根據(jù)本發(fā)明，提供了一種新改進(jìn)的以重復(fù)使用為目的的含未反應(yīng)CaO的吸附劑的再生方法，其特征在于通過使用該方法，能夠顯著地降低必須被最終處置的廢灰中的Ca量，由此使廢灰更容易被處置。此外，根據(jù)本發(fā)明，提供了一種新改進(jìn)的以重復(fù)使用為目的的含未反應(yīng)CaO的吸附劑的再生方法，其特征在于無需對燃燒過程進(jìn)行任何改進(jìn)，就可以實(shí)施該方法，由此在燃燒礦物燃料的燃燒器中燃燒礦物燃料，其釋放出的SO2就可以用吸附劑對其進(jìn)行俘獲。另外，根據(jù)本發(fā)明，提供了一種新改進(jìn)的以重復(fù)使用為目的的含未反應(yīng)CaO的吸附劑的再生方法，其特征在于無需對燃燒礦物燃料的燃燒器作任何明顯的設(shè)備改進(jìn)，就可以實(shí)施本發(fā)明的方法，由此在該燃燒器中燃燒礦物燃料，其釋放出的SO2就可以用吸附劑對其進(jìn)行俘獲。另外，根據(jù)本發(fā)明，提供了一種新改進(jìn)的以重復(fù)使用為目的的含未反應(yīng)CaO的吸附劑的再生方法，其特征在于現(xiàn)有的任何形式的燃燒礦物燃料的燃燒器都可以采用本發(fā)明，由此在該燃燒器中燃燒礦物燃料，其釋放出的SO2就可以用吸附劑對其進(jìn)行俘獲。再有，根據(jù)本發(fā)明，提供了一種新改進(jìn)的以重復(fù)使用為目的的含未反應(yīng)CaO的吸附劑的再生方法，其特征在于該方法適用于任何新的燃燒礦物燃料的燃燒器。最后，根據(jù)本發(fā)明，提供了一種新改進(jìn)的以重復(fù)使用為目的的含未反應(yīng)CaO的吸附劑的再生方法，其特征在于該方法適合于改型以應(yīng)用于現(xiàn)有的燃燒礦物燃料的燃燒器。
權(quán)利要求
1.在燃燒礦物燃料的燃燒器中，注入含有Ca的吸附劑，以在燃燒礦物燃料的燃燒器中俘獲礦物燃料燃燒過程中釋放的SO2，一種改進(jìn)的以重復(fù)使用為目的的含有未反應(yīng)CaO的吸附劑的再生方法，該方法由以下步驟組成a、提供一種含有未反應(yīng)CaO的吸附劑的廢灰，該廢灰是在含有Ca的吸附劑存在的情況下，在燃燒礦物燃料的燃燒器中，隨礦物燃料的燃燒而產(chǎn)生的；b、對含有含未反應(yīng)CaO的吸附劑的廢灰提供在預(yù)定溫度和預(yù)定分壓下的蒸汽，使廢灰中的吸附劑中含有的未反應(yīng)的CaO有效地轉(zhuǎn)變?yōu)镃a(OH)2，結(jié)果Ca(OH)2的體積大于CaO的體積，致使吸附劑破碎，從而使Ca(OH)2暴露出來；c、在該燃燒礦物燃料的燃燒器內(nèi)的溫度下，將含有含Ca(OH)2的吸附劑的廢灰回注到燃燒礦物燃料的燃燒器中，使回注廢灰中包含的吸附劑中所含有的Ca(OH)2轉(zhuǎn)變?yōu)镃aO；以及d、利用含有再轉(zhuǎn)變的CaO的吸附劑，在燃燒礦物燃料的燃燒器中俘獲礦物燃料燃燒過程中排放的SO2。
2.一種如權(quán)利要求1所述的在燃燒礦物燃料的燃燒器中，以重復(fù)使用為目的的含有未反應(yīng)CaO的吸附劑的再生方法，其中為含有含未反應(yīng)CaO的吸附劑提供250-700℃溫度范圍內(nèi)的蒸汽。
3.一種如權(quán)利要求2所述的在燃燒礦物燃料的燃燒器中，以重復(fù)使用為目的的含有未反應(yīng)CaO的吸附劑的再生方法，其中為含有含未反應(yīng)CaO的吸附劑的廢灰提供0.0-1.2分壓范圍內(nèi)的蒸汽。
4.一種如權(quán)利要求1所述的在燃燒礦物燃料的燃燒器中，以重復(fù)使用為目的的含有未反應(yīng)CaO的吸附劑的再生方法，其中在燃燒礦物燃料的燃燒器內(nèi)超過580℃的溫度下，將含有含Ca(OH)2的吸附劑的廢灰回注到燃燒礦物燃料的燃燒器中。
5.一種如權(quán)利要求1所述的在燃燒礦物燃料的燃燒器中，以重復(fù)使用為目的的含有未反應(yīng)CaO的吸附劑的再生方法，其中在燃燒礦物燃料的燃燒器外部，為含有含未反應(yīng)CaO的吸附劑的廢灰提供蒸汽。
6.一種如權(quán)利要求1所述的在燃燒礦物燃料的燃燒器中，以重復(fù)使用為目的的含有未反應(yīng)CaO的吸附劑的再生方法，其中為含有含未反應(yīng)CaO的吸附劑的廢灰就地提供蒸汽。
7.在一個(gè)包括燃燒器、旋風(fēng)分離器和熱交換器的循環(huán)流化床系統(tǒng)中，將含有Ca的吸附劑注入循環(huán)流化床系統(tǒng)的燃燒器中，以在循環(huán)流化床系統(tǒng)的燃燒器中俘獲礦物燃料燃燒過程中釋放的SO2，一種改進(jìn)的以重復(fù)使用為目的的含有未反應(yīng)CaO的吸附劑的再生方法，該方法由以下步驟組成a、提供一種含有未反應(yīng)CaO的吸附劑的廢灰，該廢灰是在含有Ca的吸附劑存在的情況下，在循環(huán)流化床系統(tǒng)的燃燒器中，隨礦物燃料的燃燒而產(chǎn)生的；b、為含有含未反應(yīng)CaO的吸附劑的廢灰提供在預(yù)定溫度和預(yù)定分壓下的蒸汽，使廢灰中的吸附劑中含有的未反應(yīng)的CaO有效地轉(zhuǎn)變?yōu)镃a(OH)2，結(jié)果Ca(OH)2的體積大于CaO的體積，致使吸附劑破碎，從而使Ca(OH)2暴露出來；c、在該循環(huán)流化床系統(tǒng)的燃燒器內(nèi)的溫度下，將含有含Ca(OH)2的吸附劑的廢灰回注到循環(huán)流化床系統(tǒng)的燃燒器中，使廢灰中包含的吸附劑中所含有的Ca(OH)2轉(zhuǎn)變?yōu)镃aO；以及d、利用含有再轉(zhuǎn)變的CaO的吸附劑，在循環(huán)流化床系統(tǒng)的燃燒器中俘獲礦物燃料燃燒過程中排放的SO2。
8.一種如權(quán)利要求7所述的在循環(huán)流化床系統(tǒng)的燃燒器中，以重復(fù)使用為目的的含有未反應(yīng)CaO的吸附劑的再生方法，其中為含有含未反應(yīng)CaO的吸附劑提供250-700℃溫度范圍內(nèi)的蒸汽。
9.一種如權(quán)利要求8所述的在循環(huán)流化床系統(tǒng)的燃燒器中，以重復(fù)使用為目的的含未反應(yīng)CaO的吸附劑的再生方法，其中為含有含未反應(yīng)CaO的吸附劑的廢灰提供0.0-1.2分壓范圍內(nèi)的蒸汽。
10.一種如權(quán)利要求7所述的在循環(huán)流化床系統(tǒng)的燃燒器中，以重復(fù)使用為目的的含有未反應(yīng)CaO的吸附劑的再生方法，其中在循環(huán)流化床系統(tǒng)的燃燒器內(nèi)超過580℃的溫度下，將含有含Ca(OH)2的吸附劑的廢灰回注到循環(huán)流化床系統(tǒng)的燃燒器中。
11.一種如權(quán)利要求7所述的在循環(huán)流化床系統(tǒng)的燃燒器中，以重復(fù)使用為目的的含有未反應(yīng)CaO的吸附劑的再生方法，其中提供的含有含未反應(yīng)CaO的吸附劑的廢灰是從循環(huán)流化床系統(tǒng)的燃燒器中得到的。
12.一種如權(quán)利要求7所述的在循環(huán)流化床系統(tǒng)的燃燒器中，以重復(fù)使用為目的的含未反應(yīng)CaO的吸附劑的再生方法，其中提供的含有含，未反應(yīng)CaO的吸附劑的廢灰是從循環(huán)流化床系統(tǒng)的旋風(fēng)分離器中得到的。
13.一種如權(quán)利要求7所述的在循環(huán)流化床系統(tǒng)的燃燒器中，以重復(fù)使用為目的的含有未反應(yīng)CaO的吸附劑的再生方法，其中提供的含有含未反應(yīng)CaO的吸附劑的廢灰是從循環(huán)流化床系統(tǒng)的熱交換器中得到的。
14.一種如權(quán)利要求7所述的在循環(huán)流化床系統(tǒng)的燃燒器中，以重復(fù)使用為目的的含有未反應(yīng)CaO的吸附劑的再生方法，其中在循環(huán)流化床系統(tǒng)的外部，為含有含未反應(yīng)CaO的吸附劑的廢灰提供蒸汽。
15.一種如權(quán)利要求7所述的在循環(huán)流化床系統(tǒng)的燃燒器中，以重復(fù)使用為目的的含有未反應(yīng)CaO的吸附劑的再生方法，其中為含有含未反應(yīng)CaO的吸附劑的廢灰就地提供蒸汽。
全文摘要
一種以重復(fù)使用為目的的包含在廢灰中的含未反應(yīng)CaO的吸附劑的再生方法,該廢灰是在含有Ca的吸附劑存在的情況下,在燃燒礦物燃料的燃燒器(14)中,隨礦物燃料的燃燒而產(chǎn)生的。含有未反應(yīng)CaO的吸附劑經(jīng)預(yù)定溫度和預(yù)定分壓下的蒸汽處理,使未反應(yīng)的CaO有效地轉(zhuǎn)變?yōu)镃a(OH)
文檔編號B01J20/30GK1199353SQ96197493
公開日1998年11月18日 申請日期1996年7月29日 優(yōu)先權(quán)日1995年8月21日
發(fā)明者邱正海 申請人:Abb研究有限公司