烟道气净化方法
【专利说明】
[0001] 本申请是如下发明专利申请的分案申请：申请日为"2010年04月02日"，申请号为 "201010224034.0"，发明名称为"烟道气净化方法"。
技术领域
[0002] 本发明设及由烟道气处理的副产物生产钟基肥料或氮基肥料的方法。
【背景技术】
[0003] 净化烟道气的方法受到关注。虽然建议了许多方法，但许多产生非常有害的副产 物或需要昂贵的投入。
【发明内容】
[0004] 根据本发明的宽泛方面，提供了从含有S0x、HCl、HF和NOx化合物的烟道气流中分 离肥料盐前体的方法，所述方法包含W下步骤:提供烟道气流;处理烟道气W形成原料，所 述处理包括:干式注入洗涂操作;湿式洗涂操作；和二氧化碳捕集操作;通过转化步骤使所 述原料转化从而形成碳酸氨钢沉淀，所述转化步骤包括：向原料添加含有碳酸氨锭和芒硝 (Glauber's salt)的复合盐;将如下中的至少一种加入到原料中：二氧化碳和氨气;或碳酸 氨锭;维持锭与钢之比不小于1;从来自步骤(iii)的溶液中除去所述碳酸氨钢沉淀;将来自 步骤(c)(iv)的所述溶液与复盐混合;冷却来自步骤(d)的所述混合物W形成复合盐;使复 合盐沉淀并从来自步骤(e)的溶液中除去该复合盐;从来自步骤(f)的溶液中除去残留的碳 酸氨盐;将来自步骤(f)的所述溶液与由步骤(a)至(g)制得的母液混合，并进一步冷却W沉 淀出并从中除去复盐并且由此浓缩和除去锭盐;冷却来自步骤化)的混合物W使复盐沉淀； 将来自步骤（i)的沉淀的复盐与溶液分开并再循环到步骤C; W及通过浓缩步骤(j)的溶液 来回收锭盐。
[0005] 根据本发明的另一个宽泛方面，提供了从原料中除去二氧化碳的方法;包括:处理 烟道气流W除去基本上所有的S0x、HCl、HF、隶和NOr污染物;冷却烟道气流至溫度为100-175°F;在有水存在的环境中将烟道气暴露于基本上纯的碳酸钢从而从所述烟道气流中除 去二氧化碳W产生碳酸化的碳酸钢;将所述产生的碳酸化的碳酸钢加热至200-350°F的溫 度W释放二氧化碳和水从而产生基本上纯的碳酸钢；W及将所述基本上纯的碳酸钢再循环 回到步骤(a) W从烟道气流中除去二氧化碳。
[0006] 应当理解的是，由下面的详细描述，本发明的其它方面对于本领域技术人员将变 得显而易见，其中W说明方式显示和描述了本发明的各种实施方案。将要认识到的是，本发 明能够为其它的和不同的实施方案，并且其若干细节能够在各个其它方面进行修改，均不 背离本发明的精神和范围。因此认为附图和详细描述在本质上是说明性的而非限制性的。
【附图说明】
[0007] 参考附图，在图中W举例方式而不W限制方式详细地描述了本发明的若干方面， 其中：
[000引图1是本发明的示意性流程图。
[0009] 图2是本发明一个实施方案的示意性流程图。
[0010] 图2A是本发明一个实施方案的示意性流程图。
[0011] 图3是本发明一个实施方案的示意性流程图。
[0012] 图3A是本发明一个实施方案的示意性流程图。
[0013] 图4是本发明一个实施方案的示意性流程图。
[0014] 图5和6是本发明一个实施方案中设及碳酸氨钢沉淀步骤的化学平衡的化necke 图。
[0015] 图7是本发明一个实施方案中设及复合盐沉淀步骤的化学平衡的化necke图。
[0016] 图8是溫度-组成相图，其表示设及由含有锭、硫酸根和钢离子的溶液生产硫酸锭 的化学平衡。
[0017] 图9是本发明一个实施方案的湿式洗涂器处理的示意性流程图。
[001引发明详述
[0019] 下面结合附图给出的详细描述意欲作为本发明的说明并且不意欲代表发明人所 预期到的仅有的实施方案。所述详细描述包括具体细节W提供对本发明的全面理解。然而， 对于本领域技术人员明显的是，可W在没有运些具体细节的情况下实施本发明。
[0020] 本发明是利用由来自烟道气处理的副产物组成的原料制造肥料的方法。在制造过 程中，所述原料至少提供用于各种化学反应的硫酸钢、二氧化碳和硝酸钢反应物。原料还可 W含有其它化合物例如亚硫酸钢、碳酸钢、氯化钢、氣化钢和亚硝酸钢。可W将原料预处理 W提高反应物硫酸钢和硝酸钢的纯度。可W利用结晶处理从原料提取碳酸氨钢，所述该碳 酸氨钢可在各种上游、预处理过程中使用。所得肥料可含有硫酸锭和硝酸锭。
[0021] 可W处理烟道气W除去化石燃料燃烧的副产物，例如空气污染物和包括但不限于 隶的毒物。所述处理可W产生副产物，该副产物可包含用于肥料生产的可行的原料例如硫 酸钢和硝酸钢。
[0022] 肥料制造
[0023] 在图1中，描述了根据第一实施方案的用于制造肥料的总过程并将其整体地作为 数字10加 W标注。W下还将讨论的是，原料120可通过通常标为100的过程进行预处理W除 去烟道气生产过程的副产物。此外，在过程100后，可接着进一步处理原料W提高溶质浓度 从而使原料变得饱和或者接近饱和W便使进料到结晶器的硫酸钢、硝酸钢和碳酸氨锭或者 二氧化碳和氨的单程转化率最大化。在图2所示的流程图中，例如，简单蒸发12驱除水汽并 因此提高硫酸钢和硝酸钢在溶液原料中的浓度。可W使用任何合适的方法来实现运种作 用。
[0024] 该细节在实现原料100%转化为碳酸氨钢和用于肥料生产的反应物所需的循环料 流的量的最小化方面是重要的。循环料流的量的最小化设及结晶器中最佳的锭与钢之比， 并且运可将反应物到碳酸氨钢的单程转化率从低至30%提高到高至65%。通过使单程转化 率最大化，该过程的能量消耗可降低到原来的1/10。
[0025] 已发现，对于碳酸氨钢沉淀步骤最佳的锭与钢的原料比是使锭稍微过量的比率 (1.01-1.10的比率）。虽然在单程基础上，锭与钢之比为0.912产生最大的到碳酸氨钢的单 程转化率，但由过量的钢引起的大的循环料流的量迅速地使过程经济可行性劣化。
[0026] 硫酸钢和硝酸钢的制备可在容器12中进行，并且一旦制得，则将溶液转移到沉淀 器14W使碳酸氨钢沉淀。通过将二氧化碳气体和氨液体或氨气或溶液中的碳酸氨锭与复合 盐(产生自W下另外讨论的其它单元操作的碳酸氨锭和芒硝)一起W恰当的组合加入来完 成运种沉淀过程从而获得先前讨论的最佳的锭与钢之比。在进一步的复合盐沉淀步骤18 中，复合盐沉淀中的复盐污染物(含有硫酸锭产物)将通过降低碳酸氨钢结晶器的单程效率 而将降低总过程效率。可意识到的是，复合盐沉淀步骤18可在沉淀器14或分离容器中进行。 对于本领域技术人员而言，复合盐中的复盐夹杂物将化necke(见图5和实施例1)上的反应 物点拉向碳酸氨钢/碳酸氨锭溶解度线，运通过使用杠杆定律将降低单程处理的效率。此 夕h发现维持容器14中复合浆料的溫度在95-104°F的碳酸氨钢沉淀的最佳范围内是最佳 的。
[0027] 可W使用设及碳酸氨钢沉淀步骤的化学平衡W在容器14中使到碳酸氨钢的单程 转化率最大化。在碳酸氨钢沉淀器中使单程转化率最大化的能力允许本领域技术人员使本 发明的经济性最优化并且确保经济可行性。然后在分离器16例如离屯、分离机中分离碳酸氨 钢沉淀和溶液，其中将固体分离并在干燥器中干燥W包含高纯度的碳酸氨钢源。如下文将 进一步讨论的，高纯度碳酸氨钢源可W用于上游的预处理过程中。
[0028] 然后在容器18中将来自分离器16的液体与产生自其它单元操作的硫酸锭/硫酸钢 复盐W及可能地与若干水混合并冷却（最佳地在28.4-35.6°F)从而产生碳酸氨锭/芒硝复 合盐的沉淀。28.4-35.6°F的溫度范围是最佳的，但对本领域技术人员应该明显的是，更宽 的溫度范围将是可行的，尽管不那么有效率。在分离器20中从溶液中分离复合盐。然后将该 复合盐作为代表未使用的反应物的复合盐而并非产物(硫酸锭）中的离子再引入到容器14 中的碳酸氨钢沉淀阶段。复合盐沉淀步骤中的水和碳酸氨根的浓度非常重要。如果水和碳 酸氨根的浓度不当，则硫酸钢/硫酸锭复盐也可沉淀并且污染复合盐。照此，必须向该步骤 加入适当量的水和二氧化碳形式的碳酸氨根W确保仅复合盐沉淀。待加入至容器18的二氧 化碳的可能来源包括在碳酸氨钢沉淀步骤中产生的二氧化碳、产生自其它碳酸氨盐去除步 骤的二氧化碳或外部的二氧化碳来源。
[0029] 复合盐的沉淀和再循环对W经济的方式获得钢盐原料到碳酸氨钢的接近100%的 转化率是必要的。没有复合盐沉淀步骤的情况下，所有来自容器14的未转化的碳酸氨盐将 向前供应到酸化步骤22,并且将必须作为气体二氧化碳加 W回收和再循环。本领域技术人 员易于认可到的是，将作为固体而不是气体来再循环未转化的碳酸氨盐能量密集程度低很 多。此外，如果含有硫酸锭或硝酸锭(过程产物)的复盐污染了复合盐沉淀，则硫酸锭不必再 循环回到所述过程的开始，若再循环则通过由降低的单程转化率产生的提高的能量消耗将 导致过程可行性的进一步劣化。
[0030] 然后通过数字22所宽泛地表示的酸化操作处理来自容器18的溶液W从溶液中除 去残留的碳酸氨盐。残留碳酸氨盐的去除对在进一步的单元操作中生产纯的硫酸锭和硝酸 锭肥料是必要的。酸化可W包括任何合适的酸处理例如硫酸。一旦硫酸接触该溶液，由于依 赖碳酸氨根离子和水合二氧化碳之间的pH平衡，碳酸盐作为二氧化碳从该溶液中释放出 来。然后二氧化碳通过管线24返回到容器14或18。然后将溶液与产生自下游硫酸锭浓缩步 骤32的母液混合，转移到容器26并且冷却(最佳地为28.4-35.6°巧W沉淀复盐。通过分离器 28