干吸附剂喷射(dsi)回收系统及其方法
【专利说明】干吸附剂喷射（DSI)回收系统及其方法
[0001] 本申请主张在2013年1月18日提交的美国临时专利申请No. 61/754, 477的权益， 将其通过援引全部加入本申请中，如同将其全部列入本申请中。 技术背景
技术领域
[0002]
[0003] 本发明一般涉及用于从固体废物中回收碳酸氢钠的系统和方法，更具体地涉及从 燃煤电厂的收集自用于减少燃烧过程的污染的喷射过程的下游的粉煤灰中回收碳酸氢钠 的方法和系统。
[0004] 相关技术的讨论
[0005] 使用钠基吸附剂的干吸附剂喷射（DSI)是被用于控制在诸如由粉煤燃烧发电厂 排放的燃烧后烟道气中的SOjP其他酸性气体的排放量的公认技术。所述干吸附剂，通常 是二水合二碳酸氢三钠或碳酸氢钠，在诸如袋滤室或静电除尘器（ESP)的微粒控制装置的 上游被喷射到烟道气中。干吸附剂与酸性气体反应，以制备固体副产物（在302控制的情 况下为硫酸钠）。这些反应产物，以及未反应的吸附剂，与粉煤灰一起被微粒控制装置从烟 道气中去除。所得的粉煤灰混合物通常被填埋。
[0006] 由于在502控制的情况下的钠吸附剂成本高以及化学品的过度使用，DSI系统受累 于高运营费用。在SO2应用中为了 90%的去除率的目标，标准化的化学计量比（NSR)的值 (其定义为烟道气中每摩尔SO2K喷射的Na 2的摩尔数）范围可以高达3或更高，而每去除 1摩尔302的理论需要量为1摩尔Na 2。因此，配置用于去除SO2S其它污染物的大部分DSI 系统局限于燃烧低硫煤且去除率通常远低于90%的工厂、或者剩余寿命短的工厂。此外，后 DSI粉煤灰中存在的高钠浓度已被证明能增加来自粉煤灰的金属的浸出性，增强对后DSI 粉煤灰的处置的关注。煤燃烧产物的浸出行为和在道路建设中的环境影响的描述参考美国 交通部的石开究。见 Wang 等人，Center for Transportation infrastructure and Safety/ NUTC Program for the U.S. Department of Transportation, April 2011，其通过援引加 入本文，如同将其全部列入本申请中。
[0007] 因此，需要解决上述问题和其它问题的装置、方法和/或系统。
【发明内容】
[0008] 因此，本发明涉及干吸附剂喷射回收系统及其方法，其基本上消除了由于相关技 术的限制和缺点导致的一个或多个问题。
[0009] 本发明的优点是提供用于减少干吸附剂喷射过程的操作成本的回收的吸附剂。
[0010] 本发明的另一个优点是降低后干吸附剂喷射粉煤灰的钠浓度。
[0011] 本发明的另一个优点是降低后干吸附剂喷射粉煤灰的pH值。
[0012] 本发明的另一个优点是减小后干吸附剂喷射粉煤灰的重金属的浸出性。
[0013] 本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分将在说明书中显而 易见，或者可以通过本发明的实施而得知。本发明的目标和其它优点将可通过在书面说明 书及其权利要求书以及附图中指出的结构来实现和取得。
[0014] 本发明的实施方案涉及用于从固体废物中回收碳酸氢钠的系统和方法，更具体地 涉及从燃煤电厂的收集自用于减少燃烧过程的污染的喷射过程的下游的粉煤灰中回收碳 酸氢钠的方法和系统。
[0015] 另一个实施方案涉及用于从利用在喷射过程中的干吸附剂减少工业过程的污染 的工业过程的固体废物中回收碳酸氢钠的方法。所述方法包括让固体废物在一系列水溶液 反应中发生反应以制备反应产物，并使所述反应产物与二氧化碳反应以回收碳酸氢钠。
[0016] 本发明的另一个实施方案涉及从将干吸附剂喷射过程用于烟道气脱硫的燃煤电 厂燃烧过程的固体废物中回收碳酸氢钠的方法。所述方法包括制备包含所述固体废物和水 的含水混合物以制备碳酸钙和氢氧化钠，并将所述氢氧化钠暴露于二氧化碳以制备碳酸氢 钠。
[0017] 本发明的另一个实施方案涉及用于从工业过程的固体废物中回收碳酸氢钠的系 统。所述系统包括第一反应器单元，其对包括碳酸钠和氢氧化钙的固体废物的含水混合物 具有可操作性来制备碳酸钙和氢氧化钠。第二反应器单元是与所述第一反应器单元连通 的，并且第二反应器可操作以使碳酸钠、氢氧化钠和二氧化碳反应来制备碳酸氢钠。第三 反应器单元是与第二反应器单元连通的，并且可操作以使碳酸氢钠与碱土金属氢氧化物反 应，以制备碱土金属碳酸盐和/或氢氧化钠。所述第一、第二和第三反应器是串联的。本发 明的实施方案独立于NSR (喷射的摩尔数/气体入口处的SO 2的摩尔数）。
[0018] 本
【发明内容】
部分既不旨在也不应被解释为代表本公开的全部程度和范围。本公开 的额外的益处、特征和实施方案示于本申请的附图和说明书中，以及如同权利要求书所描 述的。因此，应当理解的是，本
【发明内容】
部分可能不包含所有的本申请所要求保护的方面和 实施方案。
[0019] 此外，本申请的公开并不意味着以任何方式限制或约束。此外，本公开的目的是提 供本领域的普通技术人员对于支持权利要求书的一个或多个代表性的实施方案的理解。因 此，重要的是，权利要求书被认为具有包括本公开的多种特征的构造的范围，只要它们不脱 离与本公开（包括原始提交的权利要求书）相一致的方法和设备的范围。此外，本公开意 在包含和包括本公开的明显的改进以及修改。
【附图说明】
[0020] 附图，其被包括以提供对本发明的进一步理解，而且被加入并构成本说明书的部 分，说明本发明的实施方案，并且与说明书一起用于解释本发明的原理。
[0021] 在附图中：图1显示根据本发明实施方案的吸附剂回收方法和系统的示例图；
[0022] 图2说明根据本发明的另一个实施方案的用于从固体废物中回收碳酸氢钠的分 批方法和系统的示例图；
[0023] 图3说明根据本发明的另一个实施方案的从固体废物中回收碳酸氢钠的连续方 法和系统的示例图；
[0024] 图4说明根据本发明的另一个实施方案的从固体废物中回收碳酸氢钠的连续方 法和系统的示例图；
[0025] 图5显示根据本发明的另一个实施方案的用于分离碳酸钙和粉煤灰副产物的方 法和系统的示例图；
[0026] 图6说明根据实施例6-9的从含NaCl的溶液中沉淀出来时的NaHCO3纯度的示例 图；
[0027] 图7说明根据实施例6-9的随着氯化钠浓度增加的碳酸氢钠的回收百分率的示例 性图；以及
[0028] 图8A说明根据实施例22的原料粉煤灰粒径分布的示例图；
[0029] 图8B说明根据实施例22的研磨的粉煤灰粒径分布的示例图；并且
[0030] 图8C说明根据实施例22的加工后的粉煤灰粒径分布的示例图。 具体实施方案
[0031] 为了更全面地理解本公开并提供其它相关的特征，每则下文的参考文献的整体通 过援引加入本申请中：
[0032] (I)Byrns的美国专利No. 2, 626, 852,其公开从含有碳酸钠的盐水中回收二碳酸 氢三钠 （sodium sesquicarbonate)的方法。
[0033] (2)Pike的美国专利No. 2, 704, 239,其公开了用二水合二碳酸氢三钠制备纯碱 (soda ash)〇
[0034] (3)Fonseca的美国专利No. 3, 846, 535,其公开了使用吸收剂碳酸氢钠或碳酸氢 钾从含氧化硫的气体混合物中吸收氧化硫并且再生所述吸收剂的方法。
[0035] (4)Pinsky等人的美国专利No. 4, 344, 650,其公开了从地下的二水合二碳酸氢三 钠矿床中回收碱值的回收方法。矿石通过溶液采矿与含氢氧化钠的水性采矿溶剂接触，所 得到的含~&20)3溶液被抽出和充二氧化碳，而且二碳酸氢三钠和/或碳酸氢钠被结晶并从 所述溶液中分离。结晶的固体在直接燃煤煅烧炉（direct coal-fired calciner)中煅烧， 所得到的无水纯碱在水中再结晶，以形成一水碳酸钠或无水碳酸钠，其被回收作为致密碱 产物。水性采矿溶剂通过对多种液流中的一种或多种苛化而再生，所述回收循环被重复。
[0036] (5)提供Lowell等人的美国专利No. 4, 385, 039,其公开从废气中去除氧化硫的方 法。气体与选自碳酸氢钠、二水合二碳酸氢三钠和活化的碳酸钠中的吸附剂接触，利用含有 硼酸根离子的碱性液体，从而减少流速和碱度的损失，废吸附剂（spent sorbent)用碱土金 属氧化物或氢氧化物再生。
[0037] (6) Frint的美国专利No. 4, 401，635,其公开了通过二水合二碳酸氢三钠接触含 氢氧化钠的水性采矿溶液并随后利用在所得到的含盐和含碳酸钠的溶液中含有的碱值，从 而从伴生氯化钠的二水合二碳酸氢三钠矿石的地下矿床中回收碱值。所述碱值（alkali value)优选作为无盐的一水碳酸钠被结晶，其被干燥以回收纯碱。然后，处理包含所有盐的 母液，以制备氢氧化钠稀溶液，其可以在从二水合二碳酸氢三钠中回收额外的碱值的回收 方法中被用作水性采矿溶液。
[0038] (7)提供Lowell等人的美国专利No. 4, 481，172,其公开从废气中去除氧化硫的方 法。气体与活化的碳酸钠吸附剂接触，利用碱性氨水以便减小流速和碱度的损失，废吸附剂 用碱土金属氧化物或氢氧化物再生。
[0039] (8)Cryan等人的美国专利No. 4, 555, 391，其公开了在干喷射烟道气脱硫过程中 通过将从袋滤室的过滤器中收集到的吸附剂的一部分连同新鲜吸附剂重新喷射到热烟道 气流中提高碱型干吸附剂的利用率，而不牺牲SO2的去除效率；回收的吸附剂在重新喷射之 前任选地被冷却到低于所述袋滤器的温度。
[0040] (9)Chlanda等人的美国专利No. 4, 584, 077,其公开用于将包含碳酸钠和碳酸氢 钠的物质，如二水合二碳酸氢三钠的干式采矿床或地下矿床，转化成基本上不含碳酸氢钠 的含碳酸钠液体的方法和系统。所述方法和系统结合以下特征：(a)形成包含碳酸钠和碳 酸氢钠的水溶液；(b)从所述溶液中除去所述碳酸氢钠的一部分，以形成包含碳酸钠和减 量的碳酸氢钠的母液；(c)使所述母液通过让水液体循环通过电渗析水裂解器进行电渗析 水裂解，以制备基本上不含碳酸氢钠的包含碳酸钠的液体反应产物；以及（d)从电渗析水 裂解器中抽取基本上不含碳酸氢钠的包含碳酸钠的液体反应产物。从水裂解器去除的碳酸 钠溶液可以原样使用，或进行进一步加工，以制备更浓缩的最终产物。两个或三个隔室的电 渗析水裂解器均可以使用。该发明还详细介绍了通过电渗析过程分离碳酸钠的有效方法和 系统，所述电渗析过程排除了水裂解器中的CO2气体的制备。
[0041 ] (10) Sarapata等人的美国专利No. 4, 664, 893,其公开了用于碱金属或碳酸铵的 干碳化的方法，其利用含有低二氧化碳的碳酸化气流，并且更具体地，对于低二氧化碳含量 的烟道气本身的烟道气脱硫有用的碳酸氢盐吸附剂的制备方法。
[0042] (11) Zolotoochin等人的美国专利No. 5, 989, 505,其公开了用于从二水合二碳酸 氢三钠回收碱值的方法，其中二水合二碳酸氢三钠被溶解，在进料溶液中的碳酸钠通过通 入二氧化碳被转化为碳酸氢钠，碳酸氢钠被结晶并从母液中分离，通过通入空气形成循环 的溶解溶液（其用于溶解二水合二碳酸氢三钠），母液中的碳酸氢钠被转化为碳酸钠。
[0043] (12)Detournay等人的美国专利No. 8, 206, 670,其公开了用于制备净化烟道气的 碳酸氢钠的方法，根据所述方法，含硫酸钠的水溶液进行电渗析以制备氢氧化钠溶液和硫 酸氢钠溶液，所述氢氧化钠溶液被碳酸化以获得碳酸氢钠。
[0044] (13)Kropf的美国专利申请公开No. 2012/0063974,其公开了制备适于烟道气脱 硫的二水合二碳酸氢三钠的方法，其包括机械开采含不溶性杂质的二水合二碳酸氢三钠矿 床；破碎开采的二水合二碳酸氢三钠矿石以制备未煅烧富含二水合二碳酸氢三钠的颗粒 和富含杂质的颗粒的混合物；对粉碎的未煅烧的二水合二碳酸氢三钠矿石进行选矿，以获 得富二水合二碳酸氢三钠而贫杂质的矿石部分；并且在非煅烧条件下干燥富二水合二碳 酸氢三钠矿石部分，得到干燥的未煅烧的二水合二碳酸氢三钠矿石。优选的实施方案包括 同时研磨和干燥富二水合二碳酸氢三钠而贫杂质的矿石部分，以回收具有低水分含量和高 NaHC03:Na2C03比例的二水合二碳酸氢三钠产物，其可用于烟道气流的高效干喷射脱硫。
[0045] 本发明的一个或多个实施方案涉及用于从工业过程的固体废物中回收碳酸氢钠 的系统和方法，更具体地涉及从燃煤电厂的收集自用于减少工业过程的污染的喷射过程的 下游的粉煤灰中回收碳酸氢钠的方法和系统。
[0046] 在一个实施方案中，本文描述的回收DSI过程所得到的粉煤灰中发现的钠值的过 程包括用于将钠盐转化为氢氧化钠的石灰。然后，氢氧化钠反应形成碳酸氢钠或二水合二 碳酸氢三钠。碳酸氢钠和/或二水合二碳酸氢三钠可以回收到DSI处理单元，其被配置以 除去酸性气体或其它污染物。
[0047] 在另一个实施方案中，诸如氢氧化钡或氢氧化锶的碱土金属氢氧化物可以被用来 回收存在于后DSI粉煤灰中的钠值，例如，后DSI粉煤灰溶