干吸附剂喷射(dsi)回收系统及其方法_4

文档序号:9290654阅读:来源:国知局
际上,初始Na 2C03浓度将 依赖于DSI过程的标准化的化学计量比(NSR)。离开304的Na2CO3*度取决于粉煤灰中石 灰的浓度以及在物流312中加入的额外的石灰(如果有的话)的量。
[0111] 步骤3。0)2通过物流334供给到鼓泡罐326。请注意,CO2可以从烟道气的滑流 (slipstream)提供,优选取自DSI系统的下游和袋滤室,从而酸性气体浓度较低。任选地, 所述鼓泡罐326是密封的,以允许CO2的回收(未示出)。在鼓泡罐326中,CO 2与NaOH和 Na2CO3反应,以制备NaHCO3。鼓泡罐中的停留时间是在约40至约100分钟或更长的时间范 围内,以允许完全转化为NaHCO3。需要注意的是,可以使用任何气-液接触器(gas-liquid contactor)来代替鼓泡罐。在物流336中离开鼓泡罐的混合物具有非常低的OH浓度(pH 值约7-9)。输出338是排气输出。根据反应式19和20的下列反应发生在所述鼓泡罐326 内:
[0112] NaOH(水溶液)+CO2 (气体)->NaHC03 (固体)(反应式 19)
[0113] Na2CO3 (水溶液)+CO2 (气体)+H2O (水溶液)_>2NaHC03 (固体)(反应式 20)
[0114] 步骤4。输出336被送到具有输出342的栗340,输出342在过滤单元344中经历 过滤过程,以滤除碳酸氢钠产物。来自过滤过程的液流348,其包括与鼓泡反应的固体产物 平衡的溶解的NaHCO3以及溶解的Na2SOjP NaCl,经由出口 348至具有输出352的热交换器 350以除去反应热,被传送到石灰加料罐346。可替代地,热交换器350可以被集成到鼓泡 罐326内,或者可以位于栗340和过滤过程344之间。所需的产物碳酸氢钠在固体流354 内离开过滤过程344。然后,任选地在低温干燥器中干燥碳酸氢钠至DSI过程所要求的规定 的水分含量,以避免在干燥过程中经由具有输出358的干燥单元356煅烧Na2C03。
[0115] 步骤5。通过物流360,石灰被加入到石灰加料罐346。停留时间是约30分钟或 更长。由于NaOH和/或Na2CO3的形成,在罐346中的OH和CO 32的组合浓度增加到约0. 1 到约0. 5M的范围。碳酸钙和硫酸钙也在石灰加料罐346内形成。根据反应式21、22和23 的以下反应发生在石灰加料罐446内。
[0116] 2NaHC03 (水溶液)+Ca (OH) 2 (水溶液)->CaC03 (固体)+Na2CO3 (水溶液)+2H20 (水 溶液)(反应式21)
[0117] Na2CO3 (水溶液)+Ca (OH) 2 (水溶液)->CaC03 (固体)+2Na0H (水溶液)(反应式 22)
[0118] Na2S04+Ca (OH) 2+2H20_>CaS04 · 2H20+2Na0H (反应式 23)
[0119] 在替代实施方案中,如参照本文的反应式8和9的描述,反应式23可利用 Ba (OH) 2 · ηΗ20 或者 Sr (OH) 2 · ηΗ20。
[0120] 步骤6。所述石灰加料罐362的输出被送到具有输出366的栗364,输出366通过 过滤单元368经历过滤过程。液流370通过具有输出410的热交换器372以除去反应热,被 回收到罐304。可替代地,热交换器372可以被集成到反应罐346内,或者可以位于栗364 和过滤过程368之间。含有碳酸钙和硫酸钙的固体流374被从这种过程中取出。可替代地, 如果不期望CaCOjP /或CaSO 4副产物,物流366可绕过过滤单元368而被直接送到热交换 器 372。
[0121] 图4显示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。
[0122] 参考图4,所述连续方法一般参考数字400显示。所述方法400被用于从利用用于 排放控制的钠基干吸附剂喷射系统的燃煤电厂燃烧的固体废物中回收碳酸氢钠。排放控制 可以包括任何类型的排放控制,例如脱硫。这种连续方法的实施方案就步骤1-6来描述,但 所述方法能够以任何顺序进行,并且采用这些步骤的顺序仅仅是为了描述的简单性,并且 所述方法并不意在局限于这种特定的顺序。
[0123] 附加的第四罐468被用于本实施方案中。在这个第四罐468中,使用HCl中和离 开罐446的流体之后,硫酸钠(Na2SO4)被转化为NaOH。这种中和步骤的原因在于它允许硫 酸钙的完全沉淀,从而回收作为碳酸氢钠的相关的钠值,并防止硫酸钠由于其在回收操作 中的积累而污染产物碳酸氢钠。
[0124] 步骤1。粉煤灰是经由物流402输入的。所述粉煤灰,其可以从具有钠基干吸附剂 喷射(DSI)系统的发电厂的颗粒去除装置收集,通过物流402被供给到搅拌罐404。粉煤灰 含有来自DSI过程中干吸附剂与烟道气反应的钠和残余碳酸钠。如果水平衡需要滤饼洗涤 水408之外的额外的水,水406被添加到罐404。在罐404中的混合物的停留时间的范围为 约30至约60分钟或更长。碳酸钠溶解到溶液中,而硫酸钠不溶解,因为稳态的硫酸钠将由 于回收物流410中的高浓度而到达饱和。由于在混合罐404内NaOH的形成,所述OH浓度 增加至约0. 5-0. 7M(pH值约13或更大)。利用在粉煤灰原有的CaO,根据反应式24和25 的反应发生在混合罐404内。
[0125] CaO (固体)+H2O (水溶液)_>Ca (OH) 2 (水溶液)(反应式24)
[0126] Na2CO3 (水溶液)+Ca (OH) 2 (水溶液)->CaC03 (固体)+2Na0H (水溶液)(反应式 25)
[0127] 根据在粉煤灰中的CaO浓度,根据达到将Na2CO3转化为CaCO 3和NaOH的目标的需 要,外部石灰可以经由物流412加入。在物流412中,NaCl被经由输入412加入混合罐404 中,以降低此过程中的后期溶液中的碳酸氢钠的溶解度。在罐404中的NaCl浓度的范围是 约5至约25重量%的范围,其中约10重量%得到的NaHOy^良好的纯度和产率的组合。 在NaCl浓度在整个系统中达到约5重量%到约25重量%之后,仅需要补充量的NaCl来补 偿通过滤饼的NaCl损失。
[0128] 步骤2。来自混合罐404的浆料通过物流414输出到栗416,且经由物流418栗送 通过采用过滤单元420的过滤过程。来自过滤过程的固体流422包含粉煤灰、碳酸钙和硫 酸钠,并且可以从这种过程中取出。采用滤饼洗涤408,以从滤饼中回收任何可溶性钠盐,从 而最大化碳酸氢钠产物的产率。液体通过来自过滤单元420的物流424经由输入428从热 交换器430以除去反应热被供给到鼓泡罐426。可替代地,热交换器430可以被集成到反应 罐404内,或者可以位于栗416和过滤过程420之间。在本实施方案中,溶液中的NaOH和 Na2SOj^浓度分别为约0. 5至约I. IM和大约0. 4至约I. IM的范围,如我们的实验室测试 所模拟的。404中初始混合物的Na2CO3的浓度如我们的实验室测试模拟为0.5M。实际上, 初始Na2CO3浓度将依赖于DSI过程的标准化的化学计量比(NSR)。离开404的Na 2C03浓度 取决于粉煤灰中石灰的浓度以及在物流412中加入的额外的石灰(如果有的话)的量。
[0129] 步骤3。0)2通过物流434送入鼓泡罐426。需要注意的是,CO 2可以从烟道气的 滑流供给,优选地收集于DSI系统的下游和袋滤室,使得酸性气体浓度低。任选所述鼓泡 罐426是密封的,以允许CO2的回收(未示出)。在鼓泡罐426内,CO 2与NaOH和Na 20)3反 应,以制备NaHCO3。在鼓泡罐中的停留时间是约40至100分钟或更长,以允许完全转化为 NaHCO3。需要注意的是,任何气-液接触器可以用于代替鼓泡罐。在物流436中的离开鼓泡 罐的混合物具有非常低的OH浓度(pH值约7-9)。输出436送至栗438,并经由物流440输 出到压滤器单元442。此外,排气物流444被送到排气系统(未示出)。根据反应式26和 27的下列反应发生在鼓泡罐426内。
[0130] NaOH (水溶液)+CO2 (气体)->NaHC03 (固体)(反应式 26)
[0131] Na2CO3 (水溶液)+CO2 (气体)+H2O (水溶液)_>2NaHC03 (固体)(反应式 27)
[0132] 步骤4。来自鼓泡罐426的混合物440经历采用过滤单元442的过滤过程,以滤除 碳酸氢钠产物。过滤单元442的输出,其包括来自过滤过程的液流444,其中含有与在鼓泡 反应的固体产物平衡的溶解的NaHCO3,以及溶解的Na2SOjP NaCl,通过热交换器448进入 石灰加料罐446,以除去反应热。热交换器448具有向石灰加料罐446的输出450。可替代 地,热交换器448可以被集成到鼓泡罐426内,或者可以位于栗438和过滤过程442之间。 所希望的产物碳酸氢钠在固体流452中离开过滤过程442。然后,碳酸氢钠任选在低温干 燥器454中被干燥至DSI过程所要求的指定的水分含量,以避免在干燥过程中焙烧Na2C03。 干燥器454具有输出456。
[0133] 步骤5。经由物流458,石灰被添加到石灰加料罐446。停留时间约为30分钟或更 长的时间。由于NaOH和/或Na2CO3的形成,在罐446中的OH和CO 32组合的浓度增加到约 0. 1-0. 5M。在石灰加料罐446中,还形成碳酸钙。根据反应式28和29的反应在石灰加料 罐446内发生。
[0134] 2NaHC03 (水溶液)+Ca (OH) 2 (水溶液)->CaC03 (固体)+Na2CO3 (水溶液)+2H20 (水 溶液)(反应式28)
[0135] Na2CO3 (水溶液)+Ca (OH) 2 (水溶液)->CaC03 (固体)+2Na0H (水溶液)(反应式 29)
[0136] 步骤5。输出460被送到栗462,并且混合物经由来自石灰加料罐446的输出464 通过过滤单元466被送到石灰加料罐468,以便经由物流467除去CaCO3副产物。在石灰加 料罐468内混合之前,经由物流470,盐酸输入被加入,以中和全部或部分溶液或者不中和。 输入470被送到阀472,并添加到过滤单元466的输出474。阀472的输出475被送到石灰 加料罐468。石灰经由物流476加入。这种中和反应可作为系统的氯化钠的补充。可替代 地,与系统兼容的另一种酸可用于中和。虽然中和NaOH和/或Na2CO3妨碍了其作为NaHCO 3的回收,所述过程的这一步骤可能是允许在石灰加料罐468内的反应进行所必需的,其降 低在系统中的Na2SO4浓度。混合物在罐468内的停留时间是约30至60分钟或更长。由于 NaOH的形成,在罐468内的OH浓度增加到约0. 15M。反应式30和31显示描述中和反应 的反应。
[0137] NaOH (水溶液)+HCl (水溶液)_>NaCl (水溶液)+H2O (水溶液)(反应式30)
[0138] Na2CO3 (水溶液)+2HC1 (水溶液)_>2NaCl (水溶液)+CO2 (气体)+H2O (水溶液)(反 应式31)
[0139] 以下根据反应式32的反应发生在石灰加料罐468内。
[0140] Na2SO4 (水溶液)+Ca (OH) 2 (水溶液)+H2O (水溶液)->CaS04 · 2H20 (固体)+2Na0H (水 溶液)(反应式32)
[0141] 步骤6。混合物经由来自石灰加料罐468的物流478通过具有向过滤单元484的 输出482的栗480穿过过滤过程。来自过滤单元484的液流486通过热交换器488以除去 反应热,被回收到罐404。可替代地,热交换器488可以被集成到反应罐468和/或446内。 可替代地,所述热交换器488还可以位于栗480与过滤过程484之间,或者栗462与过滤过 程466之间,或者过滤过程466与石灰加料罐468之间。含有硫酸钙的固体流490从这种 过程中被取出。
[0142] 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。
[0143] 参考图5,所述过程一般参考数字500来表示。这种过程的实施方案就步骤1-2进 行描述,但所述处理能够以任何顺序进行,并且这些步骤的顺序仅仅是为了描述的简单性, 并且所述过程并不意在局限于这种特定的顺序。
[0144] 这是可选的附加过程,其中当和本文描述的图1-4的过程相结合时,其结果是来 自罐502的固体副产物流中的碳酸钙和粉煤灰的分离。所得的粉煤灰物流基本上不含钙。 粉煤灰流和碳酸钙流都可能是可销售的副产物。所述过程包括增加研磨单元504,以将进入 的粉煤灰的平均粒径降低到约20 μ m或更小的尺寸,并且增加固体分离装置,例如水力旋 流器,以及额外的过滤过程,以促进粉煤灰/碳酸钙的固体混合物在粒径的基础上分离。
[0145] 步骤1。从具有钠基干吸附剂喷射(DSI)系统的发电厂的颗粒去除装置收集到的 粉煤灰先经由物流506送入研磨机504,其中平均粒径减小到约20 μ m或更小。粉煤灰中含 有来自DSI过程中干吸附剂与烟道气反应的硫酸钠和残留碳酸钠。然后,研磨后的粉煤灰 通过物流508供给到混合罐502。如果水平衡需要滤
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