干吸附劑噴射(dsi)回收系統及其方法
【專利說明】干吸附劑噴射（DSI)回收系統及其方法
[0001] 本申請主張在2013年1月18日提交的美國臨時專利申請No. 61/754, 477的權益， 將其通過援引全部加入本申請中，如同將其全部列入本申請中。 技術背景
技術領域
[0002]
[0003] 本發明一般涉及用于從固體廢物中回收碳酸氫鈉的系統和方法，更具體地涉及從 燃煤電廠的收集自用于減少燃燒過程的污染的噴射過程的下游的粉煤灰中回收碳酸氫鈉 的方法和系統。
[0004] 相關技術的討論
[0005] 使用鈉基吸附劑的干吸附劑噴射（DSI)是被用于控制在諸如由粉煤燃燒發電廠 排放的燃燒后煙道氣中的SOjP其他酸性氣體的排放量的公認技術。所述干吸附劑，通常 是二水合二碳酸氫三鈉或碳酸氫鈉，在諸如袋濾室或靜電除塵器（ESP)的微粒控制裝置的 上游被噴射到煙道氣中。干吸附劑與酸性氣體反應，以制備固體副產物（在302控制的情 況下為硫酸鈉）。這些反應產物，以及未反應的吸附劑，與粉煤灰一起被微粒控制裝置從煙 道氣中去除。所得的粉煤灰混合物通常被填埋。
[0006] 由于在502控制的情況下的鈉吸附劑成本高以及化學品的過度使用，DSI系統受累 于高運營費用。在SO2應用中為了 90%的去除率的目標，標準化的化學計量比（NSR)的值 (其定義為煙道氣中每摩爾SO2K噴射的Na 2的摩爾數）范圍可以高達3或更高，而每去除 1摩爾302的理論需要量為1摩爾Na 2。因此，配置用于去除SO2S其它污染物的大部分DSI 系統局限于燃燒低硫煤且去除率通常遠低于90%的工廠、或者剩余壽命短的工廠。此外，后 DSI粉煤灰中存在的高鈉濃度已被證明能增加來自粉煤灰的金屬的浸出性，增強對后DSI 粉煤灰的處置的關注。煤燃燒產物的浸出行為和在道路建設中的環境影響的描述參考美國 交通部的石開究。見 Wang 等人，Center for Transportation infrastructure and Safety/ NUTC Program for the U.S. Department of Transportation, April 2011，其通過援引加 入本文，如同將其全部列入本申請中。
[0007] 因此，需要解決上述問題和其它問題的裝置、方法和/或系統。

【發明內容】

[0008] 因此，本發明涉及干吸附劑噴射回收系統及其方法，其基本上消除了由于相關技 術的限制和缺點導致的一個或多個問題。
[0009] 本發明的優點是提供用于減少干吸附劑噴射過程的操作成本的回收的吸附劑。
[0010] 本發明的另一個優點是降低后干吸附劑噴射粉煤灰的鈉濃度。
[0011] 本發明的另一個優點是降低后干吸附劑噴射粉煤灰的pH值。
[0012] 本發明的另一個優點是減小后干吸附劑噴射粉煤灰的重金屬的浸出性。
[0013] 本發明的其它特征和優點將在隨后的說明書中闡述，并且部分將在說明書中顯而 易見，或者可以通過本發明的實施而得知。本發明的目標和其它優點將可通過在書面說明 書及其權利要求書以及附圖中指出的結構來實現和取得。
[0014] 本發明的實施方案涉及用于從固體廢物中回收碳酸氫鈉的系統和方法，更具體地 涉及從燃煤電廠的收集自用于減少燃燒過程的污染的噴射過程的下游的粉煤灰中回收碳 酸氫鈉的方法和系統。
[0015] 另一個實施方案涉及用于從利用在噴射過程中的干吸附劑減少工業過程的污染 的工業過程的固體廢物中回收碳酸氫鈉的方法。所述方法包括讓固體廢物在一系列水溶液 反應中發生反應以制備反應產物，并使所述反應產物與二氧化碳反應以回收碳酸氫鈉。
[0016] 本發明的另一個實施方案涉及從將干吸附劑噴射過程用于煙道氣脫硫的燃煤電 廠燃燒過程的固體廢物中回收碳酸氫鈉的方法。所述方法包括制備包含所述固體廢物和水 的含水混合物以制備碳酸鈣和氫氧化鈉，并將所述氫氧化鈉暴露于二氧化碳以制備碳酸氫 鈉。
[0017] 本發明的另一個實施方案涉及用于從工業過程的固體廢物中回收碳酸氫鈉的系 統。所述系統包括第一反應器單元，其對包括碳酸鈉和氫氧化鈣的固體廢物的含水混合物 具有可操作性來制備碳酸鈣和氫氧化鈉。第二反應器單元是與所述第一反應器單元連通 的，并且第二反應器可操作以使碳酸鈉、氫氧化鈉和二氧化碳反應來制備碳酸氫鈉。第三 反應器單元是與第二反應器單元連通的，并且可操作以使碳酸氫鈉與堿土金屬氫氧化物反 應，以制備堿土金屬碳酸鹽和/或氫氧化鈉。所述第一、第二和第三反應器是串聯的。本發 明的實施方案獨立于NSR (噴射的摩爾數/氣體入口處的SO 2的摩爾數）。
[0018] 本
【發明內容】
部分既不旨在也不應被解釋為代表本公開的全部程度和范圍。本公開 的額外的益處、特征和實施方案示于本申請的附圖和說明書中，以及如同權利要求書所描 述的。因此，應當理解的是，本
【發明內容】
部分可能不包含所有的本申請所要求保護的方面和 實施方案。
[0019] 此外，本申請的公開并不意味著以任何方式限制或約束。此外，本公開的目的是提 供本領域的普通技術人員對于支持權利要求書的一個或多個代表性的實施方案的理解。因 此，重要的是，權利要求書被認為具有包括本公開的多種特征的構造的范圍，只要它們不脫 離與本公開（包括原始提交的權利要求書）相一致的方法和設備的范圍。此外，本公開意 在包含和包括本公開的明顯的改進以及修改。
【附圖說明】
[0020] 附圖，其被包括以提供對本發明的進一步理解，而且被加入并構成本說明書的部 分，說明本發明的實施方案，并且與說明書一起用于解釋本發明的原理。
[0021] 在附圖中：圖1顯示根據本發明實施方案的吸附劑回收方法和系統的示例圖；
[0022] 圖2說明根據本發明的另一個實施方案的用于從固體廢物中回收碳酸氫鈉的分 批方法和系統的示例圖；
[0023] 圖3說明根據本發明的另一個實施方案的從固體廢物中回收碳酸氫鈉的連續方 法和系統的示例圖；
[0024] 圖4說明根據本發明的另一個實施方案的從固體廢物中回收碳酸氫鈉的連續方 法和系統的示例圖；
[0025] 圖5顯示根據本發明的另一個實施方案的用于分離碳酸鈣和粉煤灰副產物的方 法和系統的示例圖；
[0026] 圖6說明根據實施例6-9的從含NaCl的溶液中沉淀出來時的NaHCO3純度的示例 圖；
[0027] 圖7說明根據實施例6-9的隨著氯化鈉濃度增加的碳酸氫鈉的回收百分率的示例 性圖；以及
[0028] 圖8A說明根據實施例22的原料粉煤灰粒徑分布的示例圖；
[0029] 圖8B說明根據實施例22的研磨的粉煤灰粒徑分布的示例圖；并且
[0030] 圖8C說明根據實施例22的加工后的粉煤灰粒徑分布的示例圖。 具體實施方案
[0031] 為了更全面地理解本公開并提供其它相關的特征，每則下文的參考文獻的整體通 過援引加入本申請中：
[0032] (I)Byrns的美國專利No. 2, 626, 852,其公開從含有碳酸鈉的鹽水中回收二碳酸 氫三鈉 （sodium sesquicarbonate)的方法。
[0033] (2)Pike的美國專利No. 2, 704, 239,其公開了用二水合二碳酸氫三鈉制備純堿 (soda ash)〇
[0034] (3)Fonseca的美國專利No. 3, 846, 535,其公開了使用吸收劑碳酸氫鈉或碳酸氫 鉀從含氧化硫的氣體混合物中吸收氧化硫并且再生所述吸收劑的方法。
[0035] (4)Pinsky等人的美國專利No. 4, 344, 650,其公開了從地下的二水合二碳酸氫三 鈉礦床中回收堿值的回收方法。礦石通過溶液采礦與含氫氧化鈉的水性采礦溶劑接觸，所 得到的含~&20)3溶液被抽出和充二氧化碳，而且二碳酸氫三鈉和/或碳酸氫鈉被結晶并從 所述溶液中分離。結晶的固體在直接燃煤煅燒爐（direct coal-fired calciner)中煅燒， 所得到的無水純堿在水中再結晶，以形成一水碳酸鈉或無水碳酸鈉，其被回收作為致密堿 產物。水性采礦溶劑通過對多種液流中的一種或多種苛化而再生，所述回收循環被重復。
[0036] (5)提供Lowell等人的美國專利No. 4, 385, 039,其公開從廢氣中去除氧化硫的方 法。氣體與選自碳酸氫鈉、二水合二碳酸氫三鈉和活化的碳酸鈉中的吸附劑接觸，利用含有 硼酸根離子的堿性液體，從而減少流速和堿度的損失，廢吸附劑（spent sorbent)用堿土金 屬氧化物或氫氧化物再生。
[0037] (6) Frint的美國專利No. 4, 401，635,其公開了通過二水合二碳酸氫三鈉接觸含 氫氧化鈉的水性采礦溶液并隨后利用在所得到的含鹽和含碳酸鈉的溶液中含有的堿值，從 而從伴生氯化鈉的二水合二碳酸氫三鈉礦石的地下礦床中回收堿值。所述堿值（alkali value)優選作為無鹽的一水碳酸鈉被結晶，其被干燥以回收純堿。然后，處理包含所有鹽的 母液，以制備氫氧化鈉稀溶液，其可以在從二水合二碳酸氫三鈉中回收額外的堿值的回收 方法中被用作水性采礦溶液。
[0038] (7)提供Lowell等人的美國專利No. 4, 481，172,其公開從廢氣中去除氧化硫的方 法。氣體與活化的碳酸鈉吸附劑接觸，利用堿性氨水以便減小流速和堿度的損失，廢吸附劑 用堿土金屬氧化物或氫氧化物再生。
[0039] (8)Cryan等人的美國專利No. 4, 555, 391，其公開了在干噴射煙道氣脫硫過程中 通過將從袋濾室的過濾器中收集到的吸附劑的一部分連同新鮮吸附劑重新噴射到熱煙道 氣流中提高堿型干吸附劑的利用率，而不犧牲SO2的去除效率；回收的吸附劑在重新噴射之 前任選地被冷卻到低于所述袋濾器的溫度。
[0040] (9)Chlanda等人的美國專利No. 4, 584, 077,其公開用于將包含碳酸鈉和碳酸氫 鈉的物質，如二水合二碳酸氫三鈉的干式采礦床或地下礦床，轉化成基本上不含碳酸氫鈉 的含碳酸鈉液體的方法和系統。所述方法和系統結合以下特征：(a)形成包含碳酸鈉和碳 酸氫鈉的水溶液；(b)從所述溶液中除去所述碳酸氫鈉的一部分，以形成包含碳酸鈉和減 量的碳酸氫鈉的母液；(c)使所述母液通過讓水液體循環通過電滲析水裂解器進行電滲析 水裂解，以制備基本上不含碳酸氫鈉的包含碳酸鈉的液體反應產物；以及（d)從電滲析水 裂解器中抽取基本上不含碳酸氫鈉的包含碳酸鈉的液體反應產物。從水裂解器去除的碳酸 鈉溶液可以原樣使用，或進行進一步加工，以制備更濃縮的最終產物。兩個或三個隔室的電 滲析水裂解器均可以使用。該發明還詳細介紹了通過電滲析過程分離碳酸鈉的有效方法和 系統，所述電滲析過程排除了水裂解器中的CO2氣體的制備。
[0041 ] (10) Sarapata等人的美國專利No. 4, 664, 893,其公開了用于堿金屬或碳酸銨的 干碳化的方法，其利用含有低二氧化碳的碳酸化氣流，并且更具體地，對于低二氧化碳含量 的煙道氣本身的煙道氣脫硫有用的碳酸氫鹽吸附劑的制備方法。
[0042] (11) Zolotoochin等人的美國專利No. 5, 989, 505,其公開了用于從二水合二碳酸 氫三鈉回收堿值的方法，其中二水合二碳酸氫三鈉被溶解，在進料溶液中的碳酸鈉通過通 入二氧化碳被轉化為碳酸氫鈉，碳酸氫鈉被結晶并從母液中分離，通過通入空氣形成循環 的溶解溶液（其用于溶解二水合二碳酸氫三鈉），母液中的碳酸氫鈉被轉化為碳酸鈉。
[0043] (12)Detournay等人的美國專利No. 8, 206, 670,其公開了用于制備凈化煙道氣的 碳酸氫鈉的方法，根據所述方法，含硫酸鈉的水溶液進行電滲析以制備氫氧化鈉溶液和硫 酸氫鈉溶液，所述氫氧化鈉溶液被碳酸化以獲得碳酸氫鈉。
[0044] (13)Kropf的美國專利申請公開No. 2012/0063974,其公開了制備適于煙道氣脫 硫的二水合二碳酸氫三鈉的方法，其包括機械開采含不溶性雜質的二水合二碳酸氫三鈉礦 床；破碎開采的二水合二碳酸氫三鈉礦石以制備未煅燒富含二水合二碳酸氫三鈉的顆粒 和富含雜質的顆粒的混合物；對粉碎的未煅燒的二水合二碳酸氫三鈉礦石進行選礦，以獲 得富二水合二碳酸氫三鈉而貧雜質的礦石部分；并且在非煅燒條件下干燥富二水合二碳 酸氫三鈉礦石部分，得到干燥的未煅燒的二水合二碳酸氫三鈉礦石。優選的實施方案包括 同時研磨和干燥富二水合二碳酸氫三鈉而貧雜質的礦石部分，以回收具有低水分含量和高 NaHC03:Na2C03比例的二水合二碳酸氫三鈉產物，其可用于煙道氣流的高效干噴射脫硫。
[0045] 本發明的一個或多個實施方案涉及用于從工業過程的固體廢物中回收碳酸氫鈉 的系統和方法，更具體地涉及從燃煤電廠的收集自用于減少工業過程的污染的噴射過程的 下游的粉煤灰中回收碳酸氫鈉的方法和系統。
[0046] 在一個實施方案中，本文描述的回收DSI過程所得到的粉煤灰中發現的鈉值的過 程包括用于將鈉鹽轉化為氫氧化鈉的石灰。然后，氫氧化鈉反應形成碳酸氫鈉或二水合二 碳酸氫三鈉。碳酸氫鈉和/或二水合二碳酸氫三鈉可以回收到DSI處理單元，其被配置以 除去酸性氣體或其它污染物。
[0047] 在另一個實施方案中，諸如氫氧化鋇或氫氧化鍶的堿土金屬氫氧化物可以被用來 回收存在于后DSI粉煤灰中的鈉值，例如，后DSI粉煤灰溶