煙道氣凈化方法
【專利說(shuō)明】
[0001] 本申請(qǐng)是如下發(fā)明專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)：申請(qǐng)日為"2010年04月02日"，申請(qǐng)?zhí)枮?"201010224034.0"，發(fā)明名稱為"煙道氣凈化方法"。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明設(shè)及由煙道氣處理的副產(chǎn)物生產(chǎn)鐘基肥料或氮基肥料的方法。
【背景技術(shù)】
[0003] 凈化煙道氣的方法受到關(guān)注。雖然建議了許多方法，但許多產(chǎn)生非常有害的副產(chǎn) 物或需要昂貴的投入。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 根據(jù)本發(fā)明的寬泛方面，提供了從含有S0x、HCl、HF和NOx化合物的煙道氣流中分 離肥料鹽前體的方法，所述方法包含W下步驟:提供煙道氣流;處理煙道氣W形成原料，所 述處理包括:干式注入洗涂操作;濕式洗涂操作；和二氧化碳捕集操作;通過(guò)轉(zhuǎn)化步驟使所 述原料轉(zhuǎn)化從而形成碳酸氨鋼沉淀，所述轉(zhuǎn)化步驟包括：向原料添加含有碳酸氨錠和芒硝 (Glauber's salt)的復(fù)合鹽;將如下中的至少一種加入到原料中：二氧化碳和氨氣;或碳酸 氨錠;維持錠與鋼之比不小于1;從來(lái)自步驟(iii)的溶液中除去所述碳酸氨鋼沉淀;將來(lái)自 步驟(c)(iv)的所述溶液與復(fù)鹽混合;冷卻來(lái)自步驟(d)的所述混合物W形成復(fù)合鹽;使復(fù) 合鹽沉淀并從來(lái)自步驟(e)的溶液中除去該復(fù)合鹽;從來(lái)自步驟(f)的溶液中除去殘留的碳 酸氨鹽;將來(lái)自步驟(f)的所述溶液與由步驟(a)至(g)制得的母液混合，并進(jìn)一步冷卻W沉 淀出并從中除去復(fù)鹽并且由此濃縮和除去錠鹽;冷卻來(lái)自步驟化)的混合物W使復(fù)鹽沉淀； 將來(lái)自步驟（i)的沉淀的復(fù)鹽與溶液分開(kāi)并再循環(huán)到步驟C; W及通過(guò)濃縮步驟(j)的溶液 來(lái)回收錠鹽。
[0005] 根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)寬泛方面，提供了從原料中除去二氧化碳的方法;包括:處理 煙道氣流W除去基本上所有的S0x、HCl、HF、隸和NOr污染物;冷卻煙道氣流至溫度為100-175°F;在有水存在的環(huán)境中將煙道氣暴露于基本上純的碳酸鋼從而從所述煙道氣流中除 去二氧化碳W產(chǎn)生碳酸化的碳酸鋼;將所述產(chǎn)生的碳酸化的碳酸鋼加熱至200-350°F的溫 度W釋放二氧化碳和水從而產(chǎn)生基本上純的碳酸鋼；W及將所述基本上純的碳酸鋼再循環(huán) 回到步驟(a) W從煙道氣流中除去二氧化碳。
[0006] 應(yīng)當(dāng)理解的是，由下面的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它方面對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員將變 得顯而易見(jiàn)，其中W說(shuō)明方式顯示和描述了本發(fā)明的各種實(shí)施方案。將要認(rèn)識(shí)到的是，本發(fā) 明能夠?yàn)槠渌暮筒煌膶?shí)施方案，并且其若干細(xì)節(jié)能夠在各個(gè)其它方面進(jìn)行修改，均不 背離本發(fā)明的精神和范圍。因此認(rèn)為附圖和詳細(xì)描述在本質(zhì)上是說(shuō)明性的而非限制性的。
【附圖說(shuō)明】
[0007] 參考附圖，在圖中W舉例方式而不W限制方式詳細(xì)地描述了本發(fā)明的若干方面， 其中：
[000引圖1是本發(fā)明的示意性流程圖。
[0009] 圖2是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的示意性流程圖。
[0010] 圖2A是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的示意性流程圖。
[0011] 圖3是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的示意性流程圖。
[0012] 圖3A是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的示意性流程圖。
[0013] 圖4是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的示意性流程圖。
[0014] 圖5和6是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案中設(shè)及碳酸氨鋼沉淀步驟的化學(xué)平衡的化necke 圖。
[0015] 圖7是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案中設(shè)及復(fù)合鹽沉淀步驟的化學(xué)平衡的化necke圖。
[0016] 圖8是溫度-組成相圖，其表示設(shè)及由含有錠、硫酸根和鋼離子的溶液生產(chǎn)硫酸錠 的化學(xué)平衡。
[0017] 圖9是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的濕式洗涂器處理的示意性流程圖。
[001引發(fā)明詳述
[0019] 下面結(jié)合附圖給出的詳細(xì)描述意欲作為本發(fā)明的說(shuō)明并且不意欲代表發(fā)明人所 預(yù)期到的僅有的實(shí)施方案。所述詳細(xì)描述包括具體細(xì)節(jié)W提供對(duì)本發(fā)明的全面理解。然而， 對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員明顯的是，可W在沒(méi)有運(yùn)些具體細(xì)節(jié)的情況下實(shí)施本發(fā)明。
[0020] 本發(fā)明是利用由來(lái)自煙道氣處理的副產(chǎn)物組成的原料制造肥料的方法。在制造過(guò) 程中，所述原料至少提供用于各種化學(xué)反應(yīng)的硫酸鋼、二氧化碳和硝酸鋼反應(yīng)物。原料還可 W含有其它化合物例如亞硫酸鋼、碳酸鋼、氯化鋼、氣化鋼和亞硝酸鋼?？蒞將原料預(yù)處理 W提高反應(yīng)物硫酸鋼和硝酸鋼的純度?？蒞利用結(jié)晶處理從原料提取碳酸氨鋼，所述該碳 酸氨鋼可在各種上游、預(yù)處理過(guò)程中使用。所得肥料可含有硫酸錠和硝酸錠。
[0021] 可W處理煙道氣W除去化石燃料燃燒的副產(chǎn)物，例如空氣污染物和包括但不限于 隸的毒物。所述處理可W產(chǎn)生副產(chǎn)物，該副產(chǎn)物可包含用于肥料生產(chǎn)的可行的原料例如硫 酸鋼和硝酸鋼。
[0022] 肥料制造
[0023] 在圖1中，描述了根據(jù)第一實(shí)施方案的用于制造肥料的總過(guò)程并將其整體地作為 數(shù)字10加 W標(biāo)注。W下還將討論的是，原料120可通過(guò)通常標(biāo)為100的過(guò)程進(jìn)行預(yù)處理W除 去煙道氣生產(chǎn)過(guò)程的副產(chǎn)物。此外，在過(guò)程100后，可接著進(jìn)一步處理原料W提高溶質(zhì)濃度 從而使原料變得飽和或者接近飽和W便使進(jìn)料到結(jié)晶器的硫酸鋼、硝酸鋼和碳酸氨錠或者 二氧化碳和氨的單程轉(zhuǎn)化率最大化。在圖2所示的流程圖中，例如，簡(jiǎn)單蒸發(fā)12驅(qū)除水汽并 因此提高硫酸鋼和硝酸鋼在溶液原料中的濃度?？蒞使用任何合適的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)運(yùn)種作 用。
[0024] 該細(xì)節(jié)在實(shí)現(xiàn)原料100%轉(zhuǎn)化為碳酸氨鋼和用于肥料生產(chǎn)的反應(yīng)物所需的循環(huán)料 流的量的最小化方面是重要的。循環(huán)料流的量的最小化設(shè)及結(jié)晶器中最佳的錠與鋼之比， 并且運(yùn)可將反應(yīng)物到碳酸氨鋼的單程轉(zhuǎn)化率從低至30%提高到高至65%。通過(guò)使單程轉(zhuǎn)化 率最大化，該過(guò)程的能量消耗可降低到原來(lái)的1/10。
[0025] 已發(fā)現(xiàn)，對(duì)于碳酸氨鋼沉淀步驟最佳的錠與鋼的原料比是使錠稍微過(guò)量的比率 (1.01-1.10的比率）。雖然在單程基礎(chǔ)上，錠與鋼之比為0.912產(chǎn)生最大的到碳酸氨鋼的單 程轉(zhuǎn)化率，但由過(guò)量的鋼引起的大的循環(huán)料流的量迅速地使過(guò)程經(jīng)濟(jì)可行性劣化。
[0026] 硫酸鋼和硝酸鋼的制備可在容器12中進(jìn)行，并且一旦制得，則將溶液轉(zhuǎn)移到沉淀 器14W使碳酸氨鋼沉淀。通過(guò)將二氧化碳?xì)怏w和氨液體或氨氣或溶液中的碳酸氨錠與復(fù)合 鹽(產(chǎn)生自W下另外討論的其它單元操作的碳酸氨錠和芒硝)一起W恰當(dāng)?shù)慕M合加入來(lái)完 成運(yùn)種沉淀過(guò)程從而獲得先前討論的最佳的錠與鋼之比。在進(jìn)一步的復(fù)合鹽沉淀步驟18 中，復(fù)合鹽沉淀中的復(fù)鹽污染物(含有硫酸錠產(chǎn)物)將通過(guò)降低碳酸氨鋼結(jié)晶器的單程效率 而將降低總過(guò)程效率?？梢庾R(shí)到的是，復(fù)合鹽沉淀步驟18可在沉淀器14或分離容器中進(jìn)行。 對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，復(fù)合鹽中的復(fù)鹽夾雜物將化necke(見(jiàn)圖5和實(shí)施例1)上的反應(yīng) 物點(diǎn)拉向碳酸氨鋼/碳酸氨錠溶解度線，運(yùn)通過(guò)使用杠桿定律將降低單程處理的效率。此 夕h發(fā)現(xiàn)維持容器14中復(fù)合漿料的溫度在95-104°F的碳酸氨鋼沉淀的最佳范圍內(nèi)是最佳 的。
[0027] 可W使用設(shè)及碳酸氨鋼沉淀步驟的化學(xué)平衡W在容器14中使到碳酸氨鋼的單程 轉(zhuǎn)化率最大化。在碳酸氨鋼沉淀器中使單程轉(zhuǎn)化率最大化的能力允許本領(lǐng)域技術(shù)人員使本 發(fā)明的經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)化并且確保經(jīng)濟(jì)可行性。然后在分離器16例如離屯、分離機(jī)中分離碳酸氨 鋼沉淀和溶液，其中將固體分離并在干燥器中干燥W包含高純度的碳酸氨鋼源。如下文將 進(jìn)一步討論的，高純度碳酸氨鋼源可W用于上游的預(yù)處理過(guò)程中。
[0028] 然后在容器18中將來(lái)自分離器16的液體與產(chǎn)生自其它單元操作的硫酸錠/硫酸鋼 復(fù)鹽W及可能地與若干水混合并冷卻（最佳地在28.4-35.6°F)從而產(chǎn)生碳酸氨錠/芒硝復(fù) 合鹽的沉淀。28.4-35.6°F的溫度范圍是最佳的，但對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明顯的是，更寬 的溫度范圍將是可行的，盡管不那么有效率。在分離器20中從溶液中分離復(fù)合鹽。然后將該 復(fù)合鹽作為代表未使用的反應(yīng)物的復(fù)合鹽而并非產(chǎn)物(硫酸錠）中的離子再引入到容器14 中的碳酸氨鋼沉淀階段。復(fù)合鹽沉淀步驟中的水和碳酸氨根的濃度非常重要。如果水和碳 酸氨根的濃度不當(dāng)，則硫酸鋼/硫酸錠復(fù)鹽也可沉淀并且污染復(fù)合鹽。照此，必須向該步驟 加入適當(dāng)量的水和二氧化碳形式的碳酸氨根W確保僅復(fù)合鹽沉淀。待加入至容器18的二氧 化碳的可能來(lái)源包括在碳酸氨鋼沉淀步驟中產(chǎn)生的二氧化碳、產(chǎn)生自其它碳酸氨鹽去除步 驟的二氧化碳或外部的二氧化碳來(lái)源。
[0029] 復(fù)合鹽的沉淀和再循環(huán)對(duì)W經(jīng)濟(jì)的方式獲得鋼鹽原料到碳酸氨鋼的接近100%的 轉(zhuǎn)化率是必要的。沒(méi)有復(fù)合鹽沉淀步驟的情況下，所有來(lái)自容器14的未轉(zhuǎn)化的碳酸氨鹽將 向前供應(yīng)到酸化步驟22,并且將必須作為氣體二氧化碳加 W回收和再循環(huán)。本領(lǐng)域技術(shù)人 員易于認(rèn)可到的是，將作為固體而不是氣體來(lái)再循環(huán)未轉(zhuǎn)化的碳酸氨鹽能量密集程度低很 多。此外，如果含有硫酸錠或硝酸錠(過(guò)程產(chǎn)物)的復(fù)鹽污染了復(fù)合鹽沉淀，則硫酸錠不必再 循環(huán)回到所述過(guò)程的開(kāi)始，若再循環(huán)則通過(guò)由降低的單程轉(zhuǎn)化率產(chǎn)生的提高的能量消耗將 導(dǎo)致過(guò)程可行性的進(jìn)一步劣化。
[0030] 然后通過(guò)數(shù)字22所寬泛地表示的酸化操作處理來(lái)自容器18的溶液W從溶液中除 去殘留的碳酸氨鹽。殘留碳酸氨鹽的去除對(duì)在進(jìn)一步的單元操作中生產(chǎn)純的硫酸錠和硝酸 錠肥料是必要的。酸化可W包括任何合適的酸處理例如硫酸。一旦硫酸接觸該溶液，由于依 賴碳酸氨根離子和水合二氧化碳之間的pH平衡，碳酸鹽作為二氧化碳從該溶液中釋放出 來(lái)。然后二氧化碳通過(guò)管線24返回到容器14或18。然后將溶液與產(chǎn)生自下游硫酸錠濃縮步 驟32的母液混合，轉(zhuǎn)移到容器26并且冷卻(最佳地為28.4-35.6°巧W沉淀復(fù)鹽。通過(guò)分離器 28