Поиск патентов
ПАТЕНТНЫЙ ПОИСК В РФ

способ удаления ртути из горячего дымового газа

Классы МПК:B01D53/64 тяжелые металлы или их соединения, например ртуть
Автор(ы):
Патентообладатель(и):ФОСТЕР УИЛЕР ЭНЕРДЖИ КОРПОРЕЙШН (US)
Приоритеты:
подача заявки:
2003-02-26
публикация патента:

Изобретение относится к способу удаления ртути из дымового газа, содержащего ртуть и твердые частицы, выходящего из работающей на ископаемом топливе энергопреобразующей установки и проходящего через газодымовой тракт. Способ включает следующие стадии: (а) окисление ртути до HgCl2 путем ее контакта в дымовом газе с раствором, содержащим, по меньшей мере, одну растворенную в растворителе хлоридсодержащую соль, вводимым в газодымовой тракт; (b) нагрев раствора перед стадией (а) или после нее до, по меньшей мере, примерно 300°С; (с) удаление окисленной ртути из дымового газа средством удаления твердых частиц из дымового газа. Изобретение позволяет повысить эффективность удаления ртути при низких уровнях ее содержания в горячем дымовом газе, уменьшить коррозию газодымового тракта и снизить затраты. 14 з.п. ф-лы, 3 ил. способ удаления ртути из горячего дымового газа, патент № 2281151

Рисунки к патенту РФ 2281151

способ удаления ртути из горячего дымового газа, патент № 2281151 способ удаления ртути из горячего дымового газа, патент № 2281151 способ удаления ртути из горячего дымового газа, патент № 2281151

Область техники

Настоящее изобретение относится к способу и устройству для удаления ртути, в частности элементарной ртути, из горячего дымового газа, производимого в работающей на ископаемом топливе энергопреобразующей установке.

Уровень техники

Воздействие высоких уровней содержания ртути связано с серьезными неврологическими и эволюционными эффектами в человеческом организме. Уровни концентрации ртути в воздухе являются обычно низкими и представляют малую опасность, однако если ртуть попадает в воду, то она может накапливаться в рыбе и наносить вред людям, которые едят такую загрязненную ртутью рыбу. Ископаемые виды топлива содержат множество тяжелых металлов, включая ртуть. Недавно было установлено, что даже если уровни содержания ртути в углях являются низкими, обычно от 0,05 до 0,2 массовых миллионных долей (м.м.д.), выбросы ртути из работающих на угле электростанций наносят значительный вред здоровью людей. Таким образом, снижение содержания ртути в выходящих газах электростанций является задачей большой важности.

Известно, что выходящие газы электростанций, работающих на основе сжигания ископаемого топлива, могут содержать ртуть в элементарном виде, окисленном виде и в виде частиц. Элементарная ртуть в выходящих газах не прилипает к саже (копоти) и другим частицам, а имеет тенденцию оставаться в виде паров даже после того, как выходящие газы охлаждаются до примерно 65°C. Поэтому элементарная ртуть в выходящих газах не извлекается традиционными устройствами удаления пыли, такими как электростатические осадители, тканевые фильтры или традиционные скрубберы, а вместо этого выбрасывается в атмосферу.

Высокие уровни выбросов ртути в газах, выходящих из муниципальных печей для сжигания твердых отходов, часто регулируются порошкообразным активированным углем, вводимым выше по потоку относительно устройств контроля за загрязнением воздуха. Однако уровень выбросов ртути на единицу объема дымовых газов от электростанций примерно на один или два порядка величины ниже уровня выбросов ртути из печей для сжигания отходов. Это делает очень трудным улавливание таких низких уровней концентрации ртути в дымовых газах электростанций с использованием существующей технологии на основе активированного угля экономически эффективным образом.

Многие виды топлива содержат хлор, который взаимодействует с частью ртути в дымовых газах с образованием хлоридов ртути. Газообразные хлориды ртути имеют тенденцию конденсироваться на частицах зольной пыли или сорбентах с высокой площадью поверхности, которые могут быть эффективно удалены из выходящих газов традиционными устройствами удаления пыли. Хлориды ртути также имеют высокую растворимость в воде и, таким образом, могут быть удалены из дымового газа путем абсорбции в водных растворах в скрубберах мокрой очистки.

Ранние исследования присутствующих в следовых количествах элементов, выбрасывающихся из систем сжигания угля, показали, что увеличение содержания хлора в печи таких систем сжигания приводит к увеличению образования HgCl2 и что распылительная сушка является эффективной при удалении HgCl 2 из дымового газа, выходящего из такой печи. Совсем недавно в ряде патентов были раскрыты способы снижения содержания ртути, которые должны использоваться со специальным оборудованием очистки дымовых газов и которые включают в себя увеличение содержания Cl в выходящем газе.

Патент США № 5435980 раскрывает увеличение количества подаваемого в распылительную сушилку хлорида при очистке дымового газа, образуемого в результате сжигания угля, имеющего низкое содержание хлорида, для превращения элементарной Hg в HgCl2. Увеличение количества хлорида осуществляется, например, путем введения раствора соли щелочного металла в водную суспензию основного абсорбента в распылительной сушилке, путем подачи хлорсодержащего материала в находящийся в печи уголь или путем введения газообразного HCl в дымовой газ ниже по потоку относительно печи. Альтернативно, патент США № 5900042 предлагает взаимодействие потока газа, например, с раствором хлора или хлорной кислоты (HClO3) c превращением присутствующей в потоке газа элементарной ртути в растворимые соединения ртути и пропускание такого потока газа через скруббер мокрой очистки.

Публикация Европейского патента № 0860197 предлагает введение хлорирующего ртуть агента, например хлорида водорода (HCl) или хлорида аммония (NH4Cl), в выходящий газ выше по потоку относительно блока каталитического восстановления NOx для превращения элементарной ртути в хлорид ртути (HgCl2) на катализаторе денитрирования. В указанном способе водорастворимый HgCl 2 удаляют щелочным абсорбирующим раствором в блоке мокрой десульфуризации. Однако указанный способ пригоден для использования только в тех системах, которые содержат катализатор денитрирования.

Вместе с тем, все способы, рассмотренные в указанных выше патентах, могут страдать от низкой эффективности удаления ртути при низких уровнях содержания ртути и/или вызывать коррозию газодымового тракта.

Сущность изобретения

Целью настоящего изобретения является создание нового и эффективного способа и устройства для удаления ртути из горячего дымового газа.

Другой целью настоящего изобретения является создание способа и устройства для эффективного удаления низких уровней содержания ртути из объемного потока дымового газа.

Другой целью настоящего изобретения является создание способа и устройства для эффективного удаления ртути из горячего дымового газа и минимизации коррозии газодымового тракта.

Еще одной целью настоящего изобретения является создание недорогих способа и устройства для одновременного удаления ртути и оксидов азота из горячего дымового газа.

Для достижения указанных и других целей настоящего изобретения предусмотрен новый способ удаления ртути из горячего дымового газа, описанный в независимом пункте формулы изобретения. Таким образом, настоящее изобретение предусматривает способ удаления ртути из дымового газа, содержащего ртуть и твердые частицы, выходящего из работающей на ископаемом топливе энергопреобразующей установки и проходящего через газодымовой тракт. Этот способ включает в себя следующие стадии: (а) контактирование ртути в дымовом газе с раствором, содержащим, по меньшей мере, одну хлоридсодержащую соль, растворенную, например, в воде, путем введения (впрыскивания, инжектирования) упомянутого раствора в газодымовой тракт в месте введения для окисления ртути до HgCl2; (b) нагревание раствора перед стадией (а) или после нее до, по меньшей мере, примерно 300°С; и (с) удаление окисленной ртути из дымового газа средством удаления твердых частиц из дымового газа.

Кроме того, настоящее изобретение предусматривает новое устройство для удаления ртути из дымового газа, описанное в независимом пункте формулы изобретения. Таким образом, настоящее изобретение предусматривает устройство для удаления ртути из дымового газа, содержащего ртуть и твердые частицы и выходящего из работающей на ископаемом топливе энергопреобразующей установки. Устройство содержит газодымовой тракт для транспортирования выходящих газов; либо (i) средство нагревания раствора хлоридсодержащей соли, растворенной, например, в воде, до, по меньшей мере, примерно 300°С и средство введения раствора в газодымовой тракт, либо (ii) средство введения раствора растворенной в воде хлоридсодержащей соли в расположенную выше по потоку часть газодымового тракта для окисления ртути в дымовом газе до HgCl2; и средство удаления твердых частиц и окисленной ртути, сконденсировавшейся на этих твердых частицах, из дымового газа.

При охлаждении дымового газа присутствующий в дымовом газе кислород окисляет по меньшей мере часть Hg до HgO. Небольшая часть HgO конденсируется на частицах зольной пыли в дымовом газе и, таким образом, может быть удалена из дымового газа средством удаления твердых частиц из дымового газа, таким как электростатический осадитель или тканевый фильтр.

Основная идея настоящего изобретения заключается в том, что элементарная ртуть в дымовом газе эффективно окисляется до хлоридов ртути при контактировании ртути с раствором, содержащим хлоридсодержащую соль, растворенную в таком растворителе, как вода, и нагреты до, по меньшей мере, примерно 300°C. В процессе нагревания соль в этом растворе диссоциирует на молекулы и ионы. Таким образом, нагревание раствора улучшает способность соли превращать ртуть в дымовом газе в HgCl2.

В соответствии с предпочтительным вариантом воплощения настоящего изобретения место введения выбирают таким образом, что: либо (i) температура дымового газа в этом месте составляет от примерно 650°C до примерно 980°C, обуславливая тем самым быстрое нагревание раствора до, по меньшей мере, примерно 300°C в газодымовом тракте; либо (ii) температура дымового газа в этом месте составляет менее примерно 650°C, и тогда раствор нагревают до, по меньшей мере, примерно 300°C перед его введением в газодымовой тракт.

В соответствии с предпочтительным вариантом воплощения настоящего изобретения, хлоридсодержащая соль представляет собой хлорид аммония (NH4Cl). Когда раствор NH4Cl в растворителе, таком как вода, вводят в газодымовой тракт в таком месте введения, в котором температура дымового газа составляет выше примерно 650°C, NH4Cl в растворе быстро нагревается и диссоциирует на множество частиц, включая ионы Cl- и NH4 - и молекулы Cl 2, NH3 и HCl. Когда дымовой газ охлаждается в газодымовом тракте, частицы (т.е. молекулы и ионы) хлора взаимодействуют с Hg и HgO при температуре примерно 370°C и ниже, при этом в основном образуется HgCl2. Место введения находится предпочтительно в расположенной выше по потоку части газодымового тракта, так что частицы хлора, образовавшегося из NH4 Cl, имеют достаточное время пребывания для превращения большей части элементарной ртути в HgCl2.

Предпочтительно место введения является таким, что температура дымового газа составляет выше примерно 700°C, более предпочтительно выше примерно 800°C. При указанных температурах NH3 , образовавшийся из NH4Cl, снижает уровень содержания оксидов азота в дымовом газе согласно процессу селективного некаталитического восстановления (СНКВ). Однако скорость реакции NH3 с NOx существенно снижается ниже примерно 700°C.

В том случае, когда энергопреобразующая установка содержит котел с циркулирующим псевдоожиженным слоем, раствор NH4 Cl преимущественно вводят ниже по потоку сразу за печью котла, предпочтительно в канал между печью и циклоном горячего контура такого котла. В этом месте температура обычно составляет выше примерно 800°C, а концентрация золы и частиц несгоревшего топлива является относительно высокой. В установке, содержащей камеру сжигания пылевидного угля, NH4Cl, преимущественно вводят ниже по потоку сразу за печью, где температура обычно составляет выше примерно 800°С, а выходящий газ еще содержит несгоревшие углеродные частицы.

Преимущественно раствор NH4Cl до некоторой степени нагревают, например, до температуры между примерно 100°С и примерно 200°С перед тем, как его вводят в газодымовой тракт. Более высокая начальная температура раствора ускоряет диссоциацию NH4Cl на множество ионов и молекул в газодымовом тракте, таким образом гарантируя, что требуемые соединения хлора и ионы образуются прежде, чем дымовой газ охладится до примерно 370°С, когда начинается значительное образование HgCl2.

В соответствии с другим предпочтительным вариантом воплощения настоящего изобретения раствор NH4Cl сначала нагревают выше примерно 300°С, так что молекулы NH4Cl диссоциируют, например, на молекулы NH3 и HCl перед тем, как раствор вводят в газодымовой тракт. Таким образом, раствор может быть введен в дымовой газ при более низкой температуре, потому что HCl и другие соединения хлора и ионы могут сразу реагировать с ртутью и образовывать HgCl2. Одновременно, введенный NH 3 может использоваться для снижения уровня NOx в дымовом газе, например, в блоке селективного каталитического восстановления (СКВ).

В соответствии с еще одним предпочтительным вариантом воплощения настоящего изобретения упомянутую, по меньшей мере, одну хлоридсодержащую соль выбирают из группы, состоящей из хлорида натрия (NaCl), хлорида калия (KCl) и хлорида кальция (CaCl2). Подобно другим предпочтительным солям, указанные соли могут вводиться в высокотемпературную зону газодымового тракта и быстро нагреваться здесь до по меньшей мере примерно 300°C, или же они могут нагреваться, по меньшей мере, до минимальной температуры, перед введением в более низкотемпературную зону газодымового тракта. Минимальные температуры нагревания варьируются в зависимости от вида хлоридсодержащей соли, но обычно они составляют между примерно 300°C и примерно 700°C.

Молекулы HgCl2 имеют намного более высокую тенденцию к конденсации на частицах зольной пыли в дымовом газе, чем элементарная ртуть. Когда в дымовой газ вводится достаточное количество хлоридсодержащей соли так, как описано выше, то практически вся элементарная ртуть в дымовом газе окисляется и количество остаточной элементарной ртути снижается до уровней следов. Традиционные низкотемпературные коллекторы пыли, преимущественно расположенные при температуре между примерно 130°C и примерно 170°C, могут использоваться для удаления более примерно 90% окисленной ртути или ртути в виде частиц. Коллектором пыли может быть, например, электростатический осадитель или тканевый фильтр. Представляется, что среди указанных двух альтернатив тканевый фильтр является более эффективным. Автор полагает, что это обусловлено тем, что молекулы HgCl 2 имеют более высокую вероятность конденсации на пыли, собираемой на мешочных фильтрах.

Для того чтобы увеличить вероятность конденсации молекул HgCl2 на частицах в дымовом газе, количество зольной пыли может быть преимущественно увеличено за счет рециркуляции части зольной пыли, собранной в пылеудаляющем оборудовании, обратно в газодымовой тракт. Предпочтительно рециркулируемую (возвращаемую) часть зольной пыли выбирают так, что содержание зольной пыли в дымовом газе увеличивается до, по меньшей мере, примерно 1 г/нм3 (грамм на метр кубический при нормальных условиях). Концентрация твердых частиц в дымовом газе может возрасти вплоть до примерно 1000 г/нм3 в зависимости от таких переменных параметров, как пористость поверхности золы, уровень содержания оксидов серы, концентрация хлора во вводимых твердых веществах, влагосодержание дымового газа и рабочая температура.

Рециркулируемая зольная пыль может быть также обработана перед ее введением обратно в газодымовой тракт для улучшения в результате ее способности удалять HgCl 2 из дымового газа. Один из способов такой обработки зольной пыли подразумевает отделение (отсеивание) более крупных частиц от самых мелких частиц, например, с помощью циклона из зольной пыли перед ее повторным введением в газодымовой тракт. Таким образом, фракция мелких частиц увеличивает удаление хлорида ртути, особенно благодаря их высокой площади поверхности и пористой структуре поверхности, что обуславливается относительно высоким содержанием в них несгоревшего углерода. В зависимости от ее состава зольная пыль может также катализировать окисление элементарной ртути в присутствии HCl в дымовом газе. Этот эффект может быть усилен за счет введения в рециркулируемую зольную пыль веществ, которые катализируют окисление ртути, например следов оксидов металлов, таких как Fe2O3 или CuO.

Удаление ртути может быть дополнительно улучшено за счет удаления молекул HgCl2, которые не были удалены из дымового газа коллектором пыли. По меньшей мере, часть оставшихся молекул HgCl2 может быть удалена абсорбирующим материалом или раствором в распылительной сушилке или скруббере мокрой очистки, расположенных ниже по потоку в газодымовом тракте.

Стоимость NH4Cl является примерно такой же, как и стоимость активированного угля. Однако, хотя реакция между Hg и Cl-содержащими частицами, например молекулами HCl, является газофазной реакцией, физическая адсорбция в этом случае не требуется, и поэтому для достижения одинакового эффекта по снижению содержания ртути требуется меньшее количество NH4Cl по сравнению с количеством активированного угля. Кроме того, если удается избежать использования активированного угля для снижения содержания ртути, то удается избежать и увеличения содержания углерода в золе. Это способствует выгодному применению золы.

Количество используемой при введении хлоридсодержащей соли зависит от вида используемого топлива и особенно от содержания ртути и хлора в этом топливе. В случае наличия большего количества хлора в топливе для достаточного окисления ртути требуется меньше соли. В соответствии с предпочтительным вариантом воплощения настоящего изобретения количество вводимой хлоридсодержащей соли является таким, что уровень содержания хлора в дымовом газе является равным или меньшим, чем то содержание, которое было бы результатом сгорания топлива, имеющего содержание хлора 0,3% в сухом подаваемом топливе. Например, требуемая концентрация хлора в дымовом газе может соответствовать концентрации, созданной топливом, имеющим содержание хлора 0,1-0,2%, т.е. обычно концентрация хлора в дымовом газе составляет от примерно 100 до примерно 200 миллионных долей.

Преимущественно при окислении Hg до HgCl 2 используют мольное соотношение между уровнями HCl и Hg в дымовом газе, составляющее, по меньшей мере, 100:1. Когда уровни содержания ртути являются низкими, требуемое соотношение уровней HCl и Hg в дымовом газе может быть намного больше, чем 100:1, например 1000:1 или даже больше, вплоть до 50000:1. Верхний предел количества используемой при введении хлоридсодержащей соли определяется желанием избежать какой-либо коррозии газодымового тракта или теплоотводящих поверхностей и другого оборудования.

Настоящее изобретение предусматривает новый способ и устройство для введения частиц (т.е. молекул или ионов) хлора в ртутьсодержащий дымовой газ, при этом такие способ и устройство улучшают использование введенного хлора. При надлежащем выборе места введения и температур выходящего газа и раствора хлоридсодержащей соли при введении получают более эффективное использование хлора. Следовательно, количество избыточного хлора и отсюда коррозия газодымового тракта минимизируются.

Настоящее изобретение может быть применено во многих типах энергопреобразующих установок, работающих на ископаемом топливе. Они включают в себя, например, газогенераторы и камеры сгорания с циркулирующим и барботажным псевдоожиженным слоем, работающие на распыленном топливе установки сжигания и газификации, а также мусоросжигательные установки.

Краткое описание чертежей

Приведенное выше краткое описание, а также дополнительные цели, признаки и преимущества настоящего изобретения станут более понятными при обращении к следующему подробному описанию предпочтительных в настоящее время, но тем не менее иллюстративных вариантов воплощения настоящего изобретения, приведенному в сочетании с прилагаемыми чертежами, на которых:

на фиг.1 схематически показана котельная установка в соответствии с первым предпочтительным вариантом воплощения настоящего изобретения;

на фиг.2 схематически показана котельная установка в соответствии со вторым предпочтительным вариантом воплощения настоящего изобретения;

на фиг.3 схематически показана котельная установка в соответствии с третьим предпочтительным вариантом воплощения настоящего изобретения.

Подробное описание предпочтительных вариантов воплощения

На фиг.1 схематически показана котельная установка 10 с камерой сгорания 12 с циркулирующим псевдоожиженным слоем. В камере сгорания с циркулирующим псевдоожиженным слоем топливо, материал слоя и возможный сорбирующий материал (сорбент) псевдоожижаются в печи 14 псевдоожижающим воздухом, который вводится в печь средством 16 введения воздуха горения. Обычно воздух вводится в печь 14 на многочисленных уровнях печи, но для простоты на фиг.1 показано только средство 16 введения воздуха, расположенное на дне печи. Выходящие газы, полученные в печи 14, и частицы слоя, унесенные с выходящими газами, выходят через канал 18 в верхней части печи 14 в сепаратор 20 твердых частиц. В сепараторе 20 твердых частиц, который обычно представляет собой циклон, большая часть частиц слоя отделяется от выходящих газов и возвращается в печь 14 через возвратный тракт 22.

Выходящие газы поступают из сепаратора 20 в газодымовой тракт 24, который имеет теплообменные поверхности 26 и 28 соответственно для охлаждения выходящих газов и для получения пара и нагревания псевдоожижающего воздуха 16. Охлажденные выходящие газы поступают в пылеуловитель 30, которым может быть электростатический пылеуловитель или сепаратор с рукавным (мешочным) фильтром. В пылеуловителе 30 большая часть частиц зольной пыли и других малых частиц пыли удаляются из дымовых газов и выгружаются через выпуск 32 золы. Дымовые газы, теперь уже очищенные пылеуловителем 30, поступают в дымовую трубу 34 и выделяются в окружающую среду.

Газодымовой тракт 24 может содержать дополнительное газоочистительное оборудование, такое как катализатор для снижения выбросов NO x и скруббер мокрой очистки или распылительная сушилка для снижения выбросов SO2. Такое дополнительное газоочистительное оборудование, однако, не показано на фиг.1.

В соответствии с предпочтительным вариантом воплощения настоящего изобретения раствор хлоридсодержащей соли, растворенной в таком растворителе, как вода, вводят в канал 18 между печью 14 и сепаратором 20 твердых частиц с помощью средства 36 введения. В канале 18 температура выходящих газов составляет обычно, по меньшей мере, примерно 700°C. Таким образом, хлоридсодержащая соль быстро нагревается до высокой температуры, по меньшей мере, до температуры выше примерно 300°C, и диссоциирует на множество видов молекул и ионов. В некоторых видах применения предпочтительно располагать средство 36 введения на расположенном выше по потоку конце газодымового тракта 24, но ниже по потоку относительно сепаратора 20. Предпочтительно средство 36 введения расположено выше по потоку относительно первого теплообменника 26.

В соответствии с предпочтительным вариантом воплощения настоящего изобретения хлоридсодержащая соль представляет собой хлорид аммония (NH4Cl), который диссоциирует в выходящем газе, по меньшей мере, на частицы аммиака (NH3) и хлора. Когда выходящий газ охлаждается теплообменниками 26 и 28 примерно до 370°C, по меньшей мере, часть образовавшихся хлорсодержащих частиц, которые могут включать в себя молекулы HCl и Cl2 и ионы Cl-, взаимодействует с атомами Hg и образует молекулы HgCl2. Молекулы HgCl 2 имеют тенденцию адсорбироваться на частицах пыли, остающихся в выходящем газе, и, таким образом, удаляются из выходящего газа пылеуловителем 30.

В соответствии с предпочтительным вариантом воплощения настоящего изобретения выпуск 32 золы включает в себя систему золоудаления, включающую в себя средство 38 рециркуляции части частиц зольной пыли, выгруженной через выпуск 32 из пылеуловителя 30, обратно в газодымовой тракт 24. Рециркулируемую зольную пыль предпочтительно вводят в расположенную ниже по потоку часть 40 газодымового тракта 24. Средство рециркуляции зольной пыли может включать в себя обрабатывающее устройство 42 для обработки рециркулируемой зольной пыли. Обрабатывающее устройство 42 для обработки рециркулируемой зольной пыли может представлять собой сепаратор для отсеивания самых мелких частиц зольной пыли, которые подлежат введению в газодымовой тракт 24. Также в рециркулируемую зольную пыль можно добавлять вещества, которые катализируют окисление элементарной ртути, такие как следы оксидов металлов Fe2O3 или CuO.

Хлоридсодержащая соль, вводимая средством 36, также может быть выбрана из группы, состоящей из хлорида натрия (NaCl), хлорида калия (KCl) и хлорида кальция (CaCl2 ). При введении в высокотемпературную зону газодымового тракта 24 указанные соли быстро образуют молекулы и ионы, которые могут взаимодействовать с атомами Hg и образовывать молекулы HgCl 2. Молекулы HgCl2 имеют тенденцию адсорбироваться на частицах зольной пыли и, таким образом, могут быть собраны пылеуловителем 30.

Когда хлоридсодержащая соль вводится на ранней ступени газодымового тракта 24, высокая температура выходящих газов вызывает быструю диссоциацию молекул. Такое место расположения раннего введения также обеспечивает длительное время пребывания раствора, так что имеет место диссоциация всей соли при охлаждении выходящих газов до температуры начала образования HgCl2, которая составляет примерно 370°C.

Когда в качестве хлоридсодержащей соли используется NH 4Cl, получаемое в результате образования молекул NH 3 может использоваться для некаталитического восстановления NOx. В частности, молекулы NH3, образованные при достаточно высокой температуре, предпочтительно выше примерно 700°C, превращают оксиды азота в N2 и Н2 О. Кроме того, NH3 может увеличить количество связанной с твердыми частицами ртути в дымовом газе.

Средство 36 введения раствора хлоридсодержащей соли может включать в себя средство (не показано) нагревания этого раствора до некоторой степени, например до температуры от примерно 100°C до примерно 200°C, перед его введением в газодымовой тракт 24. Более высокие начальные температуры раствора ускоряют диссоциацию соли на множество ионов и молекул в газодымовом тракте, таким образом гарантируя то, что требуемые соединения хлора и ионы образуются до того, как дымовой газ охладится до температуры примерно 370°C, при которой начинается значительное образование HgCl2 .

Реактор 12 не должен обязательно представлять собой камеру сгорания с циркулирующим псевдоожиженным слоем. Он также может представлять собой камеру сгорания с барботажным псевдоожиженным слоем (с барботированием), газогенератор с псевдоожиженным слоем, камеру сгорания или газогенератор с распылением топлива или мусоросжигатель. В соответствии с первым предпочтительным вариантом воплощения настоящего изобретения раствор хлоридсодержащей соли вводят в линию транспортировки выходящего газа любого из вышеуказанных или других подходящих реакторов в таком месте, в котором температура выходящего газа составляет, по меньшей мере, примерно 650°C. Такое место предпочтительно находится ниже по потоку сразу за печью 14, но в некоторых вариантах применения может быть расположено дальше в газодымовом тракте 24, а предпочтительно выше по потоку относительно первого теплообменника 26.

На фиг.2 показана схематически котельная установка 10' в соответствии со вторым предпочтительным вариантом воплощения настоящего изобретения. Котельная установка 10' отличается от установки, показанной на фиг.1, главным образом тем, что газодымовой тракт 24 содержит катализаторный блок 46 для обеспечения каталитического восстановления NOx, а также тем, что имеется скруббер 48 мокрой очистки для восстановления SO2 ниже по потоку относительно пылеуловителя 30. Альтернативой скрубберу 48 мокрой очистки является распылительная сушилка выше по потоку относительно пылеуловителя. Хотя на фиг.2 не показана система 38 рециркуляции зольной пыли, как это сделано на фиг.1, такая система может быть введена в состав котельной установки 10' или в другие установки, к которым также применимо настоящее изобретение.

В соответствии со вторым предпочтительным вариантом воплощения настоящего изобретения, показанным на фиг.2, раствор хлоридсодержащей соли, растворенной в таком растворителе, как вода, вводят в газодымовой тракт 24 средством 36' в место, расположенное ниже по потоку относительно теплообменника 26, в котором температура выходящего газа составляет ниже примерно 650°C и предпочтительно выше примерно 370°C. Для того чтобы гарантировать, что хлоридсодержащая соль диссоциирует на требуемые молекулы и ионы прежде, чем выходящий газ охладится до примерно 370°C, раствор сначала нагревают теплообменником 44 до температуры в по меньшей мере примерно 300°C перед его введением в газодымовой тракт 24.

Раствором хлоридсодержащей соли, вводимым в газодымовой тракт 24 средством 36', может быть хлорид аммония (NH4Cl). При нагревании нагревателем 44 хлорид аммония диссоциирует и образует, например, молекулы NH3. Таким образом, введение раствора диссоциирующей соли хлорида аммония выше по потоку относительно катализаторного блока восстановления NOx обеспечивает наличие молекул NH3, легко участвующих в СКВ-восстановлении NO x. Во многих вариантах - применениях настоящего изобретения хлоридсодержащая соль может быть также выбрана из группы, состоящей из хлорида натрия (NaCl), хлорида калия (KCl) и хлорида кальция (CaCl2).

На фиг.3 схематически показана котельная установка 10'' в соответствии с третьим предпочтительным вариантом воплощения настоящего изобретения. На фиг.3 показан способ осуществления снижения содержания ртути в котельной установке, имеющей пылеуловитель 30' ниже по потоку относительно первого теплообменника 26, который находится при более высокой температуре, чем в вариантах воплощения, показанных на фиг.1 и 2. Соответственно, катализаторный блок 46' восстановления NOx и воздухонагреватель 28' расположены ниже по потоку относительно пылеуловителя 30'. Согласно фиг.3 скруббер 48 мокрой очистки расположен ниже по потоку относительно катализаторного блока 46' восстановления NOx. Скруббер 48 мокрой очистки может быть также заменен, например, распылительной сушилкой и дополнительным сепаратором твердых частиц.

В соответствии с третьим предпочтительным вариантом воплощения настоящего изобретения, показанным на фиг.3, раствор хлоридсодержащей соли вводят средством 36" в ту часть газодымового тракта 24, которая находится ниже по потоку относительно пылеуловителя 30' и выше по потоку относительно катализаторного блока 46' восстановления NOx. Когда раствор хлоридсодержащей соли нагревается нагревателем 44' до, по меньшей мере, примерно 300°C, раствор диссоциирует на множество видов молекул и ионов перед его введением средством 36" в вышеуказанную часть газодымового тракта 24. Хлорсодержащие частицы, включая один или более представителей из молекул HCl и Cl2 и ионов Cl-, образовавшихся при диссоциации соли или солей, являются легко доступными для образования молекул HgCl2 c ртутью в выходящем газе. Кроме того, возможно образовавшийся NH3 является легко доступным для СКВ-восстановления NOx в катализаторном блоке 46'.

Хотя данное изобретение описано здесь с помощью примеров, которые считаются в настоящее время наиболее предпочтительными вариантами воплощения, необходимо понимать, что данное изобретение не ограничивается рассмотренными вариантами, а предназначено для охвата различных комбинаций и/или модификаций его признаков и других вариантов применения в объеме изобретения, определенного в прилагаемой формуле изобретения.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ удаления ртути из дымового газа, содержащего ртуть и твердые частицы, выходящего из работающей на ископаемом топливе энергопреобразующей установки и проходящего через газодымовой тракт, включающий в себя следующие стадии, на которых:

(a) приводят ртуть в дымовом газе в контакт с раствором, содержащим, по меньшей мере, одну растворенную в растворителе хлоридсодержащую соль, путем введения упомянутого раствора в газодымовой тракт в месте введения для окисления ртути до HgCl2;

(b) нагревают раствор перед стадией (а) или после нее до, по меньшей мере, примерно 300°С; и

(c) удаляют окисленную ртуть из дымового газа средством удаления твердых частиц из дымового газа.

2. Способ по п.1, в котором место введения выбирают таким образом, что температура дымового газа в нем составляет менее примерно 650°С, а раствор нагревают до, по меньшей мере, примерно 300°С перед упомянутым введением.

3. Способ по п.2, в котором место введения выбирают таким образом, что температура дымового газа в нем составляет от примерно 370°С до примерно 650°С, а раствор нагревают до, по меньшей мере, примерно 300°С перед упомянутым введением.

4. Способ по п.1, в котором место введения выбирают таким образом, что температура дымового газа в нем составляет от примерно 650°С до примерно 980°С, тем самым быстро нагревая упомянутый раствор до, по меньшей мере, примерно 300°С в газодымовом тракте.

5. Способ по п.4, в котором дополнительно нагревают упомянутый раствор до, по меньшей мере, примерно 100°С перед упомянутым введением.

6. Способ по п.1, в котором растворитель представляет собой воду.

7. Способ по п.1, в котором хлоридсодержащая соль представляет собой хлорид аммония (NH4Cl).

8. Способ по п.7, в котором место введения выбирают таким образом, что температура дымового газа в нем составляет от примерно 650°С до примерно 980°С, тем самым быстро нагревая упомянутый раствор до, по меньшей мере, примерно 300°С в газодымовом тракте для диссоциации NH4Cl на, по меньшей мере, NH3 и частицы хлора и позволяя образовавшемуся NH3 снижать уровни содержания NOx в дымовом газе за счет процесса селективного некаталитического восстановления.

9. Способ по п.7, в котором дополнительно нагревают упомянутый раствор до, по меньшей мере, примерно 300°С перед упомянутым введением, а место введения выбирают выше по потоку относительно катализаторного блока восстановления NOx таким образом, что температура дымового газа в нем составляет от примерно 370°С до примерно 650°С.

10. Способ по п.1, в котором выбирают хлоридсодержащую соль из группы, состоящей из хлорида натрия (NaCl), хлорида калия (KCl) и хлорида кальция (CaCl2 ).

11. Способ по п.1, в котором дополнительно рециркулируют часть твердых частиц, удаленных из дымового газа, обратно в газодымовой тракт.

12. Способ по п.11, в котором дополнительно обрабатывают рециркулируемые твердые частицы перед введением обратно в газодымовой тракт путем отсеивания наиболее крупных частиц от рециркулируемых твердых частиц.

13. Способ по п.11, в котором дополнительно обрабатывают рециркулируемые твердые частицы перед введением обратно в газодымовой тракт путем добавления веществ, которые катализируют окисление ртути.

14. Способ по п.1, в котором дополнительно удаляют окисленную ртуть из дымового газа с помощью скруббера мокрой очистки.

15. Способ по п.1, в котором дополнительно удаляют окисленную ртуть из дымового газа с помощью распылительной сушилки.


Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2281151

patent-2281151.pdf
Патентный поиск по классам МПК-8:

Класс B01D53/64 тяжелые металлы или их соединения, например ртуть

Патенты РФ в классе B01D53/64:
адсорбер для очистки воздуха от паров ртутьсодержащих веществ -  патент 2523803 (27.07.2014)
композиции на основе хлорида брома, предназначенные для удаления ртути из продуктов сгорания топлива -  патент 2515451 (10.05.2014)
сорбирующие композиции и способы удаления ртути из потоков отходящих топочных газов -  патент 2509600 (20.03.2014)
способ сжигания ртутьсодержащего топлива (варианты), способ снижения количества выброса ртути, способ сжигания угля с уменьшенным уровнем выброса вредных элементов в окружающую среду, способ уменьшения содержания ртути в дымовых газах -  патент 2494793 (10.10.2013)
катализатор окисления ртути и способ его приготовления -  патент 2493908 (27.09.2013)
катализатор на углеродной основе для десульфуризации дымовых газов, и способ его получения, и его использование для удаления ртути в дымовых газах -  патент 2447936 (20.04.2012)
применение соединений, содержащих галоген и азот, для снижения выбросов ртути при сжигании угля -  патент 2441905 (10.02.2012)
удаление ртути -  патент 2441699 (10.02.2012)
способ уменьшения содержания серы и/или ртути в дымовых газах (варианты), композиция сорбента, способ сжигания угля с уменьшенным количеством выброса в окружающую среду вредных элементов (варианты), угольная зола, полученная вышеуказанными способами, и цемент, пуццолан, бетонная смесь и ее раствор, бетонная конструкция, способ получения цементирующей смеси, полученные на основе упомянутой золы или посредством нее -  патент 2440179 (20.01.2012)
способ удаления тяжелых металлов из газов -  патент 2438762 (10.01.2012)

Наверх