アンモニア性窒素除去イキ更新 2015

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飛灰からアンモニアを削除します。

J. ・ ビットナー, S. Gasiorowski, F. Hrach

分離技術, LLC 101 ハンプトン アベニュー, ニーダム, マサチューセッツ州, アメリカ

抽象的な

フライアッシュ コンクリートのポゾランとして使用できる供給ユーティリティ プラント空気品質規制の影響の深刻な影響します。. 具体的には, nox 規制の削減, 粒子, そしたら3 含むエアロゾル排出量はアンモニアを試薬として使用する制御システムのインストールを必要とすると予想します。. アンモニア ユニット集塵、排ガス中の現在のレベルに応じて, 集められた飛灰は、主に硫酸アンモニウム塩としてアンモニアと重汚染可能性があります。.

ST 装置 & 技術 LLC (イキ) 飛灰からアンモニアを除去するプロセスを開発しました. プロセス回復 100% 飛灰の処理し、結果の灰はコンクリート用のすべての仕様を満たしています。. ST のアンモニア除去プロセスは単独で、または会社の炭素分離技術との組み合わせで使用できます。. 炭素分離プロセスは、焼却飛灰上でのアンモニアの存在の影響を受けません。. このモジュール式のアプローチ治療使えなくフライアッシュの低コストのソリューションを提供しています。.

ST アンモニア除去システムが米国の 2 つの場所と 1 つのヨーロッパで動作します。. 間で未処理の飛灰のアンモニア濃度が変化します。 200 と 3000 mg NH3 / kg の灰 (当たり部質量百万, または ppm). ST 処理する灰アンモニア濃度を削減した未満 50 mg NH3 / kg の灰. 以上 500,000 飛灰のトンは、ST のアンモニア除去プロセスからレディ ミックス コンクリート生産者に販売されています。.

アンモニア汚染灰

フライアッシュ コンクリートのポゾランとして使用できる供給ユーティリティ プラント空気品質規制の影響の深刻な影響します。.1 具体的には, nox 規制の削減 , 粒子, そしたら3 含むエアロゾル排出量はアンモニアを試薬として使用する制御システムのインストールを必要とすると予想します。. 静電集塵、排ガスにアンモニアのレベルに応じて, 集められた飛灰は、主に硫酸アンモニウム塩としてアンモニアと重汚染可能性があります。 1,2. NOx 制御の, 煙道ガスのアンモニア レベルは"slip‿ のアンモニアの量によって設定されます。, すなわち. 未反応アンモニア SCR または SNCR 単位の後. 粒子かそこらを減らすために3 エアロゾルの放出, アンモニアが注入される前に、集塵排ガスと飛灰に振り込まれます. これが発生する程度は SO に依存3 コンテンツ, 飛灰硫黄含有量, 飛灰のアルカリ性, アンモニア濃度, 排ガス中の灰の読み込み.

の使用 フライアッシュ コンクリートでは、フライアッシュが特定の物理的および化学的特性を有することを必要とする3. 灰のポゾランのプロパティで有効になるコンクリートのセメントの水和から非常にアルカリの遊離石灰の発生. フライアッシュにアンモニアが含まれている場合, このアンモニアは、コンクリートの高いアルカリ性の作用によってガスとして解放されて. アルカリ度は次の式に従って分子アンモニア アンモニウム イオンの平衡をシフトします。:

NH4+(aq) + ああ–(aq) ↔ NH3(aq) + H2O

溶存分子アンモニアが簡単に無料のアンモニアガスとしてソリューションから解放されます。.

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アンモニアは強い臭いがする化合物もの含蓄を運ぶ, 堆肥と尿. アンモニアの臭いはコンクリートの生産に受け入れられない, コンクリートで働く請負業者, 究極のコンクリート ユーザー.4

汚染された飛灰をアンモニアを使用するときにコンクリートの終了プロパティが悪影響を受けていません。, しかし、においは許容, 特に地下または封じられたスペースで、コンクリートを使用した場合.5,6,7 場所の仕様によって, 新鮮な空気の循環量を含む, アンモニア臭はなかった含む飛灰を使用するときに不愉快な 100 宛先 200 mg NH3 / kg (当たり部質量百万, または ppm). 問題が発生しないことを保証するために, フライアッシュのアンモニアの内容は超えないはず 100 ppm2,8.

しかし, 発電所でアンモニア添加の飛灰アンモニアの内容につながります 200 宛先 2500 ppm, フライアッシュをコンクリートに使用のために受け入れられないレンダリング.8 このように, 固形廃棄物処理問題、CO を増加発電所の排気を制御することにより空気質問題を軽減2 コンクリートの製造に使用されたセメントの量を増やすことによって温室効果排出量. 飛灰からのアンモニア除去コンクリートで使用できますので、廃棄物処分を避けることによってユーティリティを利益となります。, コンクリートの生産, ユーザー, 材料のコストを削減し、製品の品質を増やすことによって究極の所有者, セメント生産から温室効果ガスの排出量を減らすことにより環境.

飛灰は、アンモニアとアンモニウム塩の量は、排ガスにアンモニアの量に関連します。. 東部の歴青炭を用いた高発熱量は典型的な微粉炭ユニット 12,000 BTU/lb (6667 kcal/kg), 石炭質量比に排ガスは約 8 宛先 9.5. 石炭の灰分が 10%, と 80% 石炭灰の飛灰として回収します。 (20% 焼却灰に), 排ガス / 灰率は約 100. 排ガスにアンモニアの種のすべてが付着し、又は飛灰に吸着した場合, 灰中のアンモニアの濃度は約だろう 50 単位質量のガス送管の倍, 例えば. アンモニア “スリップ” の 2 ボリュームで ppm 含まれている灰になります。 100 mg / kg (重量 ppm。) アンモニア. 実際の測定表示が正しいこの関係.9 フライアッシュにアンモニアの濃度はオペレーティング ・ ユニット、石炭および他の要因と同様、下部灰比フライアッシュの灰分含有率に依存している間で変わる.

静電集塵するアンモニア注入 (ESP) 効率を改善し、プルームを削減する不透明度は、飛灰中のアンモニアの非常に高いレベルをすることが. 最大レベルします。 2500 このようなシステムの灰で ppm のアンモニアガスを発見されています。. SNCR 操作は通常のスリップ濃度のアンモニア処理します。 5 宛先 20 ppm, 灰のレベルに汚染されて 200 宛先 1000 ppm のアンモニアガス. SCR システムは一般的に、最大アンモナル スリップ レベルで動作するように設計します。 2 または 5 ppm, インストールの仕様によって.10 一般的に, 大きい NH3/違いますx 比, 大きいなしx 得が削減, 高いアンモナル スリップ結果と. しかし, アンモナル スリップよりも大きい 2 ppm 以上の灰アンモニア内容があります。 100 ppm, 売れない灰の生産.11 日本とドイツの動作用に設計された SCR の単位の多くの発電所、 2 ppm 最大用紙は、フライアッシュの市場性にほとんど影響を います。.1,5 しかし, 設計されているいくつかの SCR の世界 5 ppm アンモニア スリップ. 多分より大きいで起因するこの高すべりレベルでこれらのユニットの操作 100 焼却飛灰上でのアンモニアの ppm.

差し込むとアンモニウムの硫酸塩の沈着による下流側の機器の腐食を軽減もレベルを低にアンモニアのスリップを制御します。.1,10 高硫黄を燃焼するとき単位演算子にさらにもっと重要なことになってこの現象により空気予熱器の接続を回避します。, 米国の石炭. このように, 単位の停止時間を最小限に抑えるためにアンモナル スリップの管理はフライアッシュのアンモニア濃度を制御するより大きい問題になります. 結果

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いくつかのユーティリティのサイトで灰の有効利用のために重大な問題が成長しない場合があります。, 特定のデザインおよび排出制御システムの操作によって.

プロセスをイキ

イキ飛灰からアンモニアを除去するプロセスを開発しました.12 プロセス回復 100% 飛灰の処理し、結果の灰はコンクリート用のすべての仕様を満たしています。. イキのアンモニア除去プロセスは単独で、または会社の炭素分離技術との組み合わせで使用できます. 炭素分離プロセスは、アンモニアの存在の影響を受けません。. このモジュール式のアプローチ治療使えなくフライアッシュの低コストのソリューションを提供しています。.

飛灰からガスとしてアンモニアを削除するには, コンクリートにおけるアンモニアのリリースで結果同じ基礎の化学反応を利用する STET プロセス. 飛灰からのアンモナルの解放では、アンモニウム イオン

–アルカリの存在によって平衡分子アンモニア アンモニアを支持してシフト. 当然のことながら高いアルカリ性の灰に追加のアルカリが必要がないです。. 少ないアルカリ性の灰の, 強いアルカリになります。. アルカリの安い源はライム (禁止). ライム解放アンモニア アンモニウム塩の反応が化学平衡によって強く支持します。. 化合物が分解した後、化学反応が急速に起こる.

全体的な反応として一般化することができます。:

(NH4)2だから4(s) + 禁止(s) → 2NH3(g) + CaSO4(s) + H2O(g)

しかし, 固体の蒸気圧は非常に低いとガスや固相での反応は発生しません. アンモニウムの硫酸塩は水に溶けない、アンモニウム イオン及び硫酸イオンに解離.

(NH4)2だから4(aq) → 2NH4+(aq) + だから42-(aq)

石灰は水への露出の非常に安定しました。, 通称発熱反応を優遇 “スレーキング”, カルシウム水酸化物または水和した石灰を生産.

禁止s +H2O → Ca(ああ)2(s)

消石灰は水に難溶性のみ, カルシウムと水酸化物イオンを生成.

Ca(ああ)2(s) ↔ Ca2+(aq) + 2 ああ–(aq)

カルシウム硫酸塩は難溶性も, カルシウム イオンによって使用可能、消石灰の溶解, 彼らは主にカルシウム硫酸塩の沈殿物によって使用されます。.

Ca2+(aq) + だから42-(aq) → CaSO4(s)

最終的に, アンモニウム イオンとアンモニア水に溶解の平衡が存在します。.

NH4+(aq) + ああ–(aq) ↔ NH3(aq) + H2O

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アンモニウム イオン分子アンモニアに変換する度、水溶液系の pH に依存して, 高い pH のアンモニア分子の形成を支持します。. この平衡がよく知られています。.13

STET プロセスの重要な機能は、最小量の水の使用 (1 宛先 4%, 通常 2%) アルカリの最小限の量と (< 2%). 大量の水がプロセスに支障をきたす, アンモニアの発生率を低下. 結果として得られる灰の pH / ライム / 水の混合物は pH を超える必要があります。 10.0. この pH を確保するためにアルカリの非常に少量を追加します。, 灰の自然の pH によって. 通常, 未満 1% Ca(ああ)2 必要です。, 自然酸性 pH による飛灰とも. カルシウムによるアルカリを使用最小限フライアッシュの化学変化の結果になります。. 常温加工します。.

アルカリのコストと製品を乾燥のコストが主要なので営業費用と混合・乾燥機器のサイジングは、資本コストの主要なコンポーネント, プロセスの経済性を最適化する必要がある特定のアッシュの試薬の要件を慎重に測定.

STET プロセスの連続運転のためのプロセス フロー図、図で表示します。 1. 灰, 水とアルカリ制御された割合では、ミキサーに従量制します。. 急速混合及び分散加水し、アルカリを保証するために, 高強度ミキサーを使用します。. ミキサーのこのタイプでの滞留時間が非常に低い, およそ 1 秒. アンモニアがすぐに解放されるが、完全な進化が混合の時間必要です。 3 宛先 4 灰のバルクからガスの大量輸送を可能にするように分灰のバルクからのガスの輸送を質量します。.

混合時間をこれに取得し灰のバルクからアンモニアの便利な交通を確保するため, パグ工場など低強度デバイスがセカンダリ ミキサーとして使用します。. 灰の含水率が非常に低いので, 非常に興奮の乾燥粉末としてこのミキサーで材料の流れ. 両方高いと低速ミキサーで収集したアンモニアガスが生成ユニット煙にリサイクルまたは 2 つの窒素に変換- ステージ触媒ユニット.

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図 1: イキ アンモニア除去プロセス フロー図

余分な水分を除去する乾燥フラッシュを通して材料を伝える deammoniated の灰を乾燥します。. 水の量が少ない, カルシウム水和物硫酸反応時に灰で可溶性硫酸塩の形成で消費される水, ミキシング段階低強度中に水の損失, 少量の水だけが乾燥によって除去される必要があります。. これは乾燥段階のエネルギー需要を最小限に. 最終的な灰温度約 150oF では、完全に自由に流動を生成する適切です, 含水率 ASTM C を下回る製品灰 618 仕様 3 wt. %.3

STET のアンモニア除去プロセスの最初の本格的なアプリケーションの動作し始め 2003 ST の灰処理施設ジャクソンビル電気機関 St で. ジャクソンビルのジョンズ川パワー パーク, フロリダ州. この商業規模操作処理まで 40 汚染された灰の毎時トン, 以下にコンテンツのアンモニアを減らすこと 30 ppm. 着信の飛灰中アンモニア濃度変化 〜 200 から 900 ppm. プロセスは非常に堅牢です, その結果 90+% 試用版のすべての設定の下でアンモニア性窒素除去, 最大の目標を下回る灰の生産 50 ppm のアンモニアガス. 最終的な水分を内容します。 <0.3%. 代表的な結果は、表に記載されて 2. 以上 250,000 アンモニア汚染灰のトンは、ジャクソンビルの施設で正常に処理されています。.

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テーブル 2: 典型的な商業規模アンモニア システム結果

タンパのビッグ ベンド駅で飛灰, フロリダは発電所の ESP システムなどの排出量を制御するためにアンモニア注入によるアンモニアで汚染されて3 SCR NOx 制御システムによって生成されたエアロゾル. 他の発電所, アンモニア汚染にも SNCR NOx 制御と ESP システムの粒子のコレクションを高めるためにアンモニアを使用発生します. ビッグ ・ ベンドで, アンモニア注入範囲から装備の飛灰アンモニア レベル 750 宛先 3360 ppm のアンモニアガス. したがいまして, フライアッシュ コンクリートの生産のためのものは、ST のアンモニア除去プロセスによって扱われなければなりません。.

ビッグ ・ ベンドに設置された STET アンモニア除去プロセスの設計 (図 2) 2 番目のフルスケールのインストールは、多くの改良が含まれています. 物質の取り扱っている設備が高いレートで操作できるように改善します。. 乾燥システムを以前のデザインから縮小し、システムの全体的なエネルギー需要を削減する高温ガスのリサイクルが含まれています. 最後に, 収集したアンモニアのガスを窒素に変換する場所 2 段触媒ユニットにプロセスにリリースされたアンモニアを供給します。. この反応によって発生する熱を回収し、乾燥システム フライアッシュ フラッシュのエネルギーの要件を補完するために使用. 最小限の NOx 排出量 2 段触媒システムの結果の使用. プロセス回復 100% 飛灰の処理し、結果の灰はコンクリート用のすべての仕様を満たしています。.

この商業スケール操作が処理することができます。 52 汚染された灰の毎時トン, 以下にコンテンツのアンモニアを減らすこと 75 mg/kg. プロセスは非常に堅牢です, その結果 97+% アンモニア性窒素除去, 最大の目標を下回る灰の生産 100 mg/kg のアンモニア. 最終的な水分を内容します。 <0.5%.

STET アンモニア除去プロセスは RWE npower ・ アベルサウ駅灰処理以来のイギリスの施設で運営されています。 2008. ・ アベルサウ典型的な灰のアンモニア レベルと ESP コレクションの効率を向上させるアンモニアを追加します 200 ppm とプロセス向けです。 500 ppm.

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図 2: ビッグ ベンド駅でのアンモニア除去システム, フロリダ州タンパ

製品灰

低アンモニア飛灰製品は、ASTM C の化学と物理のすべての要件を満たしています。 618 標準的な結果として得られるコンクリート、灰アンモニア除去プロセスに服従しないと同じ. アンモニアからコンテンツの削減植物灰のプロパティと共に 1 つの発電所から灰の典型的な特性を比較して表 250 mg / kg 20 mg / 連続 ST プロセスによる kg. このソースから灰のカルシウム酸化物の含有の範囲があることに注意してください。 1.4 宛先 12%. 添加 1% Ca(ああ)2 (0.75% 曹として) 灰化学の軽微な変更のみになります, 変動を大幅に拡大.

優れたポゾラン材料であることを示した deammoniated の灰で実行されるコンクリート テスト. この灰を用いた圧縮強度発現が同じくらい良いかこのソースから unammoniated 灰より. 長期耐久性コンクリート物性も優れています。, 耐食性向上を含む, 耐硫酸塩性, 塩素イオン透過性, ライムの収縮.

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表 1: フライアッシュの物理・化学性.

概要

NOx を低減するユーティリティによって行われたテクノロジーの選択肢に依存する質の良い飛灰が危険にさらされる NOx や粒子状物質の排出システムの結果として、将来的に度, 粒子状物質の排出量とプルームの不透明度. しかし, イキの汚染灰から、アンモニアを除去するアンモニア除去プロセスを利用できます。, コンクリート生産で使用する高付加価値物質の生産. 回復したアンモニアは転用の発電ユニットにリサイクルすることができます。. このアンモニア除去プロセスは、スタンドアロン システムとしてインストールすることができます。 または STET の成功したフライアッシュ カーボン除去システムと組み合わせて使用することができます。.

1スチュワート, B.R., EPA の最近オゾン トランスポート ルールの波及効果, 手続, 1999 NOx 制御における選択的触媒および非触媒還元に関する会議, 5 月 1999, 9 頁 10.

2スロス, L. L., Hjalmarsson, A K, 音, H.N., キャンベル, L.M., 石, D. K., シャリーフ, G. S., Emmel, T., Maibodi, M。, Livengood, C.D., Markussen, J. 窒素酸化物制御技術ファクトブック, 株式会社ノエス データ, pp. 94-95, 1992

3“石炭フライアッシュと生または焼成天然ポゾラン混和コンクリートとして使用するための標準仕様”, ASTM C 618, テストのためのアメリカの社会および材料, フィラデルフィア, PA.

4専攻, R.K., ヒル, R., マクマリー, R., トーマス, S., アンモニア注入品質管理手続を含む有価フライアッシュの影響に関する研究, 手続, 1999 選択的触媒会議と 非触媒 NOx制御の削減, 5 月 1999, pp.11-13.

5ファン・デル・ブルッヘン, F.W., ガスト, C.H., ヴァン デン ベルク, Jw。, カイパー, W.H., ヴィッサー, R., アンモニウム汚染フライアッシュの使用中に遭遇した問題. 手続: Epri / Epa 1995 ステーション燃焼NOx制御に関する合同シンポジウム, 5 月 16-19, 1995. 本 4, セッション 8A, pp. 1-16.

6ヴァン デン ベルク, Jw。, コルネリスネ, H.A.W. ,低NOx技術がフライアッシュ品質に及ぼす影響, 手続: 13番目 石炭燃焼物の利用と管理に関する国際シンポジウム, 1999, pp. 29-1 – 29-11.

7コッホ, H-J., プレンツェル, H., コンクリートスクリードの鋳造における臭気の発達に関する試験 – NH を使用する3-汚染されたフライアッシュ, コンクリートプレキャスティングプラントと技術, 集 11, 1989 pp. 72-75.

8フィッシャー, 紀元 前。, ブラックストック, T. アンモニアストリッピングプロセスを使用したフライアッシュベネシレーション, 12番目 石炭燃焼副産物管理・利用に関する国際シンポジウム, 1997 pp. 65-1 – 65-8.

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9ラリモア, L., ドッジン, D。, モンロー, L., 灰に対するアンモニア効果の特性評価と除去方法の評価, 手続: 13番目 石炭燃焼物の利用と管理に関する国際シンポジウム, 1999, pp. 16-1 – 16-15.

10窒素酸化物の排出抑制: 選択的触媒還元 (SCR), クリーン石炭技術, 局所レポート番号 9. 米国. エネルギー・南部企業サービス省, (株). 7 月, 1997.

11オコナー, D。, ラリモア, L, ドッジン, D。, モンロー, L., アンモニア系NOx低減がフライアッシュに及ぼす影響: アンモニア吸着灰, 手続, EPRI-DOE-EPA 複合ユーティリティ大気汚染防止シンポジウム: MEGAシンポジウム, 8 月, 1999, 紙 # 16.

12Gasiorowski, Sa。, そしてハラッハ, F.J., アンモニア汚染フライアッシュからアンモニアを除去する方法, 米国特許番号 6,077,494, 6 月 20, 2000.

13サーストン, Rv。, ルッソ, Rc。, エマーソン, K., アンモニア水平衡 – 非イオン化アンモニアの割合の集計, アメリカ合衆国の環境保護, EPA-600/3-79-091, 8 月, 1979.

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