Аммиак алу STET Жаңарту 2015

Needham техникалық орталығы

Күлде аммиак алып тастау

J. Bittner, S. Gasiorowski, және F. Hrach

бөлу технологиялары, ЖШС 101 Hampton Avenue, Needham, Массачусетс, АҚШ

дерексіз

бетон жылы pozzolan ретінде пайдалану үшін қол жетімді күлдің жеткізу қатты коммуналдық зауыт операциялар бойынша атмосфералық ауаның сапасын ережелерге әсерінен әсер болуы мүмкін. Атап айтқанда, mandated reductions in NOx, particulate, and SO3 containing aerosol emission levels are expected to require the installation of control systems which may use ammonia as a reagent. бірлік сүзгілерін кезінде түтін газ аммиак қазіргі деңгейіне байланысты, Жиналған күл қатты, ең алдымен, аммоний сульфаты тұздары ретінде аммиак ластанған болуы мүмкін.

ST жабдықтар & технология ЖШС (STET) күлдің аммиак жояды процесі әзірледі. процесс қалпына 100% бетон өңделген және нәтижесінде күл пайдалануға арналған барлық талаптарға сай келетін күл. St компаниясының аммиак жою процесі жалғыз немесе компанияның көміртек бөлу технологиямен ұштастыра отырып пайдаланылуы мүмкін. көміртегі бөлу процесі күлдің аммиак қатысуымен әсер етпейді. Бұл модульдік тәсіл, әйтпесе жарамсыз күлде емдеу үшін ең төменгі құны шешім ұсынады.

ST аммиак жою жүйесі АҚШ-та екі жерлерде жұмыс істейтін және Еуропа бір болып. өңделмеген күл аммиак деңгейлері арасындағы отыруы қойды 200 және 3000 мг NH3 / кг күл (массасы миллион бір бөлігі, немесе PPM). ST процесс кем күл аммиак деңгейін табысты азайтты 50 мг NH3 / кг күл. үстінде 500,000 күлдің тонна Санкт-ның аммиак жою процесінен дайын бетон өндірушілерге сатылды.

Аммиак Жұқтырылған Fly Ash

бетон жылы pozzolan ретінде пайдалану үшін қол жетімді күлдің жеткізу қатты коммуналдық зауыт операциялар бойынша атмосфералық ауаның сапасын ережелерге әсерінен әсер болуы мүмкін.1 Атап айтқанда, mandated reductions in NOx , particulate, and SO3 containing aerosol emission levels are expected to require the installation of control systems which may use ammonia as a reagent. электрофилтрлер кезінде түтін газ аммиак қазіргі деңгейіне байланысты, Жиналған күл қатты, ең алдымен, аммоний сульфаты тұздары ретінде аммиак ластанған болуы мүмкін 1,2. NOx бақылау үшін, түтін газдарының аммиак деңгейі аммиак «slip‿ сомасына орнатылады, Яғни. SCR немесе SNCR бірлігі кейін непрореагировавший аммиак осы. бөлшектер азайту немесе ЕҰ3 аэрозоль шығарындылары, аммиак дейін сүзгілерін үшін түтін газ айдалады және күлдің бойынша сақтауға болады. Бұл орын, онда дәрежесі т.б. тәуелді3 мазмұны, күл күкірт мазмұны ұшып, күл сілтілігі, аммиак концентрациясы, түтін газ және күл тиеу.

The use of күлде in concrete requires that the fly ash have specific physical and chemical properties3. күлдің pozzolanic қасиеттері цемент ылғалдандыру жоғары сілтілі free әк ұрпаққа бетон іске қосылады. күл құрамында аммиак кезде, Осы аммиак бетон жоғары сілтілік ерітінді іс-қимыл арқылы газ ретінде азат болып. сілтілігі келесі теңдеуге сәйкес молекулалық аммиак ерітіндісінде аммоний иондарының тепе-теңдікті жылжытады:

NH4+(вод) + OH–(вод) ↔ NH3(вод) + H2The

еріген молекулалық аммиак оңай тегін аммиак газ сияқты шешу босатылады.

ST жабдықтар & технология ЖШС 101 Hampton Avenue Needham, MA 02494 Тел: 781-972-2700

Needham техникалық орталығы

Аммиак barnyards коннотацию асырады күшті иісі қосылу болып табылады, көң және несеп. аммиак иісі бетон өндіруші үшін қолайсыз болып табылады, бетон жұмыс мердігер, және түпкілікті бетон пайдаланушыға.4

аммиак ластанған күлде пайдаланған кезде бетон дайын қасиеттері қолайсыз әсер етпейді, бірақ иісі қолайсыз болып табылады, бетон жерасты жабық кеңістікте қолданылады, әсіресе, егер.5,6,7 Орынды ерекшелігіне байланысты, таза ауа айналымының сомасы, оның ішінде, аммиак иісі, құрамында Fly күлді пайдалану кезінде жағымсыз болуы емес табылды 100 қарай 200 NH3, мг / кг (массасы миллион бір бөлігі, немесе PPM). ешқандай проблемалар жоқ деп сендіре мақсатында, күл аммиак мазмұны үлкен болмауы тиіс 100 PPM2,8.

дегенмен, электр энергиясын өндіру зауытында аммиак қосу күл аммиак мазмұны әкелуі мүмкін 200 қарай 2500 PPM, бетон пайдалану үшін қолайсыз күлде көрсету.8 осылайша, электр станцияларын эмиссияларды бақылау арқылы ауаның сапасының мəселелерін азайту қатты қалдықтарды кәдеге жарату проблемасын арттырады және CO арттырады2 бетон өндірісінде пайдаланылатын цемент мөлшерін ұлғайту есебінен парниктік шығарындыларды. күлдің аммиак шығару, ол бетон пайдалануға болады, сондықтан қатты қалдықтарды кәдеге жарату аулақ утилитасын пайда болар еді, бетон өндіруші, пайдаланушы, және түпкілікті иесі материалдардың құнын төмендету және өнім сапасын арттыру арқылы, мен цемент өндірісі бастап парниктік газдар шығарындыларын қысқарту бойынша қоршаған ортаны.

күлдің табылған аммиак және аммоний тұздары сомасы түтін газ аммиак қазіргі сомасына байланысты. жоғары жылу құны шығыс тас көмірді пайдаланып типтік Ұсақталған көмір бірлік үшін 12,000 БЖБ / фунт (6667 ккал / кг), көмір жаппай қатынасы түтін газдарының шамамен 8 қарай 9.5. көмір күл мазмұны кезде 10%, және 80% көмір күл күлдің ретінде қалпына (20% төменгі күл үшін), түтін газдарының / күл қатынасы шамамен 100. түтін газ осы аммиак түрлерінің барлық күлдің бойынша сақтауға немесе сорып болса, күл аммиак концентрациясы шамамен болар еді 50 бұқаралық негізінде түтін газ қарағанда үлкен есе, мысалы, SpellCheckerService. аммиак “таю” туралы 2 көлемі бойынша PPM бар күл әкелуі мүмкін 100 мг / кг (мас арқылы PPM.) аммиак. Нақты өлшеу осы қарым-қатынас дұрыс болуы көрсету.9 күлдің аммиак концентрациясы төменгі күл қатынасы, сондай-ақ басқа да факторларға көмір мен күлдің күл мазмұнына тәуелді операциялық бөлімшелерінің арасында әр түрлі болады.

электрофилтрлер үшін аммиак бүрку (ESP) тиімділігін арттыру және шлейф азайтамыз үшін күлдің аммиак өте жоғары деңгейде әкелуі мүмкін. дейін деңгейлері 2500 күл PPM аммиак сияқты жүйелерде табылған болатын. SNCR операциялар әдетте аммиак сырғу концентрациясы жұмыс 5 қарай 20 PPM, күл деңгейіне дейін ластанған 200 қарай 1000 PPM аммиак. SCR жүйелер, әдетте, барынша аммиак сырғу деңгейде жұмыс істеу үшін жасақталған 2 немесе 5 PPM, орнату ерекшелігіне байланысты.10 әдетте, үлкен NH3/NOX арақатынас, NO үлкенX алынады азайту, нәтижесінде жоғары аммиак слип бар. дегенмен, қарағанда аммиак сырғу үлкен 2 ppm may result in ash-ammonia contents of greater than 100 PPM, Егер unmarketable күл шығаратын.11 А үшін арналған SCR бірлік операциялық Жапония мен Германияда көптеген электр станциялары 2 PPM максималды сырғу күлдің бәсекеге аз әсер көрген.1,5 дегенмен, Кейбір SCR әлемдегі бүкіл үшін әзірленген 5 PPM аммиак сырғу. ден артық осы жоғары үдесінен деңгейі болады, ең алдымен, нәтижесінде осы бірлік операциясы 100 күлдің бойынша аммиак PPM.

төмен деңгейдегі аммиак слипті бақылау, сондай-ақ байланысты аммоний сульфат тұндыру үшін ағысты бойлап төмен жабдықтарды жалғап тот төмендетеді.1,10 Осыған байланысты құбылысқа әуе Қыздыру қосуға болдырмай жоғары күкіртті жағу кезінде одан да маңызды бірлік операторларына болады деп күтілуде, US coals. осылайша, management of ammonia slip to minimize unit outage time will be a greater concern than controlling the ammonia level of fly ash. The result

ST жабдықтар & технология ЖШС 101 Hampton Avenue Needham, MA 02494 Тел: 781-972-2700

Needham техникалық орталығы

ешқандай елеулі проблема кейбір коммуналдық алаңдарында күл кәдеге жарату үшін әзірлейді болуы мүмкін, шығарындылар басқару жүйелерін нақты жобалау және пайдалану қарай.

STET процесі

STET күлдің аммиак жояды процесі әзірледі.12 процесс қалпына 100% бетон өңделген және нәтижесінде күл пайдалануға арналған барлық талаптарға сай келетін күл. STET компаниясының аммиак жою процесі жалғыз немесе компанияның көміртек бөлу технологиямен ұштастыра отырып пайдаланылуы мүмкін. көміртегі бөлу процесі аммиак қатысуымен әсер етпейді. Бұл модульдік тәсіл, әйтпесе жарамсыз күлде емдеу үшін ең төменгі құны шешім ұсынады.

күлдің бастап газ ретінде аммиак жою үшін, the STET process utilizes the same fundamental chemical reaction that results in ammonia release in concrete. күлдің аммиак азаттық аммоний ион талап етеді

–молекулалық аммиак тепе сілтімен болуымен аммиак пайдасына ауыстырылуы. Fly табиғи жоғары сілтілігі күл ешқандай қосымша сілтімен қажет. кем сілтілік күл үшін, кез келген күшті сілтілік қызмет етеді. сілтімен ең арзан көзі әк болып табылады (CaO). әк азаттық аммиак аммоний тұздарының реакция қатты химиялық тепе-теңдік ұнататын. қосылыстар еріген кейін химиялық реакция тез жүреді.

жалпы реакция ретінде қорытындылауға болады:

(NH4)2SO4(с) + CaO(с) → 2NH3(г) + CaSO4(с) + H2The(г)

дегенмен, қатты денелердің бу қысымы өте төмен болып табылады және реакция газ немесе қатты фазада пайда болуы мүмкін емес. Аммоний сульфаты суда жақсы еритін болып табылады және аммоний иондарының және сульфат иондары диссоциирует.

(NH4)2SO4(вод) → 2NH4+(вод) + SO42-(вод)

Әк су әсерінен жоғары тұрақсыз, әдетте ретінде белгілі жоғары экзотермиялық реакция артықшылық “slaking”, кальций гидроксиді немесе әк әк өндіретін.

CaOс +H2O → Ca(OH)2(с)

ылғалданған әк суда ғана үнемді еритін болып табылады, кальций мен гидроксиді иондарын өндіретін.

ретінде(OH)2(с) ↔ ретінде2+(вод) + 2 OH–(вод)

Кальций сульфаты, сондай-ақ үнемді еритін болып табылады, сондықтан кальций иондары әк әк ерітілген қол жетімді ретінде, олар, ең алдымен, кальций сульфаты жауын тұтынылатын.

ретінде2+(вод) + SO42-(вод) → CaSO4(с)

соңында, тепе-теңдік суға ерітілген аммоний иондары және аммиак арасындағы бар.

NH4+(вод) + OH–(вод) ↔ NH3(вод) + H2The

ST жабдықтар & технология ЖШС 101 Hampton Avenue Needham, MA 02494 Тел: 781-972-2700

Needham техникалық орталығы

аммоний иондары молекулалық аммиак түрлендіріледі оған дәрежесі су жүйесін рН тәуелді, молекулалық аммиак түзілуін артықшылық жоғары рН-ның. Бұл тепе-теңдік жақсы белгілі.13

STET процесінің басты ерекшелігі су ең аз санын пайдалану болып табылады (1 қарай 4%, әдетте 2%) сілтімен және ең аз мөлшерде (< 2%). судың көп сомалар процесіне зиянды болып табылады, аммиак шығару жылдамдығы баяулайды. нәтижесінде күл рН / әк / су қоспасы рН артық болуы тиіс 10.0. сілтіні өте аз мөлшерде осы рН қамтамасыз етуге қосылады, күлдің табиғи рН байланысты. әдетте, одан азырақ 1% ретінде(OH)2 талап етіледі, тіпті табиғи қышқыл рН күлдің бар. Кальций негізделген сілтілер күл химия аз өзгерген әкеп онда пайдаланылады. процесс қоршаған ортаны температурада жүзеге асырылады.

сілтілік құны және өнімді кептіру құны негізгі операциялық шығындар болып табылады және араластыру және кептіру жабдықтарын мөлшерін капиталдың құнын негізгі компоненттері болып табылады бастап, мұқият нақты күл үшін реагент талаптарды өлшеу процесінің экономика оңтайландыру қажет.

The process flow diagram for the continuous operation of the STET process is presented in Figure 1. күл, water and alkali in controlled proportions are metered to a mixer. жылдам араластыру және қосылған су мен сілтіні бірыңғай дисперсиясын сендіргім, жоғары қарқындылығы араластырғыш пайдаланылады. The residence time in this type of mixer is very low, on the order of one second. Ammonia is immediately released but complete evolution requires mixing times of 3 қарай 4 minutes to allow for mass transport of the gas from the bulk of the ash to allow for mass transport of the gas from the bulk of the ash.

To obtain this mixing time and assure good transport of the ammonia from the bulk of the ash, Мұндай Pug диірмен сияқты төмен қарқындылығы құрылғы қайталама микшер ретінде пайдаланылады. күл ылғалдығы өте төмен болғандықтан, материалдық жоғары мазасы құрғақ ұнтақ ретінде осы араластырғыш арқылы ағып. екі жоғары және төмен жылдамдықты араластырғыштардың жиналған аммиак газ өндіретін бірлігі тұмау үшін қайта өңдеу немесе екі азот түрлендіріледі, не- кезеңі каталитикалық бірлігі.

ST жабдықтар & технология ЖШС 101 Hampton Avenue Needham, MA 02494 Тел: 781-972-2700

Needham техникалық орталығы

сан 1: STET Аммиак алу технологиялық схемасы

deammoniated күл артық суды жою үшін құрғақ жарқ арқылы материалды бере кептіріледі. Due to the minimal amount of water added, water consumed in the formation of hydrated calcium sulfate upon reaction with soluble sulfate in the ash, and loss of water during the low intensity mixing stage, only a small amount of water needs to be removed by the drier. This minimizes the energy demand of the drying stage. Final ash temperatures of approximately 150TheF are adequate to produce a completely free-flowing, сондай-ақ ASTM C төмен ылғал мазмұнымен өнім күл 618 ерекшелігі 3 масс. %.3

The first full-scale application of STET’s ammonia removal process began operating in 2003 Jacksonville Электр орган д кезінде Санкт-ның күл өңдеу объектіде. Джексонвилл Johns River Power паркі, Флорида. Бұл коммерциялық ауқымды операция дейін өңдейді 40 ластанған күлдің сағатына тонна, кем аммиак мазмұны төмендету 30 PPM. Кіріс күлдің аммиак деңгейлері ~ 200 ауытқиды 900 PPM. процесс өте сенімді болып табылады, нәтижесінде 90+% ammonia removal under all trial settings, producing ash well below our target of maximum 50 PPM аммиак. Final moisture contents are <0.3%. Representative results are listed in Table 2. үстінде 250,000 tons of ammonia-contaminated ash has been successfully processed at the Jacksonville facility.

ST жабдықтар & технология ЖШС 101 Hampton Avenue Needham, MA 02494 Тел: 781-972-2700

Needham техникалық орталығы

үстел 2: Typical commercial scale ammonia system results

Fly ash at Big Bend Station in Tampa, Флорида SO шығарындыларын бақылау үшін электр станциясының ESP жүйесіне аммиак бүрку байланысты аммиак ластанған3 SCR NOx бақылау жүйесі жинақталатын аэрозоль. басқа электр стансаларында, аммиак ластануы, сондай-ақ ESP жүйелерінде бөлшектердің жинауды жақсарту үшін SNCR NOx бақылау және аммиак пайдалана отырып жүреді. Үлкен Bend кезде, аммиак бүрку спектрін бірлік үшін күл аммиак деңгейлері 750 қарай 3360 PPM аммиак. Демек, бетон өндірісіне арналған күл СТ аммиак жою процесі арқылы өңделген болуы тиіс.

The design of the STET ammonia removal process installed at Big Bend (сан 2) is the second full scale installation and includes many refinements. Material handling equipment is improved to allow operation at higher rates. The drying system is downsized from the previous design and includes recycling of hot gases to reduce the overall energy requirements of the system. Ақырында, the ammonia released in the process is fed to a two-stage catalytic unit where the collected ammonia gas is converted into nitrogen. The heat generated by this reaction is recovered and used to supplement the energy requirement of the fly ash flash drying system. The use of the two-stage catalytic system results in minimal NOx emissions. процесс қалпына 100% бетон өңделген және нәтижесінде күл пайдалануға арналған барлық талаптарға сай келетін күл.

Бұл коммерциялық ауқымды операция дейін өңдей алады 52 ластанған күлдің сағатына тонна, кем аммиак мазмұны төмендету 75 мг / кг. процесс өте сенімді болып табылады, нәтижесінде 97+% ammonia removal, producing ash well below our target of maximum 100 mg/kg ammonia. Final moisture contents are <0.5%.

An STET ammonia removal process has been in operation at the RWE npower Aberthaw station ash processing facilities in the UK since 2008. Aberthaw adds ammonia to improve ESP collection efficiency with ammonia levels on the ash typical 200 ppm and the process is designed for 500 ppm maximum.

ST жабдықтар & технология ЖШС 101 Hampton Avenue Needham, MA 02494 Тел: 781-972-2700

Needham техникалық орталығы

сан 2: Ammonia removal system at Big Bend Station, Tampa Florida

The Product Ash

The low ammonia fly ash product meets all chemical and physical requirements of the ASTM C 618 standard and resulting concrete properties are identical to ash not subjected to the ammonia removal process. Table I compares typical properties of ash from one generating station along with properties of the plant ash reduced in ammonia content from 250 мг / kg to 20 мг / kg by the continuous ST process. Осы көзден күл байқалды кальций оксиді мазмұны ауқымы екенін ескеріңіз 1.4 қарай 12%. дейін қосу 1% ретінде(OH)2 (0.75% СаО ретінде) күл химияда шамалы ғана өзгерістер әкеледі, шамалы өзгергіштігін кеңейту.

deammoniated күл бойынша жүзеге бетонды тестілеу бұл тамаша pozzolanic материалдық болуы көрсетті. Бұл күл пайдаланып қысқан дамыту осы көзден сияқты жақсы немесе unammoniated күл қарағанда жақсы. Ұзақ мерзімді бетон беріктік қасиеттері, сондай-ақ тамаша болып табылады, including improved corrosion resistance, sulfate resistance, chloride permeability, and lime shrinkage.

ST жабдықтар & технология ЖШС 101 Hampton Avenue Needham, MA 02494 Тел: 781-972-2700

Needham техникалық орталығы

Table I: Fly Ash Physical and Chemical Properties.

қысқаша мазмұндама

жақсы сапалы күл болашақта NOx немесе бөлшектердің шығарындыларын жүйелерін нәтижесінде берекесіз болады дәреже NOx азайту коммуналдық жасаған технологиясы таңдау тәуелді болады, бөлшектер шығарындылары мен шлейф бұлыңғырлығы. дегенмен, STET ның аммиак шығару процесі ластанған күлден аммиак жою үшін пайдаланылуы мүмкін, бетон өндірісінде пайдалану үшін құны жоғары материал өндіретін. Қалпына аммиак reutilization үшін келтіретін бірлікке қайта өңдеуден өткізуге болады. This ammonia removal process can be installed as a stand-alone system or can be used in conjunction with STET’s successful fly ash carbon removal system.

1Стюарт, B.R., EPA ның Соңғы Озон тасымалдау ережесі бойынша жанама салдары, материалдары, 1999 Conference on Selective Catalytic and Non-Catalytic Reduction for NOx control, мамыр 1999, pp.9-10.

2Sloss, L. L., Hjalmarsson, A-K, сот, H.N., Campbell, L.M., тас, D.K., Shareef, G.S., Emmel, Т., Naebodi, М., Livengood, C.D., Markussen, J. Азот оксиді Басқару технологиясы Fact Book, Noyes Data Corporation, б.т.. 94-95, 1992

3“Бетон жылы минералдық қоспалар ретінде пайдалану үшін көмір Күл мен шикізат немесе Кальцийленген Табиғи Pozzolan үшін Стандартты ерекшелігі”, ASTM C 618, Тестілеу және материалдар Америка қоғамы, Филадельфия, PA.

4Мамандықтар, R.K., төбе, R., McMurry, R., Томас, С., Сапаны бақылау рәсімін қоса алғанда, Тауарлық күлде бойынша аммиак бүрку әсерін зерттеу, материалдары, 1999 Селективті каталитикалық бойынша Конференция мен Non-каталитикалық NOx бақылау үшін азайту, мамыр 1999, pp.11-13.

5Жерден Brugghen, F.W., қонақ, C.H., Ван ден Берг, J.W., Кюйпера, W.H., Visser, R., Fly Ash ластанған аммоний пайдалану кезінде оларға тап. материалдары: EPRI / EPA 1995 Station жану NOx бақылау туралы Бірлескен симпозиумы, мамыр 16-19, 1995. кітап 4, сессия 8А, б.т.. 1-16.

6Ван ден Берг, J.W., Корнелиссен, H.A.W. ,Fly күлді сапасы төмен NOx технологиялар әсері, материалдары: 13ші Көмір жану өнiмдерiнiң пайдалану және басқару бойынша халықаралық симпозиум, 1999, б.т.. 29-1 – 29-11.

7Кох, H-J., Prenzel, H., нақты брус құю Иісі дамуына бойынша тестілер – Using a NH3-Contaminated Fly Ash, Бетон Precasting зауыты және технология, Vol 11, 1989 б.т.. 72-75.

8Фишер, B.C., Blackstock, T. Егер аммиак ерітіндісін процесiн пайдалана отырып Ash байыту Fly, 12ші International Symposium on Coal Combustion By-Products Management and Use, 1997 б.т.. 65-1 – 65-8.

ST жабдықтар & технология ЖШС 101 Hampton Avenue Needham, MA 02494 Тел: 781-972-2700

Needham техникалық орталығы

9Larrimore, Л., Dodgen, D., Monroe, Л., Жою әдістері күл және бағалау бойынша Аммиак Effects сипаттамасы, материалдары: 13ші Көмір жану өнiмдерiнiң пайдалану және басқару бойынша халықаралық симпозиум, 1999, б.т.. 16-1 – 16-15.

10Азот тотықтарының шығарындылары бақылау: Селективті катализдік қысқарту (SCR), Таза көмір технологиялары, Өзекті есеп саны 9. U.S. Энергетика және Оңтүстік компаниясы қызметтер департаменті, Inc. шілде, 1997.

11О'Коннор, D., Larrimore, L, Dodgen, D., Monroe, Л., The Effects of Ammonia-Based NOx Reduction on Fly Ash: Эш туралы Аммиак Адсорбциялық, материалдары, EPRI-DOE-EPA Аралас Utility ауаның ластануына бақылау симпозиумы: MEGA симпозиумы, тамыз, 1999, қағаз # 16.

12Gasiorowski, С.А., және Hrach, F.J., Fly Ash Жұқтырылған аммиак аммиак алу үшін әдісі, Америка Құрама Штаттары Патент саны 6,077,494, маусым 20, 2000.

13Thurston, R.V., Russo, R.C., Эмерсон, Қ, Су аммиак тепе – Tabulation of Percent Un-ionized Ammonia, Америка Құрама Штаттарының қоршаған ортаны қорғау, EPA-600 / 3-79-091, тамыз, 1979.

ST жабдықтар & технология ЖШС 101 Hampton Avenue Needham, MA 02494 Тел: 781-972-2700