Амонијак Ажурирање Отстранување STET 2015

Needham Технички центар

Отстранување на амонијакот од летечка пепел

J. Битнер, S. Gasiorowski, и F. Hrach

поделба технологии, ДОО 101 Хемптон авенија, Needham, Масачусетс, САД

Апстракт

Понудата на летечки пепел достапни за употреба како pozzolan во конкретни можат да бидат сериозно погодени од ефектите на прописите за квалитетот на воздухот на работењето на претпријатието на растенијата. Поточно, мандат намалување на NOx, честички, и така3 кои содржат нивоа на емисија на аеросол, се очекува да имаат потреба од инсталација на системи за контрола што може да користат амонијак како реагенс. Во зависност од нивото на амонијак присутен во грипниот гас кај таложниците, собраната мува од пепел може да биде силно загадена со амонијак пред се како соли на амониум сулфат.

ST опрема & технологија ДОО (STET) има развиено процес што ја отстранува амонијакот од летечката пепел. Процесот обновува 100% на летечки пепел третираат и како резултат на пепел ги исполнува сите спецификации за употреба во бетон. Процесот на отстранување на амонијак СТ може да се користи сам или во комбинација со технологијата за раздвојување јаглерод на компанијата. Процесот на раздвојување на јаглерод не е под влијание на присуството на амонијак на пепелта од мува. Овој модуларен пристап нуди најниска цена решение за лекување на друг начин неупотреблива летечка пепел.

Системот за отстранување амонијак ST работи на две локации во САД и една во Европа. Нивоата на амонијак на нелекуваната летачка пепел се разликуваат помеѓу 200 и 3000 mg NH3 / кг пепел (дел по милион по маса, или п.п.). Процесот на СТ успешно го намали нивото на амонијак од пепел на помалку од 50 mg NH3 / кг пепел. Г. 500,000 тони мува од пепел е продаден на готови производители на бетонски мешавини од процесот на отстранување на амонијак.

Амонијак загаден мува пепел

Понудата на летечки пепел достапни за употреба како pozzolan во конкретни можат да бидат сериозно погодени од ефектите на прописите за квалитетот на воздухот на работењето на претпријатието на растенијата.1 Поточно, мандат намалување на NOx , честички, и така3 кои содржат нивоа на емисија на аеросол, се очекува да имаат потреба од инсталација на системи за контрола што може да користат амонијак како реагенс. Во зависност од нивото на амонијак присутни во излезните гасови на електростатско precipitators, собраната мува од пепел може да биде силно загадена со амонијак пред се како соли на амониум сулфат 1,2. За контрола на NOx, нивото на амонијак гас грип ќе бидат поставени од страна на износот на амонијак "slip‿, i.e. unreacted амонијак присутни после SCR или SNCR единица. За да се намали честички или така3 аеросол емисии, амонијак се инјектира во гас грип пред precipitators и ќе се депонираат на летечка пепел. Степенот до кој тоа се случува е зависна од ПА3 содржина, летаат содржина на пепел сулфур, алкалност на летечка пепел, концентрацијата на амонијак, и вчитување на пепел во излезните гасови.

Употребата на летечка пепел во бетон бара летечката пепел да има специфични физички и хемиски својства3. Позоланските својства на пепелта се активираат во бетонот со производство на високо алкално слободно вар од хидратација на цементот. Кога летачката пепел содржи амонијак, оваа амонијак се ослободува како гас со дејство на високо алкалниот раствор на бетонот. Алкалноста ја менува рамнотежата на амониум јон во раствор на молекуларна амонијак според следната равенка:

Н.Х.4+(аква) + OH–(аква) ↔ Н.Х.3(аква) + H2на

Растворен молекуларна амонијак е ослободен лесно од раствор како што е слободен амонијак гас.

ST опрема & технологија ДОО 101 Хемптон авенија Needham, м-р 02494 тел: 781-972-2700

Needham Технички центар

Амонијакот е силен мирис соединение кое носи конотација на barnyards, измет и урина. Силен мирис на амонијак е неприфатлив за конкретни производител, изведувачот работа со бетон, и крајниот корисник бетон.4

На готовиот својства на бетонот нема негативно влијание кога се користи амонијак контаминирани летечка пепел, но мирисот е неприфатливо, особено ако бетонот се користи во подземни или затворени простори.5,6,7 Во зависност од спецификите на локацијата, вклучувајќи ја и количината на циркулација на свеж воздух, мирис на амонијак беше откриено дека не е забележливо кога се користи летачка пепел што содржи 100 до 200 mg NH3 / килограм (дел по милион по маса, или п.п.). Со цел да се увериме дека нема проблеми, содржината на амонијак на мува од пепел не треба да биде поголема од 100 п.м.2,8.

Сепак, додавањето на амонијак во фабриката за производство на електрична енергија може да резултира во содржина на амонијак на летачки пепел 200 до 2500 п.м., рендерот што го прави мувата е неприфатлив за употреба во бетон.8 Така, намалување на проблемите со квалитетот на воздухот со контролирање на емисиите на воздухот во електроцентралите, го зголемува проблемот со отстранување цврст отпад и ја зголемува СО2 емисиите на стаклена градина со зголемување на количината на цемент што се користи во производството на бетон. Отстранувањето на амонијак од мува од пепел, така што може да се користи во бетон, ќе биде од корист за комуналните услуги со избегнување на отстранување цврст отпад, производителот на бетон, корисник, и крајниот сопственик со намалување на цената на материјалите и зголемување на квалитетот на производот, и околината со намалување на емисиите на стакленички гасови од производството на цемент.

Количината на соли на амонијак и амониум кои се наоѓаат во мразната пепел е поврзана со количината на амонијак присутен во грип-гасот. За типична пулверизирана единица за јаглен со употреба на источен битуменски јаглен со голема вредност на греење 12,000 BTU / lb (6667 ккал / кг), односот на масата на грип-јаглен е приближно 8 до 9.5. Кога содржината на пепел на јагленот е 10%, и 80% на пепелта во јагленот се обновува како мува пепел (20% до дното пепел), грип / односот на пепел е приближно 100. Ако сите видови на амонијак присутни во грип-гасови се депонираат или се adsorbed на летечката пепел, концентрацијата на амонијак во пепелта би била приближно 50 пати поголема отколку во димни гасови на масовна основа, e.g. амонијак “се лизга” на 2 ppm по волумен ќе резултира во содржина на пепел 100 мг / килограм (п.м. од wt) амонијак. Реалните мерења покажуваат дека овој однос е точен.9 Концентрацијата на амонијак на летечки пепел ќе се разликуваат меѓу оперативни единици зависи од содржината на пепел од јаглен и летечка пепел до дното сооднос пепел, како и други фактори.

Амонијак инјекција за да се електростатско precipitators (ESP) да се подобри ефикасноста и да се намали Перо непроѕирноста може да резултира со многу високо ниво на амонијак во летечка пепел. Нивоа до 2500 ppm амонијак во пепел биле пронајдени за таквите системи. SNCR операции обично работат со концентрации на амонијак лизга на 5 до 20 п.м., со пепел контаминирани на ниво на 200 до 1000 ppm амонијак. SCR системи обично се наменети да работат на максималните нивоа на амонијак лизга на 2 или 5 п.м., во зависност од специфичноста на инсталацијата.10 Општо, толку е поголема NH3/НЕx сооднос, толку е поголема NOx намалување што ќе се добијат, со повисок амонијак лизга резултат. Сепак, амонијак лизга поголема од 2 ppm може да резултира во содржина на пепел-амонијак поголема од 100 п.м., за производство на продан пепел.11 Многу централи во Јапонија и Германија работат SCR единици наменети за 2 ppm максимум лизга видел мало влијание врз продадена на летечки пепел.1,5 Сепак, некои SCR ширум светот се дизајнирани за 5 ppm се лизга амонијак. Работата на овие единици на ова високо ниво се лизга, најверојатно, ќе резултира со поголема од 100 ppm на амонијак на летечка пепел.

Контролирање на амонијак лизга на ниско ниво, исто така, ја намалува приклучување и корозија на низводно опрема поради таложење на амониум сулфати.1,10 Избегнување на воздухот preheater приклучување поради оваа појава се очекува да биде уште поважно е да единица оператори кога гори висок процент на сулфур, САД јаглен. Така, управувањето со лизгање на амонијак за да се минимизира времето на прекинување на единицата ќе биде поголема загриженост отколку контролирањето на нивото на амонијак на летечката пепел. Резултатот

ST опрема & технологија ДОО 101 Хемптон авенија Needham, м-р 02494 тел: 781-972-2700

Needham Технички центар

може да биде дека не се развива значителен проблем за искористување на пепелта на некои комунални места, во зависност од специфичниот дизајн и работа на системите за контрола на емисиите.

Процесот STET

STET разви процес што го отстранува амонијакот од пепелта.12 Процесот обновува 100% на летечки пепел третираат и како резултат на пепел ги исполнува сите спецификации за употреба во бетон. процесот на отстранување на амонијак STET може да се користи сам или во комбинација со поделба технологија јаглерод на компанијата. процесот на одделување на јаглерод не е под влијание од страна на присуство на амонијак. Овој модуларен пристап нуди најниска цена решение за лекување на друг начин неупотреблива летечка пепел.

За да го отстраните амонијак како гас од летечка пепел, процесот на STET користи истите основни хемиска реакција што резултира со ослободување на амонијак во бетон. Ослободување на амонијак од летечки пепел бара амониум јон

–рамнотежа молекуларна амонијак да се префрли во корист на амонијак од страна на присуство на алкали. Летаат пепел со природно висока алкалност треба без дополнителни алкално. За помалку алкална пепел, силни алкални ќе служи. Најевтин извор на алкално е вар (CaO). Реакцијата на амониумови соли со вар ослободување на амонијак е силно фаворизирана од страна на хемиска рамнотежа. хемиска реакција се случува брзо еднаш на соединенијата се растворени.

Севкупната реакција може да се генерализира како:

(Н.Х.4)2ПА4(s) + CaO(s) → 2NH3(g) + caso4(s) + H2на(g)

Сепак, притисок на пареа на цврсти материи се доста ниски и реакцијата не може да се случи во гас или цврста фаза. Амониум сулфат е високо растворлив во вода и се одделува за амониум сулфат јони и јони.

(Н.Х.4)2ПА4(аква) → 2NH4+(аква) + ПА42-(аква)

Вар е многу нестабилна изложена на вода, фаворизирање на високо егзотермна реакција попозната како “гасење”, производство на калциум хидроксид или хидрирана вар.

CaOs +H2О → Ca(OH)2(s)

Хидрираната вар е само ретко растворлива во вода, производство на јони на калциум и хидроксид.

Тоа(OH)2(s) ↔ Тоа2+(аква) + 2 OH–(аква)

Калциум сулфат е исто така слабо растворлив, така што јони на калциум се ставени на располагање со растворање на хидрираната вар, тие првенствено се трошат од врнежи на калциум сулфат.

Тоа2+(аква) + ПА42-(аква) → CaSO4(s)

конечно, постои рамнотежа помеѓу амониумските јони и амонијакот растворен во вода.

Н.Х.4+(аква) + OH–(аква) ↔ Н.Х.3(аква) + H2на

ST опрема & технологија ДОО 101 Хемптон авенија Needham, м-р 02494 тел: 781-972-2700

Needham Технички центар

Степенот до кој јмоните на амониум се претвораат во молекуларна амонијак зависи од pH на водниот систем, поголема pH вредност е фаворизирање на формирање на молекуларна амонијак. Оваа рамнотежа е добро позната.13

Клучна карактеристика на СТЕТ-процесот е употребата на минимална количина вода (1 до 4%, обично 2%) и минимални количини алкали (< 2%). Големи количини на вода се штетни за овој процес, забавување на стапката на ослободување на амонијак. PH на добиената пепел / вар / мешавината на вода треба да биде поголема од pH 10.0. Се додаваат многу мали количини алкали за да се обезбеди оваа pH вредност, во зависност од природната pH вредност на пепелта. Обично, помалку од 1% Тоа(OH)2 потребно е, дури и со мува од пепел со природно кисела pH вредност. Се користат алкали базирани на калциум, што резултира во минимална промена на хемијата на мувата пепел. Процесот се изведува на температура на околината.

Бидејќи цената на алкалите и трошоците за сушење на производот се најголеми оперативни трошоци и големината на опремата за мешање и сушење се главните компоненти на капиталот, потребно е внимателно мерење на барањата на реагенсот за специфична пепел за да се оптимизира економијата на процесот.

Дијаграмот на проток на процес за континуирано функционирање на СТЕТ-процесот е претставен на Слика 1. пепел, водата и алкалите во контролирани пропорции се мерат во миксер. За да се обезбеди брзо мешање и подеднакво дисперзија на додадената вода и алкално, миксер со висок интензитет се користи. Времето на престој во овој вид миксер е многу мало, по нарачка од една секунда. Амонијак веднаш се ослободува, но целосната еволуција бара време на мешање на 3 до 4 минути за да се овозможи масовен транспорт на гасот од најголемиот дел од пепелта за да се овозможи масовен превоз на гасот од најголемиот дел од пепелта.

За да се добие ова време на мешање и да се обезбеди добар транспорт на амонијак од најголемиот дел од пепелта, како средно мешалка се користи уред со низок интензитет, како што е мелница за пукани. Со оглед на содржината на влага на пепел е многу низок, материјалот тече низ овој миксер како високо вознемирен сув прашок. Гасот со амонијак собран и во миксерите со голема и со мала брзина се рециклира или се става во производството на единицата за производство или се претвора во азот во два.- фаза каталитички единица.

ST опрема & технологија ДОО 101 Хемптон авенија Needham, м-р 02494 тел: 781-972-2700

Needham Технички центар

Слика 1: Дијаграм STET амонијак Отстранување Процес

На deammoniated пепел се суши со пренесување на материјалот преку флеш посува да се отстрани вишокот на вода. Поради минимална количина на вода додадена, потрошена вода во формирањето на хидриран калциум сулфат по пат на реакција со растворлив сулфат во пепел, и загуба на вода во текот на низок интензитет мешање фаза, само мала количина на вода треба да се отстранат од машината за сушење. Ова го минимизира на енергетските потреби на фазата на сушење. Конечни температури на пепел од приближно 150наF се соодветни за да се добие потполно слободно проток, летаат пепел со содржина на влага далеку под ASTM C 618 спецификација на 3 wt. %.3

Првата целосна примена на процесот на отстранување на амонијак СТЕТ започна да работи во 2003 во објектот за преработка на пепел на Светилиштето на електричниот орган Authorityексонвил Св. Powerон паркот на Parkон Ривер во acksексонвил, Флорида. Оваа операција за комерцијални размери се справува до 40 тони на час загадена пепел, намалување на содржината на амонијак на помалку од 30 п.м.. Нивоата на амонијак во пристигнатата мушичка од мува варираат од 200 фунти 900 п.м.. Овој процес е многу стабилна, што резултира во 90+% отстранување на амонијак во сите околности судењето, производство на пепел и под нашата цел на максимум 50 ppm амонијак. Конечната содржина на влага се <0.3%. Репрезентативни резултати се наведени во Табела 2. Г. 250,000 тони контаминирана со амонијак пепел е успешно обработена во објектот Jексонвил.

ST опрема & технологија ДОО 101 Хемптон авенија Needham, м-р 02494 тел: 781-972-2700

Needham Технички центар

Табела 2: комерцијална резултати типичен систем амонијак

Летечка пепел во Big Bend станица во Тампа, Флорида е контаминирана со амонијак заради вбризгување на амонијак во системите ESP на централата за контрола на емисијата на СО3 аеросол генериран од SCR NOx системот за контрола. На други електрани, контаминација на амонијак, исто така, се јавува со контрола на SNCR NOx и употреба на амонијак за подобрување на собирањето честички во системите ESP. На Биг Бенд, Нивоата на амонијак на мува со аммонија за единици со инекција на амонијак се движат од 750 до 3360 ppm амонијак. Како резултат на тоа, муваната пепел наменета за производство на бетон мора да се третира со процесот на отстранување на амонијак.

Дизајнот на STET процесот на отстранување на амонијак инсталиран на Big Bend (Слика 2) е втора инсталација во целост и вклучува многу рафинирања. Опремата за ракување со материјали е подобрена за да се овозможи работа со повисоки стапки. Системот за сушење е намален од претходниот дизајн и вклучува рециклирање на топли гасови за да се намалат вкупните енергетски потреби на системот. И на крај, амонијакот објавен во процесот се храни во двостепен каталитичка единица каде собраниот амонијак гас се претвора во азот. Топлината што се создава со оваа реакција се обновува и се користи за да се надополни енергетската потреба на системот за сушење блиц на мува. Употребата на двостепен каталитички систем резултира во минимални емисии на NOx. Процесот обновува 100% на летечки пепел третираат и како резултат на пепел ги исполнува сите спецификации за употреба во бетон.

Оваа операција комерцијална сфера може да се справи до 52 тони на час загадена пепел, намалување на содржината на амонијак на помалку од 75 mg / kg. Овој процес е многу стабилна, што резултира во 97+% отстранување на амонијак, производство на пепел и под нашата цел на максимум 100 mg / kg амонијак. Конечната содржина на влага се <0.5%.

Проект за отстранување на амонијак СТЕТ е во функција во RWE моќната моќ Aberthaw станицата за преработка на пепел во Велика Британија, бидејќи 2008. Абертва додава амонијак за подобрување на ефикасноста на собирање ЕСП со нивоа на амонијак на типичен пепел 200 ppm и процесот е дизајниран за 500 максимална ppm.

ST опрема & технологија ДОО 101 Хемптон авенија Needham, м-р 02494 тел: 781-972-2700

Needham Технички центар

Слика 2: систем за бришење на амонијак во Big Bend станица, Тампа Флорида

Пепел производот

ниска амонијак летечка пепел производ ги исполнува сите хемиски и физички барања на ASTM C 618 стандард и како резултат на бетонски својства се идентични со пепел не подложени на процесот на отстранување на амонијак. Табела I споредува типични својства на пепел од една генерирање станица заедно со својства на пепел фабриката намалена содржина на амонијак од 250 мг / kg до 20 мг / kg од страна на континуиран процес на ST. Забележете дека опсегот на содржина на калциум оксид забележан за пепелта од овој извор е 1.4 до 12%. Додавање до 1% Тоа(OH)2 (0.75% од Као) ќе резултира во само мали промени во хемијата на пепел, незначително проширување на варијабилноста.

Бетонските тестови извршени на деамонирана пепел покажаа дека се работи за одличен позолански материјал. Развој на јачина на компресија со користење на оваа пепел е исто толку добар или подобар од безобразен пепел од овој извор. Долгорочните својства на издржливост на бетонот се исто така одлични, вклучувајќи подобрување на отпорност на корозија, отпорност на сулфати, хлорид пропустливост, и вар намалување.

ST опрема & технологија ДОО 101 Хемптон авенија Needham, м-р 02494 тел: 781-972-2700

Needham Технички центар

Табела I: Летечки пепел Физички и хемиски својства.

резиме

Степенот до кој добар квалитет на летечки пепел да се земат како резултат на системи NOx или емисија на честички во иднина ќе зависи од технологијата избори од страна на комуналните услуги за намалување на NOx, емисиите на честички и Перо непроѕирноста. Сепак, процесот на отстранување на амонијак STET може да се искористи за да се отстрани контаминирана амонијак од пепел, производство на високо материјална вредност за употреба во производство на бетон. Обнови амонијак може да се рециклираат во единицата за генерирање за повторно користење. Овој процес на отстранување на амонијак може да се инсталира како самостоен систем или може да се користи во комбинација со успешниот систем за отстранување јаглероден леб од пепел STET.

1Стјуарт, B.R., Несакани ефекти на неодамнешните озонската транспорт Правило ЕПА, Зборник на трудови, 1999 Конференција за селективно каталитичко и не каталитичко намалување за контрола на NOx, мај 1999, pp.9-10.

2Sloss, L.L., Hjalmarsson, A-K, судот, H.N., Кембел, L.M., Камен, D.K., Shareef, G.S., Emmel, Т., Maibodi, М., Livengood, C.D., Markussen, J. Азот контрола технологија Оксиди Факт Книга, Нојс корпорација за податоци, стр. 94-95, 1992

3“Стандардна спецификација за јаглен летечка пепел и суровини или калциниран Природни Pozzolan за употреба како минерални Додаток во бетон”, ASTM C 618, Американското друштво за испитување и материјали, Филаделфија, Па.

4специјалност, R.K., Рид, Р., McMurry, Р., Томас, С., Студија за влијанието на амонијак Инјектирање на комерцијална летечка пепел, вклучувајќи контрола на квалитетот процедури, Зборник на трудови, 1999 Конференција за селективна каталитичка и Не-каталитичка Намалување за контрола на NOx, мај 1999, pp.11-13.

5Од таму Brugghen, F.W., гости, C.H., Ван ден Берг, J.W., Кајперовиот, W.H., Висер, R., Проблеми се соочуваат во текот на користењето на амониум контаминирани летечка пепел. Зборник на трудови: EPRI / ЕПА 1995 Заеднички симпозиум за станица за согорување на NOx контрола, мај 16-19, 1995. Книга 4, сесија 8A, стр. 1-16.

6Ван ден Берг, J.W., Корнелисен, H.A.W. ,Ефект на ниско NOx технологии на летечка пепел квалитет, Зборник на трудови: 13та Меѓународен симпозиум за користење и управување на јаглен согорување производи, 1999, стр. 29-1 – 29-11.

7Кох, H-J., Prenzel, Х., Испитување на Мирис Случувања во кастингот на конкретни ферман – Користење на NH3-Загадена мува пепел, Бетонски Precasting растенијата и технологија, вол 11, 1989 стр. 72-75.

8Фишер, B.C., Blackstock, Т. Летечки пепел Beneficiation со користење на амонијак Клешта за Процес, 12та Меѓународен симпозиум за управување и употреба на нуспроизводи од јаглен, 1997 стр. 65-1 – 65-8.

ST опрема & технологија ДОО 101 Хемптон авенија Needham, м-р 02494 тел: 781-972-2700

Needham Технички центар

9Larrimore, Л., Dodgen, Д., Монро, Л., Карактеризација на амонијак ефекти на Чиста и евалуација на Отстранување Методи, Зборник на трудови: 13та Меѓународен симпозиум за користење и управување на јаглен согорување производи, 1999, стр. 16-1 – 16-15.

10Контрола на азот оксид: Селективна каталитичка редукција (SCR), Чиста јаглен технологија, Тематски извештај Број 9. U.S. Одделот за енергетика и Јужна компанија Услуги, Inc. јули, 1997.

11О'Конор, Д., Larrimore, L, Dodgen, Д., Монро, Л., Ефектите од намалувањето на NOx-базирана на амонијак врз левата пепел: Амонијак адсорпција на Чиста, Зборник на трудови, EPRI-DOE-ЕПА Симпозиум за контрола на загадувањето на воздухот комбинирани комунални: Мега симпозиум, август, 1999, хартија # 16.

12Gasiorowski, S.A., и Hrach, F.J., Метод за отстранување на амонијак од амонијак Контаминирани летечка пепел, САД патентен број 6,077,494, јуни 20, 2000.

13Thurston, R.V., руско, R.C., Емерсон, К., Воден амонијак Еквилибриум – Сумирање на процент на нејонизирана амонијак, САД заштита на животната средина, EPA-600 / 3-79-091, август, 1979.

ST опрема & технологија ДОО 101 Хемптон авенија Needham, м-р 02494 тел: 781-972-2700