Chemical and thermal methods for removing ammonia from fly ashes

Magdalena Mazur,

Tomasz Janda,

Witold Żukowski

Abstrakt

Obecność amoniaku w popiele (tzw. poślizg amoniaku) jest bezpośrednią konsekwencją stosowanych metod odazotowania spalin – katalitycznej i niekatalitycznej selektywnej redukcji (SCR, SNCR). Stosowany w obu tych metodach nadmiar amoniaku przechodzi w formie nieprzereagowanej do popiołu, pogarszając jego właściwości użytkowe i tym samym wpływając na jego jakość jako produktu komercyjnego. Prezentujemy przegląd dostępnych metod usuwania NH3 z popiołu, chemicznych a także termicznych.Efektywność metod chemicznych zależy od rodzaju zastosowanego substratu i składu popiołu lotnego. Metody termiczne wydają się prostsze i łatwiejsze w zastosowaniu, ale są używane głównie w instalacjach o mniejszej skali.

Słowa kluczowe: popiół lotny, deamonizacja
References

[1] Zamorowski K., Aspekty dostosowania energetyki krajowej do standardów emisyjnych tlenków azotu – wpływ zastosowanych technologii na pracę kotła oraz koszty realizacji odazotowania spalin, „Energetyka” nr 6/2013,
[2] Wadrak P., Proces inwestycyjny oraz Metody Redukcji NOx, SOx na przykładzie wybranych polskich obiektów energetycznych, Nowoczesna Energetyka Europy Środkowo-Wschodniej, 2015.
[3] Directive 2010/75/EU of 24 November 2010 on industrial emissions (IED), The Minister of Environment of 22 April 2011. On emission standards from installations, OJ No. 95, item. 558.
[4] Brendel G.F., Bonetti J.E. et al., Investigation of Ammonia Adsorption on Fly Ash Due to the Installation of Selective Catalytic Reduction Systems, Technical Report.,West Virginia University Research Corp., 2000
[5] O’Connor, D., Behavior of Ammoniated Fly Ash: Effects of Ammonia on Fly Ash Handling, Disposal, and End-Use, EPRI, Palo Alto, CA: 2002, Technical report no. 1003981
[6] Gąsiorowski S.A., Bittner J., Hrach F., Removing from Fly Ash, Separation Technologies, LLC 101 Hampton Avenue, Needham, Massachusetts, USA, 2015.
[7] Gąsiorowski S.A., Hrach F.J., Method for Removing Ammonia from Ammonia Contaminated Fly Ash, Patent US6077494, 2000.
[8] Szponder D., Badania wybranych właściwości popiołów lotnych z zastosowaniem analizy obrazu, PhD thesis, AGH, 2012.
[9] Sikora T., Nowak P., Raport z inwentaryzacji popiołów lotnych, DBAA/13-901/3370, Research & Development Division, EDF Poland, September 2015[internal publication of EDF Polska].
[10] O’Connor D., Ammonia Removal from Fly Ash: Process Review – Separation Technologies LLC (ST) – Ammonia Removal Process, EPRI, Palo Alto, CA: 2007: 1012697, www.epri.com (access: 28.06.2015).
[11] Kulaots I., Gao Y-M., Hurt R.H., Suuberg E.M., Adsorption of Ammonia on Coal Fly
Ash, International Ash Utilization Symposium, Center For Applied Energy Research, University of Kentucky, 2001.
[12] Czekaj M., Czupryński P., Podsumowanie wiedzy w Grupie EDF Polska i EDF Polska R&D
w zakresie zjawiska „poślizgu amoniaku” po instalacjach deNOx, DBAA/10-911/3301, Research & Development Division, EDF Poland, May 2014 [internal publication of EDF Polska].
[13] Zhao Y-l., Yang W., Zhou J., et.al., Experimental study on ammonia adsorption by coal ashes, “Journal of Fuel Chemistry and Technology”, Vol. 43(3), 266–272.
[14] Ma Z.B., Bai Z.Q., Bai Jet.al., Evolution of coal ashwith high Si/Al ratio under reducing atmosphere at hightemperature, “Journal of Fuel Chemistry andTechnology”, 40(3), 2012, 279–285.
[15] Gao Y.M., Külaots I., Chen X., et.al., The effect of solid fuel type and combustion conditions onresidual carbon properties and fly ash quality, Proceedings of the Combustion Institute, 29(1), 2002, 475–483.
[16] Gąsiorowski S.A., Bittner J., Hrach F., Removing from Fly Ash, International Ash Utilization Symposium, Center For Applied Energy Research, University of Kentucky, 2001.
[17] Ziegler, SD., Bittner, J, Fly Ash Carbon Separation and Ammonia Removal in Florida, IEEE-IAS/PCA Cement Industry Technical Conference (CIC), 2013.
[18] Ammonia Removal from Fly Ash: Process Review, Headwaters Ammonia Slip Mitigation (ASM™) Technology (www.epri.com), EPRI Project Manager D. O’Connor, Technical Update, 2005.
[19] Shilong He, ChangbinZhang, Min Yang, YuZhang, WenqingXu, Nan Cao, Hong He, “Separation and Purification Technology” 58, 2007, 173–178.
[20] Chmielarz L., Węgrzyn A.,Wojciechowska M., Witkowski S., Michalik M., Selective Catalytic Oxidation (SCO) of Ammonia to Nitrogen over Hydrotalcite Originated Mg–Cu– Fe Mixed Metal Oxides, Catalysis Letters, 141(9), 09/2011, 1345–1354.
[21] Shresthaa S., Harolda M.P., Kamasamudramb K., Kumarb A, Olssonc L., Leistnerc K., Selective oxidation of ammonia to nitrogen on bi-functional Cu–SSZ-13 and Pt/Al2O3 monolith catalyst, “Catalysis Today” 267, 2016, 130–144.
[22] Kastner R.J., Catalytic ozonation of ammonia using biomass char and wood fly ash, “Chemosphere” 75, 2009, 739–744.
[23] Mehta A.K., Hurt R.H., Gao Y., Chen X., Suuberg E.M., Dry and Semi-dry methods for removal of ammonia from fly ash, Patent US6746654 B2, 2004
[24] Wang H., Ban H., Golden D., Ladwig K., Ammonia release characteristic from coal combustion fly ash, “Fuel Chemistry Division Preprints”, 47(2), 2002, 810.
[25] Cardone C., Kim A., Schroeder K., Release of ammonia from SCR/SNCR fly ashes, World of Coal Ash (WOCA), April 11–15, 2005.
[26] Keppeler J.G., Carbon Burn-Out, Commercialization and Experience Update, http:// www.pmiash.com/cbo/acaa01paper.html, 2009 (access: 30.06.2016).
[27] Kirkconnell S.F., P.E. and J.G. Keppeler, P.E., Carbon Burn-Out™ – A State of the Art in Commercial Ash Beneficiation, PMI Ash Technologies SVP named new American Coal Ash Association Chair, May 2007.
[28] Czekaj M., Kulesz E., Jura K., Zawartość amoniaku w popiele – analiza ryzyka związanego z zastosowaniem popiołów oraz wskazanie możliwości modyfikacji instalacji odpopielania, Report DBAA/10-911/3002, Research & Development Division, EDF Poland, October 2012 [internal publication of EDF Polska].
[29] Górecka T., Określanie kinetyki uwalniania się amoniaku z popiołów lotnych po uruchomieniu instalacji odazotowania, Report no 271/703/12, ZWP Emitor, July-September, 2012.
[30] Rubel A.M., Forms of ammonia on SCR, SNCR and FGC combustion ashes, “Fuel Chemistry Division Preprints”, 47(2), 834, 2002.
[31] Y.M. Gao, X. Chen, G. Fujisaki, A. Mehta, E.M. Suuberg and R.H. Hurt, Dry and Semi- Dry Methods for Removal of Ammonia from Pulverized Fuel Combustion Fly Ash,“Energy and Fuels” 16, 2002, 1398–1404.
[32] Rubel A.M., Rathbone R.F., Stencel J.M., Thermal Characteristics of Ammonia Release from Combustion Ash, International Ash Utilization Symposium, Center for Applied Energy Research, University of Kentucky, 2001.
[33] Conn R., Sarubac N., Levy E., Removing ammonia from fly ash, “Lehigh energy update”,
Vol. 19(2), June 2001, http://www.lehigh.edu/~inenr/leu/leu_28.pdf%5D. (access: 10.09.2015).
[34] Lawton K.B, Ammonia removal from fly ash using a continuously operating acoustically assisted fluidized bed, Theses and Dissertations, Lehigh University, 2002, 733.
[35] Lawton K.B., ERC Completes development of technique for removing ammonia fr om fly ash, Lehigh energy update, Vol. 20(1), 2002, http://www.lehigh.edu/energy/leu/leu_32.pdf (access: 10.09.2015).