專利名稱：用于從廢氣中分離二氧化硫的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種從廢氣中分離二氧化硫的方法，其中用海水沖擊吸收塔內(nèi)的廢氣并且載有硫化合物的海水被從吸收塔的液體槽內(nèi)抽出，加入到充注有新鮮海水的后反應(yīng)池中。
采用海水作為吸收液體把二氧化硫從廢氣流中分離出來，對(duì)這種氣體凈化方法例如在DE-PS 23 22 958中已做了記載。這種方法已開始投入使用并且目前在一些沿海地區(qū)得到實(shí)際應(yīng)用(Verfahrenstechnik25(1991)Nr.9，S.12-14)。該方法利用海水中含有碳酸氫鹽與被吸收的SO2反應(yīng)生成無害的硫酸鹽。
由氣相和液相間的物質(zhì)轉(zhuǎn)換決定吸收區(qū)內(nèi)洗液的需要量。根據(jù)公知的措施用盡可能少的洗液量操作。為最大限度地減少洗液需要量，大多采用填充塔，該填充塔可保證充分的物質(zhì)交換。當(dāng)用海水作為洗液操作時(shí)，在預(yù)定的洗液需要量的情況下，供使用的碳酸氫鹽量也隨之固定。該量通常僅夠與一小部分吸收的SO2量化合，而另外的大部分SO2量作為溶解的未化合的SO2與洗液一起被從吸收塔的液體槽中抽出。此外，由于廢氣的CO2分壓很大，該液體對(duì)CO2已飽和。據(jù)經(jīng)驗(yàn)教導(dǎo)，在吸收塔的液體槽中將PH值調(diào)整到2至3的范圍內(nèi)。在后反應(yīng)池中，對(duì)由吸收塔中抽出的洗液摻入新鮮的海水，其摻入量的確定應(yīng)使碳酸氫鹽的含量足以滿足對(duì)分離出來的二氧化硫進(jìn)行中和的需求。一方面為了形成硫酸鹽，另一方面為驅(qū)出CO2必須對(duì)后反應(yīng)池的注入物大量送風(fēng)。需要采用相應(yīng)功率的壓縮機(jī)實(shí)現(xiàn)大送風(fēng)量。此外，在PH值大于5.5的范圍內(nèi)，該范圍在后反應(yīng)池將會(huì)遇到，會(huì)出現(xiàn)取決于PH的氧化速度相對(duì)較低的問題。因此，為保證完全形成硫酸鹽，必須保證液體有充足的停留時(shí)間，故必須用大型池子操作。據(jù)實(shí)踐教導(dǎo)，必須將被送風(fēng)的后反應(yīng)池的停留時(shí)間設(shè)計(jì)在10至15分鐘，從而實(shí)現(xiàn)反應(yīng)的充分進(jìn)行。另一個(gè)問題是有時(shí)在后反應(yīng)池區(qū)域出現(xiàn)的氣味問題。該問題是由于SO2由從吸收塔液體槽中抽出并流入后反應(yīng)池中的液體逸出之故。而且未化合的SO2幾乎不能被強(qiáng)的送風(fēng)氧化。
本發(fā)明的任務(wù)在于，對(duì)在引言部分中所述的方法做進(jìn)一步的設(shè)計(jì)，從而使用較小的后反應(yīng)池即可操作并可靠地避免由釋放出的SO2造成的氣味問題。此外，努力減少氧化送風(fēng)量。
本發(fā)明的主題和該任務(wù)的解決方案系一種用于從廢氣中分離二氧化硫的方法，其中用海水沖擊吸收塔中的廢氣，其中對(duì)吸收塔的液體槽送風(fēng)并因此使在液體中含有的亞硫酸氫鹽轉(zhuǎn)化成硫酸氫鹽，其中由吸收塔的液體槽中抽出液體并為生成硫酸鹽和中和而在后反應(yīng)池內(nèi)與新鮮的海水混合，其中對(duì)由吸收塔的液體槽中抽出的液體的PH值進(jìn)行測(cè)定并確定出測(cè)量值與一從4.0至5的PH值范圍內(nèi)確定的PH額定值的偏差，其中根據(jù)測(cè)量值偏差對(duì)直接輸送給洗液槽的海水添加流或由液體槽回流到吸收塔吸收區(qū)的液體流進(jìn)行控制。
液體槽的PH額定值優(yōu)選確定在PH4.15和PH4.5間的范圍內(nèi)。此外，在后反應(yīng)池中通過添加新鮮的海水將PH值優(yōu)選調(diào)整到至少為6。
采用本發(fā)明的方法，在吸收塔的液體槽中，實(shí)現(xiàn)對(duì)脫硫產(chǎn)物的氧化，其中同時(shí)確定出對(duì)吸收塔的海水總加入量，該總加入量應(yīng)使碳酸氫鹽含量足以實(shí)現(xiàn)被吸收的二氧化硫化學(xué)計(jì)量地轉(zhuǎn)化成亞硫酸氫鹽。
不必考慮上述化學(xué)反應(yīng)，而對(duì)加入洗滌塔吸收區(qū)的洗液量加以確定，該洗液量應(yīng)使吸收塔實(shí)現(xiàn)預(yù)定的洗滌效率，該洗滌效率被定義為煙氣中SO2輸出濃度與SO2的輸入濃度的比。優(yōu)選用一種洗滌塔操作，該塔具有一無嵌入件的吸收區(qū)并設(shè)計(jì)成具有大的單位面積液體通過量。當(dāng)吸收區(qū)內(nèi)需要的洗液量小到在海水中含有的碳酸氫鹽量不夠?qū)Ρ晃盏亩趸蚧系某潭葧r(shí)，就需要啟用本發(fā)明的對(duì)海水添加流的控制，該海水添加流直接加入到洗液槽中。反之，當(dāng)氣體洗滌需要的液體量已很大，以致用海水過化學(xué)計(jì)量地加入了碳酸氫鹽量時(shí)，則依照本發(fā)明液體流由液體槽回流至吸收塔的吸收區(qū)，并且對(duì)回流量的控制應(yīng)使在吸收塔液體槽中調(diào)整的PH值與預(yù)定的額定值相符。通過洗液的回流，可以相互不受影響地調(diào)整吸收塔內(nèi)供使用的碳酸氫鹽量和吸收區(qū)的水負(fù)荷。很明顯，采用此種操作方式時(shí)則無需直接加入到洗液槽中的海水添加流。
在采用本發(fā)明的方法時(shí)，基于對(duì)吸收塔的液體槽的PH值的控制保證了在從液體槽中抽出的液體中沒有未經(jīng)化合的溶解的SO2，這種溶解的未化合的SO2將會(huì)在后反應(yīng)池中的續(xù)處理時(shí)逸出并導(dǎo)致出現(xiàn)氣味問題。在吸收區(qū)內(nèi)分離出的二氧化硫?qū)⒃谝后w槽中反應(yīng)成亞硫酸氫鹽以及通過對(duì)液體槽送風(fēng)反應(yīng)成硫酸氫鹽。依照本發(fā)明將PH值調(diào)整到PH4.0至5，優(yōu)選PH4.15至PH4.5范圍內(nèi)，這保證了在來自吸收塔的較小的液體分流中的最大的亞硫酸氫鹽濃度并奠定了快速反應(yīng)成硫酸氫鹽的前提條件。基于強(qiáng)酸環(huán)境保證了高的氧化速度，以致液體在吸收塔液體槽內(nèi)的短暫的停留時(shí)間就已足夠了。視煙氣和海水質(zhì)量的不同，必要的停留時(shí)間約為1至2.5分鐘?；谝勒毡景l(fā)明調(diào)整的最佳條件(較小的液體流，較大的氧化速度)在吸收塔洗液槽中的氧化用很少的設(shè)備代價(jià)即可實(shí)現(xiàn)?；谛〉囊后w容積，此外可用較少的氧化送風(fēng)量操作。
采用氧化空氣使吸收塔液體槽中的液體有效地釋放出二氧化碳，實(shí)現(xiàn)了CO2被從幾乎CO2飽和的溶液中的驅(qū)出。帶有中間產(chǎn)物硫酸氫鹽的經(jīng)部分中和的廢水被由吸收塔液體槽中抽出并在后反應(yīng)池中為完全中和和形成硫酸鹽而與新鮮的海水混合。通常不再需要為后反應(yīng)池送風(fēng)，這是因?yàn)橐环矫嬖谙礈焖后w槽中已完全將亞硫酸氫鹽氧化成硫酸氫鹽并且另外由于對(duì)液體槽的送風(fēng)已將大量的CO2從液體中驅(qū)出。與在引言中所述的已有技術(shù)相比，可以用小得多的后反應(yīng)池操作。送風(fēng)量和用于壓縮氧化空氣的能量需求同樣較小。
對(duì)液體槽送風(fēng)采用的空氣流宜在進(jìn)入洗液槽之前通過噴水進(jìn)行冷卻。
下面將對(duì)照僅說明一個(gè)實(shí)施例的附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。


圖1用于將二氧化硫從廢氣中分離出來的設(shè)備，圖2和3設(shè)備中進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)與和廢氣流相關(guān)的海水量的關(guān)系，圖4被溶解在海水中的二氧化硫、亞硫酸氫根和亞硫酸根離子與PH值的關(guān)系。
屬于圖1所示設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)的是一吸收塔1及與吸收塔連接的廢氣管道系統(tǒng)2、一海水泵站3、一后反應(yīng)池4、通向吸收塔1和后反應(yīng)池4的海水輸送管道5以及與吸收塔1液體槽6相連的送風(fēng)裝置7及空氣壓縮機(jī)8和設(shè)置在液體槽6中的噴氣管9。在實(shí)施例中，吸收塔1被設(shè)計(jì)成一個(gè)對(duì)流洗滌器，其中海水經(jīng)一個(gè)或多個(gè)噴淋層面輸送給塔的吸收區(qū)10。塔的吸收區(qū)10內(nèi)沒有任何嵌入件。通過一條管道11來自吸收塔1液體槽6的液體進(jìn)入后反應(yīng)池4。經(jīng)處理過的海水12由后反應(yīng)池4重新排入海內(nèi)。
通常作為HCO3-造成的海水的堿度被用于化合和中和由廢氣中被吸收出來的SO2的量。氯含量為19g/kg的標(biāo)準(zhǔn)海水的HCO3的含量為0.14g/kg。根據(jù)海水的來源地的不同，碳酸氫根含量可達(dá)0.32g/kg(阿拉伯灣)，其中所述的值為平均值，該平均值因地點(diǎn)差異很大，例如在海灣或河流入?？?ULLMANN，Band24，seiten 213/214)。
在吸收塔1內(nèi)，用海水沖擊廢氣，其中在廢氣中含有的氣態(tài)二氧化硫被用作洗液的海水吸收。
輸送給吸收塔的海水總量的確定應(yīng)使在海水中含有的碳酸氫鹽僅夠被吸收的二氧化硫化學(xué)計(jì)量地反應(yīng)成亞硫酸氫鹽。對(duì)吸收塔1的液體槽6送風(fēng)，這樣就使亞硫酸氫鹽變換成硫酸氫鹽。在液體槽6中，進(jìn)行分反應(yīng)和氧化，該分反應(yīng)由下述總式簡(jiǎn)化示出(L)含有硫酸氫鹽的液體被從吸收塔1液體槽6中抽出，為形成硫酸鹽且為PH值調(diào)整，在后反應(yīng)池4中加入新鮮的海水?？梢院?jiǎn)化地以下式重現(xiàn)后反應(yīng)池4中的硫酸鹽的形成，(L)在圖2中以模型方式示出在設(shè)備中進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)的過程。橫坐標(biāo)表示與廢氣體積流相關(guān)的輸送給設(shè)備的海水L/G，單位l/m3。縱坐標(biāo)表示各與廢氣中SO2摩爾量相關(guān)的初始產(chǎn)物和反應(yīng)產(chǎn)物的摩爾量，以摩爾％表示。同樣也對(duì)洗滌效率η做了說明。曲線段OABC**D**表示分離出的SO2量(SO2，Abs.(分離的)/SO2，Ein(輸入的))，曲線段OBCD表示添加的碳酸氫鹽量(HCO3-，Ein./SO2，Ein.)，其中線段OBCD2表示反應(yīng)的碳酸氫鹽總量(HCO3-，reagiert(反應(yīng)的)/SO2，Ein)并且線段OB表示僅在吸收塔內(nèi)反應(yīng)的份額，曲線段OMA**B**表示在溶液中的游離SO2量(SO2，gel(溶解的)/SO2，Ein)，該量等于分離的SO2與反應(yīng)的碳酸氫鹽的差；線段C1D1表示后反應(yīng)池中多余的未反應(yīng)的碳酸氫鹽(HCO3-，Rest(剩余的)/SO2，Ein)；線段OBC1表示在吸收塔液體槽中或后反應(yīng)池中硫酸氫鹽的增加與減少(HSO4-/SO2，Ein.)；線段B**C**表示在后反應(yīng)池中硫酸鹽相應(yīng)的增加(SO4--/SO2，Ein.)；直線OA*、A*B*、B*C*表示液體中溶解的CO2的含量(CO2，gel/SO2，Ein)。
在吸收塔1的吸收區(qū)10，海水被CO2飽和(直線OA*)。在液體槽，CO2被氧化空氣驅(qū)出(直線A*B*)。通過后反應(yīng)在后反應(yīng)池4中的廢水又重新富集了溶解的二氧化碳(直線B*C*)。從后反應(yīng)池4中抽出的廢水12的PH值主要取決于游離CO2(點(diǎn)D*)和多余碳酸氫鹽(點(diǎn)D1)的濃度。最好通過增大總加入海水量對(duì)它們進(jìn)行調(diào)節(jié)。此外也可以通過在后反應(yīng)池4中的CO2的驅(qū)出進(jìn)行有限的調(diào)節(jié)。
圖2涉及設(shè)備的操作方式，其中海水以分流形式輸送給吸收塔1。作為洗液的第一分流輸送給塔的吸收區(qū)10的一個(gè)或多個(gè)噴淋層面。洗液中的碳酸氫鹽量不足以完全地將被吸收的SO2量化合。為補(bǔ)償碳酸氫鹽的需求，通過管道13將海水添加流直接輸送到液體槽6中。
但也會(huì)出現(xiàn)這種情況，即在吸收區(qū)中用于氣體洗滌所需的液體量過大，從而在采用海水作為洗液時(shí)經(jīng)液體注入管道5將過化學(xué)計(jì)量的碳酸氫鹽量加到吸收塔1中。這種情況首先在如下條件出現(xiàn)，即在廢氣流中的SO2的濃度過低并且使用了具有高碳酸氫鹽量的海水時(shí)。對(duì)此情況本發(fā)明的教導(dǎo)是，為減少過化學(xué)計(jì)量的碳酸氫鹽量，液體流經(jīng)一回流管道14由液體槽6返流到吸收區(qū)10。通過洗液回流可以相互不受影響地調(diào)整吸收塔1內(nèi)供使用的碳酸氫鹽量和塔吸收區(qū)10的水負(fù)荷。圖3示出該情況時(shí)設(shè)備內(nèi)的化學(xué)過程。采用通向吸收塔1液體槽6的管路13進(jìn)行新鮮水的定量輸送就不需要了。如圖3所示，在吸收塔的液體槽6內(nèi)已開始進(jìn)行部分形成硫酸鹽的反應(yīng)。借助由液體槽6回流到吸收區(qū)10的液體流14可以對(duì)供化學(xué)反應(yīng)使用的碳酸氫鹽量進(jìn)行控制。
不管是對(duì)海水添加流13，還是對(duì)從液體槽6回流到吸收區(qū)10的液體流14都是可以調(diào)整的。根據(jù)由液體槽6抽吸出的液體的PH值，對(duì)這些量進(jìn)行調(diào)整。為此在圖1中所示的設(shè)備具有測(cè)量和調(diào)節(jié)裝置15，該裝置帶有用于PH實(shí)際值檢測(cè)的測(cè)量發(fā)送器16，以及用于對(duì)海水添加流及由液體槽6回流到吸收區(qū)10的液體流14的量進(jìn)行調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)裝置17。對(duì)由吸收塔1的液體槽6中抽出的液體的PH值進(jìn)行檢測(cè)并確定出測(cè)量值與在PH4.15至4.5范圍內(nèi)設(shè)定的額定值的偏差。根據(jù)該測(cè)量值偏差，對(duì)加入液體槽6中的海水添加流13的量或由液體槽6回流到吸收區(qū)10的液體流14的量進(jìn)行調(diào)節(jié)。采用這種取決于PH值的量的調(diào)整將使液體槽6的PH值保持在PH4.15與PH4.5之間的很窄的允許范圍內(nèi)。
對(duì)照?qǐng)D4中示出的在海水中溶解的未化合的SO2、亞硫酸氫根和亞硫酸根離子的平衡分布，即可了解本發(fā)明的調(diào)節(jié)。從圖4中可看出，在采用的海水中當(dāng)PH值為4.15時(shí)亞硫酸氫鹽的濃度最大。當(dāng)PH值較小時(shí)在溶液中尚有殘余的溶解的未化合的SO2，而當(dāng)PH值較高時(shí)又存在少量的亞硫酸根離子。采用本發(fā)明的對(duì)海水精確配置和調(diào)整的方法保證了在洗液中，分離出的SO2將被完全化合并且不會(huì)作為游離的、未化合的SO2在溶液中存在。此外，通過本發(fā)明的PH調(diào)整和在PH4.15至PH4.5范圍還保證了由吸收塔1抽出的并輸送給后反應(yīng)池4的洗液的PH值非常接近于形成亞硫酸氫根最佳點(diǎn)的PH值。采取本發(fā)明的措施將實(shí)現(xiàn)輸送到后反應(yīng)池內(nèi)的液體無氣味，這是因?yàn)椴粫?huì)釋放出氣態(tài)的SO2，并且由于在液體槽6中的亞硫酸氫根濃度很高，在該處努力實(shí)現(xiàn)的氧化過程非常迅速。由于氧化速度高，因而可以以液體在液體槽6中短暫的停留時(shí)間方式操作。視煙氣和海水質(zhì)量的不同，1至2.5分鐘的停留時(shí)間已足夠了。
在后反應(yīng)池4中通過添加新鮮的海水將PH值調(diào)整到PH6和PH7之間。就輸入給設(shè)備的總海水量而言，有約1/3用于洗滌塔1和約2/3用于后反應(yīng)池4。由于將氧化在洗液槽6中進(jìn)行，故與在后反應(yīng)池4進(jìn)行氧化的已有技術(shù)相比，用極少的空氣量即可操作。宜采用噴水的方法對(duì)送風(fēng)的空氣流進(jìn)行冷卻。為此，送風(fēng)裝置7具有一冷卻水混合室18，其中用海水作冷卻水。
權(quán)利要求
1.用于從廢氣中分離二氧化硫的方法，其中用海水沖擊吸收塔內(nèi)的廢氣，其中向吸收塔的液體槽送風(fēng)并因此使液體中含有的亞硫酸氫鹽轉(zhuǎn)換成硫酸氫鹽，其中從吸收塔液體槽中抽出液體并且為了在后反應(yīng)池中生成硫酸鹽并中和而將它與新鮮海水混合，其中測(cè)定從吸收塔液體槽中抽出的液體的PH值并確定測(cè)量值與在PH4.0至PH5之間的設(shè)定的額定值的偏差，其中根據(jù)測(cè)量值與額定值偏差對(duì)一直接輸送給洗液槽的海水添加流或一從液體槽回流到吸收塔吸收區(qū)內(nèi)的液體流進(jìn)行調(diào)整。
2.依照權(quán)利要求1的方法，其中液體槽的PH額定值被規(guī)定在PH4.15與PH4.5間的范圍內(nèi)。
3.依照權(quán)利要求1或2的方法，其中通過加入新鮮海水將后反應(yīng)池中的PH值調(diào)到至少為6。
4.依照權(quán)利要求1-3之任一項(xiàng)的方法，其中使用一具有無嵌入件吸收區(qū)的吸收塔操作。
5.依照權(quán)利要求1-4中之任一項(xiàng)的方法，其中通過噴水對(duì)對(duì)液體槽送風(fēng)所用的空氣流進(jìn)行冷卻。
全文摘要
本發(fā)明涉及從廢氣中分離二氧化硫的方法，其用將海水沖擊吸收塔中的廢氣。對(duì)吸收塔的液體槽進(jìn)行送風(fēng)，從而將液體中含有的亞硫酸氫鹽轉(zhuǎn)化為硫酸氫鹽。將液體從吸收塔的液體槽中抽吸出且在一后反應(yīng)池中與新鮮海水混合以便生成硫酸鹽以及中和。測(cè)定從吸收塔液體槽中抽出的液體的pH值，并且測(cè)定該值與一在pH4.0-5范圍內(nèi)設(shè)定的一額定值的偏差。根據(jù)這一偏差調(diào)節(jié)直接輸送到洗液槽的海水添加流或從液體槽回流到吸收塔吸收區(qū)的液體流。
文檔編號(hào)B01D53/50GK1158272SQ9611083
公開日1997年9月3日 申請(qǐng)日期1996年7月29日 優(yōu)先權(quán)日1995年7月29日
發(fā)明者N·馬克尼加德, M·庫珀, H·鮑姆 申請(qǐng)人:戈特弗里德·比肖夫有限公司