专利名称：用海水使废气脱硫的深度处理方法
技术领域：
本发明涉及一种用海水湿法脱除废气中酸性组分的方法，特别是脱除锅炉或各种加热炉排放的酸性组分和含有亚硫酸气体的废气中的酸性组分。
目前，例如当重油、煤等在燃烧设备例如锅炉或各种类型加热炉中燃烧时，因为燃料含有硫组分，所以在燃烧时硫组分与空气中的氧化合，生成硫氧化物，它们最终含在燃烧废气中。这样的硫氧化物被气体从产生源带到数千公里以外的地区，产生各种现象例如酸雨或酸雾、污染广阔地区的空气、水、土壤等并对人类健康产生有害影响。
但是，随着对全球环境问题不断增长的国际兴趣，已探索了各种全球规模的措施。在日本，随着在废气脱硫或脱氮技术等方面取得的进展，已实现有效的锅炉燃烧技术。现在在生产源可采取基本上100％的防止污染措施。例如，作为一种湿法脱除气体中所含的酸性组分例如硫氧化物的方法，已使用没有溢流堰和降液管的填充塔、喷淋塔、泡帽塔、孔板塔或栅板塔来使要处理的气体与碱处理溶液逆流接触。也就是可以说，环境保护的脱硫处理技术已经达到几乎完美的阶段。例如，90-99％的脱硫效率已经达到并工业应用。但是，因为氢氧化钙、碳酸钙、氢氧化钠、氢氧化镁等用作碱处理溶液，因此存在这样一个问题，除了较高的费用外，还必需处理废溶液，必需处理固体物质等。因此，存在使方法复杂化和建设费用和操作费用高的问题。所以，作为一种用海水处理废气的方法，本发明人在JP-A-11-290643(用海水处理废气中酸性组分的方法)中开发了一种使用没有溢流堰和降液管的孔板塔或栅板塔湿法处理废气的方法。然而，这一方法在低Ug(低表观气速)区域是不胜任的。
如上说明的，不仅在工业化国家，而且也在发展中国家寻找这样一种从废气中除去酸性组分的方法，开发筒化该方法的新技术、使设备更加紧凑和显著减少建设费用和操作费用。特别是寻找这样一种可靠的方法，它在包括低Ug区域在内的所有区域的深度处理情况下常常是需要的。
因此，本发明的目的是开发用简化的方法在更加紧凑的设备中和在显著减少建设费用和操作费用下，考虑到国际需要，在包括低Ug和低L/G区域在内的广泛区域下能高度除去废气中所含的酸性组分例如亚硫酸气体(sulfate gas)的新技术。
根据本发明，提供了包括使用这样一种体系来除去废气中所含的酸性组分的方法，所述的体系包括(a)一种由吸收塔组成的气-液接触设备，内部有至少一孔板，用至少一种填料装填吸收塔的顶部、底部或顶部和底部，(b)一种将海水送入吸收塔的设备，(c)一种在气-液接触后使海水氧化的设备，以及(d)一种在混合和氧化以后使未接触的海水与上述的海水混合的设备，因此含有酸性组分的废气与海水进行气-液接触。
根据本发明，还提供一种在这样一种气-液接触设备中除去废气中所含的酸性组分的湿式方法，所述的气-液接触设备包括一塔径至少为500毫米的吸收塔，塔中装有至少一自由空间比Fc为0.25-0.5的孔板和至少一种填料高度为0.5-4米的填料，该法包括将这样数量的海水送入，以致从塔顶海水的流速L(公斤/米2·小时)与要处理的气体流速G(公斤/米2·小时)的比L/G至少为3.6并且海水的流速L为1×104至25×104公斤/米2·小时；以及将这样数量的处理气体送入，以致从气-液接触设备的底部，设备中的表观气体速度Ug的范围为0-2Ugm(米/秒)在使用没有溢流堰和降液管的孔板塔或栅板塔的情况下，该塔包括至少一孔板和处理气体的密度ρG(公斤/米3)与海水的密度ρL(1030公斤/米3)的比ρG/ρL至少为0.838×10-3，Ugm＝49.14Fc0.7(ρG/ρL×10-3)-0.5·(L/G)- 式中，L为毛细管常数 g为重力加速度(米/秒2)和σ为海水的表面张力(公斤/秒2)，从而要处理的气体与海水进行逆流气-液接触。
参考附图，从以下的描述将更好的理解本发明，其中
图1为说明本发明方法的操作区域内处理的液体流速L和表观气体速度Ug之间关系的示意图，其中区域A和B表示日本审查的专利公报(公告)No.51-31036和No.60-18206的操作区域，而区域C表示JP-A-11-290643的操作区域。本发明的操作区域为Ug大于0但不大于2xUgm的，并被图1中处理液体的流速大于1×104(公斤/米2·小时)、L/G＝3.6和流速25×104(公斤/米2·小时)的线包围的区域。
图2为本发明用海水除去废水中的酸性组分的设备也就是气-液接触设备为中心的处理体系图。
图3为用本发明的方法处理锅炉废气的情况下由没有溢流堰和降液管的孔板塔或栅板塔以及填料塔的组合组成的吸收设备的一个实施例。
图4为用本发明的方法处理锅炉废气的情况下由没有溢流堰和降液管的孔板塔或栅板塔与填料塔的组合组成的吸收设备的另一实施例。
根据本发明，正如图2所示，因为使用没有溢流堰和降液管的孔板塔或栅板塔与填料的组合，所以在整个方法中，为了吸收气体和调节吸收液体的pH值，在根本不使用任何化学品的情况下，有可能从小液/气比到大液/气比下操作，可使用用过的冷却海水中所含的碱或在电厂、工厂等中使用的碱性废海水并可除去所需的酸性组分。注意，在这里没有溢流堰和降液管的孔板或栅板是指自由空间比Fc为0.25-0.5、优选0.3-0.4的孔板或栅板。在本发明中，通过使用包含至少一个这样的孔板或栅板与填料高度为至少0.5米、优选0.5-4米的填料的组合的气-液接触设备，有可能用湿法使用海水或废海水来除去废气中所含的酸性组分例如亚硫酸气体。此外，因为通过提供空气以及由海水处理体系的氧化，气-液接触后的海水使吸收在其中的组分变得无害，一点也没有造成海洋污染的问题。
本发明不限于以下的机理内容中，但现在当酸性组分为亚硫酸气体(SO2)时，说明本发明的海水脱硫法的化学原理。
也就是说，将废气中所含的亚硫酸气体(SO2)吸收在海水中，然后如式(1)所示将它转变成亚硫酸氢根离子(1)如式(2)所示，通过通气氧化将如此生成的亚硫酸氢根离子转变成硫酸根离子(2)
然后，将通过反应式(2)生成的氢离子与海水中所含的碳酸根离子或碳酸氢根离子反应，因此如反应式(3)和(4)中所示被中和(3)(4)根据本发明，亚硫酸气体最终变成硫酸根离子，然后溶于海水中。据说海洋中的硫含量高达1015吨。这就对应于约2300毫克/升硫酸根离子。在本方法最后经处理的海水流出物中所含的无害硫酸根离子的浓度仅增加约几毫克/升，所以在海洋中硫含量的增加是极微小的。
在现代工业中由于使用化石燃料产生的硫氧化物的硫的一部分通过大气流动和通过以酸雨的形式返回土壤或海洋而自然循环。与此不同的是，本发明除去气体中酸性组分的方法是一种环境友好的技术。根据本发明的方法，有可能用这一方法使硫循环到海洋中，简捷而有效地防止象酸雨、空气污染等这样一些危险。
正如上面说明的，本发明成功地使用一种内部装有吸收塔的气-液接触设备，所述的吸收塔有至少一个孔板和至少一种填料高度为至少0.5米、优选0.5-4米的填料(例如拉西环、磁极环(Polerings)、Terralets、interlock saddles等)，以及将海水从气-液接触设备的顶部引入，以便与要处理的气体逆流气-液接触以及利用海水中的碱有效地和深度地除去废气中的所含的硫氧化物。
注意，使用没有溢流堰和降液管的孔板塔或栅板塔(例如“Moretana”塔)处理废气的技术在日本审查专利公报(公告)No.51-31036和No.60-18208(或US3892837和3941572)中公开，但本发明人发现，已示出的操作区域A和B(见图1)不适合用海水处理废气。上述JP-A-11-290643对供给塔的气体流速G和海水的流速L的比L/G至少应为3.6、优选7-25以及通过“Moretana”塔的表观气体速度Ug和处理液体流速L应处于由图1的区域C确定的关系中，也就是在从大于3.43L-0.0807·Ugm至8(米/秒)的提出要求。但是，在这一区域以外，特别是当Ug太低时，存在气-液接触效率迅速下降的问题，它使除去酸性组分成为不可能。但是，根据本发明，通过利用由“Moretana”塔和填料塔的组合组成的吸收设备，所希望的气-液吸收可有效地进行，甚至在图1的区域D中，从而使高效的脱硫处理变得可能。
海水含有约110-130毫克/升碱(按CaCO3计)。本发明高度有效地利用海水，在靠近大海的地区海水可很容易大量得到。根据本发明，例如在使用靠近海洋的海水作为冷却水的发电站的情况下，有可能再次利用冷却后本来要返回海洋的海水来处理锅炉的废气，并以高的脱硫率除去废气中所含的硫氧化物。此外，根据本发明，甚至在由海水生产氢氧化镁的工厂或使用海水的纸浆和造纸厂的情况下，有可能再利用原来在返回大海以前必需再处理的废海水，以及有可能用上述气-液设备来处理酸性废气和废海水。
根据本发明，在充气氧化容器中用空气将含有亚硫酸氢根离子的吸收硫的酸性液体(它变成COD(即化学需氧)源)氧化以后以及在混合海水的pH值用脱碳法恢复以后，将吸收硫的液体排放到大海；所以，有可能在不使用任何化学品的情况下将海水排入大海并恢复海水的质量。
现在用以下实施例进一步详细地说明本发明，但决不是对本发明的限制。
实施例1图3表示本工艺流程的一个实施例，其中锅炉废气用本发明的方法处理。
将锅炉1排放的含有约1000ppm硫氧化物的燃烧废气送入电除尘器2以便除去粉尘，然后将废气通过装有一自由空间比FC为0.3的孔板和具有用于处理的2米填料(即环型填料，尺寸为100×78×32mmH)的填料部分的气-液接触设备3，然后作为气体流出物由塔排入大气。在气-液接触设备3内，将废气从塔底送入，而将泵自海洋的海水从气-液接触设备3的顶部送入，从而海水与废气在设备3中逆流接触，吸收和除去废气中所含的硫氧化物。含有亚硫酸氢根离子的酸性废海水从设备的底部作为液体流出物排出，并在空气氧化容器4中用空气氧化，以便使亚硫酸根离子氧化以及使气体流出物脱碳，从而恢复海水的pH值，然后将海水排入大海。在液气比L/G为5-10、Ug为1-2米/秒和要处理的气体中硫氧化物的浓度为10-100ppm下，脱除率为90-99％。
实施例2图4为用本发明的方法处理锅炉废气的另一个实施例，它表示对应于锅炉低负荷操作下维持高脱硫率的处理情况下一个实施例的流程图。
将锅炉1排放的含有约800ppm的硫氧化物的燃烧废气送入电除尘器2除去粉尘，然后将废气通过装有二个自由空间比Fc为0.3的孔板和有1.5米填料(即环形填料，尺寸100×78×32毫米)用于处理的填料部分的气-液接触设备3，然后再排入大气。在气-液接触设备3内，将废气从设备底部送入，而将泵自海洋的海水从顶部送入，从而海水与废气在设备3中逆流接触，废气中所含的硫氧化物被吸收和除去。含有亚硫酸氢根离子的酸性废海水作为液体流出物从设备底部排出，在空气氧化容器4中用空气氧化和脱碳，并使海水的pH值恢复，然后将海水作为液体流出物排入大海。在海水流速L(5×104公斤/米2·小时)、Ug为0.25、0.5、1、1.5和2米/秒和要处理的气体中硫氧化物的浓度为5、10、17、25和60ppm下，脱除率为99.4％、98.7％、97.9％、96.9％和92.5％。
如上所述，根据本发明，有可能用海水深度且有效地处理废气中所含的硫氧化物，尽管过去这一区域不能用“Moretana”塔处理，也就是低Ug区域，以及有可能用简单的方法并采用紧凑的设备和低的费用环保。
权利要求
1.一种包括用以下体系除去废气中所含的酸性组分的方法，所述的体系包括(a)由吸收塔组成的气-液接触设备，内部装有至少一孔板，在吸收塔顶部、底部或顶部和底部装有至少一种填料，(b)将海水送入吸收塔的设备，(c)在气-液接触以后使海水氧化的设备，以及(d)混合和氧化以后将该海水与未接触的海水混合的设备，从而使含有酸性组分的废气与海水进行气-液接触。
2.一种在气-液接触设备中除去废气中所含酸性组分的湿式方法，所述的设备包括一塔径为至少500毫米的吸收塔，它装有至少一自由空间比Fc为0.25-0.5的孔板以及装有至少一种填料高度为0.5-4米的填料，所述的方法包括以这样的数量提供海水，以致来自该塔顶部的海水流速L(公斤/米2·小时)与要处理的气体流速G(公斤/米2·小时)的比L/G为至少3.6以及海水的流速为1×104至25×104公斤/米2·小时，以及以这样的数量送入处理的气体，以致从气-液接触设备的底部的表观气体速度Ug的范围在设备中为0-2Ugm(米/秒)在使用没有溢流堰和降低管的孔板塔或栅板塔的情况下，所述塔包括至少一孔板，处理气体的密度ρG(公斤/米3)与海水密度ρL(1030公斤/米3)的比ρG/ρL为至少0.838×10-3， 式中L为毛细管常数 g为重力加速度(米/秒2)以及σ为海水的表面张力(公斤/秒2)，因此要处理的气体与海水进行逆流气-液接触。
全文摘要
一种包括使用以下体系来除去废气中所含酸性组分的方法,所述体系包括(a)由吸收塔组成的气－液接触设备,内部装有至少一孔板,在吸收塔顶部、底部或顶部和底部装有至少一种填料,(b)将海水送入吸收塔的设备,(c)在气－液接触以后使海水氧化的设备,以及(d)混合和氧化以后将上述海水与未接触的海水混合的设备,从而使含有酸性组分的废气与海水进行气－液接触。
文档编号B01D53/78GK1365846SQ0110169
公开日2002年8月28日 申请日期2001年1月15日 优先权日2001年1月15日
发明者白石皓二, 张本崇良, 松冈俊昭, 藤畑直树, 本行昭彦, 及川克夫, 竹田一男 申请人:富士化水工业株式会社