专利名称：消除硫酸雾气的方法与装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种消除气体中的硫酸雾气的方法以及使用该方法的硫酸雾气消除装置。
背景技术：
硫酸雾气通常产生在以浓硫酸干燥潮湿气体的过程中，或是产生在以水浓缩废气中SO3成分的脱硫设备中，也可能是在其它多种的化学过程中产生。
在公知的去除氧化硫(SOx)的方法中，常见的是配有洗涤器(scrubber)，且使用碱性溶液或水作为吸收溶液的净化系统。就此系统而言，可以去除90％或更多的SO2，但通常只能去除50％的SO3。
当产品被硫酸雾气污染时，品质将会降低；而当化学工艺所使用的气体被硫酸雾气污染时，则会抑制其化学反应；同时，硫酸雾气还会造成设备的腐蚀。此外，含有硫酸雾气的气体排放之后也会造成环境污染。因此，气体中的硫酸雾气务必尽可能地去除。
在去除硫酸雾气的方法中，已知的包括是硫酸雾气通过玻璃棉(glass wool)之类的过滤器(JP-A-6-171907)；使用与硫酸雾气有亲合力的，如二氧化钛之类的吸收剂；以及使用静电沉降器(electrostaticprecipitator)等方法。
然而，在使用玻璃棉等过滤器的方法中，硫酸雾气的捕捉量有其极限。亦即，当包含粒径1μm或更小微粒的硫酸雾气以此方法处理时，就算是使用高效率的过滤器，还是会有约1～2ppm体积的硫酸雾气不会被除去。
由于在上述使用吸收剂吸收硫酸雾气的方法中，必须进行吸收剂的再生及再充填处理，所以工艺管理上较为复杂。另一方面，使用静电沉降器的方法则有价格偏高的问题。
发明内容
本发明的目的就在于提供一种可以简单且十分有效地去除硫酸雾气的方法以及所使用的装置。
为解决上述问题，发明人在研究后发现一种既简单又十分有效的消除硫酸雾气的方法，其是含有硫酸雾气的气体经过一气体扩散器(gasdiffuser)而通入一吸收溶液中，其中气体扩散器具有平均孔径为1000微米或以下的孔洞。
也就是说，本发明提供一种消除硫酸雾气的方法，使含有硫酸雾气的气体经过一气体扩散器而通入一吸收溶液中，其中气体扩散器具有平均孔径为1000微米或以下的孔洞。
换句话说，由于本发明是通过平均孔径为1000微米或以下的气体扩散器，将包含硫酸雾气的气体化作微小的气泡并通入吸收溶液中，所以气-液接触面积得以增加，而能有效地清除硫酸雾气。
为增加硫酸雾气的去除效率，本发明的气体扩散器材料较佳为平均孔径约500μm或以下，且多孔性(porosity)约30％或以上的多孔材料。此外，气泡-帽盖型(bubble-cap type)气体扩散器也是适合使用的，其中帽盖上具有平均孔径约1000μm或以下的孔洞。
本发明的去除硫酸雾气的装置包括数个净化槽，其中具有一吸收溶液，且装配有平均孔径约1000μm或以下的气体扩散器，其是用来将含有硫酸雾气的气体通入吸收溶液中。其中，各净化槽皆相连通，使得含有硫酸雾气的气体能依序通过每一个净化槽。
本发明的硫酸雾气去除装置较佳者包括一净化塔，其中是以多个托盘(tray)分隔出数个阶层，这些托盘至少有一部分具有气体扩散器，而净化溶液则是灌注到每一阶层的托盘上，从而形成许多净化槽。此净化塔的下部有一入口，且上部有一气体出口，以供包含硫酸雾气的气体进出。
当使用具有上述结构的装置时，含有硫酸雾气的气体是由净化塔下部的入口通入，并在每一阶层中化作微小气泡而接受净化，故其中的硫酸雾气可以十分有效地去除。
图1是本发明较佳实施例的硫酸雾气去除装置的剖面示意图；图2是本发明的较佳实施例中，一种气泡-帽盖塔型的硫酸雾气去除装置的剖面示意图；图3是比较例1所使用的填充管柱(packed column)的剖面示意图。
具体实施例方式
本发明所使用的气体扩散器例如包括内有相连孔洞的多孔物质，以使气体通过。此多孔物质的实例包括由合成树脂组成的烧结压聚物(sintered compacts)、以氧化铝或类似材料为主成分的烧结压聚物(陶瓷)，以及类似的材料，其中合成树脂例如为聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、ABS树脂或类似材料。
此处，多孔材料以平均孔径约为1000μm或以下者较佳，而平均孔径约为500μm或以下，且多孔性约为30％或以上者更佳。当平均孔径超过1000μm时，气泡的尺寸将过大，使得气-液接触面积不足，而会降低硫酸雾气的吸收去除速率。当多孔性约小于30％时，单位面积所产生的气泡数目过少，同样会降低去除的速率。
除上述各实例外，本发明所用的多孔材料还包括薄膜材料、过滤材料及类似材料，其具有平均孔径约1000μm或以下的微小孔洞，以供气体穿过。
在本发明的方法中，含有硫酸雾气的气体经过上述气体扩散器而通入一吸收溶液中。
此处，如以气体扩散器的每平方米扩散面积来看，含有硫酸雾气的气体的流量约为100～5000m3/hour，较佳为500～2000m3/hour，更佳则为1000～1500m3/hour。当每平方米扩散面积的流量大于5000m3/hour时，气-液接触面积将增加，但压力下降幅度亦将增加。
另外，吸收溶液的深度约为0.1～2m，较佳为0.1～1m，更佳为0.2～0.5m。如果吸收溶液的深度大于2m，则虽可增加去除效率，但净化槽或净化塔的高度将过大。
如图1所示，是本发明较佳实施例的硫酸雾气去除装置的剖面示意图。如图1所示，该装置包含一个由三阶层圆筒构成的净化塔4，其中每一层的下部皆有一托盘，是由多孔材料的气体扩散器5、6及7构成，如此即形成用来净化含有硫酸雾气的气体的净化槽1、2及3。另外，溢流管8与9分别由上方穿透位于第一阶层的气体扩散器7，以及位于第二阶层的气体扩散器6。此外，含有硫酸雾气的气体的入口10设置在最下层的气体扩散器5之下，且气体出口11位于净化塔的上部。分隔净化槽1、2与3的托盘仅有一部分是由气体扩散器5、6与7构成也是可行的。
此外，在固定结合净化槽1、2与3时，是通过其各自的凸缘部(flangepart)将气体扩散器5、6及7的支撑部包夹起来的。
另外，最上层的净化槽3上还有一个进料喷嘴12。由进料喷嘴12进入最上层净化槽3的吸收溶液50(例如为水、碱性溶液或类似者)到达一定量时，会由溢流管8溢流到下方的净化槽2中，并再依相同机制由溢流管9流到净化槽1中。净化槽1中的吸收溶液宜使用泵13抽出，以便维持在一固定的量。
为除去气体中的硫酸雾气，本实施例中含有硫酸雾气的气体55是在一定压力下，由入口10穿过气体扩散器5而到达最下层的净化槽1中。此时气体即因气体扩散器5的作用而呈微小气泡状进入吸收溶液中，并进行气-液接触。由净化槽1的吸收溶液中上升的气体，由净化槽1的上部空间开始，经过气体扩散器6而进入净化槽2中，其同样呈微小气泡状进行气-液接触。重复此过程，气体即通过净化槽3并由气体出口11排出。其中，在扣除液体的压力后，每一个气体扩散器所造成的压降约为0～200mmAq。
接着，请参照图2，以说明本发明的另一实施例。如图2所示，本实施例中用来去除硫酸雾气的装置是一个分作许多阶层的气泡-帽盖塔，其中每一阶层皆具有气泡-帽盖型式的帽盖托盘，而形成净化槽25、26与27，其中帽盖托盘装配有帽盖28、29与30。帽盖28、29与30上穿有平均孔径1000μm或以下的孔洞，其数量依装置的尺寸或其它因素而定，故无特殊限制。此气泡-帽盖塔中并配置有溢流管31与32，以将吸收溶液50由最上层导至最下层，其机制与前一实施例相似，如此使得各净化槽25、26与27中的溶液能保持在一固定量，并能确保足够的气-液接触时间。另外，其它构件与前一实施例相似。
为去除硫酸雾气，本实施例中含有硫酸雾气的气体55是由最下层净化槽27的下部通入，如同前一实施例。此时含有硫酸雾气的气体55穿透帽盖30的内面吹出，并呈微小气泡状进入吸收溶液中。由净化槽27的吸收溶液中上升的气体，再由净化槽27上方的下一帽盖29的孔洞吹出，其同样呈微小气泡状进行气-液接触。重复此过程，气体即通过净化槽25并由气体出口排除。其中，在扣除液体的压力之后，每一个气体扩散器所造成的压降约为0～200mmAq。
虽然上述实施例均以三层净化槽(1、2、3或25、26、27)的设计为例，但此阶层的数目可依所需的去除速率或硫酸雾气的浓度作改变。除此之外，在使用净化塔或气泡-帽盖塔时，各净化槽之间也可以用气体管路相连，以使气体能依序通过各净化槽。在个别净化槽中的压降或气流量可依实际情形决定，并无特别限制。
本发明的去除硫酸雾气的方法及装置的具体应用包括(i)去除废气中所含有的硫酸雾气；(ii)去除化学工艺中产生的硫酸雾气；(iii)去除以浓硫酸干燥潮湿气体的步骤中所产生的硫酸雾气，以及其它类似者。
以浓硫酸干燥潮湿气体的技术，例如是应用在以氯化氢的氧化反应产生氯气的处理过程中。此方法是以氯化氢及含氧气体作为原料，在催化剂存在情形下进行氯化氢的氧化反应。接着以硫酸除去产生的气体中的水气，再以压缩冷却的方式分离并回收氯气。
在分离并回收氯气之后，以氧为主要成分的残留气体重新作为反应原料的一部分。此时如果残留气体中含有大量的硫酸雾气，就会有硫化合物成分的催化毒物(catalyst poison)沉积在催化剂的表面，使得催化剂的活性降低，而难以长时间稳定地进行反应。因此，当本发明的硫酸雾气去除装置及方法应用在上述产生氯气的工艺中时，氯气回收后的残留气体中的硫酸雾气含量必须降至0.01ppm体积或更低，如此即能防止催化剂的活性降低，而能维持长时间稳定的反应。
范例一此范例中硫酸雾气是以图1所示的装置来去除，其中组成净化塔4的每一个净化槽1、2、3皆由一长度(L)0.5m、内径0.1m的圆筒构成。在各阶层的下部分别连有气体扩散器5、6、7，其是由平均孔径100μm、多孔性35％的聚氯乙烯多孔材料制成。在此例中，每一个扩散器的扩散面积为7.5×10-3m2。
此范例中所用的吸收溶液50为水，并以10kg/hour的流量由塔顶注入。注入的水经由固定在每一阶层的溢流管8与9流至下一阶层，最后并排放至系统外，其中溢流管8与9在气体扩散器上的突出长度(t)为0.3m。
此处，含有硫酸雾气的气体55由净化塔4的最低处注入，其中硫酸雾气的含量以SO42-当量换算为4ppm体积。此气体的产生过程如下将10m3/hour的空气通入约15升的98％浓硫酸中，再通入充填有过滤器(Raschig rings)的雾气分离器中。气体到达净化塔4时，每平方米的气体扩散器扩散面积的气体流量约为1300m3/hour。
将含有硫酸雾气的气体通入净化塔4处理之后，塔顶处的气体中的硫酸雾气含量为0.005ppm体积，而去除率为99.9％。使用气体扩散器所造成的压降约为450mmAq，而在扣除液体压力之后则为150mmAq。
范例二此例中是使用一气泡-帽盖塔来去除硫酸雾气。简言之，请参照图2，此气泡-帽盖塔是由三阶层净化槽25、26、27组成，其各自的内径为0.1m，且分别附加上具有160个孔洞的帽盖28、29、30，其中每一个的扩散面积皆为3.7×10-3m2。在各阶层中吸收溶液的深度(t)皆以溢流管31与32调整至300mm，各层的间距(L)为500mm，且由塔顶注入以作为吸收溶液50的水的流量为10kg/hour。
当以类似范例一的方式产生的含有硫酸雾气的气体以10m3/hour的流量自塔底注入时，每方米的气体扩散器(帽盖)扩散面积的流量约为2600m3/hour。塔顶处的硫酸雾气浓度为0.04ppm体积，且去除率为99％。另每一阶层的压降约为450mmAq。
比较例一此例是使用充填式净化塔20来去除硫酸雾气，其中尺寸为1/2时的Raschig环充填在长度1.5m且内径100mm的充填塔中，此充填塔的外型如图3所示。以类似范例一的方式产生的含有硫酸雾气的气体55，是以10m3/hour的流量自塔底注入。塔顶并配置有一喷洒嘴21以改善水的扩散性，且作为吸收溶液的水由喷洒嘴21喷洒至塔内，并由塔底排出，另输入的水量在10至200kg/hour之间。结果，塔顶处的气体中的硫酸雾气含量为1.2至2.0ppm体积，且去除率为50％至70％。
由此可见，本发明的硫酸雾气的去除方法或装置的优点，就是可以简单且高效率地去除硫酸雾气。
虽然本发明已以一较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉该项技术的人员，在不脱离本发明的精神和范围内所作的各种更动与润饰，均属于本发明的保护范围，而本发明的保护范围权利要求书所限定的为准。
权利要求
1.一种去除硫酸雾气的方法，其特征在于其步骤包括将一含有硫酸雾气的气体经由一气体扩散器通入一吸收溶液中，其中该气体扩散器具有复数个平均孔径约为1000μm或以下的孔洞。
2.根据权利要求1所述的去除硫酸雾气的方法，其特征在于其中就每平方米的该气体扩散器的扩散面积观之，该含有硫酸雾气的气体的流量约为100至5000m3/hour。
3.根据权利要求1所述的去除硫酸雾气的方法，其特征在于该吸收溶液的深度约介于0.1m至2m之间。
4.根据权利要求1所述的去除硫酸雾气的方法，其特征在于该气体扩散器是一多孔材料，该多孔材料所具有的一平均孔径约为500μm或以下，且所具有的一多孔性约为30％或以上。
5.根据权利要求1所述的去除硫酸雾气的方法，其特征在于该气体扩散器是一具有帽盖的气泡-帽盖型气体扩散器，该帽盖具有复数个平均孔径约为1000μm或以下的孔洞。
6.根据权利要求1所述的去除硫酸雾气的方法，其特征在于将该含有硫酸雾气的气体通入该吸收溶液的过程依序重复进行复数次。
7.一种去除硫酸雾气的装置，包括复数个净化槽，其特征在于该复数个净化槽内具有一吸收溶液，并装配有一气体扩散器以将一含有硫酸雾气的气体通入该吸收溶液中，其中该气体扩散器的一平均孔径约为1000μm或以下，且各该净化槽连接在一起，使得该气体可依序通过该些净化槽。
8.根据权利要求7所述的去除硫酸雾气的装置，其特征在于其中包括一净化塔，该净化塔的内部空间以复数个托盘分隔成复数个阶层，该些托盘至少有一部分具有该气体扩散器，且该净化溶液浇灌在每一阶层的该些托盘上以形成复数个净化槽，另该净化塔的下部有一供该含有硫酸雾气的气体进入的入口，且上部有一气体出口。
9.根据权利要求8所述的去除硫酸雾气的装置，其特征在于该气体扩散器是一多孔材料，该多孔材料所具有的一平均孔径约为500μm或以下，且所具有的一多孔性约为30％或以上，而该些托盘的全部或一部分由该多孔材料组成。
10.根据权利要求8所述的去除硫酸雾气的装置，其特征在于该些托盘是复数个具有帽盖的气泡-帽盖型托盘，该帽盖具有复数个平均孔径约1000μm或以下的孔洞。
11.根据权利要求8所述的去除硫酸雾气的装置，其特征在于其中有一吸收溶液入口配置于最上阶层的该气体扩散器的上方，该吸收溶液由该吸收溶液入口进入，且通过一溢流装置将溢流的该吸收溶液依序传送至下一阶层中。
全文摘要
本发明提供一种消除硫酸雾气的方法,使含有硫酸雾气的气体经过一气体扩散器而通入一吸收溶液中,其中气体扩散器上具有平均孔径为1000微米或以下的孔洞。这种消除硫酸雾气的方法既简单又十分有效。
文档编号B01D53/18GK1340371SQ0112425
公开日2002年3月20日 申请日期2001年8月20日 优先权日2000年8月21日
发明者森康彦, 铃田哲也 申请人:住友化学工业股份有限公司