专利名称：黑液部分燃烧产生的过程气的纯化方法
技术领域：
本发明涉及一种从过程气中分离出硫和钠化合物的方法，过程气与含氢氧根离子和硫氢根离子的碱性液体进行一次或一次以上的接触以洗除硫和钠化合物，制浆工业中这种碱液通常是现成的。所述过程气在废液(如硫酸盐法制浆工业中的黑液)的气化过程中产生。
本发明的目的是获得一种制备基本上不含硫和钠化合物的纯度较高的过程气的方法。
含碳物质(如黑液)的气化过程中形成一种含有一氧化碳，二氧化碳和氢气的可燃气体(下文称为过程气)。由于原始燃料在含硫量和灰份组成上的差别，所以过程气在纯度上也各不相同。
一些气化过程在很高的温度下进行以至于无机化合物变成了熔融灰，而另一些气化操作在较低的温度下进行，气化过程中灰以固体或半固体的形式存在。黑液的气化温度通常为700-1000℃。
瑞典专利C-448，173公开了一种从纤维素废液(由纸浆工业得到)中回收化学物质和能量的方法，黑液在压力高于环境压力的反应器中部分燃烧，同时得到废液中无机物部分形成的熔体和过程气，使其通过一个含碱性溶液的药液捕集器进行冷却，无机物熔体溶解在所述碱性溶液之中，过程气然后再经过各种清洗过程，其中一个过程可以用氢氧化钠溶液作为洗涤液体。
黑液的特征是它具有高反应活性，这种活性尤其与干固体的含氧量高以及钠及其化合物的催化效应有关。
另外一个特征是黑液气化过程中形成一种低熔点的无机物，这种熔融相中主要含有水溶性的钠和硫化合物，而一般的煤灰中只含少量的水溶性化合物。
气化过程中保持碳的高转化率具有重要意义，因而气化反应器的温度应保持在700℃以上。
硫酸盐浆废液的燃烧过程中形成一种含钠化合物的精细气溶胶，这种气溶胶很难用机械的方法分离，它与熔体液滴结合在一起，使黑液的气化产生了严重的问题。
气化过程中黑液中的硫形成了气态、液态和固态化合物，在熔体相中硫主要以硫化钠的形式存在，而在气相中以硫化氢的形式存在。
在本洗涤体系中具有重要意义的化学平衡式如下在用含钠的碱性溶液吸收硫化氢的过程中生成了Na2S和NaHS。在CO2的分压较高和液体中硫化物离子浓度较高的情况下，形成碳酸钠的同时有硫化氢逸出。这种现象是人们不希望出现的，本发明能阻止这种现象发生，具体方法下文将作介绍。
减少接触时间，增大洗涤液体与气相的接触面，以促进体系中硫化氢的选择性吸收，使用一个或多个喷嘴使洗涤液体雾化就能很好地满足这一要求。吸收过程可在有或无填料的喷雾塔中进行。
本发明的实则是根据平衡(4)、(5)来提高对硫化氢的捕获能力，根据平衡(1)、(3)和(4)来抑制碳酸钠的形成，第一阶段使用的洗涤液含高浓度的硫氢根离子，因而在本发明的后续洗涤阶段中不能再作洗涤剂使用，否则会促成人们不期望的气态硫化氢的再生成。为了避免讨厌的气态硫化氢的再生成和提高对它的捕获能力，后续洗涤剂应该含有相对于硫氢根离子来说浓度高得多的氢氧根离子。
环境保护对制造业来说显得日益重要，对制浆工业也是一样，因而制浆工业中化学物品的封闭循环使用尤为受人欢迎。在本发明中硫酸盐法浆厂内部产生的碱液可作为本发明洗涤液用，而洗涤废液可用来制备蒸煮液。
本发明的目的通过使过程气与含硫氢根离子和氢氧根离子的洗涤液进行至少两次的独立接触而达到，本发明的特征在于使第一阶段的过程气通过冷却和洗涤装置，该装置设计成文丘里喉管和/或药液捕集器的形式，向其中的气流注入水性液体后，气流中携带的熔体珠滴溶解在水性液体中形成主要含Na2CO3，NaHS以及NaOH的水溶液而与气体分离，在其后的洗涤阶段中，过程气与含氢氧根离子和硫氢根离子(摩尔比大于4∶1)的碱性洗涤液接触。
设计成药液捕集器和/或文丘里喉管的第一级冷却和洗涤装置最好与气化反应器直接相连或安装在所有或部分无机物的分离完成之后。
在第一阶段，气体与碱性水溶液接触，尤其是与含氢氧化钠、碳酸钠和硫氢化钠的水溶液接触，如此形成的固态或液态无机物从气体中分离出来，而气态硫化氢与碱性洗涤液反应生成了Na2S和NaSH。在这一阶段水使结壳敏感性降低，因而可用来全部或部分替代碱液。气流中熔体液滴中的碳酸钠的溶解使水迅速呈碱性，所得液体在组成上与绿液相近，经过或不经过某种循环后排出并转移至工厂绿液体系中，同时将过程气的温度降至洗涤液的沸点以下。
在之后的洗涤阶段，过程气再次与碱性洗涤液接触，使气体中硫化氢的含量进一步降低，同时气体被冷却至65℃以下。在进入该洗涤阶段之前，洗涤液的温度不应该超过50℃。
本发明的一个优选实施例是气体的洗涤经过三个或三个以上的阶段，这样硫化氢的浓度可以进一步降低，在后面的洗涤阶段中，洗涤液中氢氧根离子/硫氢根离子的比值应高于先前洗涤液中的比值。
本发明中的洗涤液最好由制浆厂内部的溶液系统制得，氢氧化钠的溶液作为洗涤液也是可以的，但价格较贵。
在按照硫酸盐制浆方法进行的制浆过程中，使用一种具有如下近似组成称之为白液的蒸煮液氢氧化钠 NaOH 80-120g/L硫化钠 Na2S 20-50g/L碳酸钠 Na2CO310-30g/L硫酸钠 Na2SO45-10g/L(所有化合物按氢氧化钠计)在洗涤石灰淤泥的过程中得到一种称之为稀液的稀溶液，稀液可看作是浓度较低的白液，其各种化合物的比例与白液大体相同。
绿液主要存在于可转化为白液的体系中，其组成大致为碳酸钠 Na2CO390-105g/L硫化钠 Na2S 20-50g/L氢氧化钠 NaOH 15-25g/L硫酸钠 Na2SO45-10g/L(所有化合物按氢氧化钠计)白液和稀液都是很好的洗涤液，在实施本发明时可以应用。对于大容量的洗涤系统，内部产生的稀液不能令人满意地从过程气中吸收H2S，在这种情况下，用白液来制备洗涤液。
在后面的洗涤阶段，绿液不适用作洗涤液，因为氢氧根离子与硫氢根离子的摩尔比太小，只为3∶1左右。
附图
为根据本发明制造和洗涤过程气的车间的图示说明。
图中1为黑液的气化反应器，从反应器的上方加入黑液并燃烧，作为洗涤液的冷稀液通过反应器1中间部分的管路2加入，由此而形成的绿液由管路3排出，过程气由管路4放至文丘里喉管5，在此处过程气被上述碱液洗涤，然后将过程气加进涤气器，以稀液作为碱液洗涤之，稀液由管路8加入，在干净气体由涤气器顶部的管路9排出之前用水洗涤。形成的绿液由涤气器6底部的管路7排出，此处管路7与管路3是结合在一起的。
本发明还非常适用于高压操作条件下气化系统产生的过程气的洗涤，只是过程气和洗涤液的温度应该根据不同洗涤阶段的操作压力下蒸气的饱和温度进行调节。
实施例含熔体液滴的热过程气经三个阶段的纯化，其中冷却和洗涤系统由药液捕集器、文丘里涤气器和喷雾塔组成。熔体液滴由以下组成的化学品组成过程气组成CO 8.6mol-%CO211.4mol-%H2O 23.6mol-%H2S 0.1mol-%H211.0mol-%N2至平衡熔体组成Na2CO361.4%(重量)Na2S 28.1″NaOH 10.1″在冷却和洗涤的第一阶段，以12000Nm3/h的速度强迫过程气在950℃下与具以下组成的液体接触，
Na2CO38.6kmol/hNaOH 3.8″Na2S 5.4″H2O 695″洗涤液温度为50℃左右。
在该第一阶段，无机钠化合物与气体分离并溶解在洗涤液中，将所得绿液排放至工厂的绿液系统。这时的过程气几乎不含钠化物，但每Nm3过程气中还含0.2摩尔的H2S。使气体在文丘里涤气器中再次与碱洗涤液接触。涤气器中洗涤液的温度在30℃左右，并具如下组成Na2CO31.1kmol/hNaOH 7.5″Na2S 5.3″H2O 1420″所得洗涤液与其它洗涤液混合并排放。
过程气的温度经过该过程后降至60℃左右，过程气在喷雾塔中作最后的洗涤。
在该阶段，洗涤液的温度为30℃左右，组成为Na2CO31.1kmol/hNaOH 11″Na2S 1.8″H2O 1100″在该洗涤阶段，洗涤液在喷雾嘴处雾化，这个阶段对H2S气体的吸收效率特别高，出口处过程气中H2S的浓度低于5mmol/Nm3。
此时的过程气基本不含硫和钠化合物，温度为50℃左右，可用来产生蒸气或替代矿物油。
权利要求
1.通过与含硫氢根离子和氢氧根离子的碱液经过两次或两次以上的接触过程将硫和钠化合物从热过程气中分离出来的方法，该过程气由硫酸盐制浆工业产生的废液的气化产生，其特征在于在第一阶段使过程气通过文丘里喉管和/或药液捕集器，使之与碱洗涤液接触，这样，过程气中的熔体液滴与气体分离，并以水溶液的形式排放，在其后的洗涤阶段，过程气与含与氢氧根离子和硫氢根离子的精细分散的洗涤液接触，氢氧根离子与硫氢根离子的摩尔比大于4∶1。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于在其后的洗涤阶段中，碱洗涤液含氢氧根离子和硫氢根离子，其摩尔比大于8∶1，最好是8∶1～25∶1。
3.根据权利要求1的方法，其特征在于在气体进行第一阶段的冷却和洗涤前有一个分离区，在该分离区将存在于过程气中的大部分粒子和液滴从气体中分离。
4.根据权利要求1的方法，其特征在于洗涤液由通常存在于硫酸盐法浆厂的白液或稀液用直接的或间接的方法制得。
5.根据权利要求1至4的任一方法，其特征在于气体洗涤经过三个或三个以上的阶段。
6.根据权利要求1-5的任一方法，其特征在于洗涤系统在高于环境压力的条件下操作。
全文摘要
本发明涉及通过与含硫氢根离子和氢氧根离子的碱液经过两次或两次以上的接触过程将硫和钠化合物从由硫酸盐浆工业的纸浆废液的气化过程产生的热过程气中分离出来的方法，根据该方法，过程气在第一阶段通过文丘里喉管和/或药液捕集器，使之与碱洗涤液接触，这样，过程气中的溶体液滴与气体分离，并以水溶液的形式排放，在其后的洗涤阶段，过程气与含摩尔比大于4∶1的氢氧根离子和硫氢根离子的精细分散的洗涤液接触。
文档编号D21C11/04GK1057306SQ91103738
公开日1991年12月25日 申请日期1991年5月31日 优先权日1990年5月31日
发明者拉斯·斯蒂格森, 尼尔斯·贝恩哈德 申请人:剑列克公司