专利名称：用于从气体分离二氧化硫的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及通过含水吸收液从气体分离二氧化硫的方法，在所述方法中首先使所述气体通过接触区，其中所述气体与流出出口箱的液体混合，然后向上通过基本上水平的开孔板，所述板安装在所述出口箱的旁边并在其上面提供吸收液的流动层。
本发明也涉及通过含水吸收液从气体分离二氧化硫的装置，所述装置包括a)用于含二氧化硫的气体的入口和用于已经从中分离二氧化硫的气体的出口，b)固定在所述入口与出口之间的基本上水平的开孔板，其布置使得含二氧化硫的气体从下方通过并在其上面承载吸收液的流动层，c)至少一个出口箱，其布置使得液体通过并安装在所述开孔板的旁边，d)安装在所述出口箱中以在所述气体向上并通过开孔板之前在来自所述入口的气体中分布液体的分布装置。
背景技术：
二氧化硫是一种通过氧化含硫的物质例如煤、石油、天然气、工业和生活废弃物及泥煤形成的气体。二氧化硫也可作为化学加工例如冶金加工中的残余产物产生。通常不允许向大气中释放大量的二氧化硫，因此需要一些形式的净化处理。一个实例是发电厂和其它燃烧设备的烟道气净化。在这样的设备中燃烧产生的烟道气通常尤其通过用吸收液吸收二氧化硫净化处理。所述吸收液可含有例如水和一种或多种的物质石灰、石灰石、白云石、氢氧化钠溶液及类似的适合于吸收二氧化硫的物质。
WO 03/004137公开了用于从气体中除去二氧化硫的方法和装置。在这个方法中，使烟道气向上通过上面提供有吸收液流动层的开孔板。收集已经沿着开孔板流动的吸收液并使其向下流入容器。待净化的烟道气首先通过接触区，其中它与自开孔板向下流动的吸收液接触，然后向上通过开孔板。在这种方式中，所述烟道气在到达所述开孔板的下面之前用水蒸气饱和。然而，已经发现WO03/004137的方法在接触区引起不必要的高的压降。
发明概述因此本发明的目的是提供分离二氧化硫的有效方法，在所述方法中上述现有技术的缺点得以消除或显著减小。
按照本发明，这个目的通过经前言指出的类型的方法达到并且特征为冷却液流输送到所述出口箱并通过和在接触区流出，基本上独立于所述冷却液流的吸收液流输送到开孔板形成从气体分离二氧化硫的所述流动层。
这个方法的优点是所述冷却液流量可根据对足以冷却进气是必要的因素而独立于吸收液流量来控制。关于载荷的变化，例如气体的流量、温度和二氧化硫含量，这两个流量可彼此独立地以能够分别达到必要的冷却和二氧化硫的分离效果方式控制。另一个优点是所述方法减小气体的压降，因为与现有技术相比较所述冷却液流量可显著减小并且仍然提供必要的冷却。另一个优点是已经流过开孔板上面的吸收液不用作冷却液，那是现有技术的情况。已经流过开孔板上面的吸收液具有高含量的溶解的二氧化硫，其在冷却过程中可被蒸发并以不合需要的方式再次与烟道气混合。
按照优选的实施方案，所述出口箱是延长的并沿着所述开孔板的侧边延伸，所述吸收液流以基本上与所述出口箱的纵向平行的方向在开孔板的上面通过。延长的出口箱导致烟道气的良好冷却，因为所述烟道气将与流出出口箱的液体具有良好的接触。沿着开孔板的侧边安装出口箱导致非常紧凑的结构。流出出口箱并被烟道气夹带的液体将以有利的方式润湿所述开孔板的下侧并减小积垢的风险。
优选地，流出出口箱的所述冷却液流收集在含有液体的容器中，其液面位于低于接触区的水平，一个在出口箱下面所述气体水平通过的通道在液面和出口箱之间延伸，一个代表液面水平并因此代表所述通道的高度的参数以使所述通道中气体的平均速度为5-35m/s的方式而控制。其优点是冷却方法的条件可以使达到所述开孔板下面的良好冷却、良好润湿及气体的低压降的方式调整至目前载荷。
按照优选的实施方案，流出出口箱的所述冷却液流和流出开孔板的所述吸收液流收集在共用的容器中。这个实施方案的优点是所述方法可用简单和不复杂的设备实施。按照仍然更优选的实施方案，所述冷却液流和所述吸收液流从共用的容器中进料。这个实施方案的优点是相同的液体用于冷却和吸收。因此这仅需要一个系统用于处理液体并且不需要分开保持两种液体的装置。
按照优选的实施方案，出口箱中的静液压力与恰好在接触区前的第一位点和出口箱的液面上的第二位点之间的压力差的比值通过冷却液流量控制以使所述静液压力大于所述压力差。通过冷却液流量，所述出口箱中的液柱高度因此调整至使得烟道气不能进入通过所述出口箱的底部。按照仍然更优选的实施方案，关于冷却液流量，所述出口箱中的液体高度控制为使在出口箱的底部达到适合于冷却的流出速度。
优选地所述烟道气基本上在出口箱的下面水平传导。其优点是所述烟道气的冷却是有效的，因为当在出口箱的下面通过出口箱的下面产生的接触区时所述烟道气具有水平流动方向。另一个优点是当所述烟道气到达安装在出口箱旁边的开孔板时也是水平指向的。这减小压降并改善烟道气在流过开孔板的吸收液层中的分布。
本发明的另一个目的是提供用于分离二氧化硫的简单装置，在所述装置中现有技术的以上缺点得以消除或显著减小。按照本发明，这个目的通过经前言指出的类型的装置达到并且特征为所述装置还包括e)用于向出口箱中输送冷却液流的第一个泵送设备，f)用于向开孔板输送基本上独立于冷却液流的吸收液流形成流动层的第二个泵送设备。
这个装置的优点是由于冷却液流量与吸收液流量彼此独立使它具有广泛范围的容量。因此，所述载荷例如烟道气的流量、温度、水分含量和二氧化硫含量可在宽的范围内变化而不损害所述装置的功能。例如，仅采用第二个泵送设备可设定合适的流动液层厚度(厚度给出稳定的层)而没有来自第一个泵送设备的相互作用。另一个优点是所述烟道气的压降将是低的，这减少对设备机械强度的要求。
按照优选的实施方案，安装容器以收集流出出口箱的冷却液流，所述容器含有液体，其液面位于出口箱的下面并且因此在所述液面与出口箱之间形成气体通道。所述液面使得能够控制通道的高度并因此也控制所述烟道气的速度。
按照优选的实施方案，安装共用容器以收集流出所述出口箱的冷却液流和流出所述开孔板的吸收液流。其优点是所述装置结构简单。按照仍然更优选的实施方案，所述容器中的液面基本上在整个开孔板下面和基本上在整个出口箱下面延伸。其优点是流出所述出口箱和所述开孔板的液体对着液面收集。这防止磨损和湿干区域，这可能是在例如金属表面收集所述液体的结果。
按照优选的实施方案，所述开孔板具有长方形板的形状，其具有平行于出口箱的第一个侧边和垂直于第一个侧边的第二个侧边，所述第一个泵送设备及第二个泵送设备由沿着平行于第二个侧边的线连续安装的大型泵组成。这个实施方案的优点是大型泵可以泵送具有高含量的悬浮固体的液体而不显著增加磨损。高含量的悬浮固体给出的优点是所述装置较小和较便宜，因为对于一定量的固体要求较小的容器容积。由压缩空气操作的大型泵实施所述液体中未氧化物质例如亚硫酸根离子的氧化，同时伴随运送液体。长方形的开孔板与沿着垂直于所述出口箱的纵向的线安装的大型泵一起产生特别紧凑的结构。
按照优选的实施方案，所述开孔板具有长方形板的形状，它被第二个泵送设备分为两个部分，从上面可见所述泵具有延长的大型泵形式，安装以在这两个部分上面分布吸收液流，所述出口箱是延长的并沿着开孔板的第一个侧边安装并与所述大型泵的纵向基本上呈直角。因为吸收液在所述开孔板的两个部分上面以两个相反方向传导，由所述大型泵泵送的吸收液在所述开孔板上面输送较短的距离。这导致减小的气体压降和改善的二氧化硫分离。
按照仍然更优选的实施方案，所述装置具有第一个和第二个开孔板，其每一个具有基本上为长方形板的形状，其每一个被第二个泵送设备分为两个部分，所述泵送设备从上面可见以延长的大型泵的形式安装以在这两部分上面分布吸收液流，第一个和第二个延长的出口箱分别沿着第一个和第二个开孔板的第一个侧边安装并基本上与相应大型泵的纵向呈直角，用于引入气体的入口间隙在所述两个出口箱之间延伸。这个实施方案导致特别紧凑和简单的结构。
按照另一个实施方案，所述装置具有安装以收集流出所述出口箱的冷却液流的第一个容器和安装以收集至少部分流出所述开孔板的吸收液流的第二个容器。这个实施方案的优点是在所述两个容器中的液体水平可彼此独立地设定。按照另一个优选的实施方案，所述装置具有自第一个容器向第二个容器泵送液体的第三个泵送设备。它的优点是使所述第一个容器中的水平可低于所述第一个容器中的水平。按照这个装置的另一个优选的实施方案，第一个泵送设备与第二个泵送设备安装以分别自第二个容器中输送冷却液流和吸收液流。这个实施方案给出紧凑和廉价的设计，因为仅打算在所述装置中处理一种液体。
按照一个优选的实施方案，所述分布装置包括至少一个喷嘴，其特性尺寸例如最小孔直径(D)或最小空隙宽度(V)为1-8cm。已经发现这些尺寸给出所述气体中液体的良好分布。
按照优选的实施方案，所述出口箱具有基本上与所述开孔板下面位于相同水平的底部。其优点是所述出口箱的底部与所述开孔板的底部彼此成一直线。这导致较低的气体压降，因为所述气体在其下面传导的表面不具有任何凸起的部分。另一个优点是当所述冷却液与吸收液收集在共用的容器中时，将所述吸收液泵送到所述开孔板必须达到的高度与现有技术中的当所述出口箱的底部位于所述开孔板下面的一段距离时的情况相比较更低。
本发明另外的优点和特征从以下的描述和附加的权利要求中将是显而易见的。
附图简述本发明现在通过多个实施方案并参照附图得到更详细的描述。
图1为示意性图解说明本发明装置的水平面上的剖面图。
图2为显示图1的II-II剖面的垂直面上的剖面图。
图3为显示图1的III-III剖面的垂直面上的剖面图。
图4为显示图1的IV-IV剖面的垂直面上的剖面图。
图5a为显示图1的区域V的俯视平面图。
图5b为显示出口箱的底部的供选实施方案的俯视平面图。
图6为显示本发明第二个实施方案的装置的透视剖面图。
图7为示意性图解说明本发明第三个实施方案的装置的水平面上的剖面图。
图8为图解说明在图7中显示的装置的透视剖面图。
图9为图解说明在图7中显示的装置的气体入口和出口的透视剖面图。
图10为图解示意性显示本发明第四个实施方案的装置的垂直面上的剖面图。
图11为图解示意性显示本发明第五个实施方案的装置的水平面上的剖面图。
图12a为显示图11中的XII-XII剖面的垂直面上的剖面图。
图12b为图解说明在图12a中显示的区域XIIb的垂直面上的放大的局部视图。
图13为图解示意性显示本发明第六个实施方案的装置的垂直面上的剖面图。
优选实施方案描述图1图解示意性显示本发明的装置1。所述装置1具有来自锅炉(未显示)的烟道气4的入口2。如在图2中清晰可见的，所述烟道气4在第一个步骤中通过接触区6。在接触区6中所述烟道气4与液体混合以致于所述气体冷却并用经部分蒸发的液体产生的水蒸气饱和。然后所述烟道气4输送至水平的长方形开孔板8。所述开孔板8具有一些均匀分布的烟道气4可通过的孔10。在其上面12所述开孔板8承载有吸收液的流动层14。当所述烟道气4通过吸收液的所述流动层14时，二氧化硫从烟道气4中分离。所述净化的烟道气16通过用于净化的烟道气16的出口18离开所述装置1。
所述接触区6自延长的出口箱20供给液体。沿着所述开孔板8的第一个侧边22延伸并向上开口的所述出口箱20具有使出口箱20与吸收液的所述流动层14分开的延长的侧壁24。所述出口箱20通过延长的双壁导轨26靠近所述气体入口2确定，所述双壁导轨26提供防止液体在气体入口2冷凝的隔层28。所述出口箱20具有提供有喷嘴32的形式的分布装置的底部30。所述喷嘴32适合于分布液体，这通过图2中的箭头CL表示，其朝底部30向下流动并通过出口箱20，达到接触区6并因此使所述液体与在出口箱20的底部30的下面水平传导的烟道气4接触。流出出口箱20且还未蒸发的液体收集在容器34中。在容器34中的液体36具有基本上在整个开孔板8的下面以及基本上在整个出口箱20的下面延伸的液面38。在出口箱20的底部30与液面38之间存在烟道气4可通过的空隙40形式的通道。很明显，烟道气4作用于离开喷嘴32的液流42以致于这个液流42不是垂直的而是在下边缘偏离。对所述液流42重要的是液滴大小和流量如此之大以致于从出口箱20至液面38自始至终提供稠密的液幕。在液面38与出口箱20之间的空隙40在喷嘴32具有受容器34的液体水平(即液面38的位置)控制的高度H。在一定流量的烟道气4下，一定的高度H导致空隙40中烟道气4的一定速度。已经发现这个气体速度不应超过约35m/s。在更高的气体速度下，在空隙40中的压降增加。在更高速度下的仍然更大的缺点是所述烟道气4夹带离开喷嘴32的大部分液体。这增加在液面38与开孔板8之间形成的空隙44的压降并用液体填充孔隙10，因此在这些孔隙中压降也增加。在空隙40中的气体速度应高于约5m/s以确保烟道气4与经喷嘴32分布的液体的良好接触。而且在约5m/s下，烟道气4夹带经喷嘴32分布的部分液体。然而，这是优点，因为所述夹带的液体润湿开孔板8的下面46并减少所述下面46积垢的风险。如自图2显而易见的，出口箱20的底部30与开孔板8的下面46基本上位于相同的水平面上。这与圆形导轨26一起赋予烟道气4低的压降。
所述出口箱20的设计使要求的液流离开喷嘴32。为了防止烟道气4通过喷嘴32而不是通过孔隙10，所述出口箱必须具有一定的静液压力P1。烟道气的压力差dPr可自恰好位于接触区6前面的位置A和恰好位于所述出口箱20的液面48上面的位置B测量。那么所述出口箱20中的静液压力P1可计算为自出口箱20的底部30至所述底部30直上方的液面48的高度h1乘以出口箱20中液体的密度和重力加速度g。为了防止烟道气通过喷嘴32，P1必须大于dPr。离开喷嘴32的液体必须具有一定的速度以在接触区6提供该液体与烟道气4之间的良好接触。已经发现0.2-3m/s的液体速度是合适的。为了提供这个液体速度，所述出口箱20中的静液压力P1必须明显大于dPr。已经发现比要求仅相当于dPr的高度至少高约100mm的高度h1对提供以上提及的液体速度是合适的。也应该意识到在小的高度H下，在空隙40得到高的压降，其增加压力差dPr，其需要所述出口箱20中大的高度h1。
图3显示以第一大型泵50形式的第一个泵送设备。所述大型泵50具有自恰好位于容器34的底部54的上面的水平垂直向上延伸至出口箱20的垂直管线52。所述大型泵50也具有多个在管线52下面垂直安装的喷气嘴56，所述喷气嘴通过在上面配置有控制阀60的导管58供给压缩空气。所述压缩空气降低液体36的密度并在管线52中提供由箭头CF表示的向上的液流。这个向上的液流到达所述出口箱20并在其中分布然后如上描述的那样流出进入接触区6。经所述大型泵50产生的液流因此可称作冷却液流，因为在接触区6它流出并冷却进入的烟道气4。这种由所述第一大型泵50产生的冷却液流适当相当于约2-5升液体/m3烟道气的L/G(即相当于气体流量的液体流量)。所述控制阀60调整以使出口箱20中的高度h1导致合适的L/G和自喷嘴32的合适的流出速度。一般的h1值为0.5-1m。因此所述阀门60可用于根据烟道气4的流量及根据烟道气4的温度和水含量调整冷却液流量以提供足够冷却的烟道气4和足够润湿开孔板8的下面46。从图2中显而易见的所述出口箱20的宽度w应至少在出口箱20的上部足以使来自所述大型泵50的气泡找到路径到达液面48而不是被所述液体向下夹带。所以，在出口箱20中的垂直向下的液体速度合适地为约1m/s的最大值，优选为约0.5m/s的最大值。已经发现这样的速度对提供液体的良好脱气(deareation)是合适的，其也增加液体的密度。w的选择也受到在出口箱20中的纵向水平速度不应太高和可实现对出口箱20的内部目测检查和检修的条件的影响。
如在图3中显示的，所述装置1也具有以延长的第二大型泵62的形式的第二个泵送设备。所述大型泵62具有自恰好在容器34的底部54上面的水平垂直向上延伸至所述开孔板8的上面12的垂直管线64。所述大型泵62也具有多个喷气嘴66，其在所述管线64的下面垂直安装并且通过在上面配置有控制阀70的导管68供给压缩空气。所述压缩空气降低液体36的密度并在管线64中提供由箭头AF表示的向上的液流。这个向上的液流将到达所述开孔板8的上面12并在所述开孔板8的上面形成水平流动的层14。由所述大型泵62产生的液流因此可称作吸收液流，因为在所述开孔板8的上面它将自进入的烟道气4分离和吸收二氧化硫。由所述第二大型泵62产生的吸收液流适当地相当于约10-50升吸收液/m3烟道气和通常为约15-30升吸收液/m3烟道气的L/G(即相当于气体流量的液体流量)。所述控制阀70调整为使所述层14具有能够使要求量的二氧化硫与烟道气分离的足够的厚度。所述层14的一般厚度为0.2-0.3m，即明显比所述出口箱20中的一般液体高度h1更小。所述阀门70用于根据烟道气4的流量和烟道气4的二氧化硫含量调整吸收液流量以得到稳定的层14并提供足够的二氧化硫分离。因此所述第一大型泵50和第二大型泵62可彼此独立控制以分别产生适合于冷却通行的烟道气4的冷却液流和独立于所述冷却液流量并适合于自通行的烟道气4分离二氧化硫的吸收液流量。
所述液体36为基本上由石灰石(自石灰石悬浮液储库(未显示)供给容器34)和水以及石膏和在自烟道气4分离二氧化硫中形成的亚硫酸钙的混合物组成的吸收液。所述吸收液36可例如以在WO 96/00122中公开的方式制备。如自图3中显而易见的，所述冷却液流和所述吸收液流两者自容器34供给。因此所述冷却液流和所述吸收液流两者由吸收液36组成。所述吸收液中的固体含量可高达20-30％重量并且在一些情况中高于30％重量，由于所述大型泵50、62没有任何可移动的部件，其在高固体含量的情况下可受到增加的磨损。
图4显示所述延伸的大型泵62如何沿着所述长方形开孔板8的第二个侧边72排列，第二个侧边72与所述第一个侧边22呈直角并因此也与所述出口箱20的纵向呈直角。因此，所述第一个大型泵50和所述第二个大型泵62沿着与第二个侧边72平行的线连续排列，这从图1中也是显而易见的。
从图4中也明显可见吸收液的所述层14如何自所述第二个大型泵62以由箭头AL表示的平行于所述延伸的出口箱20的纵向的方向在所述开孔板8的上面水平经过。这导致烟道气4流与在所述开孔板8的上面流动的吸收液层14之间的错流。导轨76连接于与第二个侧边72相对的第三个侧边74。所述导轨76自所述开孔板8在液面38的下面向下延伸以防止烟道气4在所述开孔板8的旁边通过。已经在所述开孔板8的上面流动的吸收液在第三个侧边74沿着导轨76向下流动并收集在容器34中。在第二个侧边72因此形成吸收液进料到所述开孔板8的入口区域78，在第三个侧边74形成离开所述开孔板8的吸收液的出口区域80。因此所述吸收液36在所述开孔板8的上面12通过，只要随后通过出口区域80循环至容器34并在所述吸收液36再次作为吸收液流引入到所述开孔板8的上面12或作为冷却液流引入到所述出口箱20之前用空气处理氧化亚硫酸盐。这防止二氧化硫自吸收液挥发，这可能是如果具有高的亚硫酸盐含量的吸收液已用于冷却接触区6的情况。而目前低亚硫酸盐含量的冷却液流导致液流42在所述接触区6提供一定二氧化硫吸收。
一定量的吸收液也通过孔10向下流动并收集在容器34中。其在整个开孔板8的下面和基本上在整个出口箱20的下面延伸的所述容器34因此是已经流出出口箱20的冷却液流和已经流经所述开孔板8的上面的吸收液流的共用的收集容器并且其收集流出出口箱20的液体以及自所述层14向下通过孔10流动的吸收液和已经到达出口区域80的吸收液。
在二氧化硫的吸收中形成含石灰石、亚硫酸钙的吸收液。这应该转化为硫酸钙(即石膏)以提供可再利用的残余产物和使所述装置中尤其是在所述开孔板8上面积垢的风险减至最小。用于所述两个大型泵50、62的压缩空气流相当于约20-25％的空气与用所述相应的大型泵50、62向上输送的液体的混合物。在大多数情况中，空气的这个量足以使形成的亚硫酸钙氧化为石膏。在一些情况中，例如当所述烟道气4本身具有非常低的氧气含量时，可以便利地使用独立的氧化装置82，其通过喷嘴84向所述容器34中的吸收液36提供额外的氧化空气。
图5a显示在图1中表示的所述出口箱20的底部30的区域V。所述底部30提供有在所述烟道气4的水平流动方向可见的第一排86的喷嘴32和在所述流动方向可见的第二排88的喷嘴32。所述喷嘴32具有圆孔形式。所述圆孔的形状可以是圆柱形的或者在一端是圆形的、带斜面的或具有一些其它的适用于喷嘴的形式。所述最小的直径D(即所述喷嘴32中最窄的截面)应为约1-8cm，优选约1-5cm。在冷却液流与所述烟道气4之间的接触中得到直径小于约1cm的液滴，液滴非常小以致于大部分被所述烟道气4夹带并引起增加的压降和减弱的烟道气冷却。用具有大于约8cm直径的喷嘴32在冷却流与所述烟道气4之间得到不良的接触，烟道气用水蒸气的饱和情况不够充分。如自图5a显而易见的，在所述排86的喷嘴32相对于在所述排88的喷嘴32是偏移的。目的是防止烟道气4带通过接触区6而未加入水蒸气。
图5b显示在图5a中显示的底部30的供选实施方案。在图5b中显示的底部130具有在所述烟道气4的水平流动方向可见的第一个空隙132和在所述流动方向可见的第二个空隙133。所述两个空隙132、133彼此重叠以防止烟道气4的带通过接触区6而不与所述冷却液流接触。由于与以上对圆形喷嘴32阐述的同样原因，所述最小的空隙宽度V(即所述空隙132、133中最窄的截面)应为约1-5cm。
图6举例说明了装置100的形式的本发明第二个实施方案。所述装置100由于具有长方形开孔板108而不同于所述装置1，其开孔板基本上与以上描述的开孔板8属于相同类型，但是它被分为第一部分109和第二部分111。沿着这两个部分109和111，更具体地讲沿着所述开孔板108的第一个侧边122，延伸一个延长的出口箱120。所述出口箱120由安装在所述出口箱120中央的第一个大型泵150供给冷却液流。中央安装的延长的第二个大型泵162(与所述第一个大型泵150排成一列并垂直于所述出口箱120的纵向)在所述开孔板108的两个部分109、111之间开口并向所述两个部分的每一个供给吸收液流。烟道气在所述出口箱120的下面在第一个大型泵150的每一面水平供给并在第一步骤中被流出所述出口箱120的冷却液流冷却。然后所述烟道气向上通过所述开孔板108的部分109、111和流经那里的吸收液层(在图6中未显示)。
为共用收集容器并且在整个开孔板108的下面和在整个出口箱120的下面延伸的容器134收集已经流出所述出口箱120的冷却液流和流经所述开孔板108上面的吸收液流。每一个部分109、111提供有导轨176、177防止烟道气通过相应部分109、111的旁边。
图7-9举例说明了装置200的形式的本发明第三个实施方案。如自图7中显而易见的，所述装置200具有被分为第一部分209A和第二部分211A的第一开孔板208A和被分为第一部分209B和第二部分211B的第二开孔板208B。第一个延长的出口箱220A沿着第一开孔板208A的第一个侧边222A排列，这也在图8中可见。第二个延长的出口箱220B沿着第二开孔板208B的第一个侧边222B排列。在彼此相对排列的这两个出口箱220A、220B之间形成空隙221，其中开有气体入口202。
所述出口箱220A由在所述出口箱220A上中央安装的第一个大型泵250A供给冷却液流。中央安装的与第一个大型泵250A排成一列并垂直于所述出口箱220A的纵向的延长的第二个大型泵262A在所述开孔板208A的两个部分209A、211A之间开口并供给吸收液流至两个部分209A、211A的每一个，如图7中的箭头举例说明。相应地，所述第二个出口箱220B由第一个大型泵250B供给并且第二个开孔板208B由延长的第二个大型泵262B供给。
通过在图9中可见的所述入口202供给空隙221的烟道气204在第一和第二个出口箱220A、220B之间分布并当在所述相应的出口箱220A、220B的下面水平通过时被相应的冷却液流冷却。随后烟道气204通过在部分209A、211A和209B、211B上分别提供的吸收液层(在图7-9中未显示)，从而分离二氧化硫。穿过在部分209A、211A、209B、211B上提供的吸收液层的气体的压降明显大于穿过出口箱220A、220B的压降。确保相应的第二个大型泵262A、262B向第一开孔板208A和向第二开孔板208B泵送相同规模的液流的控制(即在两个开孔板208A、208B上面的所述层具有相同的厚度)也确保烟道气204在两个出口箱220A、220B之间均匀分布。然后所述净化的烟道气216通过在所述入口202的两边安装的气体出口218离开所述装置200。已经流出相应的出口箱220A、220B的冷却液流和已经流出相应部分209A、211A、209B、211B的吸收液流收集在共用容器234中，所述液体从中再次经相应的大型泵250A、262A、250B、262B进料。
图10显示了装置300的形式的本发明第四个实施方案。烟道气304通过入口302引入到所述装置300中。在第一个步骤，所述烟道气当在基本上与在图1和3中显示的出口箱20属于相同类型的出口箱320下面水平通过时冷却并用水蒸气饱和。然后使所述烟道气向上通过开孔板308并通过在那里提供的吸收液的流动层314，从而分离二氧化硫。净化的烟道气316通过出口318离开所述装置。流出出口箱320的液体收集在第一个容器334中。所述容器334配备有再循环泵351(可有利地为大型泵)，所述泵通过导管353自第一个容器334将液体进料至所述层314。所述容器334含有液体336，其液面338位于所述出口箱320的下面。因此在所述液面338与所述出口箱320的底部之间形成所述烟道气304必须通过的空隙340。通过所述再循环泵351可控制所述液面338的水平，并因此控制所述空隙340的宽度以提供适合于通过流出所述出口箱320的液体冷却所述烟道气304的气体速度。向所述出口箱320自第二个容器335提供吸收液336的形式的冷却液流。可为大型泵的第一个泵350通过导管352自第二个容器335向所述出口箱320输送相当于约2-5l/m3烟道气的L/G的吸收液336。大型泵362的形式的第二个泵(包括压缩空气嘴366、压缩空气管线368和控制阀370)自第二个容器335向所述流动层314输送吸收液336的形式的吸收液流并流经所述开孔板308的上面。经所述大型泵362泵送的吸收液流相当于约15-30l/m3烟道气。在与所述第二个泵362相对的所述开孔板308的一端安装了返回导管380使所述吸收液再循环至第二个容器335。因此所述再循环泵351经所述层314和所述返回导管380自第一个容器334向第二个容器335泵送液体。可能通过在图10中未显示的所述开孔板308的孔隙流动的所述吸收液收集在倾斜低面381上并流向所述第一个容器334。可独立于所述第一个容器334中的水平的所述第二个容器335中的水平可设置为通常高于所述第一个容器334中的水平，这意指需要最小的泵送功来产生所述层314以及冷却液流向所述出口箱320。
图11、12a和12b举例说明了装置400的形式的本发明第五个实施方案。所述装置400很象在图1-4中显示的所述装置1，因此在所述装置400中具有与装置1的直接同等物的部分已给出相同的标识符号并且在此将不再详细描述。在图11中显示的所述装置400中，吸收液的流动层414以箭头AL的方向在所述长方形开孔板8的上面水平通过，目的是自通过所述流动层414的烟道气4分离二氧化硫。所述流动层414如以上尤其是图3描述的方式输送到所述开孔板8。
图12a举例说明了在连接于所述开孔板8的第三个侧边74的导轨76与同所述侧边74相对的竖直器壁490之间形成的所述装置400中的出口区域480。在所述出口区域480中(其中吸收液离开所述开孔板8向下流动进入所述容器34中)，节流阀492水平安装并适合于通过在图11中显示的电动机493转动。所述节流阀492具有水平轴494，其平行延伸至第三个侧边74并且如在图12b中清晰可见的具有第一个闸门叶片495和第二个闸门叶片496，所述闸门叶片495、496沿着共同的平面延伸。因此安装所述电动机493以在水平轴494转动节流阀492。
图12b显示在所述闸门叶片495、496与水平面之间形成的角度α。如同可见到的，在第一个叶片495与导轨76之间形成第一个缩口497，在第二叶片496与所述器壁490之间形成第二个缩口498。吸收液必须克服以流动通过所述出口区域480并向下进入容器34的压降依这些缩口497、498的宽度而定。通过所述电动机493可设置所述角度α和因此所述缩口497和498的宽度。在小的角度α下，例如约20-30°的角度α，所述缩口497、498的宽度是小的。因此当吸收液流动通过所述出口区域480并向下进入容器34时受到高的压降，因此所述层414的厚度增加直到所述层414的厚度与所述缩口497、498的压降之间达到平衡。如果要求所述层414的厚度较小，所述角度α通过所述电动机493转动所述轴494并因此转动闸门叶片495和496至例如约40-50°的角度α而增加，因此增加所述缩口497和498的宽度以使压降减小，在这种情况中，当所述吸收液流动通过所述出口区域480并向下进入容器34时受到较小的压降。因此，在图11、12a和12b中显示的所述节流阀492进一步提供了调节所述层414的厚度的可能性。这个调节对邻近于所述出口区域480的所述层414的厚度T具有最大的影响。因此所述节流阀492的优点是它改善所述层414的厚度的控制并因此辅助控制大型泵62以提供在目前的操作情况下给出足够的二氧化硫分离效果的所述层414的厚度。另一个优点是所述层414的厚度在整个开孔板8上看更均匀，这减小在邻近于所述出口区域480的区域降低二氧化硫分离效果的风险。
图13以基本上相当于在图4中显示的剖面图的剖面图举例说明了装置500的形式的本发明第六个实施方案。所述装置500很象在图1-4中显示的所述装置1，因此在所述装置500中具有与装置1的直接同等物的部分已给出相同的标识符号并且在此将不再详细描述。在图13中显示的所述装置500中，吸收液的流动层514以箭头AL的方向自入口区域578在所述长方形开孔板8的上面水平通过流向所述出口区域80，目的是自通过所述流动层514的烟道气4分离二氧化硫。从相对于所述第二个侧边72的竖直器壁590在所述出口区域578延伸导轨592。所述导轨592自所述壁590向所述开孔板8以在竖直方向上高于所述开孔板8的水平而基本上水平延伸。如在图13中显示的，所述导轨592是弧形的。由所述大型泵62产生的所述向上的液流AF被所述导轨592从竖直流动方向偏转为水平流动方向并形成在所述开孔板8的上面流动的所述液流AL。所述导轨592缓冲通常在所述大型泵中产生的波动并导致所述大型泵62在所述开孔板8的上面产生均匀的流动。另外，所述偏转通过导轨592引起在管道64中具有竖直速度的吸收液流在离开出口区域578并在所述开孔板8的上面通过时得到更高的初始水平速度。这有助于使得在整个开孔板8的上面所述层514的厚度更均匀。应该意识到在图13中举例说明的类型的导轨也适用于分别如在图6和图7-9中显示的装置100和200的类型。例如，在装置100中适当地安装了向着所述开孔板108的第一部分109延伸的第一个导轨和向着所述开孔板108的第二部分111延伸的第二个导轨。在图6中显示的装置100中，这样的导轨将具有改善所述吸收液流在所述第一部分109和第二部分111之间的分布的另外的功能。当然，在一个和相同的装置中联合使用如在图12a中显示的所述节流阀492与在图13中显示的导轨592也是可能的。
应该意识到本发明以上描述的实施方案的许多改进在如由附加的权利要求定义的本发明的范围内是可能的。
具有如在图1-4、图6以及图7-9中描述的长方形开孔板的实施方案很好适合于生成模件系统。因此，例如2-4个单位的装置1可以平行构建以共同处理烟道气流。
以上描述的实施方案全部具有长方形开孔板。应该意识到制作圆形、半圆形或扇形开孔板并且沿着这样开孔板的侧边或部分侧边安装一个或多个出口箱也是可能的。
在以上描述的实施方案中，烟道气在所述出口箱下面水平通过。在面对所述入口2的出口箱的壁上安装喷嘴因此使所述冷却液流冷却基本上竖直流动的烟道气也是可能的，但不是优选的。
所述开孔板8可以几种不同的方法和多种不同的材料制作。特别优选的方法是以如在WO 96/00122中描述的方法设计开孔板。在由聚合物材料制造的开孔板中，可用本发明达到的低温进气是所述开孔板不被损坏的条件。
所述大型泵可用一些其它类型的泵例如离心泵或螺旋桨式泵替代。然而，大型泵由于同时具有氧化作用和它们用高固体含量的液体运行而不受到过度的磨损的能力而特别优选。
以上描述的实施方案用于来自燃煤锅炉的烟道气的净化。应该意识到本发明也可用于其中打算自气体分离二氧化硫的其它方法。这样方法的实例为石油、泥煤、生物燃料和废弃物(例如工业和生活废弃物)的燃烧；冶金方法(例如钢和铜制造方法)；水泥制造方法和精炼方法(例如炼油和天然气精炼)。所述装置也可用于吸收与二氧化硫一起的其它物质。这样物质的实例为卤化氢例如氯化氢、氟化氢、溴化氢和碘化氢；溴；重金属例如水银及其它化合物。
二氧化硫的吸收可采用多种不同的吸收液实施。其当与水混合时适合于分离二氧化硫的物质的实例为石灰石、石灰、白云石、氢氧化钠等。因此所述装置不限于所述吸收液的特定的组合物。
实施例这个实施例涉及包括以上描述的图1-4和5a类型的装置的中试规模实验。
由聚丙烯制造的所述开孔板8具有30mm的厚度和约3.6％的自由孔面积，所述孔10具有22mm的直径。所述孔22在开孔板8的下面46带有斜面。约96％通过44μm的筛孔的颗粒大小的石灰石以25％重量的含水悬浮液的形式供给所述容器34。在容器34中加入另外的水。在所述容器中的吸收液36在使用中含有约13％重量的固体和具有约5.4的pH。
净化来自石油燃烧的动力发电厂的烟道气4，所述未用水蒸气饱和的进气具有约190°的温度和约2000ppm的二氧化硫浓度。所述烟道气4经入口2通过空隙40。所述容器34中的液面38调整至使所述空隙40中的气体速度为约15m/s的水平。位点A与位点B之间的压力差估计为4600Pa。第一个大型泵50向出口箱20输送相当于3l/m3的通行的烟道气的冷却液流。第二个大型泵62向入口区域78输送相当于20l/m3的通行的烟道气的吸收液流以形成所述层14。在所述出口箱20中的高度h1为700mm，相当于约7700Pa的静液压力P1。在所述出口箱20的底部30的圆形孔32具有约2cm的直径。圆形孔32的数目使在目前的静液压力下离开所述孔32的液体的速度为约1.5m/s。据目测可估算的，所述气体4夹带约10％的离开所述出口箱20的底部30的圆形孔32的吸收液而其余的吸收液到达液面38。在所述试验过程中，没有观察到所述开孔板8的孔10阻塞和所述开孔板8的下面46积垢。在所述下面46也可观察到由所述气体4夹带的吸收液提供的明显的冲洗作用。测量显示恰好在所述开孔板8的下面的所述气体4保持约57°的温度并且基本上用水蒸气饱和。因此，相应可见的有限的冷却液流足以达到要求的冷却。离开所述装置1的气体16具有约55℃的温度和含有约22ppm的二氧化硫。也实施关于烟道气的流量变化的试验并且证实冷却区域6以及所述层14随着烟道气流量变化以稳定方式运行。
权利要求
1.一种通过含水吸收液(36)自气体(4)分离二氧化硫的方法，在所述方法中所述气体首先通过接触区(6)，其中所述气体(4)与流出出口箱(20)的液体(42)混合，然后向上通过安装在所述出口箱(20)的旁边并且在其上面提供有吸收液的流动层(14)的基本上水平的开孔板(8)，所述方法的特征为冷却液流(CF)输送通过所述出口箱(20)和流出进入接触区(6)，基本上独立于所述冷却液流(CF)的吸收液流(AF)输送到所述开孔板(8)形成自所述气体(4)分离二氧化硫的所述流动层(14)。
2.权利要求1的方法，其中所述出口箱(20)为延长的并且沿着所述开孔板(8)的侧边(22)延伸，所述吸收液流(AF)以基本上平行于所述出口箱(20)的纵向的方向(AL)在所述开孔板(8)上通过。
3.权利要求1或2的方法，其中流出所述出口箱(20)的冷却液流(42)收集在含有液体(36)的容器(34)中，其液面(38)位于低于接触区(6)的水平，所述气体(4)在所述出口箱(20)的下面水平通过的通道(40)在所述液面(38)与所述出口箱(20)之间延伸，表示所述液面(38)的水平并因此表示所述通道的高度(H)的参数控制为使通道(40)中所述气体(4)的平均速度为5-35m/s。
4.前述权利要求中任一项的方法，其中流出所述出口箱(20)的冷却液流(CL)与流出所述开孔板(8)的吸收液流(AL)收集在共用容器(34)中。
5.权利要求4的方法，其中所述冷却液流(CF)和所述吸收液流(AF)自所述共用容器(34)进料。
6.前述权利要求中任一项的方法，其中所述出口箱(20)中的静液压力与恰好在接触区(6)前的第一位点(A)和出口箱(20)的液面(48)上的第二位点(B)之间的压力差的比值通过冷却液流(CF)控制以致于所述静液压力大于所述压力差。
7.前述权利要求中任一项的方法，其中所述烟道气(4)基本上在所述出口箱(20)的下面水平通过。
8.一种通过含水吸收液自气体(4)分离二氧化硫的装置，所述装置包括a)用于含二氧化硫的气体(4)的入口(2)和用于已经从中分离二氧化硫的气体(16)的出口(18)，b)基本上水平的开孔板(8)，所述开孔板固定在所述入口(2)与所述出口(18)之间并使含二氧化硫的气体(4)从下面通过并在其上面(12)承载吸收液的流动层(14)，c)至少一个安装以通过液体(36)并且安装在所述开孔板(8)的旁边的出口箱(20)，d)安装在出口箱(20)中以在所述气体向上并通过所述开孔板(8)之前在来自所述入口(2)的气体(4)中分配液体的分配设备(32)，所述装置的特征为所述装置还包括e)用于将冷却液流(CF)输送到所述出口箱(20)的第一个泵送设备(50)，f)用于将基本上独立于冷却液流(CF)的吸收液流(AF)输送到开孔板(8)形成流动层(14)的第二个泵送设备。
9.权利要求8的装置，其中安装容器(34)以收集流出所述出口箱(20)的冷却液流(CL)，所述容器(34)含液体(36)，其液面(38)位于所述出口箱(20)的下面并因此在所述液面(38)与所述出口箱(20)之间形成气体(4)的通道(40)。
10.权利要求9的装置，其中安装共用容器(34)以收集流出所述出口箱(20)的冷却液流(CL)和流出所述开孔板(8)的吸收液流(AL)。
11.权利要求10的装置，其中所述容器(34)中的液面(38)基本上在所述整个开孔板(8)的下面与基本上在所述整个出口箱(20)的下面延伸。
12.权利要求8-11中任一项的装置，其中所述开孔板(8)具有长方形板(8)的形状，其具有平行于所述出口箱(20)的第一个侧边(22)和垂直于第一个侧边(22)的第二个侧边(72)，所述第一个泵送设备(50)及所述第二个泵送设备(62)由沿着与所述第二个侧边(72)平行的线连续安装的大型泵(50，62)组成。
13.权利要求8-11中任一项的装置，其中所述开孔板(108)具有长方形板(108)的形状并被所述第二个泵送设备(162)分为两个部分(109，111)，从上面可见所述第二个泵送设备具有延长的大型泵(162)的形式并安装以在所述两个部分(109，111)上面分布吸收液流，所述出口箱(120)为延长的并且沿着所述开孔板(108)的第一个侧边(122)安装并与所述大型泵(162)的纵向基本上呈直角。
14.权利要求13的装置，所述装置具有第一和第二个开孔板(208A，208B)，其中每一个开孔板具有基本上为长方形板(208A，208B)的形状并且被所述第二个泵送设备(分别为262A和262B)分为两个部分(分别为209A、211A和209B、211B)，从上面可见所述第二个泵送设备为延长的大型泵(分别为262A和262B)的形式，所述第二个泵送设备安装以在所述两个部分(分别为209A、211A和209B、211B)上面分布吸收液流，第一和第二个延长的出口箱(220A，220B)分别沿着所述第一和第二个开孔板(分别为208A和208B)的第一个侧边(分别为222A和222B)安装并与所述相应的大型泵(分别为262A和262B)的纵向基本上呈直角，用于进气(204)的入口空隙(221)在所述两个出口箱(220A，220B)之间延伸。
15.权利要求8或9的装置，所述装置具有安装以收集流出所述出口箱(320)的冷却液流的第一个容器(334)和安装以收集至少部分流出所述开孔板(308)的吸收液流的第二个容器(335)。
16.权利要求15的装置，所述装置具有安装以通过导管(353)自第一个容器(334)向第二个容器(335)输送液体的第三个泵送设备(351)。
17.权利要求15或16的装置，其中所述第一个泵送设备(350)和第二个泵送设备(362)安装以从第二个容器(335)分别输送冷却液流和吸收液流。
18.权利要求8-17中任一项的装置，其中所述分配设备(32；132，133)包括至少一个喷嘴(32；132，133)，所述喷嘴的特征量度例如最小孔径(D)或最小空隙宽度(V)为1-8cm。
19.权利要求8-18中任一项的装置，其中所述出口箱(20)具有基本上位于与开口板(8)的下面(46)相同水平的底面(30)。
20.权利要求8-19中任一项的装置，所述装置安装以从入口区域(78)至出口区域(480)的开口板(8)上传导吸收液，在出口区域(480)安装可调式节流阀(492)以调节吸收液层(414)的厚度。
全文摘要
一种用于通过吸收液自气体(4)分离二氧化硫的装置(1)具有用于含二氧化硫的气体(4)的入口(2)和用于已经从中分离二氧化硫的气体(16)的出口(18)，及安装使得含二氧化硫的气体(4)从下面通过并在其上面(12)承载吸收液的流动层(14)的基本上水平的开孔板(8)。在所述开孔板(8)的旁边安装出口箱(20)以通过液体，所述液体分布于自所述入口(2)的气体(4)。第一个泵送设备安装以向所述出口箱(20)输送冷却液流，第二个泵送设备安装以向开孔板(8)输送基本上独立于冷却液流的吸收液流形成流动层(14)。在分离二氧化硫的方法中可使用上述装置(1)。
文档编号B01D53/78GK1838985SQ200480024016
公开日2006年9月27日 申请日期2004年6月17日 优先权日2003年6月26日
发明者S·本格特森, F·布罗加德, K·诺林, R·赫坎森, K·福斯格伦 申请人:阿尔斯托姆科技有限公司