湿式脱硫装置及所述湿式脱硫装置的操作方法
【专利摘要】提供的是一种湿式脱硫装置及所述湿式脱硫装置的操作方法，在该湿式脱硫装置中，可以操作吸收塔，使得即使在储液单元内部储存的吸收液（废液）的盐浓度较高时，也不沉积固体沉淀物。通过使吸收塔中储存的吸收液与待处理的气体进行气液接触来执行脱硫的湿式脱硫装置的操作方法包括：测量吸收塔中储存的吸收液的盐浓度的步骤；测量吸收液的液体温度的步骤；基于盐浓度和液体温度确定是否加热吸收液的步骤；以及当确定要在处理步骤中加热吸收液时加热到在吸收液的盐浓度下不沉积固体沉淀物的目标温度的步骤。
【专利说明】湿式脱硫装置及所述湿式脱硫装置的操作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及通过碱吸收液从排气中吸收并去除硫氧化物的湿式脱硫装置以及湿式脱硫装置的操作方法。
【背景技术】
[0002]传统的湿式脱硫装置把具有硫氧化物的排气从例如，热电厂、工业燃烧器、焚烧炉、或船舶、车辆或固定柴油机引入到吸收塔中，在该吸收塔中，使硫氧化物与吸收液例如石灰浆、氢氧化钠溶液或氢氧化镁溶液或浆液接触，以将硫氧化物从其中物理和化学地去除到吸收液中，并且在吸收塔的储库中收集所得的吸收液。
[0003]之后，以适当的方式处理所得的包括硫氧化物的吸收液以满足排放标准，并将其最终作为废液排放到河流或海洋中，这需要额外的处理吸收液的设施。
[0004]在船舶中使用湿式脱硫系统存在一些限制，例如，废液处理设施应尽可能地小。在这种情况下，为了使废液产生最小化，需要以高效的方式来操作湿式脱硫系统。
[0005]由于随着湿式脱硫系统操作时间的增加，液体中包含的酸碱成分中和，因此储存库中的吸收液或废液的盐浓度增加。盐浓度的增加进而趋向于产生沉淀物。例如，通过使用氢氧化钠和氢氧化镁对包含硫氧化物的排气的中和，分别产生十水合硫酸钠(Na2SO4 ? IOH2O)和七水合硫酸镁(MgSo4 ? 7H20)。沉淀物例如十水合硫酸钠和七水合硫酸镁在下文中被称为“固体沉淀物”。
[0006]固体沉淀物在湿式脱硫系统中引起管道堵塞，其进而抑制湿式脱硫系统的长期连续操作。这进而可能需要通过例如添加水来减小废液的盐浓度，最终增加废液量。
[0007]通常，已提出一项用于减少废液的技术， 其中根据用于把二氧化硫气体转换成三氧化硫气体的转换器或氧化催化剂的进口温度与出口温度差，去除二氧化硫气体SO2气体。请参阅例如专利文件I。
[0008]专利文件1:JP2001-11041A
[0009]如果气体包括二氧化硫与三氧化硫气体的混合物，专利文件I中公开的用于处理含有三氧化硫的气体的系统则消耗大量的碱性溶液以控制PH值。这需要通过预先使用氧化催化剂将二氧化硫气体氧化成三氧化硫气体，然后根据氧化催化剂的进口温度确定二氧化硫到三氧化硫的转换率，以计算PH控制所需的碱性溶液量。
[0010]虽然专利文件I中公开的技术在减少碱性溶液量或中和溶液量方面确实有优势，但这并不能减少废液量，因为储库中的废液量并没有改变。
[0011]为了解决该问题，在寻求改进的不产生任何固体沉淀物例如十水合硫酸钠(Na2SO4 ? IOH2O)或七水合硫酸镁(MgSo4 ? 7H20)以最终减少废液量的湿式脱硫系统和方法的过程中，本发明的
【发明者】发现固体沉淀物的产生随着盐浓度的增加和废液温度的降低而增加，则根据废液的盐浓度通过适当地控制废液温度，可克服该问题。
【发明内容】
[0012]本发明的湿式脱硫系统包括吸收塔、形成于吸收塔底部的储库、和用于使引入到吸收塔内部的气体与吸收液接触的气-液接触器。系统还包括用于加热吸收液的加热器、用于测量吸收液的盐浓度的盐浓度测量装置、用于测量吸收液温度的温度测量装置、和控制器，该控制器根据由盐浓度测量装置和温度测量装置分别测得的盐浓度和温度，驱动加热器将吸收液控制于目标温度。
[0013]湿式脱硫系统的操作方法包括使引入到吸收塔中的气体与保留在吸收塔内的吸收液接触以使气体脱硫，包括测量吸收液的盐浓度，测量吸收液的温度，根据盐浓度和温度判断吸收液是否需要加热，以及如果由判断步骤判断出吸收液需要加热，则把吸收液加热到目标温度。
[0014]根据本发明，根据废液的盐浓度将废液控制于目标温度，以防止固体沉淀物的产生。这意味着，即使废液具有高盐浓度，也可通过控制废液的温度来防止固体沉淀物的产生，从而避免例如可能由固体沉淀物导致的管道堵塞的问题。结果，即使在废液具有高盐浓度的情况下，也可以长时间地操作湿式脱硫系统，从而不需要传统湿式脱硫系统中所进行的通过添加水来减少废液的盐浓度，进而减少待排放的废液的量。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是示出根据本发明实施方式的湿式脱硫系统的结构示意图；
[0016]图2是示出使用氢氧化钠溶液作为中和剂的情况下的沉淀特征的图；
[0017]图3是示出使用氢氧化镁溶液作为中和剂的情况下的沉淀特征的图；
[0018]图4是用于说明湿式脱硫系统的操作控制的程序流程。
【具体实施方式】
[0019]参考附图，下面将描述根据本发明实施方式的湿式脱硫系统(以下称为“吸收塔”)及其操作方法。虽然下列描述涉及优选用于对例如船舶、车辆或固定式柴油机的燃烧仪器排放的气体中所含的硫氧化物进行脱硫的吸收塔，但本发明也可等同应用于对另外燃烧仪器例如工业燃烧器或气化炉的排气中所含的硫氧化物进行脱硫的吸收塔。
[0020]在以下描述中，方向术语例如“上”、“下”等参照所述附图的方向使用，目的是为了更好地理解本发明，且不限制本发明的技术范围。
[0021]如图1所示，大体上由附图标记I表示的吸收塔被设计成从燃烧仪器例如柴油机排放的气体中去除硫氧化物。吸收塔I具有中空垂直圆筒、与圆筒下部连接用于将待脱硫的排气2引入到圆筒内的气体进口管3、以及与圆筒上部连接用于排放已脱硫的排气2的气体出口管5。
[0022]吸收塔I具有液体保持室或储库7，其用于保持被界定在塔底部的吸收液6。装配有用于循环吸收液6的泵9的循环管10，从界定储库7的低水平外围壁部延伸出，然后通过塔I的中水平壁部，终止在位于塔I内中心部分的气-液接触器或喷嘴8处，使得吸收液6从喷嘴8喷射到塔I内部，以与向上移动的排气2逆接触，从而吸收排气2中包含的硫氧化物，然后通过储库7再次收集并保持硫氧化物已被吸收的吸收液6。
[0023]如附图所示，储库7由绝热材料如玻璃棉环绕。循环管10由加热元件12例如电热带包裹，该加热元件12进而由绝热材料覆盖以保持热量。抽取管13经由储库7的底壁延伸。阀Vl安装在抽取管13的远端，使得通过打开阀Vl可从储库7中抽取吸收液6。
[0024]吸收塔I具有与其连接的中和剂供应部14，用于将中和剂例如氢氧化钠溶液或氢氧化镁溶液供应到储库7中。pH传感器15设置在储库7中，用于储库7中的吸收液6的pH测量。中和剂供应部14和pH传感器15与控制器16电连接，以便控制吸收塔I的整体操作，以使储库7中的吸收液6保持恒定的pH水平。
[0025]如附图所示，用于测量储库7中吸收液6的温度的温度测量单元或检测器17以及用于测量吸收液6的盐浓度的电导率测量单元或检测器18设置在储库7的底壁并与控制器16电连接。通过使用从温度检测器17和电导率检测器18输出的信息来进行的控制器16的操作将在下文中详述。在实施方式中，盐浓度是指硫酸钠Na2SO4或硫酸镁MgSO4的浓度。
[0026]图2是示出使用含有氢氧化钠的溶液作为中和剂以对硫氧化物进行脱硫的脱硫过程中十水合硫酸钠(Na2SO4 ^lOH2O)的沉淀特征的图。图3是示出使用含有氢氧化镁的溶液作为中和剂以对硫氧化物进行脱硫的脱硫过程中七水合硫酸镁(MgSO4 ? 7H20)的沉淀特征的图。在图2和图3的各个中，纵轴表示废液(吸收液6)的温度，且横轴表示废液(吸收液6)的盐浓度。从图2和图3中可以看出，固体沉淀物的产生趋向于随着废液(吸收液6)盐浓度的增加和废液(吸收液6)温度降低而发展。
[0027]图2不出当废液或吸收液6的盐浓度是5wt%、10wt%、15wt%、20wt%、25wt%和30wt%时，可通过将废液的温度分别控制在2°C、12°C、16°C、22°C、24°C、和26°C来操作吸收塔1，而长时间不产生十水合硫酸钠(Na2SO4 ? IOH2O)的固体沉淀物。更具体地，即使废液具有30wt%的高盐浓度，也可以通过将废液温度控制在26°C来操作吸收塔，而不产生固体沉淀物。
[0028]图3示出当废液或吸收液6的盐浓度是25wt%、30wt%、35wt%、40wt%、45wt%和50wt%时，可通过将废液的 温度分别控制在2°C、8°C、21°C、32°C、42°C和48°C来操作吸收塔1，而长时间不产生七水合硫酸镁(MgSO4 ? 7H20)的固体沉淀物。更具体地，即使废液具有50wt%的高盐浓度，也可以通过将废液温度控制在48°C来操作吸收塔，而不产生固体沉淀物。
[0029]在实施方式中，在控制器16中存储图2和图3所示的固体沉淀物的沉淀特征数据。这确保了控制器16根据从温度传感器17和电导率传感器18分别传送的温度和盐浓度确定吸收液的条件，并且基于确定的条件，打开或关闭用于加热循环管10的加热器12。固体沉淀物特征数据不需要存储在控制器16中，而可以存储在例如外部存储器中。
[0030]接下来参照图1、2和4，以使用氢氧化钠溶液来对将要处理的气体2中所含的硫氧化物进行脱硫的实施方式来描述如此构造的吸收塔I的操作。
[0031]如图4所示，在步骤SI处，通过使用温度检测器17和电导率检测器18分别测量储库7中吸收液6的温度和盐浓度，并且将其电信号传送到控制器16。
[0032]在步骤S2处，控制器16使用所测量的吸收液6或废液的温度和盐浓度，以及通过使用氢氧化钠溶液作为中和剂所得到十水合硫酸钠(Na2SO4 ? IOH2O)的固体沉淀物特征数据，来确定吸收液16的条件是否在沉淀生成区，以使吸收塔I可操作。
[0033]如果步骤S2处的确定是肯定的(是)，即储库7中的吸收液(废液)6具有增加的盐浓度和降低的温度，因此处于沉淀生成区中使得吸收塔I可操作，则程序进入步骤S3。[0034]在步骤S3处，控制器16打开加热器12，以控制吸收液6的温度，使得温度落入如下范围，在该范围内，在当前储库7中吸收液6的盐浓度下，不会产生固体沉淀物。然后，程序进入开始吸收塔I的操作的步骤S5。
[0035]如果步骤S2处的确定是否定的(否)，即储库7中吸收液(废液)6处于无沉淀生成区使得吸收塔I不可操作，则程序进入关闭加热器12的步骤S4。然后程序进入开始吸收塔I的操作的步骤S5。
[0036]接下来，控制器16驱动循环泵9，以把吸收液6通过循环管10，从储库7传送到吸收塔I中心的喷嘴8，在此吸收液6被喷射到吸收塔I的内部。喷射出的吸收液6与通过进口管3引入到吸收塔I中的气体2逆接触，以使气体2中的硫氧化物被吸收到吸收液6中。然后通过储库7再次收集吸收有气体的液体6。
[0037]之后，通过气出口管5从系统中排放脱硫气体4。控制器16根据从pH传感器15传送的吸收液6的pH，控制中和剂供应部14，以使储库7中的吸收液6保持恒定pH水平。
[0038]如上所述，根据实施方式的吸收塔I控制液体温度，使得即使在吸收液(废液)6具有高盐浓度时，也不产生固体沉淀物，这确保了吸收塔I的稳定操作。这进而意味着，即使在处理从使用劣质油例如Bunker C的燃烧单元排放的硫氧化物富集气体时，系统也允许长期连续操作。
[0039]例如，当通过直径为750mm且高度为2000mm的吸收塔，使用500升的吸收液，对含有160ppm浓度的硫氧化物且流速为2，249m3N/h的气体进行脱硫时，储库中吸收液的盐浓度被假定为每小时增加0.4wt%。因此，通常，当吸收液6的盐浓度达到10wt%时，将其从储库7中部分排出。
[0040]根据本发明，因为即使吸收液的盐浓度为20被％或者更高，系统也可操作，所以吸收塔的操作时间可被延长约25个小时。由
【发明者】进行的研究显示废液每小时减少10吨。
[0041]根据示例性吸收塔1，因为即使是在储库中吸收液的盐浓度较高的情况下，吸收塔I也可操作，所以不需要从储库中抽取吸收液。这意味着不需要另外的水来降低吸收液的盐浓度，从而减少废液的总量。这进而确保了本发明可被用作轮船湿式脱硫系统，其被引入不能安装大型废液处理设施的轮船。虽然使用氢氧化钠溶液或氢氧化镁溶液作为中和剂以对硫氧化物脱硫，但不具限定作用，也可代替使用氢氧化钙Ca (OH) 2或氢氧化钾KOH溶液。
[0042]由于二氧化硫的氧化，吸收液(废液)6在储库I内的长期保持确保了同时的pH控制。并且，由于在将吸收液从一个容器换到另一容器时可能导致二氧化硫氧化为三氧化硫，所以快速抽取吸收液(废液)6需要额外的pH控制。该氧化过程随着时间逐渐进行，并且吸收液(废液)在吸收塔中的长期保持消除了对用于注射碱性水溶液的设施的需要。
[0043]而且，根据实施方式的吸收塔1，只需要把吸收液(废液)控制在目标温度。这消除了对较大加热器的需要，相反，上述的较小加热器例如电热带就足够。
[0044]应理解，上述的实施方式是本发明的一方面，且本发明不限于此。还应理解，本发明包括权利要求及其等同方式表明的任何变化和改进。
[0045]部件列表
[0046]I吸收塔
[0047]2待处理的气体
[0048]3气体进口管[0049]4已处理的气体
[0050]5 气体出口
[0051]6吸收液
[0052]7 储库
[0053]8 喷嘴
[0054]9循环泵
[0055]10循环管
[0056]12加热器
[0057]14中和剂供应部
[0058]15 pH 传感器
[0059]16控制器
[0060]17温度传感器
[0061]18电导率检测器
【权利要求】
1.一种湿式脱硫系统，包括: 吸收塔； 储库，形成于所述吸收塔底部；和 气-液接触器，用于使引入到所述吸收塔的内部的气体与吸收液接触； 其特征在于 所述系统还包括 加热器，用于加热所述吸收液； 盐浓度测量装置，用于测量所述吸收液的盐浓度； 温度测量装置，用于测量所述吸收液的温度；和 控制器，根据由所述盐浓度测量装置和所述温度测量装置分别测得的盐浓度和温度，驱动所述加热器将所述吸收液控制于目标温度。
2.根据权利要求1所述的湿式脱硫系统，其中所述目标温度是在所述吸收液的盐浓度下不出现固体沉淀物的温度。
3.一种操作湿式脱硫系统的方法，用于使引入到吸收塔中的气体与保留在所述吸收塔内的吸收液接触以使所述气体脱硫，包括: 测量所述吸收液的盐浓度； 测量所述吸收液的温度； 根据所述盐浓度和所述温度判断所述吸收液是否需要加热；以及 如果由判断步骤判断出所述吸收液需要加热，则将所述吸收液加热到目标温度。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述目标温度是在所述吸收液的盐浓度下不出现固体沉淀物的温度。
【文档编号】B01D53/77GK103492045SQ201280020671
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2012年4月3日 优先权日:2011年4月28日
【发明者】吉泽克浩, 细野隆道, 高田广崇, 岩崎英和, 西村元彦, 东田正宪 申请人:川崎重工业株式会社