專利名稱：煙道氣脫硫方法
煙道氣脫;克方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及煙道氣脫硫(FGD)方法，在該方法中將二氧化硫從 煙道氣中脫除。
更具體地，本發(fā)明涉及通過(guò)先進(jìn)的分離單元從煙道氣中脫除二氧 化石克的方法。
化石燃料燃燒在工業(yè)過(guò)程中用于許多不同的目的。不幸的是，化 石燃料燃燒產(chǎn)生幾種污染物，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這些污染物對(duì)環(huán)境有害。特別 地，硫和氮的氧化物化合物是"酸雨"的主要成分。硫是在原油中天 然存在的元素，在原油蒸餾過(guò)程的殘余組分中濃縮。燃料油中硫的量 主要取決于原油的來(lái)源，并且在更小的程度上取決于精煉過(guò)程。 一般 地，對(duì)于世界范圍基礎(chǔ)上的燃料，該值在1. 5~4%的級(jí)別上。這些值 導(dǎo)致煙道氣中S02的高濃度。例如，當(dāng)使用含有1.5%的硫的燃料時(shí)， 在排放的氣體中S02濃度為約630ppm，和對(duì)于含有4%的疏的燃料， 排放氣體中的S02濃度為約1700ppm。
在意識(shí)到由硫氧化物(SOx)和氮氧化物(NOx)化合物引起的危 害后，已經(jīng)開(kāi)發(fā)了不同的燃燒氣清潔方法和分離技術(shù)以便在將所述煙 道氣釋放到大氣中之前脫除燃燒煙道氣中的這些組分，尤其是因?yàn)榛?石燃料的燃燒每年釋放數(shù)百萬(wàn)噸S02。
在歐盟，船舶很快變?yōu)樽畲蟮目諝馕廴驹?。除非采取更多的措施?否則到2020年，它們就要排放得比所有陸地源之和還要多。
隨著在2006年在波羅的海、隨后在2007年在北海和英吉利海峽 的所謂的硫排放控制區(qū)(SECA)的生效，歐洲水域?qū)?huì)在世界上首先 在船舶中引入更嚴(yán)格的硫排放規(guī)定。
根據(jù)歐盟(EU)海洋硫指令，只允許小于1.5%S的低硫燃料。 此外不僅在SECA，燃料中1. 5%的硫上限將應(yīng)用于2006年8月11日 起往返于任何公眾港口定期航行的客輪使用的燃料中。歐盟立法允許使用減少排放氣體中的硫含量的技術(shù)作為使用低
硫燃料(1. 5%的硫)的備選。因此，所述技術(shù)應(yīng)該確保硫排放物的減 少至少等于或好于通過(guò)降低燃料倉(cāng)燃料中的硫含量所實(shí)現(xiàn)的硫排放物 的減少。
多數(shù)FGD技術(shù)使用濕法洗滌方法，該方法中排放的煙道氣與水溶 液接觸。這些方法的目標(biāo)是提供高吸收效率，即高于70~95%的S02 吸收。與吸收法有關(guān)的要求是高的并且條件具有有限的自由度。例如， 隨著反應(yīng)溫度的升高，尤其高于約70X:,水溶液中的組分和氣相(例 如被處理的煙道氣)中的SOx之間的反應(yīng)效率會(huì)降低。然而，所述排 放的氣體的溫度約300t:,因此降低了所述方法的效率。
此外，所述排放的氣體的體積是龐大的，對(duì)于功率為約1MW的相 對(duì)小的內(nèi)燃機(jī)，達(dá)到約12000m7hr的排量。因此需要高效率方法以避 免對(duì)處理所述大體積氣體的龐大設(shè)備的依賴。對(duì)于可用空間有限的船 甲板而言，設(shè)備尺寸是特別關(guān)鍵的。
另一個(gè)愿望是使用少量的水溶液，因?yàn)樗鋈芤罕仨毥?jīng)泵送、與 所述煙道氣接觸，然后在使用之后被處理。通過(guò)使所述煙道氣與水溶 液接觸吸收SOx的方法需要巨大且昂貴的設(shè)備，并且因此是極端不利 的，因?yàn)樗鼈冃枰蠹装迕娣e以容納該設(shè)備。
兩個(gè)參數(shù)決定吸收效率水溶液的組成和所述氣相與所述吸收溶 液的液滴之間的接觸效率。FGD技術(shù)應(yīng)該提供這兩種組分之間良好的 接觸和有效的化學(xué)吸收以符合這些嚴(yán)格的參數(shù)要求。
目前需要非常有效的FGD技術(shù)，特別在高溫和大量的排放氣體的 情況下，并且對(duì)于FGD技術(shù)的提供，只需要小體積的水溶液并且使用 更小尺寸的設(shè)備。因此，需要這樣的FGD技術(shù)，與目前使用的其它系 統(tǒng)和其它建議的技術(shù)相比，其特征在于非常有效的接觸、小的設(shè)備尺 寸、簡(jiǎn)單和高成本效率。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的主要目的是提供使用非常有效的設(shè)備 來(lái)吸收排放自內(nèi)燃機(jī)、工業(yè)鍋爐和焚燒爐(例如輪船內(nèi)燃機(jī))、電氣 公用工程鍋爐、鍋爐和焚燒爐、從加工工廠(例如冶煉廠、制酸廠、
6煉油廠)以及制漿和造紙廠的煙道氣的S02的成本有效的方法。
考慮到本領(lǐng)域的這種狀態(tài)，現(xiàn)在根據(jù)本發(fā)明提供了用于含S02的 氣體物流的脫硫方法，包括以下步驟
A. 提供包含選自碳酸根、碳酸氫根、氫氧根、亞硫酸根和亞硫 酸氫根的陰離子的含水原料；
B. 提供含S02的氣體原料；和
C. 使所述含水原料與所述氣體原料接觸以產(chǎn)生包含少于40%的 原料S02含量的脫硫的氣體產(chǎn)物，和含水產(chǎn)物；
其中所述接觸在旋風(fēng)分離器單元中進(jìn)行，所述旋風(fēng)分離器單元包 含由柱狀圓周壁限定的外殼并具有至少一個(gè)用于接收進(jìn)入其中的流體 的入口開(kāi)孔和至少一個(gè)旋轉(zhuǎn)裝置，并且其中所述旋風(fēng)分離器單元特征 在于所述旋風(fēng)分離器單元內(nèi)的氣體物流的速度在10m/s和120m/s之 間。
優(yōu)選所述旋風(fēng)分離器單元內(nèi)的所述氣體物流的速度在60~ 100m/s之間。
在特別優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述旋風(fēng)分離器單元內(nèi)的所述氣體物 流的速度在60 ~ 70m/s之間。
在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述含水原料的流和所述氣體原料 的流之間的體積比在0. 5/1和3/1 L/Nn^之間，其中Nm3是所述氣體物 流在標(biāo)準(zhǔn)條件下的體積，其中標(biāo)準(zhǔn)條件定義如下溫度- 20. O'C( 68°F) 和Pn-l. 01巴(絕壓)(14. 72psia)。
在本發(fā)明特別優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述含水原料的流和所述氣體 原料的流之間的體積比在1/1和2/1 L/Ni^之間。
本發(fā)明的方法特別適合于在高功率內(nèi)燃機(jī)中使用，并且因此優(yōu)選 所述氣體原料包含來(lái)自功率為至少0. 5MW的內(nèi)燃機(jī)的煙道氣。
在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述含S02的氣體物流是煙道氣排 放物，其中煙道氣排放物來(lái)自選自內(nèi)燃機(jī)、工業(yè)鍋爐和焚燒爐(例如 輪船內(nèi)燃機(jī))、電氣公用工程鍋爐、來(lái)源于加工工廠(例如冶煉廠、 制酸工廠、煉油廠)的鍋爐和焚燒爐、以及制漿和造紙廠的來(lái)源。正如所認(rèn)識(shí)到的，本發(fā)明的方法可以在很多上面陳述的環(huán)境和場(chǎng)
所中使用，然而在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述方法在選自船舶、 海岸、港口和可以得到海水和咸水中的至少一種的區(qū)域之處進(jìn)行。
在最優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述方法在船上進(jìn)行。
在本發(fā)明其它優(yōu)選的實(shí)施方案中，當(dāng)所述內(nèi)燃機(jī)在至少為其最大
功率的5%下運(yùn)行時(shí)進(jìn)行所述方法。
優(yōu)選所述含水原料包含選自海水、咸水和它們的組合的組分。
當(dāng)船舶在公海上航行時(shí)，產(chǎn)生包含少于40。/。的原料S02含量的脫 硫的氣體產(chǎn)物是足夠的，正如指出的，在本發(fā)明其它優(yōu)選的實(shí)施方案 中，所述方法可以在陸地(例如海岸場(chǎng)所、港口、附屬船舶)和可以 獲得海水和/或咸水中的至少一種的其它區(qū)域中進(jìn)行，并且在此類(lèi)場(chǎng)所 中，本發(fā)明的方法在其優(yōu)選的實(shí)施方案中能夠產(chǎn)生包含少于10%的原 料S02含量的脫硫的氣體產(chǎn)物，和含水產(chǎn)物。
在本發(fā)明這一方面的特別優(yōu)選的實(shí)施方案中，產(chǎn)生包含少于3% 的原料S02含量的脫硫的氣體產(chǎn)物，和含水產(chǎn)物。
在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述含水原料包含選自Ca、 Na、 銨和它們的組合的陽(yáng)離子。
優(yōu)選地，所述氣體原料中的所述S02濃度在150和2000ppm之間
的范圍內(nèi)。
在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述方法還包括提供氧氣并使它與 所述氣體原料、所述含水原料或它們的任何組合接觸的步驟。
在本發(fā)明特別優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述接觸在所述旋風(fēng)分離器單 元中進(jìn)行。
優(yōu)選在本發(fā)明的這一方面，所述方法還包括提供氧化催化劑的步
在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述方法還包括選自NOx氧化催化 劑、NOx還原催化劑和它們的組合的催化劑。
在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述催化劑以顆粒注入到所述氣體 物流中。在本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述催化劑永久地固
8定在所述旋風(fēng)分離器單元的入口或里面。
在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案中，在所述旋風(fēng)分離器單元之前或之內(nèi)
增加UV裝置以促進(jìn)N0x氧化或還原。
在本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述氣體物流在進(jìn)入所述 旋風(fēng)分離器單元之前被加熱以促進(jìn)NOx選擇性非催化還原(SNCR)。
在本發(fā)明的一些優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述含水原料包含選自固體 專一吸收劑(solid specific absorbents)、非專一吸收劑(non-specific absorbents)、表面活'性劑、螯合劑和絡(luò)合劑的纟且分。
在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述方法包括向所述含水原料、所 述含水產(chǎn)物或二者中加入至少一種堿性化合物的步驟。
優(yōu)選地，所述堿性化合物選自石灰、石灰石、Ca0、 NaOH、 NaHC03、 Na2S03或它們的任意組合。
在本發(fā)明特別優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述至少一種堿性化合物是鈣 化合物。
在本發(fā)明特別優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述鈣化合物選自石灰、石灰 石和Ca0。優(yōu)選地，所述加入導(dǎo)致含Ca化合物的沉淀，將該沉淀部分 地從所述系統(tǒng)中分離出來(lái)。
在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案中，加入到所述含水原料中的所迷堿性 組分是鈉組分。
在本發(fā)明其它優(yōu)選的實(shí)施方案中，其中所述堿性組分是鈉組分， 在步驟C之后將交換階段(swap stage)加入到所述方法中。在所述 交換階段，使含有Ca (0H) 2或/和Ca0的物流與還含有亞硫酸氫根離子 的所述洗滌溶液混合以生成從所述混合物溶液中分離出來(lái)的亞硫酸鈣 /硫酸釣以及生成含有鈉離子和亞硫酸根離子的處理過(guò)的洗滌溶液。根 據(jù)反應(yīng)(1)描迷所迷交換階段中的一般的反應(yīng)
(1) NaHS03+ Ca(0H)2 — CaS03+ Na2S03
當(dāng)增加所述交換階段時(shí)，將至少一部分所述處理過(guò)的洗滌溶液循 環(huán)返回到旋風(fēng)分離器單元中以便Na2S03分子吸收另外量的S02分子。 在該階段分離出的亞硫酸鈣物流可以堆積或排放，優(yōu)選排放到海洋中。通過(guò)循環(huán)該溶液，更少量的水溶液須經(jīng)泵送與所述煙道氣接觸，然后 在使用之后被處理。
在本發(fā)明特別優(yōu)選的實(shí)施方案中，加入到所述含水物流中的所述
堿性組分是鈉組分和鉀組分的混合物。所述Na堿性組分負(fù)責(zé)在所述旋
風(fēng)分離器單元內(nèi)與通過(guò)水和S02和S03分子之間的反應(yīng)形成的H2S03或
H2S04進(jìn)行快速中和反應(yīng)。所述Ca堿性組分負(fù)責(zé)生成從所述體系中分 離出來(lái)的含有CaS03或CaS(K的沉淀。反應(yīng)(1)的接觸時(shí)間以這種方 式被延長(zhǎng)。
在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案中，CaS03或CaS04沉淀從所述體系中分
離出0
在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述堿性組分以選自顆粒、溶液、 懸浮液或它們的組合的方式引入到所述含水物流中。
在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述含水物流中的所述堿性組分的 濃度在100ppm~ 30Q/。w/w之間，優(yōu)選在200ppm~ 6%之間。
在本發(fā)明其它優(yōu)選的實(shí)施方案中，將CaO加入到所述含水物流 中。當(dāng)與水分子接觸時(shí)，CaO生成Ca(OH)2。將CaO加入到含水物流中 并允許所述反應(yīng)以其本身發(fā)生的方法，而不是加入Ca(0H)2本身，是 優(yōu)選的，因?yàn)樗鋈芤褐械玫降腃a(OH)2濃度實(shí)際上更高。發(fā)生這種 現(xiàn)象是由于以下事實(shí)當(dāng)加入到含水物流中時(shí)，溶解的CaO生成 Ca(OH)2， Ca(0H)2在過(guò)飽和條件下沉淀。然而，當(dāng)向含水物流中加入 Ca(0H)2時(shí)，Ca(0H)2溶解并且然后占用很長(zhǎng)時(shí)間達(dá)到最大溶解度。因 此，當(dāng)向含水物流中加入CaO時(shí)，實(shí)際Ca(0H)2濃度比向含水物流中 加入Ca (0H)2時(shí)要高。
優(yōu)選地，所述含水原料的pH值小于約9. 5。
在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述含水物流在進(jìn)入所述旋風(fēng)分離 器單元中之前被冷卻。
在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案中，將冰加入到所述旋風(fēng)分離器單元中 以降低所述物流的溫度。
在本發(fā)明的方法中，優(yōu)選所述接觸特征在于將氣體原料的溫度降低約100和350"C之間。
在本發(fā)明一些優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述提供的含水原料包含再循 環(huán)的并任選的被處理的含水產(chǎn)物。
在本發(fā)明的這一方面，所述含水產(chǎn)物優(yōu)選在再循環(huán)之前或與此同 時(shí)用堿性化合物進(jìn)行處理，以便在其中產(chǎn)生硫酸鹽和亞硫酸鹽中的至 少一種。
在本發(fā)明的這一方面的變化中，產(chǎn)生沉淀物并且在再循環(huán)之前或 與此同時(shí)將該沉淀至少部分地與所述任選地被處理的含水產(chǎn)物分開(kāi)。 優(yōu)選所述沉淀物含有Ca陽(yáng)離子。
在本發(fā)明特別優(yōu)選的實(shí)施方案中，至少一部分所述含水產(chǎn)物被排 放，例如當(dāng)所述方法在船上進(jìn)行時(shí)，被排放到海洋中。
在本發(fā)明其它優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述提供的氣體原料包含任選 地被處理的氣體產(chǎn)物。
人們會(huì)認(rèn)識(shí)到，本發(fā)明的方法可以以其中所述接觸在彼此并聯(lián)、 串聯(lián)或其組合排列的多個(gè)旋風(fēng)分離器單元中進(jìn)行的方式實(shí)施。
在本發(fā)明其它優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述方法還包括提供氧氣并使 其與所述含水產(chǎn)物接觸的步驟。
本發(fā)明的方法的功效還通過(guò)以下事實(shí)得以證明在本發(fā)明的優(yōu)選 的實(shí)施方案中，所述氣體原料還包含選自尺寸為1~2微米的顆粒、更 大的顆粒、更小的顆粒、除SOs之外的硫氧化物、氮氧化物、C02、油、 有氣味的分子和有毒的金屬的至少一種污染物并且經(jīng)過(guò)對(duì)它們應(yīng)用所 述方法，所述脫硫的氣體產(chǎn)物中的至少一種所述污染物的含量比所述 氣體原料中的含量低至少40%。
在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述氣體物流中存在的尺寸為l-2 微米的顆粒的分離效率在50~97%之間。
在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案中，當(dāng)在船或水附近的物體上進(jìn)行時(shí)， 所述方法還優(yōu)選包括對(duì)排放到海洋中的含水產(chǎn)物進(jìn)行調(diào)節(jié)的步驟。
優(yōu)選地，所述調(diào)節(jié)包括控制選自pH值、溫度的至少一種參數(shù)以 及降低亞硫酸鹽、硫酸鹽和污染物中的至少一種的含量，其中所述污
ii染物選自油、有氣味的分子、有毒的金屬、顆粒、煙灰、除S02之外
的硫氧化物、氮氧化物、co2。
所述含S02的氣體物流中的S02或S03的吸收效率取決于幾個(gè)參
數(shù)。從熱力學(xué)觀點(diǎn)來(lái)看，所述效率主要取決于物流的溫度、堿性組分
的濃度、所述含水物流的pH值、所述含水物流與所述氣體物流的流量
之間的體積比，取決于所述含S02的氣體物流中的S02和S03的濃度，
并取決于所述氣體物流的流量。然而，因?yàn)樗鼋佑|時(shí)間非常短，因 此影響所述方法的動(dòng)力學(xué)的參數(shù)對(duì)于確定吸收效率非常重要。從動(dòng)力 學(xué)觀點(diǎn)來(lái)看，所述效率主要取決于含水物流的液滴尺寸、混合效率、
所述兩種物流的流量、阻礙S02分子與水或堿性化合物等的分子之間
的接觸的含水液滴表面上的阻礙化合物(例如油)的量。
結(jié)果是很難達(dá)到高吸收效率。例如高于97%的吸收效率在文獻(xiàn) 中非常罕見(jiàn)；然而，通過(guò)使用本方法，獲得了高于99. 3%的S02吸收 率。
此外，S02分離結(jié)果表明，吸收效率隨著含水物流和氣體物流的 體積流量之比(L/G)增大而增大。
本發(fā)明令人吃驚地顯示了更出人意料的結(jié)果。S02分離結(jié)果表明， 吸收效率隨內(nèi)燃機(jī)功率的提高而增大，表l (實(shí)施例4、 5、 6、 8、 10 和實(shí)施例14~18)。
此外，在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述接觸特征在于所述旋風(fēng) 分離器單元將所述氣體物流的溫度降低了 100~ 350匸之間，如可從表 1中了解到的，其顯示了其中溫度降低了多于280X:的例子(見(jiàn)實(shí)施例 10)。
在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案中，至少一部分所述含水物流在于所述 旋風(fēng)分離器單元中接觸之后被再循環(huán)到所述系統(tǒng)中，并且注回到所述 旋風(fēng)分離器單元中以便至少使用兩次。
在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述洗滌溶液在于所述旋風(fēng)分離器 單元中接觸一次之后被排放。
在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案中，將至少一部分所 脫硫的氣體產(chǎn)物再循環(huán)回所述旋風(fēng)分離器單元中。
在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述洗滌溶液與一定量的含氧氣體接觸。
在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述方法還包括從所述洗滌溶液中 分離出選自煙灰、油、有毒金屬和它們的組合的不想要的組分的步驟。 在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述方法包括控制表征所述洗滌溶
接受的參數(shù)。
在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述參數(shù)選自pH值、不穩(wěn)定的亞 硫酸鹽含量、溫度、煙灰含量、毒物、金屬的含量、和油含量。
在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案中，在進(jìn)入所述旋風(fēng)分離器單元之前， 所述氣體物流中的所述S02濃度在150 2000ppm范圍內(nèi)。然而，所述 氣體物流還包含選自顆粒、除S02以外的硫氧化物、氮氧化物和C02、 油、有氣味的分子、有毒的金屬的至少一種污染物，并且其中所述脫 疏的氣體產(chǎn)物中的至少一種所述污染物的濃度比氣體物流中的濃度小 至少40%。
在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述含水物流包含選自固體選擇性 吸收劑和非選擇性吸收劑的組分，以便吸收氣相中存在的非常小的顆 粒，和應(yīng)該被分離的特殊分子(例如有氣味的分子)。
在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述含水物流包含選自表面活性 劑、螯合劑和絡(luò)合劑的組分，以便吸收具有疏水性質(zhì)的污染物(例如 油或辛烷)和吸收不想要的金屬。
令人吃驚地，在其中所述含水物流含有約5%的Na2S03的情況下， 在接觸之后得到的洗滌溶液的表面上觀察到非常少量的顆粒。對(duì)比之 下，在使用只含有咸水的含水物流的情況下，在所述洗滌溶液的表面 上觀察到大量的顆粒。這些結(jié)果可以解釋如下從內(nèi)燃機(jī)進(jìn)入所述旋 風(fēng)分離器單元中的顆粒具有活性表面。在使用5%的Na2S03的情況下， 所述顆粒被離子，例如Na+、 SO,,包圍，并且從而分散在含水溶液中 并且不象使用咸水的情況那樣浮在含水溶液之上。實(shí)施例和附圖
盡管現(xiàn)在將結(jié)合以下實(shí)施例和附圖中的某些優(yōu)選實(shí)施方案描述 本發(fā)明，以使得其各方面可以被更充分地理解和了解，但并不想將本 發(fā)明限制在這些特定的實(shí)施方案中。相反，想要覆蓋可以包括在通過(guò) 所附的權(quán)利要求限定的發(fā)明范圍內(nèi)的所有的備選、修改和等同物。因 此以下包括優(yōu)選的實(shí)施方案的實(shí)施例將用來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)踐，它被 理解為通過(guò)實(shí)施例表明的詳細(xì)情況并且僅出于給出對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí) 施方案的說(shuō)明性的討論的目的，并且是為了提供被認(rèn)為是模式程序以 及本發(fā)明的原理及概念方面的最有用的并容易解釋的描述而給出的。
附圖
附

圖1是根據(jù)本發(fā)明的旋風(fēng)分離器單元的示意圖的實(shí)施例； 附圖2是沿B-B取的外殼的橫截面視圖的實(shí)施例；和 附圖3是闡述根據(jù)本文的實(shí)施例進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)的結(jié)果的表的圖示。 參考附圖1和2，看到用于根據(jù)本發(fā)明的應(yīng)用的優(yōu)選的旋風(fēng)分離 器單元，包括由其柱狀圓周壁(2)以及由上端(4)和下端(6)限 定的外殼(H)，所述外殼具有縱向軸(X-X)并且提供至少一個(gè)用于 接收所述氣體物流的入口開(kāi)孔(8 )以及至少一個(gè)用于接收進(jìn)入其中的 所述含水物流的入口開(kāi)孔(10)。所述旋風(fēng)分離器單元還包含所述外 殼(H)的出口裝置，該出口裝置優(yōu)選形成中空的截去尖端的推體(12)， 其具有大的底面(14)和有間隔的(spaced apart)小底面(16)， 其大底面與所述外殼(H)的下端(6)連通。在所述外殼(H)內(nèi)放置 管道裝置(18)，優(yōu)選與所述縱向軸(X-X)共軸，其中所述管道裝置 (18)的最高端(20)位于所述外殼的外部，以及所述管道裝置的最 低端(22)位于所述外殼內(nèi)。
所述旋風(fēng)分離器單元還包括至少一個(gè)形成柱狀環(huán)并且安裝在所 述外殼內(nèi)的旋轉(zhuǎn)裝置(24)，與縱向軸(X-X)同軸以便在外殼的中心 (central)壁(28 )和所述旋轉(zhuǎn)裝置的圓周壁(30)之間提供環(huán)狀空 間(26)以及在旋轉(zhuǎn)設(shè)備(24)的中心壁(30和所述管道裝置(18) 的最低末端(22)之間形成內(nèi)部環(huán)狀空間(32)。
14所述旋轉(zhuǎn)裝置(24 )由許多開(kāi)孔(36 )限定以便提供從所述環(huán)狀 空間(26)進(jìn)入所述內(nèi)部環(huán)狀空間(32)的通道。所述通道(37)特
征在于有特定的形狀。
使用上述旋風(fēng)分離器單元，所述氣體物流穿過(guò)至少一個(gè)所述入口 開(kāi)孔(8)進(jìn)入所述環(huán)狀空間(26)，然后穿過(guò)所述許多開(kāi)孔(36)中 的至少一個(gè)，然后穿過(guò)朝向所述內(nèi)部環(huán)狀空間(32)的至少一個(gè)通道 (37)，而所述含水物流穿過(guò)至少一個(gè)所述入口開(kāi)孔(10)進(jìn)入所述 外殼，并且與所述氣體物流接觸。然后使這兩種混合的物流流過(guò)所述 中空的截去尖端的錐體(12 )，而所述氣體產(chǎn)物通過(guò)所述管道裝置(18 ) 離開(kāi)，而所述洗滌溶液通過(guò)所述中空的截去尖端的推體(12)的所述 小底面(16)進(jìn)入合適的收集容器中被收集。
所述氣體物流穿過(guò)所述多個(gè)開(kāi)孔(36)然后穿過(guò)通道(37)的途 徑導(dǎo)致所述氣體物流的出乎意料的高速度，所述速度在20m/s 120 m/s之間，并且在優(yōu)選的實(shí)施方案中在60~ 70m/s之間。結(jié)果是實(shí)現(xiàn) 了所述氣體物流和含水物流之間的非常有效的接觸。這相當(dāng)于特征在 于能夠產(chǎn)生約15~50m/s的典型的旋風(fēng)洗滌器。
在本發(fā)明的特別優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述旋風(fēng)分離器單元是 EP0971787B1中描述的類(lèi)型，包括由柱狀圓周壁(2)以及由上端(4) 和下端(6)限定的外殼(H)，所述外殼具有縱向軸(X-X)并且提供 至少一個(gè)用于接收進(jìn)入其中的物流的入口開(kāi)孔(8)，所述入口開(kāi)孔在 所述圓周壁(2)的里面形成，并且優(yōu)選被引導(dǎo)著與那里相切；來(lái)自所 述外殼(H)的出口裝置優(yōu)選形成中空的截去尖端的錐體(12)，其具 有大的底面(14)和有間隔的小底面(16)，其大的底面與所述外殼 的低端(6)連通以及其小的底面與適合的收集容器連通，在所述外殼 內(nèi)放置管道裝置(18)，優(yōu)選與縱向軸(X-X)共軸，所述管道裝置的 最高端(20)位于外殼的外部，以及所述管道裝置的最低端(22)位 于外殼的里面；至少一個(gè)旋轉(zhuǎn)裝置(24)用于賦予所述流體垂直運(yùn)動(dòng)， 所述旋轉(zhuǎn)裝置形成由具有相對(duì)的上端和下端的圓柱狀環(huán)形壁(38)限 定的管式構(gòu)件，所述旋轉(zhuǎn)裝置與所述外殼的縱向軸同軸地安裝在所述外殼里面以便在它們之間提供環(huán)狀空間(26)，向所述旋轉(zhuǎn)裝置提供 在其圓周壁(38)上形成的多個(gè)狹縫狀拉長(zhǎng)的開(kāi)孔(36)以便提供穿 過(guò)其中的流體通道，其特征在于所述管道裝置沿所述旋轉(zhuǎn)裝置延長(zhǎng)并 且所述狹縫狀開(kāi)孔有規(guī)則地排列在所述旋轉(zhuǎn)裝置的圓周壁(38)上以 便沿著與其內(nèi)部基本上相切的方向延伸，其中所述狹縫狀開(kāi)孔(36)
由長(zhǎng)度和寬度尺寸限定，并且其中長(zhǎng)度尺寸超過(guò)寬度尺寸。
重要的是要注意到，EP0971787B1中和以上描述的旋風(fēng)分離器單 元并不是不言自明的是用于從煙道氣中脫除顆粒物將對(duì)于從煙道氣 中脫除氣體污染物，尤其是S02有效。在旋風(fēng)分離器單元中脫除顆粒 的情況下，主要目標(biāo)或挑戰(zhàn)是通過(guò)物理動(dòng)力學(xué)實(shí)現(xiàn)氣相和顆粒之間的 良好分離。換句話說(shuō)，在所述專利中教導(dǎo)和實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)是使旋風(fēng)分離 器單元中氣相運(yùn)動(dòng)和顆粒運(yùn)動(dòng)之間的差異最大化并且因此實(shí)現(xiàn)這兩種 成分之間的分離。相比之下，在從煙道氣中脫除氣體污染物，尤其是 S02的情況下，主要目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)液相和氣相之間的有效混合，并從而實(shí) 現(xiàn)活性成分例如水相中的堿性化合物與氣相中的S02之間的有效接觸 以便具有更高的動(dòng)力學(xué)。
例如盡管Bag-Filter⑧是用于從煙道氣中分離顆粒固體有效的設(shè) 備并且甚至于對(duì)于顆粒尺寸在0. 1和0. 01微米之間的顆粒的脫除有 效，但它對(duì)于氣體污染物例如二氧化硫的脫除肯定是無(wú)效的。因此 EP0971787B1中描述的旋風(fēng)分離器單元能夠成功且有利地用來(lái)從煙道 氣中有效地脫除二氧化硫決非顯而易見(jiàn)。 實(shí)施例1-21
在21個(gè)單獨(dú)的實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)使用體積為100001113的改進(jìn)的旋風(fēng)分 離器單元使通過(guò)使用1MW的MAN內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)生的煙道氣與水溶液接觸。 表l給出了每個(gè)實(shí)驗(yàn)中的條件煙道氣流量、進(jìn)入和離開(kāi)所述旋風(fēng)分 離器單元的煙道氣物流的溫度、內(nèi)燃機(jī)功率、含水溶液的組成、進(jìn)入 所述裝置中的煙道氣物流中的S02濃度和液體/氣體體積比(L/G比)。 此外，表l給出了 S02的吸收效率(°/。 w/w)。
對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員是顯而易見(jiàn)的是，本發(fā)明沒(méi)有被限制在前述
16說(shuō)明性的實(shí)施方案的細(xì)節(jié)中，并且本發(fā)明可以表現(xiàn)為其它具體形式而 不背離其精神或其基本特征。所提供的實(shí)施方案因此被認(rèn)為其所有方 面是說(shuō)明性的而不是限制性的，本發(fā)明的范圍通過(guò)所附的權(quán)利要求而 不是前述描述來(lái)指明，并且因此想要將權(quán)利要求等效物的含義和范圍 之內(nèi)的所有變化包含其中。
權(quán)利要求
1.用于含SO2的氣體物流的脫硫方法，包括以下步驟a.提供包含選自碳酸根、碳酸氫根、氫氧根、亞硫酸根和亞硫酸氫根的陰離子的含水原料；b.提供含SO2的氣體原料；和c.使所述含水原料與所述氣體原料接觸以產(chǎn)生包含少于40％的原料SO2含量的脫硫的氣體產(chǎn)物，和含水產(chǎn)物；其中所述接觸在旋風(fēng)分離器單元中進(jìn)行，所述旋風(fēng)分離器單元包含由柱狀圓周壁限定的外殼并具有至少一個(gè)用于接收進(jìn)入其中的流體的入口開(kāi)孔和至少一個(gè)旋轉(zhuǎn)裝置，并且其中所述旋風(fēng)分離器單元特征在于所述旋風(fēng)分離器單元內(nèi)的所述氣體物流的速度在20m/s和120m/s之間。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述旋風(fēng)分離器單元內(nèi)的所 述氣體物流的速度為60 100m/s之間。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述含水原料流和所述氣體 原料流的體積比在0. 5/1和3/1 L/Nm'之間。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述含水原料流和所述氣體 原料流的體積比在1/1至2. 5/1 L/Nm3之間。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述氣體原料包含來(lái)自功率 至少為0. 5MW的內(nèi)燃機(jī)的煙道氣。
6， 根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中所述內(nèi)燃機(jī)在船上工作。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中所述內(nèi)燃機(jī)在其最大功率的 至少5%下運(yùn)行。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述旋風(fēng)分離器單元位于選 自船、海岸、港口和能夠得到海水和咸水中的至少一種的區(qū)域之處。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述含水原料包含選自海水、 咸水和它們的組合的組分。
10. 根據(jù)權(quán)利要求l的方法，其中產(chǎn)生包含少于5%的原料S02含量的脫硫氣體產(chǎn)物，和含水產(chǎn)物。
11. 根據(jù)權(quán)利要求l的方法，其中產(chǎn)生包含少于3%的原料S02 含量的脫硫氣體產(chǎn)物，和含水產(chǎn)物。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述含水原料包含選自Ca、 Na、銨和它們的組合的陽(yáng)離子。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所迷氣體原料中的所迷S02濃 度在150和2000ppm之間的范圍內(nèi)。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，還包括提供氧氣并使其與所述氣 體原料、所述含水原料、或它們的任何組合接觸的步驟。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14的方法，還包括提供氧化催化劑的步驟。
16. 根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中所述接觸在所述旋風(fēng)分離器 單元中進(jìn)行。
17. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述含水原料包含選自固體 專一性吸收劑、非專一性吸收劑、表面活性劑、螯合劑和絡(luò)合劑的組 分。
18. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，還包括向所述含水原料、所述含 水產(chǎn)物或二者中加入至少 一種堿性化合物的步驟。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其中所述堿性化合物選自石灰、 石灰石、CaO、 NaOH、 Na跳、肘2303或它們的任意組合。
20. 根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其中所述至少一種堿性化合物是 鉀化合物。
21. 根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其中所述堿性化合物以選自顆粒、 溶液、懸浮液和它們的組合的形式加入。
22. 根據(jù)權(quán)利要求l的方法，其中所述含水原料的pH值小于約`9. 5。
23. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述接觸特征在于將所述氣 體原料的溫度降低約100和350"C之間。
24. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述提供的含水原料包含再 循環(huán)的且任選地被處理的含水產(chǎn)物。
25. 根據(jù)權(quán)利要求24的方法，其中用堿性化合物處理所述含水 產(chǎn)物以便在其中產(chǎn)生硫酸鹽和亞硫酸鹽中的至少一種。
26. 根據(jù)權(quán)利要求24的方法，其中產(chǎn)生沉淀并且沉淀至少部分 地與所述任選地被處理的含水產(chǎn)物分開(kāi)。
27. 根據(jù)權(quán)利要求26的方法，其中所述沉淀含有Ca陽(yáng)離子。
28. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中排放所述含水產(chǎn)物的至少一部分。
29. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述提供的氣體原料包含任 選地被處理的氣體產(chǎn)物。
30. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述接觸在多個(gè)旋風(fēng)分離器 單元中進(jìn)行。
31. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，還包括提供氧氣并使其與所述含 水產(chǎn)物接觸的步驟。
32. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述氣體原料還包含選自尺 寸為1~2微米的顆粒、更大的顆粒、更小的顆粒、除S02之外的硫氧 化物、氮氧化物、C02、油、有氣味的分子和有毒的金屬的至少一種污 染物，并且其中所述脫硫的氣體產(chǎn)物中的至少一種所述污染物的含量 比所述氣體原料中的含量低至少40%。
33. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，還包括調(diào)節(jié)排放到大海中的含水 產(chǎn)物的步驟。
34. 根據(jù)權(quán)利要求33的方法，其中所述調(diào)節(jié)包括控制選自pH 值、溫度的至少一種參數(shù)并且降低亞硫酸鹽、硫酸鹽和污染物中的至 少一種的含量，其中所述污染物選自油、有氣味的分子、有毒的金屬、 顆粒、煙灰、除S02之外的硫氧化物、氮氧化物、C02。
全文摘要
用于含SO₂的氣體物流的脫硫方法，包括以下步驟a.提供包含選自碳酸根、碳酸氫根、氫氧根、亞硫酸根和亞硫酸氫根的陰離子的含水原料；b.提供含SO₂的氣體原料；和c.使所述含水原料與所述氣體原料接觸以產(chǎn)生包含小于40％的原料SO₂含量的脫硫的氣體產(chǎn)物，和含水產(chǎn)物；其中所述接觸在旋風(fēng)分離器單元中進(jìn)行，所述旋風(fēng)分離器單元包含由柱狀圓周壁限定的外殼并具有至少一個(gè)用于接收進(jìn)入其中的流體的入口開(kāi)孔和至少一個(gè)旋轉(zhuǎn)裝置，并且其中所述旋風(fēng)分離器單元特征在于所述旋風(fēng)分離器單元內(nèi)的氣體物流的速度在20m/s和120m/s之間。
文檔編號(hào)B01D53/50GK101636217SQ200780038440
公開(kāi)日2010年1月27日 申請(qǐng)日期2007年9月4日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月5日
發(fā)明者里奇·加納里, 阿哈隆·埃亞勒 申請(qǐng)人:克魯有限公司;埃亞勒研究咨詢有限公司;里奇·加納里