專利名稱：濕式氣體凈化方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于從氣體中除去氨的濕式氣體凈化方法。更具體而言，本發(fā)明涉及一種適宜于從氣體如煤或重油氣化氣體中除去氨的濕式氣體凈化方法及濕式氣體凈化系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
通常，在用于煤或重油氣化氣體的濕式氣體凈化系統(tǒng)中，在H2S吸收塔的上游加入硫酸作為pH調(diào)節(jié)劑。在用于除去氣體中的雜質(zhì)的水洗滌步驟過程中，這可以除去NH3，其是燃氣輪機中的燃料NOx源。
具體而言，如果含氨氣體在燃氣輪機中燃料而沒有被純化，則該氣體變成NOx源，所以必須回收盡可能多的氨。為了吸收氨，實施的是在水洗滌塔中降低吸收劑pH的方法，通過該方法可以除去大部分的氨。至于pH調(diào)節(jié)劑，優(yōu)選將硫酸用于調(diào)節(jié)氨的堿性。水洗滌塔的pH可以通過加入硫酸而降低。
將在上面所述的水洗滌步驟中除去的氨通過氨汽提塔而取出。由于硫酸被加入至吸收劑中，在從氨汽提塔排放的溶液中存在硫酸銨。氨作為硫酸銨水溶液而被回收。
為了通過汽提方法從硫酸銨水溶液中排出氨組分并且回收氨為氨水，將氫氧化鈉(苛性鈉，NaOH)在汽提前加入。通常，將氫氧化鈉加入至在汽提塔上游提供的中和塔中，并且混合。然后，將混合液送至汽提塔。如下式所述NaOH的加入再次得到硫酸和氨。然后，回收氨。
另一方面，在上面所述的常規(guī)系統(tǒng)中，加入硫酸的主要理由之一是有利于系統(tǒng)的操作控制。即，如果通過硫酸降低液體的pH值，氨可以被回收和除去。這在水洗滌步驟之后的步驟不需要監(jiān)測和控制氨量。由于這種操作的容易，已經(jīng)使用了其中加入硫酸的方法。
此外，通過降低pH值，硫化氫在水洗滌步驟中沒有被除去，而是容易地通過。更高pH值導(dǎo)致將硫化氫溶解于液體中的缺點，所以使廢水的處理復(fù)雜化。因此，在常規(guī)的步驟中，通過改變pH值，而將氨的分離/除去步驟和硫化氫的除去步驟分開，所以在氨的分離步驟中，硫化氫不溶解于液體中，并且不從氣體中除去。
但是，在這樣的常規(guī)步驟中，需要加入硫酸和氫氧化鈉，所以操作費用由于這些化學(xué)品的添加而增加。具體地，為了處理在氣體中存在的1000ppm的氨，對于每1摩爾的氨需要1/2摩爾的硫酸，這增加了化學(xué)品的費用。此外，為了處理來自水洗滌塔的廢水中的氮組分，廢水中含有吸收的氨，每1摩爾的硫酸需要至少2摩爾的氫氧化鈉(NaOH)。此外，需要與氨量等當(dāng)量的氫氧化鈉的量。因此，化學(xué)品的費用高。因此，雖然可以將氨除去，但后處理步驟復(fù)雜且總數(shù)增加。
此外，由于回收的氨水占約20重量％，除去將其當(dāng)作廢物對待別無選擇，這存在處理費用的問題。

發(fā)明內(nèi)容
考慮到上面所述的問題，本發(fā)明人進行了研究，以開發(fā)一種用于凈化含氨氣體的方法，其中根本不使用被認為是必須使用的化學(xué)品如硫酸和氫氧化鈉，通過該方法可以降低操作涉及的運行費用，有效地限制排放物，操作步驟和系統(tǒng)簡單，操作容易且可靠性高。
結(jié)果，本發(fā)明人通過他們的發(fā)現(xiàn)實現(xiàn)了本發(fā)明，即上面所述的問題可以通過如下來解決連續(xù)地測量洗滌步驟之后氣體中的氨濃度，并且在洗滌步驟加入補充水來代替加入硫酸，以使?jié)舛葹?0ppm或更低。
具體地，本發(fā)明提供一種用于除去氣體中氨的濕式氣體凈化方法，該方法包含將氣體中的氨吸收至吸收劑中以除去氨的水洗滌步驟；和從水洗滌步驟之后要排出的吸收劑中汽提氨以將含氨廢氣和廢水分離的氨處理步驟，其中，在水洗滌步驟中，連續(xù)地或間歇地加入補充水，以便水洗滌步驟之后的氨濃度為10ppm或更低。洗滌步驟可以包含冷卻步驟和清洗步驟。即，可以通過降低氨在水溶液中的濃度而不是通過積極地控制pH值，來降低NH3的分壓，以保持NH3吸收性能。
在本發(fā)明中，優(yōu)選該方法進一步包含燃燒廢氣的步驟。通過該廢氣燃燒步驟，在分解氨的同時，還可以分解在水洗滌步驟中溶解的硫化氫。
此外，在本發(fā)明中，優(yōu)選將在氨處理步驟中的廢水作為補充水循環(huán)加入至洗滌步驟。
在本發(fā)明中，即使硫化氫溶解于吸收劑中，也可以通過汽提塔將其從液體中除去而分離，所以不需要處理在液體中的硫化氫。通過在后面步驟的燃燒爐中燃燒，可以處理含氨和硫化氫的廢氣。對于整個系統(tǒng)而言，有效的是通過使用用于燃燒來自硫化氫吸收步驟的廢氣的蓄熱式燃燒爐或直接燃料爐，來燃料廢氣。根據(jù)本發(fā)明，僅加入補充水可以使氨汽提容易。此外，所排放的物質(zhì)可以容易地用于燃燒處理。根據(jù)本發(fā)明，由于僅加入補充水，并且硫酸和氫氧化鈉都不需要，所以可以顯著地降低操作所需要的費用，而且還可以使操作步驟簡單和容易。
由于加入了補充水，氨可以由于存在的二氧化碳的作用而以碳酸銨(NH4)2CO3的形式存在。當(dāng)加熱累積的(NH4)2CO3且溫度升高時，(NH4)2CO3可以釋放二氧化碳，以再次得到氨。如此，通過汽提氨NH3和二氧化碳(CO2)而不使用NaOH，可以降低操作所需要的費用。此外，通過燃燒在排放的汽提氣體中的H2S和NH3，可以消除用于處理氨水的費用。
以下通過參考實施方案來詳細地解釋本發(fā)明。本發(fā)明的范圍不受該實施方案的限制。
附圖簡述

圖1所示為適宜于根據(jù)本發(fā)明的濕式氣體凈化方法的系統(tǒng)外形的示意圖；圖2所示為實施例1中使用的凈化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的示意圖；和圖3是從清洗塔出口排放的氣體的氨濃度對補充水量繪圖的曲線圖。
上面的圖中，附圖標(biāo)記1表示氣體冷卻塔，2表示氣體清潔塔，3表示閃蒸鼓，4表示氨汽提塔，5表示廢氣燃燒爐，7表示循環(huán)泵。
實施本發(fā)明的最佳方式以下，將參考附圖，描述根據(jù)本發(fā)明的濕式氣體凈化方法的一個具體圖1所示為一個適宜于根據(jù)本發(fā)明的濕式氣體凈化方法的系統(tǒng)實例的示意圖。在所述實施方案的系統(tǒng)中，水洗滌步驟可以包含冷卻步驟和清洗步驟。冷卻步驟可以由氣體冷卻塔1來進行，而清洗步驟可以由氣體清潔塔2來進行。將用于吸收氣體中的氨組分的補充水連續(xù)或間歇地加入至氣體清潔塔2中。由這兩個水洗滌塔，可以將氣體中的氨吸收在吸收劑中，由此除去?？刂埔尤氲难a充水量，以便在水洗滌步驟之后氣體中的氨濃度為10ppm或更低。將排放至氣體清潔塔2的氣體送至硫化氫吸收塔。
在該實施方案的洗滌步驟中，通過加入補充水而不加入用于調(diào)節(jié)pH的硫酸來除去氣體中的氨。洗滌步驟(在水洗滌塔中進行)由兩個步驟組成，其使用兩個塔氣體冷卻塔1和氣體清潔塔2。將加入至氣體清潔塔2的補充水通過泵7循環(huán)，并作為吸收氨的吸收劑。將部分吸收劑送入在氣流方向上游提供的氣體冷卻塔1中，并且也通過泵7在氣體冷卻塔1中循環(huán)。
通常，在氣體冷卻塔1中，實施了加入硫酸的步驟。在本實施方案中，將補充水代替硫酸引入至氣體清潔塔2。由此，在整個洗滌步驟中降低了吸收劑中的氨濃度，并且將氨除去。
具體地，當(dāng)在吸收劑中的氨濃度變高時，由于分壓的原因，吸收劑傾向于釋放氨。因此，考慮到反應(yīng)平衡，難以通過使用吸收劑來除去氨。因此，連續(xù)或間歇地供給補充水可以使吸收劑保持能夠吸收和除去氨的狀態(tài)。
如此供給補充水可以使氨與氣體中的二氧化碳反應(yīng)，作為碳酸銨溶解在吸收劑中。這種狀態(tài)的氨更容易汽提，原因在于與硫酸也存在的情況相比，吸收劑的pH值高。因此，通過升高在水洗滌塔下游提供的氨汽提塔的溫度而不需要加入氫氧化鈉，就可以將氨和二氧化碳從吸收劑中取出來。
在系統(tǒng)中，吸收劑可以是水(H2O)。通過系統(tǒng)操作，在水洗滌塔中吸收劑的循環(huán)導(dǎo)致吸收劑中氨濃度的提高。如上所述，在本實施方案中，可以提供氣體冷卻塔1和氣體清潔塔2。通過這兩個塔，可以使氨濃度在氣體冷卻塔1的出口處低。因此，通常可以在氣體清潔塔2中循環(huán)含更少溶解組分的水，所以氨可以有效地吸收除去。
但是，洗滌步驟不是必須地需要提供如在本實施方案中的兩個塔。也可以使用由單塔組成的水洗滌塔。
在所述單塔的內(nèi)部可以分為兩部分，可以在單塔中進行氣體冷卻和氣體清潔。在該塔中，分別循環(huán)可以通過塔盤等分開的上面部分和下面部分處的液體。
進行補充水的加入，以便連續(xù)地監(jiān)測在加入的生成氣(yielded gas)中氨的濃度并且可以加入最適宜于每次氨量的補充水量。
可以例如通過測量剛好在氣體冷卻塔1之前生成氣中氨的濃度，來進行氨量的監(jiān)測。
另一方面，必須盡可能降低排放入例如燃氣輪機中的氣體中的氨，原因在于氨是燃料NOx產(chǎn)生的原因。例如，在將氨濃度降低至10ppm或更低時，控制加入的補充水量以達到該濃度。因此，通常優(yōu)選通過如下來進行操作在水洗滌步驟的后段，在靠近氣體清潔塔2的出口處監(jiān)測氣體中的氨濃度，且檢查氨的濃度值未高于設(shè)定值。
對于水洗滌步驟排放的吸收劑，通常將從在氣體冷卻塔1中循環(huán)的吸收劑抽出的部分吸收劑通過閃蒸鼓3送至氨汽提塔4。在汽提塔4中，氨從其中吸收了氨的吸收劑中汽提出來。然后，吸收劑被分為含氨廢氣和余下的洗滌液體。氨汽提塔4通常在上段(upper stage)在約80℃下操作，在下段于約130℃下操作。
而且，在汽提塔4中，也將在吸收劑中含有的硫化氫組分除去，并且與氨一起含在廢氣中。因此，汽提后的液體不含有硫化氫。將這種含氨和微量硫化氫的廢氣送入廢氣燃燒爐5中，由此將氨和硫化氫同時燒掉。
根據(jù)上面所述的實施方案，廢水量由于補充水的加入而增加。因此，優(yōu)選將在氨處理步驟中的廢水作為加入洗滌步驟中的補充水循環(huán)使用。
再次使用從汽提塔4出來的水作為補充水的系統(tǒng)是有利的，因為最終作為廢水處理的水量不增加，與常規(guī)實施例中一樣。此外，在可以保證補充水的容易性方面，該系統(tǒng)是優(yōu)選的。由于從汽提塔4排出的水通常溫度被提高至100℃或更高，可以將該水在冷卻后供給入氣體清潔塔2作為補充水。
本發(fā)明中要凈化的氣體可以是任何含氨的氣體。具體而言，例如，所述的氣體包括但不限于含有大量氨和硫化氫的煤氣化氣體。
可以將根據(jù)本發(fā)明的氣體凈化方法適宜地用作在硫化氫除去步驟的前一步驟的煤氣化氣體的濕式凈化方法，作為其中煤被氣化并被用作發(fā)電燃料的系統(tǒng)的一部分。通過使用上面所述的根據(jù)本發(fā)明的凈化方法，可以在用于處理含氨氣體的系統(tǒng)中非常有效地進行凈化。
根據(jù)本發(fā)明的處理方法，由于既不使用硫酸也不使用氫氧化鈉，所以可以顯著地降低操作所需要的費用。此外，由于氨以(NH4)2CO3累集，所以通過提高溫度而不使用NaOH來汽提NH3和CO2，通過該方法可以降低操作所需要的費用。
另一方面，在氣體中含有的另外的有害組分HCN組分，不能吸收和除去，除非吸收劑具有高的pH值。由pH值為約5至6的吸收劑，幾乎未除去HCN組分。在其中加入硫酸的常規(guī)方法中，吸收劑的pH值減小(至約pH5至6)。相反，在本發(fā)明中，在水洗滌塔中的吸收劑的pH值增大(至約pH6至9)。因此，根據(jù)本發(fā)明的凈化方法，通過吸收劑的pH值增大至約pH6至9，改善了HCN除去性能。
此外，根據(jù)本發(fā)明，通過如下方法可以減少材料腐蝕的原因增大吸收劑在水洗滌塔中pH值，和由于補充水的加入降低氯在吸收劑中的濃度。
現(xiàn)在將詳細解釋作為實施例的顯示本發(fā)明有益效果的實驗結(jié)果。但是，本發(fā)明不受該實施例的限制。
圖2所示為實施例1中的系統(tǒng)外形。
提供兩個塔在氣流的上游提供氣體冷卻塔1，且在氣流的下游提供氣體清潔塔2。從氣體冷卻塔1的進口，將氨濃度(y0)為1200ppm的生成氣在0.9MPa壓力下以3500m3N/h的氣流速度引入。
加入至氣體清潔塔2的循環(huán)管線中的補充水量(x kg/h)在40至350kg/h的范圍內(nèi)連續(xù)地改變。
當(dāng)氣體冷卻塔1和氣體清潔塔2的溫度都設(shè)置在40℃時，如圖3中所示，隨著補充水量的增加，在氣體清潔塔2出口處測得的氨濃度(y2)降低。在該實施例中的補充水量是指在預(yù)備裝置中的量。由結(jié)果發(fā)現(xiàn)，如果增加加入至洗滌步驟中的補充水量，可以非常有效地降低生成氣中的氨濃度。
上面所述為本發(fā)明實施方案和實施例的描述。提供實施方案和實施例是為了理解本發(fā)明，而不是限制本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于除去氣體中的氨的濕式氣體凈化方法，該方法包含將氣體中的氨吸收至吸收劑中以除去氨的水洗滌步驟；和從水洗滌步驟之后排出的吸收劑中汽提氨以將含氨廢氣和廢水分離的氨處理步驟，其中，在水洗滌步驟中，連續(xù)地或間歇地加入補充水，以便水洗滌步驟之后的氨濃度為10ppm或更低。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濕式氣體凈化方法，其中所述的水洗滌步驟包含冷卻步驟和清洗步驟。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濕式氣體凈化方法，進一步包含氨處理步驟之后燃燒廢氣的步驟。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濕式氣體凈化方法，其中所述氨處理步驟中的廢水被作為補充水循環(huán)至所述的洗滌步驟。
5.一種用于除去氣體中的氨的濕式氣體凈化系統(tǒng)，其包含用于將氣體中的氨吸收至吸收劑中以除去氨的水洗滌塔；和用于從水洗滌塔的下游排出的吸收劑中汽提氨以將含氨廢氣和廢水分離的氨汽提塔，其中，在水洗滌塔中，連續(xù)地或間歇地加入補充水，以便在水洗滌塔下游的氨濃度為10ppm或更低。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的濕式氣體凈化系統(tǒng)，其中所述的水洗滌塔包含氣體冷卻塔和氣體清潔塔。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的濕式氣體凈化系統(tǒng)，進一步包含在氨汽提塔下游的用于燃燒廢氣的廢氣燃燒爐。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的濕式氣體凈化系統(tǒng)，其中將來自于氨汽提塔的廢水作為補充水循環(huán)至水洗滌塔。
全文摘要
本發(fā)明提供一種其中氣體中的氨被除去的濕式氣體凈化方法以及用于實施該方法的系統(tǒng)，其特征在于，該方法包含洗滌步驟，其中氣體中的氨被吸收在除去用的吸收劑中；和氨處理步驟，其中在洗滌步驟的后一階段，從排出的吸收劑中汽提氨，其中所述吸收劑分成含氨廢氣和廢水。在洗滌步驟中，連續(xù)地或間歇地加入補充水，以便經(jīng)過了洗滌步驟的氣體中的氨濃度為10ppm或更低。根據(jù)本發(fā)明，可以進行濕式氣體凈化方法，其中降低了操作中所涉及的運行費用，操作步驟和系統(tǒng)簡單，操作容易且可靠性高。
文檔編號C10K1/10GK1675336SQ0381902
公開日2005年9月28日 申請日期2003年8月6日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月6日
發(fā)明者原田雅浩, 本城新太郎, 洲崎誠, 石田一男, 長野肇, 沖野進 申請人:三菱重工業(yè)株式會社