專(zhuān)利名稱(chēng)：消除硫酸霧氣的方法與裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種消除氣體中的硫酸霧氣的方法以及使用該方法的硫酸霧氣消除裝置。
背景技術(shù)：
硫酸霧氣通常產(chǎn)生在以濃硫酸干燥潮濕氣體的過(guò)程中，或是產(chǎn)生在以水濃縮廢氣中SO3成分的脫硫設(shè)備中，也可能是在其它多種的化學(xué)過(guò)程中產(chǎn)生。
在公知的去除氧化硫(SOx)的方法中，常見(jiàn)的是配有洗滌器(scrubber)，且使用堿性溶液或水作為吸收溶液的凈化系統(tǒng)。就此系統(tǒng)而言，可以去除90％或更多的SO2，但通常只能去除50％的SO3。
當(dāng)產(chǎn)品被硫酸霧氣污染時(shí)，品質(zhì)將會(huì)降低；而當(dāng)化學(xué)工藝所使用的氣體被硫酸霧氣污染時(shí)，則會(huì)抑制其化學(xué)反應(yīng)；同時(shí)，硫酸霧氣還會(huì)造成設(shè)備的腐蝕。此外，含有硫酸霧氣的氣體排放之后也會(huì)造成環(huán)境污染。因此，氣體中的硫酸霧氣務(wù)必盡可能地去除。
在去除硫酸霧氣的方法中，已知的包括是硫酸霧氣通過(guò)玻璃棉(glass wool)之類(lèi)的過(guò)濾器(JP-A-6-171907)；使用與硫酸霧氣有親合力的，如二氧化鈦之類(lèi)的吸收劑；以及使用靜電沉降器(electrostaticprecipitator)等方法。
然而，在使用玻璃棉等過(guò)濾器的方法中，硫酸霧氣的捕捉量有其極限。亦即，當(dāng)包含粒徑1μm或更小微粒的硫酸霧氣以此方法處理時(shí)，就算是使用高效率的過(guò)濾器，還是會(huì)有約1～2ppm體積的硫酸霧氣不會(huì)被除去。
由于在上述使用吸收劑吸收硫酸霧氣的方法中，必須進(jìn)行吸收劑的再生及再充填處理，所以工藝管理上較為復(fù)雜。另一方面，使用靜電沉降器的方法則有價(jià)格偏高的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就在于提供一種可以簡(jiǎn)單且十分有效地去除硫酸霧氣的方法以及所使用的裝置。
為解決上述問(wèn)題，發(fā)明人在研究后發(fā)現(xiàn)一種既簡(jiǎn)單又十分有效的消除硫酸霧氣的方法，其是含有硫酸霧氣的氣體經(jīng)過(guò)一氣體擴(kuò)散器(gasdiffuser)而通入一吸收溶液中，其中氣體擴(kuò)散器具有平均孔徑為1000微米或以下的孔洞。
也就是說(shuō)，本發(fā)明提供一種消除硫酸霧氣的方法，使含有硫酸霧氣的氣體經(jīng)過(guò)一氣體擴(kuò)散器而通入一吸收溶液中，其中氣體擴(kuò)散器具有平均孔徑為1000微米或以下的孔洞。
換句話說(shuō)，由于本發(fā)明是通過(guò)平均孔徑為1000微米或以下的氣體擴(kuò)散器，將包含硫酸霧氣的氣體化作微小的氣泡并通入吸收溶液中，所以氣-液接觸面積得以增加，而能有效地清除硫酸霧氣。
為增加硫酸霧氣的去除效率，本發(fā)明的氣體擴(kuò)散器材料較佳為平均孔徑約500μm或以下，且多孔性(porosity)約30％或以上的多孔材料。此外，氣泡-帽蓋型(bubble-cap type)氣體擴(kuò)散器也是適合使用的，其中帽蓋上具有平均孔徑約1000μm或以下的孔洞。
本發(fā)明的去除硫酸霧氣的裝置包括數(shù)個(gè)凈化槽，其中具有一吸收溶液，且裝配有平均孔徑約1000μm或以下的氣體擴(kuò)散器，其是用來(lái)將含有硫酸霧氣的氣體通入吸收溶液中。其中，各凈化槽皆相連通，使得含有硫酸霧氣的氣體能依序通過(guò)每一個(gè)凈化槽。
本發(fā)明的硫酸霧氣去除裝置較佳者包括一凈化塔，其中是以多個(gè)托盤(pán)(tray)分隔出數(shù)個(gè)階層，這些托盤(pán)至少有一部分具有氣體擴(kuò)散器，而凈化溶液則是灌注到每一階層的托盤(pán)上，從而形成許多凈化槽。此凈化塔的下部有一入口，且上部有一氣體出口，以供包含硫酸霧氣的氣體進(jìn)出。
當(dāng)使用具有上述結(jié)構(gòu)的裝置時(shí)，含有硫酸霧氣的氣體是由凈化塔下部的入口通入，并在每一階層中化作微小氣泡而接受凈化，故其中的硫酸霧氣可以十分有效地去除。


圖1是本發(fā)明較佳實(shí)施例的硫酸霧氣去除裝置的剖面示意圖；圖2是本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，一種氣泡-帽蓋塔型的硫酸霧氣去除裝置的剖面示意圖；圖3是比較例1所使用的填充管柱(packed column)的剖面示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明所使用的氣體擴(kuò)散器例如包括內(nèi)有相連孔洞的多孔物質(zhì)，以使氣體通過(guò)。此多孔物質(zhì)的實(shí)例包括由合成樹(shù)脂組成的燒結(jié)壓聚物(sintered compacts)、以氧化鋁或類(lèi)似材料為主成分的燒結(jié)壓聚物(陶瓷)，以及類(lèi)似的材料，其中合成樹(shù)脂例如為聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、ABS樹(shù)脂或類(lèi)似材料。
此處，多孔材料以平均孔徑約為1000μm或以下者較佳，而平均孔徑約為500μm或以下，且多孔性約為30％或以上者更佳。當(dāng)平均孔徑超過(guò)1000μm時(shí)，氣泡的尺寸將過(guò)大，使得氣-液接觸面積不足，而會(huì)降低硫酸霧氣的吸收去除速率。當(dāng)多孔性約小于30％時(shí)，單位面積所產(chǎn)生的氣泡數(shù)目過(guò)少，同樣會(huì)降低去除的速率。
除上述各實(shí)例外，本發(fā)明所用的多孔材料還包括薄膜材料、過(guò)濾材料及類(lèi)似材料，其具有平均孔徑約1000μm或以下的微小孔洞，以供氣體穿過(guò)。
在本發(fā)明的方法中，含有硫酸霧氣的氣體經(jīng)過(guò)上述氣體擴(kuò)散器而通入一吸收溶液中。
此處，如以氣體擴(kuò)散器的每平方米擴(kuò)散面積來(lái)看，含有硫酸霧氣的氣體的流量約為100～5000m3/hour，較佳為500～2000m3/hour，更佳則為1000～1500m3/hour。當(dāng)每平方米擴(kuò)散面積的流量大于5000m3/hour時(shí)，氣-液接觸面積將增加，但壓力下降幅度亦將增加。
另外，吸收溶液的深度約為0.1～2m，較佳為0.1～1m，更佳為0.2～0.5m。如果吸收溶液的深度大于2m，則雖可增加去除效率，但凈化槽或凈化塔的高度將過(guò)大。
如圖1所示，是本發(fā)明較佳實(shí)施例的硫酸霧氣去除裝置的剖面示意圖。如圖1所示，該裝置包含一個(gè)由三階層圓筒構(gòu)成的凈化塔4，其中每一層的下部皆有一托盤(pán)，是由多孔材料的氣體擴(kuò)散器5、6及7構(gòu)成，如此即形成用來(lái)凈化含有硫酸霧氣的氣體的凈化槽1、2及3。另外，溢流管8與9分別由上方穿透位于第一階層的氣體擴(kuò)散器7，以及位于第二階層的氣體擴(kuò)散器6。此外，含有硫酸霧氣的氣體的入口10設(shè)置在最下層的氣體擴(kuò)散器5之下，且氣體出口11位于凈化塔的上部。分隔凈化槽1、2與3的托盤(pán)僅有一部分是由氣體擴(kuò)散器5、6與7構(gòu)成也是可行的。
此外，在固定結(jié)合凈化槽1、2與3時(shí)，是通過(guò)其各自的凸緣部(flangepart)將氣體擴(kuò)散器5、6及7的支撐部包夾起來(lái)的。
另外，最上層的凈化槽3上還有一個(gè)進(jìn)料噴嘴12。由進(jìn)料噴嘴12進(jìn)入最上層凈化槽3的吸收溶液50(例如為水、堿性溶液或類(lèi)似者)到達(dá)一定量時(shí)，會(huì)由溢流管8溢流到下方的凈化槽2中，并再依相同機(jī)制由溢流管9流到凈化槽1中。凈化槽1中的吸收溶液宜使用泵13抽出，以便維持在一固定的量。
為除去氣體中的硫酸霧氣，本實(shí)施例中含有硫酸霧氣的氣體55是在一定壓力下，由入口10穿過(guò)氣體擴(kuò)散器5而到達(dá)最下層的凈化槽1中。此時(shí)氣體即因氣體擴(kuò)散器5的作用而呈微小氣泡狀進(jìn)入吸收溶液中，并進(jìn)行氣-液接觸。由凈化槽1的吸收溶液中上升的氣體，由凈化槽1的上部空間開(kāi)始，經(jīng)過(guò)氣體擴(kuò)散器6而進(jìn)入凈化槽2中，其同樣呈微小氣泡狀進(jìn)行氣-液接觸。重復(fù)此過(guò)程，氣體即通過(guò)凈化槽3并由氣體出口11排出。其中，在扣除液體的壓力后，每一個(gè)氣體擴(kuò)散器所造成的壓降約為0～200mmAq。
接著，請(qǐng)參照?qǐng)D2，以說(shuō)明本發(fā)明的另一實(shí)施例。如圖2所示，本實(shí)施例中用來(lái)去除硫酸霧氣的裝置是一個(gè)分作許多階層的氣泡-帽蓋塔，其中每一階層皆具有氣泡-帽蓋型式的帽蓋托盤(pán)，而形成凈化槽25、26與27，其中帽蓋托盤(pán)裝配有帽蓋28、29與30。帽蓋28、29與30上穿有平均孔徑1000μm或以下的孔洞，其數(shù)量依裝置的尺寸或其它因素而定，故無(wú)特殊限制。此氣泡-帽蓋塔中并配置有溢流管31與32，以將吸收溶液50由最上層導(dǎo)至最下層，其機(jī)制與前一實(shí)施例相似，如此使得各凈化槽25、26與27中的溶液能保持在一固定量，并能確保足夠的氣-液接觸時(shí)間。另外，其它構(gòu)件與前一實(shí)施例相似。
為去除硫酸霧氣，本實(shí)施例中含有硫酸霧氣的氣體55是由最下層凈化槽27的下部通入，如同前一實(shí)施例。此時(shí)含有硫酸霧氣的氣體55穿透帽蓋30的內(nèi)面吹出，并呈微小氣泡狀進(jìn)入吸收溶液中。由凈化槽27的吸收溶液中上升的氣體，再由凈化槽27上方的下一帽蓋29的孔洞吹出，其同樣呈微小氣泡狀進(jìn)行氣-液接觸。重復(fù)此過(guò)程，氣體即通過(guò)凈化槽25并由氣體出口排除。其中，在扣除液體的壓力之后，每一個(gè)氣體擴(kuò)散器所造成的壓降約為0～200mmAq。
雖然上述實(shí)施例均以三層凈化槽(1、2、3或25、26、27)的設(shè)計(jì)為例，但此階層的數(shù)目可依所需的去除速率或硫酸霧氣的濃度作改變。除此之外，在使用凈化塔或氣泡-帽蓋塔時(shí)，各凈化槽之間也可以用氣體管路相連，以使氣體能依序通過(guò)各凈化槽。在個(gè)別凈化槽中的壓降或氣流量可依實(shí)際情形決定，并無(wú)特別限制。
本發(fā)明的去除硫酸霧氣的方法及裝置的具體應(yīng)用包括(i)去除廢氣中所含有的硫酸霧氣；(ii)去除化學(xué)工藝中產(chǎn)生的硫酸霧氣；(iii)去除以濃硫酸干燥潮濕氣體的步驟中所產(chǎn)生的硫酸霧氣，以及其它類(lèi)似者。
以濃硫酸干燥潮濕氣體的技術(shù)，例如是應(yīng)用在以氯化氫的氧化反應(yīng)產(chǎn)生氯氣的處理過(guò)程中。此方法是以氯化氫及含氧氣體作為原料，在催化劑存在情形下進(jìn)行氯化氫的氧化反應(yīng)。接著以硫酸除去產(chǎn)生的氣體中的水氣，再以壓縮冷卻的方式分離并回收氯氣。
在分離并回收氯氣之后，以氧為主要成分的殘留氣體重新作為反應(yīng)原料的一部分。此時(shí)如果殘留氣體中含有大量的硫酸霧氣，就會(huì)有硫化合物成分的催化毒物(catalyst poison)沉積在催化劑的表面，使得催化劑的活性降低，而難以長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定地進(jìn)行反應(yīng)。因此，當(dāng)本發(fā)明的硫酸霧氣去除裝置及方法應(yīng)用在上述產(chǎn)生氯氣的工藝中時(shí)，氯氣回收后的殘留氣體中的硫酸霧氣含量必須降至0.01ppm體積或更低，如此即能防止催化劑的活性降低，而能維持長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定的反應(yīng)。
范例一此范例中硫酸霧氣是以圖1所示的裝置來(lái)去除，其中組成凈化塔4的每一個(gè)凈化槽1、2、3皆由一長(zhǎng)度(L)0.5m、內(nèi)徑0.1m的圓筒構(gòu)成。在各階層的下部分別連有氣體擴(kuò)散器5、6、7，其是由平均孔徑100μm、多孔性35％的聚氯乙烯多孔材料制成。在此例中，每一個(gè)擴(kuò)散器的擴(kuò)散面積為7.5×10-3m2。
此范例中所用的吸收溶液50為水，并以10kg/hour的流量由塔頂注入。注入的水經(jīng)由固定在每一階層的溢流管8與9流至下一階層，最后并排放至系統(tǒng)外，其中溢流管8與9在氣體擴(kuò)散器上的突出長(zhǎng)度(t)為0.3m。
此處，含有硫酸霧氣的氣體55由凈化塔4的最低處注入，其中硫酸霧氣的含量以SO42-當(dāng)量換算為4ppm體積。此氣體的產(chǎn)生過(guò)程如下將10m3/hour的空氣通入約15升的98％濃硫酸中，再通入充填有過(guò)濾器(Raschig rings)的霧氣分離器中。氣體到達(dá)凈化塔4時(shí)，每平方米的氣體擴(kuò)散器擴(kuò)散面積的氣體流量約為1300m3/hour。
將含有硫酸霧氣的氣體通入凈化塔4處理之后，塔頂處的氣體中的硫酸霧氣含量為0.005ppm體積，而去除率為99.9％。使用氣體擴(kuò)散器所造成的壓降約為450mmAq，而在扣除液體壓力之后則為150mmAq。
范例二此例中是使用一氣泡-帽蓋塔來(lái)去除硫酸霧氣。簡(jiǎn)言之，請(qǐng)參照?qǐng)D2，此氣泡-帽蓋塔是由三階層凈化槽25、26、27組成，其各自的內(nèi)徑為0.1m，且分別附加上具有160個(gè)孔洞的帽蓋28、29、30，其中每一個(gè)的擴(kuò)散面積皆為3.7×10-3m2。在各階層中吸收溶液的深度(t)皆以溢流管31與32調(diào)整至300mm，各層的間距(L)為500mm，且由塔頂注入以作為吸收溶液50的水的流量為10kg/hour。
當(dāng)以類(lèi)似范例一的方式產(chǎn)生的含有硫酸霧氣的氣體以10m3/hour的流量自塔底注入時(shí)，每方米的氣體擴(kuò)散器(帽蓋)擴(kuò)散面積的流量約為2600m3/hour。塔頂處的硫酸霧氣濃度為0.04ppm體積，且去除率為99％。另每一階層的壓降約為450mmAq。
比較例一此例是使用充填式凈化塔20來(lái)去除硫酸霧氣，其中尺寸為1/2時(shí)的Raschig環(huán)充填在長(zhǎng)度1.5m且內(nèi)徑100mm的充填塔中，此充填塔的外型如圖3所示。以類(lèi)似范例一的方式產(chǎn)生的含有硫酸霧氣的氣體55，是以10m3/hour的流量自塔底注入。塔頂并配置有一噴灑嘴21以改善水的擴(kuò)散性，且作為吸收溶液的水由噴灑嘴21噴灑至塔內(nèi)，并由塔底排出，另輸入的水量在10至200kg/hour之間。結(jié)果，塔頂處的氣體中的硫酸霧氣含量為1.2至2.0ppm體積，且去除率為50％至70％。
由此可見(jiàn)，本發(fā)明的硫酸霧氣的去除方法或裝置的優(yōu)點(diǎn)，就是可以簡(jiǎn)單且高效率地去除硫酸霧氣。
雖然本發(fā)明已以一較佳實(shí)施例公開(kāi)如上，但其并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉該項(xiàng)技術(shù)的人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)所作的各種更動(dòng)與潤(rùn)飾，均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍，而本發(fā)明的保護(hù)范圍權(quán)利要求書(shū)所限定的為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種去除硫酸霧氣的方法，其特征在于其步驟包括將一含有硫酸霧氣的氣體經(jīng)由一氣體擴(kuò)散器通入一吸收溶液中，其中該氣體擴(kuò)散器具有復(fù)數(shù)個(gè)平均孔徑約為1000μm或以下的孔洞。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的去除硫酸霧氣的方法，其特征在于其中就每平方米的該氣體擴(kuò)散器的擴(kuò)散面積觀之，該含有硫酸霧氣的氣體的流量約為100至5000m3/hour。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的去除硫酸霧氣的方法，其特征在于該吸收溶液的深度約介于0.1m至2m之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的去除硫酸霧氣的方法，其特征在于該氣體擴(kuò)散器是一多孔材料，該多孔材料所具有的一平均孔徑約為500μm或以下，且所具有的一多孔性約為30％或以上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的去除硫酸霧氣的方法，其特征在于該氣體擴(kuò)散器是一具有帽蓋的氣泡-帽蓋型氣體擴(kuò)散器，該帽蓋具有復(fù)數(shù)個(gè)平均孔徑約為1000μm或以下的孔洞。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的去除硫酸霧氣的方法，其特征在于將該含有硫酸霧氣的氣體通入該吸收溶液的過(guò)程依序重復(fù)進(jìn)行復(fù)數(shù)次。
7.一種去除硫酸霧氣的裝置，包括復(fù)數(shù)個(gè)凈化槽，其特征在于該復(fù)數(shù)個(gè)凈化槽內(nèi)具有一吸收溶液，并裝配有一氣體擴(kuò)散器以將一含有硫酸霧氣的氣體通入該吸收溶液中，其中該氣體擴(kuò)散器的一平均孔徑約為1000μm或以下，且各該凈化槽連接在一起，使得該氣體可依序通過(guò)該些凈化槽。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的去除硫酸霧氣的裝置，其特征在于其中包括一凈化塔，該凈化塔的內(nèi)部空間以復(fù)數(shù)個(gè)托盤(pán)分隔成復(fù)數(shù)個(gè)階層，該些托盤(pán)至少有一部分具有該氣體擴(kuò)散器，且該凈化溶液澆灌在每一階層的該些托盤(pán)上以形成復(fù)數(shù)個(gè)凈化槽，另該凈化塔的下部有一供該含有硫酸霧氣的氣體進(jìn)入的入口，且上部有一氣體出口。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的去除硫酸霧氣的裝置，其特征在于該氣體擴(kuò)散器是一多孔材料，該多孔材料所具有的一平均孔徑約為500μm或以下，且所具有的一多孔性約為30％或以上，而該些托盤(pán)的全部或一部分由該多孔材料組成。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的去除硫酸霧氣的裝置，其特征在于該些托盤(pán)是復(fù)數(shù)個(gè)具有帽蓋的氣泡-帽蓋型托盤(pán)，該帽蓋具有復(fù)數(shù)個(gè)平均孔徑約1000μm或以下的孔洞。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的去除硫酸霧氣的裝置，其特征在于其中有一吸收溶液入口配置于最上階層的該氣體擴(kuò)散器的上方，該吸收溶液由該吸收溶液入口進(jìn)入，且通過(guò)一溢流裝置將溢流的該吸收溶液依序傳送至下一階層中。
全文摘要
本發(fā)明提供一種消除硫酸霧氣的方法,使含有硫酸霧氣的氣體經(jīng)過(guò)一氣體擴(kuò)散器而通入一吸收溶液中,其中氣體擴(kuò)散器上具有平均孔徑為1000微米或以下的孔洞。這種消除硫酸霧氣的方法既簡(jiǎn)單又十分有效。
文檔編號(hào)B01D53/18GK1340371SQ0112425
公開(kāi)日2002年3月20日 申請(qǐng)日期2001年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2000年8月21日
發(fā)明者森康彥, 鈴田哲也 申請(qǐng)人:住友化學(xué)工業(yè)股份有限公司