專利名稱:從氣流中除去二氧化硫的方法
本發(fā)明涉及在液-氣接觸裝置及其工藝方面的改進(jìn)，在該工藝過程中用液體吸收二氧化硫或與其反應(yīng)。一個特殊的應(yīng)用是Wellman-Lord工藝過程中的吸收器。它用亞硫酸鹽水溶液從廢氣，特別是從火力發(fā)電廠的煙道氣中除去二氧化硫。不過，它還適用于來自冶煉廠，硫酸工廠的廢氣流或任何含二氧化硫的氣流。
Wellman-Lord工藝過程是采用含水液體-氣體接觸裝置的工藝方法中的一個例子，即使用堿性亞硫酸鹽水溶液(通常為亞硫酸鈉)，從煙氣中除去二氧化硫，該溶液在吸收塔中通過形成亞硫酸鹽與二氧化硫化學(xué)結(jié)合。這種方法包括一個獨(dú)立的再生裝置，以便使亞硫酸氫鹽轉(zhuǎn)化為亞硫酸鹽并回收二氧化硫氣體，然后，將二氧化硫氣體壓縮裝瓶，或?qū)⑵滢D(zhuǎn)化成硫酸或元素硫。在處理燃煤工廠的煙道氣的情況下，還包括一個用來除去飛灰和氯化物的獨(dú)立裝置。
由于在可再生的Wellman-Lord方法中，為了克服吸收器中的壓強(qiáng)降需要大量投資費(fèi)用和需要高的能耗，過去廣泛地選擇非再生的煙道氣脫硫方法，盡管這些方法產(chǎn)生的固體廢物的處理是個主要問題。
本發(fā)明為吸收裝置及其操作的改進(jìn)，具體地說，本發(fā)明的方法涉及Wellman-Lord方法的吸收器，因而降低了投資費(fèi)和需要的能耗，這樣使這種可再產(chǎn)生法更經(jīng)濟(jì)，并且還避免了非再生方法中的固體廢物處理問題。
圖1為吸收塔10的示意圖，它標(biāo)出了液體分布器11、可選擇的填料擋板12，填料支座13、傳統(tǒng)氣體分布器和如果有必要的話，液體吸集14的位置，并標(biāo)出了它的液體和氣體的進(jìn)出口。
圖2為具有供給槽20、間隔組件21和流體導(dǎo)板22的優(yōu)選液體分布器的局部的部件分解圖。在流體導(dǎo)板22上裝有滴液指狀物或棒23，其端部在接近填料(24)(如圖所示)處。
圖3為圖2所示的優(yōu)選分布器部件裝配術(shù)行條示意圖。
圖4與圖2相似結(jié)構(gòu)的部件分解側(cè)視圖，但在該結(jié)構(gòu)中，間隔組件21被隔片25所代替。
圖5為部分間隔組件21放大的橫截面示意圖。
通過利用在板低的液體流量下的液體分布和高效率的不規(guī)則填料，本發(fā)明可以在相當(dāng)矮的低壓降的單個填料塔中實(shí)現(xiàn)吸收步驟，并且在再生前，吸收劑溶液不需要循環(huán)。
液體進(jìn)入塔頂?shù)牧髁繛?.05～1.0加侖/分·平方英尺，或更好是0.2～0.3加侖/分·平方英尺。只使用新鮮的吸收劑溶液，而不進(jìn)行循環(huán)使用。當(dāng)使用這種低液體流量時(shí)，應(yīng)選擇這樣的塔填料，以使塔的操作與低的液體流量相適應(yīng)。一種運(yùn)用的填料類型是這樣一種類型，其中的操作主要是液滴的結(jié)合和分離，而不是通過在潤濕填料的大量表面噴灑液體來實(shí)現(xiàn)的。這種類型的一種適用填料為Hsia的4，511，519號美國專利中所示的高孔隙填料，將此專利的公開內(nèi)容結(jié)合在此供參考。這種填料具有大量的滴液點(diǎn)，相當(dāng)?shù)偷谋砻娣e，但非成行的相互作用的邊緣有相當(dāng)長的總長度。
由于本發(fā)明的低液體流量，只是Wellman-Lord方法使用的板式塔或具有捕集板的大多數(shù)填充塔中，常規(guī)操作的液體滯留時(shí)間的一半到十分之一，使亞硫酸鹽到硫酸鹽的氧化問題降低50%到90%。這一點(diǎn)是十分重要的，因?yàn)榱蛩猁}會降低液體的吸收效率，因此必須在再生過程中除去，它還會增加工藝過程的投資和操作費(fèi)用。另外，這種硫酸鹽為固體廢料，必須以對環(huán)境安全的方式處理這些廢料。
為了將液體分布到填料上，以便利用低流量的優(yōu)點(diǎn)，可以采用一種滴液式分布器，該分布器提供至少3個，最好至少6～9個均勻布置在每平方英尺上的供液點(diǎn)。適用于這種目的的最初打算用于非極性液體的適宜液體分布器示于4，264，538號美國專利中。雖然，在該專利中公開的這種類型的分布器是設(shè)計(jì)用于有機(jī)液體的，如后面所述，通過使用親水涂層，它可以用于本發(fā)明?？梢圆捎闷渌愋偷囊后w分布器，例如在較大直徑的塔中，適當(dāng)?shù)貫榈鸵后w流量設(shè)計(jì)的噴霧型分布器可能是十分合適的，因?yàn)樗某杀据^低。還可以使用適合于傳送所要求的低液體流量的任何其他類型的分布器。如果分布器的效率較低，必須增加填料床的長度。因此，也許可以采用效率較低的分布方法，但承受的后果是成本較高和深度床層固有的較高壓降。
當(dāng)使用金屬(不銹鋼)槽型的或滴液型分布器時(shí)，分布器的表面、傳遞液體供槽的外側(cè)應(yīng)涂以親水微孔涂層。這樣當(dāng)液體在重力作用下流過這些表面時(shí)，該涂層使液體在表面上形成一層液體膜。經(jīng)涂敷的滴液指狀物也應(yīng)全部延伸到接近或與填料(或填料擋板，如果使用的話)的表面接觸。這一距離不應(yīng)明顯大于進(jìn)入的液滴的直徑，以便避免對流流動氣體夾帶液體。這種方案產(chǎn)生最大的效率，并可以避免在吸收器出口處使用除霧器。
在下面實(shí)施例中，采用在4，511，519號美國專利的附圖7～10中所示的填料，該填料直徑為3 1/2 英寸，軸向高度為1 1/4 英寸。填充高度為7.5英尺。采用3，937，769號美國專利中敘述的液體分布器，該分布器每平方英尺上具有9個滴液指狀物。將這種分布器的工作表面用如4，467，070號美國專利中所述的，Hydromer，Inc，Whitehouse，N.J.出售的樹脂膠乳抗阻劑親水涂層涂敷。這種分布器還包括一個圖2、3和5中21所示的波浪式多孔板。波浪交替地面向相反的方向。在8密耳的鋼板上，圖5中的波浪50在這種情況下有3/16英寸的開縫，以幫助分布液體。這種塔直徑為30英寸。液體混合物組成如下重量百分比Na2SO317.4Na2S2O52.9Na2SO46.0H2O 73.7實(shí)驗(yàn)結(jié)果示于表1中。
表2示出了每次實(shí)驗(yàn)的壓強(qiáng)降和計(jì)算傳質(zhì)系數(shù)。當(dāng)氣體流量的大小使得塔處于負(fù)載區(qū)操作時(shí)，得到最高的傳質(zhì)系數(shù)。也就是說，氣體流量足夠高，使得塔內(nèi)的液體存液量增加。因?yàn)樘畛淇臻g被液體占據(jù)而導(dǎo)致壓力降和氣液接觸的增加。
表Ⅰ實(shí)驗(yàn)液體流量氣體流量 SO2氣體份數(shù)/百分編號 GPM/Ft2Lbs/hr/ft2進(jìn)入量 (ppm)流出量1 0.145 1813.3 717.2 1602 0.142 3374.6 711.7 2203 0.157 3526.0 944.5 5104 0.312 3631.7 1402.1 400
5 0.157 1964.1 1065.7 6006 0.324 3481.4 676.0 80表Ⅱ?qū)嶒?yàn)壓強(qiáng)降水柱高傳質(zhì)系數(shù)KaG編號英寸/ft LB·摩爾/hr·ft3·ATM1 0.105 13.42 0.388 22.13 0.429 15.54 0.429 28.25 0.113 6.86 0.461 39.4與Wellman-Lord工廠中使用現(xiàn)行設(shè)計(jì)情況相比較，采用單個填充床大大地降低了吸收器的投資費(fèi)用。這種單個填充床還大大地降低了操作費(fèi)用，主要表現(xiàn)在送入吸收器的氣體所需的鼓風(fēng)機(jī)功率，還取消了當(dāng)前所需的液體循環(huán)泵。為了實(shí)現(xiàn)節(jié)能，填充床最好使用高效率填料，該填料可以在最小長度的床內(nèi)達(dá)到所需的傳質(zhì)接觸效率，并具有足夠低的壓強(qiáng)降，以使盡可能地節(jié)約能量。
通過使用小于本發(fā)明的最佳安排，能獲得節(jié)約部分投資費(fèi)和能量的效益。也就是說，不是用單個填充床代替原來的吸收過程中所有的泵送循環(huán)工段，而是有可能將一些泵送循環(huán)工段結(jié)合成二個或三個工段。這些工段仍然可以采用液體循環(huán)，達(dá)到高液體流量操作，但仍使壓強(qiáng)降減小一些。能量的節(jié)約是由于取消了一些捕集板。取消這些捕集板還節(jié)約了大量投資費(fèi);由于捕集板用不銹鋼制成的，因此是非常貴的。
一種進(jìn)一步部分簡化結(jié)構(gòu)是可能的。這種結(jié)構(gòu)使用兩個床。上面一段可以是填充段，經(jīng)再生的吸收溶液以低液體流量一次通過床層，由于這種再生的溶液中的SO2蒸氣壓低，有可能使排出氣體中SO2含量最低。床層的下面一段為液體循環(huán)的，這樣流量較高利于液體的分布，就會避免在干燥區(qū)域引起的潛在的鹽沉淀問題。
由此，這種無泵送循環(huán)的、采用低液體流量的單個填充床可以用于吸收直接來自SO2源的氣體流中的SO2，或作為最終階段吸收來自需要燒煤的發(fā)電廠中包括除飛灰和除氯化物的任何中間污染控制裝置的SO2。
在正常操作中，以亞硫酸鹽的濃度和液體以及氣體的進(jìn)料流量為基礎(chǔ)，向塔中加入一般超過10～20%化學(xué)計(jì)量的吸收劑亞硫酸鹽溶液。但是，在某些情況下，為了有效地再生也許更希望使吸收劑液體充分反應(yīng)，而不是除去氣體中全部SO2。在這種情況下，吸收劑液體進(jìn)料量可以稍微小于以化學(xué)計(jì)量為基礎(chǔ)的量。
權(quán)利要求
1.一種從氣流中除去SO2的方法，該方法包括將上述氣流通入填充塔的底部，同時(shí)將亞硫酸鹽水溶液加入塔的頂部，其流量為0.05～1.0加侖/分·平方英尺，將脫除SO2后的氣體從塔頂排出，將亞硫酸氫鹽水溶液從塔的底部排出。
2.如權(quán)利要求
1所述的方法，其中單位時(shí)間內(nèi)加入的液體中總亞硫酸含量至少等于單位時(shí)間內(nèi)加入的氣體中二氧化硫含量。
3.如權(quán)利要求
1所述的方法，其中的含水亞硫酸鹽為堿性亞硫酸鹽。
4.如上述任一權(quán)利要求
中所述的方法，其中的亞硫酸鹽水溶液經(jīng)噴霧式分布器分布。
5.如權(quán)利要求
1～3中的任一個中所述的方法，其中的亞硫酸鹽溶液用槽式分布器分布。
6.如權(quán)利要求
5中所述的方法，其中的分布器具有一個親水表面，液體從該表面流到填料。
7.如權(quán)利要求
6中所述的方法，其中的液體經(jīng)具有上述親水表面的滴液指狀物分布。
8.如權(quán)利要求
1～3中的任一權(quán)項(xiàng)所述的方法，其中的液體流量為0.2～0.3加侖/分·平方英尺。
9.一種分布含水液體到填充填頂部的方法，上述液體經(jīng)具有親水表面的滴液指狀物分布，以使該表面全部被該液體浸濕。
10.如權(quán)利要求
9所述的方法，其中的滴液指狀物上面有有機(jī)親水涂層的不銹鋼構(gòu)成。
專利摘要
一種在填充塔中吸收氣體中SO
文檔編號B01D53/18GK87100724SQ87100724
公開日1987年10月14日 申請日期1987年2月26日
發(fā)明者弗蘭克·魯凱維娜 申請人:諾頓公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan