專利名稱：從氣流中去除污染物的改進(jìn)方法
本申請要求于2003年10月17日提出的序號為60/512469的美國在先專利申請的優(yōu)先權(quán)。
背景技術(shù)：
本申請?zhí)峁┮环N從廢氣中分離和去除氮氧化物、硫氧化物，重金屬和其它污染物的改進(jìn)方法。這些廢氣包括來自任何完全的或部分的燃燒源、熱過程的廢氣，以及來自礦物燃料燃燒爐，加熱爐，焚燒廠，精煉、石油和石化廠，無機(jī)、有機(jī)、精細(xì)和散裝化學(xué)品廠的過程廢氣。
近來聯(lián)邦和地方環(huán)境法要求嚴(yán)格降低排放到大氣中的有害氣體物質(zhì)，其中主要的有害空氣污染物為氮氧化物(NOx)。應(yīng)這些法律的嚴(yán)格強(qiáng)制實(shí)施的要求，工業(yè)空氣污染者已做了大量嘗試來降低排放到空氣中的這些來自工業(yè)或城市源氣流中的有害物質(zhì)的量。其中可降低氣流中NOx濃度的成功嘗試常常包括廢氣中的NOx與氮基還原劑的反應(yīng)。
另一已知的從氣流中去除NOx的方法包括使NOx與臭氧接觸，從而將其氧化成例如N2O5的高價(jià)氮氧化物，并通過水洗滌器去除氣流中的這些高價(jià)氧化物。
在美國專利5206002，5316737，5985223和6197268中公開了基于臭氧的NOx氧化反應(yīng)的詳情，上述公開內(nèi)容被并入此處作為參考。
另外，環(huán)境保護(hù)局已發(fā)出通知表明環(huán)境中汞含量已處于可能對健康產(chǎn)生不利影響的水平。燒煤的電站鍋爐是最大的而且包括NOx和SOx釋放源的人為有害汞排放源之一。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)了一種可從多種工業(yè)過程的排放氣去除重金屬以及NOx和SOx的方法。
發(fā)明簡述本發(fā)明提供一種包括前述的和下述的臭氧添加劑選擇性吸附污染物的方法。該方法在降低操作和資金成本的情況下產(chǎn)生一種具有改進(jìn)性能的高效多重污染物去除系統(tǒng)。
本發(fā)明適用于處理多種來源產(chǎn)生的廢氣或工業(yè)氣體。本發(fā)明的但不限于此的特殊性能在于從完全或部分燃燒源，熱過程，過程廢氣和生產(chǎn)過程等產(chǎn)生的廢氣流中分離和去除NOx、SOx、HCI、Hg和其它污染物。這些但不限于此的過程包括礦物燃料燃燒爐，加熱爐，焚燒廠，精煉、石油和石化廠，無機(jī)、有機(jī)、精細(xì)和散裝化學(xué)品廠。此外，該裝置也可用于拋光系統(tǒng)來從廢氣中去除NOx、SOx、HCI、Hg和其它污染物，因?yàn)橛闷渌椒ㄌ幚碓搹U氣不能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明可達(dá)到的非常低的去除水平。
本發(fā)明的第一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于提供一種從廢氣中去除NOx、SOx、HCI、Hg和其它污染物的方法和裝置，它不僅滿足現(xiàn)在的要求而且符合將來的環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)，并且使用時(shí)不會引起任何二次氧化物排放。這種負(fù)載污染物的廢氣流可從完全或部分的燃燒源，熱過程和過程廢氣等過程中產(chǎn)生，其中包括但不限于礦物燃料燃燒爐，加熱爐，焚燒廠，精煉、石油和石化廠，無機(jī)、有機(jī)、精細(xì)和散裝化學(xué)品廠。
本發(fā)明的第二個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于提供一種在操作和資本兩方面的支出都有更經(jīng)濟(jì)的改進(jìn)的可將未處理廢氣中的氮氧化物、硫氧化物、酸性氣體、Hg和其它污染物降低到一個(gè)非常低的去除水平的方法。
附圖簡述附

圖1-3對本發(fā)明進(jìn)行了描述。所有構(gòu)造用于從來源于任何類型的完全或部分燃燒源，熱過程，過程廢氣等過程的廢氣中分離和去除氮氧化物，硫氧化物，重金屬和其它污染物，所述過程包括但不限于礦物燃料燃燒爐，加熱爐，焚燒廠，精煉、石油和石化廠，無機(jī)、有機(jī)、精細(xì)和散裝化學(xué)品廠。這些附圖如下附圖1的系統(tǒng)流程圖示出了用管線相互連接的一個(gè)預(yù)洗滌器，一個(gè)除霧部件，其后是一個(gè)用于氧化的分離容器和一個(gè)二階洗滌部件。
附圖2的系統(tǒng)流程圖示出了用管線相互連接的一個(gè)預(yù)洗滌器，一個(gè)除霧部件，其后是一個(gè)用于氧化的分離容器和一個(gè)單階洗滌部件。
附圖3所示的系統(tǒng)流程圖表示集成的除霧、氧化和二階洗滌部件。
附圖4的曲線表明預(yù)洗滌對二次排放的影響。
本發(fā)明的詳細(xì)描述本發(fā)明涉及處理和去除廢氣流中的NOx、SOx、HCI、Hg和其它污染物。本發(fā)明尤其涉及將含SO2的廢氣中的SO2和其它污染物部分地經(jīng)過預(yù)洗滌，使廢氣變得有益于臭氧處理。用水流可控地進(jìn)行SO2吸收的這種預(yù)洗滌器被配置以使預(yù)洗滌廢氣中細(xì)滴的形成和夾帶減少到最少。夾帶在預(yù)洗滌廢氣中的細(xì)滴可通過多種手段被物理分離或除霧。經(jīng)過除霧的預(yù)洗滌廢氣進(jìn)入氧化器，在這里廢氣被引入與化學(xué)氧化劑例如臭氧接觸和混合。
在預(yù)選摩爾比和預(yù)選氧化器的停留時(shí)間下，臭氧將NOx轉(zhuǎn)變?yōu)楦邇r(jià)的氮氧化物，高價(jià)氮氧化物更易起反應(yīng)和溶解于多數(shù)類型的水溶液中。氧化器中的氧化條件也可引起廢氣中別的污染物包括但不限于元素Hg的氧化。被氧化的廢氣然后在主洗滌器中可以逆流、錯(cuò)流或并流形式被有選擇性地洗滌。
對廢氣預(yù)洗滌具有眾多的優(yōu)點(diǎn)諸如1.可產(chǎn)生為清除洗滌廢氣中殘余的臭氧所需的亞硫酸鹽和硫酸鹽；2.可降低為實(shí)現(xiàn)更高的NOx去除率所需的臭氧量；3.產(chǎn)生有助于汞和其它污染物的氧化和去除的便利條件；4.降低被處理廢氣中NO2的排放。
本發(fā)明方法包括一些步驟在40°F-850°F溫度范圍內(nèi)的含污染物的廢氣通過管線被引入預(yù)洗滌器或預(yù)洗滌部件。當(dāng)前述溫度超過約1100°F時(shí)，通常需加入一個(gè)蒸發(fā)冷卻器。
在預(yù)洗滌器或預(yù)洗滌部件中，廢氣以這樣的方式被引入與水溶液接觸，以致優(yōu)選洗滌一些或大部分SO2、大多數(shù)高溶解性氣體和其它污染物。SO2的吸附導(dǎo)致在水相中形成亞硫酸鹽、亞硫酸氫鹽和/或亞硫酸。由于O2的吸附導(dǎo)致亞硫酸鹽氧化成硫酸鹽以及O2的可溶性遠(yuǎn)小于SO2，因此預(yù)洗滌器的設(shè)計(jì)要使O2的吸附減到最小。通過調(diào)節(jié)pH值、傳遞面和接觸時(shí)間，可改進(jìn)SO2的傳質(zhì)選擇性。預(yù)洗滌器中氣相和液相的接觸增加了預(yù)洗滌廢氣中的水汽含量。當(dāng)廢氣比要接觸的水流熱的情況下，這種氣體和液體之間的接觸導(dǎo)致在吸附的同時(shí)發(fā)生驟冷。
驟冷增加了廢氣中的水汽分壓。由廢氣預(yù)洗滌引起的所有這些影響提供了眾多的優(yōu)點(diǎn)，包括但不限于產(chǎn)生了為減少殘余的臭氧所必須的亞硫酸鹽溶液；增加進(jìn)入氧化器的廢氣中的水含量以改進(jìn)氧化條件；降低進(jìn)入氧化器的廢氣中的SO2和HCI含量以改進(jìn)氧化條件，同時(shí)使其形成來自非外來物質(zhì)的大多數(shù)氧化劑；降低了預(yù)洗滌氣流中的SO2含量；在氧化器中產(chǎn)生的有利的氧化條件促進(jìn)了元素汞的氧化；為在洗滌器中實(shí)行廢氣和其它成分的選擇性吸附提供了條件；以及避免了NO在亞硫酸鹽溶液中的吸附而形成有可能還原成NO的絡(luò)合物。
預(yù)洗滌氣體首先進(jìn)行除霧以去除夾帶在離開預(yù)洗滌器的氣流中的水溶液細(xì)滴。該除霧通過流程的幾何布置以使氣流進(jìn)入該除霧部件。細(xì)滴也可通過液體被引入預(yù)洗滌器時(shí)引起的廢氣的扭曲和旋轉(zhuǎn)或者在預(yù)洗滌器下游引入公知的除霧器或水汽分離器來分離。
離開除霧部件的廢氣進(jìn)入預(yù)選停留時(shí)間的氧化器中使其與注入該氧化器中的臭氧混合并與廢氣中的NOx發(fā)生反應(yīng)。通過臭氧對NOx的瞬時(shí)和選擇性的氧化產(chǎn)生易于溶解在多數(shù)水溶液中的高價(jià)氮氧化物。一些其它污染物諸如汞(Hg)也可在氧化器中氧化。消除或降低水溶液細(xì)滴的夾帶對提高有關(guān)臭氧消耗及隨后的吸附性能的效率是至關(guān)緊要的。應(yīng)引起注意的是為實(shí)現(xiàn)低的NOx排放，需要超過化學(xué)計(jì)量的氧化劑。本發(fā)明方法和裝置對過量的氧化物諸如臭氧進(jìn)行洗滌，使其在經(jīng)濟(jì)上是可行的。
離開氧化器的煙道氣流，在第一級洗滌器，或其中用水流洗滌氧化型的NOx、剩余的SO2、氧化型的汞和其它污染物的第一級洗滌器中，進(jìn)行處理。被氧化廢氣中的NOx和SOx與第一級洗滌器中的水流接觸可產(chǎn)生含氧酸。這些含氧酸進(jìn)一步發(fā)生氧化反應(yīng)，這非常有益于進(jìn)一步氧化汞和其它污染物。為維持氣體、汞和其它污染物所必需的氧化和吸附性能，可添加預(yù)定量的試劑。該試劑可以是氨或堿金屬或堿土金屬的氧化物，碳酸鹽，氧化物或氫氧化物。因此，在第一級洗滌器中可產(chǎn)生絡(luò)合鹽。
如前所述，為實(shí)現(xiàn)低的NOx排放量，需要超過化學(xué)計(jì)量的氧化劑。因此需要第二洗滌器或第二級洗滌器來洗滌過量的臭氧。此外，為有效地去除汞，該二級洗滌方法是必需的。基本上不含污染物和氧化劑的洗滌廢氣，在安全排放到大氣中之前經(jīng)輸送通過一個(gè)除霧部件。
煙道氣流可以是少至每分鐘數(shù)百標(biāo)準(zhǔn)立方英尺的工業(yè)過程產(chǎn)生的廢氣或是高達(dá)每分鐘百萬立方英尺的用于大發(fā)電量的燃煤鍋爐產(chǎn)生的廢氣。例如，如附圖1所示，通過管線輸送到預(yù)洗滌器的煙道氣流1，可以是來自多于一個(gè)燃煤鍋爐的、總流量超過1千萬lbs/hr的氣流。在實(shí)際應(yīng)用中該預(yù)洗滌器可以是一個(gè)獨(dú)立安裝在一個(gè)結(jié)構(gòu)或管線部件上的，并經(jīng)過改進(jìn)以提供所詳細(xì)描述的功能的容器。
根據(jù)對臭氧生產(chǎn)和可達(dá)到的效率的現(xiàn)況的了解，很顯然與改變?nèi)紵虿捎冒钡倪€原技術(shù)相比，基于臭氧的技術(shù)在經(jīng)濟(jì)上是不具吸引力的。生產(chǎn)每千克臭氧約需要10-14KW的能量。
已被證明的是，在洗滌器中臭氧可氧化NOx并隨后去除NOx至較低的水平。已報(bào)道用這種裝置處理過的氣流中NOx少于2ppmv。由于該裝置具有可將NOx降低至非常低的水平和同時(shí)可氧化其它污染物中的有機(jī)物和無機(jī)物的能力，因此該過程適用于作為管道處理系統(tǒng)的末端而存在。該過程可與其它NOx控制方法或技術(shù)結(jié)合來應(yīng)用，并可用于排氣或煙道氣流處理的上游。
為滿足漸增的將廢氣中的污染物降至更低水平的需要，基于臭氧氧化的方法將提供一種有效的溶液。但是，為實(shí)現(xiàn)這些污染物的低水平，臭氧用量需超過化學(xué)計(jì)量的量，以便氧化反應(yīng)和通過洗滌的去除可能在新的或改型的裝置中進(jìn)行。將處理過的氣流中的過量臭氧排放到大氣中是不可取的。因此Skelley等在美國專利US5316737中建議，在排放到大氣中之前，在最后的洗滌步驟中使用就地形成的亞硫酸鹽溶液或添加亞硫酸鹽溶液。
本發(fā)明使用的預(yù)洗滌器是一種氣體和液體在其中接觸并導(dǎo)致氣體中的成分選擇性的轉(zhuǎn)移到液相中的設(shè)備。預(yù)洗滌無意中會引起冷卻，該冷卻是否有益于NOx的氧化(Skelley等人)取決于冷卻的程度，未處理廢氣的溫度和廢氣的濕度等。預(yù)洗滌的主要目的在于選擇性地洗滌部分或大多數(shù)的SO2以有效地產(chǎn)生亞硫酸鹽溶液，該亞硫酸鹽溶液不僅可降低臭氧的消耗量而且可減少處理煙道氣流中殘余的臭氧濃度。選擇性地洗滌也可阻止NO在亞硫酸鹽中的吸附。吸附NO是不可取的，因?yàn)橛晌絅O產(chǎn)生的溶液需要進(jìn)一步處理使NO有可能從溶液中解吸出來。預(yù)洗滌也可增加氣相中的水汽分壓，以便在反應(yīng)器中形成的高價(jià)氮氧化物可穩(wěn)定化以形成更穩(wěn)定的NOx含氧酸，該含氧酸參與Hg的進(jìn)一步氧化使其能夠在洗滌器中穩(wěn)定地去除。
此外，在主洗滌器的上游部分地去除SO2有助于減輕所需的氧化化學(xué)的需要，以阻止元素汞的二次輻射。在污染控制工業(yè)使用的常規(guī)洗滌器和驟冷器不能滿足本發(fā)明方法對所要求的預(yù)洗滌器的期望。在水溶液中SO2的溶解性比O2的大幾個(gè)數(shù)量級。由于化學(xué)反應(yīng)在包含強(qiáng)堿或堿性的碳酸鹽、氫氧化物和氧化物的水相介質(zhì)中SO2的吸附被增強(qiáng)，在亞硫酸鹽存在下O2的吸附同樣被增強(qiáng)。SO2和O2吸附的真實(shí)機(jī)理有些復(fù)雜。以溶解性來表征在吸附中的降低過于簡化了這種現(xiàn)象，但是，它是影響SO2比O2優(yōu)先吸附的主要因素。
為了促使SO2的選擇性傳遞超過其它溶解性低的成分，可采用下列方法本身或者這些方法的結(jié)合來實(shí)現(xiàn)，而且這些方法之間沒有特別的優(yōu)先次序。例如，所述方法為氣體接觸圓錐表面的渦流液體、流動(dòng)氣體穿過大的水流滴形成的水幕；氣體接觸濕壁或接觸器表面；氣流接觸噴霧器產(chǎn)生的大的液體；動(dòng)態(tài)地控制氣液接觸面積；氣液接觸后有效的分離氣相中的液滴；以及限制氣液接觸時(shí)間。
在這種類型的選擇性預(yù)洗滌器中，可產(chǎn)生細(xì)滴的噴霧由于某種物理限制通常不是最佳的，即使細(xì)滴可提供更大的質(zhì)量傳遞面積來降低易溶氣體例如SO2、HCI等的選擇性。洗滌SO2在液相中產(chǎn)生了亞硫酸。在堿性化合物諸如氨、碳酸鹽、氫氧化物或堿土金屬存在下，亞硫酸轉(zhuǎn)變?yōu)閬喠蛩猁}或亞硫酸氫鹽。較細(xì)的液滴也可形成霧，由于表面阻力可夾帶在快速移動(dòng)的氣流中。這些夾帶的亞硫酸鹽、亞硫酸氫鹽和亞硫酸滴對清除臭氧非常有利，但不希望進(jìn)入氧化部件中。
此外，這些細(xì)滴由于每單元體積的水流呈現(xiàn)更大的表面積，需要延長處理時(shí)間來減少進(jìn)入氧化部件的氣體夾帶物。這些夾帶物能使廢氣中的氧氣被吸附，從而將本發(fā)明極需的亞硫酸鹽轉(zhuǎn)變?yōu)椴黄鹣龤堄喑粞踝饔玫牧蛩猁}。
為將細(xì)霧的產(chǎn)生和氧氣的吸附降至最少，不僅需要首先減少氣體與液流、液流的霧或滴之間的氣液接觸面積，還需要減少該氣液接觸時(shí)間。
應(yīng)注意的是離開該預(yù)洗滌器的廢氣將被水汽部分飽和或完全飽和。為了減少離開預(yù)洗滌器的氣相中的液滴，該氣流需要進(jìn)行除霧。該除霧裝置可包括諸如放置在廢氣通道上的以扭曲或旋轉(zhuǎn)煙道氣流的人字形或絲狀金屬網(wǎng)墊設(shè)備。其它除霧方法為讓較高動(dòng)量的液滴撞擊延伸表面來使液滴合并，并在重力作用下落下。當(dāng)廢氣中顆粒物的載量高時(shí)，內(nèi)嵌設(shè)備的使用將受限。在這種情況下，也可通過簡單地調(diào)節(jié)廢氣的移動(dòng)來去除液滴，在該方法中由于廢氣速率的改變大多數(shù)的液滴落下。改變氣流的方向或速度也可導(dǎo)致液滴的分離，或者有時(shí)上述二者的結(jié)合方法也被有利地使用。
速率的改變可通過改變下游容器的幾何形狀來實(shí)現(xiàn)，例如將氣流沿切線引入圓柱形容器時(shí)，液滴在離心力作用下與圓柱形容器表面接觸、合并并在重力作用下落下，同時(shí)氣體沿螺旋形通道向上移動(dòng)。被引入用于洗滌氣體的預(yù)洗滌器噴霧也可使離開氣流產(chǎn)生必要的旋轉(zhuǎn)。離開預(yù)洗滌器的氣體通到橫截面大的容器中，導(dǎo)致速率降低從而使得較大的液滴脫落。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)向附圖，如附圖1所示，廢氣1在預(yù)洗滌器A中通過與液流4接觸被選擇性地洗滌。預(yù)洗滌器A具有自己的通過向后泵送液流5來形成4的液體再循環(huán)回路。該液流4通過管線2補(bǔ)充堿性原料，通過管線3補(bǔ)充水以維持所期望的pH值和固體含量。再循環(huán)回路中的一些液體被取出并通過管線9供給洗滌器E。依據(jù)該洗滌器處理固體的能力，在該洗滌器E供給裝置的上游放置一個(gè)直通管線6的固體排除裝置7。該固體排除裝置可以是一個(gè)過濾器、一個(gè)水力旋流器、一個(gè)沉降槽等。從過濾器7出來的液流可經(jīng)過管線8供給一個(gè)濾過固體床。
管線5也供料給泵A1，泵A1可通過管線4將液體輸送回預(yù)洗滌器A。管線10離開預(yù)洗滌器A并具有一個(gè)返回預(yù)洗滌器A的小的循環(huán)管線11。管線10將液體引入氧化器B。管線14連接氧化器B和第一級洗滌器D。泵D1通過管線17供給該第一級洗滌器D。
管線15離開第一級洗滌器D到第二級洗滌器E，該第二級洗滌器E由泵E1通過管線20來供料。管線21離開第二級洗滌器E并將氣體排放到大氣中。
應(yīng)強(qiáng)調(diào)的是在一些應(yīng)用中，獨(dú)立的預(yù)洗滌再循環(huán)回路可以是不必要的。代替再循環(huán)回路的是，經(jīng)過管線4的一部分液流可供給預(yù)洗滌器A，而經(jīng)過管線5的相應(yīng)液體則被返回到洗滌器E的貯槽中。
臭氧發(fā)生器C接受氣體原料流12，該氣體原料流12是干燥的空氣、氧氣或空氣和氧氣的混合氣。在大規(guī)模應(yīng)用中，通常發(fā)現(xiàn)使用氧氣更經(jīng)濟(jì)有效。氧氣通常以液體形式來供給，或者使用低溫的或非低溫的空氣分離單元就地產(chǎn)生。全世界的工業(yè)氣體廠已設(shè)法滿足和適應(yīng)精煉廠、化工廠、玻璃廠、鋼鐵廠和許多其它加工工業(yè)對氧氣的需求。
已商業(yè)化應(yīng)用的臭氧發(fā)生器包括單程的殼管式熱交換器，其中冷卻水在管際空間，而氧氣流過由不銹鋼制成的管子。每個(gè)管子充當(dāng)一個(gè)被絕緣體和壓縮空氣或氧氣流過的同心體積分開的且在中心包含一個(gè)高壓電極的接地電極。該高壓電流引起電暈放電，激發(fā)氧分子并導(dǎo)致臭氧的形成。
供料給臭氧發(fā)生器C的氣流12，根據(jù)電極的功率形成濃度范圍為2-18％或更高的臭氧。含臭氧氣流13在氧化器B中與經(jīng)過預(yù)洗滌和除霧的氣體混合。臭氧在煙道氣流中的分布非常重要以確保完全混合。如果臭氧分布不適當(dāng)，NOx的去除率降低并隨之在洗滌過程產(chǎn)生多個(gè)可導(dǎo)致不符合本發(fā)明目的的問題。隨著計(jì)算機(jī)和計(jì)算法的進(jìn)展，基于計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)的軟件工具可建立更有把握的臭氧分布圖。
通過一個(gè)可確保O3充分分布并在較短的周期內(nèi)與廢氣混合的臭氧注入柵極，將臭氧引入煙道氣流中。如上所述，臭氧在氧化器本身的上游被混合。實(shí)質(zhì)上，氧化反應(yīng)在臭氧與廢氣混合后開始。該氧化部件或氧化室也可以完整的三工序示意圖來表示氧化器B。在該室B中，NOx、SOx、CO和其它污染物在臭氧存在下被氧化。在室B中將NO轉(zhuǎn)變?yōu)镹O2、NO3和N2O5以及氧化其它污染物的總反應(yīng)組如下(1)(2)
(6)(7)(8)其它污染物諸如元素汞也在氧化器中氧化。
(9)因?yàn)閺U氣經(jīng)過預(yù)洗滌，水汽水平或濕度可能較高。除氧化反應(yīng)形成NOx的含氧酸外，在氣相中也將形成NOx和SOx的含氧酸(10)
也發(fā)現(xiàn)在氣相中的硝酸存在下，元素汞的氧化反應(yīng)約增強(qiáng)。但SO2的存在則抑制汞的氧化反應(yīng)。因此，在預(yù)洗滌器中去除部分或大量的SO2是有利的。在較高的含水量存在下，臭氧也形成一些已知的可氧化汞和其它污染物的羥基(OH-)。汞氧化的明顯高的氧化速率是臭氧、水汽和氮的含氧酸累積作用的結(jié)果。反應(yīng)式1-12代表了氧化器中的簡化的均相化學(xué)反應(yīng)。
氧化器中以液滴形式存在的水形成異相。NOx、SOx和其它污染物將開始吸附在液滴中。NOx形成亞硝酸和硝酸而SOx的吸附產(chǎn)生亞硫酸。
(13)
(15)(16)(17)如下的許多其它反應(yīng)也有助于很少量的NOx的去除。
(18)(19)(20)由于在水相中的不穩(wěn)定性，少許亞硝酸發(fā)生分解。
(21)在堿、堿土金屬或堿性化合物存在下，在那些液滴中分別形成硝酸鹽和亞硫酸鹽。
(22)(23)(24)在水相中氧氣和臭氧的溶解性都非常小。由于液相中的化學(xué)反應(yīng)，氧氣和臭氧從氣相到液相的傳質(zhì)增大。特別是已經(jīng)存在的和在氧化器中形成的亞硫酸和硫酸使得臭氧在這些液滴中的吸附急劇增強(qiáng)。這大大增加了臭氧的消耗，這是非常不期望的。
(25)(26)臭氧氧化NOx的主要反應(yīng)是反應(yīng)式(1)描述的將NO氧化成的NO2反應(yīng)和反應(yīng)式(2)描述的將NO2進(jìn)一步氧化成NO3的反應(yīng)。由于該在先的反應(yīng)比后面的反應(yīng)快，臭氧的缺乏將剩下部分NO2未氧化。這可通過增加超過化學(xué)計(jì)量的臭氧來稍微補(bǔ)償。在氧化器中以亞硫酸形式去除的SOx若被液滴吸附，則無法用于在洗滌器E中清除未反應(yīng)的氧化劑。為此，大大降低氧化廢氣中的液滴是有利的。
離開氧化器的氧化氣流然后被引入洗滌器D中與水相的液流接觸。該洗滌可以是單級的或多級的。在一個(gè)兩級工藝中，在第一級4中的洗滌介質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)是氧化性的而第二級是富含亞硫酸的。該洗滌器可以是填充塔、噴霧塔、板式塔、盤式塔、錯(cuò)流的、逆流的或并流的。相信每一級吸附可包括大于1的傳質(zhì)理論板數(shù)。NOx的高度氧化形式諸如N2O5、NO3以及逃出預(yù)洗滌器A的其它極易溶解的氣體諸如HCI、HF一與液體接觸就被洗滌，因此最早與氣體接觸的第一級的一部分是酸性和氧化性最大的區(qū)域或平面。在預(yù)洗滌器中已經(jīng)去除了一些或部分SOx，此外，SO2的溶解性遠(yuǎn)小于NOx的氧化形式。
因此，由于預(yù)洗滌器和改進(jìn)的氧化方法，可產(chǎn)生對提高汞的俘獲和穩(wěn)定至關(guān)重要的高度氧化的酸性區(qū)域。在洗滌步驟中，氣相中的一些氧化反應(yīng)繼續(xù)而污染物的溶解發(fā)生在液相中。一旦所期望量的NOx被吸附，溶解性差的SO2的吸附開始進(jìn)行。所有這些氣體的溶解性質(zhì)在反應(yīng)式(13)-(24)描述。剩余的SO2吸附產(chǎn)生亞硫酸鹽。在出版物(Jethani等人)和專利文獻(xiàn)中均詳細(xì)報(bào)道了用亞硫酸鹽溶液洗滌可去除NOx的低價(jià)氧化物。亞硫酸鹽對去除NO2尤其有效。在該步驟中NOx的低價(jià)氧化物主要包括NO和NO2。NO是無色的，而NO2是暗褐色的且有助于被處理氣流的不透明度。因此，后面區(qū)域中SO2的吸附不同可產(chǎn)生如下的優(yōu)點(diǎn)它有助于清除殘余的臭氧；它可進(jìn)一步降低離開該洗滌步驟的氣流中的NOx水平以及它降低了被處理氣流的不透明度。
如附圖1所示，該洗滌部件包含兩級。來自預(yù)洗滌器A的富亞硫酸鹽流被供給洗滌系統(tǒng)的第二級洗滌器E。在一特殊的實(shí)例中，管線9可供料給第二級洗滌器E的貯槽。從第二級排放的液流20A被輸送到洗滌部件的第一級。如上所述的為了維持還原的化學(xué)性質(zhì)和增強(qiáng)對SO2的捕獲，應(yīng)持續(xù)檢測pH值并通過堿供給19進(jìn)行調(diào)節(jié)。在第一級洗滌器D中，NOx的高價(jià)氧化物、一些臭氧以及高溶解性的氣體可被洗掉。堿供給管線16提供pH值的調(diào)節(jié)以維持該洗滌步驟所期望的化學(xué)性質(zhì)。該階段的排放物通過管線18被輸送到一個(gè)污水處理裝置。不同于常規(guī)洗滌器的是由于排放物來自多個(gè)氧化步驟，該污流的COD(化學(xué)需氧量)較低，可將氧化處理的對功率的強(qiáng)烈需求降至最少。附圖1和附圖3所示的構(gòu)造是二級洗滌系統(tǒng)的優(yōu)選裝配。
轉(zhuǎn)向附圖2中，原料廢氣31被供給預(yù)洗滌器F。從預(yù)洗滌器穿過管線35到泵F1的循環(huán)在經(jīng)過管線34循環(huán)返回該預(yù)洗滌器。分別通過管線33和32來補(bǔ)充水和堿性供料。液流通過管線37離開該預(yù)洗滌器同時(shí)也可通過一個(gè)再循環(huán)管線38返回到該預(yù)洗滌器F中。管線37進(jìn)入氧化器G中，G被供給來自臭氧發(fā)生器H的臭氧，而H通過管線39被供給氧氣，并通過管線40輸送氧氣和臭氧的混合物給氧化器G。管線41通向濕式洗滌器I，該濕式洗滌器I經(jīng)由泵I1通過管線43供料。堿料穿過管線44到管線43的液料中，而且洗滌氣通過管線42釋放到大氣中。該濕式洗滌器I也可通過管線36被供給管線34中的液料。
在附圖3中，廢氣通過管線51輸送到預(yù)洗滌器J中。堿和補(bǔ)充水分別通過管線54和55輸送到向預(yù)洗滌器J供料的管線53中。洗滌液流經(jīng)管線52到泵J1中，也可經(jīng)過管線53循環(huán)返回到洗滌器J中或經(jīng)過管線59輸送到第二級洗滌器K3中。管線56離開泵J1通過管線56到一個(gè)過濾裝置57中，該過濾裝置57具有一個(gè)過濾過的固體排放管線58以及離開它的供料管線59。管線55輸送補(bǔ)充水到氧化器K1，K1接受流經(jīng)管線71的來自臭氧發(fā)生器L的氧氣和臭氧混合物，而L接受流經(jīng)管線60的氧氣原料。管線62連接氧化器K1和第一級洗滌器K2。洗滌器K2與第二級洗滌器K3也是向相鄰的，K3通過管線71將洗滌氣釋放到大氣中。泵K4通過管線63供料給第一級洗滌器K2，管線63通過管線68供給堿料并通過管線69排放到一個(gè)污水處理裝置中。一些洗滌過的溶液通過連接到再循環(huán)罐M的管線64離開第二級洗滌器K3。管線65離開再循環(huán)罐到泵M1，泵M1通過66將液體泵送返回第二級洗滌器K3。堿液也可通過管線67輸入該液體中。管線66中的該液體料液也可替代地通過管線70被輸送回氧化器K1中作進(jìn)一步處理。
在另一實(shí)施方式中，在預(yù)洗滌以及洗滌部件中使用石灰和石灰石基試劑而不是鈉基試劑。當(dāng)使用石灰石基試劑時(shí)，來自洗滌器D的再循環(huán)溶液被空氣氧化。例如鈉基或鉀基試劑的堿液洗滌在工業(yè)和石化應(yīng)用中更流行。在另一個(gè)實(shí)施方式中，堿和堿土金屬鹽結(jié)合使用，其中堿被再循環(huán)，而硫和氮的氧化酸的堿土金屬鹽與補(bǔ)充的堿土金屬的碳酸鹽/氫氧化物分離。在一個(gè)實(shí)例中，含24.2ppm的NOx(幾乎全是NO)的2420scfm的煙道氣流在氧化器中用臭氧進(jìn)行處理。離開氧化器的氣體用碳酸鈉溶液洗滌。在洗滌部件D中沒有亞硫酸鹽存在，進(jìn)入洗滌部件E的煙道氣流中包含9.8ppm的殘余臭氧和7.5ppm的NO2。在部件E的再循環(huán)液體中存在的亞硫酸鈉可清除幾乎所有殘余的臭氧至少于0.38ppm，并將排放到大氣中的NO2排放物降低至少于2ppm。如附圖4所示，隨著預(yù)洗滌器的效率增大，NOx的去除率也增大，而排放到大氣中的殘余臭氧顯著降低。
雖然在此已以特定的實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了描述，很顯然本發(fā)明的眾多其它形式和變形對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說將是顯而易見的。本發(fā)明的附加權(quán)利要求通常應(yīng)被理解為包括符合本發(fā)明精神和范圍的所有這些顯而易見的形式和變形。
權(quán)利要求
1.一種從氣流中去除污染物的方法，包括以下步驟(a)將所述氣流供給預(yù)洗滌器；(b)將來自所述預(yù)洗滌器的所述氣流和臭氧流供給氧化器區(qū)域；(c)將來自所述氧化器區(qū)域的所述氣流供給第一級洗滌器；以及(d)將來自所述第一級洗滌器的所述氣流供給第二級洗滌器。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述污染物選自氮氧化物、硫氧化物、酸性氣體和重金屬。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述氣流是一種煙道氣流。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述預(yù)洗滌器選擇性地將硫氧化物轉(zhuǎn)變?yōu)閬喠蛩猁}、亞硫酸氫鹽或亞硫酸。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述氣流被除霧。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述氧化器區(qū)域?qū)⑺龅趸锖退鲋亟饘傺趸?br> 7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在所述第一級洗滌器中維持一種氧化的條件。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第二級洗滌器將會去除所述氣流中的殘余臭氧。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述氧化器區(qū)域、所述第一級洗滌器和所述第二級洗滌器包含在一個(gè)容器中。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述容器包含三層，所述三層中的每一層對應(yīng)所述氧化器區(qū)域、所述第一級洗滌器和所述第二級洗滌器。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中所述氧化器區(qū)域是底層，所述第二級洗滌器是頂層。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，其中實(shí)施步驟(a)、(b)和(c)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種從氣流，例如來自工業(yè)過程的煙道氣流中，去除污染物的方法和裝置。該方法中在氣流接觸氧化器區(qū)域中的氧化劑之前應(yīng)用一個(gè)預(yù)洗滌器接觸該氣流。然后氧化過的氣體在一個(gè)第一級和第二級洗滌器或者僅一個(gè)單級洗滌器中進(jìn)行處理。
文檔編號B01D53/74GK1660476SQ200410098140
公開日2005年8月31日 申請日期2004年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月17日
發(fā)明者N·J·蘇查克, S·K·納德卡尼, R·E·凱爾頓, J·M·小科爾提克 申請人:波克股份有限公司, 坎能技術(shù)股份有限公司