專利名稱：廢氣純化方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種從廢氣中分離HF、HCl、SO2、多鹵代烴、Hg、汞化合物以及粉塵的方法。
用于產(chǎn)生能源的礦物燃料的燃燒，垃圾、污泥和工業(yè)廢料的焚化，以及在一些化學過程中，會產(chǎn)生被HF、HCl、SO2、多鹵代烴、Hg、汞化合物和粉塵污染的廢氣。根據(jù)所用方法的不同，這些污染物以各種不同的量存在于廢氣中，而且這些污染物的濃度在該工藝過程中會表現(xiàn)出一定的波動。例如，由于垃圾、工業(yè)廢料和污泥的組成不同且多變，由這些廢料焚化所產(chǎn)生的廢氣會被不同量的對環(huán)境有負作用的物質所污染。在這些廢氣排入大氣之前，必須將所有的污染物充分完全地從廢氣中脫除，因為許多的污染物即使其濃度很低，也會對人、動物和植物造成毒害。
含有多達50,000mg/sm3(sm3＝標準立方米)的粉塵的廢氣在旋風分離器、靜電除塵器、布過濾器或洗滌塔中被分離，而且廢氣可以通過許多這種裝置來除塵。即使是工業(yè)規(guī)模的除塵方法其允許的粉塵含量必須小于5mg/sm3。由于粉塵是吸附重金屬、重金屬化合物及多鹵代二苯并二噁和二苯呋喃等毒性物質的主要物質，所以必須將粉塵充分完全地除去。
廢氣中所含的SO2和HCl的比例高達7000mg/sm3，而HF以高達100mg/sm3的比例存在于廢氣中。這些氣態(tài)化合物與大氣中的水蒸汽結合后形成酸，這些酸通常以氣溶膠的形式存在，并且具有毒性。因此，必須將他們充分完全地除去，用工業(yè)規(guī)模的已知純化方法可以達到的殘留量為小于20mg/sm3的SO2，小于5mg/sm3的HCl和小于1mg/sm3的HF。干法，半干法及濕法純化方法可以用于分離SO2、HCl和HF，而且許多方法可以連續(xù)進行。用于所說方法中的反應物主要由Ca(OH)2、CaO、CaCO3、NaOH和Na2CO3組成。一種具有特別重要意義的典型方法是噴霧吸附法，該方法是將Ca(OH)2的水懸浮液與SO2、HCl和HF等酸性污染物反應，蒸發(fā)水而得到固體反應產(chǎn)物，其中也包括粉塵和其他污染物。洗滌方法也被人們熟知，通過這種方法可以將污染物SO2、HCl和HF分離到相當高的程度。
重金屬和重金屬化合物特別是汞和汞化合物，以及多鹵代二苯并二噁和二苯并呋喃以相對較低的濃度存在于廢氣中。但是這些物質具有非常高的毒性，因此必須幾乎完全地從廢氣中除去?，F(xiàn)有技術中優(yōu)選是采用是吸附和/或洗滌方法將其除去。洗滌方法是在酸或堿性條件下進行，而活性炭可作為一種特別滿意的吸附劑。二噁和呋喃也可通過催化轉化而分解。
為了具有工業(yè)應用價值，已知的廢氣純化方法必須是僅僅需要盡可能低的資本投入和操作費用，而且其產(chǎn)物量應盡可能最低而且適于棄置而沒有顯著的困難。為了分離上述污染物達到可能最高的程度，通常將許多連續(xù)的純化方法結合。
例如，歐洲專利說明書0259,563中描述了一種從熱的廢氣流中除去汞蒸汽和/或有害的有機化合物和/或氮氧化合物的方法，這些廢氣來自燃燒工廠而且也含有煙道粉塵和酸性組分如SO2和HCl。在該方法中待純化的廢氣流是在135-400℃的溫度下通入一個噴霧吸附室，噴霧吸附室中含有堿性吸附劑的含水液體被霧化。通過水的蒸發(fā)，廢氣在噴霧吸附室中被冷卻至180-90℃，廢氣中的酸性組分被結合成一種顆粒物料，該顆粒物料含有由堿性吸附劑與廢氣中的酸性組分反應而得到的產(chǎn)物以及未反應的吸附劑。該顆粒反應產(chǎn)物與所有煙道粉塵一起在噴霧吸附室下游的一個顆粒分離器中與煙氣分離。該方法中也設想將活性炭粉末以1-800mg/sm3煙氣的比例在噴霧吸附室的上游區(qū)域或在該噴霧吸附室中或在噴霧吸附室的下游但在顆粒分離器的上游區(qū)域加入到廢氣中。在顆粒分離器中活性炭粉末與顆粒反應產(chǎn)物一起被分離出來。
歐洲專利申請公開0,301,272中描述了一種用粉狀或粒狀吸附劑純化廢氣的方法，其中，吸附劑是以干狀態(tài)加入到一個在50O℃以下操作的低溫區(qū)域中，在該低溫區(qū)域中，酸性和/或可氧化的氣態(tài)污染物，例如SOx、HCl、HF、NOx、CO、CnHm，與吸附劑結合。煙道粉塵在進入低溫區(qū)域前至少已部分從廢氣中除去，而且進入低溫區(qū)域的廢氣中至少含有2％(體積)的氧氣。該方法設想將新鮮和/或循環(huán)的吸附劑用與氣態(tài)污染物接近化學計量的比例在30-400℃的溫度加入到吸附劑床層中，該吸附劑床層穿過廢氣流并置于一個篩網(wǎng)過濾器之上。結果，為了獲得長的平均停留時間，存在的吸附劑的比例相當于廢氣流的化學計量的多倍。該方法中也設想用Ca(OH)2為吸附劑。最后，歐洲專利申請公開0,301,272中描述了一種用于進行該方法的裝置，其中含有吸附劑的反應器連接在燃燒室和煙囪之間，并在30℃到130℃之間操作，反應器中用新鮮吸附劑裝填并采用了一個過濾器，廢吸附劑從反應器中移出并加入到燃燒室中。一個廢氣管道和一個分離器連接在燃燒室和反應器之間，載有至少部分氣態(tài)污染物的吸附劑從分離器中取出。
歐洲專利申請公開0,225,178中描述了一種用于純化由含硫燃料的燃燒所產(chǎn)生的煙氣的方法，該方法是將一種堿性吸附劑例如CaO或Ca(OH)2加入到燃燒爐的煙氣中，將所得產(chǎn)物從煙氣中取出。當調(diào)整好露點溫度時，將吸附劑以干狀態(tài)加入到第一加料區(qū)，使得煙氣的溫度高于其露點溫度5-50℃。煙氣的露點溫度可通過加入水進行調(diào)整，而進行吸附的溫度以在一個熱交換器中消散熱量來進行調(diào)整。將反應產(chǎn)物與未反應的吸附劑的混合物在新鮮吸附劑進料區(qū)域的上游區(qū)域加入到煙氣流中。固體在兩個分離器中進行分離。循環(huán)固體的混合物是一種從第一或第二分離器或這兩個分離器中收集的混合物。
最后，WO88/06484中描述了一種用于燃燒氣純化的方法，在該方法中先將廢氣用水冷卻，然后在反應器中與一種吸附劑反應。反應產(chǎn)物在一個粉塵分離器，例如一個靜電除塵器或一個過濾分離器中進行分離，并部分循環(huán)返回反應器。溫度為65-180℃的新鮮吸附劑加入到反應器上游的煙氣中。
這些已有技術的缺點是污染物不能完全徹底地去除，除非吸附劑以大大超出化學計量的比例加入到廢氣中。經(jīng)驗證明如果CaO和Ca(OH)2用做工業(yè)規(guī)模方法的吸附劑，則污染物對吸附劑的化學計量比例將至少為1∶1.4，而SO2和HCl的分離程度將大約為90％。剩余的吸附劑不能從反應產(chǎn)物中取出而被排放掉。這些純化廢氣的方法的經(jīng)濟性由于這些缺點而降低。據(jù)此，本發(fā)明的一個目的是提供一種用于純化廢氣的方法，采用該方法能夠得到超過90％的分離程度和吸附劑的幾乎完全利用，特別是當CaO和Ca(OH)2用做吸附劑時有可能采用小于1∶1.4的污染物對吸附劑的化學計量比例，并且能除去大約90％的污染物。另外，本發(fā)明的工藝過程有可能用較少數(shù)量的結構簡單的方法設備來進行。
本發(fā)明涉及一種廢氣純化方法，其特征在于a)將被污染的廢氣在一個反應器中在70-180℃的溫度下與一種吸附劑反應；b)接著將該氣固懸浮體加入到一個預分離器中，在其中大部分的固體被分出；c)然后將該經(jīng)過預純化的氣固懸浮體加入到一個末端(final)分離器中，該分離器中裝填的都是新鮮吸附劑，懸浮在氣流中的固體在該分離器中幾乎完全被收集；d)將末端分離器中收集的固體循環(huán)返回反應器；以及e)將在預分離器中收集的固體的一部分物流循環(huán)到反應器，而將在預分離器中收集的固體的第二部分物流取出并排放掉。
本發(fā)明的關鍵在于末端分離器中全部采用新鮮吸附劑，從末端分離器中收集的固體循環(huán)返回反應器，而從預分離器中收集的固體流的一部分從流程中分出。結果是在加工階段(末端分離器)中有非常高過剩量的吸附劑存在，而其中的廢氣中仍含有的污染物的濃度比較低，經(jīng)過處理后既使是少量的污染物也將被該吸附劑充分完全地吸附掉。由于從末端分離器中收集的固體循環(huán)返回反應器而且由于從預分離器中收集的固體流的一部分被取出，因此反應時間得到延長，使得污染物達到一個高的分離程度，而吸附劑的消耗率非常低，當CaO和Ca(OH)2用做吸附劑時，如果要達到大于90％的分離程度，吸附劑的消耗率將總是小于化學計量的1.4倍，通常大約是化學計量的1.3倍。在以工業(yè)規(guī)模進行的工藝過程中，吸附劑消耗量的減少取得了一個顯著的進步。Na、Mg和/或Ca的堿性化合物可用做吸附劑。
本發(fā)明的一個進一步的特點是，通過在廢氣進入反應器之前或在反應器中混入水，而將該廢水按照公知的方式冷卻至70-180℃的溫度，優(yōu)選的是冷卻至100-130℃的溫度。在該溫度下污染物可有效地被非常少量的吸附劑充分完全地吸附。
本發(fā)明的一個進一步的特點是反應器由一個流化床反應器、一個固體攜帶反應器或者一個噴霧吸附器所組成。該公知的方法設備操作安全，并且所需資本投入和操作費用較低。
在本發(fā)明的范圍內(nèi)，特別合乎需要的是使用一種由CaO和/或Ca(OH)2所組成，其平均粒徑d50為5-500微米，并且含有2-20％(重)活性炭和/或沸石的吸附劑。具有按照本發(fā)明所選擇的粒度的吸附劑能夠方便地進行處理?；烊脒M活性炭和沸石可以使多鹵代二苯并二噁和二苯并呋喃以及重金屬和重金屬化合物的分離達到一個非常高的程度。
本發(fā)明的一個進一步的特點是使用一種由一個袋式過濾器、一個靜電除塵器或一個慣性分離器所組成的預分離器以及使用一種由一個靜電除塵器或一個袋式過濾器所組成的末端分離器被證明是特別合乎需要的。所說的這些工藝設備操作安全，而且僅需合理的資本投入和合理的操作費用。優(yōu)選的是用一級或多級旋風分離器作為一個慣性分離器。
最后，本發(fā)明的一個進一步的特點是以相同的速度向末端分離器中加入新鮮吸附劑以補充與從預分離器中收集的固體一起排出的廢吸附劑，并且根據(jù)原始氣體和/或純氣體中污染物濃度的測定不斷改變該補充速度。根據(jù)該濃度測定結果使該方法在任何時間都能得到足夠量的吸附劑。
在本發(fā)明的范圍內(nèi)，使用本發(fā)明的方法來純化由于垃圾和污泥的焚化，由礦物燃料、生物體的燃燒產(chǎn)生能源、水泥的生產(chǎn)、礦物粉末冶金以及MgO的生產(chǎn)而產(chǎn)生的廢氣是特別合乎需要的。所有所說的方法都會產(chǎn)生含有HF、HCl、SO2、多鹵代烴、Hg、汞化合物和粉塵的廢氣，這些廢氣必須徹底純化至一個高的水平。
本發(fā)明所提供的方法的優(yōu)點在于廢氣可以被純化至HF含量小于0.5mg/sm3，HCl含量小于5mg/sm3，SO2含量小于25mg/sm3，Hg含量小于0.05μg/sm3，多鹵代二苯并二噁和二苯并呋喃的含量＜0.1mg/sm3。
本發(fā)明的主題將根據(jù)后面的具體描述并對照附圖
來進行更進一步的解釋，該附圖是按照本發(fā)明的方法的流程示意圖。
來自垃圾焚化車間，溫度為200℃，粉塵含量為10000mg/sm3，HCl含量為2200mg/sm3，SO2含量為600mg/sm3的廢氣(煙氣)通過從管線2加入水而在管線1中被冷卻至130℃的反應溫度。接著將該冷卻的廢氣通入反應器3中，反應器3通過管線4提供平均粒徑d50為大約40微米的Ca(OH)2吸附劑。吸附劑提供給反應器3，其中部分冷卻的廢氣流過管線5。在反應器3中大部分的污染物與該吸附劑反應而生成CaCl2和CaSO3。
從反應器3出來的氣固懸浮體中的固體成分中含有所有的粉塵、少量未反應的吸附劑、以及與污染物反應后的產(chǎn)物。該懸浮體通過管線6通入到一個由袋式過濾器7組成的預分離器中。在袋式過濾器7中，仍存在的氣態(tài)污染物與部分吸附劑反應，固體被充分完全地分離并通過管線8排放到儲存?zhèn)}9。其中一部分固體物流通過管線10從工藝流程中取出并排放掉。另一部分從預分離器中收集的固體物流經(jīng)過管線11和4加到反應器3中，在反應器3中還未被反應的吸附劑再與污染物反應。
污染物已被去除至高水平的預純化廢氣經(jīng)過管線12通入到由一個袋式過濾器13所組成的末端分離器中。在廢氣進入袋式過濾器13之前的短時間內(nèi)，所有新鮮吸附劑從供料倉14通過管線15而提供到管線12中。結果，存在于袋式過濾器13中的吸附劑具有超過化學計量的剩余量，使得仍存在的少量污染物充分完全地被結合。袋式過濾器13中收集的固體主要由來反應的吸附劑組成，它們通過管線4而加入到反應器3中。被純化的廢氣通過管線16從末端分離器排出，其粉塵含量為3mg/sm3，HCl含量為4mg/sm3，SO2含量為18mg/sm3。在廢氣的純化中起初生成的CaSO3被廢氣中的氧氣充分完全地氧化成CaSO4。根據(jù)本發(fā)明的該方法中SO2的除去率高達97％而HCl的分離率超過99％，但Ca(OH)2相對于HCl和SO2的摩爾比例僅為1∶1.3。管線16導出的純氣體中檢測不到多鹵代二苯并二噁和二苯并呋喃及重金屬。
權利要求
1.一種從廢氣中分離HF、HCl、SO2、多鹵代烴、Hg、汞化合物以及粉塵的方法，其中a)將被污染的廢氣在一個反應器中在70-180℃的溫度下與一種吸附劑反應；b)接著將該氣固懸浮體加入到一個預分離器中，在其中大部分的固體被分出；c)然后將該經(jīng)過預純化的氣固懸浮體加入到一個末端分離器中，該分離器中裝填的都是新鮮吸附劑，懸浮在氣流中的固體在該分離器中幾乎完全被收集；d)將末端分離器中收集的固體循環(huán)返回反應器；e)將在預分離器中收集的固體的一部分物流循環(huán)返回到反應器，而將在預分離器中收集的固體的第二部分物流取出并排放掉。
2.按照權利要求1所述的方法，其中通過在廢氣進入反應器之前或在反應器中混入水而將該廢氣按照公知的方式冷卻至70-180℃的溫度，優(yōu)選的是冷卻至100-130℃的溫度。
3.按照權利要求1至2所述的方法，其中的反應器由一個流化床反應器，一個固體攜帶反應器或者一個噴霧吸附器所組成。
4.按照權利要求1至3所述的方法，其中的吸附劑由Ca(OH)2和/或CaO所組成，其平均顆粒直徑d50為5-20μm。
5.按照權利要求4所述的方法，其中的吸附劑含有2-20％(重)的活性炭和/或沸石。
6.按照權利要求1至5所述的方法，其中的預分離器由一個袋式過濾器、一個靜電除塵器或者一個慣性過濾器所組成。
7.按照權利要求1至6所述的方法，其中的末端分離器由一個靜電除塵器或者一個袋式過濾器所組成。
8.按照權利要求1至7所述的方法，其中與從預分離器中收集的固體一起排出的廢吸附劑通過以相同速度向末端分離器中添加新鮮吸附劑來補充，并且根據(jù)原始氣體和/或純氣體中污染物的濃度測定不斷改變該補充速度。
9.權利要求1至8所述的的方法用于純化因垃圾和污泥的焚化、由礦物燃料或生物體的燃燒產(chǎn)生能源、水泥的生產(chǎn)、礦物粉末冶金以及MgO的生產(chǎn)而產(chǎn)生的廢氣。
全文摘要
從廢氣中分離HF、HCl、SO
文檔編號B01D53/34GK1117890SQ9510502
公開日1996年3月6日 申請日期1995年5月4日 優(yōu)先權日1994年5月4日
發(fā)明者喬基姆·埃斯錢伯格, 喬治·肖布, 邁克爾·斯特羅德 申請人:金屬股份公司