CN1117890A - 废气纯化方法 - Google Patents

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Abstract

从废气中分离HF、HCl、SO2、多卤代烃、Hg、汞化合物和粉尘的方法：将被污染的废气在反应器中在70-180℃的温度下与吸附剂反应；接着将该气固悬浮体加入到预分离器中，在其中大部分的固体被分出；然后将该经过预纯化的气固悬浮体加入到末端分离器中，该分离器中装填的都是新鲜吸附剂，悬浮在气流中的固体在该分离器中几乎完全被收集；将末端分离器中收集的固体循环返回反应器；以及将在预分离器中收集的固体的一部分物流循环到反应器，而将在预分离器中收集的固体的第二部分物流取出并排放掉。

Description

废气纯化方法
本发明涉及一种从废气中分离HF、HCl、SO2、多卤代烃、Hg、汞化合物以及粉尘的方法。
用于产生能源的矿物燃料的燃烧，垃圾、污泥和工业废料的焚化，以及在一些化学过程中，会产生被HF、HCl、SO2、多卤代烃、Hg、汞化合物和粉尘污染的废气。根据所用方法的不同，这些污染物以各种不同的量存在于废气中，而且这些污染物的浓度在该工艺过程中会表现出一定的波动。例如，由于垃圾、工业废料和污泥的组成不同且多变，由这些废料焚化所产生的废气会被不同量的对环境有负作用的物质所污染。在这些废气排入大气之前，必须将所有的污染物充分完全地从废气中脱除，因为许多的污染物即使其浓度很低，也会对人、动物和植物造成毒害。
含有多达50,000mg/sm3(sm3＝标准立方米)的粉尘的废气在旋风分离器、静电除尘器、布过滤器或洗涤塔中被分离，而且废气可以通过许多这种装置来除尘。即使是工业规模的除尘方法其允许的粉尘含量必须小于5mg/sm3。由于粉尘是吸附重金属、重金属化合物及多卤代二苯并二噁和二苯呋喃等毒性物质的主要物质，所以必须将粉尘充分完全地除去。
废气中所含的SO2和HCl的比例高达7000mg/sm3，而HF以高达100mg/sm3的比例存在于废气中。这些气态化合物与大气中的水蒸汽结合后形成酸，这些酸通常以气溶胶的形式存在，并且具有毒性。因此，必须将他们充分完全地除去，用工业规模的已知纯化方法可以达到的残留量为小于20mg/sm3的SO2，小于5mg/sm3的HCl和小于1mg/sm3的HF。干法，半干法及湿法纯化方法可以用于分离SO2、HCl和HF，而且许多方法可以连续进行。用于所说方法中的反应物主要由Ca(OH)2、CaO、CaCO3、NaOH和Na2CO3组成。一种具有特别重要意义的典型方法是喷雾吸附法，该方法是将Ca(OH)2的水悬浮液与SO2、HCl和HF等酸性污染物反应，蒸发水而得到固体反应产物，其中也包括粉尘和其他污染物。洗涤方法也被人们熟知，通过这种方法可以将污染物SO2、HCl和HF分离到相当高的程度。
重金属和重金属化合物特别是汞和汞化合物，以及多卤代二苯并二噁和二苯并呋喃以相对较低的浓度存在于废气中。但是这些物质具有非常高的毒性，因此必须几乎完全地从废气中除去。现有技术中优选是采用是吸附和/或洗涤方法将其除去。洗涤方法是在酸或碱性条件下进行，而活性炭可作为一种特别满意的吸附剂。二噁和呋喃也可通过催化转化而分解。
为了具有工业应用价值，已知的废气纯化方法必须是仅仅需要尽可能低的资本投入和操作费用，而且其产物量应尽可能最低而且适于弃置而没有显著的困难。为了分离上述污染物达到可能最高的程度，通常将许多连续的纯化方法结合。
例如，欧洲专利说明书0259,563中描述了一种从热的废气流中除去汞蒸汽和/或有害的有机化合物和/或氮氧化合物的方法，这些废气来自燃烧工厂而且也含有烟道粉尘和酸性组分如SO2和HCl。在该方法中待纯化的废气流是在135-400℃的温度下通入一个喷雾吸附室，喷雾吸附室中含有碱性吸附剂的含水液体被雾化。通过水的蒸发，废气在喷雾吸附室中被冷却至180-90℃，废气中的酸性组分被结合成一种颗粒物料，该颗粒物料含有由碱性吸附剂与废气中的酸性组分反应而得到的产物以及未反应的吸附剂。该颗粒反应产物与所有烟道粉尘一起在喷雾吸附室下游的一个颗粒分离器中与烟气分离。该方法中也设想将活性炭粉末以1-800mg/sm3烟气的比例在喷雾吸附室的上游区域或在该喷雾吸附室中或在喷雾吸附室的下游但在颗粒分离器的上游区域加入到废气中。在颗粒分离器中活性炭粉末与颗粒反应产物一起被分离出来。
欧洲专利申请公开0,301,272中描述了一种用粉状或粒状吸附剂纯化废气的方法，其中，吸附剂是以干状态加入到一个在50O℃以下操作的低温区域中，在该低温区域中，酸性和/或可氧化的气态污染物，例如SOx、HCl、HF、NOx、CO、CnHm，与吸附剂结合。烟道粉尘在进入低温区域前至少已部分从废气中除去，而且进入低温区域的废气中至少含有2％(体积)的氧气。该方法设想将新鲜和/或循环的吸附剂用与气态污染物接近化学计量的比例在30-400℃的温度加入到吸附剂床层中，该吸附剂床层穿过废气流并置于一个筛网过滤器之上。结果，为了获得长的平均停留时间，存在的吸附剂的比例相当于废气流的化学计量的多倍。该方法中也设想用Ca(OH)2为吸附剂。最后，欧洲专利申请公开0,301,272中描述了一种用于进行该方法的装置，其中含有吸附剂的反应器连接在燃烧室和烟囱之间，并在30℃到130℃之间操作，反应器中用新鲜吸附剂装填并采用了一个过滤器，废吸附剂从反应器中移出并加入到燃烧室中。一个废气管道和一个分离器连接在燃烧室和反应器之间，载有至少部分气态污染物的吸附剂从分离器中取出。
欧洲专利申请公开0,225,178中描述了一种用于纯化由含硫燃料的燃烧所产生的烟气的方法，该方法是将一种碱性吸附剂例如CaO或Ca(OH)2加入到燃烧炉的烟气中，将所得产物从烟气中取出。当调整好露点温度时，将吸附剂以干状态加入到第一加料区，使得烟气的温度高于其露点温度5-50℃。烟气的露点温度可通过加入水进行调整，而进行吸附的温度以在一个热交换器中消散热量来进行调整。将反应产物与未反应的吸附剂的混合物在新鲜吸附剂进料区域的上游区域加入到烟气流中。固体在两个分离器中进行分离。循环固体的混合物是一种从第一或第二分离器或这两个分离器中收集的混合物。
最后，WO88/06484中描述了一种用于燃烧气纯化的方法，在该方法中先将废气用水冷却，然后在反应器中与一种吸附剂反应。反应产物在一个粉尘分离器，例如一个静电除尘器或一个过滤分离器中进行分离，并部分循环返回反应器。温度为65-180℃的新鲜吸附剂加入到反应器上游的烟气中。
这些已有技术的缺点是污染物不能完全彻底地去除，除非吸附剂以大大超出化学计量的比例加入到废气中。经验证明如果CaO和Ca(OH)2用做工业规模方法的吸附剂，则污染物对吸附剂的化学计量比例将至少为1∶1.4，而SO2和HCl的分离程度将大约为90％。剩余的吸附剂不能从反应产物中取出而被排放掉。这些纯化废气的方法的经济性由于这些缺点而降低。据此，本发明的一个目的是提供一种用于纯化废气的方法，采用该方法能够得到超过90％的分离程度和吸附剂的几乎完全利用，特别是当CaO和Ca(OH)2用做吸附剂时有可能采用小于1∶1.4的污染物对吸附剂的化学计量比例，并且能除去大约90％的污染物。另外，本发明的工艺过程有可能用较少数量的结构简单的方法设备来进行。
本发明涉及一种废气纯化方法，其特征在于：
a)将被污染的废气在一个反应器中在70-180℃的温度下与一种吸附剂反应；
b)接着将该气固悬浮体加入到一个预分离器中，在其中大部分的固体被分出；
c)然后将该经过预纯化的气固悬浮体加入到一个末端(final)分离器中，该分离器中装填的都是新鲜吸附剂，悬浮在气流中的固体在该分离器中几乎完全被收集；
d)将末端分离器中收集的固体循环返回反应器；以及
e)将在预分离器中收集的固体的一部分物流循环到反应器，而将在预分离器中收集的固体的第二部分物流取出并排放掉。
本发明的关键在于末端分离器中全部采用新鲜吸附剂，从末端分离器中收集的固体循环返回反应器，而从预分离器中收集的固体流的一部分从流程中分出。结果是在加工阶段(末端分离器)中有非常高过剩量的吸附剂存在，而其中的废气中仍含有的污染物的浓度比较低，经过处理后既使是少量的污染物也将被该吸附剂充分完全地吸附掉。由于从末端分离器中收集的固体循环返回反应器而且由于从预分离器中收集的固体流的一部分被取出，因此反应时间得到延长，使得污染物达到一个高的分离程度，而吸附剂的消耗率非常低，当CaO和Ca(OH)2用做吸附剂时，如果要达到大于90％的分离程度，吸附剂的消耗率将总是小于化学计量的1.4倍，通常大约是化学计量的1.3倍。在以工业规模进行的工艺过程中，吸附剂消耗量的减少取得了一个显著的进步。Na、Mg和/或Ca的碱性化合物可用做吸附剂。
本发明的一个进一步的特点是，通过在废气进入反应器之前或在反应器中混入水，而将该废水按照公知的方式冷却至70-180℃的温度，优选的是冷却至100-130℃的温度。在该温度下污染物可有效地被非常少量的吸附剂充分完全地吸附。
本发明的一个进一步的特点是：反应器由一个流化床反应器、一个固体携带反应器或者一个喷雾吸附器所组成。该公知的方法设备操作安全，并且所需资本投入和操作费用较低。
在本发明的范围内，特别合乎需要的是使用一种由CaO和/或Ca(OH)2所组成，其平均粒径d50为5-500微米，并且含有2-20％(重)活性炭和/或沸石的吸附剂。具有按照本发明所选择的粒度的吸附剂能够方便地进行处理。混入进活性炭和沸石可以使多卤代二苯并二噁和二苯并呋喃以及重金属和重金属化合物的分离达到一个非常高的程度。
本发明的一个进一步的特点是：使用一种由一个袋式过滤器、一个静电除尘器或一个惯性分离器所组成的预分离器以及使用一种由一个静电除尘器或一个袋式过滤器所组成的末端分离器被证明是特别合乎需要的。所说的这些工艺设备操作安全，而且仅需合理的资本投入和合理的操作费用。优选的是用一级或多级旋风分离器作为一个惯性分离器。
最后，本发明的一个进一步的特点是以相同的速度向末端分离器中加入新鲜吸附剂以补充与从预分离器中收集的固体一起排出的废吸附剂，并且根据原始气体和/或纯气体中污染物浓度的测定不断改变该补充速度。根据该浓度测定结果使该方法在任何时间都能得到足够量的吸附剂。
在本发明的范围内，使用本发明的方法来纯化由于垃圾和污泥的焚化，由矿物燃料、生物体的燃烧产生能源、水泥的生产、矿物粉末冶金以及MgO的生产而产生的废气是特别合乎需要的。所有所说的方法都会产生含有HF、HCl、SO2、多卤代烃、Hg、汞化合物和粉尘的废气，这些废气必须彻底纯化至一个高的水平。
本发明所提供的方法的优点在于废气可以被纯化至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，多卤代二苯并二噁和二苯并呋喃的含量＜0.1mg/sm3。
本发明的主题将根据后面的具体描述并对照附图来进行更进一步的解释，该附图是按照本发明的方法的流程示意图。
来自垃圾焚化车间，温度为200℃，粉尘含量为10000mg/sm3，HCl含量为2200mg/sm3，SO2含量为600mg/sm3的废气(烟气)通过从管线2加入水而在管线1中被冷却至130℃的反应温度。接着将该冷却的废气通入反应器3中，反应器3通过管线4提供平均粒径d50为大约40微米的Ca(OH)2吸附剂。吸附剂提供给反应器3，其中部分冷却的废气流过管线5。在反应器3中大部分的污染物与该吸附剂反应而生成CaCl2和CaSO3。
从反应器3出来的气固悬浮体中的固体成分中含有所有的粉尘、少量未反应的吸附剂、以及与污染物反应后的产物。该悬浮体通过管线6通入到一个由袋式过滤器7组成的预分离器中。在袋式过滤器7中，仍存在的气态污染物与部分吸附剂反应，固体被充分完全地分离并通过管线8排放到储存仓9。其中一部分固体物流通过管线10从工艺流程中取出并排放掉。另一部分从预分离器中收集的固体物流经过管线11和4加到反应器3中，在反应器3中还未被反应的吸附剂再与污染物反应。
污染物已被去除至高水平的预纯化废气经过管线12通入到由一个袋式过滤器13所组成的末端分离器中。在废气进入袋式过滤器13之前的短时间内，所有新鲜吸附剂从供料仓14通过管线15而提供到管线12中。结果，存在于袋式过滤器13中的吸附剂具有超过化学计量的剩余量，使得仍存在的少量污染物充分完全地被结合。袋式过滤器13中收集的固体主要由来反应的吸附剂组成，它们通过管线4而加入到反应器3中。被纯化的废气通过管线16从末端分离器排出，其粉尘含量为3mg/sm3，HCl含量为4mg/sm3，SO2含量为18mg/sm3。在废气的纯化中起初生成的CaSO3被废气中的氧气充分完全地氧化成CaSO4。根据本发明的该方法中SO2的除去率高达97％而HCl的分离率超过99％，但Ca(OH)2相对于HCl和SO2的摩尔比例仅为1∶1.3。管线16导出的纯气体中检测不到多卤代二苯并二噁和二苯并呋喃及重金属。

Claims (9)

1、一种从废气中分离HF、HCl、SO2、多卤代烃、Hg、汞化合物以及粉尘的方法，其中：
a)将被污染的废气在一个反应器中在70-180℃的温度下与一种吸附剂反应；
b)接着将该气固悬浮体加入到一个预分离器中，在其中大部分的固体被分出；
c)然后将该经过预纯化的气固悬浮体加入到一个末端分离器中，该分离器中装填的都是新鲜吸附剂，悬浮在气流中的固体在该分离器中几乎完全被收集；
d)将末端分离器中收集的固体循环返回反应器；
e)将在预分离器中收集的固体的一部分物流循环返回到反应器，而将在预分离器中收集的固体的第二部分物流取出并排放掉。
2、按照权利要求1所述的方法，其中通过在废气进入反应器之前或在反应器中混入水而将该废气按照公知的方式冷却至70-180℃的温度，优选的是冷却至100-130℃的温度。
3、按照权利要求1至2所述的方法，其中的反应器由一个流化床反应器，一个固体携带反应器或者一个喷雾吸附器所组成。
4、按照权利要求1至3所述的方法，其中的吸附剂由Ca(OH)2和/或CaO所组成，其平均颗粒直径d50为5-20μm。
5、按照权利要求4所述的方法，其中的吸附剂含有2-20％(重)的活性炭和/或沸石。
6、按照权利要求1至5所述的方法，其中的预分离器由一个袋式过滤器、一个静电除尘器或者一个惯性过滤器所组成。
7、按照权利要求1至6所述的方法，其中的末端分离器由一个静电除尘器或者一个袋式过滤器所组成。
8、按照权利要求1至7所述的方法，其中与从预分离器中收集的固体一起排出的废吸附剂通过以相同速度向末端分离器中添加新鲜吸附剂来补充，并且根据原始气体和/或纯气体中污染物的浓度测定不断改变该补充速度。
9、权利要求1至8所述的的方法用于纯化因垃圾和污泥的焚化、由矿物燃料或生物体的燃烧产生能源、水泥的生产、矿物粉末冶金以及MgO的生产而产生的废气。
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