含亚硫酸气废气的脱硫方法

专利名称：含亚硫酸气废气的脱硫方法
技术领域：
本发明是关于一种用于含亚硫酸气的废气与吸收液接触进行脱硫的方法。
已知的脱硫方法是将含亚硫酸气的废气(SO2)通过许多分散管(鼓泡管)鼓入反应器中的吸收液池，所述的分散管中每一根都从隔板垂直地向下延伸进入吸收液，且在其下部的一侧的周边壁设置许多气体喷射孔，使该废气与吸收液相接触脱硫，产生的脱硫气通入隔板与吸收液的液面之间的上部空间，然后从反应器排出(JP-B-3-70532和JP-A-72913)。
但是，这个已知的方法有一些问题，即操作该方法和制造该方法所用的装置要求较高的费用，且该方法不能以稳定的方式长期运行。
因此，本发明的主要目的是提供一种以稳定的方式在低费用操作下的含亚硫酸气废气的脱硫方法。
本实现上述目的中，提供的本发明的用于含亚硫酸气废气脱硫的方法是将上述的废气通过许多气体分散管鼓入在反应器中且有一定液面高度的搅拌的吸收液池中，所述的分散管每根都从隔板垂直地向下延伸进入所述的吸收液，而且所述的分散管的下部的一侧周壁设置许多气体喷射孔，结果上述废气与上述吸收液相接触脱硫，产生的脱硫气通到上述隔板和上述吸收液的上述液面之间的上部空间，其特征在于每根上述的气体分散管的上述气体喷射孔基本上水平排列；
每根上述的气体分散管上的相邻的两个气体喷射孔相互之间的间隔是这样当上述的两气体喷射孔的每一个被认为是一圆形且有相同面积时，上述相邻两气体喷射孔两圆心线之间的距离P应满足下述条件1.15≤P/D≤6其中D是上述两圆形孔中较小的一个圆形孔的直径；控制上述废气通过上述气体喷射孔的最大速度Vmax，以便满足上述条件Y≥4.5SY≤24S0.05≤Y≤1.00.005≤S≤0.06其中Y表示进行脱硫所要求的上述废气的压力，而S表示由以上述最大的速度Vmax通过上述气体喷射孔喷射上述废气的动压力除以上述吸收液的密度所得的值；上述的气体分散管设置成两相邻分散管间的最小距离LI满足下述条件1.5≤LI/S≤10.0其中S如上述定义；和每根上述气体分散管上的上述气体喷射孔这样定位，使在没有气体喷入情况下的上述吸收液的液面和上述气体喷射孔的每个的中心间的平均距离LII满足下述条件2≤LII/S≤20其中S如上述定义。
当按照附图时，从本发明优选实施方案的详细描述中，本发明的其它目的，特征和优点会更清楚，其中

图1是一正视的剖视图，图示地表示适宜于进行本发明方法的脱硫装置的一个实施方案；图2是一展开的正视图，示意地表示鼓泡管气体喷射孔排列的一个实施方案；图3是一与图2相似的视图，示出了鼓泡管气体喷射管排列的另一实施方案；图4是一正视的剖视图，它与图1相似，图示地表示适宜进行本发明方法的脱硫装置的又一实施方案，和图5是表示脱硫所要求的废气压力与S值关系的图表。
首先参看图1，总标号1是表示适宜用于进行本发明方法的脱硫装置。该装置1有罩2，在其中设置第一和第二隔板3和14，将其内部空间分成第一空间、最下部的室4，第二空间、中部的室5和第三空间、上部室15。隔板3和14中的一块可以是水平板或是梯度或分级倾斜的板。倾斜板通常用作隔板14。
第一室4包括吸收液L的池，因此上部空间B被确定在吸收液L的液面LS的上面。
在第二室5设置气体入口6，将被处理的废气引入室5。许多的气体分散管7(鼓泡管)固定到隔板3上，并向下垂直延伸进入第一室4，通过鼓泡管7将引入第二室5的废气鼓入吸收液L。每根鼓泡管7的一侧周边壁下部设置了许多水平排列的气体喷射孔8。
标号W是没有气体加入鼓泡管7的情况下的吸收液L的液面。气体喷射孔8位于液面W下面。因此，引入鼓泡管7的废气就通过气体喷射孔8喷入吸收液L，结果在吸收液表面上形成了混合的气-液相层A。含亚硫酸气的废气在这气-液相层A被吸收液L吸收，然后与吸收液L接触脱硫的废气流入在液面LS上面的上部空间。吸收液L可以是含吸收剂如钙化合物例如石灰石或消石灰的石膏浆料的水溶液。
设置一根或几根上升管16以联接第一、第三室4和15。在第三室15的上部有排气口9。因此在上部空间B内的脱硫气体向上以及沿水平方向流动。脱硫气在上部空间B内的流动过程中，脱硫气中的大部分的雾滴和固体颗粒因重力作用和因与鼓泡管7的碰撞而被分离。在此已经分离了液滴和固体颗粒的脱硫气通过上升管16到第三室15。然后向上气流转换成水平气流，通过出口9从第三室15中排出。
在脱硫气通过第三室15期间，夹带的液体和固体颗粒被分离后收集在隔板14上。洗液，合石膏的浆液，分离了石膏的吸收液，水或海水从管17输送到第三室15，除去隔板14上的沉积物，并通过管18排出。
优选地，脱硫气在上部空间B的平均上行速度为0.5-5m/s，更优选0.7-4m/s，这是从经济和雾滴与固体颗粒分离的效果的观点来考虑的。平均上行速度是以上部空间B的水平截面积排除了并不提供脱硫气通道的鼓泡管7等的截面积为基准的。在上部空间B中脱硫气的平均水平速度优选为8m/s，或小于8m/s，更优选6m/s或小于此值，这是为了形成稳定的混合气-液相层A。平均水平速度是以与上升管16相邻位置的上部空间B的垂直截面为基准。
从雾滴和固体颗粒有效分离和经济方面考虑，通过上升管16的向上流动的脱硫气体速度优选为6-20m/s，更优选为8-15m/s。
引入第三室15的脱硫气体碰撞该室的顶壁，然后沿水平方向流动。因此，夹带的液滴和固体颗粒因碰撞和重力作用在第三室15中被分离。在第三室中脱硫气的平均水平速度优选10m/s或更小，更优选8m/s或更小，这是因为要有效地分离这些颗粒的缘故。平均水平速度是距离出口9为2m的位置上的第三室的垂直截面为基准。
每根鼓泡管7可以为任何要求的截面形状，例如圆形、多边形(三角形、正方形或六边形)或长方形(槽形)。在每根鼓泡管7的侧面周边壁上形成的气体喷射口8也可以为任何所要求的形状，例如圆形，三角形，长方形，六边形，缝形或似星形。如果需要，喷射孔8可以排列成两列或两列以上，如图3所示。优选鼓泡管7的当量内径Dρ满足下述条件2DH≤DP≤12DH，更优选3DH≤DP≤10DH，其中DH表示气体喷射孔8的当量直径。
通常，当量内径DP为25-300mm，优选为50-300mm。喷射孔8的当量直径DH一般为3-100mm，优选为5-50mm。
当量直径DP和DH的定义如下DP＝4SP/LP其中SP表示在设置喷射孔8的位置处的鼓泡管的水平内截面积，而LP表示在上述相同位置处气体鼓泡管7的内周边长度，和DH＝4SH/LH其中SH表示气体喷射孔8的面积，LH表示气体喷射孔8的内周边长度。
每根鼓泡管7的下部开口端可以是任何所需要的形状，例如可以是水平的，倾斜的，槽形或波纹形状的。
气体喷射孔的中心(几何面心)与鼓泡管7的下端之间的平均轴向距离Lax优选这样调节，使几乎没有废气通过鼓泡管的下部开口端，或换言之，在鼓泡管7中始终存在吸收液L的液面。这可以通过将距离Lax调节3S-8S，优选4S-7S就可以实现，其中S表示废气以最大速度Vmax通过气体喷射孔的动压力除以吸收液L的密度所得到的值。
一种优选的鼓泡管7为塑料圆形管，内径为25-300mm，并设置了许多等间距的直径为5-100mm的圆形孔。
上升管16可为所希望的截面形状，例如圆形，正方形或长方形。
重要的是，每根气体分散管7的每相邻的两气体喷射孔8应当以这样的距离互相隔开，即当两气体喷射孔8的每一个被认为是有和孔8的面积相同的面积的圆形孔时，相邻两气体喷射孔的两圆心线(几何的重心)间的距离P满足如下条件1.15≤P/D≤6，优选为1.2≤P/D≤5，其中D是两个圆中较小的一个圆的直径。图2和3描述了气体喷射孔排列的实施。
当P/D小于1.15时，由于通过分开的喷射孔喷出的废气流易于结合，所以脱硫速率相当低。也就是说，从相邻的喷射孔喷射的气流相互干扰，结果使混合的气-液相层A(泡沫相层)变得不稳定。P/D小于1.15在制造和维修鼓泡管7方面也不利。另一方面，P/D太大超过6，产生较低的容积效率，其缺点是必须使用大尺寸的装置。
另外重要的一点是要控制通过每个气体喷射孔8时的废气的最大速度Vmax，因此应满足下述1-4的条件(1)Y≥4.5S，优选Y≥6.5S(2)Y≤24S，优选Y≤22S(3)0.05≤Y≤1.0(4)0.005≤S≤0.06其中Y表示进行脱硫所需要的废气的压力，S表示通过气体喷射孔以Vmax喷射的废气的动压力除以吸收液密度得到的值。
脱硫所需要的废气压力(吸收液塔的压力；单位m)通过下式定义Y＝T＋LII其中T表示通过气体喷射孔8的废气的压力损失(单位Kg/cm2)除以吸收液L的密度ρII(单位Kg/cm3)所得到的值，LII表示气体喷射孔8的圆心线与吸收液面W之间的平均距离，所述的液面W是没有废气喷入鼓泡管7的情况下吸收液的液面。换言之，压力Y是引入鼓泡管7的废气通过气体喷射孔8到上部空间B所需要的压力(单位Kg/cm2)除以吸收液L的密度ρII(单位Kg/cm3)所得的值。
实际上，T值在2.5S和4S之间范围(S是如上述定义)，取决于气体喷射孔8的形状和废气的流速。在本发明中，由于LII/S是2至20之间，优选4-18之间，如下所述，压力Y用下式表示Y＝T＋LII＝(2.5至4)S＋(2至20)S＝(4.5至24)S
最大速度Vmax和S值有下述关系S＝(最大速度Vmax时的压力)/(吸收液的密度ρII)＝(ρI×Vmax×Vmax/2G)/ρII＝Vmax2×ρI/2GρII其中ρI表示废气的密度(Kg/cm3)，ρII表示吸收液的密度(Kg/cm3)，G表示重力加速度(9.8m/s2)。
图5示出了在各种脱硫速率Z下S值与压力Y间的关系。本文所用术语“脱硫速率Z”定义如下Z＝(1－Q出/Q入)×100(％)其中Q出表示从通过出口9排出的净化气体中所含亚硫酸气的流速，Q入表示从通过入口6引入的废气中所含亚硫酸气的流速。如图5所示，在一定的脱硫速率Z下，压力Y有一最小值。在预计的脱硫速率下，优选选择S值，使Y最小。例如，当预计的脱硫速率Z为90％时，优选使用约0.017m的S值。当预计的脱硫速率Z为70％时，S值优选为约0.009m。当以预计脱硫速率在99％和70％交替地移动进行脱硫时，S值优选设定在0.035m，这样所提供的在99％脱硫速率时最小的压力Y，且在70％的脱硫速率下满足条件(1)-(4)，S值一确定，就可按上述式确定VmaxS＝Vmax2×ρI/2GρII。然后根据Vmax，确定鼓泡管7的数目和每根鼓泡管7中气体喷射孔8的孔的总面积。
与隔板3相连接的鼓泡管7的排列没有特别的限制，而两相邻鼓泡管7间的距离LI满足下述条件1.5≤LI/S≤10.0；优选2≤LI/S≤8，其中S如上述定义。距离LI是从一鼓泡管7的外周边到所有最近的鼓泡管7的外周边的距离。当LI/S小于1.5时，由于从两鼓泡管7喷射的气流相互干扰使混合的气-液相层A变得不稳定，所以脱硫速率相当低。另一方面，LI/S大大超过10时，产生了较低的容积效率，结果必须使用大尺寸的装置。
距离LI一般为0.05-0.6m，优选0.075-0.45m，如此的选择以满足上述LI/S的要求。为提高隔板3单位面积的处理废气的量，优选距离LI尽可能小。按上述方程式确定S值。就此而论，Vmax为8-35m/s，废气的密度ρI为0.91-1.2Kg/cm3和吸收液的密度ρII为1000-1300Kg/m3。为降低脱硫装置的操作费用(脱硫费用)，希望S值尽可能小，虽然从建设费用的观点来说，太小的S值是不希望的。通过降低废气通过气体喷射孔的速度，即通过增加气体喷射孔的当量直径DH或通过增加气体喷射孔的数量，可使S值减小。如上所述，喷射孔8的当量直径DH通常为3-100mm。
还有重要的一点是这样的设置每根鼓泡管7的气体喷射孔8，即使在没有气体喷入鼓泡管7的情况下吸收液L的液面W与每个气体喷射孔8的中心间的平均距离LII满足下述条件2≤LII/S≤20，优选4≤LII/S≤18，更优选6≤LII/S≤16，其中S是如上述定义。
当LII/S小于2时，废气不能满意地与吸收液L接触，因此脱硫效率低。当LII/S超过20时，废气气泡在通过吸收液L过程相互结合并长大，因此气-液接触的效率降低。深度LII通常为0.05-0.9m，优选0.075-0.75m。
当S值大或当深度LII大时，废气的压力Y高，脱硫速率提高。但是，取决于压力Y的操作费用随压力的增加而增加。当LII/S维持在上述范围时，能够保持以低的压力Y将废气输送到鼓泡管。因此，能够节省脱硫所需要的能量，从而降低脱硫费用。
通过调节深度LII，以便满足上述条件4.5S≤Y≤24S(图5)和2≤LII/S≤20，在任何预计的脱硫速率Z下脱硫所需要的压力Y就可以小。图5所示的曲线是几个实例，其中，只改变预计的脱硫速率Z，而其它参数不变，例如鼓泡管的内径，每根鼓泡管中废气的流速、吸收液的pH值和废气中亚硫酸气的浓度都不变。每根曲线的形状和位置随这些参数变化。
如前所述，S值应当是0.005≤S≤0.06。但是适宜的S值是根据预计的脱硫速率Z而改变，如图5所示。当脱硫装置在各种操作条件下运行时，建议设定高的S值，以便脱硫以低能耗进行。
LII/S对控制脱硫装置的性能，并在预计的脱硫速率下为以最小的操作费用进行脱硫提供有效的方法是一重要的参数。通过改变液面W可以改变深度LII。通过控制反应器中吸收液L的量，或通过控制通过管12加入吸收液L池的氧化性气体如空气的量，可以改变液面W以提供适宜深度LII。
为了有效地进行脱硫，必须通过一个或几个搅拌器10搅拌吸收液L。搅拌器10包括旋转轴10’，该轴10’垂直地或倾斜地延伸进入室4，一个或几个叶片或螺旋桨固定到旋转轴10’的顶端处，以便进行旋转。在这种情况下，为了得到特别稳定的脱硫速率，优选用一个或几个搅拌器进行吸收液的搅拌，所述的搅拌器在每1m3吸收液的驱动功率为0.05-0.2KW，更优选0.08-0.15KW下操作。
优选这样进行搅拌；使在搅拌的吸收液L中生成主要的循环流动(图1中的箭头R所示)。主流还夹带有无规的流动。在图1中，标号11表示带喷嘴的吸收剂加入管，吸收剂从喷嘴喷入主循环物流R。吸收剂迅速地扩散进入吸收液L后，快速地供给气-液混合相层A。如果需要，吸收剂可通过许多管11加入。吸收剂可以在搅拌器10的叶片的上游或下游位置处加入主循环物流R。
通常，吸收剂喷嘴的直径为20-100mm，优选为25-75mm。优选地，利用许多喷嘴将吸收剂迅速而均匀地分散在吸收液L中，以阻止pH的局部升高和在鼓泡管壁上结垢。优选每20-500m3，更优选每30-300m3吸收液L使用一个喷嘴。每一个喷嘴的吸收剂的喷入量为0.5-20Kg mol/h，优选1-10Kg mol/h。
通过管13从室4排出一部分吸收液L，以保持吸收液L中的石膏含量低于设定的值。如果需要，一部分排出的液体在进行除去石膏的处理后，与吸收液混合并通过管11循环到第一室4。掺入循环吸收液的吸收剂的量优选其中的石膏与吸收剂的摩尔比MG/MA为0.1-20，更优选为1-10，以防止靠近气体喷射孔8的区域中pH的局部升高。也就是说，抑制细的石膏结晶或碳酸钙结晶的沉淀。而且，甚至当这些细的结晶生成时，可以防止它们长成大的结晶颗粒，堵塞气体喷射孔8或在鼓泡管7上结垢。
如果需要，一部分吸收液L可以循环并喷入室5，以冷却和清洗引入的废气。
通过管12加入的上述的氧化性气体优选在搅拌器10的叶片的下游位置处喷入主循环物流R。在气-液混合相层A中，发生下述反应，以石膏的形式将废气中的亚硫酸气固定为提高脱硫速率Z，在气-液混合相层A中，必须有效地进行上述的反应。优选将氧化气引入吸收液L中，其量为使氧化气中的氧与废气中的亚硫酸气的摩尔比为0.5-6，更优选1-5。
图4描述了脱硫装置另一实施方案，其中相似的零部件用相同的标号表示。在这个实施方案中，罩2的内部空间被一块隔板3分成下部的第一室4和上部的第二室5。第一室4包含吸收液L的池，吸收液L的液面LS上方限定上部空间B。待处理的废气通过气体入口6引入，该气体入口6设置在第二室5，然后通过许多鼓泡管7喷入吸收液L池，该鼓泡管7固定在隔板3上，并在每根鼓泡管7的下部形成许多水平成一直线的气体喷射孔8。
废气与吸收液L接触脱硫后流入液面LS的上面的上部空间B。优选地，在上部空间B中脱硫气的平均上行速度为0.5-5m/s，更优选为0.7-4m/s，而在上部空间B中脱硫气的平均水平速度优选为8m/s或更小，更优选为6m/s或更小。在脱硫气在上部空间B中流动的过程中，其中的大部分雾滴和固体颗粒因重力作用用与鼓泡管7的碰撞而被分离。在此分离了这些液滴和固体颗粒的脱硫气从出口9排出。
下面的实施例将进一步地描述本发明。实施例含1000ppm亚硫酸气的废气，按本发明的方法进行处理，其处理条件如下反应器13m×13m×10m(高度)废气的最大流速1,000,000m3/h废气的流速范围50-100％(平稳运行)脱硫速率Z90％废气的密度ρI1.1Kg/m3吸收液的密度ρII1100Kg/m2鼓泡管(截面圆形)直径Ds0.15m相邻鼓泡管间的距离LI0.15m数量1390
气体喷射孔(圆形)直径DH0.03m数量12相邻喷射孔间的距离P0.0393m平均距离LII0.2m最大速度Vmax24.2m/sS值0.03压力Y约0.28m发现脱硫处理是以包括安装和建设费用和运行费用的最小的费用进行。
本发明可包括不脱离本发明精神或基本特征的其它形式。因此本发明的几个实施方案被认为是用来说明本发明的所有方面，而不是限制本发明，表示本发明由附后的权利要求，而不是由上述的描述来限定，而且来自本发明意义和与权利要求书相应的的所有改变都包括在本发明的范围内。
权利要求
1.一种合亚硫酸气废气的脱硫方法，所述的废气通过许多气体分散管鼓入搅拌的吸收液池中，所述的每根分散管从隔板垂直地向下延伸进入所述的吸收液，并且每根气体分散管在其下部一侧面的周边壁上设置了许多气体喷射孔，所述的吸收液池在反应器中，并有一液面高度，因此所述的废气与所述的吸收液接触脱硫，生成的脱硫气通到所述隔板和所述吸收液的所述液面界定的上部空间，其特征是每根所述气体分散管的所述气体喷射孔基本上水平排列；每根所述气体分散管的每相邻两个气体喷射孔这样互相间隔，即当所述的两气体喷射孔的每一个被认为是圆形且有相同面积时，所述相邻两气体喷射孔的面心之间的距离P满足下述条件1.15≤P/D≤6其中D是所述两圆形孔中较小一个圆形孔的直径；控制所述废气通过每个所述气体喷射孔的最大速度Vmax，使之满足下述条件Y≥4.5SY≤24S0.05≤Y≤1.00.005≤S≤0.06其中Y表示进行脱硫所要求的所述废气的压力，S表示以所述最大速度Vmax喷射通过所述气体喷射孔的所述废气的动压力除以所述吸收液的密度所得的值；所述气体分散管这样排列，使最近的两分散管间的距离LI满足下述条件1.5≤LI/S≤10.0其中S如所述定义；以及这样设置每根所述气体分散管的所述气体喷射孔，在没有气体喷入分散管的情况下，上述吸收液的液面与每个所述气体喷射孔的中心间的平均距离LII满足下述条件2≤LII/S≤20其中S如所述定义。
2.按权利要求1的方法，其中所述S的范围满足下述条件Y≥6.5SY≤22S0.05≤Y≤1.00.005≤S≤0.06其中Y和S都如所述定义。
3.按权利要求1的方法，其中所述最小距离LI为0.05-0.6m，而所述平均距离LII为0.05-0.9m。
4.按权利要求1的方法，其中所述反应器中所述吸收液的量这样控制，使LII/S为2-20。
5.按权利要求1的方法，其中空气以LII/S为2-20这样的量被鼓入所述吸收液。
6.按权利要求1的方法，其中所述吸收液的搅拌是用一台或几台以每1m3所述吸收液总驱动功率为0.05-0.2KW运行的搅拌器进行的。
7.按权利要求1的方法，其中在上部空间中所述脱硫废气的平均上行速度为0.5-5m/s，而在上述上部空间中所述脱硫废气的平均水平速度为8m/s或更小。
8.按权利要求1的方法，其中每根所述气体分散管的当量直径为25-300mm，而每个所述气体喷射孔的当量直径为3-100mm。
9.按权利要求1的方法，其中在所述上部空间中的所述脱硫废气至少是通过一个上升管引入所述反应器的上部分中界定的室，并通过设置在所述室中的排出口从所述反应器排出。
10.按权利要求9的方法，其中在所述室中所述脱硫废气的平均水平速度为10m/s或更小。
全文摘要
公开了一种含亚硫酸气的废气脱硫方法，是通过许多鼓泡管将废气鼓入吸收液并与吸收液接触，其中为以最少的费用和以稳定方式进行脱硫，各个操作条件要特别相互关联地控制。
文档编号B01D53/14GK1142409SQ9610537
公开日1997年2月12日 申请日期1996年5月30日 优先权日1995年5月30日
发明者西野晴生, 小川芳雄, 川村和茂 申请人:千代田化工建设株式会社