專利名稱：用于從氣體分離二氧化硫的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及通過含水吸收液從氣體分離二氧化硫的方法，在所述方法中首先使所述氣體通過接觸區，其中所述氣體與流出出口箱的液體混合，然后向上通過基本上水平的開孔板，所述板安裝在所述出口箱的旁邊并在其上面提供吸收液的流動層。
本發明也涉及通過含水吸收液從氣體分離二氧化硫的裝置，所述裝置包括a)用于含二氧化硫的氣體的入口和用于已經從中分離二氧化硫的氣體的出口，b)固定在所述入口與出口之間的基本上水平的開孔板，其布置使得含二氧化硫的氣體從下方通過并在其上面承載吸收液的流動層，c)至少一個出口箱，其布置使得液體通過并安裝在所述開孔板的旁邊，d)安裝在所述出口箱中以在所述氣體向上并通過開孔板之前在來自所述入口的氣體中分布液體的分布裝置。
背景技術：
二氧化硫是一種通過氧化含硫的物質例如煤、石油、天然氣、工業和生活廢棄物及泥煤形成的氣體。二氧化硫也可作為化學加工例如冶金加工中的殘余產物產生。通常不允許向大氣中釋放大量的二氧化硫，因此需要一些形式的凈化處理。一個實例是發電廠和其它燃燒設備的煙道氣凈化。在這樣的設備中燃燒產生的煙道氣通常尤其通過用吸收液吸收二氧化硫凈化處理。所述吸收液可含有例如水和一種或多種的物質石灰、石灰石、白云石、氫氧化鈉溶液及類似的適合于吸收二氧化硫的物質。
WO 03/004137公開了用于從氣體中除去二氧化硫的方法和裝置。在這個方法中，使煙道氣向上通過上面提供有吸收液流動層的開孔板。收集已經沿著開孔板流動的吸收液并使其向下流入容器。待凈化的煙道氣首先通過接觸區，其中它與自開孔板向下流動的吸收液接觸，然后向上通過開孔板。在這種方式中，所述煙道氣在到達所述開孔板的下面之前用水蒸氣飽和。然而，已經發現WO03/004137的方法在接觸區引起不必要的高的壓降。
發明概述因此本發明的目的是提供分離二氧化硫的有效方法，在所述方法中上述現有技術的缺點得以消除或顯著減小。
按照本發明，這個目的通過經前言指出的類型的方法達到并且特征為冷卻液流輸送到所述出口箱并通過和在接觸區流出，基本上獨立于所述冷卻液流的吸收液流輸送到開孔板形成從氣體分離二氧化硫的所述流動層。
這個方法的優點是所述冷卻液流量可根據對足以冷卻進氣是必要的因素而獨立于吸收液流量來控制。關于載荷的變化，例如氣體的流量、溫度和二氧化硫含量，這兩個流量可彼此獨立地以能夠分別達到必要的冷卻和二氧化硫的分離效果方式控制。另一個優點是所述方法減小氣體的壓降，因為與現有技術相比較所述冷卻液流量可顯著減小并且仍然提供必要的冷卻。另一個優點是已經流過開孔板上面的吸收液不用作冷卻液，那是現有技術的情況。已經流過開孔板上面的吸收液具有高含量的溶解的二氧化硫，其在冷卻過程中可被蒸發并以不合需要的方式再次與煙道氣混合。
按照優選的實施方案，所述出口箱是延長的并沿著所述開孔板的側邊延伸，所述吸收液流以基本上與所述出口箱的縱向平行的方向在開孔板的上面通過。延長的出口箱導致煙道氣的良好冷卻，因為所述煙道氣將與流出出口箱的液體具有良好的接觸。沿著開孔板的側邊安裝出口箱導致非常緊湊的結構。流出出口箱并被煙道氣夾帶的液體將以有利的方式潤濕所述開孔板的下側并減小積垢的風險。
優選地，流出出口箱的所述冷卻液流收集在含有液體的容器中，其液面位于低于接觸區的水平，一個在出口箱下面所述氣體水平通過的通道在液面和出口箱之間延伸，一個代表液面水平并因此代表所述通道的高度的參數以使所述通道中氣體的平均速度為5-35m/s的方式而控制。其優點是冷卻方法的條件可以使達到所述開孔板下面的良好冷卻、良好潤濕及氣體的低壓降的方式調整至目前載荷。
按照優選的實施方案，流出出口箱的所述冷卻液流和流出開孔板的所述吸收液流收集在共用的容器中。這個實施方案的優點是所述方法可用簡單和不復雜的設備實施。按照仍然更優選的實施方案，所述冷卻液流和所述吸收液流從共用的容器中進料。這個實施方案的優點是相同的液體用于冷卻和吸收。因此這僅需要一個系統用于處理液體并且不需要分開保持兩種液體的裝置。
按照優選的實施方案，出口箱中的靜液壓力與恰好在接觸區前的第一位點和出口箱的液面上的第二位點之間的壓力差的比值通過冷卻液流量控制以使所述靜液壓力大于所述壓力差。通過冷卻液流量，所述出口箱中的液柱高度因此調整至使得煙道氣不能進入通過所述出口箱的底部。按照仍然更優選的實施方案，關于冷卻液流量，所述出口箱中的液體高度控制為使在出口箱的底部達到適合于冷卻的流出速度。
優選地所述煙道氣基本上在出口箱的下面水平傳導。其優點是所述煙道氣的冷卻是有效的，因為當在出口箱的下面通過出口箱的下面產生的接觸區時所述煙道氣具有水平流動方向。另一個優點是當所述煙道氣到達安裝在出口箱旁邊的開孔板時也是水平指向的。這減小壓降并改善煙道氣在流過開孔板的吸收液層中的分布。
本發明的另一個目的是提供用于分離二氧化硫的簡單裝置，在所述裝置中現有技術的以上缺點得以消除或顯著減小。按照本發明，這個目的通過經前言指出的類型的裝置達到并且特征為所述裝置還包括e)用于向出口箱中輸送冷卻液流的第一個泵送設備，f)用于向開孔板輸送基本上獨立于冷卻液流的吸收液流形成流動層的第二個泵送設備。
這個裝置的優點是由于冷卻液流量與吸收液流量彼此獨立使它具有廣泛范圍的容量。因此，所述載荷例如煙道氣的流量、溫度、水分含量和二氧化硫含量可在寬的范圍內變化而不損害所述裝置的功能。例如，僅采用第二個泵送設備可設定合適的流動液層厚度(厚度給出穩定的層)而沒有來自第一個泵送設備的相互作用。另一個優點是所述煙道氣的壓降將是低的，這減少對設備機械強度的要求。
按照優選的實施方案，安裝容器以收集流出出口箱的冷卻液流，所述容器含有液體，其液面位于出口箱的下面并且因此在所述液面與出口箱之間形成氣體通道。所述液面使得能夠控制通道的高度并因此也控制所述煙道氣的速度。
按照優選的實施方案，安裝共用容器以收集流出所述出口箱的冷卻液流和流出所述開孔板的吸收液流。其優點是所述裝置結構簡單。按照仍然更優選的實施方案，所述容器中的液面基本上在整個開孔板下面和基本上在整個出口箱下面延伸。其優點是流出所述出口箱和所述開孔板的液體對著液面收集。這防止磨損和濕干區域，這可能是在例如金屬表面收集所述液體的結果。
按照優選的實施方案，所述開孔板具有長方形板的形狀，其具有平行于出口箱的第一個側邊和垂直于第一個側邊的第二個側邊，所述第一個泵送設備及第二個泵送設備由沿著平行于第二個側邊的線連續安裝的大型泵組成。這個實施方案的優點是大型泵可以泵送具有高含量的懸浮固體的液體而不顯著增加磨損。高含量的懸浮固體給出的優點是所述裝置較小和較便宜，因為對于一定量的固體要求較小的容器容積。由壓縮空氣操作的大型泵實施所述液體中未氧化物質例如亞硫酸根離子的氧化，同時伴隨運送液體。長方形的開孔板與沿著垂直于所述出口箱的縱向的線安裝的大型泵一起產生特別緊湊的結構。
按照優選的實施方案，所述開孔板具有長方形板的形狀，它被第二個泵送設備分為兩個部分，從上面可見所述泵具有延長的大型泵形式，安裝以在這兩個部分上面分布吸收液流，所述出口箱是延長的并沿著開孔板的第一個側邊安裝并與所述大型泵的縱向基本上呈直角。因為吸收液在所述開孔板的兩個部分上面以兩個相反方向傳導，由所述大型泵泵送的吸收液在所述開孔板上面輸送較短的距離。這導致減小的氣體壓降和改善的二氧化硫分離。
按照仍然更優選的實施方案，所述裝置具有第一個和第二個開孔板，其每一個具有基本上為長方形板的形狀，其每一個被第二個泵送設備分為兩個部分，所述泵送設備從上面可見以延長的大型泵的形式安裝以在這兩部分上面分布吸收液流，第一個和第二個延長的出口箱分別沿著第一個和第二個開孔板的第一個側邊安裝并基本上與相應大型泵的縱向呈直角，用于引入氣體的入口間隙在所述兩個出口箱之間延伸。這個實施方案導致特別緊湊和簡單的結構。
按照另一個實施方案，所述裝置具有安裝以收集流出所述出口箱的冷卻液流的第一個容器和安裝以收集至少部分流出所述開孔板的吸收液流的第二個容器。這個實施方案的優點是在所述兩個容器中的液體水平可彼此獨立地設定。按照另一個優選的實施方案，所述裝置具有自第一個容器向第二個容器泵送液體的第三個泵送設備。它的優點是使所述第一個容器中的水平可低于所述第一個容器中的水平。按照這個裝置的另一個優選的實施方案，第一個泵送設備與第二個泵送設備安裝以分別自第二個容器中輸送冷卻液流和吸收液流。這個實施方案給出緊湊和廉價的設計，因為僅打算在所述裝置中處理一種液體。
按照一個優選的實施方案，所述分布裝置包括至少一個噴嘴，其特性尺寸例如最小孔直徑(D)或最小空隙寬度(V)為1-8cm。已經發現這些尺寸給出所述氣體中液體的良好分布。
按照優選的實施方案，所述出口箱具有基本上與所述開孔板下面位于相同水平的底部。其優點是所述出口箱的底部與所述開孔板的底部彼此成一直線。這導致較低的氣體壓降，因為所述氣體在其下面傳導的表面不具有任何凸起的部分。另一個優點是當所述冷卻液與吸收液收集在共用的容器中時，將所述吸收液泵送到所述開孔板必須達到的高度與現有技術中的當所述出口箱的底部位于所述開孔板下面的一段距離時的情況相比較更低。
本發明另外的優點和特征從以下的描述和附加的權利要求中將是顯而易見的。
附圖簡述本發明現在通過多個實施方案并參照附圖得到更詳細的描述。
圖1為示意性圖解說明本發明裝置的水平面上的剖面圖。
圖2為顯示圖1的II-II剖面的垂直面上的剖面圖。
圖3為顯示圖1的III-III剖面的垂直面上的剖面圖。
圖4為顯示圖1的IV-IV剖面的垂直面上的剖面圖。
圖5a為顯示圖1的區域V的俯視平面圖。
圖5b為顯示出口箱的底部的供選實施方案的俯視平面圖。
圖6為顯示本發明第二個實施方案的裝置的透視剖面圖。
圖7為示意性圖解說明本發明第三個實施方案的裝置的水平面上的剖面圖。
圖8為圖解說明在圖7中顯示的裝置的透視剖面圖。
圖9為圖解說明在圖7中顯示的裝置的氣體入口和出口的透視剖面圖。
圖10為圖解示意性顯示本發明第四個實施方案的裝置的垂直面上的剖面圖。
圖11為圖解示意性顯示本發明第五個實施方案的裝置的水平面上的剖面圖。
圖12a為顯示圖11中的XII-XII剖面的垂直面上的剖面圖。
圖12b為圖解說明在圖12a中顯示的區域XIIb的垂直面上的放大的局部視圖。
圖13為圖解示意性顯示本發明第六個實施方案的裝置的垂直面上的剖面圖。
優選實施方案描述圖1圖解示意性顯示本發明的裝置1。所述裝置1具有來自鍋爐(未顯示)的煙道氣4的入口2。如在圖2中清晰可見的，所述煙道氣4在第一個步驟中通過接觸區6。在接觸區6中所述煙道氣4與液體混合以致于所述氣體冷卻并用經部分蒸發的液體產生的水蒸氣飽和。然后所述煙道氣4輸送至水平的長方形開孔板8。所述開孔板8具有一些均勻分布的煙道氣4可通過的孔10。在其上面12所述開孔板8承載有吸收液的流動層14。當所述煙道氣4通過吸收液的所述流動層14時，二氧化硫從煙道氣4中分離。所述凈化的煙道氣16通過用于凈化的煙道氣16的出口18離開所述裝置1。
所述接觸區6自延長的出口箱20供給液體。沿著所述開孔板8的第一個側邊22延伸并向上開口的所述出口箱20具有使出口箱20與吸收液的所述流動層14分開的延長的側壁24。所述出口箱20通過延長的雙壁導軌26靠近所述氣體入口2確定，所述雙壁導軌26提供防止液體在氣體入口2冷凝的隔層28。所述出口箱20具有提供有噴嘴32的形式的分布裝置的底部30。所述噴嘴32適合于分布液體，這通過圖2中的箭頭CL表示，其朝底部30向下流動并通過出口箱20，達到接觸區6并因此使所述液體與在出口箱20的底部30的下面水平傳導的煙道氣4接觸。流出出口箱20且還未蒸發的液體收集在容器34中。在容器34中的液體36具有基本上在整個開孔板8的下面以及基本上在整個出口箱20的下面延伸的液面38。在出口箱20的底部30與液面38之間存在煙道氣4可通過的空隙40形式的通道。很明顯，煙道氣4作用于離開噴嘴32的液流42以致于這個液流42不是垂直的而是在下邊緣偏離。對所述液流42重要的是液滴大小和流量如此之大以致于從出口箱20至液面38自始至終提供稠密的液幕。在液面38與出口箱20之間的空隙40在噴嘴32具有受容器34的液體水平(即液面38的位置)控制的高度H。在一定流量的煙道氣4下，一定的高度H導致空隙40中煙道氣4的一定速度。已經發現這個氣體速度不應超過約35m/s。在更高的氣體速度下，在空隙40中的壓降增加。在更高速度下的仍然更大的缺點是所述煙道氣4夾帶離開噴嘴32的大部分液體。這增加在液面38與開孔板8之間形成的空隙44的壓降并用液體填充孔隙10，因此在這些孔隙中壓降也增加。在空隙40中的氣體速度應高于約5m/s以確保煙道氣4與經噴嘴32分布的液體的良好接觸。而且在約5m/s下，煙道氣4夾帶經噴嘴32分布的部分液體。然而，這是優點，因為所述夾帶的液體潤濕開孔板8的下面46并減少所述下面46積垢的風險。如自圖2顯而易見的，出口箱20的底部30與開孔板8的下面46基本上位于相同的水平面上。這與圓形導軌26一起賦予煙道氣4低的壓降。
所述出口箱20的設計使要求的液流離開噴嘴32。為了防止煙道氣4通過噴嘴32而不是通過孔隙10，所述出口箱必須具有一定的靜液壓力P1。煙道氣的壓力差dPr可自恰好位于接觸區6前面的位置A和恰好位于所述出口箱20的液面48上面的位置B測量。那么所述出口箱20中的靜液壓力P1可計算為自出口箱20的底部30至所述底部30直上方的液面48的高度h1乘以出口箱20中液體的密度和重力加速度g。為了防止煙道氣通過噴嘴32，P1必須大于dPr。離開噴嘴32的液體必須具有一定的速度以在接觸區6提供該液體與煙道氣4之間的良好接觸。已經發現0.2-3m/s的液體速度是合適的。為了提供這個液體速度，所述出口箱20中的靜液壓力P1必須明顯大于dPr。已經發現比要求僅相當于dPr的高度至少高約100mm的高度h1對提供以上提及的液體速度是合適的。也應該意識到在小的高度H下，在空隙40得到高的壓降，其增加壓力差dPr，其需要所述出口箱20中大的高度h1。
圖3顯示以第一大型泵50形式的第一個泵送設備。所述大型泵50具有自恰好位于容器34的底部54的上面的水平垂直向上延伸至出口箱20的垂直管線52。所述大型泵50也具有多個在管線52下面垂直安裝的噴氣嘴56，所述噴氣嘴通過在上面配置有控制閥60的導管58供給壓縮空氣。所述壓縮空氣降低液體36的密度并在管線52中提供由箭頭CF表示的向上的液流。這個向上的液流到達所述出口箱20并在其中分布然后如上描述的那樣流出進入接觸區6。經所述大型泵50產生的液流因此可稱作冷卻液流，因為在接觸區6它流出并冷卻進入的煙道氣4。這種由所述第一大型泵50產生的冷卻液流適當相當于約2-5升液體/m3煙道氣的L/G(即相當于氣體流量的液體流量)。所述控制閥60調整以使出口箱20中的高度h1導致合適的L/G和自噴嘴32的合適的流出速度。一般的h1值為0.5-1m。因此所述閥門60可用于根據煙道氣4的流量及根據煙道氣4的溫度和水含量調整冷卻液流量以提供足夠冷卻的煙道氣4和足夠潤濕開孔板8的下面46。從圖2中顯而易見的所述出口箱20的寬度w應至少在出口箱20的上部足以使來自所述大型泵50的氣泡找到路徑到達液面48而不是被所述液體向下夾帶。所以，在出口箱20中的垂直向下的液體速度合適地為約1m/s的最大值，優選為約0.5m/s的最大值。已經發現這樣的速度對提供液體的良好脫氣(deareation)是合適的，其也增加液體的密度。w的選擇也受到在出口箱20中的縱向水平速度不應太高和可實現對出口箱20的內部目測檢查和檢修的條件的影響。
如在圖3中顯示的，所述裝置1也具有以延長的第二大型泵62的形式的第二個泵送設備。所述大型泵62具有自恰好在容器34的底部54上面的水平垂直向上延伸至所述開孔板8的上面12的垂直管線64。所述大型泵62也具有多個噴氣嘴66，其在所述管線64的下面垂直安裝并且通過在上面配置有控制閥70的導管68供給壓縮空氣。所述壓縮空氣降低液體36的密度并在管線64中提供由箭頭AF表示的向上的液流。這個向上的液流將到達所述開孔板8的上面12并在所述開孔板8的上面形成水平流動的層14。由所述大型泵62產生的液流因此可稱作吸收液流，因為在所述開孔板8的上面它將自進入的煙道氣4分離和吸收二氧化硫。由所述第二大型泵62產生的吸收液流適當地相當于約10-50升吸收液/m3煙道氣和通常為約15-30升吸收液/m3煙道氣的L/G(即相當于氣體流量的液體流量)。所述控制閥70調整為使所述層14具有能夠使要求量的二氧化硫與煙道氣分離的足夠的厚度。所述層14的一般厚度為0.2-0.3m，即明顯比所述出口箱20中的一般液體高度h1更小。所述閥門70用于根據煙道氣4的流量和煙道氣4的二氧化硫含量調整吸收液流量以得到穩定的層14并提供足夠的二氧化硫分離。因此所述第一大型泵50和第二大型泵62可彼此獨立控制以分別產生適合于冷卻通行的煙道氣4的冷卻液流和獨立于所述冷卻液流量并適合于自通行的煙道氣4分離二氧化硫的吸收液流量。
所述液體36為基本上由石灰石(自石灰石懸浮液儲庫(未顯示)供給容器34)和水以及石膏和在自煙道氣4分離二氧化硫中形成的亞硫酸鈣的混合物組成的吸收液。所述吸收液36可例如以在WO 96/00122中公開的方式制備。如自圖3中顯而易見的，所述冷卻液流和所述吸收液流兩者自容器34供給。因此所述冷卻液流和所述吸收液流兩者由吸收液36組成。所述吸收液中的固體含量可高達20-30％重量并且在一些情況中高于30％重量，由于所述大型泵50、62沒有任何可移動的部件，其在高固體含量的情況下可受到增加的磨損。
圖4顯示所述延伸的大型泵62如何沿著所述長方形開孔板8的第二個側邊72排列，第二個側邊72與所述第一個側邊22呈直角并因此也與所述出口箱20的縱向呈直角。因此，所述第一個大型泵50和所述第二個大型泵62沿著與第二個側邊72平行的線連續排列，這從圖1中也是顯而易見的。
從圖4中也明顯可見吸收液的所述層14如何自所述第二個大型泵62以由箭頭AL表示的平行于所述延伸的出口箱20的縱向的方向在所述開孔板8的上面水平經過。這導致煙道氣4流與在所述開孔板8的上面流動的吸收液層14之間的錯流。導軌76連接于與第二個側邊72相對的第三個側邊74。所述導軌76自所述開孔板8在液面38的下面向下延伸以防止煙道氣4在所述開孔板8的旁邊通過。已經在所述開孔板8的上面流動的吸收液在第三個側邊74沿著導軌76向下流動并收集在容器34中。在第二個側邊72因此形成吸收液進料到所述開孔板8的入口區域78，在第三個側邊74形成離開所述開孔板8的吸收液的出口區域80。因此所述吸收液36在所述開孔板8的上面12通過，只要隨后通過出口區域80循環至容器34并在所述吸收液36再次作為吸收液流引入到所述開孔板8的上面12或作為冷卻液流引入到所述出口箱20之前用空氣處理氧化亞硫酸鹽。這防止二氧化硫自吸收液揮發，這可能是如果具有高的亞硫酸鹽含量的吸收液已用于冷卻接觸區6的情況。而目前低亞硫酸鹽含量的冷卻液流導致液流42在所述接觸區6提供一定二氧化硫吸收。
一定量的吸收液也通過孔10向下流動并收集在容器34中。其在整個開孔板8的下面和基本上在整個出口箱20的下面延伸的所述容器34因此是已經流出出口箱20的冷卻液流和已經流經所述開孔板8的上面的吸收液流的共用的收集容器并且其收集流出出口箱20的液體以及自所述層14向下通過孔10流動的吸收液和已經到達出口區域80的吸收液。
在二氧化硫的吸收中形成含石灰石、亞硫酸鈣的吸收液。這應該轉化為硫酸鈣(即石膏)以提供可再利用的殘余產物和使所述裝置中尤其是在所述開孔板8上面積垢的風險減至最小。用于所述兩個大型泵50、62的壓縮空氣流相當于約20-25％的空氣與用所述相應的大型泵50、62向上輸送的液體的混合物。在大多數情況中，空氣的這個量足以使形成的亞硫酸鈣氧化為石膏。在一些情況中，例如當所述煙道氣4本身具有非常低的氧氣含量時，可以便利地使用獨立的氧化裝置82，其通過噴嘴84向所述容器34中的吸收液36提供額外的氧化空氣。
圖5a顯示在圖1中表示的所述出口箱20的底部30的區域V。所述底部30提供有在所述煙道氣4的水平流動方向可見的第一排86的噴嘴32和在所述流動方向可見的第二排88的噴嘴32。所述噴嘴32具有圓孔形式。所述圓孔的形狀可以是圓柱形的或者在一端是圓形的、帶斜面的或具有一些其它的適用于噴嘴的形式。所述最小的直徑D(即所述噴嘴32中最窄的截面)應為約1-8cm，優選約1-5cm。在冷卻液流與所述煙道氣4之間的接觸中得到直徑小于約1cm的液滴，液滴非常小以致于大部分被所述煙道氣4夾帶并引起增加的壓降和減弱的煙道氣冷卻。用具有大于約8cm直徑的噴嘴32在冷卻流與所述煙道氣4之間得到不良的接觸，煙道氣用水蒸氣的飽和情況不夠充分。如自圖5a顯而易見的，在所述排86的噴嘴32相對于在所述排88的噴嘴32是偏移的。目的是防止煙道氣4帶通過接觸區6而未加入水蒸氣。
圖5b顯示在圖5a中顯示的底部30的供選實施方案。在圖5b中顯示的底部130具有在所述煙道氣4的水平流動方向可見的第一個空隙132和在所述流動方向可見的第二個空隙133。所述兩個空隙132、133彼此重疊以防止煙道氣4的帶通過接觸區6而不與所述冷卻液流接觸。由于與以上對圓形噴嘴32闡述的同樣原因，所述最小的空隙寬度V(即所述空隙132、133中最窄的截面)應為約1-5cm。
圖6舉例說明了裝置100的形式的本發明第二個實施方案。所述裝置100由于具有長方形開孔板108而不同于所述裝置1，其開孔板基本上與以上描述的開孔板8屬于相同類型，但是它被分為第一部分109和第二部分111。沿著這兩個部分109和111，更具體地講沿著所述開孔板108的第一個側邊122，延伸一個延長的出口箱120。所述出口箱120由安裝在所述出口箱120中央的第一個大型泵150供給冷卻液流。中央安裝的延長的第二個大型泵162(與所述第一個大型泵150排成一列并垂直于所述出口箱120的縱向)在所述開孔板108的兩個部分109、111之間開口并向所述兩個部分的每一個供給吸收液流。煙道氣在所述出口箱120的下面在第一個大型泵150的每一面水平供給并在第一步驟中被流出所述出口箱120的冷卻液流冷卻。然后所述煙道氣向上通過所述開孔板108的部分109、111和流經那里的吸收液層(在圖6中未顯示)。
為共用收集容器并且在整個開孔板108的下面和在整個出口箱120的下面延伸的容器134收集已經流出所述出口箱120的冷卻液流和流經所述開孔板108上面的吸收液流。每一個部分109、111提供有導軌176、177防止煙道氣通過相應部分109、111的旁邊。
圖7-9舉例說明了裝置200的形式的本發明第三個實施方案。如自圖7中顯而易見的，所述裝置200具有被分為第一部分209A和第二部分211A的第一開孔板208A和被分為第一部分209B和第二部分211B的第二開孔板208B。第一個延長的出口箱220A沿著第一開孔板208A的第一個側邊222A排列，這也在圖8中可見。第二個延長的出口箱220B沿著第二開孔板208B的第一個側邊222B排列。在彼此相對排列的這兩個出口箱220A、220B之間形成空隙221，其中開有氣體入口202。
所述出口箱220A由在所述出口箱220A上中央安裝的第一個大型泵250A供給冷卻液流。中央安裝的與第一個大型泵250A排成一列并垂直于所述出口箱220A的縱向的延長的第二個大型泵262A在所述開孔板208A的兩個部分209A、211A之間開口并供給吸收液流至兩個部分209A、211A的每一個，如圖7中的箭頭舉例說明。相應地，所述第二個出口箱220B由第一個大型泵250B供給并且第二個開孔板208B由延長的第二個大型泵262B供給。
通過在圖9中可見的所述入口202供給空隙221的煙道氣204在第一和第二個出口箱220A、220B之間分布并當在所述相應的出口箱220A、220B的下面水平通過時被相應的冷卻液流冷卻。隨后煙道氣204通過在部分209A、211A和209B、211B上分別提供的吸收液層(在圖7-9中未顯示)，從而分離二氧化硫。穿過在部分209A、211A、209B、211B上提供的吸收液層的氣體的壓降明顯大于穿過出口箱220A、220B的壓降。確保相應的第二個大型泵262A、262B向第一開孔板208A和向第二開孔板208B泵送相同規模的液流的控制(即在兩個開孔板208A、208B上面的所述層具有相同的厚度)也確保煙道氣204在兩個出口箱220A、220B之間均勻分布。然后所述凈化的煙道氣216通過在所述入口202的兩邊安裝的氣體出口218離開所述裝置200。已經流出相應的出口箱220A、220B的冷卻液流和已經流出相應部分209A、211A、209B、211B的吸收液流收集在共用容器234中，所述液體從中再次經相應的大型泵250A、262A、250B、262B進料。
圖10顯示了裝置300的形式的本發明第四個實施方案。煙道氣304通過入口302引入到所述裝置300中。在第一個步驟，所述煙道氣當在基本上與在圖1和3中顯示的出口箱20屬于相同類型的出口箱320下面水平通過時冷卻并用水蒸氣飽和。然后使所述煙道氣向上通過開孔板308并通過在那里提供的吸收液的流動層314，從而分離二氧化硫。凈化的煙道氣316通過出口318離開所述裝置。流出出口箱320的液體收集在第一個容器334中。所述容器334配備有再循環泵351(可有利地為大型泵)，所述泵通過導管353自第一個容器334將液體進料至所述層314。所述容器334含有液體336，其液面338位于所述出口箱320的下面。因此在所述液面338與所述出口箱320的底部之間形成所述煙道氣304必須通過的空隙340。通過所述再循環泵351可控制所述液面338的水平，并因此控制所述空隙340的寬度以提供適合于通過流出所述出口箱320的液體冷卻所述煙道氣304的氣體速度。向所述出口箱320自第二個容器335提供吸收液336的形式的冷卻液流。可為大型泵的第一個泵350通過導管352自第二個容器335向所述出口箱320輸送相當于約2-5l/m3煙道氣的L/G的吸收液336。大型泵362的形式的第二個泵(包括壓縮空氣嘴366、壓縮空氣管線368和控制閥370)自第二個容器335向所述流動層314輸送吸收液336的形式的吸收液流并流經所述開孔板308的上面。經所述大型泵362泵送的吸收液流相當于約15-30l/m3煙道氣。在與所述第二個泵362相對的所述開孔板308的一端安裝了返回導管380使所述吸收液再循環至第二個容器335。因此所述再循環泵351經所述層314和所述返回導管380自第一個容器334向第二個容器335泵送液體。可能通過在圖10中未顯示的所述開孔板308的孔隙流動的所述吸收液收集在傾斜低面381上并流向所述第一個容器334。可獨立于所述第一個容器334中的水平的所述第二個容器335中的水平可設置為通常高于所述第一個容器334中的水平，這意指需要最小的泵送功來產生所述層314以及冷卻液流向所述出口箱320。
圖11、12a和12b舉例說明了裝置400的形式的本發明第五個實施方案。所述裝置400很象在圖1-4中顯示的所述裝置1，因此在所述裝置400中具有與裝置1的直接同等物的部分已給出相同的標識符號并且在此將不再詳細描述。在圖11中顯示的所述裝置400中，吸收液的流動層414以箭頭AL的方向在所述長方形開孔板8的上面水平通過，目的是自通過所述流動層414的煙道氣4分離二氧化硫。所述流動層414如以上尤其是圖3描述的方式輸送到所述開孔板8。
圖12a舉例說明了在連接于所述開孔板8的第三個側邊74的導軌76與同所述側邊74相對的豎直器壁490之間形成的所述裝置400中的出口區域480。在所述出口區域480中(其中吸收液離開所述開孔板8向下流動進入所述容器34中)，節流閥492水平安裝并適合于通過在圖11中顯示的電動機493轉動。所述節流閥492具有水平軸494，其平行延伸至第三個側邊74并且如在圖12b中清晰可見的具有第一個閘門葉片495和第二個閘門葉片496，所述閘門葉片495、496沿著共同的平面延伸。因此安裝所述電動機493以在水平軸494轉動節流閥492。
圖12b顯示在所述閘門葉片495、496與水平面之間形成的角度α。如同可見到的，在第一個葉片495與導軌76之間形成第一個縮口497，在第二葉片496與所述器壁490之間形成第二個縮口498。吸收液必須克服以流動通過所述出口區域480并向下進入容器34的壓降依這些縮口497、498的寬度而定。通過所述電動機493可設置所述角度α和因此所述縮口497和498的寬度。在小的角度α下，例如約20-30°的角度α，所述縮口497、498的寬度是小的。因此當吸收液流動通過所述出口區域480并向下進入容器34時受到高的壓降，因此所述層414的厚度增加直到所述層414的厚度與所述縮口497、498的壓降之間達到平衡。如果要求所述層414的厚度較小，所述角度α通過所述電動機493轉動所述軸494并因此轉動閘門葉片495和496至例如約40-50°的角度α而增加，因此增加所述縮口497和498的寬度以使壓降減小，在這種情況中，當所述吸收液流動通過所述出口區域480并向下進入容器34時受到較小的壓降。因此，在圖11、12a和12b中顯示的所述節流閥492進一步提供了調節所述層414的厚度的可能性。這個調節對鄰近于所述出口區域480的所述層414的厚度T具有最大的影響。因此所述節流閥492的優點是它改善所述層414的厚度的控制并因此輔助控制大型泵62以提供在目前的操作情況下給出足夠的二氧化硫分離效果的所述層414的厚度。另一個優點是所述層414的厚度在整個開孔板8上看更均勻，這減小在鄰近于所述出口區域480的區域降低二氧化硫分離效果的風險。
圖13以基本上相當于在圖4中顯示的剖面圖的剖面圖舉例說明了裝置500的形式的本發明第六個實施方案。所述裝置500很象在圖1-4中顯示的所述裝置1，因此在所述裝置500中具有與裝置1的直接同等物的部分已給出相同的標識符號并且在此將不再詳細描述。在圖13中顯示的所述裝置500中，吸收液的流動層514以箭頭AL的方向自入口區域578在所述長方形開孔板8的上面水平通過流向所述出口區域80，目的是自通過所述流動層514的煙道氣4分離二氧化硫。從相對于所述第二個側邊72的豎直器壁590在所述出口區域578延伸導軌592。所述導軌592自所述壁590向所述開孔板8以在豎直方向上高于所述開孔板8的水平而基本上水平延伸。如在圖13中顯示的，所述導軌592是弧形的。由所述大型泵62產生的所述向上的液流AF被所述導軌592從豎直流動方向偏轉為水平流動方向并形成在所述開孔板8的上面流動的所述液流AL。所述導軌592緩沖通常在所述大型泵中產生的波動并導致所述大型泵62在所述開孔板8的上面產生均勻的流動。另外，所述偏轉通過導軌592引起在管道64中具有豎直速度的吸收液流在離開出口區域578并在所述開孔板8的上面通過時得到更高的初始水平速度。這有助于使得在整個開孔板8的上面所述層514的厚度更均勻。應該意識到在圖13中舉例說明的類型的導軌也適用于分別如在圖6和圖7-9中顯示的裝置100和200的類型。例如，在裝置100中適當地安裝了向著所述開孔板108的第一部分109延伸的第一個導軌和向著所述開孔板108的第二部分111延伸的第二個導軌。在圖6中顯示的裝置100中，這樣的導軌將具有改善所述吸收液流在所述第一部分109和第二部分111之間的分布的另外的功能。當然，在一個和相同的裝置中聯合使用如在圖12a中顯示的所述節流閥492與在圖13中顯示的導軌592也是可能的。
應該意識到本發明以上描述的實施方案的許多改進在如由附加的權利要求定義的本發明的范圍內是可能的。
具有如在圖1-4、圖6以及圖7-9中描述的長方形開孔板的實施方案很好適合于生成模件系統。因此，例如2-4個單位的裝置1可以平行構建以共同處理煙道氣流。
以上描述的實施方案全部具有長方形開孔板。應該意識到制作圓形、半圓形或扇形開孔板并且沿著這樣開孔板的側邊或部分側邊安裝一個或多個出口箱也是可能的。
在以上描述的實施方案中，煙道氣在所述出口箱下面水平通過。在面對所述入口2的出口箱的壁上安裝噴嘴因此使所述冷卻液流冷卻基本上豎直流動的煙道氣也是可能的，但不是優選的。
所述開孔板8可以幾種不同的方法和多種不同的材料制作。特別優選的方法是以如在WO 96/00122中描述的方法設計開孔板。在由聚合物材料制造的開孔板中，可用本發明達到的低溫進氣是所述開孔板不被損壞的條件。
所述大型泵可用一些其它類型的泵例如離心泵或螺旋槳式泵替代。然而，大型泵由于同時具有氧化作用和它們用高固體含量的液體運行而不受到過度的磨損的能力而特別優選。
以上描述的實施方案用于來自燃煤鍋爐的煙道氣的凈化。應該意識到本發明也可用于其中打算自氣體分離二氧化硫的其它方法。這樣方法的實例為石油、泥煤、生物燃料和廢棄物(例如工業和生活廢棄物)的燃燒；冶金方法(例如鋼和銅制造方法)；水泥制造方法和精煉方法(例如煉油和天然氣精煉)。所述裝置也可用于吸收與二氧化硫一起的其它物質。這樣物質的實例為鹵化氫例如氯化氫、氟化氫、溴化氫和碘化氫；溴；重金屬例如水銀及其它化合物。
二氧化硫的吸收可采用多種不同的吸收液實施。其當與水混合時適合于分離二氧化硫的物質的實例為石灰石、石灰、白云石、氫氧化鈉等。因此所述裝置不限于所述吸收液的特定的組合物。
實施例這個實施例涉及包括以上描述的圖1-4和5a類型的裝置的中試規模實驗。
由聚丙烯制造的所述開孔板8具有30mm的厚度和約3.6％的自由孔面積，所述孔10具有22mm的直徑。所述孔22在開孔板8的下面46帶有斜面。約96％通過44μm的篩孔的顆粒大小的石灰石以25％重量的含水懸浮液的形式供給所述容器34。在容器34中加入另外的水。在所述容器中的吸收液36在使用中含有約13％重量的固體和具有約5.4的pH。
凈化來自石油燃燒的動力發電廠的煙道氣4，所述未用水蒸氣飽和的進氣具有約190°的溫度和約2000ppm的二氧化硫濃度。所述煙道氣4經入口2通過空隙40。所述容器34中的液面38調整至使所述空隙40中的氣體速度為約15m/s的水平。位點A與位點B之間的壓力差估計為4600Pa。第一個大型泵50向出口箱20輸送相當于3l/m3的通行的煙道氣的冷卻液流。第二個大型泵62向入口區域78輸送相當于20l/m3的通行的煙道氣的吸收液流以形成所述層14。在所述出口箱20中的高度h1為700mm，相當于約7700Pa的靜液壓力P1。在所述出口箱20的底部30的圓形孔32具有約2cm的直徑。圓形孔32的數目使在目前的靜液壓力下離開所述孔32的液體的速度為約1.5m/s。據目測可估算的，所述氣體4夾帶約10％的離開所述出口箱20的底部30的圓形孔32的吸收液而其余的吸收液到達液面38。在所述試驗過程中，沒有觀察到所述開孔板8的孔10阻塞和所述開孔板8的下面46積垢。在所述下面46也可觀察到由所述氣體4夾帶的吸收液提供的明顯的沖洗作用。測量顯示恰好在所述開孔板8的下面的所述氣體4保持約57°的溫度并且基本上用水蒸氣飽和。因此，相應可見的有限的冷卻液流足以達到要求的冷卻。離開所述裝置1的氣體16具有約55℃的溫度和含有約22ppm的二氧化硫。也實施關于煙道氣的流量變化的試驗并且證實冷卻區域6以及所述層14隨著煙道氣流量變化以穩定方式運行。
權利要求
1.一種通過含水吸收液(36)自氣體(4)分離二氧化硫的方法，在所述方法中所述氣體首先通過接觸區(6)，其中所述氣體(4)與流出出口箱(20)的液體(42)混合，然后向上通過安裝在所述出口箱(20)的旁邊并且在其上面提供有吸收液的流動層(14)的基本上水平的開孔板(8)，所述方法的特征為冷卻液流(CF)輸送通過所述出口箱(20)和流出進入接觸區(6)，基本上獨立于所述冷卻液流(CF)的吸收液流(AF)輸送到所述開孔板(8)形成自所述氣體(4)分離二氧化硫的所述流動層(14)。
2.權利要求1的方法，其中所述出口箱(20)為延長的并且沿著所述開孔板(8)的側邊(22)延伸，所述吸收液流(AF)以基本上平行于所述出口箱(20)的縱向的方向(AL)在所述開孔板(8)上通過。
3.權利要求1或2的方法，其中流出所述出口箱(20)的冷卻液流(42)收集在含有液體(36)的容器(34)中，其液面(38)位于低于接觸區(6)的水平，所述氣體(4)在所述出口箱(20)的下面水平通過的通道(40)在所述液面(38)與所述出口箱(20)之間延伸，表示所述液面(38)的水平并因此表示所述通道的高度(H)的參數控制為使通道(40)中所述氣體(4)的平均速度為5-35m/s。
4.前述權利要求中任一項的方法，其中流出所述出口箱(20)的冷卻液流(CL)與流出所述開孔板(8)的吸收液流(AL)收集在共用容器(34)中。
5.權利要求4的方法，其中所述冷卻液流(CF)和所述吸收液流(AF)自所述共用容器(34)進料。
6.前述權利要求中任一項的方法，其中所述出口箱(20)中的靜液壓力與恰好在接觸區(6)前的第一位點(A)和出口箱(20)的液面(48)上的第二位點(B)之間的壓力差的比值通過冷卻液流(CF)控制以致于所述靜液壓力大于所述壓力差。
7.前述權利要求中任一項的方法，其中所述煙道氣(4)基本上在所述出口箱(20)的下面水平通過。
8.一種通過含水吸收液自氣體(4)分離二氧化硫的裝置，所述裝置包括a)用于含二氧化硫的氣體(4)的入口(2)和用于已經從中分離二氧化硫的氣體(16)的出口(18)，b)基本上水平的開孔板(8)，所述開孔板固定在所述入口(2)與所述出口(18)之間并使含二氧化硫的氣體(4)從下面通過并在其上面(12)承載吸收液的流動層(14)，c)至少一個安裝以通過液體(36)并且安裝在所述開孔板(8)的旁邊的出口箱(20)，d)安裝在出口箱(20)中以在所述氣體向上并通過所述開孔板(8)之前在來自所述入口(2)的氣體(4)中分配液體的分配設備(32)，所述裝置的特征為所述裝置還包括e)用于將冷卻液流(CF)輸送到所述出口箱(20)的第一個泵送設備(50)，f)用于將基本上獨立于冷卻液流(CF)的吸收液流(AF)輸送到開孔板(8)形成流動層(14)的第二個泵送設備。
9.權利要求8的裝置，其中安裝容器(34)以收集流出所述出口箱(20)的冷卻液流(CL)，所述容器(34)含液體(36)，其液面(38)位于所述出口箱(20)的下面并因此在所述液面(38)與所述出口箱(20)之間形成氣體(4)的通道(40)。
10.權利要求9的裝置，其中安裝共用容器(34)以收集流出所述出口箱(20)的冷卻液流(CL)和流出所述開孔板(8)的吸收液流(AL)。
11.權利要求10的裝置，其中所述容器(34)中的液面(38)基本上在所述整個開孔板(8)的下面與基本上在所述整個出口箱(20)的下面延伸。
12.權利要求8-11中任一項的裝置，其中所述開孔板(8)具有長方形板(8)的形狀，其具有平行于所述出口箱(20)的第一個側邊(22)和垂直于第一個側邊(22)的第二個側邊(72)，所述第一個泵送設備(50)及所述第二個泵送設備(62)由沿著與所述第二個側邊(72)平行的線連續安裝的大型泵(50，62)組成。
13.權利要求8-11中任一項的裝置，其中所述開孔板(108)具有長方形板(108)的形狀并被所述第二個泵送設備(162)分為兩個部分(109，111)，從上面可見所述第二個泵送設備具有延長的大型泵(162)的形式并安裝以在所述兩個部分(109，111)上面分布吸收液流，所述出口箱(120)為延長的并且沿著所述開孔板(108)的第一個側邊(122)安裝并與所述大型泵(162)的縱向基本上呈直角。
14.權利要求13的裝置，所述裝置具有第一和第二個開孔板(208A，208B)，其中每一個開孔板具有基本上為長方形板(208A，208B)的形狀并且被所述第二個泵送設備(分別為262A和262B)分為兩個部分(分別為209A、211A和209B、211B)，從上面可見所述第二個泵送設備為延長的大型泵(分別為262A和262B)的形式，所述第二個泵送設備安裝以在所述兩個部分(分別為209A、211A和209B、211B)上面分布吸收液流，第一和第二個延長的出口箱(220A，220B)分別沿著所述第一和第二個開孔板(分別為208A和208B)的第一個側邊(分別為222A和222B)安裝并與所述相應的大型泵(分別為262A和262B)的縱向基本上呈直角，用于進氣(204)的入口空隙(221)在所述兩個出口箱(220A，220B)之間延伸。
15.權利要求8或9的裝置，所述裝置具有安裝以收集流出所述出口箱(320)的冷卻液流的第一個容器(334)和安裝以收集至少部分流出所述開孔板(308)的吸收液流的第二個容器(335)。
16.權利要求15的裝置，所述裝置具有安裝以通過導管(353)自第一個容器(334)向第二個容器(335)輸送液體的第三個泵送設備(351)。
17.權利要求15或16的裝置，其中所述第一個泵送設備(350)和第二個泵送設備(362)安裝以從第二個容器(335)分別輸送冷卻液流和吸收液流。
18.權利要求8-17中任一項的裝置，其中所述分配設備(32；132，133)包括至少一個噴嘴(32；132，133)，所述噴嘴的特征量度例如最小孔徑(D)或最小空隙寬度(V)為1-8cm。
19.權利要求8-18中任一項的裝置，其中所述出口箱(20)具有基本上位于與開口板(8)的下面(46)相同水平的底面(30)。
20.權利要求8-19中任一項的裝置，所述裝置安裝以從入口區域(78)至出口區域(480)的開口板(8)上傳導吸收液，在出口區域(480)安裝可調式節流閥(492)以調節吸收液層(414)的厚度。
全文摘要
一種用于通過吸收液自氣體(4)分離二氧化硫的裝置(1)具有用于含二氧化硫的氣體(4)的入口(2)和用于已經從中分離二氧化硫的氣體(16)的出口(18)，及安裝使得含二氧化硫的氣體(4)從下面通過并在其上面(12)承載吸收液的流動層(14)的基本上水平的開孔板(8)。在所述開孔板(8)的旁邊安裝出口箱(20)以通過液體，所述液體分布于自所述入口(2)的氣體(4)。第一個泵送設備安裝以向所述出口箱(20)輸送冷卻液流，第二個泵送設備安裝以向開孔板(8)輸送基本上獨立于冷卻液流的吸收液流形成流動層(14)。在分離二氧化硫的方法中可使用上述裝置(1)。
文檔編號B01D53/78GK1838985SQ200480024016
公開日2006年9月27日 申請日期2004年6月17日 優先權日2003年6月26日
發明者S·本格特森, F·布羅加德, K·諾林, R·赫坎森, K·福斯格倫 申請人:阿爾斯托姆科技有限公司