[发明专利]排出气体中污染物的再生回收

说明书

发明领域

本发明涉及用于从排出气体中选择性去除污染物的方法。更具体而言，本发明的各种实施方案涉及在实现良好能量效率的再生二氧化硫吸收/解吸方法中，对排出气体中二氧化硫的选择性去除和回收。本发明的回收方案适用于去除和回收其它酸性气体(如硫化氢、二氧化碳和氯化氢)以及其它污染物气体(如氨气)。

发明背景

多种操作会产生含污染物气体的气态排出物。例如，二氧化硫产生于各种化学和冶金操作，包括硫磺制酸工艺、废旧硫酸厂、硫化物金属矿石和精矿的煅烧或冶炼以及含硫碳燃料的燃烧(例如燃煤发电厂的烟道气)。碳燃料在发电中扮演重要角色，提供了用于加热的能量和用于运输的燃料。大多碳燃料包含硫，其在燃烧时转化为二氧化硫。排放的二氧化硫导致大范围的环境和健康问题。随着新兴经济体的扩张，它们对能量的需求迅速增加，并且随着含硫量较低的碳燃料的耗尽，越来越多的具有越来越高含硫量的石油和煤炭储备将被采用，导致二氧化硫排放的增加。

在世界范围内，也存在着减少二氧化硫排放与日俱增的监管压力。去除二氧化硫的最常用的方法是通过吸收或吸收技术。一种常用的方法是使二氧化硫与含廉价碱的含水流接触。二氧化硫溶解在水中形成亚硫酸(H₂SO₃)，进而与碱反应形成盐。常用的碱为氢氧化钠、碳酸钠和石灰(氢氧化钙，Ca(OH)₂)。pH开始为约9，并且与二氧化硫反应后降低至约6。单级湿法洗涤系统通常去除超过95％的二氧化硫。湿法洗涤器和相似的干法洗涤器要求资金投入、由于石灰消耗和固体处理的变动成本，并且消耗能量和设备来操作此类二氧化硫去除系统。

作为与碱(如石灰)反应的替代，可回收排出气体中的二氧化硫以作为精炼的二氧化硫产品出售或被用作接触法硫酸厂进料气的一部分，并且作为硫酸和/或发烟硫酸回收以满足化肥工业持续增长的全球需求，或进料至克劳斯(Claus)厂用于制备元素硫。除了解决与二氧化硫排放相关的环境和健康问题，这种方法从煤炭和其它含硫碳燃料中回收硫值。但是，这些气流通常具有相对较低的二氧化硫浓度和高水蒸气浓度。当进料至硫酸厂的气体中二氧化硫浓度低于约4体积％至5体积％时，在制酸厂可能会出现有关水平衡和能量平衡两者的问题。更具体而言，常规硫酸厂中的物料平衡要求进料至工厂的含二氧化硫的气流中H₂O/SO₂摩尔比不高于产品酸中的H₂O/SO₃摩尔比。如果所需的产品酸的浓度为98.5百分比或更高，在进料至工厂的含二氧化硫的气流中，这个比率不能高于约1.08。当产生时，来自冶金过程的排出气体和来自含硫碳燃料燃烧的烟道气通常具有远高于1.08比率的水蒸气含量，在没有消耗巨大资金和能量的情况下，这不能通过冷却气体来显著地降低。此外，如果源气体的二氧化硫气体浓度低于约4体积％至5体积％，那么这可能对催化转化器的自热操作是不够的。也就是说，二氧化硫转化为三氧化硫的热量可能不足够大以将进入的气体加热至催化操作温度，并且因此，必须供应来自一些外部来源的热量。这也进而同时增加了对硫酸设备的操作成本和资本要求。

可通过在适合的溶剂中选择性吸收二氧化硫并且随后汽提所吸收的二氧化硫以产生再生溶剂和富含二氧化硫含量的气体来增强气态排出物的二氧化硫浓度。多种水溶液和有机溶剂以及有机溶液已用于再生二氧化硫吸收/解吸方法。例如，碱金属的水溶液(例如亚硫酸钠/亚硫酸氢钠溶液)、胺(例如烷醇胺、四羟乙基亚烷基二胺等)、铵盐和各种有机酸的盐已被用作可再生二氧化硫吸收剂。