[发明专利]用吸着剂从烟道气和其他气流中除去硫氧化物的方法

说明书

本发明涉及一种用吸着剂从气体混合物中除去二氧化硫和三氧化硫的方法，更具体地说，本发明涉及一种在双层氢氧化物之间夹有一种离子中间层的结晶层状物的用途，所说的离子能将二氧化硫氧化成三氧化硫。

在燃烧矿物的动力装置中，原煤中所含的硫在燃烧时被氧化成硫的氧化物（SO₂和SO₃，通常用“SO_X”来表示），这些硫的氧化物通过烟囱排到大气中，并且这就成为降落“酸雨”的主要原因。根据对燃烧未脱硫煤动力装置产生的烟道气所作的分析表明，该烟道气含有0.5%-0.2%的SO₂和约0.005%的SO₃。美国环境保护机构（EPA）规定要控制SO_X的排放，并且正在进行各种研究，以开发一种可从烟道气中除去硫氧化物的方法。

改进锅炉设计和燃烧系统，以及改变操作条件和使用低硫含量的燃料，可以减少燃烧过程中SO_X的生成。最普通的和最廉价的减少SO_X排放的方法是在燃料中添加干的活性吸着剂。因此目前常用的方法是使用石灰（CaO）或石灰石（CaCO₃）来除硫。已经发现有几种其他的碱性吸着剂，例如MgO、ZnO，也能有效地除去SO_X。关于对干吸着剂的述评，请参看，例如Komppa，V.，“Dry Adsorption Processes for Removal of SOx and NOx in Flue Gases-a review”，Paperii ja puu，5，401至405页（1986）。

使用第2族（从前称Ⅱa族）的金属氧化物，例如用镁和钙的氧化物作为SO_X的吸着剂已经在几个已发表的专利中公开，最近的例子包括美国专利No.3，835，031和3，699，037。在美国专利No.4，153，534中叙述了可用作SOx吸着剂的其他几种不同效果的金属氧化物，其中包括诸如钠、钪、钛、铁、铬、钼、锰、钴、镍、铜、锌、镉、稀土金属与铅等的氧化物。

在通常的烧煤的动力装置中，把一种磨细的吸着剂，例如石灰或石灰石，随同煤一起加入锅炉中，或者是以一种浆液的形式喷淋到塔式装置中以便使其与烟道气接触。SO₂与氢氧化钙反应而生成一种亚硫酸钙的浆液，然后用空气对亚硫酸钙进行部分氧化，使其变成硫酸钙。在此方法中，硫的氧化物被作为无害的固体化合物保留下来，然后可以用电力除尘或其他标准的方法将其从烟道气中除去。这样的方法对于现有动力装置的改造可能是有吸引力的，因为该方法不需要更换主要的设备构件。

此类方法的一个主要问题是氧化物吸着剂的利用率低。由于SO₂的传质速度有限且活性较低，所以随着转化增高，SOx的吸附速度急剧下降。因此在所达到的相当短的接触时间内，只可能有一小部分吸着剂起反应。吸着剂利用率低的问题原则上可以用降低粒子的粒度来解决，但是在实际上，为了达到合理的利用率，所需粒子的粒度可能太细，以致于无法用常规的研磨和粉碎的方法经济地制备出来。

热力学的计算结果表明，用金属氧化物来吸收三氧化硫比之吸收二氧化硫是更为有利的。几次实验的结果表明，把二氧化硫催化氧化成三氧化硫对于烟道气的脱硫是有利的。Kocaefe  &  Karman在Canad.J.Chem.Eng.63，971至977页（1985）指出，在相同的条件下，SO₃与Ca，Mg和ZnO的反应速度要大于SO₂与相同氧化物的反应速度。另外，Fe₂O₃（作为SO₂的氧化催化剂）的夹杂能导致石灰的更有效利用。加入少量的Fe₂O₃既能获得较快的初始吸收速率，又能大大提高石灰的最终转化率（80-90%）。如果没有氧化催化剂存在，则在石灰的转化率达到约70%时就会使SO₂的吸收速率迅速下降。

有一种相似的方法已被用来设计在加工石油的流化催化裂化（FCC）方法中所用的SOx吸着剂。在这些吸着剂中，最常见的是碱土金属尖晶石，它含有一种或多种能够氧化二氧化硫的其他金属组分。例如，美国专利Nos  4，472，532和4，492，678涉及掺入铁、铬、钒、镁、镓、硼、钴、铂和铈作为氧化催化剂。