專利名稱：用于超凈化煙氣或氣體的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于超凈化煙氣或氣體全部回收所形成污染物的方法和裝置。
眾所周知，大氣中含有相當多的污染煙氣和氣體，其通過廢料堆(沼氣)、氣化器、電站、廢物焚化爐等產生，并且含有主要由直徑小于1μm的顆粒(細顆粒)組成的微污染物，流行病學研究表明，所述微污染物能導致疾病和死亡。
最明顯和最危險的例子是廢物焚化爐產生的煙氣或氣體，該廢物焚化爐通常組成如下大的空氣進料燃燒室，其在約900℃下操作，接著是小的后燃燒室，其在約1200℃下操作，所述廢物焚化爐能將廢物原料主要轉化成細顆粒、CO2和H2O等。
后來使用過濾器凈化煙氣，已知的有干凈化，這種方法不能特別有效地除去微污染物，盡管濕凈化可能更有效，但因為禁止將污染的流出水排入環(huán)境中，所以不再使用。
因此盡管現(xiàn)在的廢物焚燒爐解決了熱破壞的一般問題，但它還不能令人滿意地解決除去微污染物的問題。具體地說，通過焚燒爐排放的煙氣含有危險的微污染物，其主要有兩個來源金屬和有機氯化物(二噁類和呋喃類)。由于只有少量(約20％)被吸附在灰塵上或煙氣中其它容易除去的固體顆粒上，而剩下的處于氣態(tài)(氣溶膠)，并且特別危險，因為一旦與水或其它液體接觸，它們就不能被除去，而是通過水和液體被輸送，因此這些物質很難除去。
特別是有機氯化物構成非常危險的環(huán)境污染物，因為它們能引發(fā)產生畸形和致癌的活性，并對免疫、內分泌和生殖系統(tǒng)產生損害。它們還是生物可累積的，即它們能沿著食物鏈累積，并且總是隨時間變得更加危險。
因為這些污染物能導致這些嚴重問題，因此一個問題就是盡可能地除去它們，因此，本發(fā)明的目的就是提出用于任何干凈化裝置下游的方法和裝置，以解決所述問題。
本發(fā)明的另一個目的是在氣體使用之前從中除去所有能導致腐蝕、磨損、阻塞、積垢和其它高度破壞性后果的污染物。
按照本發(fā)明，通過一種超凈化煙氣或氣體全部回收所形成污染物的方法解決了前述問題，該方法如權利要求1所述。
本發(fā)明還提出一種用于實施所述方法的裝置，該裝置如權利要求32所述。
下面參考附圖詳細描述本發(fā)明的優(yōu)選實施方案，其中

圖1用于實施本發(fā)明方法的裝置示意圖，和圖2同與燃料電池系統(tǒng)組合的外部凈化和氣化裝置相連的裝置的操作流程圖。
正如從圖中看到的，本發(fā)明的超凈化裝置設在任何凈化器的下游，所述凈化器為使用干凈化系統(tǒng)的常規(guī)型式，并可能與設備如洗滌器(未畫出)相連，以使煙氣溫度降低到環(huán)境溫度(約20-30℃)。
裝置的基本線路包括洗滌器2，該洗滌器主要由雙截頭圓錐形的容器組成，其內部在兩個主要基底的連接高度上含有一個略微上凹的盤4，該盤通過繞其立軸可高速旋轉的軸6支撐，轉速優(yōu)選不少于1000rpm。
形成洗滌器2的容器頂部經由管道8連接到淋洗器上，從淋洗器產生需要處理的煙氣或氣體，該容器頂部經由另一個短管10與約4℃的水噴射入口相連。
雙圓錐形容器2的下部是能形成文丘里作用的結構12，它向下經由管道14與常規(guī)的水凈化器16相連。洗滌器還經由另一個管道18與雪洗滌室20(雪發(fā)生器)相連，在頂部加入未污染的水。
雪發(fā)生器主要由兩個并行立軸圓筒容器22組成，所述容器通過水平管道24在其下端連接在一起，所述水平管道24具有圓錐形的下部26，并且在其最低點設有朝向水凈化器16的排出管道28。每個圓筒22均包括其外表面上的絕熱覆蓋層30，并在其頂部以下向上配有通過管道68供給未污染水的淋浴盤32。在每個淋浴盤32的下面，提供通過管道66供給溫度基本上低于0℃的CO2的多孔環(huán)34。
兩個圓筒22中的一個在其上部離其上邊緣不遠處接入與洗滌器2相連的管道18，另一個圓筒22在其上部接入與活性炭過濾器38相連的管道36。
過濾器38由一個容器構成，所述容器不僅配有一個與管道36相連的側向開口用于煙氣或氣體進入，而且還有一個用于活性炭進入的上部開口40、朝向下部干燥器44的下部排出管42和用于排出徹底凈化的煙氣或氣體的側向開口46。
從活性炭干燥器44延伸出管道48，用于向水凈化器16排出活性炭干燥期間產生的水。附圖中還提供由輸送管道50示意性示出的常規(guī)輸送器用于將干燥的活性炭從干燥器44轉入過濾器38的上部開口40。
由于來自洗滌器2、雪洗滌室20和干燥器44的水的不同污染特點，可以預見凈化器16由幾個不同的凈化器組成，每個凈化器都適于以更可靠的方式處理上述污水。
正如所述，在本發(fā)明的裝置中，不僅來自洗滌器2的排出管道14、還有來自雪發(fā)生器20的排出管道28和來自活性炭干燥器44的排出管道48均與水凈化器16相連，所述凈化器例如包括蒸發(fā)器，其沿管道52提供凈化的出口蒸汽和沿另一個管54提供所形成的污水。
水凈化器16通過管道54與氣化器56相連，有利地由EP-B1-0292987的主題″將污染物或廢可燃物轉化成清潔能源和有用產品的方法和裝置(Method and machine for transforming pollutant or wastecombustible materials into clean energy and usable products)″中的裝置組成，能分解水并回收氫。
離開凈化器16的管道52進入換熱器58，以管道10離開并為洗滌器2供給冰冷水。
氣化器56經由管道60與燃料電池系統(tǒng)62相連為其提供氫，并經由另一個管道64與換熱器58相連為其提供液體CO2，并從中經由管道66與雪發(fā)生器20的圓筒22的多孔環(huán)34相連。
燃料電池62經由管道68雪發(fā)生器20的圓筒22的噴灑盤32相連，為其提供未污染的水。
本發(fā)明的裝置還配有多個控制系統(tǒng)，用于控制、監(jiān)視和調整所有操作參數(shù)，尤其是流體溫度和流率。因為可以認為這些系統(tǒng)是常規(guī)的并因此在本領域專家的能力之內，因此就不必對它們進行進一步的描述。
前述裝置通過以下方式操作將待處理的并且已經從中除去大污染物的煙氣和氣體與冰冷水射流一起加入洗滌器2，所述冰冷水來自換熱器58并經由管道10并從上部加入。在洗滌器2內部，水通過旋轉沖擊盤4，依靠逆著洗滌器側壁方向的離心作用推動它高速旋轉，該壁被含有微污染物的煙氣或氣體磨擦。
通過密度處于最大值的水流使所述煙氣或氣體逆著洗滌器2壁的猛沖作用與它們通過環(huán)隙通道的橫截面的減小組合，導致水結合大部分污染物，所述環(huán)隙由旋轉盤4和洗滌器2的所述壁圍成。如果所述離心水射流的方向與煙氣或氣體的流動方向之間所形成的角小于90°，則對該結合更有利。
隨后水/煙氣或氣體混合物穿過環(huán)形限制結構16，通過其文丘里作用使系統(tǒng)增壓，以強化這種結合。
將所得污水通過管道14從洗滌器2中排出并轉入凈化器16，在那里進行處理。
因此，含有相當少量微污染物的預處理煙氣或氣體離開洗滌器2，并穿過管道18進入雪發(fā)生器20。在這里，遭遇來自換熱器58并通過管道66從上部加入雪發(fā)生器20的冷CO2流，按照EP-B1-0292987中所述，通過在燃料電池62中燃燒氫氣獲得的未污染的水利用所述CO2的低溫轉化成雪片。當這些雪片沿著形成所述雪發(fā)生器的兩個圓筒容器22下降時，沿著迷宮路徑以并流或逆流的方式與煙氣或氣體物流接觸，以收集含有污染物的水和不在水中的污染物，所以體積增加。
按照本發(fā)明，可以通過其它方式將水轉化成雪片，例如在圓筒容器22的壁的外部利用通過CO2流冷卻雪發(fā)生器20，或通過使用不同的冷卻氣體，例如氮氣或氧氣，后者在氣化器56中用作燃燒載體。
應當指出，由于污染物的去除在低溫下進行，雪片的捕集作用和微污染物的降低動力決定了以高操作收率捕集的最佳條件，包括含污染物的水和那些不含在水中的污染物。雪片的作用被認為與活性炭的作用相似，其附加能力是去除活性炭不能除去的那些污染物。
在雪發(fā)生器20的出口，煙氣或氣體物流基本上不含任何痕量的水，這是因為隨著雪片的增長經歷了低溫冷凍。由于管道36的長度和沿其長度可能存在的加熱裝置，在穿過管道36的過程中煙氣或氣體被加熱到0℃以上。在該路徑的末端，加熱的煙氣或氣體物流以超過0℃的溫度進入含有活性炭的過濾器38，并從頂部向下運行吸收所有在雪發(fā)生器20內沒有被吸收的水。結果，活性炭變濕并在干燥器中44再生，從干燥器44中通過輸送管道50返回循環(huán)。
在本發(fā)明的一個有利實施方案中，通過一個裝置提供干燥活性碳所需的熱量，所述裝置產生待凈化的煙氣或氣體，或具體而言通過氣化器56產生。
將離開干燥器44的水通過管道48加入凈化器16，在其中進行常規(guī)的凈化處理，其處理方式與對離開洗滌器2和雪發(fā)生器20的水進行處理的方式相同。
在連續(xù)的再生循環(huán)以后，當活性炭失效后，可以將其加入汽化器56進行熱分解。
由于在洗滌器2、雪發(fā)生器20和在活性炭過濾器44中實施三個凈化階段，因此，通過開口46離開過濾器的煙氣或氣體流完全不含任何痕量污染物。
應當指出，洗滌器2基于離心力和文丘里壓力作用兩個原理以最佳的方式吸附污染物，使含在煙氣或氣體中的污染物明顯減少。但是這將不可避免地在洗滌器2的出口夾帶少量含有微污染物的水。隨后，雪發(fā)生器20能使從洗滌器2排出的水以及其中所含的微污染物固定到雪片上，由此實現(xiàn)更徹底的凈化。隨后活性炭過濾器38完全除去極少量的含有可能逃脫雪片凈化作用的微污染物的水，從而完成凈化。
前述的超凈化裝置有利地與EP-B1-0292987所述氣化器一起使用。出于這個目的，將離開凈化器16的凈化蒸汽通過管道52加入換熱器58，而將離開凈化器16的所得污水加入氣化器56，在其中將其轉化成H2和液體CO2。
通過管道64將液體CO2加入換熱器58，在其中與來自凈化器16的蒸汽進行部分熱交換，以使其冷凝并產生4℃的水。經過加熱的CO2仍低于0℃，通過管道66將其加入雪發(fā)生器20的多孔環(huán)34，同時把通過冷凝蒸汽獲得的冰冷水通過管道10加入洗滌器2。
通過管道60將來自氣化器56的氫氣加入燃料電池系統(tǒng)62，通過它產生有用的能量和未污染的水。通過管道68將后者加入雪發(fā)生器20的噴灑盤32。
因而，本發(fā)明的這種組合方法的最終結果是使煙氣或氣體全部凈化并通過燃料電池系統(tǒng)62產生能量，具有相當大的環(huán)境和經濟優(yōu)勢。
應當指出，通常離開EP-B1-0292987氣化裝置的氣體含有酸(鹽酸、硫酸等)，各種傳統(tǒng)的凈化系統(tǒng)不能徹底除去它們，盡管它們的凈化成本非常高。
溶解于剩余的處理水的這些酸使金屬基催化劑迅速分解，所述催化劑通常用來將一氧化碳(CO)和水轉化成二氧化碳(CO2)和氫氣(H2)。這些酸還污染所獲得的CO2，使其不能使用，因此導致了高的經濟損失。最后，這些酸對組合的氣化器燃料電池裝置具有損壞效果，在該裝置中用于產生電能(高效)、熱和未污染的水的燃料氣的高濃度是非常重要的。
因此，本發(fā)明的應用對于EP-B1-0 292 987的氣化裝置非常有利。
當使用EP-B1-0 292 987的氣化裝置來熱分解塑料制品時，它實際上具有2t/h的最低容量，并能產生-14,700m3/h的氣體，該氣體需要進行超凈化處理，-超過9.5MW的能量，用于蒸發(fā)來自超凈化裝置的排出水，由此使其循環(huán)，-用于操作洗滌器等的12MW電能，-7300kg/h的-40℃的CO2(不包括H2和/或O2和/或N2)，用于冷卻水和氣體并獲得雪，-1100l/h未污染的水，所述水通過全部回收供給氣化器的污染物獲得，并用于產生雪。
盡管從極少量的熱分解塑料材料中獲得這些量，但它們遠遠高于操作本發(fā)明的超凈化裝置的要求；由此推定，將該超凈化裝置和EP-B1-0292 987的氣化器組合，該組合不僅能用后者的廢產品給前面的裝置供料，而且能給其它超凈化裝置供料，以除去由其它裝置(例如焚化爐、水泥廠等)產生的污染物。
權利要求
1.一種用于超凈化煙氣或氣體全部回收所形成污染物的方法，其特征在于-在雪發(fā)生器(20)內，用未污染的水對含有污染物的煙氣或氣體物流進行噴灑洗滌，并在水通過期間使其迅速冷卻到足以轉化成雪片的溫度，所述雪片沿其路徑收集煙氣或氣體物流中存在的污染物，-從所述雪發(fā)生器(20)中排出已經到達其底部的雪片，和-向氣化器(56)中加入由所述雪片獲得的污水。
2.權利要求1的方法，其特征在于將上升的煙氣或氣體物流加入所述雪發(fā)生器(20)。
3.權利要求1的方法，其特征在于在所述雪發(fā)生器(20)內使煙氣或氣體物流沿著它們路徑的至少一部分并流且沿著它們路徑的至少一部分逆流經受雪片的作用。
4.權利要求1的方法，其特征在于使用由燃料電池(62)提供的未污染的水進行洗滌，其中向燃料電池供給由所述氣化器(56)產生的氫。
5.權利要求1的方法，其特征在于將洗滌水冷卻至不高于0℃的溫度。
6.權利要求1的方法，其特征在于通過冷卻雪發(fā)生器(20)迅速冷卻洗滌水。
7.權利要求6的方法，其特征在于使用沿著雪發(fā)生器(20)的壁外循環(huán)的冷流體物流冷卻所述雪發(fā)生器(20)。
8.權利要求1的方法，其特征在于用注入所述雪發(fā)生器(20)的冷氣體物流迅速冷卻所述未污染的水。
9.權利要求4和7的方法，其特征在于利用用作氣化器(56)的燃燒載體的氧氣冷卻所述雪發(fā)生器(20)。
10.權利要求7和/或8的方法，其特征在于使用二氧化碳流迅速冷卻洗滌水。
11.權利要求7和/或8的方法，其特征在于使用氮氣流迅速冷卻洗滌水。
12.權利要求1的方法，其特征在于使已經經受了雪片作用的煙氣或氣體物流通過干燥的活性炭。
13.權利要求12的方法，其特征在于用從熱分解裝置(56)獲得的熱量干燥活性炭。
14.權利要求12的方法，其特征在于利用產生待凈化的煙氣或氣體物流的裝置產生的熱量干燥活性炭。
15.權利要求13和/或14的方法，其特征在于將干燥活性炭獲得的污水加入氣化器(56)。
16.權利要求12的方法，其特征在于將廢活性炭加入熱分解裝置(56)。
17.權利要求1的方法，其特征在于使煙氣或氣體物流經受雪片作用之前對其進行洗滌，之后將所得污水加入氣化器(56)。
18.權利要求17的方法，其特征在于通過用高速水射流沖擊所述煙氣或氣體物流來對其進行洗滌。
19.權利要求18的方法，其特征在于使水射流相對于所述煙氣或氣體物流方向形成小于90°的角來洗滌所述煙氣或氣體物流。
20.權利要求18的方法，其特征在于通過使水射流從上部下落到環(huán)繞立軸旋轉的盤(4)上而使水射流具有高速。
21.權利要求17的方法，其特征在于使用約4℃的水洗滌煙氣或氣體物流。
22.權利要求21的方法，其特征在于用冷氣體冷卻獲得約4℃的洗滌水。
23.權利要求21的方法，其特征在于用來自氣化器(56)的氣體冷卻獲得約4℃的洗滌水。
24.權利要求22的方法，其特征在于用二氧化碳冷卻洗滌水。
25.權利要求22的方法，其特征在于用氮氣冷卻洗滌水。
26.權利要求22的方法，其特征在于使用氧氣冷卻洗滌水。
27.權利要求17的方法，其特征在于在洗滌器(2)中洗滌煙氣或氣體物流，所述洗滌器的至少一個壁被所述物流磨擦。
28.權利要求1、15和17中一項或多項的方法，其特征在于在將污染的排出水加入氣化器(56)之前，將其加入凈化裝置(16)。
29.權利要求1的方法，其特征在于使用EP-B1-0 292 987中所述型式的氣化器(56)。
30.權利要求28和29的方法，其特征在于利用液體CO2冷凝凈化裝置(16)產生的蒸汽，按這種方式獲得加入洗滌器(2)的水，其中液體CO2通過氣化器(56)產生。
31.權利要求29的方法，其特征在于使用氣化器(56)產生的氫氣為燃料電池(61)提供原料，并從中獲得供給雪發(fā)生器(20)的未污染的水。
32.一種用于實施權利要求1-31中一項或多項的方法的裝置，其特征在于該裝置包括-雪發(fā)生器(20)，向其供給待凈化的煙氣或氣體及未污染的水，-冷卻裝置(34)，與所述雪發(fā)生器(20)相連，以將所述水轉化為雪片，-至少一個出口管道(36)，所述管道引自雪發(fā)生器(20)，用于排出凈化的煙氣或氣體物流，和-裝置(28)，將所述雪發(fā)生器(20)的底部(26)與氣化器(56)相連，所述氣化器(56)用于從所述雪片獲得污水。
33.權利要求32的裝置，其特征在于煙氣或氣體物流在所述雪發(fā)生器(20)中上升。
34.權利要求32的裝置，其特征在于雪發(fā)生器(20)具有一定形狀，以使煙氣或氣體物流通過其至少一部分形成上升路徑和通過其至少一部分形成下降路徑。
35.權利要求32的裝置，其特征在于所述雪發(fā)生器(20)的底部為圓錐形。
36.權利要求34的裝置，其特征在于雪發(fā)生器(20)包括至少兩個基本垂直延伸的容器(22)，所述容器連接在一起確定煙氣或氣體物流的迷宮路徑。
37.權利要求32的裝置，其特征在于雪發(fā)生器(20)的壁是絕熱的。
38.權利要求32的裝置，其特征在于雪發(fā)生器(20)上部配有用于噴灑傳遞所述未污染的水的裝置(32)。
39.權利要求32的裝置，其特征在于雪發(fā)生器(20)上部配有用于傳遞冷氣流的多個噴嘴(34)。
40.權利要求32的裝置，其特征在于雪發(fā)生器(20)上部配有至少一個進料冷氣的多孔環(huán)(34)。
41.權利要求32的裝置，其特征在于雪發(fā)生器(20)的壁配有至少一個用于循環(huán)冷氣流的內部空間。
42.權利要求32的裝置，其特征在于來自雪發(fā)生器(20)的煙氣或氣體物流的出口經由管道(36)與活性炭過濾器(38)相連。
43.權利要求42的裝置，其特征在于選擇所述管道(36)的特征，使煙氣或氣體物流從中流過時被加熱。
44.權利要求42的裝置，其特征在于所述管道(36)配有加熱裝置。
45.權利要求42的裝置，其特征在于用于再生所述活性炭的干燥器(44)和輸送管道(50)一起與活性炭過濾器(38)相連，所述輸送管道(50)用于輸送在過濾器(38)內再生的活性炭。
46.權利要求45的裝置，其特征在于所述干燥器(44)配有裝置(48)，使其與所述氣化器(56)相連。
47.權利要求45的裝置，其特征在于所述干燥器(44)與熱分解裝置(56)相連，用于提供干燥器操作所必需的熱量。
48.權利要求32的裝置，其特征在于包括設置在所述雪發(fā)生器(20)上游的洗滌器(2)，用于預先處理待凈化的煙氣或氣體物流。
49.權利要求48的裝置，其特征在于所述洗滌器(2)由內部設有旋轉盤(4)的圓形容器組成，所述旋轉盤的邊緣與容器壁一起限定一個環(huán)形通道，用于加入所述容器的煙氣或氣體與洗滌水的混合物，所述洗滌水從所述容器的頂部落到所述旋轉盤(4)上。
50.權利要求49的裝置，其特征在于所述旋轉盤(4)具有一個略微向上的凹面。
51.權利要求49的裝置，其特征在于所述容器具有雙圓錐形狀，其主直徑的中心部分定位在所述旋轉盤(4)的高度。
52.權利要求32的裝置，其特征在于所述洗滌器(2)經由管道(14)與所述氣化器(56)相連。
53.權利要求35、46和52中一項或多項的裝置，其特征在于包括凈化器(16)，該凈化器以排出水為原料并與所述氣化器(56)相連。
54.權利要求53的裝置，其特征在于所述凈化器(16)包括蒸發(fā)器，該蒸發(fā)器具有一個蒸汽出口和另一個所得污水出口，所得污水供給所述氣化器(56)。
55.權利要求53的裝置，其特征在于包括換熱器(58)，其冷卻環(huán)路加入來自所述氣化器(56)的CO2，并與所述雪發(fā)生器(20)相連，其受冷卻的環(huán)路加入來自所述凈化裝置(16)的蒸汽，并與所述洗滌器(2)相連。
56.權利要求32的裝置，其特征在于包括燃料電池系統(tǒng)(62)，向所述燃料電池系統(tǒng)加入來自所述氣化器(56)的氫氣，并為所述雪發(fā)生器(20)提供未污染的水。
57.權利要求45的裝置，其特征在于氣化器(56)與干燥器(44)相連，以提供操作后者所必需的熱量。
全文摘要
一種用于超凈化煙氣或氣體全部回收所形成污染物的方法，其特征在于在雪發(fā)生器(20)內，用未污染的水對含有污染物的煙氣或氣體物流進行噴灑洗滌，并在水通過期間使其迅速冷卻到足以轉化成雪片的溫度，所述雪片沿其路徑收集煙氣或氣體物流中存在的污染物，從所述雪發(fā)生器(20)中排出已經到達其底部的雪片，和向氣化器(56)中加入由所述雪片獲得的污水。
文檔編號B01D53/00GK1688378SQ03823567
公開日2005年10月26日 申請日期2003年9月26日 優(yōu)先權日2002年10月1日
發(fā)明者維萊里奧·托基尼茲奧 申請人:維萊里奧·托基尼茲奧