專利名稱：從廢氣中脫除氣態(tài)污染物的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及從廢氣中脫除氣態(tài)污染物的方法，其中氣態(tài)污染物和細粒反應(yīng)試劑在流化床反應(yīng)器中反應(yīng)形成固體，本發(fā)明還涉及相應(yīng)的裝置。
背景技術(shù)：
這些方法和裝置適用于例如從燃燒裝置如發(fā)電廠、廢物和特殊廢物焚燒裝置或其它產(chǎn)熱工藝如在電解池中生產(chǎn)鋁產(chǎn)生的氣流中脫除酸性氣體如SO2、HF和HCl。為此目的，開發(fā)了多種不同的濕、干和半干方法多管，其中酸性組分的脫除是通過添加堿性試劑進行的。在干法情況下，使用夾帶床和流化床方法，特別是使用循環(huán)文丘里型流化床的方法。
與固定流化床相比，因為流化度高，所以循環(huán)流化床具有更好的傳質(zhì)和傳熱條件，并且可以集成懸浮換熱器，但是其固體停留時間受到限制。特別是在廢氣量有波動的情況下，這將導(dǎo)致控制操作產(chǎn)生問題。其不利之處還在于壓力損失大，在某些情況下，反應(yīng)試劑的利用率低。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是改善干法廢氣清洗時的傳質(zhì)和傳熱條件和反應(yīng)試劑的轉(zhuǎn)化率。
根據(jù)本發(fā)明，用上述方法可以達到該目的，其中廢氣從下部通過優(yōu)選中心排列的供氣管(中心管)導(dǎo)入反應(yīng)器的混合室，中心管至少部分被反應(yīng)試劑的固定環(huán)形流化床所環(huán)繞，該床通過供應(yīng)流化氣來流化，調(diào)節(jié)廢氣和用于環(huán)形流化床的流化氣的氣體速度，使中心管中的顆粒弗魯?shù)?Partic1e-Froude)數(shù)是1-100，環(huán)形流化床中的顆粒弗魯?shù)聰?shù)是0.02-2，混合室中的顆粒弗魯?shù)聰?shù)是0.3-30。
在用本發(fā)明的方法清洗廢氣的情況下，固定流化床的優(yōu)點如充分長的反應(yīng)試劑停留時間與循環(huán)流化床的優(yōu)點如良好的傳質(zhì)和傳熱能夠令人驚奇地相互組合，同時又避免了這兩種系統(tǒng)的缺點。當經(jīng)過中心管的上部區(qū)域時，廢氣將反應(yīng)試劑從稱為環(huán)形流化床的環(huán)形固定流化床帶入混合室，由于反應(yīng)試劑和廢氣之間的滑移速度很大，所以形成強烈混合的懸浮體，在兩相之間得到最佳的反應(yīng)條件。通過相應(yīng)地調(diào)節(jié)環(huán)形流化床中的床層高度及廢氣和流化氣的氣體速度，中心管的開孔區(qū)域上方的懸浮體的反應(yīng)試劑負載量(固體負載量)可以在很寬范圍內(nèi)變化，使得第一種氣體在中心管的開孔區(qū)域和混合室的上部出口之間的壓力損失為1-100mbar。在混合室中是高固體負載量的懸浮體的情況下，大部分反應(yīng)試劑和/或反應(yīng)過程中形成的固體從懸浮體中分離后落回環(huán)形流化床。這種再循環(huán)稱為內(nèi)部固體再循環(huán)，在這種內(nèi)部循環(huán)中循環(huán)的固體/反應(yīng)試劑質(zhì)量流量通常比從外部供給反應(yīng)器的反應(yīng)試劑量大得多。這種(較少)量的未沉淀固體或反應(yīng)試劑與廢氣一起排出混合室。通過選擇環(huán)形流化床的高度和(橫截)面積，將其調(diào)節(jié)至所需的反應(yīng)，可以使固體和反應(yīng)試劑在反應(yīng)器中的停留時間在很寬的界限中變化。一方面由于高固體負載量，另一方面由于良好的反應(yīng)條件，所以在中心管的開孔區(qū)域上方可以得到反應(yīng)試劑的消耗量幾乎是化學(xué)計量的優(yōu)異條件。與氣流一起帶出反應(yīng)器的固體和反應(yīng)試劑量完全或至少部分再循環(huán)到反應(yīng)器，這種再循環(huán)有利供給固定流化床。除了良好的能量利用外，本發(fā)明的方法的另一優(yōu)點是用幾乎是化學(xué)計量消耗量的反應(yīng)試劑就可以在清洗氣體中達到非常低的污染物濃度，并且可以快速、簡易、可靠地調(diào)節(jié)該方法，使其符合要求。
為了保證混合室中特別有效的傳質(zhì)和反應(yīng)器中充分的停留時間，優(yōu)選調(diào)節(jié)廢氣和用于流化床的流化氣的氣體速度，使中心管中的無量綱的顆粒弗魯?shù)聰?shù)(Frp)是20-90，環(huán)形流化床中的顆粒弗魯?shù)聰?shù)(Frp)是0.2-2和/或混合室中的顆粒弗魯?shù)聰?shù)(Frp)是3-15。顆粒弗魯?shù)聰?shù)都用下面的公式定義
Frp=u(ρs-ρf)ρf*dp*g]]>其中u＝廢氣流的有效速度，m/sρs＝固體顆粒(反應(yīng)試劑)的密度，kg/m3ρf＝流化氣的有效密度，kg/m3dp＝在反應(yīng)器操作過程中反應(yīng)器藏量的顆粒(或者形成的顆粒)的平均直徑，mg＝重力常數(shù)，m/s2。
使用該公式時應(yīng)當注意dp表示的不是所用材料的平均直徑(d50)，而是在反應(yīng)器操作過程中形成的反應(yīng)器藏量的顆粒平均直徑，它與所用材料(一次粒子)的平均直徑在兩個方向上都有很大的不同。即使使用平均直徑例如為3-10μm的非常細微研磨的材料，在熱處理過程中也會形成例如平均直徑為20-30μm的顆粒(二次粒子)。另一方面，一些一次粒子在反應(yīng)器中的熱處理過程中會分解。
根據(jù)本發(fā)明的開發(fā)過程，提出調(diào)節(jié)反應(yīng)試劑在反應(yīng)器中的床層高度，使環(huán)形流化床例如至少在中心管的上部開孔端向上延伸幾厘米，從而使反應(yīng)試劑能夠恒定地導(dǎo)入廢氣，并被氣流帶入位于中心管的開孔區(qū)域上方的混合室。用這種方法可以在中心管的開孔區(qū)域上方得到具有特別高的固體/反應(yīng)試劑負載量的懸浮體。
本發(fā)明的方法特別適用于清洗含二氧化硫、氟化氫和/或氯化氫的廢氣，作為反應(yīng)試劑，特別提供有氧化鋁、碳酸鈉和/或鈣化合物如熟石灰或生石灰。所供應(yīng)的反應(yīng)試劑至少大部分的粒度優(yōu)選小于100μm。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，為了得到清楚定義的反應(yīng)條件，廢氣在供給反應(yīng)器之前可以進行除塵。
根據(jù)本發(fā)明的方法，固體和在廢氣與循環(huán)反應(yīng)試劑反應(yīng)過程中可能形成的反應(yīng)試劑在反應(yīng)器中反應(yīng)后部分和廢氣流一起排出反應(yīng)器，并供給至少一個分離器。所述分離器中分離的固體和反應(yīng)試劑全部或部分再循環(huán)到反應(yīng)器的環(huán)形流化床和/或混合室或者排出一部分。在特別是包括粗分離器如旋風分離器或百葉窗式分離器和下游細分離器如靜電過濾器或袋式過濾器的分離器中，和流經(jīng)中心管的氣流一起排出的固體(反應(yīng)產(chǎn)品)和夾帶的反應(yīng)試劑分離后至少部分通過固體返回管道再循環(huán)到反應(yīng)器的環(huán)形流化床。這種靈活的固體再循環(huán)的最大優(yōu)點是可以具體調(diào)節(jié)反應(yīng)器混合室附近懸浮體的固體/反應(yīng)試劑負載量，使其符合工藝要求，甚至可以根據(jù)需要在操作過程中進行變化。根據(jù)本發(fā)明，固體的再循環(huán)量最高可以是反應(yīng)試劑新加入量的10倍。
為了調(diào)節(jié)再循環(huán)量，對于本發(fā)明來說非常有用的是測量中心管和通向分離器的反應(yīng)器排放管之間混合室上方的壓力損失，根據(jù)這種壓差通過改變固體/反應(yīng)試劑再循環(huán)量控制再循環(huán)量。為此目的，用測量元件測量壓力損失，并提供給控制器，通過改變提供的再循環(huán)量將壓力損失調(diào)節(jié)到預(yù)定的希望值。為此目的而得以證實的特別有利的是，流化中間體容器具有下游計量部件，如變速星狀送料器或滾筒式旋轉(zhuǎn)閥，不需要再循環(huán)的固體或反應(yīng)試劑量例如可以通過溢流排放后供給其它用途的工藝。用這種簡單方法進行的再循環(huán)有助于使反應(yīng)器中保持恒定的工藝條件和/或延長固體/反應(yīng)試劑在反應(yīng)器中的平均停留時間。
根據(jù)本發(fā)明，反應(yīng)試劑的供應(yīng)量取決于清洗后的廢氣中污染物的濃度。例如用通向排放煙囪的廢氣管道中的測量元件測量濃度，將得到的測量值提供給控制器，控制器隨后控制反應(yīng)試劑的供應(yīng)量，以在清洗后的廢氣中得到所需的污染物濃度。
作為流化環(huán)形流化床的氣體，優(yōu)選將空氣供給反應(yīng)器，當然，可以用本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的所有其它氣體或氣體混合物實現(xiàn)該目的。用清洗后的廢氣或混合清洗后的廢氣作為流化氣也是有利的。將氣體導(dǎo)入環(huán)形流化床，從而提高氣體速度，導(dǎo)致反應(yīng)試劑高度升高，從而使導(dǎo)入混合室的反應(yīng)試劑量增加，這是因為流經(jīng)中心管的廢氣夾帶更多的反應(yīng)試劑。利用該增加的特定的反應(yīng)試劑量，可以消除污染物峰值或者改善清潔氣體價值。根據(jù)本發(fā)明，清洗后的廢氣的再循環(huán)比例取決于清洗后的廢氣中污染物的濃度，具體來說，通常是供給反應(yīng)器的廢氣量的5-10％。
為了調(diào)節(jié)最佳工藝溫度，還提出根據(jù)反應(yīng)器中的溫度和/或離開反應(yīng)器的清洗后的廢氣溫度，向反應(yīng)器中噴水。結(jié)果發(fā)生絕熱蒸發(fā)，用這種簡單的方法可以調(diào)節(jié)反應(yīng)器中的溫度?？梢詫⑺畤姷江h(huán)形流化床內(nèi)部或其上方。
為補償供給反應(yīng)器的待清洗廢氣的原料氣體體積的波動，清洗后的廢氣作為清潔氣體混入中心管內(nèi)的廢氣中，具體取決于廢氣體積流量。用此方法可在環(huán)形流化床反應(yīng)器中形成穩(wěn)定的反應(yīng)條件。
本發(fā)明的裝置特別適用于實施上述方法，其具有用于接收與廢氣中的氣態(tài)污染物反應(yīng)的反應(yīng)試劑的流化床反應(yīng)器的反應(yīng)器，所述反應(yīng)器具有供氣系統(tǒng)，形成該供氣系統(tǒng)，使流經(jīng)該供氣系統(tǒng)的廢氣將固體從至少部分環(huán)繞供氣系統(tǒng)的固定環(huán)形流化床帶入混合室。這種供氣系統(tǒng)特別優(yōu)選具有伸入混合室的供氣管。但是也可以使供氣系統(tǒng)在環(huán)形流化床表面下方終止，并且在頂部封閉。然后，氣體例如通過側(cè)向開孔導(dǎo)入環(huán)形流化床，由于其流速而將固體從環(huán)形流化床帶入混合室。
為此目的，供氣系統(tǒng)具有供氣管(中心管)，該供氣管從反應(yīng)器的下部區(qū)域基本上垂直向上延伸，供氣管被至少部分在中心管周圍環(huán)形延伸且其中形成有固定環(huán)形流化床的室環(huán)繞。中心管在其出口孔處可以形成噴嘴，在其殼表面四周可以分布有一個或多個小孔，使得在操作反應(yīng)器期間，反應(yīng)試劑能夠恒定地通過小孔進入中心管，并且被廢氣攜帶通過中心管進入混合室。當然，也可以在反應(yīng)器中提供大小和形狀不同或相同的兩個或多個中心管。但優(yōu)選地，以反應(yīng)器的橫截面為參照，至少一個中心管近似中心排列。
根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方案，在反應(yīng)器下游提供用于分離固體的至少一個分離器，所述固體還包括夾帶的反應(yīng)試劑，分離器可以包括粗分離器特別是旋風分離器和/或百葉窗式機械分離器和下游細分離器特別是靜電過濾器或袋式過濾器。根據(jù)本發(fā)明，在分離器下游提供再循環(huán)系統(tǒng)，再循環(huán)系統(tǒng)包括通向反應(yīng)器的環(huán)形流化床的固體管道、通向反應(yīng)器的混合室的固體管道和/或固體排放管道。這種再循環(huán)能夠特別好地利用反應(yīng)試劑，易于調(diào)節(jié)到各個反應(yīng)條件。為此目的，再循環(huán)系統(tǒng)優(yōu)選包括用于臨時儲存固體和反應(yīng)試劑的緩沖罐和對再循環(huán)到反應(yīng)器進行控制的計量裝置。
為了可靠地流化固體和形成固定流化床，在反應(yīng)器的環(huán)形室中提供氣體分布器，氣體分布器將該室分成上部環(huán)形流化床和下部氣體分布器，氣體分布器與供應(yīng)流化氣特別是空氣和/或清洗后廢氣的管道連接。氣體分布器(風口底部)例如可以構(gòu)成被織物覆蓋的氣體分布室或由管和/或噴嘴構(gòu)成的氣體分布器。
根據(jù)本發(fā)明，在分離器后面，在廢氣一側(cè)上提供清潔氣體供應(yīng)管道，用于將清潔氣體再循環(huán)到反應(yīng)器的環(huán)形流化床和/或中心管中，使待清洗的廢氣與已經(jīng)清洗的廢氣混合，這是為了能夠補償和控制待清洗廢氣體積流量的波動，為此，可以根據(jù)本發(fā)明用合適的測量設(shè)備檢測原料廢氣的體積流量。
為了調(diào)節(jié)最佳反應(yīng)溫度，可以根據(jù)本發(fā)明提供水供應(yīng)管道，用于將水噴到反應(yīng)器的環(huán)形流化床內(nèi)部和/或上面。
本發(fā)明的裝置還具有專用于測量反應(yīng)器中壓力損失的壓差計、專用于測量反應(yīng)器中或離開反應(yīng)器的廢氣流的溫度的溫度計、和/或?qū)Ｓ糜跍y量清洗后的廢氣中清潔氣體濃度的氣表。根據(jù)本發(fā)明，將這些測量值提供給相應(yīng)的控制器，以具體控制反應(yīng)試劑供應(yīng)、再循環(huán)、清洗后的廢氣與待清洗廢氣流的混合、向反應(yīng)器的環(huán)形流化床中噴水或其它反應(yīng)參數(shù)。根據(jù)本發(fā)明，用上述測量設(shè)備控制壓力、溫度和/或清潔氣體中污染物的濃度，上述測量設(shè)備例如通過電纜或無線電與控制器連接。
在反應(yīng)器的環(huán)形流化床和/或混合室中，可以根據(jù)本發(fā)明提供使固體和/或反應(yīng)試劑的流向偏轉(zhuǎn)的設(shè)備。例如可以在環(huán)形流化床中設(shè)置環(huán)形堰，其直徑在中心管直徑和反應(yīng)器壁的直徑之間，使堰的上邊緣突出到操作過程中得到的固體高度的上方，而堰的下邊緣距氣體分布器等有一定的距離。因此，分離出反應(yīng)器壁附近的混合室的固體在被中心管的氣流帶回混合室之前必須首先在堰的下邊緣處通過該堰。用這種方法可以在環(huán)形流化床中強化固體或反應(yīng)試劑的交換，使固體和反應(yīng)試劑在環(huán)形流化床中能夠有更均勻的停留時間。
從下面對實施方案的說明和附圖可以看出本發(fā)明的開發(fā)、優(yōu)點和應(yīng)用本發(fā)明的可能性。所有描述的和/或在附圖中說明的特征自身或任意組合都形成本發(fā)明的主題，無論它們是否包括在權(quán)利要求書中或其反向參考文獻中。


圖1給出本發(fā)明的方法和裝置的流程圖；圖2給出本發(fā)明的反應(yīng)器。
具體實施例方式
參照圖1，首先綜述從廢氣中脫除氣態(tài)污染物的方法和裝置，解釋本發(fā)明的操作過程。
為了對具有氣態(tài)污染物如氟化氫HF、氯化氫HCl或二氧化硫SO2的廢氣進行干法氣體清洗，該裝置例如包括圓筒狀反應(yīng)器2(在圖2中進行放大演示)，圓筒狀反應(yīng)器2具有用于供應(yīng)待清洗廢氣的供氣管(中心管)20，供氣管20與反應(yīng)器的縱軸基本同軸排列。中心管20從反應(yīng)器2的底部基本上垂直地向上延伸。在反應(yīng)器2底部附近提供環(huán)形氣體分布器24，供應(yīng)管道25和26通入其中。在定義為混合室21的反應(yīng)器2垂直方向上的上部區(qū)域中排列有出口管道，出口管道通入構(gòu)成旋風分離器的分離器3。
當將細粒反應(yīng)試劑通過固體管道13(反應(yīng)試劑供應(yīng)管道)導(dǎo)入反應(yīng)器2時，在氣體分布器24上形成一個層，該層環(huán)形圍繞在中心管20周圍，稱為環(huán)形流化床22。通過供應(yīng)管道25，26導(dǎo)入的流化氣流經(jīng)氣體分布器24后將環(huán)形流化床22流化，從而形成固定流化床。氣體分布器24優(yōu)選包括用于此目的的織物。調(diào)節(jié)供給反應(yīng)器2的流化氣速度，使環(huán)形流化床22中的顆粒弗魯?shù)聰?shù)約為0.3-1.1。
因為向環(huán)形流化床22中供應(yīng)更多的反應(yīng)試劑，所以反應(yīng)器2中的固體高度升高到反應(yīng)試劑能進入中心管20的孔中的程度。同時，上游工藝1如燃燒工藝產(chǎn)生的待清洗廢氣通過中心管20導(dǎo)入反應(yīng)器2。調(diào)節(jié)通過中心管20供給反應(yīng)器2的廢氣速度，優(yōu)選使中心管20中的顆粒弗魯?shù)聰?shù)約為30-90，混合室21中的顆粒弗魯?shù)聰?shù)約為4-12。
因為環(huán)形流化床22中的固體高度升到高于中心管20的上邊緣，所以反應(yīng)試劑會流過該邊緣進入中心管20。中心管20的上邊緣可以是平直的，也可以是其它形狀如鋸齒狀，也可以具有側(cè)向開孔。由于氣體速度很高，所以流經(jīng)中心管3的廢氣經(jīng)過上部開孔區(qū)域時會將反應(yīng)試劑從固定環(huán)形流化床22帶入混合室21，從而形成強烈混合的懸浮體。在混合室21中，氣態(tài)污染物與粒狀反應(yīng)試劑反應(yīng)形成固體。
由于噴入混合室21的氣體膨脹和/或撞擊在一個反應(yīng)器壁上，所以流速下降，結(jié)果，夾帶的反應(yīng)試劑顆?？焖偈ニ俣?，部分反應(yīng)試劑顆粒與形成的固體一起回落到環(huán)形流化床22中。在固定環(huán)形流化床22的反應(yīng)器區(qū)域和混合室21之間得到循環(huán)。由于這種循環(huán)，反應(yīng)試劑在反應(yīng)器2中循環(huán)特別長的時間，同時在混合室21中可以利用非常好的傳質(zhì)和傳熱條件。
因為高湍流和相關(guān)的良好傳質(zhì)和傳熱條件在混合室21中形成了良好的反應(yīng)條件，又因為反應(yīng)試劑在環(huán)形流化床22中有很長的停留時間，所以用幾乎是化學(xué)計量消耗量的反應(yīng)試劑就可以使反應(yīng)一直進行到清潔氣體濃度非常低的程度。
在混合室21中的中心管20上方?jīng)]有與廢氣分離而直接落回環(huán)形流化床22中的反應(yīng)試劑和反應(yīng)中形成的固體和現(xiàn)在已經(jīng)清洗的廢氣流一起向上通過出口管道排出反應(yīng)器2，在粗分離器3，4中部分與廢氣流分離，大部分通過固體返回管道11再循環(huán)到環(huán)形流化床22中。根據(jù)反應(yīng)的程度，一部分(優(yōu)選小部分)固體和反應(yīng)試劑通過排放管道18排出再循環(huán)系統(tǒng)23的再循環(huán)回路。粗分離器包括旋風分離器3和百葉窗式機械分離器4。
構(gòu)成靜電過濾器或袋式過濾器的細分離器5提供在粗分離器3，4的下游，在將廢氣通過煙囪7排放到大氣中之前，在細分離器5中將剩余的固體從廢氣流中脫除。在細分離器5中分離的包括反應(yīng)試劑的固體同樣在回路中部分再循環(huán)或者排出回路。為了精細分離，可以使用所有類型的細分離器5，特別是機械分離器、過濾分離器或靜電過濾器。
再循環(huán)系統(tǒng)23由具有關(guān)閉設(shè)施的相應(yīng)固體返回管道11，15、一個或多個緩沖容器16、以及排列在緩沖容器16后面的專用計量元件17如滾柱式機械閥或進料輥組成。粗材料和細材料的再循環(huán)可以分開進行，也可以組合進行。
沒有再循環(huán)的固體通過排放管道18排出該工藝，一部分只是排出了再循環(huán)物流的粗或細材料。固體的再循環(huán)量最高可以是反應(yīng)試劑新加入量的10倍。
但是，在某些領(lǐng)域中，可以對經(jīng)過廢氣清洗裝置的全部反應(yīng)試劑和反應(yīng)產(chǎn)品(固體)進行加工處理。因此，實際上沒有真正消耗反應(yīng)試劑。所以這種清洗方法可以通過加入高化學(xué)計量值的新反應(yīng)試劑來進行，從而不需要通過將分離的反應(yīng)試劑再循環(huán)來使消耗量小。排放的或再循環(huán)的固體大部分由完全反應(yīng)的反應(yīng)試劑組成，小部分由沒有完全反應(yīng)的反應(yīng)試劑組成。
為了控制再循環(huán)量，可以通過混合室21(PDIC)利用壓差。用設(shè)置在橋連反應(yīng)器的旁通管處的壓力計32可以簡單地測量所述的壓差，將測量的壓差值提供給相應(yīng)的控制器。通過混合室21設(shè)置的壓差14調(diào)節(jié)點影響清潔氣體中污染物的濃度和/或反應(yīng)試劑的消耗量，即調(diào)節(jié)的壓差14越高，清潔氣體中污染物的濃度或反應(yīng)試劑的消耗量越低。
新反應(yīng)試劑通過反應(yīng)試劑供應(yīng)管道13從料倉29供給環(huán)形流化床22。為了各自的目的，用合適的細粒材料作為反應(yīng)試劑，如明礬土Al2O3、碳酸鈉Na2CO3、熟石灰Ca(OH)2、生石灰CaO等。反應(yīng)試劑供應(yīng)量取決于清潔氣體(清洗后的廢氣)中污染物的濃度，由相應(yīng)的控制器(QIC)自動調(diào)節(jié)，控制器通過計量元件30與污染物濃度測量元件28連接。隨著清潔氣體中污染物濃度的提高，反應(yīng)試劑的加料量也提高。
為了更自由地影響清潔氣體中污染物的濃度或者為了減少反應(yīng)試劑的消耗量，可以任選地變化再循環(huán)到環(huán)形流化床的氣體量。當清潔氣體中污染物的濃度升高時，清潔氣體中清洗濃度的氣體再循環(huán)率升高，清洗后的廢氣通過氣體返回管道26的氣體再循環(huán)率升高。結(jié)果，氣體輸入量和環(huán)形流化床22中的速度升高。環(huán)形流化床22升高，溢流到中心管20(中心風口)或混合室21中的固體升高。因此，混合室21中發(fā)生的氣-固反應(yīng)可以朝更低的清潔氣體價值轉(zhuǎn)移。可以非常容易地利用這種控制變量補償廢氣(原料氣)中有害的氣體峰值。從清潔氣體側(cè)再循環(huán)到環(huán)形流化床22的氣體量是供給系統(tǒng)的廢氣量的5-10％。用獨立的鼓風機8或者通過系統(tǒng)的壓力側(cè)和主鼓風機6通過帶有控制閥的返回管道9使氣體再循環(huán)到環(huán)形流化床。
反應(yīng)器2中需要的化學(xué)反應(yīng)的最佳溫度取決于反應(yīng)試劑和要脫除的氣態(tài)污染物。用反應(yīng)器10后面的廢氣流中的溫度計27測量的最佳反應(yīng)溫度通過噴水12和絕熱蒸發(fā)(TIC)調(diào)節(jié)。將水噴射到固定環(huán)形流化床22(流化床)表面上，或者直接噴入固定環(huán)形流化床22。環(huán)形流化床22表示一個確定的空間，在該空間內(nèi)，即使直徑大至1mm的大水滴也由于良好的傳質(zhì)條件而快速蒸發(fā)。這樣也可以在低壓下計量蒸發(fā)的水量?？梢杂煤唵蔚墓芑蛞粋€或多個噴嘴計量噴入環(huán)形流化床22的水量。
與以前文丘里型流化床反應(yīng)器要求的兩流體噴嘴系統(tǒng)或高壓噴嘴系統(tǒng)相比，這種噴水方法有很大的優(yōu)點。使用高壓噴嘴的原因是文丘里型流化床不確定的位置和不確定的條件。因此，為了減少水滴的蒸發(fā)時間，必須生成直徑非常小的水滴。這就需要高壓噴嘴系統(tǒng)，而在本發(fā)明的反應(yīng)器2中可以省去這種高壓噴嘴系統(tǒng)。
在部分負荷操作中，當供給的廢氣體積流量減少很多時，還可以將清潔氣體從排風式通風管6，8的壓力側(cè)供給環(huán)形流化床反應(yīng)器2的中心管20前面的待清洗廢氣。用這種方法可以保證環(huán)形流化床反應(yīng)器的穩(wěn)定操作。
因為高湍流和相關(guān)的良好傳質(zhì)和傳熱條件在混合室21中形成良好的反應(yīng)條件，又因為反應(yīng)試劑在流化床中有很長的停留時間，所以用幾乎是化學(xué)計量消耗量的反應(yīng)試劑就可以根據(jù)本發(fā)明使干法廢氣清洗反應(yīng)一直進行到清潔氣體濃度非常低的程度。通過這種方法可以用很低消耗量的反應(yīng)試劑達到特別有效的廢氣清洗。除上述應(yīng)用外，本發(fā)明的氣體清潔方法還可用于清洗燒結(jié)廠排放的含SO2的廢氣。實施例1(從生產(chǎn)鋁的電解池排放的廢氣流中脫除氟化氫)在熔融電解鋁時，釋放出大量的氣態(tài)氟化氫(HF)。這種污染物進入熔爐廢氣，在廢氣排放到大氣中之前必須從廢氣中除去。
電解池1排放的組合廢氣流進入被環(huán)形流化床22環(huán)繞的溫度為50-150℃的中心管20。再循環(huán)的清潔氣體或來自平行管道氣流的無顆粒廢氣(如果能夠得到)供給帶有環(huán)形流化床22的反應(yīng)器2的環(huán)形室。通過噴水12或蒸發(fā)水調(diào)節(jié)環(huán)形流化床22中的最佳溫度，可以得到最佳的反應(yīng)效果。噴水12直接在環(huán)形流化床22中進行。
中心管20中的顆粒弗魯?shù)聰?shù)Frp約為36，環(huán)形流化床22中的顆粒弗魯?shù)聰?shù)Frp約為0.36，混合室21中的顆粒弗魯?shù)聰?shù)Frp約為5.1。
用普通氧化鋁(明礬土，Al2O3)作為反應(yīng)試劑。氧化鋁由于大的比表面積而吸收氟化氫，部分形成氟化鋁AlF3。經(jīng)過氟脫除裝置的所有材料都進入電解池，在電解池中經(jīng)過處理得到鋁。因此，沒有任何消耗。所以，用于廢氣清洗的環(huán)形流化床反應(yīng)器可以在沒有固體再循環(huán)的條件下操作。
在這種應(yīng)用中，因為溫度較低，所以氣體分布器24的風口底部可以用不耐溫的織物構(gòu)成。
由下表可以得到一般的反應(yīng)數(shù)據(jù)。標準立方米(Nm3)表示標準條件下(273°K，1013mbar)的體積流量。

下面給出鋁生產(chǎn)廠中具有約60個電解池的氟脫除裝置的設(shè)計實例

得到下述消耗量

實施例2(從燃燒裝置的煙氣流中脫除酸性氣體)在燃燒過程中，燃料中的硫、氟和氯化合物通過各種平衡反應(yīng)基本上都轉(zhuǎn)化為二氧化硫SO2、氟化氫HF和氯化氫HCl。這例如發(fā)生在發(fā)電廠和用于廢物或特殊廢物的焚燒裝置中。這些氣態(tài)化合物和廢氣一起排出燃燒區(qū)1，在排放到大氣中之前必須從廢氣中將其除去。
為了從廢氣(煙氣)中除去酸性組分，已經(jīng)開發(fā)了多種不同的濕、干和半干方法。所有方法的共同點都是同時用堿性試劑脫除酸性組分。
燃燒裝置1排放的廢氣流供給中心管20(中心風口)。中心管20入口處的溫度約為100-250℃。
再循環(huán)的清潔氣體或來自平行管道氣流的無顆粒廢氣(如果能夠得到)供給形成在環(huán)形室中的環(huán)形流化床22。通過噴水12從而提高廢氣中的水分以及在降低氣體溫度的同時通過絕熱蒸發(fā)可以增加環(huán)形流化床22的活性。噴水12通過一個或多個噴嘴進行，直接噴在環(huán)形流化床22的表面上，或者噴入環(huán)形流化床22。
中心管20中的顆粒弗魯?shù)聰?shù)Frp約為89，環(huán)形流化床22中的顆粒弗魯?shù)聰?shù)Frp約為1.0，混合室21中的顆粒弗魯?shù)聰?shù)Frp約為10。
用鈣化合物如熟石灰Ca(OH)2或生石灰CaO(苛性石灰)作為反應(yīng)試劑。二氧化硫和鈣化合物反應(yīng)，形成亞硫酸鹽或硫酸鹽。為了減少反應(yīng)試劑的消耗量，在預(yù)分離器或細分離器4，5中分離的部分固體再循環(huán)。再循環(huán)相最高可以是新反應(yīng)試劑供料率的10倍。由于環(huán)形流化床22和混合室21中有良好的傳質(zhì)條件，所以能達到很高的分離度。
由下表可以得到一般的反應(yīng)數(shù)據(jù)。

下面給出每天大約處理400噸生活廢物的廢物焚燒裝置生產(chǎn)線的設(shè)計實例

得到下述消耗量

實施例3(從產(chǎn)熱過程的廢氣流中脫除二氧化硫、氟化氫和氯化氫)在某些生產(chǎn)過程中，例如生產(chǎn)玻璃、生產(chǎn)水泥、在燒結(jié)裝置和冶金過程中，在生產(chǎn)過程中會釋放出干凈的有害氣體。為了清洗氣體，使用與上述燃燒裝置基本類似的方法。但是在許多工業(yè)領(lǐng)域，允許較低的效率或較高的排放量。
在該實施例中，生產(chǎn)過程中排放的廢氣流供給反應(yīng)器2的中心管20。中心管入口處的溫度約為200-600℃。再循環(huán)的清潔氣體或來自平行管道氣流的無顆粒廢氣(如果能夠得到)供給環(huán)形流化床22。
中心管20中的顆粒弗魯?shù)聰?shù)Frp約為77，環(huán)形流化床22中的顆粒弗魯?shù)聰?shù)Frp約為0.77，混合室21中的顆粒弗魯?shù)聰?shù)Frp約為10.7。
用鈣化合物如熟石灰Ca(OH)2、石灰石CaCO3或生石灰CaO作為反應(yīng)試劑。二氧化硫和鈣化合物反應(yīng)，形成亞硫酸鹽或硫酸鹽。由于環(huán)形流化床中有良好的傳質(zhì)條件，所以能夠得到很高的分離度。在某些領(lǐng)域中，用于分離污染物和反應(yīng)產(chǎn)品的反應(yīng)試劑可以在工藝中得到處理。因此，沒有真正消耗。所以，通過廢氣清洗裝置的反應(yīng)試劑量不是很重要。在這些情況下，省去再循環(huán)，相應(yīng)增加反應(yīng)試劑的新加入量，以確保所要求的清潔氣體含量。
由下表可以得到一般的反應(yīng)數(shù)據(jù)。

下面給出用于每天大約生產(chǎn)600噸平板玻璃的熔槽排出的廢氣的設(shè)計實例

得到下述消耗量

下面列出參考標記所示部件1工藝2反應(yīng)器3旋風分離器，粗分離器4百葉窗式分離器，粗分離器5靜電或袋式過濾器，細分離器6主鼓風機7煙囪8鼓風機9帶有控制閥的返回管道11 固體返回管道12 噴水13 反應(yīng)試劑供應(yīng)管道15 固體返回管道
16緩沖容器17計量元件18排放管道20中心管21混合室22固定環(huán)形流化床23再循環(huán)系統(tǒng)24氣體分布器25供應(yīng)管道26氣體返回管道27溫度計28污染物濃度測量元件29料倉30計量元件32壓力計
權(quán)利要求
1.一種從廢氣中脫除氣態(tài)污染物的方法，其中氣態(tài)污染物和細粒反應(yīng)試劑在流化床反應(yīng)器(2)中反應(yīng)形成固體，其特征在于廢氣從下部優(yōu)選通過中心供氣管(20)導(dǎo)入反應(yīng)器(2)的混合室(21)，供氣管(20)至少部分被通過供應(yīng)流化氣流化的反應(yīng)試劑的固定環(huán)形流化床(22)環(huán)繞，調(diào)節(jié)廢氣和用于環(huán)形流化床(22)的流化氣的氣體速度，使供氣管(20)中的顆粒弗魯?shù)聰?shù)是1-100，環(huán)形流化床(22)中的顆粒弗魯?shù)聰?shù)是0.02-2，混合室(21)中的顆粒弗魯?shù)聰?shù)是0.3-30。
2.權(quán)利要求1的方法，其特征在于供氣管(20)中的顆粒弗魯?shù)聰?shù)是20-90。
3.權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于環(huán)形流化床(22)中的顆粒弗魯?shù)聰?shù)是0.2-1.2。
4.前述權(quán)利要求任一項的方法，其特征在于混合室(21)中的顆粒弗魯?shù)聰?shù)是3-15。
5.前述權(quán)利要求任一項的方法，其特征在于調(diào)節(jié)反應(yīng)器(2)中的反應(yīng)試劑床層高度，使環(huán)形流化床(22)延伸超過供氣管(20)的上部開孔端，使反應(yīng)試劑恒定地導(dǎo)入廢氣，并被氣流帶入位于供氣管(20)的開孔區(qū)域上方的混合室(21)。
6.前述權(quán)利要求任一項的方法，其特征在于廢氣含有二氧化硫、氟化氫和/或氯化氫，用粒度小于100μm的氧化鋁、碳酸鈉和/或鈣化合物特別是熟石灰或生石灰作為反應(yīng)試劑。
7.前述權(quán)利要求任一項的方法，其特征在于廢氣在供給反應(yīng)器(2)之前進行預(yù)除塵。
8.前述權(quán)利要求任一項的方法，其特征在于形成的固體和可能的反應(yīng)試劑和廢氣流一起排出反應(yīng)器(2)，供給至少一個分離器(3，4，5)，再循環(huán)到反應(yīng)器(2)的環(huán)形流化床(22)和/或混合室(21)和/或排放出去。
9.權(quán)利要求8的方法，其特征在于固體的再循環(huán)量最高是反應(yīng)試劑新加入量的10倍。
10.權(quán)利要求8或9的方法，其特征在于根據(jù)混合室(21)上方的壓差(14)控制再循環(huán)量。
11.前述權(quán)利要求任一項的方法，其特征在于根據(jù)清洗后的廢氣中污染物的濃度(10)供應(yīng)反應(yīng)試劑。
12.前述權(quán)利要求任一項的方法，其特征在于將清洗后的廢氣和/或空氣作為流化氣導(dǎo)入反應(yīng)器(2)的環(huán)形流化床(22)。
13.權(quán)利要求12的方法，其特征在于再循環(huán)的清洗后廢氣的比例取決于清洗后的廢氣中污染物的濃度，尤其為供給反應(yīng)器(2)的廢氣量的5-10％。
14.前述權(quán)利要求任一項的方法，其特征在于根據(jù)反應(yīng)器(2)中的溫度和/或離開反應(yīng)器(2)的清洗后的廢氣的溫度向反應(yīng)器(2)中噴水。
15.前述權(quán)利要求任一項的方法，其特征在于尤其取決于廢氣體積流量將清洗后的廢氣作為清潔氣體混入供氣管(20)中的廢氣中。
16.一種從廢氣中脫除氣態(tài)污染物的裝置，特別是實施權(quán)利要求1-15任一項的方法的裝置，其包括構(gòu)成流化床反應(yīng)器的反應(yīng)器(2)，其特征在于反應(yīng)器(2)具有供氣系統(tǒng)，形成該供氣系統(tǒng)，使流經(jīng)該供氣系統(tǒng)的廢氣將反應(yīng)試劑從至少部分環(huán)繞供氣系統(tǒng)的固定環(huán)形流化床(22)帶入混合室(21)。
17.權(quán)利要求16的裝置，其特征在于供氣系統(tǒng)具有供氣管(20)，供氣管(20)從反應(yīng)器(2)的下部區(qū)域基本上垂直向上延伸進入反應(yīng)器(2)的混合室(21)，供氣管(20)被至少部分在供氣管(20)周圍環(huán)形延伸且其中形成固定環(huán)形流化床(22)的室環(huán)繞。
18.權(quán)利要求16或17的裝置，其特征在于供氣管(20)參照反應(yīng)器(2)的橫截面近似中心排列。
19.權(quán)利要求16-18任一項的裝置，其特征在于在反應(yīng)器(2)下游提供用于分離清洗后的廢氣中的固體的至少一個分離器(3，4，5)，在分離器(3，4，5)下游提供再循環(huán)系統(tǒng)(23)，該再循環(huán)系統(tǒng)(23)具有通向反應(yīng)器(2)的環(huán)形流化床(22)的固體管道(15)、通向反應(yīng)器(2)的混合室(21)的固體管道(11)和/或固體排放管道(18)。
20.權(quán)利要求19的裝置，其特征在于再循環(huán)系統(tǒng)(23)包括緩沖容器(16)和計量裝置(17)。
21.權(quán)利要求16-20任一項的裝置，其特征在于在反應(yīng)器(2)的環(huán)形室中提供氣體分布器(24)，該氣體分布器(24)將環(huán)形室分成上部環(huán)形流化床(22)和下部氣體分布器室，氣體分布器室與流化氣特別是空氣和/或清洗后廢氣的供應(yīng)管道(25)相連。
22.權(quán)利要求16-21任一項的裝置，其特征在于在分離器(3，4，5)之后在廢氣一側(cè)提供清潔氣體供應(yīng)管道(26)，用于將清潔氣體再循環(huán)到反應(yīng)器(2)的環(huán)形流化床(22)和/或供氣管(20)中，
23.權(quán)利要求16-22任一項的裝置，其特征在于提供用于噴水(12)的供水管道，用于將水噴到反應(yīng)器(2)的環(huán)形流化床(22)內(nèi)部和/或上面。
24.權(quán)利要求16-23任一項的裝置，其特征在于具有壓差計(26)、溫度計(27)和/或氣表(28)。
25.權(quán)利要求24的裝置，其特征在于壓差計(26)、溫度計(27)和/或氣表(28)與控制器連接，用于調(diào)節(jié)清潔氣體中的壓力、溫度和/或污染物濃度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種從廢氣中脫除氣態(tài)污染物的方法，其中氣態(tài)污染物和細粒反應(yīng)試劑在流化床反應(yīng)器(2)中反應(yīng)形成固體，本發(fā)明還涉及相應(yīng)的裝置。為了用幾乎是化學(xué)計量消耗量的反應(yīng)試劑降低清潔氣體中的污染物濃度，建議將廢氣從下部優(yōu)選通過中心供氣管(20)導(dǎo)入反應(yīng)器(2)的混合室(21)，供氣管(20)至少部分被通過供應(yīng)流化氣流化的反應(yīng)試劑的固定環(huán)形流化床(22)環(huán)繞，調(diào)節(jié)廢氣和用于環(huán)形流化床(22)的流化氣的氣體速度，使供氣管(20)中的顆粒弗魯?shù)聰?shù)是1－100，環(huán)形流化床(22)中的顆粒弗魯?shù)聰?shù)是0.02－2，混合室(21)中的顆粒弗魯?shù)聰?shù)是0.3－30。
文檔編號B01J8/24GK1732037SQ200380107424
公開日2006年2月8日 申請日期2003年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月23日
發(fā)明者M·施特勒德, S·斯內(nèi)德, K·哈塞爾萬德 申請人:奧托昆普技術(shù)公司