專利名稱：洗滌廢氣流中污染物的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及洗滌廢氣流中的污染物的方法和設(shè)備，利用該方法和設(shè)備，使與廢氣流反應(yīng)后的物質(zhì)變成至少是無損于健康的物質(zhì)，并且在多數(shù)情況下，通過化學(xué)反應(yīng)將這些物質(zhì)轉(zhuǎn)變成有用的產(chǎn)品。
廢氣污染物的洗滌通常是很費(fèi)錢的，它能給環(huán)境帶來明顯的改善，但卻幾乎不能或根本不能帶來經(jīng)濟(jì)上的利益，除非能通過洗滌將不同的廢物轉(zhuǎn)變成有用的產(chǎn)品。設(shè)備的初投資是很高的。此外，用于洗滌的物質(zhì)，例如氧化物、碳酸鹽、堿金屬和/或堿土金屬的氫氧化物是持續(xù)消耗的。而且，處理從含有廢氣的洗滌物質(zhì)的反應(yīng)中得到的反應(yīng)產(chǎn)品所需的費(fèi)用也會(huì)使成本增加，特別是當(dāng)產(chǎn)品含有有毒成分時(shí)。
以生物材料(下文統(tǒng)稱為“生物體”)作燃料的鍋爐裝置的數(shù)量在不斷增加，這些生物材料包括木材、泥煤或作物殘?bào)w，它們很少或根本不含產(chǎn)生硫氧化物，因而不需要對廢氣成分進(jìn)行洗滌。另一方面，在這些操作期間產(chǎn)生的灰份中含有大量的堿金屬或堿土金屬的鹽類，它們通常以氧化物的形式出現(xiàn)，如果它們是潮濕的，和/或與二氧化碳反應(yīng)的話，就以氫氧化物或碳酸鹽，或者也可能以這些物質(zhì)的水合鹽的形式出現(xiàn)。
本發(fā)明者發(fā)現(xiàn)，來自鍋爐設(shè)備的堿金屬和堿土金屬的氧化物、氫氧化物和/或碳酸鹽類占有很大比例的灰能夠用于洗滌廢氣的工藝中，以取代上述通常使用的物質(zhì)，這樣，就利用了各種廢物來替代必須要購買的昂貴的物質(zhì)。
還有一些其它物質(zhì)也可用于此目的。當(dāng)將工業(yè)或城市廢物、焚化爐灰或付產(chǎn)品溶在含堿性(PH值高)的水中并且回收這些廢物或付產(chǎn)品中所含的鉀、鈉或其它可溶性鹽類時(shí)，可以取得一定的經(jīng)濟(jì)利益。
在以下的說明書和權(quán)利要求中，燃燒生物體所轉(zhuǎn)變成的灰、城市或工業(yè)廢物或者其它付產(chǎn)品(可用于本說明書及權(quán)利要求書所描述的工藝中)都?xì)w結(jié)為一個(gè)通用述語，即“灰”。
不幸的是，反應(yīng)后的灰的不溶性部分通常仍需作為廢物處理。比如，在大多數(shù)鍋爐應(yīng)用中，這些不溶性灰將不能找到其它用途。但是，廢料將不再是苛性材料，在大多數(shù)情況下可作為無損健康的普通填料，在某些填坑中也能用作填埋復(fù)蓋材料。在殘?bào)w的成分及運(yùn)輸費(fèi)用允許的情況下，這些廢料也可用作水泥窖的原料。目前在某些場合下，洗滌材料的不溶性部分可用來生產(chǎn)硫酸鈣或石膏，或作為礦物填料。
在需要洗滌時(shí)，如果產(chǎn)生灰的設(shè)備本身沒有產(chǎn)生硫含量高的廢氣的鍋爐裝置時(shí)，灰可以輸送到有這種問題的其它鍋爐裝置，或輸送到使用含硫量高的燃料的裝置去，這樣可獲得經(jīng)濟(jì)效益。此外，由于從生物體材料轉(zhuǎn)變成的灰一般都含有鉀和其它堿金屬或堿土金屬的鹽類，并且這些鹽類可以利用廢氣熱或其它廢熱源來回收，因此所得到的堿金屬或堿土金屬的鹽類可以是本生產(chǎn)工藝的寶貴的付產(chǎn)品。
本發(fā)明將提供一種洗滌含有污染物的鍋爐廢氣流的新方法，這些污染物包括一種或多種硫、氮和碳的酸性氧化物以及任何一種鹵族化合物，洗滌的同時(shí)產(chǎn)生有用的或無損健康的產(chǎn)品。該方法包括與水灰進(jìn)行混合，水灰中含有一種或多種固體堿金屬和堿土金屬的鹽類，混合后產(chǎn)生一種在水溶液中含有不溶性固體的堿性(PH值大于7)的淤漿，然后使廢氣流與淤漿接觸，從而使其中的污染物與水反應(yīng)生成酸，酸又與灰中的堿金屬和堿土金屬的氧化物、氫氧化物和碳酸鹽反應(yīng)，生成一種含有一種或多種如下物質(zhì)的溶液，這些物質(zhì)包括主要含有陽離子堿土金屬成分鈣和鎂的堿金屬和堿土金屬的鹽類;堿金屬成分，即鉀和納的化合物;陽離子鹽成分，即碳酸鹽、硫酸鹽、亞硫酸鹽、硝酸鹽和亞硝酸鹽、以及與堿金屬和堿土金屬鹽類沉淀物混在一起的鹵族化合物，其中帶有灰的不溶性成分。最后，在與淤漿接觸后，使所述的廢氣流作為洗滌后的廢物排出。
目前較好的方法包括如下步驟中的一個(gè)或多個(gè)步驟使廢氣流與淤漿接觸，即讓廢氣流通過所述淤漿;將所述的堿金屬和堿土金屬鹽類的溶液與所述的沉淀物和不溶性組分分離;將堿金屬和堿土金屬鹽類的溶液和沉淀物及不溶宰櫸質(zhì)淥偷揭桓齜擲胂低常詬孟低持興齙難穩(wěn)芤河胨齔戀砦錆筒蝗芐宰櫸窒嚳擲 將分離后的鹽溶液通過一個(gè)熱交換器，在廢氣流接觸淤漿之前將熱從廢氣流中吸取出來;在接觸工序之前，冷卻廢氣流以使它除濕;利用鹽溶液對廢氣進(jìn)行冷卻和除濕;利用廢氣流的熱除去所述鹽溶中的水份。并且從下述的一種或多種來源取得所述的部分熱量(A)所述氣流的熱廢氣，(B)所述廢氣流所含水份的蒸發(fā)潛熱，(C)灰和水之間的水合反應(yīng)熱，以及(D)在接觸工序之前，壓縮所述氣體。
通過下面參照附圖
對最佳實(shí)施例進(jìn)行的詳細(xì)描述，本發(fā)明的進(jìn)一步的目的、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更加明顯。
唯一的一張附圖示意性的表示了用于實(shí)施本發(fā)明的一種設(shè)備。
淤漿由來自灰水混合槽(未畫出)的灰和水組成，淤漿由泵通過管路10引入處理槽12，同時(shí)從一個(gè)適當(dāng)?shù)乃?未畫出)，通過入口14將水引入并與淤漿混合，產(chǎn)生一種稀釋的淤漿16?；矣闷噺幕以?，如燃燒生物體的發(fā)電廠或燃燒廢料的焚化爐運(yùn)載到這里。來自水泥窖、焚化爐或鍋爐(未畫出)的廢氣含有一種或多種下列物質(zhì)氧化物、氮氧化物、碳氧化物和/或鹵族化合物及它們的氧化物，廢氣通過入口18進(jìn)入熱交換器22，冷卻后再從熱交換器排出。冷凝出的廢氣水份收集在熱交換器22內(nèi)并通過管路44輸送到處理槽12。然后廢物通過管路23送到壓縮機(jī)20并通過管路24送到處理槽12底部的分配管26。為了防止固體物沉積在處理槽12的底部，可以攪動(dòng)淤漿或利用適當(dāng)?shù)难b置，如用再循環(huán)泵27使淤漿再循環(huán)。
廢氣泡通過灰和水的淤漿16，從槽頂部排出，這時(shí)的廢氣是經(jīng)過洗滌的廢氣28。淤漿16作為經(jīng)過處理的固體、水和溶解物質(zhì)的混合物由泵32經(jīng)管路30泵到沉淀池34，在沉淀池，沉淀后的固體顆粒36由泵38泵出該池，而充滿溶解鹽類的水37被泵到熱交換器22，以便用它來冷卻送入的廢氣。鹽溶液37中的水蒸發(fā)成蒸汽并經(jīng)管路40釋放到大氣中，或者將水蒸發(fā)，然后冷凝成液體以獲取可重新利用的潛熱。鹽溶液37中的鹽類被濃縮和/或析出，并通過管路42流出熱交換器，然后收集起來，所收集鹽類的陽離子成分主要有鈣、鉀、鎂和鈉。而這些鹽類的陰離子成分主要有硫酸根、碳酸根和硝酸根。這些鹽的實(shí)際成分將取決于要處理的灰的初始成分及廢氣的成分。
在有的情況下，從生物體燃燒系統(tǒng)得到的灰可能含有未燃燒的碳，這些碳將漂浮在水上。如果需要，圖示的工藝過程可以進(jìn)行修改，如可允許除去碳。含有未燃燒碳的水37從沉淀池的表面泵出以便過濾，或者進(jìn)行除碳處理，然后使之返回到工藝過程中。如果必要的話，含有可溶性堿金屬和堿土金屬鹽類的溶液可以通過管路(未畫出)排出，然后進(jìn)行過濾，或在一個(gè)顆粒去除裝置中清除掉顆粒狀物質(zhì)。然后將該溶液輸送到熱交換器22。
熱交換器22是那種已有的兩用換熱-結(jié)晶裝置，該裝置從廢氣中提取熱量并利用該熱量蒸發(fā)水份，該熱量包括冷凝廢氣水份時(shí)得到的潛熱。
裝置整個(gè)系統(tǒng)是用標(biāo)準(zhǔn)方法組裝的已知部件構(gòu)成的。例如，典型的處理槽可以有一百萬加侖(3，800，000升)的容積，并設(shè)有氣體分配器和攪拌裝置;沉淀池可以有十萬加侖(380，000升)的容積。處理槽和沉淀池都可用不銹鋼或其它適當(dāng)?shù)牟牧?如橡膠)來制造。這些材料有很高的耐酸和堿溶液的能力。
工作原理本發(fā)明的基本工作原理是使在燃燒過程中生成的兩種廢物重新混合并進(jìn)行反應(yīng)，讓它們相互中和。一種是廢氣流，包括在水中能產(chǎn)生酸性溶液的氣體和氣態(tài)氧化物，另一種是顆粒狀物質(zhì)，即來自生物體、工業(yè)或城市廢物燃燒設(shè)備的灰，灰可在水中生成堿性溶液。
上述兩種廢物在水中部分溶解后發(fā)生反應(yīng)，并彼此中和。對于灰來說，該工藝過程使苛性成分發(fā)生反應(yīng)或?qū)⒖列猿煞秩コ?。這樣，就使灰成為中性固體，適于作為非危險(xiǎn)廢物處理。同時(shí)，在處理槽中通過淤漿的廢氣以成鹽的方式除去了絕大部分的鹵族化合物、硫的氧化物、氮的氧化物和鹵族氧化物。
實(shí)例來自例如鍋爐的廢氣，可以通過管道18并借助于壓縮機(jī)20，以每分鐘200，000立方英尺(6000米3)的流量送到熱交換器22。廢氣的組份是可變的，但強(qiáng)梢園笤 0%的水、15%的二氧化碳、65%的氮、10%的氧和500到1000PPM的氮氧化物和100到1000PPM的二氧化硫。廢氣在熱交換器22中冷卻并且冷凝出水，這樣便導(dǎo)致流量的減少。然后廢氣由壓縮機(jī)20通過管路23抽出，并通過管路24送到分配管26，然后與淤漿16起反應(yīng)。廢氣通過淤漿時(shí)，鹵素硫氧化物、氮氧化物、碳氧化物和鹵族氧化物起化學(xué)反應(yīng)。
灰可以按每小時(shí)干重8到12噸(7200到10，800千克)的流量引入處理槽12。加入水以形成稀釋的淤漿，該淤漿含水量高達(dá)95%。淤漿的含水量由灰中的堿金屬和堿土金屬鹽或其它金屬鹽的初始濃度來確定，并且還要考慮到要將殘留物中的鹽類除至理想的程度。
在與廢氣反應(yīng)后，處理后的灰的淤漿以每分鐘大約200加侖(760升)的流量被泵到沉淀池34。在該池中，固體物沉淀到在處理過程中溶解的可溶性鹽和水組成的溶液的下面，形成大約35%的水和65%的固體的淤漿。上述水溶液以大約每分鐘200加侖(760升)的流量通過出口37泵到熱交換器22，以用來冷卻廢氣并使水蒸發(fā)，從而產(chǎn)生付產(chǎn)品鹽。如前所述，任何漂浮的碳都可被除去。通過管路42取出的付產(chǎn)品鹽，每天可大約生產(chǎn)5到20噸(4500到18，000千克)。付產(chǎn)品鹽包括硫酸鉀、碳酸鈣，含鉀、鈣、鎂和鈉，陽離子成分的鹽類，以及含碳酸根、硫酸根和硝酸根陰離子成份的鹽類。部分硝酸鹽將亞硫酸鹽氧化成硫酸鹽。
這里公開并解釋了實(shí)施本發(fā)明的最佳方法和裝置，但盡管如此，應(yīng)該理解到，這只是作為解釋而不是限制，本發(fā)明的保護(hù)范圍僅靠權(quán)利要求的正確解釋來限制。
權(quán)利要求
1.一種洗滌含有污染物的鍋爐廢氣流的方法，該污染物包括一種或多種硫、氮和碳的酸性氧化物以及任何鹵族化合物，洗滌的同時(shí)生產(chǎn)有用的或于健康無害的產(chǎn)品，該方法包括將水和含有一種或多種固態(tài)堿金屬和堿土金屬鹽類的灰混合，生成一種堿性(PH值大于7)溶液，讓廢氣流與所述溶液接觸，由此便使廢氣中的污染物與水反應(yīng)生成酸，酸又與所述灰中存在的任何堿金屬和堿土金屬的氧化物、氫氧化物和碳酸鹽反應(yīng)，生成一種含有一種或幾種如下物質(zhì)的溶液，這些物質(zhì)包括主要含有陽離子堿土金屬成分鈣和鎂的堿金屬和堿土金屬的鹽類；堿金屬成分，即鉀和納的化合物；陰離子鹽成分，即碳酸鹽、硫酸鹽、亞硫酸鹽、硝酸鹽和亞硝酸鹽、以及與堿金屬和堿土金屬鹽類沉淀物混在一起的鹵族化合物，其中帶有灰的不溶性成分，最后，在與所述溶液或淤漿接觸后，使該廢氣流作為洗滌后的廢物排出。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征是將所述廢氣流通過所述的溶液或淤漿使廢氣流與所述溶液或淤漿接觸。
3.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，包括將所述堿金屬和堿土金屬鹽類的溶液與所述沉淀物和不溶性成分分離這一工序。
4.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，包括將所述的堿金屬和堿土金屬鹽類的溶液及所述沉淀物和不溶性成分輸送到一個(gè)分離系統(tǒng)的工序，在那里所述的鹽溶液與所述沉淀物及不溶性成分分離。
5.按照權(quán)利要求4所述的方法，其特征是，包括讓已分離的鹽溶液通過一個(gè)熱交換器，在熱交換器中，鹽溶液在所述廢氣流與所述溶液或淤漿接觸之前，吸收所述廢氣流中的熱量的工序。
6.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，所述廢氣流在所述接觸工序之前，通過冷卻的方法除濕。
7.按照權(quán)利要求6所述的方法，其特征是，所述鹽溶液用于所述廢氣流的冷卻和除濕。
8.按照權(quán)利要求7所述的方法，其特征是，所述廢氣流的熱量用于從所述鹽溶中除去水份。
9.按照權(quán)利要求8所述的方法，其特征是，所述的熱量部分得自于一種或多種所述氣流的熱廢氣、包含在所述廢氣流中水份的蒸發(fā)潛熱、灰或材料與水之間的水合反應(yīng)以及得自于所述接觸工序之前壓縮所述氣體時(shí)產(chǎn)生的熱量。
全文摘要
一種洗滌含有污染物的鍋爐廢氣流的方法，洗滌的同時(shí)產(chǎn)生有用的或?qū)】禑o害的產(chǎn)品，該方法包括讓氣流與某種溶液接觸，這種溶液是灰的可溶性成分溶解在水中形成的，而灰中包含有一種或幾種固態(tài)的堿金屬和堿土金屬鹽類，接觸后形成一種堿性(pH值大于7)溶液。污染物與水反應(yīng)后形成酸。酸與來自灰中的堿金屬和堿土金屬的氧化物、氫氧化物和碳酸鹽反應(yīng)，產(chǎn)生一種含有堿金屬和堿土金屬鹽、陰離子鹽成分及鹵族化合物的溶液。
文檔編號B01D53/62GK1035959SQ88107168
公開日1989年10月4日 申請日期1988年9月16日 優(yōu)先權(quán)日1987年9月16日
發(fā)明者加勒特·路易·莫里森 申請人:帕塞瑪庫第·特賴布