專利名稱：黑液部分燃燒產(chǎn)生的過(guò)程氣的純化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種從過(guò)程氣中分離出硫和鈉化合物的方法，過(guò)程氣與含氫氧根離子和硫氫根離子的堿性液體進(jìn)行一次或一次以上的接觸以洗除硫和鈉化合物，制漿工業(yè)中這種堿液通常是現(xiàn)成的。所述過(guò)程氣在廢液(如硫酸鹽法制漿工業(yè)中的黑液)的氣化過(guò)程中產(chǎn)生。
本發(fā)明的目的是獲得一種制備基本上不含硫和鈉化合物的純度較高的過(guò)程氣的方法。
含碳物質(zhì)(如黑液)的氣化過(guò)程中形成一種含有一氧化碳，二氧化碳和氫氣的可燃?xì)怏w(下文稱為過(guò)程氣)。由于原始燃料在含硫量和灰份組成上的差別，所以過(guò)程氣在純度上也各不相同。
一些氣化過(guò)程在很高的溫度下進(jìn)行以至于無(wú)機(jī)化合物變成了熔融灰，而另一些氣化操作在較低的溫度下進(jìn)行，氣化過(guò)程中灰以固體或半固體的形式存在。黑液的氣化溫度通常為700-1000℃。
瑞典專利C-448，173公開(kāi)了一種從纖維素廢液(由紙漿工業(yè)得到)中回收化學(xué)物質(zhì)和能量的方法，黑液在壓力高于環(huán)境壓力的反應(yīng)器中部分燃燒，同時(shí)得到廢液中無(wú)機(jī)物部分形成的熔體和過(guò)程氣，使其通過(guò)一個(gè)含堿性溶液的藥液捕集器進(jìn)行冷卻，無(wú)機(jī)物熔體溶解在所述堿性溶液之中，過(guò)程氣然后再經(jīng)過(guò)各種清洗過(guò)程，其中一個(gè)過(guò)程可以用氫氧化鈉溶液作為洗滌液體。
黑液的特征是它具有高反應(yīng)活性，這種活性尤其與干固體的含氧量高以及鈉及其化合物的催化效應(yīng)有關(guān)。
另外一個(gè)特征是黑液氣化過(guò)程中形成一種低熔點(diǎn)的無(wú)機(jī)物，這種熔融相中主要含有水溶性的鈉和硫化合物，而一般的煤灰中只含少量的水溶性化合物。
氣化過(guò)程中保持碳的高轉(zhuǎn)化率具有重要意義，因而氣化反應(yīng)器的溫度應(yīng)保持在700℃以上。
硫酸鹽漿廢液的燃燒過(guò)程中形成一種含鈉化合物的精細(xì)氣溶膠，這種氣溶膠很難用機(jī)械的方法分離，它與熔體液滴結(jié)合在一起，使黑液的氣化產(chǎn)生了嚴(yán)重的問(wèn)題。
氣化過(guò)程中黑液中的硫形成了氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)化合物，在熔體相中硫主要以硫化鈉的形式存在，而在氣相中以硫化氫的形式存在。
在本洗滌體系中具有重要意義的化學(xué)平衡式如下在用含鈉的堿性溶液吸收硫化氫的過(guò)程中生成了Na2S和NaHS。在CO2的分壓較高和液體中硫化物離子濃度較高的情況下，形成碳酸鈉的同時(shí)有硫化氫逸出。這種現(xiàn)象是人們不希望出現(xiàn)的，本發(fā)明能阻止這種現(xiàn)象發(fā)生，具體方法下文將作介紹。
減少接觸時(shí)間，增大洗滌液體與氣相的接觸面，以促進(jìn)體系中硫化氫的選擇性吸收，使用一個(gè)或多個(gè)噴嘴使洗滌液體霧化就能很好地滿足這一要求。吸收過(guò)程可在有或無(wú)填料的噴霧塔中進(jìn)行。
本發(fā)明的實(shí)則是根據(jù)平衡(4)、(5)來(lái)提高對(duì)硫化氫的捕獲能力，根據(jù)平衡(1)、(3)和(4)來(lái)抑制碳酸鈉的形成，第一階段使用的洗滌液含高濃度的硫氫根離子，因而在本發(fā)明的后續(xù)洗滌階段中不能再作洗滌劑使用，否則會(huì)促成人們不期望的氣態(tài)硫化氫的再生成。為了避免討厭的氣態(tài)硫化氫的再生成和提高對(duì)它的捕獲能力，后續(xù)洗滌劑應(yīng)該含有相對(duì)于硫氫根離子來(lái)說(shuō)濃度高得多的氫氧根離子。
環(huán)境保護(hù)對(duì)制造業(yè)來(lái)說(shuō)顯得日益重要，對(duì)制漿工業(yè)也是一樣，因而制漿工業(yè)中化學(xué)物品的封閉循環(huán)使用尤為受人歡迎。在本發(fā)明中硫酸鹽法漿廠內(nèi)部產(chǎn)生的堿液可作為本發(fā)明洗滌液用，而洗滌廢液可用來(lái)制備蒸煮液。
本發(fā)明的目的通過(guò)使過(guò)程氣與含硫氫根離子和氫氧根離子的洗滌液進(jìn)行至少兩次的獨(dú)立接觸而達(dá)到，本發(fā)明的特征在于使第一階段的過(guò)程氣通過(guò)冷卻和洗滌裝置，該裝置設(shè)計(jì)成文丘里喉管和/或藥液捕集器的形式，向其中的氣流注入水性液體后，氣流中攜帶的熔體珠滴溶解在水性液體中形成主要含Na2CO3，NaHS以及NaOH的水溶液而與氣體分離，在其后的洗滌階段中，過(guò)程氣與含氫氧根離子和硫氫根離子(摩爾比大于4∶1)的堿性洗滌液接觸。
設(shè)計(jì)成藥液捕集器和/或文丘里喉管的第一級(jí)冷卻和洗滌裝置最好與氣化反應(yīng)器直接相連或安裝在所有或部分無(wú)機(jī)物的分離完成之后。
在第一階段，氣體與堿性水溶液接觸，尤其是與含氫氧化鈉、碳酸鈉和硫氫化鈉的水溶液接觸，如此形成的固態(tài)或液態(tài)無(wú)機(jī)物從氣體中分離出來(lái)，而氣態(tài)硫化氫與堿性洗滌液反應(yīng)生成了Na2S和NaSH。在這一階段水使結(jié)殼敏感性降低，因而可用來(lái)全部或部分替代堿液。氣流中熔體液滴中的碳酸鈉的溶解使水迅速呈堿性，所得液體在組成上與綠液相近，經(jīng)過(guò)或不經(jīng)過(guò)某種循環(huán)后排出并轉(zhuǎn)移至工廠綠液體系中，同時(shí)將過(guò)程氣的溫度降至洗滌液的沸點(diǎn)以下。
在之后的洗滌階段，過(guò)程氣再次與堿性洗滌液接觸，使氣體中硫化氫的含量進(jìn)一步降低，同時(shí)氣體被冷卻至65℃以下。在進(jìn)入該洗滌階段之前，洗滌液的溫度不應(yīng)該超過(guò)50℃。
本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例是氣體的洗滌經(jīng)過(guò)三個(gè)或三個(gè)以上的階段，這樣硫化氫的濃度可以進(jìn)一步降低，在后面的洗滌階段中，洗滌液中氫氧根離子/硫氫根離子的比值應(yīng)高于先前洗滌液中的比值。
本發(fā)明中的洗滌液最好由制漿廠內(nèi)部的溶液系統(tǒng)制得，氫氧化鈉的溶液作為洗滌液也是可以的，但價(jià)格較貴。
在按照硫酸鹽制漿方法進(jìn)行的制漿過(guò)程中，使用一種具有如下近似組成稱之為白液的蒸煮液氫氧化鈉 NaOH 80-120g/L硫化鈉 Na2S 20-50g/L碳酸鈉 Na2CO310-30g/L硫酸鈉 Na2SO45-10g/L(所有化合物按氫氧化鈉計(jì))在洗滌石灰淤泥的過(guò)程中得到一種稱之為稀液的稀溶液，稀液可看作是濃度較低的白液，其各種化合物的比例與白液大體相同。
綠液主要存在于可轉(zhuǎn)化為白液的體系中，其組成大致為碳酸鈉 Na2CO390-105g/L硫化鈉 Na2S 20-50g/L氫氧化鈉 NaOH 15-25g/L硫酸鈉 Na2SO45-10g/L(所有化合物按氫氧化鈉計(jì))白液和稀液都是很好的洗滌液，在實(shí)施本發(fā)明時(shí)可以應(yīng)用。對(duì)于大容量的洗滌系統(tǒng)，內(nèi)部產(chǎn)生的稀液不能令人滿意地從過(guò)程氣中吸收H2S，在這種情況下，用白液來(lái)制備洗滌液。
在后面的洗滌階段，綠液不適用作洗滌液，因?yàn)闅溲醺x子與硫氫根離子的摩爾比太小，只為3∶1左右。
附圖
為根據(jù)本發(fā)明制造和洗滌過(guò)程氣的車間的圖示說(shuō)明。
圖中1為黑液的氣化反應(yīng)器，從反應(yīng)器的上方加入黑液并燃燒，作為洗滌液的冷稀液通過(guò)反應(yīng)器1中間部分的管路2加入，由此而形成的綠液由管路3排出，過(guò)程氣由管路4放至文丘里喉管5，在此處過(guò)程氣被上述堿液洗滌，然后將過(guò)程氣加進(jìn)滌氣器，以稀液作為堿液洗滌之，稀液由管路8加入，在干凈氣體由滌氣器頂部的管路9排出之前用水洗滌。形成的綠液由滌氣器6底部的管路7排出，此處管路7與管路3是結(jié)合在一起的。
本發(fā)明還非常適用于高壓操作條件下氣化系統(tǒng)產(chǎn)生的過(guò)程氣的洗滌，只是過(guò)程氣和洗滌液的溫度應(yīng)該根據(jù)不同洗滌階段的操作壓力下蒸氣的飽和溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)。
實(shí)施例含熔體液滴的熱過(guò)程氣經(jīng)三個(gè)階段的純化，其中冷卻和洗滌系統(tǒng)由藥液捕集器、文丘里滌氣器和噴霧塔組成。熔體液滴由以下組成的化學(xué)品組成過(guò)程氣組成CO 8.6mol-%CO211.4mol-%H2O 23.6mol-%H2S 0.1mol-%H211.0mol-%N2至平衡熔體組成Na2CO361.4%(重量)Na2S 28.1″NaOH 10.1″在冷卻和洗滌的第一階段，以12000Nm3/h的速度強(qiáng)迫過(guò)程氣在950℃下與具以下組成的液體接觸，
Na2CO38.6kmol/hNaOH 3.8″Na2S 5.4″H2O 695″洗滌液溫度為50℃左右。
在該第一階段，無(wú)機(jī)鈉化合物與氣體分離并溶解在洗滌液中，將所得綠液排放至工廠的綠液系統(tǒng)。這時(shí)的過(guò)程氣幾乎不含鈉化物，但每Nm3過(guò)程氣中還含0.2摩爾的H2S。使氣體在文丘里滌氣器中再次與堿洗滌液接觸。滌氣器中洗滌液的溫度在30℃左右，并具如下組成Na2CO31.1kmol/hNaOH 7.5″Na2S 5.3″H2O 1420″所得洗滌液與其它洗滌液混合并排放。
過(guò)程氣的溫度經(jīng)過(guò)該過(guò)程后降至60℃左右，過(guò)程氣在噴霧塔中作最后的洗滌。
在該階段，洗滌液的溫度為30℃左右，組成為Na2CO31.1kmol/hNaOH 11″Na2S 1.8″H2O 1100″在該洗滌階段，洗滌液在噴霧嘴處?kù)F化，這個(gè)階段對(duì)H2S氣體的吸收效率特別高，出口處過(guò)程氣中H2S的濃度低于5mmol/Nm3。
此時(shí)的過(guò)程氣基本不含硫和鈉化合物，溫度為50℃左右，可用來(lái)產(chǎn)生蒸氣或替代礦物油。
權(quán)利要求
1.通過(guò)與含硫氫根離子和氫氧根離子的堿液經(jīng)過(guò)兩次或兩次以上的接觸過(guò)程將硫和鈉化合物從熱過(guò)程氣中分離出來(lái)的方法，該過(guò)程氣由硫酸鹽制漿工業(yè)產(chǎn)生的廢液的氣化產(chǎn)生，其特征在于在第一階段使過(guò)程氣通過(guò)文丘里喉管和/或藥液捕集器，使之與堿洗滌液接觸，這樣，過(guò)程氣中的熔體液滴與氣體分離，并以水溶液的形式排放，在其后的洗滌階段，過(guò)程氣與含與氫氧根離子和硫氫根離子的精細(xì)分散的洗滌液接觸，氫氧根離子與硫氫根離子的摩爾比大于4∶1。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于在其后的洗滌階段中，堿洗滌液含氫氧根離子和硫氫根離子，其摩爾比大于8∶1，最好是8∶1～25∶1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于在氣體進(jìn)行第一階段的冷卻和洗滌前有一個(gè)分離區(qū)，在該分離區(qū)將存在于過(guò)程氣中的大部分粒子和液滴從氣體中分離。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于洗滌液由通常存在于硫酸鹽法漿廠的白液或稀液用直接的或間接的方法制得。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4的任一方法，其特征在于氣體洗滌經(jīng)過(guò)三個(gè)或三個(gè)以上的階段。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5的任一方法，其特征在于洗滌系統(tǒng)在高于環(huán)境壓力的條件下操作。
全文摘要
本發(fā)明涉及通過(guò)與含硫氫根離子和氫氧根離子的堿液經(jīng)過(guò)兩次或兩次以上的接觸過(guò)程將硫和鈉化合物從由硫酸鹽漿工業(yè)的紙漿廢液的氣化過(guò)程產(chǎn)生的熱過(guò)程氣中分離出來(lái)的方法，根據(jù)該方法，過(guò)程氣在第一階段通過(guò)文丘里喉管和/或藥液捕集器，使之與堿洗滌液接觸，這樣，過(guò)程氣中的溶體液滴與氣體分離，并以水溶液的形式排放，在其后的洗滌階段，過(guò)程氣與含摩爾比大于4∶1的氫氧根離子和硫氫根離子的精細(xì)分散的洗滌液接觸。
文檔編號(hào)D21C11/04GK1057306SQ91103738
公開(kāi)日1991年12月25日 申請(qǐng)日期1991年5月31日 優(yōu)先權(quán)日1990年5月31日
發(fā)明者拉斯·斯蒂格森, 尼爾斯·貝恩哈德 申請(qǐng)人:劍列克公司