濕式脫硫裝置及所述濕式脫硫裝置的操作方法
【專利摘要】提供的是一種濕式脫硫裝置及所述濕式脫硫裝置的操作方法，在該濕式脫硫裝置中，可以操作吸收塔，使得即使在儲(chǔ)液單元內(nèi)部儲(chǔ)存的吸收液（廢液）的鹽濃度較高時(shí)，也不沉積固體沉淀物。通過使吸收塔中儲(chǔ)存的吸收液與待處理的氣體進(jìn)行氣液接觸來執(zhí)行脫硫的濕式脫硫裝置的操作方法包括：測量吸收塔中儲(chǔ)存的吸收液的鹽濃度的步驟；測量吸收液的液體溫度的步驟；基于鹽濃度和液體溫度確定是否加熱吸收液的步驟；以及當(dāng)確定要在處理步驟中加熱吸收液時(shí)加熱到在吸收液的鹽濃度下不沉積固體沉淀物的目標(biāo)溫度的步驟。
【專利說明】濕式脫硫裝置及所述濕式脫硫裝置的操作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及通過堿吸收液從排氣中吸收并去除硫氧化物的濕式脫硫裝置以及濕式脫硫裝置的操作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的濕式脫硫裝置把具有硫氧化物的排氣從例如，熱電廠、工業(yè)燃燒器、焚燒爐、或船舶、車輛或固定柴油機(jī)引入到吸收塔中，在該吸收塔中，使硫氧化物與吸收液例如石灰漿、氫氧化鈉溶液或氫氧化鎂溶液或漿液接觸，以將硫氧化物從其中物理和化學(xué)地去除到吸收液中，并且在吸收塔的儲(chǔ)庫中收集所得的吸收液。
[0003]之后，以適當(dāng)?shù)姆绞教幚硭玫陌蜓趸锏奈找阂詽M足排放標(biāo)準(zhǔn)，并將其最終作為廢液排放到河流或海洋中，這需要額外的處理吸收液的設(shè)施。
[0004]在船舶中使用濕式脫硫系統(tǒng)存在一些限制，例如，廢液處理設(shè)施應(yīng)盡可能地小。在這種情況下，為了使廢液產(chǎn)生最小化，需要以高效的方式來操作濕式脫硫系統(tǒng)。
[0005]由于隨著濕式脫硫系統(tǒng)操作時(shí)間的增加，液體中包含的酸堿成分中和，因此儲(chǔ)存庫中的吸收液或廢液的鹽濃度增加。鹽濃度的增加進(jìn)而趨向于產(chǎn)生沉淀物。例如，通過使用氫氧化鈉和氫氧化鎂對包含硫氧化物的排氣的中和，分別產(chǎn)生十水合硫酸鈉(Na2SO4 ? IOH2O)和七水合硫酸鎂(MgSo4 ? 7H20)。沉淀物例如十水合硫酸鈉和七水合硫酸鎂在下文中被稱為“固體沉淀物”。
[0006]固體沉淀物在濕式脫硫系統(tǒng)中引起管道堵塞，其進(jìn)而抑制濕式脫硫系統(tǒng)的長期連續(xù)操作。這進(jìn)而可能需要通過例如添加水來減小廢液的鹽濃度，最終增加廢液量。
[0007]通常，已提出一項(xiàng)用于減少廢液的技術(shù)， 其中根據(jù)用于把二氧化硫氣體轉(zhuǎn)換成三氧化硫氣體的轉(zhuǎn)換器或氧化催化劑的進(jìn)口溫度與出口溫度差，去除二氧化硫氣體SO2氣體。請參閱例如專利文件I。
[0008]專利文件1:JP2001-11041A
[0009]如果氣體包括二氧化硫與三氧化硫氣體的混合物，專利文件I中公開的用于處理含有三氧化硫的氣體的系統(tǒng)則消耗大量的堿性溶液以控制PH值。這需要通過預(yù)先使用氧化催化劑將二氧化硫氣體氧化成三氧化硫氣體，然后根據(jù)氧化催化劑的進(jìn)口溫度確定二氧化硫到三氧化硫的轉(zhuǎn)換率，以計(jì)算PH控制所需的堿性溶液量。
[0010]雖然專利文件I中公開的技術(shù)在減少堿性溶液量或中和溶液量方面確實(shí)有優(yōu)勢，但這并不能減少廢液量，因?yàn)閮?chǔ)庫中的廢液量并沒有改變。
[0011]為了解決該問題，在尋求改進(jìn)的不產(chǎn)生任何固體沉淀物例如十水合硫酸鈉(Na2SO4 ? IOH2O)或七水合硫酸鎂(MgSo4 ? 7H20)以最終減少廢液量的濕式脫硫系統(tǒng)和方法的過程中，本發(fā)明的
【發(fā)明者】發(fā)現(xiàn)固體沉淀物的產(chǎn)生隨著鹽濃度的增加和廢液溫度的降低而增加，則根據(jù)廢液的鹽濃度通過適當(dāng)?shù)乜刂茝U液溫度，可克服該問題。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0012]本發(fā)明的濕式脫硫系統(tǒng)包括吸收塔、形成于吸收塔底部的儲(chǔ)庫、和用于使引入到吸收塔內(nèi)部的氣體與吸收液接觸的氣-液接觸器。系統(tǒng)還包括用于加熱吸收液的加熱器、用于測量吸收液的鹽濃度的鹽濃度測量裝置、用于測量吸收液溫度的溫度測量裝置、和控制器，該控制器根據(jù)由鹽濃度測量裝置和溫度測量裝置分別測得的鹽濃度和溫度，驅(qū)動(dòng)加熱器將吸收液控制于目標(biāo)溫度。
[0013]濕式脫硫系統(tǒng)的操作方法包括使引入到吸收塔中的氣體與保留在吸收塔內(nèi)的吸收液接觸以使氣體脫硫，包括測量吸收液的鹽濃度，測量吸收液的溫度，根據(jù)鹽濃度和溫度判斷吸收液是否需要加熱，以及如果由判斷步驟判斷出吸收液需要加熱，則把吸收液加熱到目標(biāo)溫度。
[0014]根據(jù)本發(fā)明，根據(jù)廢液的鹽濃度將廢液控制于目標(biāo)溫度，以防止固體沉淀物的產(chǎn)生。這意味著，即使廢液具有高鹽濃度，也可通過控制廢液的溫度來防止固體沉淀物的產(chǎn)生，從而避免例如可能由固體沉淀物導(dǎo)致的管道堵塞的問題。結(jié)果，即使在廢液具有高鹽濃度的情況下，也可以長時(shí)間地操作濕式脫硫系統(tǒng)，從而不需要傳統(tǒng)濕式脫硫系統(tǒng)中所進(jìn)行的通過添加水來減少廢液的鹽濃度，進(jìn)而減少待排放的廢液的量。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的濕式脫硫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖2是示出使用氫氧化鈉溶液作為中和劑的情況下的沉淀特征的圖；
[0017]圖3是示出使用氫氧化鎂溶液作為中和劑的情況下的沉淀特征的圖；
[0018]圖4是用于說明濕式脫硫系統(tǒng)的操作控制的程序流程。
【具體實(shí)施方式】
[0019]參考附圖，下面將描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的濕式脫硫系統(tǒng)(以下稱為“吸收塔”)及其操作方法。雖然下列描述涉及優(yōu)選用于對例如船舶、車輛或固定式柴油機(jī)的燃燒儀器排放的氣體中所含的硫氧化物進(jìn)行脫硫的吸收塔，但本發(fā)明也可等同應(yīng)用于對另外燃燒儀器例如工業(yè)燃燒器或氣化爐的排氣中所含的硫氧化物進(jìn)行脫硫的吸收塔。
[0020]在以下描述中，方向術(shù)語例如“上”、“下”等參照所述附圖的方向使用，目的是為了更好地理解本發(fā)明，且不限制本發(fā)明的技術(shù)范圍。
[0021]如圖1所示，大體上由附圖標(biāo)記I表示的吸收塔被設(shè)計(jì)成從燃燒儀器例如柴油機(jī)排放的氣體中去除硫氧化物。吸收塔I具有中空垂直圓筒、與圓筒下部連接用于將待脫硫的排氣2引入到圓筒內(nèi)的氣體進(jìn)口管3、以及與圓筒上部連接用于排放已脫硫的排氣2的氣體出口管5。
[0022]吸收塔I具有液體保持室或儲(chǔ)庫7，其用于保持被界定在塔底部的吸收液6。裝配有用于循環(huán)吸收液6的泵9的循環(huán)管10，從界定儲(chǔ)庫7的低水平外圍壁部延伸出，然后通過塔I的中水平壁部，終止在位于塔I內(nèi)中心部分的氣-液接觸器或噴嘴8處，使得吸收液6從噴嘴8噴射到塔I內(nèi)部，以與向上移動(dòng)的排氣2逆接觸，從而吸收排氣2中包含的硫氧化物，然后通過儲(chǔ)庫7再次收集并保持硫氧化物已被吸收的吸收液6。
[0023]如附圖所示，儲(chǔ)庫7由絕熱材料如玻璃棉環(huán)繞。循環(huán)管10由加熱元件12例如電熱帶包裹，該加熱元件12進(jìn)而由絕熱材料覆蓋以保持熱量。抽取管13經(jīng)由儲(chǔ)庫7的底壁延伸。閥Vl安裝在抽取管13的遠(yuǎn)端，使得通過打開閥Vl可從儲(chǔ)庫7中抽取吸收液6。
[0024]吸收塔I具有與其連接的中和劑供應(yīng)部14，用于將中和劑例如氫氧化鈉溶液或氫氧化鎂溶液供應(yīng)到儲(chǔ)庫7中。pH傳感器15設(shè)置在儲(chǔ)庫7中，用于儲(chǔ)庫7中的吸收液6的pH測量。中和劑供應(yīng)部14和pH傳感器15與控制器16電連接，以便控制吸收塔I的整體操作，以使儲(chǔ)庫7中的吸收液6保持恒定的pH水平。
[0025]如附圖所示，用于測量儲(chǔ)庫7中吸收液6的溫度的溫度測量單元或檢測器17以及用于測量吸收液6的鹽濃度的電導(dǎo)率測量單元或檢測器18設(shè)置在儲(chǔ)庫7的底壁并與控制器16電連接。通過使用從溫度檢測器17和電導(dǎo)率檢測器18輸出的信息來進(jìn)行的控制器16的操作將在下文中詳述。在實(shí)施方式中，鹽濃度是指硫酸鈉Na2SO4或硫酸鎂MgSO4的濃度。
[0026]圖2是示出使用含有氫氧化鈉的溶液作為中和劑以對硫氧化物進(jìn)行脫硫的脫硫過程中十水合硫酸鈉(Na2SO4 ^lOH2O)的沉淀特征的圖。圖3是示出使用含有氫氧化鎂的溶液作為中和劑以對硫氧化物進(jìn)行脫硫的脫硫過程中七水合硫酸鎂(MgSO4 ? 7H20)的沉淀特征的圖。在圖2和圖3的各個(gè)中，縱軸表示廢液(吸收液6)的溫度，且橫軸表示廢液(吸收液6)的鹽濃度。從圖2和圖3中可以看出，固體沉淀物的產(chǎn)生趨向于隨著廢液(吸收液6)鹽濃度的增加和廢液(吸收液6)溫度降低而發(fā)展。
[0027]圖2不出當(dāng)廢液或吸收液6的鹽濃度是5wt%、10wt%、15wt%、20wt%、25wt%和30wt%時(shí)，可通過將廢液的溫度分別控制在2°C、12°C、16°C、22°C、24°C、和26°C來操作吸收塔1，而長時(shí)間不產(chǎn)生十水合硫酸鈉(Na2SO4 ? IOH2O)的固體沉淀物。更具體地，即使廢液具有30wt%的高鹽濃度，也可以通過將廢液溫度控制在26°C來操作吸收塔，而不產(chǎn)生固體沉淀物。
[0028]圖3示出當(dāng)廢液或吸收液6的鹽濃度是25wt%、30wt%、35wt%、40wt%、45wt%和50wt%時(shí)，可通過將廢液的 溫度分別控制在2°C、8°C、21°C、32°C、42°C和48°C來操作吸收塔1，而長時(shí)間不產(chǎn)生七水合硫酸鎂(MgSO4 ? 7H20)的固體沉淀物。更具體地，即使廢液具有50wt%的高鹽濃度，也可以通過將廢液溫度控制在48°C來操作吸收塔，而不產(chǎn)生固體沉淀物。
[0029]在實(shí)施方式中，在控制器16中存儲(chǔ)圖2和圖3所示的固體沉淀物的沉淀特征數(shù)據(jù)。這確保了控制器16根據(jù)從溫度傳感器17和電導(dǎo)率傳感器18分別傳送的溫度和鹽濃度確定吸收液的條件，并且基于確定的條件，打開或關(guān)閉用于加熱循環(huán)管10的加熱器12。固體沉淀物特征數(shù)據(jù)不需要存儲(chǔ)在控制器16中，而可以存儲(chǔ)在例如外部存儲(chǔ)器中。
[0030]接下來參照圖1、2和4，以使用氫氧化鈉溶液來對將要處理的氣體2中所含的硫氧化物進(jìn)行脫硫的實(shí)施方式來描述如此構(gòu)造的吸收塔I的操作。
[0031]如圖4所示，在步驟SI處，通過使用溫度檢測器17和電導(dǎo)率檢測器18分別測量儲(chǔ)庫7中吸收液6的溫度和鹽濃度，并且將其電信號傳送到控制器16。
[0032]在步驟S2處，控制器16使用所測量的吸收液6或廢液的溫度和鹽濃度，以及通過使用氫氧化鈉溶液作為中和劑所得到十水合硫酸鈉(Na2SO4 ? IOH2O)的固體沉淀物特征數(shù)據(jù)，來確定吸收液16的條件是否在沉淀生成區(qū)，以使吸收塔I可操作。
[0033]如果步驟S2處的確定是肯定的(是)，即儲(chǔ)庫7中的吸收液(廢液)6具有增加的鹽濃度和降低的溫度，因此處于沉淀生成區(qū)中使得吸收塔I可操作，則程序進(jìn)入步驟S3。[0034]在步驟S3處，控制器16打開加熱器12，以控制吸收液6的溫度，使得溫度落入如下范圍，在該范圍內(nèi)，在當(dāng)前儲(chǔ)庫7中吸收液6的鹽濃度下，不會(huì)產(chǎn)生固體沉淀物。然后，程序進(jìn)入開始吸收塔I的操作的步驟S5。
[0035]如果步驟S2處的確定是否定的(否)，即儲(chǔ)庫7中吸收液(廢液)6處于無沉淀生成區(qū)使得吸收塔I不可操作，則程序進(jìn)入關(guān)閉加熱器12的步驟S4。然后程序進(jìn)入開始吸收塔I的操作的步驟S5。
[0036]接下來，控制器16驅(qū)動(dòng)循環(huán)泵9，以把吸收液6通過循環(huán)管10，從儲(chǔ)庫7傳送到吸收塔I中心的噴嘴8，在此吸收液6被噴射到吸收塔I的內(nèi)部。噴射出的吸收液6與通過進(jìn)口管3引入到吸收塔I中的氣體2逆接觸，以使氣體2中的硫氧化物被吸收到吸收液6中。然后通過儲(chǔ)庫7再次收集吸收有氣體的液體6。
[0037]之后，通過氣出口管5從系統(tǒng)中排放脫硫氣體4?？刂破?6根據(jù)從pH傳感器15傳送的吸收液6的pH，控制中和劑供應(yīng)部14，以使儲(chǔ)庫7中的吸收液6保持恒定pH水平。
[0038]如上所述，根據(jù)實(shí)施方式的吸收塔I控制液體溫度，使得即使在吸收液(廢液)6具有高鹽濃度時(shí)，也不產(chǎn)生固體沉淀物，這確保了吸收塔I的穩(wěn)定操作。這進(jìn)而意味著，即使在處理從使用劣質(zhì)油例如Bunker C的燃燒單元排放的硫氧化物富集氣體時(shí)，系統(tǒng)也允許長期連續(xù)操作。
[0039]例如，當(dāng)通過直徑為750mm且高度為2000mm的吸收塔，使用500升的吸收液，對含有160ppm濃度的硫氧化物且流速為2，249m3N/h的氣體進(jìn)行脫硫時(shí)，儲(chǔ)庫中吸收液的鹽濃度被假定為每小時(shí)增加0.4wt%。因此，通常，當(dāng)吸收液6的鹽濃度達(dá)到10wt%時(shí)，將其從儲(chǔ)庫7中部分排出。
[0040]根據(jù)本發(fā)明，因?yàn)榧词刮找旱柠}濃度為20被％或者更高，系統(tǒng)也可操作，所以吸收塔的操作時(shí)間可被延長約25個(gè)小時(shí)。由
【發(fā)明者】進(jìn)行的研究顯示廢液每小時(shí)減少10噸。
[0041]根據(jù)示例性吸收塔1，因?yàn)榧词故窃趦?chǔ)庫中吸收液的鹽濃度較高的情況下，吸收塔I也可操作，所以不需要從儲(chǔ)庫中抽取吸收液。這意味著不需要另外的水來降低吸收液的鹽濃度，從而減少廢液的總量。這進(jìn)而確保了本發(fā)明可被用作輪船濕式脫硫系統(tǒng)，其被引入不能安裝大型廢液處理設(shè)施的輪船。雖然使用氫氧化鈉溶液或氫氧化鎂溶液作為中和劑以對硫氧化物脫硫，但不具限定作用，也可代替使用氫氧化鈣Ca (OH) 2或氫氧化鉀KOH溶液。
[0042]由于二氧化硫的氧化，吸收液(廢液)6在儲(chǔ)庫I內(nèi)的長期保持確保了同時(shí)的pH控制。并且，由于在將吸收液從一個(gè)容器換到另一容器時(shí)可能導(dǎo)致二氧化硫氧化為三氧化硫，所以快速抽取吸收液(廢液)6需要額外的pH控制。該氧化過程隨著時(shí)間逐漸進(jìn)行，并且吸收液(廢液)在吸收塔中的長期保持消除了對用于注射堿性水溶液的設(shè)施的需要。
[0043]而且，根據(jù)實(shí)施方式的吸收塔1，只需要把吸收液(廢液)控制在目標(biāo)溫度。這消除了對較大加熱器的需要，相反，上述的較小加熱器例如電熱帶就足夠。
[0044]應(yīng)理解，上述的實(shí)施方式是本發(fā)明的一方面，且本發(fā)明不限于此。還應(yīng)理解，本發(fā)明包括權(quán)利要求及其等同方式表明的任何變化和改進(jìn)。
[0045]部件列表
[0046]I吸收塔
[0047]2待處理的氣體
[0048]3氣體進(jìn)口管[0049]4已處理的氣體
[0050]5 氣體出口
[0051]6吸收液
[0052]7 儲(chǔ)庫
[0053]8 噴嘴
[0054]9循環(huán)泵
[0055]10循環(huán)管
[0056]12加熱器
[0057]14中和劑供應(yīng)部
[0058]15 pH 傳感器
[0059]16控制器
[0060]17溫度傳感器
[0061]18電導(dǎo)率檢測器
【權(quán)利要求】
1.一種濕式脫硫系統(tǒng)，包括: 吸收塔； 儲(chǔ)庫，形成于所述吸收塔底部；和 氣-液接觸器，用于使引入到所述吸收塔的內(nèi)部的氣體與吸收液接觸； 其特征在于 所述系統(tǒng)還包括 加熱器，用于加熱所述吸收液； 鹽濃度測量裝置，用于測量所述吸收液的鹽濃度； 溫度測量裝置，用于測量所述吸收液的溫度；和 控制器，根據(jù)由所述鹽濃度測量裝置和所述溫度測量裝置分別測得的鹽濃度和溫度，驅(qū)動(dòng)所述加熱器將所述吸收液控制于目標(biāo)溫度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濕式脫硫系統(tǒng)，其中所述目標(biāo)溫度是在所述吸收液的鹽濃度下不出現(xiàn)固體沉淀物的溫度。
3.一種操作濕式脫硫系統(tǒng)的方法，用于使引入到吸收塔中的氣體與保留在所述吸收塔內(nèi)的吸收液接觸以使所述氣體脫硫，包括: 測量所述吸收液的鹽濃度； 測量所述吸收液的溫度； 根據(jù)所述鹽濃度和所述溫度判斷所述吸收液是否需要加熱；以及 如果由判斷步驟判斷出所述吸收液需要加熱，則將所述吸收液加熱到目標(biāo)溫度。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述目標(biāo)溫度是在所述吸收液的鹽濃度下不出現(xiàn)固體沉淀物的溫度。
【文檔編號】B01D53/77GK103492045SQ201280020671
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2012年4月3日 優(yōu)先權(quán)日:2011年4月28日
【發(fā)明者】吉澤克浩, 細(xì)野隆道, 高田廣崇, 巖崎英和, 西村元彥, 東田正憲 申請人:川崎重工業(yè)株式會(huì)社