消除硫酸霧氣的方法與裝置的製作方法
2023-05-27 15:49:46
專利名稱：消除硫酸霧氣的方法與裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種消除氣體中的硫酸霧氣的方法以及使用該方法的硫酸霧氣消除裝置。
背景技術：
硫酸霧氣通常產生在以濃硫酸乾燥潮溼氣體的過程中，或是產生在以水濃縮廢氣中SO3成分的脫硫設備中，也可能是在其它多種的化學過程中產生。
在公知的去除氧化硫(SOx)的方法中，常見的是配有洗滌器(scrubber)，且使用鹼性溶液或水作為吸收溶液的淨化系統。就此系統而言，可以去除90％或更多的SO2，但通常只能去除50％的SO3。
當產品被硫酸霧氣汙染時，品質將會降低；而當化學工藝所使用的氣體被硫酸霧氣汙染時，則會抑制其化學反應；同時，硫酸霧氣還會造成設備的腐蝕。此外，含有硫酸霧氣的氣體排放之後也會造成環境汙染。因此，氣體中的硫酸霧氣務必儘可能地去除。
在去除硫酸霧氣的方法中，已知的包括是硫酸霧氣通過玻璃棉(glass wool)之類的過濾器(JP-A-6-171907)；使用與硫酸霧氣有親合力的，如二氧化鈦之類的吸收劑；以及使用靜電沉降器(electrostaticprecipitator)等方法。
然而，在使用玻璃棉等過濾器的方法中，硫酸霧氣的捕捉量有其極限。亦即，當包含粒徑1μm或更小微粒的硫酸霧氣以此方法處理時，就算是使用高效率的過濾器，還是會有約1～2ppm體積的硫酸霧氣不會被除去。
由於在上述使用吸收劑吸收硫酸霧氣的方法中，必須進行吸收劑的再生及再充填處理，所以工藝管理上較為複雜。另一方面，使用靜電沉降器的方法則有價格偏高的問題。
發明內容
本發明的目的就在於提供一種可以簡單且十分有效地去除硫酸霧氣的方法以及所使用的裝置。
為解決上述問題，發明人在研究後發現一種既簡單又十分有效的消除硫酸霧氣的方法，其是含有硫酸霧氣的氣體經過一氣體擴散器(gasdiffuser)而通入一吸收溶液中，其中氣體擴散器具有平均孔徑為1000微米或以下的孔洞。
也就是說，本發明提供一種消除硫酸霧氣的方法，使含有硫酸霧氣的氣體經過一氣體擴散器而通入一吸收溶液中，其中氣體擴散器具有平均孔徑為1000微米或以下的孔洞。
換句話說，由於本發明是通過平均孔徑為1000微米或以下的氣體擴散器，將包含硫酸霧氣的氣體化作微小的氣泡並通入吸收溶液中，所以氣-液接觸面積得以增加，而能有效地清除硫酸霧氣。
為增加硫酸霧氣的去除效率，本發明的氣體擴散器材料較佳為平均孔徑約500μm或以下，且多孔性(porosity)約30％或以上的多孔材料。此外，氣泡-帽蓋型(bubble-cap type)氣體擴散器也是適合使用的，其中帽蓋上具有平均孔徑約1000μm或以下的孔洞。
本發明的去除硫酸霧氣的裝置包括數個淨化槽，其中具有一吸收溶液，且裝配有平均孔徑約1000μm或以下的氣體擴散器，其是用來將含有硫酸霧氣的氣體通入吸收溶液中。其中，各淨化槽皆相連通，使得含有硫酸霧氣的氣體能依序通過每一個淨化槽。
本發明的硫酸霧氣去除裝置較佳者包括一淨化塔，其中是以多個託盤(tray)分隔出數個階層，這些託盤至少有一部分具有氣體擴散器，而淨化溶液則是灌注到每一階層的託盤上，從而形成許多淨化槽。此淨化塔的下部有一入口，且上部有一氣體出口，以供包含硫酸霧氣的氣體進出。
當使用具有上述結構的裝置時，含有硫酸霧氣的氣體是由淨化塔下部的入口通入，並在每一階層中化作微小氣泡而接受淨化，故其中的硫酸霧氣可以十分有效地去除。
圖1是本發明較佳實施例的硫酸霧氣去除裝置的剖面示意圖；圖2是本發明的較佳實施例中，一種氣泡-帽蓋塔型的硫酸霧氣去除裝置的剖面示意圖；圖3是比較例1所使用的填充管柱(packed column)的剖面示意圖。
具體實施例方式
本發明所使用的氣體擴散器例如包括內有相連孔洞的多孔物質，以使氣體通過。此多孔物質的實例包括由合成樹脂組成的燒結壓聚物(sintered compacts)、以氧化鋁或類似材料為主成分的燒結壓聚物(陶瓷)，以及類似的材料，其中合成樹脂例如為聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、ABS樹脂或類似材料。
此處，多孔材料以平均孔徑約為1000μm或以下者較佳，而平均孔徑約為500μm或以下，且多孔性約為30％或以上者更佳。當平均孔徑超過1000μm時，氣泡的尺寸將過大，使得氣-液接觸面積不足，而會降低硫酸霧氣的吸收去除速率。當多孔性約小於30％時，單位面積所產生的氣泡數目過少，同樣會降低去除的速率。
除上述各實例外，本發明所用的多孔材料還包括薄膜材料、過濾材料及類似材料，其具有平均孔徑約1000μm或以下的微小孔洞，以供氣體穿過。
在本發明的方法中，含有硫酸霧氣的氣體經過上述氣體擴散器而通入一吸收溶液中。
此處，如以氣體擴散器的每平方米擴散面積來看，含有硫酸霧氣的氣體的流量約為100～5000m3/hour，較佳為500～2000m3/hour，更佳則為1000～1500m3/hour。當每平方米擴散面積的流量大於5000m3/hour時，氣-液接觸面積將增加，但壓力下降幅度亦將增加。
另外，吸收溶液的深度約為0.1～2m，較佳為0.1～1m，更佳為0.2～0.5m。如果吸收溶液的深度大於2m，則雖可增加去除效率，但淨化槽或淨化塔的高度將過大。
如圖1所示，是本發明較佳實施例的硫酸霧氣去除裝置的剖面示意圖。如圖1所示，該裝置包含一個由三階層圓筒構成的淨化塔4，其中每一層的下部皆有一託盤，是由多孔材料的氣體擴散器5、6及7構成，如此即形成用來淨化含有硫酸霧氣的氣體的淨化槽1、2及3。另外，溢流管8與9分別由上方穿透位於第一階層的氣體擴散器7，以及位於第二階層的氣體擴散器6。此外，含有硫酸霧氣的氣體的入口10設置在最下層的氣體擴散器5之下，且氣體出口11位於淨化塔的上部。分隔淨化槽1、2與3的託盤僅有一部分是由氣體擴散器5、6與7構成也是可行的。
此外，在固定結合淨化槽1、2與3時，是通過其各自的凸緣部(flangepart)將氣體擴散器5、6及7的支撐部包夾起來的。
另外，最上層的淨化槽3上還有一個進料噴嘴12。由進料噴嘴12進入最上層淨化槽3的吸收溶液50(例如為水、鹼性溶液或類似者)到達一定量時，會由溢流管8溢流到下方的淨化槽2中，並再依相同機制由溢流管9流到淨化槽1中。淨化槽1中的吸收溶液宜使用泵13抽出，以便維持在一固定的量。
為除去氣體中的硫酸霧氣，本實施例中含有硫酸霧氣的氣體55是在一定壓力下，由入口10穿過氣體擴散器5而到達最下層的淨化槽1中。此時氣體即因氣體擴散器5的作用而呈微小氣泡狀進入吸收溶液中，並進行氣-液接觸。由淨化槽1的吸收溶液中上升的氣體，由淨化槽1的上部空間開始，經過氣體擴散器6而進入淨化槽2中，其同樣呈微小氣泡狀進行氣-液接觸。重複此過程，氣體即通過淨化槽3並由氣體出口11排出。其中，在扣除液體的壓力後，每一個氣體擴散器所造成的壓降約為0～200mmAq。
接著，請參照圖2，以說明本發明的另一實施例。如圖2所示，本實施例中用來去除硫酸霧氣的裝置是一個分作許多階層的氣泡-帽蓋塔，其中每一階層皆具有氣泡-帽蓋型式的帽蓋託盤，而形成淨化槽25、26與27，其中帽蓋託盤裝配有帽蓋28、29與30。帽蓋28、29與30上穿有平均孔徑1000μm或以下的孔洞，其數量依裝置的尺寸或其它因素而定，故無特殊限制。此氣泡-帽蓋塔中並配置有溢流管31與32，以將吸收溶液50由最上層導至最下層，其機制與前一實施例相似，如此使得各淨化槽25、26與27中的溶液能保持在一固定量，並能確保足夠的氣-液接觸時間。另外，其它構件與前一實施例相似。
為去除硫酸霧氣，本實施例中含有硫酸霧氣的氣體55是由最下層淨化槽27的下部通入，如同前一實施例。此時含有硫酸霧氣的氣體55穿透帽蓋30的內面吹出，並呈微小氣泡狀進入吸收溶液中。由淨化槽27的吸收溶液中上升的氣體，再由淨化槽27上方的下一帽蓋29的孔洞吹出，其同樣呈微小氣泡狀進行氣-液接觸。重複此過程，氣體即通過淨化槽25並由氣體出口排除。其中，在扣除液體的壓力之後，每一個氣體擴散器所造成的壓降約為0～200mmAq。
雖然上述實施例均以三層淨化槽(1、2、3或25、26、27)的設計為例，但此階層的數目可依所需的去除速率或硫酸霧氣的濃度作改變。除此之外，在使用淨化塔或氣泡-帽蓋塔時，各淨化槽之間也可以用氣體管路相連，以使氣體能依序通過各淨化槽。在個別淨化槽中的壓降或氣流量可依實際情形決定，並無特別限制。
本發明的去除硫酸霧氣的方法及裝置的具體應用包括(i)去除廢氣中所含有的硫酸霧氣；(ii)去除化學工藝中產生的硫酸霧氣；(iii)去除以濃硫酸乾燥潮溼氣體的步驟中所產生的硫酸霧氣，以及其它類似者。
以濃硫酸乾燥潮溼氣體的技術，例如是應用在以氯化氫的氧化反應產生氯氣的處理過程中。此方法是以氯化氫及含氧氣體作為原料，在催化劑存在情形下進行氯化氫的氧化反應。接著以硫酸除去產生的氣體中的水氣，再以壓縮冷卻的方式分離並回收氯氣。
在分離並回收氯氣之後，以氧為主要成分的殘留氣體重新作為反應原料的一部分。此時如果殘留氣體中含有大量的硫酸霧氣，就會有硫化合物成分的催化毒物(catalyst poison)沉積在催化劑的表面，使得催化劑的活性降低，而難以長時間穩定地進行反應。因此，當本發明的硫酸霧氣去除裝置及方法應用在上述產生氯氣的工藝中時，氯氣回收後的殘留氣體中的硫酸霧氣含量必須降至0.01ppm體積或更低，如此即能防止催化劑的活性降低，而能維持長時間穩定的反應。
範例一此範例中硫酸霧氣是以圖1所示的裝置來去除，其中組成淨化塔4的每一個淨化槽1、2、3皆由一長度(L)0.5m、內徑0.1m的圓筒構成。在各階層的下部分別連有氣體擴散器5、6、7，其是由平均孔徑100μm、多孔性35％的聚氯乙烯多孔材料製成。在此例中，每一個擴散器的擴散面積為7.5×10-3m2。
此範例中所用的吸收溶液50為水，並以10kg/hour的流量由塔頂注入。注入的水經由固定在每一階層的溢流管8與9流至下一階層，最後並排放至系統外，其中溢流管8與9在氣體擴散器上的突出長度(t)為0.3m。
此處，含有硫酸霧氣的氣體55由淨化塔4的最低處注入，其中硫酸霧氣的含量以SO42-當量換算為4ppm體積。此氣體的產生過程如下將10m3/hour的空氣通入約15升的98％濃硫酸中，再通入充填有過濾器(Raschig rings)的霧氣分離器中。氣體到達淨化塔4時，每平方米的氣體擴散器擴散面積的氣體流量約為1300m3/hour。
將含有硫酸霧氣的氣體通入淨化塔4處理之後，塔頂處的氣體中的硫酸霧氣含量為0.005ppm體積，而去除率為99.9％。使用氣體擴散器所造成的壓降約為450mmAq，而在扣除液體壓力之後則為150mmAq。
範例二此例中是使用一氣泡-帽蓋塔來去除硫酸霧氣。簡言之，請參照圖2，此氣泡-帽蓋塔是由三階層淨化槽25、26、27組成，其各自的內徑為0.1m，且分別附加上具有160個孔洞的帽蓋28、29、30，其中每一個的擴散面積皆為3.7×10-3m2。在各階層中吸收溶液的深度(t)皆以溢流管31與32調整至300mm，各層的間距(L)為500mm，且由塔頂注入以作為吸收溶液50的水的流量為10kg/hour。
當以類似範例一的方式產生的含有硫酸霧氣的氣體以10m3/hour的流量自塔底注入時，每方米的氣體擴散器(帽蓋)擴散面積的流量約為2600m3/hour。塔頂處的硫酸霧氣濃度為0.04ppm體積，且去除率為99％。另每一階層的壓降約為450mmAq。
比較例一此例是使用充填式淨化塔20來去除硫酸霧氣，其中尺寸為1/2時的Raschig環充填在長度1.5m且內徑100mm的充填塔中，此充填塔的外型如圖3所示。以類似範例一的方式產生的含有硫酸霧氣的氣體55，是以10m3/hour的流量自塔底注入。塔頂並配置有一噴灑嘴21以改善水的擴散性，且作為吸收溶液的水由噴灑嘴21噴灑至塔內，並由塔底排出，另輸入的水量在10至200kg/hour之間。結果，塔頂處的氣體中的硫酸霧氣含量為1.2至2.0ppm體積，且去除率為50％至70％。
由此可見，本發明的硫酸霧氣的去除方法或裝置的優點，就是可以簡單且高效率地去除硫酸霧氣。
雖然本發明已以一較佳實施例公開如上，但其並非用以限定本發明，任何熟悉該項技術的人員，在不脫離本發明的精神和範圍內所作的各種更動與潤飾，均屬於本發明的保護範圍，而本發明的保護範圍權利要求書所限定的為準。
權利要求
1.一種去除硫酸霧氣的方法，其特徵在於其步驟包括將一含有硫酸霧氣的氣體經由一氣體擴散器通入一吸收溶液中，其中該氣體擴散器具有複數個平均孔徑約為1000μm或以下的孔洞。
2.根據權利要求1所述的去除硫酸霧氣的方法，其特徵在於其中就每平方米的該氣體擴散器的擴散面積觀之，該含有硫酸霧氣的氣體的流量約為100至5000m3/hour。
3.根據權利要求1所述的去除硫酸霧氣的方法，其特徵在於該吸收溶液的深度約介於0.1m至2m之間。
4.根據權利要求1所述的去除硫酸霧氣的方法，其特徵在於該氣體擴散器是一多孔材料，該多孔材料所具有的一平均孔徑約為500μm或以下，且所具有的一多孔性約為30％或以上。
5.根據權利要求1所述的去除硫酸霧氣的方法，其特徵在於該氣體擴散器是一具有帽蓋的氣泡-帽蓋型氣體擴散器，該帽蓋具有複數個平均孔徑約為1000μm或以下的孔洞。
6.根據權利要求1所述的去除硫酸霧氣的方法，其特徵在於將該含有硫酸霧氣的氣體通入該吸收溶液的過程依序重複進行複數次。
7.一種去除硫酸霧氣的裝置，包括複數個淨化槽，其特徵在於該複數個淨化槽內具有一吸收溶液，並裝配有一氣體擴散器以將一含有硫酸霧氣的氣體通入該吸收溶液中，其中該氣體擴散器的一平均孔徑約為1000μm或以下，且各該淨化槽連接在一起，使得該氣體可依序通過該些淨化槽。
8.根據權利要求7所述的去除硫酸霧氣的裝置，其特徵在於其中包括一淨化塔，該淨化塔的內部空間以複數個託盤分隔成複數個階層，該些託盤至少有一部分具有該氣體擴散器，且該淨化溶液澆灌在每一階層的該些託盤上以形成複數個淨化槽，另該淨化塔的下部有一供該含有硫酸霧氣的氣體進入的入口，且上部有一氣體出口。
9.根據權利要求8所述的去除硫酸霧氣的裝置，其特徵在於該氣體擴散器是一多孔材料，該多孔材料所具有的一平均孔徑約為500μm或以下，且所具有的一多孔性約為30％或以上，而該些託盤的全部或一部分由該多孔材料組成。
10.根據權利要求8所述的去除硫酸霧氣的裝置，其特徵在於該些託盤是複數個具有帽蓋的氣泡-帽蓋型託盤，該帽蓋具有複數個平均孔徑約1000μm或以下的孔洞。
11.根據權利要求8所述的去除硫酸霧氣的裝置，其特徵在於其中有一吸收溶液入口配置於最上階層的該氣體擴散器的上方，該吸收溶液由該吸收溶液入口進入，且通過一溢流裝置將溢流的該吸收溶液依序傳送至下一階層中。
全文摘要
本發明提供一種消除硫酸霧氣的方法,使含有硫酸霧氣的氣體經過一氣體擴散器而通入一吸收溶液中,其中氣體擴散器上具有平均孔徑為1000微米或以下的孔洞。這種消除硫酸霧氣的方法既簡單又十分有效。
文檔編號B01D53/18GK1340371SQ0112425
公開日2002年3月20日 申請日期2001年8月20日 優先權日2000年8月21日
發明者森康彥, 鈴田哲也 申請人:住友化學工業股份有限公司