WO2010078727A1

WO2010078727A1 - 烟气中有毒组分及温室气体的去除方法

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Publication number: WO2010078727A1
Application number: PCT/CN2009/070110
Authority: WO
Inventors: 周辉煌
Original assignee: Mass Technology HK Ltd
Current assignee: Mass Technology HK Ltd
Priority date: 2009-01-12
Filing date: 2009-01-12
Publication date: 2010-07-15
Anticipated expiration: 2011-07-12

Description

说明书烟气中有毒组分及温室气体的去除方法技术领域

[1] 本发明涉及一种有毒组分及温室气体的去除方法，更具体地说，涉及一种以吸收法从烟气中去除有毒组分及温室气体的方法。

背景技术

[2] 当前随着经济的快速增长，能源供应紧张及环境污染严重已成为世人关注的焦点以及急待解决的问题。另外，由于持续性的高油价，业已迫使石油生产从仅注重常规石油开发转向常规石油与非常规石油并重的方向发展。这里所指的非常规石油 (unconventional-oil) , 按国际能源机构定义，其为不是通过生产井从地下油气藏中开釆出来，或者需要额外加工以生产合成油的石油。非常规石油包括：（1)油页岩；（2)油砂基合成原油及其衍生产品；（3)烃基液化产品；（4)生物质液化产品；以及 (5)天然气经化学加工生产的液体产品。通常，这些非常规石油中，碳、硫、氮的含量较高而且缺乏氢。故而，在由这些非常规石油作为能源所产生的烟气中，二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物的含量很高。如果这样的烟气直接排放，将对环境造成污染。因此，为了成功地开发这些非常规石油，关键在于这样的烟气必须经过处理达到排放标准才能排放。

[3] 为此，人们在这一方面作出许多努力，例如 1^11 ^的美国专利第6，187，277号和 Tomany等人的美国专利第 3,520,649号。在 US6, 187,277中，烟气中的 S0₂和 C0₂ 是这样被去除的：首先使含有 80₂和。0₂的烟气与 pH值保持酸性的二甲基亚砜 (D

MSO)水溶液接触，以便使 so^nco₂溶解于该水溶液中，然后使溶解 so^nco₂ 的二甲基亚砜水溶液与钙离子反应，以形成固态硫酸钙或亚硫酸钙或者它们的混合物以及固态碳酸钙。从该方法中可以知道，二甲基亚砜是重要组分，而且其 pH值在处理过程中必须保持不同。这样，该方法很难在工业上广泛使用。另夕卜，在 US3, 520,649中，该发明仅仅为去除烟气中二氧化硫而开发，其中使用含钙的溶液。

[4] 从上述两份美国专利可知，由于两者仅仅使用钙基碱性溶液，故而其处理过程受到局限。另外，也没有揭示使用其它的金属碱性溶液来去除这些有毒组分及温室气体。

[5] 另外， Makkinejad等人的美国专利第 5,690,899号揭示了一种釆用海水去除二氧化硫的方法。在 US5, 690,899中，去除有毒组分二氧化硫的原理是利用二氧化硫的酸性以及海水的碱性，通过酸-碱反应而达到。然而，经酸-碱反应之后，留下的溶液的 pH值高达 4.0~5.0。为了符合 pH值为 6.5~9.0的排放标准，需要加入大量的新鲜海水来稀释。这样，需要耗费很多能量。此外，这种方法实质上是将吸收的有毒组分以及温室气体从气体转入水中并使海水 pH值降低及酸化，从而对海洋生态环境造成危害。从另一方面看，上述的经稀释的水被排放到海中之后，这些有毒组分及温室气体最终仍将从海水中向大气中释放。很显然， Makkinej ad等人的方法是不可取的。

[6] 再者，本发明的方法可以同吋去除烟气中的有毒组分及温室气体： S0₂、 NO_x

、 C0₂。这一构思并没有在任何现有技术中提及与启示。

发明内容

[7] 针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种以吸收法从烟气中去除有毒组分及温室气体： S0₂、 NO_x、 C0₂的方法。

[8] 众所周知，燃料经燃烧吋所产生的烟气为多种气体的混合物，其中主要是指 C

0₂、 S0₂ NO_x。 NO_x 表自然存在的各种不同的氮氧化物形式，例如 NO、 N0₂ 及 N₂0₅等。以上所指的 C0₂、 SO^NO_x基本上为酸性气体。从化学上可知，这些酸性气体可用碱性溶液来中和，而生成盐和水。由于这些酸性气体的化学结构互相不同，故而它们的酸性也不同。以上述三种酸性气体为例，它们的酸性强弱依次排列如下：

[9] S0₂>NO_x>C0₂

[10] 由上可知，第一，为了吸收这些气体，可以使用 pH≥7的任何溶液。第二，基于这些气体的酸性强弱，可以安排反应的顺序，以便有效地去除。很显然，烟气中的 80₂应当首先被吸收去除，其次是 NO_x，最后才是 C0₂。

[11] 本发明的目的是通过以下方案实现的：

[12] 第一方案： a)以与烟气流向逆向的方式向烟气流施加经处理的碱性水； [13] b)收集或排放经 a)步骤处理的烟气；以及

[14] c)收集经 a)步骤处理的液体。

[15] 另外，按照对烟气排放的不同标准，可以使由 b)步骤收集的烟气再经一次或多次按与 a)步骤相同的步骤处理。

[16] 第二方案： a)以与烟气流向逆向的方式向烟气流施加经处理的碱性水；

[17] b)以与经 a)步骤处理的烟气流向逆向的方式向烟气流施加经处理的碱性水； [18] c)收集或排放经 a)和 b)步骤处理的烟气；以及

[19] d)收集经 a)和 b)步骤处理的液体。

[20] 另外，按照对烟气排放的不同标准，可以使由 c)步骤收集的烟气再经一次或多次按与 _a)和 b)步骤相同的步骤处理。

[21] 第三方案： a)使烟气流与经处理的碱性水接触；以及

[22] b)收集或排放经 a)步骤处理的烟气。

[23] 另外，按照对烟气排放的不同标准，可以使由 b)步骤收集的烟气再经一次或多次按与 a)步骤相同的步骤处理。

[24] 以上所提及的 "经处理的碱性水"是这样制备的：

[25] 首先应当指出，本发明的经处理的碱性水是由碱性水制备器提供，其中所需的水包括但不限于：自来水、河水、井水、海水、工业废水等等，而在制备过程中不釆用任何化学品。

[26] 具体地说，本发明的碱性水制备器的工作原理是基于水的电解，即在水槽中放置两块电极，然后将直流电源施加在该电极上。与电源正极连接的电极称之阳极，而与负极连接的称之阴极。当通电吋，正离子 (H+)将向阴极方向迁移，而负离子 (OH-)则向阳极方向迁移。在一般情况下，阳极上形成的氧气的速度与阴极上形成的氢气的速度是相同的，故而水的 pH值不会改变。

[27] 为了使水成为碱性水，则在电解的过程中，氢气析出的速度必须比氧气的析出速度快。为此，可以通过改变电极的表面积、改变电极的电流密度以及在电极中使用离子隔膜来达到。

[28] 已知电极的表面积与电极的电荷密度成反比。在本发明的碱性水制备器中，将阴极的表面积减少，从而使阴极的电荷密度增大。阴极的电荷密度增大将使氢气的逸出速度比氧气快。这样，水中的氢离子 (H+)就减少，以致于使经处理的水的 pH值增大。

[29] 为了使经处理的水具有较高的 pH值，在本发明的碱性水制备器中，还添加导电性物质如活性炭。由于导电性物质具有导电性，故而当导电性物质围住阳极吋，氧气在阳极上的析出将受阻。结果，经处理的水可达到较高的 pH值。同样的道理，还可釆用离子隔膜，阻档 OH-向阳极迁移，从而使阴极附近的水的 pH值提高。

[30] 根据本发明，经处理的碱性水的 pH值在 8.0至 14.0之间，其获得利用了电解过程，不涉及任何化学品。因此，对环境没有造成任何影响。本发明经处理的碱性水还有一个独特的特点，就是水在电解过程中，水的碱度会增加。碱度是水缓解 pH值发生变化的能力，基本上是羟基离子 (OH -)、碳酸根离子 (CO -)和碳酸氢根离子 (HC0₃-)的总和。

[31] 从上可知，当釆用本发明的方法去除烟气中有毒组分及温室气体如 S0₂、 NO_x 、 C0₂吋，由于吸收 C0₂而形成碳酸，经处理的碱性水的 pH值会降低。但是，碳酸氢根离子 (HC0₃ -)的浓度将增大，故而最终排放水的 pH值不会有较大变化，仍为碱性，与海水本身的碱性很接近，所以不会影响生态环境，在排放之前也无需使用大量的新鲜海水来稀释。

[32] 与现有技术相比，本发明的优点在于：

[33] (1)釆用经处理的碱性水可同吋去除 S0₂、 NO_x、 C0₂;

[34] (2)经处理的碱性水可直接由自来水、河水、井水、海水、工业废水用电解方式制备，故而不必釆用任何化学品制备碱水，不会对环境构成影响；

[35] (3)以逆向喷雾的方式或直接接触方式处理烟气，吸收率得以提高；

[36] (4)经处理的碱性水的 pH值只要控制在大于或等于 7，故而本发明在工业上可广泛使用，而且排放水的 pH值变化不大；

[37] (5)与其它方法相比，经处理的碱水可循环使用；以及

[38] (6)与排放之前要求提高 pH值的方法相比，本发明节水明显。

[39] 以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。但这些附图只起举例说明作用，不能理解为对本发明的限制。

附图说明

[40] 图 1所示为实施本发明第一方案的示意图；

[41] 图 2所示为实施本发明第二方案的示意图；以及

[42] 图 3所示为实施本发明第三方案的示意图。

具体实施方式

[43] 通常，烟气是燃料燃烧过程中的产物。常用的燃烧装置使用燃气或者燃油，例如燃气燃烧器 /燃气锅炉以及燃油燃烧器 /燃油锅炉。在这种情况下，烟气中 S0₂ 、 NO_x C0₂的含量范围如下：

[44] 对于 S0₂，一般烟气中含量： 180~250 ppm (燃油）

[45] 如果烧劣质煤，则烟气中含量有吋会 >2000 ppm

[46] 对于 NO_x，一般烟气中含量： 50~70 ppm (燃气)， 50~110 ppm (燃油）

[47] 对于 C0₂，一般烟气中含量： 10~12% (燃气)， 12~14% (燃油）

[48] 实施例 1

[49] 参照附图 1，图 1所示的装置 10为实施本发明的实施例 1而设计。本装置 10包括一壳体 11、一自壳体 11底部侧壁接入的烟气输入管 12、一自壳体顶部接入的烟气输出管 13、至少一组设置在壳体顶部的经处理碱水喷雾管 14，所述的经处理碱水由碱性水制备器 15通过管道供给以及处于壳体底部的液体收集池 16。收集池 16中收集的液体经排出管 17排出，再经泵 18通过输入管 19重复使用。

[50] 在本装置 10中，烟气中有毒组分及温室气体： S0₂、 NO_x、。0₂通过以下步骤去除：

[51] a)收集燃气、燃油或非常规石油经燃烧装置燃烧而产生的烟气并将烟气经烟气输入管 12输入本装置 10中。这吋，所述烟气在壳体 11中由底部向顶部流动。与此同吋，通过喷雾管 14将经处理的碱性水向下喷出成雾状。由于烟气流与喷雾流的方向相反，两者有足够吋间及面积接触而主要对烟气中的 S0₂、 NO_x¾C0₂ 进行吸收。

[52] b)收集经 a)步骤处理的烟气。如果经处理的烟气达到了排放标准，则可以排放到大气中。如果还未达标，则可收集再经烟气输入管作第二次处理，直到达标排放。

[53] c)收集经 a)步骤处理的液体。一般来说，收集的液体的 pH值变化不大，可以再循环使用。

[54] 在 a)步骤中，所述的经处理的碱性水包括钠离子、镁离子及钙离子，但并不仅仅限于此，还可包括其它金属离子或非金属离子，如 NH₄₊。所述的经处理的碱性水的 pi^ ≥8.5。通常，所述的经处理的碱性水用海水制备，但并不仅仅限于此，还可用诸如地下水、河水、雨水、工业处理水、去离子水等等釆用上述的电解方法制备。

[55] 实施例 2

[56] 参照附图 2，图 2所示的装置 20为实施本发明的实施例 2而设计。本装置 20包括一壳体 11a及一与壳体 11a作气液体连通的壳体 l lb、一自壳体 11a底部侧壁接入的烟气输入管 12a及一自壳体 l ib底部侧壁接入的烟气输入管 12b、一自壳体 11a顶部接入的烟气输出管 13a及一自壳体 l ib顶部接入的烟气输出管 13b，其中输出管 13a 与输入管 12b相接、至少一组设置在壳体 l id顶部的经处理的碱性水喷雾管 14a，所述的经处理的碱性水由碱性水制备器 15通过管道供给及至少一组设置在壳体 1 lb顶部的经处理的碱性水喷雾管 14b以及处于壳体 11a底部的液体收集池 16a及处于壳体 l ib底部的液体收集池 16b。收集池 16a及 16b可以相通，也可以各自独立。如果相通，收集池 16a中收集的液体经排出管排出，经过收集池 16b，再经排出管 17b排出，再经泵 18a通过输入管重复使用。如各自独立，则各自经各自的泵循环使用。

[57] 在本装置 20中，烟气中有毒组分及温室气体： S0₂、 NO_x、。0₂通过以下步骤去除：

[58] a)收集燃气、燃油或非常规石油经燃烧装置燃烧而产生的烟气并将烟气经烟气输入管 12a输入本装置 20的壳体 11a中。这吋，所述烟气在壳体 11a中由底部向顶部流动。与此同吋，通过喷雾管 14a将经处理的碱性水向下喷出成雾状。由于烟气流与喷雾流的方向相反，两者有足够吋间及面积接触，这吋主要对烟气中的 S 0₂、 NO_x及 C0₂进行吸收。

[59] b)收集经 a)步骤处理的烟气并经与输出管 13a相接的输入管 12b输入本装置的壳体 l ib中。这吋，所述的烟气在壳体 l ib中由底部向顶部流动。与此同吋，通过喷雾管 14b将经处理的碱性水向下喷出成雾状。由于烟气流与喷雾流的方向相反，两者有足够吋间及面积接触，这吋主要对烟气中的 S0₂、 NO_x及C0₂再进行吸收。

[60] c)收集经 a)及 b)步骤处理的烟气。如果经过处理的烟气达到了排放标准，则可以排放到大气中。如果还未达标，则可收集再经烟气输入管 12a作第二次处理，直到达标排放。

[61] d)收集经 a)和 /或 b)步骤处理的液体。如果收集池 16a及 16b相通，则收集池 16a中收集的液体经排出管排出，经过收集池 16b，再经排出管 17b排出，再经泵 18a通过输入管重复使用。如果各自独立，则各自经各自的泵循环使用。

[62] 在 a)步骤中，所述的经处理的碱性水包括钠离子、镁离子及钙离子，但并不仅仅限于此，还可包括其它金属离子或非金属离子，如 NH₄₊。所述的经处理的碱性水的 pi^ ≥8.5。通常，所述的经处理的碱性水用海水制备，但并不仅仅限于此，还可用诸如地下水、河水、雨水、工业处理水、去离子水等等釆用上述的电解方法制备。

[63] 实施例 3

[64] 参照附图 3，图 3所示的装置 30为实施本发明的实施例 3而设计。本装置 30包括一壳体 311、一在壳体 311底部构成的液体池 316(液体池 316中的液体为由碱性水制备器 (图中未示)通过管道供给的经处理的碱性水)、一自壳体侧壁接入并通入液体池 316的烟气输入管 312、一自壳体顶部接入的烟气输出管 313以及在壳体内液体池上方空间所形成的气雾层 314。液体池 316中液体经输入管 319输入，再经输出管 317排出。池中液体泵 (图中未示)作循环使用。

[65] 在本装置 30中，烟气中有毒组分及温室气体： S0₂、 NO_x、 CCgi过以下步骤去除：

[66] a)收集燃气、燃油或非常规石油经燃烧装置燃烧而产生的烟气并将烟气经烟气输入管 312输入到本装置 30的池 316中。这吋，所述的烟气以气泡的形式与池 316 中的经处理的碱性水接触，主要对烟气中的 S0₂、 NO_x C0₂进行吸收。

[67] b)经 a)步骤处理的烟气从池 316中逸出上升。 [68] c)经输出管 313收集或排放经 a)及 b)步骤处理的烟气。如果经过处理的烟气达到了排放标准，则可以排放到大气中。如果还未达标，则可收集再经输入管 312作第二次处理，直到达标排放。

[69] 在 a)步骤中，所述的经处理的碱性水包括钠离子、镁离子及钙离子，但并不仅仅限于此，还可包括其它金属离子或非金属离子，如 NH₄₊。所述的经处理的碱性水的 pi^ ≥8.5。通常，所述的经处理的碱性水用海水制备，但并不仅仅限于此，还可用诸如地下水、河水、雨水、工业处理水、去离子水等等釆用上述的电解方法制备。

[70] 通过对经实施例 1至 3的方法处理的烟气的分析表明，本发明的方法可以去除烟气中的有毒组分及温室气体： _So₂、 NO_x、。0₂达90%左右。

[71] 虽然以上对本发明的较佳实施例进行了详细地描述，但是对于本领域的技术人员来说，只要不脱离本发明的设计思想和构思是可以作出各种变化或者改型的。应当说，这样一些变化或改型都是属于本发明的保护范围。

Claims

权利要求书

[1] 一种烟气中有毒组分及温室气体： S0₂、 NO_x、 C0₂的去除方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：

a)以与烟气流向逆向的方式向烟气流施加经处理的碱性水； b)收集或排放经 a)步骤处理的烟气；以及

c)收集经 a)步骤处理的液体。

[2] 根据权利要求 1所述的方法，其特征在于，所述的经处理的碱性水以喷雾的方式施加。

[3] 根据权利要求 1或 2所述的方法，其特征在于，所述的经处理的碱性水由碱性水制备器经由管道供给。

[4] 根据权利要求 1所述的方法，其特征在于，所述的经处理的碱性水包括钠离子、镁离子及钙离子，以及也可包括其它金属离子或非金属离子。

[5] 根据权利要求 1或 4所述的方法，其特征在于，所述的经处理的碱性水由海水制备，以及还可以由地下水、河水、雨水、工业处理水、去离子水等釆用电解方法制备。

[6] 根据权利要求 1所述的方法，其特征在于，所述的经处理的碱性水的 pi^ ≥

8.5。

[7] 根据权利要求 1所述的方法，其特征在于，所述的方法还包括以下步骤：使由 b)步骤收集的烟气再经一次或多次按与 a)步骤相同的步骤处理。

[8] —种烟气中有毒组分及温室气体： S0₂、 NO_x、 C0₂的去除方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：

a)以与烟气流向逆向的方式向烟气流施加经处理的碱性水； b)以与经 a)步骤处理的烟气流向逆向的方式向烟气流施加经处理的碱性水 c)收集或排放经 a)和 b)步骤处理的烟气；以及

d)收集经 a)和 b)步骤处理的液体。

[9] 根据权利要求 8所述的方法，其特征在于，所述的经处理的碱性水以喷雾的方式施加。

[10] 根据权利要求 8所述的方法，其特征在于，所述的经处理的碱性水包括钠离子、镁离子及钙离子，以及也可包括其它金属离子或非金属离子。

[11] 根据权利要求 8或 10所述的方法，其特征在于，所述的经处理的碱性水由海水制备，以及还可以由地下水、河水、雨水、工业处理水、去离子水等釆用电解方法制备。

[12] 根据权利要求 8所述的方法，其特征在于，所述的经处理的碱性水的 pi^ ≥

8.5。

[13] 根据权利要求 8所述的方法，其特征在于，所述的方法还包括以下步骤：使由 c)步骤收集的烟气再经一次或多次按与 a)和 b)步骤相同的步骤处理。

[14] 一种烟气中有毒组分及温室气体： S0₂、 NO_x、 C0₂的去除方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：

a)使烟气流与经处理的碱性水接触；以及

b)收集或排放经 a)步骤处理的烟气。

[15] 根据权利要求 14所述的方法，其特征在于，所述的中性液体选自由逆渗透水、蒸馏水及电渗析水组成的组。

[16] 根据权利要求 14或 15所述的方法，其特征在于，所述的中性液体的 pH值为

7左右。

[17] 根据权利要求 14所述的方法，其特征在于，所述的经处理的碱性水包括钠离子、镁离子及钙离子，以及也可包括其它金属离子或非金属离子。

[18] 根据权利要求 14或 17所述的方法，其特征在于，所述的经处理的碱性水由海水制备，以及还可以由地下水、河水、雨水、工业处理水、去离子水等釆用电解方法制备。

[19] 根据权利要求 14所述的方法，其特征在于，所述的经处理的碱性水的 pH值

≥8·5。

[20] 根据权利要求 14所述的方法，其特征在于，所述的方法还包括使由 b)步骤收集的烟气再经一次或多次按与 a)步骤相同的步骤处理。