[发明专利]用于从气体流去除污染物的方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2011年2月1日提交的美国临时专利申请序列号61/438,293的优先权。

背景技术

本发明提供了用于从气体流排放物去除污染物的方法。更具体地讲，本发明提供用于从硫酸生产过程中的气体流去除诸如氮氧化物的污染物。

硫酸广泛地用于制造工业中。硫酸被认为是世界上产量最大的化学产品。在过去的几十年中，全世界的大部分硫酸通过接触法来生产，该方法涉及从各种硫源生成包含二氧化硫的气体流。示例包括燃烧元素硫，或锻烧金属矿石或燃烧从诸如石油产品的加氢脱硫法的工业作业产生的H₂S或简单地燃烧包含硫酸盐或硫酸的废料或燃烧废硫酸的方法，所有这些都在气体流中生成SO₂。如果硫源含有杂质，则在多通转化器中经由V₂O₅催化剂对工艺气体进行调理和氧化，以将几乎所有SO₂转化成SO₃。氧化所需的氧气以附加空气或氧气的形式存在或被补充。该包含SO₃的工艺气体流吸收在硫酸溶液中，这导致H₂SO₄产品成为具有所需强度的>95重量百分比（%）的酸或发烟硫酸。

因为硫酸是非常低成本的产品，并且反应是放热的，所以将重点放在热集成上，且由此通常将所回收的大部分放热热量用在满足能量捕获要求的过程中，并且任何净盈余以蒸汽的形式输出。氮氧化物(NO_X)通常在SO₂生成步骤期间基于各种因素而以变化的量形成。当包含SO₃的工艺气体流被吸收到硫酸溶液中时，NO_X中的一些与硫酸的循环溶液反应而形成在工业中被称为硝（亚硝酰硫酸）的络合物及其一些同系物。产品中的硝在许多应用中是不期望的杂质并且还赋予产品一定颜色。

离开硫酸吸收器的一些NO_X穿过大部分工艺设备并最终排放到环境中。常常可以注意到，从硫酸生产设施产生的烟羽与SOx排放物、NO_X排放物、硝、各种类型的烟雾消除装置和各种工艺参数有关。这些环境问题中的一些在现代工厂中通过双阶段吸收工艺、选择在碱洗涤器之前的有效的烟雾消除装置来缓解。选择性催化还原(SCR)、选择性非催化还原(SNCR)类型的工艺已被建议用于NO_X去除。然而，由于在硫酸中的硝和含氮化合物，在工业中仍然存在不同水平的NO_X排放物、酸烟羽、产品质量退化的问题。随着对环境的关注和政府监督的增加，现有水平的NO_X控制是不够的。

硫酸是高产量但低成本和低利润的化学品。生产硫酸的设备的成本相对较高。资本成本和设备生产能力的关系不是线性的。因此，与具有较小生产能力的设备相比，具有较大生产能力的设备实现高得多的规模经济。硫酸是高度反应性的化学品，因此对硫酸进行长距离运输不仅昂贵而且格外危险。对于较小的工厂经营商来说，通过在SO₂生成和/或氧化阶段实施氧富来促进硫酸的生产能力可产生良好的经济效益。

在SO₂生成阶段进行氧富，不仅增加产量，而且可提高热效率，从而降低燃料需求，增加工艺气体流中的SO₂浓度，并且输出更多蒸汽且降低单位产品成本。用气态氧取代一些燃烧/氧化空气不仅提高炉子的能力，而且增加离开炉子的工艺气体流的SO₂含量。通常，诸如催化转化器、废热回收设备、风扇等的下游设备在较高浓度的SO₂和较低工艺气体流量下更有效率地操作。典型的硫酸处理设备具有足够的处理能力以处理30%至40%的额外的SO₂负载。在SO₂从金属煅烧炉产生的情况中，氧富不仅提高硫酸产量，而且增强矿石处理能力。虽然氧富具有就能力和成本而言的这些积极方面，但仍存在较大不利因素。氧富在炉子中产生较高的燃烧温度，而较大的O₂浓度导致形成较高量的NO_X。不解决与较高的环境排放物和增加的产品硝含量有关的问题，就不能实现氧富的全部潜能或益处。图1示出由于较长投资回收期而难以在经济上证明较小尺寸设备的合理性。然而，在富O₂条件下，可显著地缩短该投资回收期。

当从含硫酸再生(SAR)设备或诸如煅烧炉的金属矿石处理炉得到时，含二氧化硫的流具有高的颗粒物水平并且在氧化成SO₃之前需要被清洗和干燥。