CN101385938B - 净化气体的方法与设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及净化气体的方法和设备，特别是从污泥气化而得的合成气体，本发明建议，先后在两个气体洗涤器(52，54)中从气体中清洗出硫化氢和氨。

Description

净化气体的方法与设备

技术领域

本发明涉及一种净化气体的方法及设备，具有权利要求1和8的前序部分的特征。它也可以用来净化多种气体或气体混合物。此发明特别涉及净化所谓的合成气体和生物气体的方法和装置，此类气体通过特别对污泥(

)、或者还有其它的生物原料或者再生原料进行热处理或生物处理而取得，如气化，高温分解或者发酵过程。此类气体可燃且可用于热利用。作为实例，它可用于驱动燃气发动机发电或加热目的。例如被用来供暖或发电的净化气体的热利用应区别于初始原料，如污泥，其它的生物材料(Biostoff)或再生原料的的用于获取气体的热利用。

背景技术

污泥的气化过程为已知。专利申请EP1112970A1公开了一种气化污泥的方法及设备。污泥被加入气化器中，其中在缺空气或缺氧状态下受热进行加热分解。产生出可燃气体或气体混合物，这种合成气体可以被用来发电或供暖。

在污泥被气化前优选要使其干燥，待气化的污泥中总是会具有一定的水分。所述污泥优选以固体状态(如颗粒状)被送至气化过程，不再是真正意义上的泥浆(Schlamm)。尽管如此，用来气化的物料在本发明中仍被称作为污泥。

气化过程获得的合成气体含有害物质，特别是焦油，氨和硫化氢。使用已知的设备通过已知的方法将合成气体冷却到某一温度，使焦油冷凝，来实现焦油的净化。接着合成气体被导入待气化的污泥，它被当作过滤器，净化掉合成气体中的焦油。从合成气体中过滤出来的焦油和污泥一起进入气化器进行气化。在气化器内焦油被燃烧并且提供热量用于污泥的热分解，和/或焦油也分解为可燃气体，即合成气体。

焦油被过滤之后在合成气体中还有氨和硫化氢作为有害物质存留。通过热处理合成气体，氨和硫化氢反应生成硫和氮的氧化物，其作为废气中的空气有害物质，在最有利的情况下是不受欢迎的，肯定会给合法排放造成困难，在较为不利的情况下是被禁止的。此外硫的氧化物造成显著的腐蚀问题，最好避免合成气体在燃气发动机或者燃气轮机中的热利用。

发明内容

因此，本发明的任务是净化合成气体中的氨和硫化氢。

根据本发明，这个任务通过权利要求1或8的特征来解决。根据本发明，氨和/或硫化氢在气体洗涤器

或简称为洗涤器

中用水从气体或者气体混合物，特别是从合成气体或者生物气体中被洗除。被用来洗涤气体的水通过冷凝直接或者间接的从待净化气体中获得。在气体洗涤器中气体与水接触，氨和/或硫化氢溶于水，因此从气体中被去除，这过程称作洗净。之后气体可以供热利用。气体洗涤器中的水即当作洗涤用水。这些水可以是液态或者气态，气体可以引导经过水浴，水可以以水滴或细小水滴的形式分布在空气或其他气体中，已溶解或者作为气态的水蒸汽。

本发明优选提供了一个或多个用于清洗出氨和硫化氢的实际气体洗涤器，气体按顺序的流经这些气体洗涤器，从而依次地净化气体中的氨和硫化氢。这个净化的顺序也可以被倒置。本发明也包括：在分开的针对氨和硫化氢的气体洗涤器情况下，在针对硫化氢的气体洗涤器中清洗出氨或者相反。

本发明的优点在于从气体，如合成气体，尤为特别的通过污泥气化过程生成的气体，中净化了氨和硫化氢这些有害成分，以及可能的其他有害成分，这些在清洗出气体时被洗涤用水吸收。此发明显著降低了热利用气体时的环境负载，同时本发明降低或者避免了下游连接的用于热利用的机器的腐蚀问题，比如在燃气发动机中或者燃气轮机中。本发明的另一优点在于这样的实施可能性，其中几乎所有的用于净化气体的操作物质循环输送，且至少一部分在气体加工的过程中产生并因此不需要从外部额外供给。

在优选的实施方案中，本发明具有冷凝器，其连接在洗涤器上游，用于清洗出硫化氢。气体流经这个冷凝器并且在这里被冷却到如下程度，使得气体中溶解的水份被冷凝。气体必然有高的湿度，因为气体在进入冷凝器之前为了冷凝气体中的焦油通过水的喷射而被冷却，和/或为了过滤被传送经过待气化的污泥，由此这些气体/合成气体吸收了湿气并且使污泥变得干燥。气体中的氨或部分氨与水结合，从气体冷凝出的水具有高的pH值，例如12至13，呈现碱性或起碱性作用。通过气体冷凝过程得到的水将被当作洗涤用水被输送到气体洗涤器，在其中硫化氢从气体中被洗除。假如在针对硫化氢的气体洗涤器中的气体还含有氨，那么可以假定，这些氨可以部分溶解在洗涤用水中，即将氨部分地从气体中洗除。经由这个过程升高了用来洗除硫化氢的气体洗涤器中的洗涤用水的pH值。氨在洗涤用水中溶解的情况取决于其pH值。pH值高的洗涤用水会使硫化氢有好的溶解能力，气体中的硫化氢也可得到充分的净化。

用于从气体中洗除硫化氢的气体洗涤器的洗涤用水优选循环使用的(再循环)。因为气体会在其通过待气化的污泥而被过滤的过程中吸收水分，额外的水持续地进入气体中，这些水经冷凝而获得洗涤用水。因此一般情形下不需要输入洗涤用水，而是例如通过溢流口排出过量的水。过量的洗涤用水可以输送至污泥的入口，其污泥被气化以生成气体。因为通常流入净水厂的待净化的水具有低pH值，从气体洗涤器出来的具有较高pH值的过量洗涤用水不仅是无害的而且相反是合意的。此外，在洗涤用水中存在的氨会被生物分解。

为了从洗涤用水去除由气体中清洗出的硫化氢，本发明的一个实施方案设想，使用沉淀剂

从洗涤用水沉淀出硫化氢。沉淀剂与硫化氢发生化学反应，它与硫化氢结合并且在气体洗涤器的底部形成沉淀。这种沉淀间歇地或者持续的卸出或者用其他的方式被去除。还可以考虑，在气体洗涤器之外从洗涤用水中沉淀和分离出硫化氢。合适的沉淀剂是二价或三价铁盐，例如氯化亚铁(II)和氯化铁(III)以及对应的硫酸盐，但是本发明不限于这些沉淀剂。沉淀剂是为了根据本发明净化合成气体而必须从外部加入后再去除的唯一物质。

为了从气体中洗除氨，优选使用pH值等于或小于7，即呈中性或酸性的水作为洗涤用水。可以用常规的无需特殊质量控制的工业用水/自来水作为从气体中洗除氨的洗涤用水。用于洗除氨的洗涤用水同样优选循环输送(再循环)。过量的洗涤用水被导出，例如通过溢流口从洗除气体中氨的气体洗涤器排出。氨非常易溶于水，至少在pH值不显著高于7的洗涤用水中是这样。因此针对气体中氨的净化处理优异。来自于用于洗除气体中的氨的气体洗涤器的过量洗涤用水可以和来自用于洗除气体中的硫化氢的气体洗涤器的洗涤用水一样被输入净化设备的入口。

原则上气体的净化顺序是任意的，可以先洗除氨然后洗除硫化氢，其中优选使用通过对气体的冷凝过程中产生的水作为洗涤用水用于洗除硫化氢，原因是其高的pH值。从气体中先洗除硫化氢然后洗除(剩余的)氨是优选的。原因是，当洗涤用水的pH值不太高的时候，冷凝之后在气体中仍然存在的氨的一部分在用于洗除硫化氢的气体洗涤器中被洗涤用水溶解，即一并被洗除。在从气体中洗除硫化氢的气体洗涤器中伴随洗除的氨提高了洗涤用水的pH值，从而提升净化和洗除硫化氢的效果。通过洗涤用水的循环(再循环)进一步提高了pH值和改善了洗除硫化氢时的净化作用。洗除了硫化氢之后仍然存留在气体中的氨在下游连接的气体洗涤器中被洗除，其洗涤用水的pH值等于或小于7。

优选地，气体在输送至冷凝器以生成洗涤用水和输送至气体洗涤器中以净化氨和硫化氢之前，已经从气体去除了焦油。为此，根据本发明的一个实施方案用水将气体冷却到这样的温度，在该温度下气体中存在的焦油被冷凝而水本身溶解在气体中并以溶解形式保留。气体被导入通过待气化的污泥而净化，污泥起到过滤器的作用，从气体中过滤掉焦油。通过从气体清除掉焦油使得下游连接的设备部分，也即冷凝器和一个或多个气体洗涤器不会被焦油冲击和污染。

本发明被设计用来净化通过污泥的气化而获得的合成气体。尽管如此，本发明也适用于可燃的气体/合成气体的净化，所述气体是通过气化不同于污泥的可气化的物质例如其它的生物质来获得的。不是通过气化获得的气体也可以使用本发明所叙述的方法和本发明的设备来净化氨和/或硫化氢。这类气体可以例如通过热处理或生物处理(例如上述气化)，通过热解或发酵来获得。

附图说明

下面，本发明借助在附图中所示实施例作进一步说明。作为实例提及污泥的气化和由此获得的可燃合成气体的净化，这是本发明特别涉及的情况。但是，本发明不受限于此应用，而是也适用于其它气体的净化，特别是热处理或生物处理获得的气体。两张图示出了根据本发明设备的设备草图，其中

图1示出具有焦油再循环的获得气体部分，以及

图2示出根据本发明的用于净化合成气体的设备部分。

这些图理解为简化的示意性的草图。

具体实施方式

图1中所示本发明的设备10用于从污泥获得可燃气体。该经气化得到的可燃气体在下文中称为合成气体。待气化的污泥作为已被干燥的污泥颗粒存放在污泥存储料仓12中。借助蜗杆输送器14将污泥颗粒从污泥存储料仓12输送到污泥容器16中。用另一个蜗杆输送器18将污泥颗粒从污泥容器16送入气化器20中，污泥颗粒在其中被气化。气化例如用本身由木材气化已知的方法来实现。气化器20构造为所谓的流化床气化器，污泥颗粒被输送到它的底部区域。鼓风机22提供气化所需的空气，鼓风机将空气从气化器20底部吹入，因此产生流化床。污泥颗粒在缺少空气条件下热分解成可燃气体或混合气体，合成气体。

不可热分解的污泥颗粒组分(灰分)从气化器20向下掉落沉积，用蜗杆输送器24送入储灰槽26。

可燃合成气体从顶部离开气化器20，首先被输送到旋风分离器28，灰尘粒子在其中被分离。被分离的灰尘粒子同样导入储灰槽26中。热分解获得的合成气体从旋风分离器28出来到达冷却器(同流换热器)30，在其中它被冷却到温度例如770℃。气体在气化器20出口处的温度例如约为1100℃。在同流换热器30中可燃气体冷却是用空气来实现的，具体来说是用被鼓风机22吸入的以及被输入气化器20用于污泥颗粒的热分解。按此方法输入到气化器20的空气事先在同流换热器30中被加热。被鼓风机22吸入的空气可用三通旋塞32在它到达气化器20之前可选地首先流经同流换热器30，或者空气可直接从鼓风机22输送到气化器20。也能用三通旋塞32将鼓风机22吸入的一部分空气输送到同流换热器30和吸入空气的其余部分直接输入到气化器20。由此可以将通过同流换热器30输入到气化器20的空气与直接输入到气化器20的空气的比例进行调整和按这种方法对同流换热器30的冷却功率和因此在气化器20中获得的合成气体在同流换热器30出口处的出口温度进行调整。

在同流换热器30后，热分解获得的合成气体被输送到污泥容器16。污泥容器16具有气体冷却器34，它在图示和说明中的实施方案中构造为直立圆筒形。气体冷却器34浸没在污泥容器16中含有的污泥颗粒中，使得气体冷却器34上部输入的合成气体离开污泥容器16的气体出口36前，强迫它必须流经污泥颗粒。

用于冷却合成气体的水通过一个或多个喷水嘴38喷入气体冷却器34中。水优选是去离子的。喷入的水冷却合成气体并溶解在合成气体中。在气体冷却器34中要喷入这样多的水，使得合成气体在污泥容器16的气体出口36处的温度例如为120度，使得水以溶解形式保留在合成气体中。通过冷却气体冷却器34中的合成气体冷凝出合成气体所含的焦油，并通过污泥容器16中所含的污泥颗粒时被过滤掉，将合成气体通过该污泥颗粒。所以污泥容器16形成过滤器，污泥颗粒为过滤介质，用它将热分解获得的合成气体中含有的焦油从合成气体中过滤掉。

被过滤出的焦油和污泥颗粒共同输入到气化器20。在气化器20中焦油被燃烧和因此提高了气化器20的效率和/或焦油被热分解成可燃合成气体，并与由污泥颗粒热分解获得的可燃气体一起离开气化器20。用于从污泥获得合成气体的本发明的设备10因此具有焦油再循环，它的好处是，污泥在热分解时产生的焦油不被分离和不需要处置，尽管如此不对合成气体加重负担。

本发明设备10具有用于净化合成气体的水循环系统，其在图2中示出。喷入气体冷却器34的水溶解在合成气体中，在它通过污泥容器16中含有的污泥颗粒后，以溶解于合成气体的形式离开污泥容器16的气体出口36。如已提及的，合成气体在污泥容器16的气体出口36处的温度例如为120℃，在此温度喷入气体冷却器34的水保持溶解在合成气体中。在合成气体通过污泥容器16含有的污泥颗粒时合成气体额外吸收水，其作为水分存在于污泥颗粒中。热分解获得的合成气体在通过时使得污泥容器16中含有的污泥颗粒变干了。

合成气体在离开污泥容器16后导入通过过滤器42和接着通过冷凝器44和经过两个洗涤器52，54，它在洗涤器中被净化。在第二个洗涤器54后合成气体被输送到使用处(46处)。例如合成气体可以输送到未示出的燃气发动机用于发电或者输送至未示出的燃气炉(Gasbrenner)。

冷凝器44的冷却用空气来实现，所述空气从鼓风机48被输送到冷凝器44。溶解在合成气体中的水在冷凝器44中冷凝以及被送入油分离器50。冷凝器44还分离了溶解在合成气体中的水，它形成水分离器44。

从合成气体分离出的水从油分离器50被输送到两个洗涤器52之一，其收集在它的底部(Fuβ)或底端(Sumpf)中。泵56将水从底部向上输送到洗涤器52的顶部，在那里水被一个或多个喷嘴58喷入洗涤器52。在洗涤器52的顶部和底部之间的接触段上水和来自冷凝器44的合成气体接触，合成气体在洗涤器52底部进入，其接触段与喷入水的接触段相反从下到上流过而从洗涤器52的顶部离开。

在冷凝器44中冷凝和从合成气体分离的水通常含有氨和通常有高的pH值，也即呈碱性或碱式的。因为有高的pH值在洗涤器52中的水溶解来自合成气体中的硫化氢，硫化氢从合成气体中被清洗出来或者合成气体中的硫化氢被净化。如果同样被称作洗涤用水的喷入洗涤器52的水的pH值不太高，来自合成气体的氨也溶解在水中而提高了它的pH值，使得水在第一个洗涤器52中的pH值例如为12至13。由于在第一个洗涤器52中的洗涤用水的高pH值，硫化氢易于溶解和洗涤器52具有很好的净化作用。

硫化氢从也被称为洗涤用水的水中沉淀在洗涤器52的底部。沉淀剂预先存储在料仓60中，并从中按需输送入洗涤器52的底部。作为沉淀剂可以使用例如氯化亚铁(II)(FeCl₂)，硫酸亚铁(II)(FeSO₄)，氯化铁(III)(FeCl₃)或硫酸氯化铁(III)(FeClSO₄)。沉淀剂是本发明净化合成气体时必须从外面输入而不进行循环的唯一外部物质。沉淀剂间歇地或连续地从洗涤器52的底部除去，即去除。

合成气体从第一个洗涤器52的顶部被输送到第二个洗涤器54的底部。它再流经洗涤器54的从底部到顶部的接触段，即从下到上，而在洗涤器54的顶部离开。水，例如工业用水经管道58输送到第二个洗涤器54的底部中。此处又被称作洗涤用水的水在洗涤器54中的pH值为7或更小，即是它呈中性或酸性。泵64将水从第二洗涤器54的底部送到它的顶部，在那里用一个或多个喷嘴66将水喷入。因为水的pH值为7或更小，在第二个洗涤器54中水溶解来自合成气体中的氨，只要它尚未溶解在第一个洗涤器52中和被清洗掉。在第一个洗涤器52后仍然存在于合成气体中的并输入到第二个洗涤器54中的氨也可被称作剩余氨。如前所说，它在第二个洗涤器54中从合成气体中被清洗出，就是说从合成气体清除掉氨。经净化的合成气体在第二个洗涤器54的顶部离开而输入到它的应用处(见46)。

两个洗涤器52，54的洗涤用水如已所述循环运行(再循环)，用泵56，64从洗涤器52，54的底部将其抽出和通过顶部的喷嘴58，66再喷入洗涤器52，54中，从此处它流经接触段再回到洗涤器52，54的底部。通过再循环，洗涤用水在第一个洗涤器52中附加地溶解了氨而因此提高了它的pH值，这就提高了它对硫化氢净化作用。

如前面已经描述，在气体冷却器34中经喷嘴38喷入的水溶解在合成气体中，其在气化器20中通过气化污泥颗粒而获得。含溶解水的合成气体从污泥容器16到达冷凝器44，在此溶解的水被冷凝和被分离出来。如前面已经描述，合成气体从冷凝器44流入第一个洗涤器52中和与合成气体分开的分离出的水首先到达油分离器50然后从此进入第一个洗涤器52的底部。

过量的水从洗涤器52，54底部的溢流口72，74离开。它可被输送到净化设备的入口，它的污泥例如用本发明的设备被气化和净化合成气体。在净化设备的水中溶解的氨经生物分解。因为流入净水厂的待净化的水通常具有小于7的低pH值，从洗涤器52，54的溢流口72，74出来的大于7的高pH值水不会有害。水量也很少。

因为合成气体通过污泥容器16中的污泥颗粒净化焦油和在此吸收水分，将水输送至循环系统40中的水，其最后在洗涤器52，54的溢流口72，74溢出。如果在水循环系统40中缺水，可经管道62补充水，其通向第二个洗涤器54的底部。

Claims (1)

1.用于净化湿的气体的方法，其特征在于，用呈现碱性或起碱性作用的冷凝水清洗出硫化氢，所述冷凝水是在湿的气体中通过冷凝获得的，和所述冷凝水含有来自于所述气体的碱性物质，和所述气体中剩余的氨是使用水清洗出来，所述水的pH值等于或小于7。

2.  根据权利要求1的方法，其特征在于，所述碱性物质是氨。

3. 根据权利要求1或2的方法，其特征在于，所述气体是合成气体，其通过热处理生物材料获得。

4. 根据权利要求3的方法，其特征在于，在从合成气体清洗出硫化氢后用沉淀剂将硫化氢从清洗出硫化氢后的冷凝水中沉淀出来。

5. 根据权利要求3的方法，其特征在于，氨在硫化氢后从所述合成气体中清洗出来。

6. 根据权利要求1或2的方法，其特征在于，净化中使用的水循环运行。

7.  根据权利要求3的方法，其特征在于，在从合成气体清洗出氨和/或硫化氢之前，将合成气体用水冷却和/或为净化被输送通过污泥。

8. 用于净化含有氨和硫化氢的湿的气体的设备，其包括其中硫化氢和可能的部分氨从气体中清洗出来的第一气体洗涤器（52）和其中剩余氨从气体中清洗出来的第二气体洗涤器（54），其特征在于，所述设备（10）包括在第一和第二气体洗涤器（52，54）上游的冷凝器（44），和在冷凝器（44）中通过冷凝从湿的气体中获得的水被输送到第一洗涤器（52）以便清洗出硫化氢。

9. 根据权利要求8的设备，其特征在于，所述含有氨和硫化氢的湿的气体是合成气体；所述设备（10）具有用于从合成气体中清洗出硫化氢和可能的部分氨的第一气体洗涤器（52）和用于清洗出剩余氨的第二气体洗涤器（54）。

10. 根据权利要求9的设备，其特征在于，所述设备（10）具有冷凝器（44），其连接在第一和第二气体洗涤器（52，54）之前和所述合成气体在流经第一和第二气体洗涤器（52，54）之前在该冷凝器（44）中被干燥，和从冷凝器（44）出来的冷凝水被输送到第一气体洗涤器（52）中用于从所述合成气体中清洗出硫化氢。

11. 根据权利要求9或10的设备，其特征在于，所述设备（10）具有用于获得所述合成气体的气化器（20）。

12. 根据权利要求9或10的设备，其特征在于，所述设备（10）具有水冷却器（34），其连接在第一和第二气体洗涤器（52，54）之前，并且在第一和第二气体洗涤器（52，54）中清洗出氨和/或硫化氢之前，在水冷却器中将水输送至合成气体以进行冷却。

13. 根据权利要求9或10的设备，其特征在于，所述设备（10）具有污泥容器（16），其连接在第一和第二气体洗涤器（52，54）之前，并且在所述合成气体输送到用于清洗出氨和/或硫化氢的第一和第二气体洗涤器（52，54）之前，引导合成气体通过该污泥容器，和该污泥容器（16）具有气体管，当所述合成气体流经污泥容器（16）时，合成气体被引导经过位于污泥容器（16）中的污泥。

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