CN103648613B - 从烟道气去除二氧化硫的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明描述了一种用于从烟道气去除二氧化硫的设备和方法。所述设备具有可顺序运作的洗涤区和再生区，所述洗涤区和所述再生区经由锂、钠和钾的碳酸盐的熔融低共熔混合物彼此连通。在所述洗涤区中，进入的烟道气与所述熔融碳酸盐相互作用，产生二氧化硫的化学吸收并且排出反应气体。在所述再生区中，发生化学或电化学熔融再生，从而导致形成含硫蒸汽，该含硫蒸汽被冷却以将该含硫蒸汽转化成液相和固相以供进一步收集和利用。

Description

从烟道气去除二氧化硫的设备和方法
技术领域
本发明一般涉及用来从工业排气流去除气体的洗涤器系统和方法，特别是涉及用于从烟道气去除二氧化硫的设备和方法。
背景技术
硫是最广泛分布的化学元素之一。硫在金属矿石中作为硫化物或硫酸盐出现。硫还与化石燃料中的有机和无机元素结合。因此，在从矿石提取金属或在燃料燃烧时，二氧化硫常常是过程的产物之一并且出现在通常排放到大气的废气中。因此，由二氧化硫造成的大气污染是人类今天面对的最大的空气污染问题之一。由于石油资源减少以及一连串核电站灾难使人对它们的安全性产生怀疑，因此预计含硫燃料(煤、天然气和泥炭)的燃烧会增加。
燃煤发电厂中气体SO2的去除通常通过使废气(烟道气)与分散在水中或以固体形式使用的石灰石(主要为CaCO3)或熟石灰(主要为Ca(OH)2)反应来进行。这些技术是中等有效的，这是因为大约0.05％的SO2仍留在气体中。而且，这样的反应在CO2的平行吸收中需要大消耗量的试剂并且相当昂贵。此外，作为其他产物，产生了巨量的固体废物(通常CaSO4)，这些固体废物未被利用。
美国专利3,438,728和3,438,728中描述了在含有包含碱金属碳酸盐熔体的熔融盐混合物中通过吸收来从烟道气去除二氧化硫的方法。这些方法包括下列一般步骤：(1)在含有碱金属碳酸盐的熔融盐混合物中吸收二氧化硫形成碱金属亚硫酸盐，(2)通过用氢、一氧化碳或其混合物处理来还原碱金属亚硫酸盐以形成碱金属硫化物，以及(3)用含蒸气和二氧化碳的气体混合物处理碱金属硫化物以形成硫化氢并且再生碱金属碳酸盐吸收剂。运作中，将熔融碳酸盐喷射到脱硫烟道气中，该脱硫烟道气流入除雾器中，该除雾器起到从烟道气去除夹带的含盐液滴的作用，然后该烟道气通过吸收塔再通过多个热交换器，烟道气从所述多个热交换器排到大气中。
从熔融碳酸盐喷雾和烟道气之间的反应产生的熔融的含亚硫酸盐的碳酸盐被收集在吸收器的碟形底加热贮槽中。亚硫酸盐-碳酸盐混合物然后从吸收器的贮槽泵送到热交换器。混合物经由管道离开热交换器并且经过可选地使用以进一步增加混合物的温度的加热器。混合物通过管道离开加热器，在管道中混合物被供给到还原器单元中的喷雾分配器中。
发明内容
已知基于锂(Li)、钠(Na)和钾(K)的碳酸盐的熔融低共熔混合物的脱硫方法可以用来洗涤烟道气。特别是，显示了，通过利用熔融的钠、钾和锂的碳酸盐低共熔混合物的喷雾，可以利用相对少量的熔融物从大量烟道气中几乎完全去除SO2(即，降至0.001％)(参见，例如，R.A.Mcllroy等,EnvironmentalScience&Technology,7(11),1022(1973))。
Na-K-Li碳酸盐低共熔混合物具有391℃的凝固点。在凝固点和500℃之间，SO2(和HCl)和碳酸盐熔融物之间的反应是迅速的并且几乎完全转换成
(1a)
SO2中的一部分氧化成SO3然后与熔融物反应：
(1b)
熔融物中的大部分亚硫酸盐最终氧化成硫酸盐：
(1c)
结果，碳酸盐熔融物变成碳酸盐、硫酸盐和亚硫酸盐的混合物。
连续运作所必需的从熔融物去除硫酸盐的熔融再生过程可以包括两个步骤：
(a)在850℃下由煤粉还原成硫化物S2-：
(2a)歧化反应：
(2b)由煤粉还原成硫化物：
(b)在450℃下通过H2O+CO2(实际上，含有水蒸气的烟道气)去除硫化物为H2S：
(3)
未反应的S2-(熔融物)可以在洗涤期间由烟道气中的氧气氧化。
应注意，该再生过程具有两个严重的不足之处。第一，在850℃(还原过程所需)下，碳酸盐熔融物变得非常有侵蚀性。常用于在低于500℃下保持碳酸盐的容器的富铬不锈钢和大多数其他合金在600℃以上经历快速腐蚀。因此，容器的腐蚀速率将洗涤温度限制为低于500℃。
另一不足之处与存在于煤粉中的杂质有关，这些杂质累积在熔融物中从而使其太粘。实际上，煤粉可能包含至少10％的杂质(即，具有小于30微米的粒度的飞灰)，这些杂质大部分是氧化铝和二氧化硅。因此，工艺的长期稳定性需要相当昂贵且不切实际的化学纯的碳粉。
尽管在从烟道气去除二氧化硫的领域中有已知技术，但本领域中仍需要进一步改进以便将SO2的含量减小到低于0.01％并且不消耗昂贵的材料，在与已知技术相比较时这可以导致成本节约提高。
而且，具有不会产生未被利用的废物的从烟道气去除二氧化硫的新型设备和方法也将是有用的。
同样地，具有相对于CO2而对SO2具有高选择性的从烟道气去除二氧化硫的新新型设备和方法将是有利的。
本发明部分消除了已知技术的缺点并且提供了用于从烟道气去除二氧化硫的新型设备和方法。该设备具有可顺序运作的洗涤区和再生区，该洗涤区和再生区经由锂、钠和钾的碳酸盐的熔融低共熔混合物彼此连通。
在洗涤区中，烟道气的入口流与熔融碳酸盐相互作用，产生二氧化硫的化学吸收和经洗涤气体的排放。在再生区中，发生碳酸盐、亚硫酸盐和硫酸盐的熔融混合物的化学再生或电化学再生，从而导致形成含硫蒸气，该含硫蒸气被冷却以将含硫蒸气转换成液相和固相以供进一步的收集和利用。
根据本发明的一些实施方式，用于从烟道气去除二氧化硫的方法包括将烟道气的可控入口流提供到洗涤区中。洗涤区包含处于第一预定温度的锂、钠和钾的碳酸盐的熔融低共熔混合物。例如，第一预定温度可以为大约400℃～大约500℃。
结果，烟道气通过吸收二氧化硫并且形成碳酸盐、亚硫酸盐和硫酸盐的熔融混合物以及经洗涤气体而进行洗涤。该方法还包括从洗涤区排出经洗涤气体的出口流。当需要时，在洗涤区内可以提供所述烟道气的湍流。
该方法还包括在再生区中将碳酸盐、亚硫酸盐和硫酸盐的熔融混合物加热到第二预定温度，该再生区与洗涤区液压连通。例如，第二预定温度可以为大约400℃～大约1000℃的范围内。
在加热之后，在再生区中提供碳酸盐、亚硫酸盐和硫酸盐的熔融混合物的化学再生或电化学再生以产生含硫蒸气。在从所述再生区释放含硫蒸气之后，冷却含硫蒸气以将其转化成液相和固相材料，这些液相和固相材料被收集和存储以供进一步的利用。
根据一些实施方式，化学熔融再生包括借助使还原剂气体通过碳酸盐、亚硫酸盐和硫酸盐的熔融混合物来利用所述气体混合物处理所述熔融混合物的步骤。例如，还原气体是包括一氧化碳的气体混合物。
根据一些实施方式，电化学熔融再生包括在再生区内使阳极和阴极与碳酸盐、亚硫酸盐和硫酸盐的熔融混合物接触；并且在阳极和阴极之间形成预定电场(例如，通过施加横跨阳极和阴极的预定电压，或电极之间的电位差)以在电极之间提供预定电流密度的电流。例如，预定电位差可以为大约0.5V～20V。例如，预定电流密度可以为大约0.005A/cm2～5A/cm2。
根据本发明的一些实施方式，设备包括界定(通过壳体壁)洗涤室和通过分隔壁与洗涤室分开的再生室的壳体。分隔壁具有开放区域以通过洗涤室和再生室共用的池提供洗涤室间的液压连通，并且还包括锂、钠和钾碳酸盐的熔融低共熔混合物。
洗涤室包括构造成用于接收所述烟道气的入口流的烟道气进入口，以及构造成用于从洗涤室排出经洗涤气体的出口流的经洗涤气体排出口。洗涤室构造成通过吸收池中的二氧化硫而在池中形成碳酸盐、亚硫酸盐和硫酸盐的熔融混合物来洗涤烟道气。再生室构造成用于产生含硫蒸气；并且包括构造成用于可控地释放在其中获得的含硫蒸气的含硫蒸气排出口。
根据本发明的一些实施方式，设备还包括含硫材料收集器，该含硫材料收集器经由冷却歧管连接至含硫蒸气排出口，该冷却歧管构造成用于冷却含硫蒸气，由此将所述含硫蒸气转化成液相和固相材料。
根据一些实施方式，本发明的设备的洗涤室包括洗涤室加热器，该洗涤室加热器构造成用于熔融锂、钠和钾的碳酸盐的低共熔混合物，由此提供熔融混合物并且将该熔融混合物保持在第一预定温度。当需要时，洗涤室可以包括第一温度传感器，该第一温度传感器布置在洗涤区内并且构造成用于测量第一预定温度以控制洗涤室加热器的运作。
根据一些实施方式，再生室包括再生室加热器，该再生室加热器构造成用于加热碳酸盐、亚硫酸盐和硫酸盐的熔融混合物并且将该熔融混合物保持在第二预定温度。当需要时，洗涤室可以包括第二温度传感器，该第二温度传感器布置在再生区内并且构造成用于测量第二预定温度以控制再生室加热器的运作。
根据一些实施方式，洗涤室包括多个挡板，所述多个挡板布置在洗涤室内并且构造成提供所述烟道气在洗涤区内的湍流。
在一些实施方式中，所述多个挡板中的第一挡板从洗涤室顶壁向下延伸到洗涤室的总高度的30％～50％的长度，使得第一挡板的底端和所述碳酸盐、亚硫酸盐和硫酸盐的熔融混合物的水平面之间的距离为洗涤室的高度的大约5％～大约30％。
烟道气进入口可以布置在洗涤室竖壁中。洗涤室壁的内部侧面和第一挡板之间的距离例如可以为洗涤室的长度的大约5％～大约25％。
根据一些实施方式，所述多个挡板中的第二挡板布置成平行于第一挡板并且相对于入口流在第一挡板的下游，使得第二挡板的底端浸入所述熔融混合物中，而第二挡板的顶端布置成与洗涤室壁的内部顶面的距离为洗涤室的总高度的大约5％～大约30％。
第二挡板的长度可以为洗涤室的高度的30％～50％。
第二挡板的底端和洗涤使的内部底面之间的距离可以为熔融混合物的池深的大约80％～99％。
第一挡板和第二挡板之间的距离可以为洗涤室的长度的大约5％～20％。
在一些实施方式中，提供洗涤室和再生室之间的液压连通的分隔壁从壳体顶壁向下延伸，使得分隔壁的底端和洗涤室底壁的内表面之间的距离为碳酸盐、亚硫酸盐和硫酸盐的熔融混合物的池深的30％～50％。
洗涤室的长度可以为所述壳体的总长度的70％～80％。
根据一些实施方式，用于从烟道气去除二氧化硫的设备包括：进气歧管，该进气歧管连接至烟道气进入口并且构造成用于提供烟道气的入口流；以及可控进口阀，该可控进口阀沿着进气歧管布置并且构造成用于调节所述烟道气的入口流速。
根据一些实施方式，用于从烟道气去除二氧化硫的设备包括：排气歧管，该排气歧管连接至经洗涤气体排出口并且构造成排出经洗涤气体的出口流；以及可控出口阀，该可控出口阀沿着进气歧管布置并且构造成调节所述经洗涤气体的出口流速。
根据一些实施方式，洗涤室还包括连接至洗涤室内的烟道气进入口的喷嘴。该喷嘴构造成调节进入洗涤室的烟道气的入口流的方向。
根据一些实施方式，再生室包括阳极和阴极，该阳极和阴极与碳酸盐、亚硫酸盐和硫酸盐的熔融混合物接触以形成再生区，该再生区构造成提供熔融混合物的电化学再生并且产生含硫蒸气。
壳体壁的内表面可以由包含选自钛、铝、锆、钽和铌的至少一种元素的合金制成。
再生室的壳体壁的内表面可以由钛制成。
阴极例如可以是钛电极。
阴极可以例如由包含选自钛、铝、锆、钽和铌的至少一种元素的合金制成。
阳极例如可以是选自钛电极、碳包覆的钛电极以及石墨电极的任一种电极。
阳极可以例如布置在再生室的底部处。
根据一些实施方式，阴极是浸入所述碳酸盐、亚硫酸盐和硫酸盐的熔融混合物中的电位电极，而所述阳极连接至再生室的底部的接地导电表面或与该导电表面结合。
根据一些实施方式，再生室包括还原气体进入口，该还原气体进入口构造成用于接收还原剂气体并且将其引导到池中以形成再生区，该再生区构造成提供熔融混合物的化学再生并且产生含硫蒸气。还原剂气体可以例如是包括一氧化碳的气体混合物。
根据一些实施方式，洗涤室还包括在池内布置在洗涤室的底部处的熔融混合物排出口，布置在洗涤室的顶部处的熔融混合物进入口；以及从洗涤室的洗涤室顶壁的内侧连接至熔融混合物进入口的喷洒器。熔融混合物排出口经由熔融混合物歧管连接至熔融混合物进入口，以提供从位于洗涤室的底部处的池到洗涤室的顶部的熔融混合物的循环，从而通过喷洒器在洗涤室内喷射。
根据一些实施方式，再生室包括在池内布置在再生室的底部处的另一熔融混合物排出口，布置在洗涤室的顶部处的熔融混合物进入口；以及从洗涤室的洗涤室顶壁的内侧连接至熔融混合物进入口的喷洒器。该另一熔融混合物排出口经由熔融混合物歧管连接至熔融混合物进入口，以提供从位于洗涤室的底部处的池到洗涤室的顶部的熔融混合物的循环，从而通过喷洒器在洗涤室内喷射。
根据一些实施方式，设备包括泵，该泵与熔融混合物歧管结合并且构造成提供用于使熔融混合物通过熔融混合物歧管循环的驱动力。
根据一些实施方式，设备包括熔融混合物过滤器，该熔融混合物过滤器布置在熔融混合物歧管内并且构造成用于滤出存在于烟道气中并且分散在熔融混合物的池中的烟灰。
根据本发明的设备的上述构造实现了其低制造成本。本发明的设备可以容易且有效地制造和销售，并且具有耐久且可靠的构造。
本发明的方法是非常经济的并且不需要昂贵的材料(贵金属或稀有金属、陶瓷衬套)，并且可以容易地整合到现有基础结构中。
本发明的技术实现了减少发电厂的含硫排放物，没有产生另外的液体或固体废物。
因此已经相当宽泛地概述了本发明的更重要的特征，使得下文跟随的其详细描述可以更好理解，并且对现有技术的本贡献可以更好地认识。本发明的其他细节和优点将在详细描述中进行阐明。
附图说明
为了理解本发明和了解实际上如何实施本发明，现在将通过仅仅非限制性示例的方式参照附图描述实施方式，附图中：
图1至图6示出了根据本发明的数个实施方式的用于气体存储的设备的示意性不完整纵剖面图。
具体实施方式
根据本发明的用于从烟道气去除二氧化硫(SO2)的设备的原理和工作参照附图和所附描述可以更好地理解，其中相同的附图标记自始至终用来指示相同的元件。应理解的是，这些附图不一定按比例绘制，仅为了说明性目的而提供，并且并不旨在限制本发明的范围。针对所选择的要素提供了构造、材料、尺寸和制造过程的示例。本领域技术人员应该理解所提供的许多示例具有可以利用的合适的替代方案。
参看图1，示出了根据本发明的实施方式的用于从烟道气去除二氧化硫的设备10的示意性不完整纵剖面图。应注意，为了清楚起见，该图不按比例绘制，并且不成比例。还应注意，该图中的块以及其它要素旨在仅作为功能实体，从而显示实体之间的功能关系，而非任何物理连接和/或物理关系。
根据本发明的实施方式，用于从烟道气去除二氧化硫(SO2)的设备10包括具有壳体壁12的壳体11。壳体壁12界定洗涤室13和再生室14。应该理解的是，壳体11可以具有任何期望的尺寸和形状，诸如圆筒形、棱柱形等。而且，空腔的尺寸可以具有任何期望的尺寸分布。例如，当壳体11具有长方体的形状时，洗涤室的长度可以为壳体11的总长的大约70％～80％。
壳体壁12的内表面可以由包含选自钛、铝、锆、钽和铌的至少一种元素的合金制成。
洗涤室13包括构造成用于接收烟道气的入口流的烟道气进入口131以及构造成从洗涤室13排出经洗涤气体的出口流的经洗涤气体排出口132。例如，烟道气进入口131可以布置在洗涤室竖壁124中。烟道气进入口131连接至构造成用于提供烟道气的入口流的进气歧管137。继而，经洗涤气体排出口132连接至构造成用于从洗涤室13排出经洗涤气体的出口流的排气歧管139。
根据本发明的实施方式，可控进口阀136和可控出口阀138分别沿着进气歧管137和排气歧管139布置。进口阀136构造成用于调节烟道气的入口流速，而出口阀138构造成用于调节经洗涤气体的出口流速。本文所使用的术语“阀”具有宽泛的含义并且涉及适于调节气体的流速的任何电气装置和/或机械装置。
根据本发明的实施方式，洗涤室13包括连接至该洗涤室13内的烟道气进入口131的喷嘴1310。喷嘴1310构造成用于调节进入洗涤室13的烟道气的入口流的方向。为此，为了提供希望的烟道气流在洗涤区13内的湍流，喷嘴1310可以相对于洗涤室竖壁124可控地被弯曲0度至180度的立体角(由箭头所示)。
例如，烟道气的入口流可以包括浓度为大约0.01体积％～5体积％的SO2，浓度为大约0.5体积％～5体积％的O2，浓度为大约0～25体积％的CO2，浓度为大约0～20体积％的H2O，余量的N2以及不可避免的杂质。继而，经洗涤气体的出口流与入口流的不同之处在于出口流根本不包含SO2或以基本上减小的浓度包含SO2。
根据本发明的实施方式，洗涤室13包含锂、钠和钾的碳酸盐的熔融低共熔混合物。洗涤室13形成洗涤区，该洗涤区构造成通过吸收二氧化硫来洗涤烟道气。操作工作中，在从入口流吸收二氧化硫之后，在洗涤室13内形成具有碳酸盐、亚硫酸盐和硫酸盐的熔融混合物的池133形成在洗涤室3内。如图1所示，具有壁12的壳体11是两个室13和14共用的。因此，池133也是洗涤室13和再生室14共用的，从而提供这两个室之间的液压连通。相带共用池的设备具有超过其中对于洗涤室13和再生室14是经由合适的导管管道连通的两个分开的室的设备，具有共用池的设备的具有优势。具体地特别是，具有共用池的设置允许可实现降低热损失，这是因为对于相同的熔融物量，具有总熔池的设备的总表面小于由导管管道(例如，管子)连接的洗涤室13和再生室14的总表面。提供本发明的提供可以导致用于待被将室加热并且保持在操作温度工作温度的室的电力(或燃料)的消耗的减少。而且，具有共用池的设置允许可实现降低管中熔融物凝固的风险并且降低为管选材的困难。此外，在具有共用池的装置中不需要用于在高温(即，400℃～500℃)下将熔融物从洗涤室13转移到再生室14的泵，在洗涤室13和再生室14分开时，这可能是单独的技术问题。
经洗涤气体(包含入口气体混合物的组分而没有SO2)通过经洗涤气体排出口132排出。
工作中，洗涤区内洗涤室13中的烟道气流是湍流。为了提供洗涤区内的湍流，洗涤室包括布置在洗涤室内的多个挡板。尽管图1中仅示出四个这样的挡板(125a、125b、125c和125d)，通常，可以设置任何合适数量的挡板以提供所希望的烟道气流在洗涤区13内的湍流。
根据本发明的实施方式，所述多个挡板中的第一挡板125a从洗涤室顶壁121的内侧向下延伸到洗涤室13的总高度的大约30％～大约50％的长度。在这种情况下，第一挡板125a的底端123与碳酸盐、亚硫酸盐和硫酸盐的熔融混合物的池133的水平面L之间的距离为洗涤室的高度的大约5％～大约30％。例如，洗涤室壁124的内侧面和第一挡板125a之间的距离可以为洗涤室的长度的大约5％～大约25％。
根据本发明的实施方式，所述多个挡板中的第二挡板125b布置成平行于第一挡板125a并且相对于所述入口流在第一挡板125a的下游。第一挡板125a和第二挡板125b之间的距离可以例如为洗涤室13的长度的大约5％～20％。
第二挡板125b的长度可以例如为洗涤室13的高度的大约30％～大约50％。第二挡板125b的底端126浸入熔融混合物的池133中，而第二挡板125b的顶端127布置成距洗涤室顶壁121的内表面预定距离。该预定距离可以例如为洗涤室的总高度的大约5％～大约30％。第二挡板125b的底端126和洗涤室底壁122的内表面之间的距离为熔融混合物的池深h的大约80％～大约99％。
再生室14通过分隔壁15与洗涤室13分开。分隔壁15从顶部壳体壁121向下延伸并且浸入由碳酸盐、亚硫酸盐和硫酸盐的熔融混合物形成的池133中。根据实施方式，分隔壁15在洗涤室13和再生室14之间具有开放区域18。该开放区域18的长度等于分隔壁15的底端151与壳体壁12的内底面之间的距离，其为碳酸盐、亚硫酸盐和硫酸盐的熔融混合物的池133的深度h的大约30％～大约50％。这样的分隔壁15的设置提供了在池133内在洗涤室13和再生室14之间的熔融混合物的液压连通。
根据实施方式，洗涤室13包括洗涤室加热器134，该洗涤室加热器构造成用于熔融锂、钠和钾的碳酸盐的低共熔混合物并且由此提供其熔融混合物，并且将熔融混合物保持在第一预定温度。例如，第一预定温度可以为大约400℃～大约500℃。
洗涤室13可以包括第一温度传感器135，该第一温度传感器布置在池133内的洗涤区中，并且构造成用于测量第一预定温度以控制洗涤室加热器134的运作。
再生室14包括阳极141和阴极142，该阳极和阴极与碳酸盐、亚硫酸盐和硫酸盐的熔融混合物的池133接触。再生室14形成再生区，在该再生区中发生碳酸盐、亚硫酸盐和硫酸盐的熔融混合物的电化学再生，并且产生含硫蒸气。如图1所示，阳极141布置在再生室14的底部处，而阴极142布置在竖直位置。
不过，当需要时，两个电极141和142都可以布置在竖直位置并且通过隔板(未示出)沿着气相分开。该设置可以防止含硫蒸气被阳极141上产生的氧气氧化。
当需要时，再生室14的底部可以是导电性的，并且阳极141可以连接至再生室14的底部的接地导电表面或与该导电表面结合。
阳极141可以是选自钛电极、碳包覆钛电极和石墨电极的电极。
阴极142可以是钛电极，或者可以由包含选自钛、铝、锆、钽和铌的至少一种元素的合金制成。
阴极142可以例如是浸入再生区内的碳酸盐、亚硫酸盐和硫酸盐的熔融混合物的池133中的电位电极。
工作中，横跨阳极141和阴极142施加预定电压以在其间提供具有预定电流密度的电流。在阳极和阴极之间施加的电压取决于设备的构造。例如，预定电压可以为大约0.5V～20V，这取决于电极之间的距离、电极的面积以及工作温度。因此，预定电流密度可以在大约0.005A/cm2～5A/cm2的范围内变化。
再生室14可以包括再生室加热器145，该再生室加热器构造成用于加热碳酸盐、亚硫酸盐和硫酸盐的熔融混合物并且将该熔融混合物保持在第二预定温度。例如，该第二预定温度可以为大约400℃～大约1000℃。为了经受这样高的温度，再生室14的壳体壁的内表面147可以例如由钛制成。
再生室14可以包括第二温度传感器146，该第二温度传感器布置在池133内的再生区中并且构造成用于测量第二预定温度以控制再生室加热器的运作。
再生室14还包括含一个或多个硫蒸气排出口144(图1中仅示出一个排出口144)，以及一个或多个对应的冷却歧管17(图1中仅示出了一个冷却歧管17)，通过所述冷却歧管从电化学再生产生的含硫蒸气从再生室14释放。冷却歧管17构造成冷却所述含硫蒸气，由此将含硫蒸气转化成液相和固相材料。冷却歧管17可以是由热传导材料制成的管，其通向大气并且放置在室温下。在这种情况下，含硫蒸气的冷却可以在材料通过冷却歧管17期间进行。当需要时，冷却歧管17可以布置在专用冷却装置(未示出)内。
用于去除二氧化硫的设备10可以包括含硫材料收集器16，该含硫材料收集器经由冷却歧管17连接至含硫蒸气排出口144。除其他材料之外，液相和固相材料的示例包括元素硫，以及SO2、SO3、H2S。这些SO2、SO3、H2S气体材料可以例如用于制造硫酸(H2SO4)。
含硫材料收集器16可以是任何适合的容器，诸如容器、罐、室、盒、壳体、框或任何其他可以用于收集和存储根据本发明的教导在再生期间获得的液相和固相材料的结构。
设备10可以包括或可连接至控制系统(未示出)，该控制系统连接至可控进口阀136并且连接至可控出口阀138，并且构造成用于控制阀的运作。同样地，控制系统可以被调节以控制洗涤室加热器134和再生室加热器145的运作。具体地，由第一温度传感器135和第二温度传感器146产生的信号可以经由连接线(未示出)或无线地传送至控制系统。响应于这些信号，控制系统可以产生对应的控制信号以控制洗涤室加热器134和再生室加热器145的运作。
当需要时，熔融低共熔混合物也可以在液体状态下从池提供并且在洗涤室13内喷射。
参看图2，示出了根据本发明的另一实施方式的用于从烟道气去除二氧化硫的设备20的示意性不完整纵剖面图。设备20与前述设备(图1中的10)的不同之处在于该设备20还包括在池133内布置在洗涤室13的底部处的熔融混合物排出口1311，以及布置在洗涤室13的顶部处的熔融混合物进入口1312。
洗涤室13还包括喷洒器1313，该喷洒器从洗涤室13的洗涤室顶壁121的内侧连接至熔融混合物进入口1312。熔融混合物排出口1311经由熔融混合物歧管1314连接至熔融混合物进入口1312，以提供熔融混合物从洗涤室13的底部处的池133到洗涤室13的顶部的循环，从而通过喷洒器1313在洗涤室13内喷射。
当需要时，熔融混合物出口阀1317可以沿着熔融混合物歧管1314布置。熔融混合物出口阀1317构造成调节熔融混合物的流速。
用于循环熔融混合物的驱动力由与熔融混合物歧管1314结合的泵1315提供。优选地，设备20还包括熔融混合物过滤器1316，该熔融混合物过滤器构造成用于滤出烟灰，该烟灰可能存在于烟道气中并且因此分散在熔融混合物的池133中。这样的过滤器是众所周知的，并且可以例如从英国的A&SMetallurgicalResources,Ltd.、德国的A.CESANAS.p.A.,DRACHEUMWELTTECHNIKGmbH等购买。
参看图3，示出了根据本发明的另一实施方式的用于从烟道气去除二氧化硫的设备30的示意性的不完整的纵剖面图。设备30与前述设备(图2中的20)的不同之处在于另一熔融混合物排出口1411在池133内布置在再生室14的底部，而不是如图2所示的布置在洗涤室13的底部处的熔融混合物排出口(图2中的1311)。在这种情况下，熔融混合物歧管1414被设置成连接至熔融混合物排出口1411，以提供熔融混合物从再生室14的底部处的池133到洗涤室13的顶部的循环，从而通过喷洒器1313在洗涤室13内喷射。
当需要时，可以沿着熔融混合物歧管1414布置另一熔融混合物出口阀1412。熔融混合物出口阀1412构造成调节熔融混合物的流速。
用于循环熔融混合物的驱动力由在这种情况下与熔融混合物歧管1414结合的泵1315提供。类似于图2所示的实施方式，设备30还可以包括构造成滤出烟灰的熔融混合物过滤器1316。
参看图4，示出了根据本发明的另一实施方式的用于从烟道气去除二氧化硫的设备40的示意性的不完整纵剖面图。设备40与前述设备(图1中的10)的不同之处在于以设备40在再生区中提供碳酸盐、亚硫酸盐和硫酸盐的熔融混合物的化学再生以产生含硫蒸气。根据该实施方式，再生室包括与还原气体进气歧管148结合的还原气体进入口143，该还原气体进气歧管构造成用于接收还原剂气体并且将其引导到池133中以形成再生区，该再生区构造成提供熔融混合物的化学再生并且产生所述含硫蒸气。例如，还原剂气体包括含有一氧化碳的气体混合物以提供化学再生，基本上根据下列反应：
Me2SO4+4CO＝Me2CO3+COS+2CO2
其中，Me是指示选自Na、K和Li的金属的符号。应注意，对于Na、K和Li的硫酸盐的该反应的吉布斯自由能是大约-100kJ/mol。这意味着该反应是自发的并且伴有COS生成的过程进行完全。
当需要时，可以沿着还原气体进气歧管148布置还原气体进口阀149。还原气体进口阀149构造成调节还原气体的入口流速。
工作中，还原气体经过碳酸盐、亚硫酸盐和硫酸盐的熔融混合物的池。当需要时，碳酸盐、亚硫酸盐和硫酸盐的熔融混合物可以在池中加热并且保持在第二预定温度。在这种情况下，第二预定温度可以例如为大约400℃～大约1000℃。
当需要时，类似于图2和图3所示的实施方式，熔融低共熔混合物也可以以液体状态从池提供以进行循环并且在洗涤室13内喷射。
参看图5，示出了根据本发明的另一实施方式的用于从烟道气去除二氧化硫的设备50的示意性的不完整的纵剖面图。该设备50与设备(图4中的40)的不同之处在于，类似于前述设备(图2中的20)，该设备50还包括在池133内布置在洗涤室13的底部处的熔融混合物排出口1311，以及布置在洗涤室13的顶部处的熔融混合物进入口1312。洗涤室13还包括喷洒器1313，该喷洒器从洗涤室13的洗涤室顶壁121的内侧连接至熔融混合物进入口1312。熔融混合物排出口1311经由熔融混合物歧管1314连接至熔融混合物进入口1312，以提供熔融混合物从洗涤室13的底部处的池133到洗涤室13的顶部的循环，从而通过喷洒器1313在洗涤室13内喷射。用于循环熔融混合物的驱动力由与熔融混合物歧管1314结合的泵1315提供。优选地，设备20还包括熔融混合物过滤器1316，该过滤器构造成用于滤出烟灰，该烟灰可能存在于烟道气中，并且因此分散在熔融混合物的池133中。当需要时，熔融混合物出口阀1317可以沿着熔融混合物歧管1314布置以调节熔融混合物的流速。
参看图6，示出了根据本发明的又一实施方式的用于从烟道气去除二氧化硫的设备60的示意性的不完整的纵剖面图。设备60与前述设备(图5中的50)的不同之处在于，类似于前述设备(图3中的30)，另一熔融混合物排出口1411在池133内布置在再生室14的底部处。在这种情况下，通过连接至熔融混合物排出口1411的熔融混合物歧管1414进行熔融混合物从池133到洗涤室13的顶部的循环，从而通过喷洒器1313在洗涤室13内喷射。类似于前述设备(图3中的设备30)，可以沿着熔融混合物歧管1414布置构造成调节熔融混合物的流速的另一熔融混合物出口阀1412。用于循环熔融混合物的驱动力由在这种情况下与熔融混合物歧管1414结合的泵1315提供。优选地，设备60还包括构造成用于滤出烟灰的熔融混合物过滤器1316。
因而，本发明所属领域技术人员可以理解，虽然已根据优选实施方式描述了本发明，但是本公开所根据的构思可以容易地用作设计实施本发明的多个目的的其他结构系统和工艺的基础。
当需要时，可以在管道周围安装热交换器(未示出)以保持管道内的所需温度。在这种情况下，洗涤室的壁以及再生室的壁可以由类似的或不同的材料制成。
尽管图2、图5以及图3、图6示出的实施方式相应地示出了从池提供熔融低共熔混合物以分别用于从洗涤室13和从再生室14的循环的设置，但在需要时，熔融混合物歧管1314和1414可以在泵1315和/或熔融混合物过滤器1316之前或之后合并在一起(未示出)。结果，从再生室14通过熔融混合物歧管1414流出的熔融混合物流可以在通过歧管1314和1414的合并部传送到洗涤室13的顶部的共用流中汇合到从洗涤室13通过熔融混合物歧管1314流出的熔融混合物流中，以通过喷洒器1313在洗涤室13内喷射。
而且，应理解，本文所采用的措辞和术语是用于描述的目的并且不应被认为是限制。
最后，应注意，整个所附权利要求书中所使用的词语“包括”应被解释为指“包括但不限于”。
因此重要的是，本发明的范围不应被理解为受到本文所阐明的说明性实施方式限制。其他变型在如所附的权利要求书限定的本发明的范围内是可能的。特征、功能、要素和/或特性的其他组合和子组合可以通过修改本权利要求或在该申请或相关申请中提出新权利要求来要求保护。这样修改的或新的权利要求，无论它们是涉及不同组合还是涉及相同组合，无论与原始权利要求相比在范围上不同、更宽、更窄或相同，也被认为是被包括在本说明书的主题内。

Claims (40)

1.一种用于从烟道气去除二氧化硫的设备，所述设备包括：
壳体(11)，所述壳体界定洗涤室(13)和通过具有开放区域(18)的分隔壁(15)与该洗涤室(13)分开的再生室(14)，以通过所述洗涤室和所述再生室共用的池(133)提供所述洗涤室(13)间的液压连通，并且所述壳体包含锂、钠和钾的碳酸盐的熔融低共熔混合物；所述洗涤室(13)包括：烟道气进入口(131)，所述烟道气进入口构造成用于接收所述烟道气的入口流；以及经洗涤气体排出口(132)，所述经洗涤气体排出口构造成用于从所述洗涤室排出经洗涤气体的出口流；所述洗涤室(13)构造成用于通过在所述池(133)中吸收所述二氧化硫而在所述池中形成碳酸盐、亚硫酸盐和硫酸盐的熔融混合物来洗涤所述烟道气；所述再生室(14)构造成用于产生含硫蒸气；并且包括构造成用于可控地释放在其中获得的所述含硫蒸气的含硫蒸气排出口(144)；以及
含硫材料收集器(16)，所述含硫材料收集器经由冷却歧管(17)连接至所述含硫蒸气排出口(144)，所述冷却歧管构造成用于冷却所述含硫蒸气，并且由此将所述含硫蒸气转化成液相和固相材料。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述洗涤室包括洗涤室加热器(134)，所述洗涤室加热器构造成用于熔融锂、钠和钾的碳酸盐的低共熔混合物，并且由此提供所述熔融混合物，并且将所述熔融混合物保持在第一预定温度。
3.根据权利要求2所述的设备，所述设备包括第一温度传感器(135)，所述第一温度传感器布置在所述洗涤室(13)内并且构造成用于测量所述第一预定温度以控制所述洗涤室加热器(134)的运作。
4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述洗涤室(13)包括多个挡板，所述多个挡板布置在所述洗涤室内并且构造成用于提供所述烟道气在所述洗涤区内的湍流。
5.根据权利要求4所述的设备，其中，所述多个挡板的第一挡板(125a)从洗涤室顶壁(121)向下延伸到所述洗涤室(13)的总高度的30％～50％的长度，使得所述第一挡板的底端(123)与所述碳酸盐、亚硫酸盐和硫酸盐的熔融混合物的水平面(L)之间的距离为所述洗涤室(13)的高度的5％～30％。
6.根据权利要求5所述的设备，其中，所述烟道气进入口(131)布置在洗涤室竖壁(124)中；并且所述洗涤室竖壁(124)的内侧面和所述第一挡板之间的距离为所述洗涤室的长度的5％～25％。
7.根据权利要求6所述的设备，其中，所述多个挡板的第二挡板(125b)布置成平行于所述第一挡板(125a)并且相对于所述入口流在所述第一挡板(125a)的下游，使得所述第二挡板的底端(126)浸入所述熔融混合物中，而所述第二挡板(125b)的顶端(127)布置成与所述洗涤室顶壁(121)的内表面的距离为所述洗涤室的总高度的5％～30％。
8.根据权利要求7所述的设备，其中，所述第二挡板(125b)的长度为所述洗涤室的高度的30％～50％。
9.根据权利要求7所述的设备，其中，所述第二挡板(125b)的所述底端(126)和洗涤室底壁(122)的内表面之间的距离为所述熔融混合物的池深的80％～99％。
10.根据权利要求7所述的设备，其中，所述第一挡板(125a)和所述第二挡板(125b)之间的距离为所述洗涤室(13)的长度的5％～20％。
11.根据权利要求1所述的设备，其中，所述洗涤室(13)和所述再生室(14)之间的所述分隔壁(15)从洗涤室顶壁(121)向下延伸，使得所述分隔壁的底端(151)和洗涤室底壁(122)的内表面之间的距离为所述碳酸盐、亚硫酸盐和硫酸盐的熔融混合物的池深的30％～50％。
12.根据权利要求1所述的设备，其中，所述洗涤室的长度为所述壳体的总长度的70％～80％。
13.根据权利要求1所述的设备，该设备还包括：进气歧管(137)，所述进气歧管连接至所述烟道气进入口(131)并且构造成用于提供所述烟道气的入口流；以及可控入口阀(136)，所述可控进口阀沿着所述进气歧管(137)布置并且构造成调节所述烟道气的入口流速。
14.根据权利要求1所述的设备，该设备包括：排气歧管(139)，所述排气歧管连接至所述经洗涤气体排出口(132)并且构造成用于排出所述经洗涤气体的出口流；以及可控出口阀(138)，所述可控出口阀沿着所述排气歧管(139)布置并且构造成调节所述经洗涤气体的出口流速。
15.根据权利要求1所述的设备，其中，所述再生室包括再生室加热器(145)，所述再生室加热器构造成用于将所述碳酸盐、亚硫酸盐和硫酸盐的熔融混合物加热并保持在第二预定温度。
16.根据权利要求15所述的设备，所述设备包括第二温度传感器(146)，所述第二温度传感器布置在再生区内并且构造成用于测量所述第二预定温度以控制所述再生室加热器的运作。
17.根据权利要求1所述的设备，其中，所述洗涤室(13)还包括连接至所述洗涤室(13)内的所述烟道气进入口(131)的喷嘴(1310)，所述喷嘴(1310)构造成用于调节进入所述洗涤室(13)中的所述烟道气的入口流的方向。
18.根据权利要求1所述的设备，其中，所述再生室(14)包括阳极(141)和阴极(142)，所述阳极和所述阴极与所述碳酸盐、亚硫酸盐和硫酸盐的熔融混合物接触以形成再生区，所述再生区构造成用于提供所述熔融混合物的电化学再生并且产生含硫蒸气。
19.根据权利要求18所述的设备，其中，所述阴极(142)是钛电极。
20.根据权利要求18所述的设备，其中，所述阴极(142)是由包含选自钛、铝、锆、钽和铌的至少一种元素的合金制成。
21.根据权利要求18所述的设备，其中，所述阳极(141)是选自钛电极、碳包覆钛电极和石墨电极的任一种电极。
22.根据权利要求18所述的设备，其中，所述阳极(141)布置在所述再生室(14)的底部处。
23.根据权利要求18所述的设备，其中，所述阴极(142)是浸入所述碳酸盐、亚硫酸盐和硫酸盐的熔融混合物中的电位电极，而所述阳极连接至所述再生室(14)的底部的接地导电表面或与该导电表面结合。
24.根据权利要求1所述的设备，其中，所述再生室(14)包括还原气体进入口，所述还原气体进入口构造成用于接收还原剂气体并且将其引导到所述池中以形成再生区，所述再生区构造成用于提供所述熔融混合物的化学再生并且产生所述含硫蒸气。
25.根据权利要求24所述的设备，其中，所述还原剂气体包括含有一氧化碳的气体混合物。
26.根据权利要求1所述的设备，其中，所述再生室内的壳体壁(12)的内表面由钛制成。
27.根据权利要求1所述的设备，其中，壳体壁(12)的内表面由包含选自钛、铝、锆、钽和铌的至少一种元素的合金制成。
28.根据权利要求1所述的设备，其中，所述洗涤室(13)还包括：
在所述池(133)内布置在所述洗涤室(13)的底部处的熔融混合物排出口(1311)；
布置在所述洗涤室(13)的顶部处的熔融混合物进入口(1312)，以及喷洒器(1313)，所述喷洒器从所述洗涤室(13)的洗涤室顶壁(121)的内侧连接至所述熔融混合物进入口(1312)；所述熔融混合物排出口(1311)经由熔融混合物歧管(1314)连接至所述熔融混合物进入口(1312)，以提供所述熔融混合物从所述洗涤室(13)的底部处的所述池(133)到所述洗涤室(13)的顶部的循环，从而通过所述喷洒器(1313)在所述洗涤室(13)内喷射。
29.根据权利要求1所述的设备，其中，所述再生室(14)包括：
在所述池(133)内布置在所述再生室(4)的底部处的另一熔融混合物排出口(1411)；
布置在所述洗涤室(13)的顶部处的熔融混合物进入口(1312)，以及喷洒器(1313)，所述喷洒器从所述洗涤室(13)的洗涤室顶壁(121)的内侧连接至所述熔融混合物进入口(1312)；所述另一熔融混合物排出口(1411)经由熔融混合物歧管(1414)连接至所述熔融混合物进入口(1312)，以提供所述熔融混合物从所述洗涤室(13)的底部处的所述池(133)到所述洗涤室(13)的顶部的循环，从而通过所述喷洒器(1313)在所述洗涤室(13)内喷射。
30.根据权利要求28或29所述的设备，所述设备包括泵(1315)，所述泵与所述熔融混合物歧管(1314或1414)结合并且构造成提供用于使所述熔融混合物通过所述熔融混合物歧管(1314或1414)循环的驱动力。
31.根据权利要求30所述的设备，所述设备包括熔融混合物过滤器(1316)，所述熔融混合物过滤器布置在所述熔融混合物歧管(1314或1414)内并且构造成用于滤出烟灰，所述烟灰存在于所述烟道气中并且分散在所述熔融混合物的池(133)中。
32.一种用于从烟道气去除二氧化硫的方法，所述方法包括：
提供洗涤区和与该洗涤区分开的再生区，所述洗涤区和所述再生区之间通过洗涤室和再生室共用的池而处于液压连通，所述池包含处于第一预定温度的锂、钠和钾的碳酸盐的熔融低共熔混合物；
将所述烟道气的可控入口流提供到所述洗涤区中；并且由此通过吸收所述二氧化硫而洗涤所述烟道气，并且形成碳酸盐、亚硫酸盐和硫酸盐的熔融混合物以及经洗涤气体；
在再生区中将所述碳酸盐、亚硫酸盐和硫酸盐的熔融混合物加热到第二预定温度并由所述碳酸盐、亚硫酸盐和硫酸盐的熔融混合物产生含硫蒸气；由此提供所述碳酸盐、亚硫酸盐和硫酸盐的熔融混合物的熔融再生；
从所述再生区释放所述含硫蒸气；
冷却释放的含硫蒸气以将所述释放的含硫蒸气转化成液相和固相材料；以及
收集所述液相和固相材料以供进一步利用。
33.根据权利要求32所述的方法，其中，所述产生含硫蒸气的步骤包括电化学熔融再生，所述电化学熔融再生包括以下步骤：提供阳极和阴极，并且使所述阳极和所述阴极与所述碳酸盐、亚硫酸盐和硫酸盐的熔融混合物在再生区内接触；以及横跨所述阳极和所述阴极施加预定电压以在其间提供具有预定电流密度的电流。
34.根据权利要求33所述的方法，其中，所述预定电压为0.5V～20V。
35.根据权利要求33或34所述的方法，其中，所述预定电流密度为0.005A/cm2～5A/cm2。
36.根据权利要求32所述的方法，其中，所述产生含硫蒸气的步骤包括化学熔融再生，所述化学熔融再生包括以下步骤：通过使还原剂气体通过所述碳酸盐、亚硫酸盐和硫酸盐的熔融混合物来利用所述气体混合物处理所述熔融混合物。
37.根据权利要求36所述的方法，其中，所述还原剂气体是包括一氧化碳的气体混合物。
38.根据权利要求32所述的方法，其中，所述第一预定温度为400℃～500℃的温度，所述第二预定温度为400℃～1000℃的温度。
39.根据权利要求32所述的方法，该方法包括从所述洗涤区排出经洗涤气体的出口流。
40.根据权利要求39所述的方法，该方法包括在所述洗涤区内提供所述烟道气的湍流。
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