CN106659961A - 用于表面电荷改变的方法 - Google Patents
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Abstract
公开了一种表面电荷改变以及减少燃烧过程中排放的烟气中所含颗粒物质的方法，包括所述烟气通过反应器(1)，在该反应器(1)中，烟气与水溶性液体多元醇或所述多元醇与水的混合物密切接触；优选地还使烟气通过另一反应器(3)，在该反应器(3)中，所述烟气与水接触；优选地，使离开反应器(1)的烟气在被供给到所述另一反应器(3)之前通过除雾器(2)。
Description
技术领域
本发明涉及用于表面电荷改变以及减少由有机物质(例如污泥，生物质，垃圾，来自厌氧消化的燃料和固体燃料)燃烧产生的颗粒物质的方法。
背景技术
颗粒物质(PM)由一组分散在大气中的非常小的颗粒(固体或液体)形成。基于颗粒物质的特征尺寸将其分类为：细粉尘(也称作PM10)，包括尺寸小至10微米直径的所有颗粒，以及PM2.5,其包括直径接近于2.5微米的所有颗粒。还有一种直径<0.1μm的主要由燃烧残留物(PM0.1)形成的超细的颗粒物质(UFP)。
当颗粒通过诸如车辆，工业厂房，建筑工地和有机材料的燃烧直接排放到大气中时，指的是“初级”颗粒物质。
相反“次级”颗粒来自于主要气态物质的化学转化和缩合过程，并且主要由来源于二氧化硫和氮氧化物转化产物与氨的反应和源于有机物质(所谓的“有机组分”)的硫酸盐和硝酸盐组成。
一般而言，PM10的“粗”部分，即尺寸在2.5和10微米之间，主要由初级颗粒组成，而PM2.5特别包括次级颗粒。
燃烧过程产生由碳质核形成的颗粒，在其表面上吸附各种未燃烧物质或高温反应产物。这些物质包括硫酸盐、金属、有机化合物(例如烃类)以及他们的衍生物。这些颗粒的尺寸在从千分之几微米到几十微米的宽范围尺寸内变化。关于机动车辆排放，柴油发动机排放物中的颗粒物质主要包括元素碳，其中吸附有机物质以及痕量的金属化合物，而由汽油发动机排放的颗粒物质主要由无机化物组成，包括金属化合物以及少量的有机部分。
鉴于他们尺寸小，细粉尘-特别是更细的组分-可透入肺的更纤弱的部分，即肺泡，并且部分地到达淋巴和血管。
持续的外部物质渗透进入肺泡可能破坏负责气体交换(氧的摄取和二氧化碳的排出)的细胞层并引发呼吸问题。此外，这些颗粒是有毒的和/或致癌的并且随着时间的过去可能导致重大疾病。
许多流行病研究已经证明了PM10尤其是PM2.5的危险性质。PM2.5实际上是数以千计的化合物的复杂混合物，并且这些化合物中部分是非常有毒的。尤其是这些有毒的化合物包括多环芳香烃，其癌性性质已得到充分证明。
PM10和PM2.5的有害效应与浓度成比例并且(已经由世界健康组织公开宣布了)不可能确定不再构成健康风险的低于PM10或PM2.5的值。在污染物浓度更高的那些日子，影响可能是严重的，例如严重的呼吸传染病，哮喘发作，血液循环问题以及局部缺血，有呼吸和心脏问题的人易于在这种条件恶化。归因于长时间存在于空气中的污染物的其他慢性效应为：持续性咳嗽和粘膜炎，慢性支气管炎或肺容量减少。
因此期望减少最低可能水平的颗粒物质的排放，尤其是与涉及有机物质燃烧过程相关联的PM10、PM10和PM0.1。
本说明书以下具体描述涉及用于表面电荷改变以及减少由污泥、生物质、垃圾、来自厌氧消化的燃料和与用于从该有机材料产生电能和/或热能的设备结合使用的固体燃料燃烧过程产生的颗粒物质的方法，但是本方法也适应于来自任何类型的燃烧过程的颗粒物质的减少。
与用于以上所述的污泥和生物质的燃烧的方法相关联的用于减少引入到大气中的颗粒物质的减少的装置，目前使用的有例如旋风分离器、洗涤器、袋式过滤器以及静电除尘器。
然而，这些颗粒物减少装置的效率在PM10，PM2.5和PM0.1排放水平的降低方面并不完全令人满意。
这些惯用技术手段没有考虑疏水性以及静电特性，因为颗粒在相等极性的条件下带电，因此彼此排斥。
公开号为WO 00/30733 Al专利文献，公开了用于处理包括氮的氧化物的燃烧流出物的方法，其中所述燃烧流出物用包含尿素、水和含氧有机化合物的液体处理添加剂组合物在催化剂存在下进行处理。特别是，该添加剂组合物包括30-70％b.w.的水，20-40％b.w.的尿素以及1-40b.w.的含氧有机化合物，其可以是例如丙二醇。
本方法旨在减少NO2排放以及没有颗粒物排放，该方法基于尿素以及催化剂的使用，而使用含氧有机化合物，如实施例3所示，是任选的。
专利文献WO 00/30733 Al没有公开适于执行本文所描述的方法的任何装置。
专利文献US 3 209 519 A涉及通过用液体吸收剂吸收水蒸气而使含水分天然气脱水。在液体吸收剂中，可以使用含有接近于2％水的二甘醇和三甘醇溶液。
专利文献6 391 100 Bl公开了用于从气体流中去除颗粒以及不希望得到的气体的气体洗涤器，其包括适于使气流与流体113密切接触的容器110(图1)，流体可以是水或包括丙二醇。该文献没有公开适于使从上述容器排出的气体与水密切接触的反应器。
专利文献WO 00/56844 Al公开了用于干燥天然气的方法和装置，其中包括水的天然气被供给到湍流接触器(turbulent contactor)11(图1)，其可以是文丘里管，其中还加入三甘醇，以便吸收包括在气体中的水，然后传输到气体/液体分离器。没有公开适于使从上述接触器中排出的气体与水密切接触的反应器。
发明内容
因此本发明的一个目标在于提供一种用于表面电荷改变并减少燃烧过程中排放的烟气中所含颗粒物质的方法，其包括使这些烟气通过反应器，其中这些烟气与水溶性液体多元醇或所述多元醇与水的混合物密切接触。
优选地，该方法设想了使从上述反应器中离开的烟气通过另一反应器的随后的步骤，其中所述气体与水密切接触。
优选地，根据本发明的方法还包括在烟气被供给到上述另一反应器之前，使离开上述反应器的烟气通过除雾器的步骤。
优选地，上述反应器由洗涤器组成，其使用水溶性液体多元醇或所述多元醇与水的混合物作为洗涤液。
优选地，上述另一反应器由洗涤器组成，其使用水作为洗涤液。
优选地，上述水溶性液体多元醇是乙二醇，并且有利地为丙二醇或者丙二醇/水的混合物。
优选地，上述丙二醇/水的混合物包括相对于所述混合物的总重量，水的重量不超过60％，并且有利地为5％到20％。
根据本发明的一个方面，本发明涉及一种用于表面电荷改变并减少燃烧过程中排放的烟气中所含颗粒物质的设备，包括适于使这些烟气与水溶性液体多元醇或所述多元醇与水的混合物密切接触的反应器，以及适于使离开上述反应器的烟气与水密切接触的另一反应器。
优选地，根据本发明的设备还包括设置在上述反应器和上述另一反应器之间的除雾器。
优选地，上述反应器由洗涤器组成，其使用水溶性液体多元醇或所述多元醇与水的混合物作为洗涤液。
优选地，上述另一反应器由洗涤器组成，其使用水作为洗涤液。
上述的洗涤器可包括文丘里洗涤器，惯性洗涤器，如专利申请EP 0 749 772所描述的洗涤器或其组合。
根据本发明的另一方面，本发明涉及水溶性液体多元醇或所述多元醇和水的混合物作为洗涤器中的洗涤液的用途。
优选地，多元醇是乙二醇，有利地是丙二醇或丙二醇/水的混合物。
优选地，丙二醇/水的混合物包括相对于所述混合物的总重量不超过60％重量的水，并且便利地为相对于所述混合物的总重量含有5％至20％重量的水。
令人惊奇地发现，使用水溶性液体多元醇或所述多元醇与水的混合物，特别是丙二醇或丙二醇/水混合物，尤其是含有水的重量不超过60％的丙二醇混合物，作为在洗涤器内部的洗涤液，由燃烧过程产生的烟气通过洗涤器，导致颗粒物质的几乎完全消除，PM10和PM2.5值基本上归零，从该洗涤器排出的烟气的PM0.1显著减少。
随后通过使用水作为洗涤液的第二洗涤器，可让在离开第一洗涤器的烟气中以雾化形式存在的丙二醇或其它水溶性液体多元醇减少，并在烟气排放到大气之前将其冷却。
在适当的情况下，在将烟气供给到第二洗涤器之前，使离开第一洗涤器的烟气通过除雾器具有实现由烟气输送的丙二醇或其它多元醇雾的初始减少的功能。
在不遵循任何特定理论的情况下，假定使用水溶性液体多元醇，特别是丙二醇或其与水的混合物作为第一洗涤器内部的洗涤液获得的颗粒物质的令人惊奇的减少可归因于多元醇(特别是丙二醇)与吸附在由燃烧过程产生的颗粒形成的碳质颗粒上的亲脂性有机化合物(例如多环芳香烃)的亲和力。由于液体多元醇，例如聚丙二醇也是水溶性的，使从第一洗涤器离开并且运输丙二醇或其它水溶性液体多元醇的雾的烟气随后通过第二水洗涤器，可让雾化的丙二醇(或其它的水溶性液体多元醇)在烟气被排放到大气之前减少。
关于对于本发明目的特别优选的水性液体多元醇，即丙二醇，应该说，该化合物具有足够高的沸点(188.2℃)可完全放心地用于处理烟气。使用丙二醇在洗涤器入口处理的烟气必定具有比后者的沸点低的温度。此外，从毒理学的角度丙二醇是完全安全的物质，因为其特征在于绝对缺乏致癌和遗传毒性作用。
实际上丙二醇目前被用在药物、食品以及化妆器行业(化妆品成分审查(OR)小组认为丙二醇浓度多达50％对于化妆品应用是安全的)。
因此根据本发明的方法，对于机器操作人员在完全安全的条件下，可让来源于燃烧过程的烟气中存在的颗粒物质去除，同时充分环保。
本发明将参照其仅仅通过非限制性实例的方式提供实施例，同时参照附图进一步描述。
附图说明
图1以完全示意的形式示出了用于实现根据本发明的方法的实施方式的设备。
图2示出了用在根据本发明的方法中的洗涤器的横截面示意图。
优选实施方式的详细说明
图1以完全示意的方式示出了用于执行根据本发明的方法的设备，其包括反应器1，反应器1通常由洗涤器组成；除雾器2以及另一反应器3，该另一反应器通常也由洗涤器组成。
参照该图，根据本发明的方法设想将由燃烧过程产生的烟气供给到反应器1。在该反应器1中，烟气与一液体流密切接触，该液体流由水溶性多元醇(特别是乙二醇并且优选地为丙二醇)或该多元醇与水的混合物(优选地丙二醇/水混合物)组成，其从这些烟气中提取容纳其中的固体颗粒物质。离开反应器1液体流被输送到净化级(通过过滤或离心法)并且一经净化后可返回供给到反应器1。
离开反应器1的烟气被供给到除雾器2。该除雾器2可以是例如格栅或金属垫类型，以用于将以气溶胶的形式被夹带于离开反应器1的烟气之中的特别是丙二醇的多元醇截留下(pull down)。
离开除雾器2的烟气然后被供给到另一反应器3，并在反应器3中与水流接触，以从烟气中提取出在除雾器2内没有被消除的残余的多元醇(例如丙二醇)液滴。因此，反应器3排放包含溶解形式的没有在除雾器2内消除的上述多元醇(例如丙二醇)的水流以及一定温度的适于直接排放到大气中基本上没有颗粒物质的烟气流。
从反应器3排放的水被输送到合适的处理级以进行净化(通过膜滤器)以使其从多元醇(例如丙二醇)以及剩余的颗粒物质中脱离。
如以上所述的反应器1和3典型地为的洗涤器，并且可以是常规的文丘里洗涤器(Venturi scrubber)或惯性洗涤器(inertial scrubber)或者是例如在专利申请EP 0 749772中描述的洗涤器那样的洗涤器，该洗涤器在图2中示意性地示出。它包括：
-具有圆柱形内壁的管状体11，管状体配备有冷却套管14并在其相对的两端处由端板12,13封闭，以及设置有至少一个用于烟气体进入的入口孔15和至少一个排放孔16，
-纵向延伸并可旋转地支撑在所述管状体11内的共轴的轴17，
-径向固定在所述轴17上的至少一组叶片18，
-至少一个纯圆锥形状的旋转体19，所述旋转体19固定在所述轴17上并与所述轴17同轴，所述旋转体的基部面向排放孔并且具有与圆柱形的管状体11的内壁的直径几乎相同的直径，由此形成环形通道，
-用于使液体从所述至少一个纯圆锥形状的旋转体的上游进入管状体11中的装置10，和
-可选地，在圆柱形的管状体11的内壁上的一个或多个喷嘴20，用于液体的喷射进入。
通过使用该装置，在下文所示的实例中，根据本发明的方法可以应用于通过燃烧生物质来产生电能的设备的烟气。
实例
通过燃烧生物质(木质材料/农业和工业废物)来产生电能的设备的烟气被持续不断地供给到文丘里洗涤器1，其中使用丙二醇作为洗涤液。
经过丙二醇清洗的烟气以及丙二醇流，从洗涤器1不断地被排放。从洗涤器1输出的烟气被连续不断地供给进入到格栅类型的除雾器2，其用于消除烟雾形式的烟气夹带的大部分丙二醇。
烟气流以及丙二醇流从除雾器连续不断地被排放。丙二醇与从洗涤器1排放的丙二醇再次结合并输送到离心净化阶段。
离开除雾器的烟气被供给到文丘里洗涤器3，其中水作为洗涤液。
包含在除雾器中没有消除的残余的丙二醇的水流以及基本上没有颗粒物质的烟气流被从洗涤器3连续不断地排放出。
特别地，这些烟气中的PM 10的测定值<0.2μg/m 3，PM 2.5的测定值<0.1μg/m3(PM0.1<0.05μg/m3)。
从洗涤器3中排放的水被输送到膜过滤器以便净化水。
Claims (13)
1.一种用于表面电荷改变以及减少燃烧过程中排放的烟气中所含颗粒物质的方法，其包括使所述烟气体通过反应器(1)，在所述反应器(1)，所述烟气与水溶性液体多元醇或所述多元醇与水的混合物密切接触。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述水溶性液体多元醇为乙二醇，优选地为丙二醇。
3.根据权利要求1或2所述的方法，包括使离开所述反应器(1)的所述烟气通过另一反应器(30)的步骤，在所述另一反应器(30)中，所述烟气与水密切接触。
4.根据权利要求3所述的方法，包括在所述烟气被供给到所述另一反应器(3)之前，使离开所述反应器(1)的所述烟气通过除雾器(2)的步骤。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述反应器(1)是洗涤器，优选地是文丘里洗涤器或惯性洗涤器。
6.根据权利要求3或4所述的方法，其中所述另一反应器(2)是洗涤器，优选地是文丘里洗涤器或惯性洗涤器。
7.用于减少燃烧过程中排放的烟气中所含颗粒物质的设备，包括：反应器(1)，其适于使所述烟气与水溶性液体多元醇或所述多元醇与水的混合物密切接触；以及适于使离开所述反应器(1)的烟气与密切水密切接触的另一反应器(3)。
8.根据权利要求7所述的设备，其中所述反应器(1)和所述另一反应器(3)由洗涤器组成。
9.根据权利要求8所述的设备，其中所述洗涤器由文丘里洗涤器或惯性洗涤器或包括如下的洗涤器组成：
-具有圆柱形内壁(11a)的管状体(11)，所述管状体配备有冷却套管(14)并且在其相对的端部处由端板(12,13)封闭，以及设置有至少一个用于烟气体进入的入口孔(15)和至少一个排放孔(16)，
-纵向延伸并可旋转地支撑在所述管状体(11)内的共轴的轴(17)，
-径向固定在所述轴(17)上的至少一组叶片(18)，
-至少一个纯圆锥形状的旋转体(19)，所述旋转体(19)固定于所述轴(17)并与所述轴(17)同轴，所述旋转体的基部面向所述排放孔并且具有与所述圆柱形的管状体(11)的内壁的直径几乎相同的直径，由此形成环形通道，
-用于使液体从所述至少一个纯圆锥形状的旋转体(19)的上游进入管状体(11)中的装置(10)，和
-可选地在所述圆柱形的管状体(11)的内壁上的用于液体喷射进入的一个或多个喷嘴(20)。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的设备，包括设置在所述反应器(1)和所述另一反应器(3)之间的除雾器(2)。
11.水溶性液体多元醇或所述多元醇和水的混合物作为洗涤器中的洗涤液的用途。
12.根据权利要求11所述的用途，其中所述水溶性液体多元醇是丙二醇。
13.根据权利要求12所述的用途，其中丙二醇/水的混合物包含相对于所述混合物的总重量不超过60％的重量的水，优选地相对于所述混合物的总重量含有5％至20％的水的混合物用作所述洗涤液。
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