JPH0134646B2 - - Google Patents
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- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
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Description
本発明は酸性ガスを液体噴霧と接触させる工程
を使用する、酸性ガスを冷却し、且つ中和する方
法及び装置に関するものである。
高い割合の有害物質を含有する産業ガスを大気
に放散する問題はずつと前から認識されている。
硫黄酸化物、窒素酸化物及び水素ハロゲン化物の
ような酸性ガスは産業放出ガスの特に普通のしか
も好ましくない成分である。このようなガスは大
気中に放出されれば水滴上に凝集して強酸を作
り、且つ風に吹き散らされれば、このような小滴
は工場の位置から何マイルも離れていてさえ金属
部分品及び機械に猛烈な腐食を起す。このような
地域内の動植物の生命に対する直接の危険が立証
された。その結果としてアメリカ合衆国及び他の
種々の国々では地方条令及び国の法規で放出ガス
の許容酸性ガス含有量にますます厳しい制限を設
けた。この事態を処理するために種々の方法が提
案されたが、これまでは比較的高濃度の酸性ガス
を含有する大容量の高温の放出ガスを処理し、酸
性ガスの含有量を許容される水準まで減少させ、
しかもなお経済的な操作を持続するという三部か
ら成る問題の処理に完全に成功した方法は一つも
なかつた。
ガス気流と選択的に反応することができ、且つ
(あるいは)ガス気流から不純物を物理的に吸収
することのできる固体吸収剤物質と接触させるこ
とによつてガス気流を精製することは前から公知
であつた。吸収物質は、例えば米国特許第
2391116号、第2526776号及び第3197942号明細書
で教示しているように、一般に濾過ケーキは粒状
物質の床の形で使用した。しかしながらこのよう
な方法には多くの問題が随伴していた。従来使用
したタイプの充填吸収塔は、用途が比較的小容量
のガス状物質の処理に用いるのに限定されてい
た。大容量は、充填の前後で起る大きな圧力降下
のために、固定床塔を通過させて効率よく処理す
ることができなかつた。汚染ガスが約400ppmよ
り低い濃度で存在する場合には、ガスを床中を流
通させるのに大量の動力が必要なために、このよ
うな処理を不経済なものにした。その上、固定床
塔には「限界超過(break−through)」点、すな
わち、吸収物質の床は徐々に飽和し、特定の時点
で効率水準が急速に低下点があるという問題があ
つた。この段階で汚染物質の限界超過が起れば、
系を止めて交換するか、あるいはガス気流を新し
い充てん塔に送るまで汚染物質が漏出することに
なる。これは、全く単なるバツチ操作であつた。
米国特許第3723598号明細書に示してあるような、
床中の吸収性粒状物質が、流入する汚染ガス流の
ためにかき混ぜられ、そのために通気された塊が
むしろ流体として行動する傾向になる流動床操作
では圧力降下、限界超過点及び不連続操作という
重大問題のあることが見い出された。
米国特許第2919174号明細書では上記の先行技
術の方法の高い圧力降下及び限界超過点を確実に
避ける、ガス気流からフツ化物汚染物質を除去す
る方法を開示している。この方法はフツ化物汚染
物質を含有するガス気流中に微粉末にした炭酸カ
ルシウム(CaCO3)、あるいはアルカリ又はアル
カリ土類金属の他の塩基性塩を分散させ、且つ粒
子を含有する気流をバツクハウスフイルター中に
送り込んで、ここにアルカリ性物質の透過性層を
生成させることから成る。しかしながらこの方法
は、他の見地、すなわち乾燥状態でフツ化物ガス
と反応するアルカリ性物質に限定されることが欠
点である。その上、この方法では効力を生じるこ
とができるよりも前にフイルターの内側表面にア
ルカリ性物質の層を作ることが必要である。
塔に充填物質及び水のような液体を満たし、こ
の中を汚染ガス気流を流通させる「湿式方法」は
先行技術で公知である。硫酸マンガン、炭酸水素
カルシウム、石灰、アンモニア及び亜硫酸−亜硫
酸水素ナトリウムの水溶液又はスラリーで廃ガス
を湿式洗浄して二酸化硫黄を除するのは、吸収の
起る前に煙道ガスを100℃(水の沸点)以下に冷
却する必要があるために米国特許第3551093号明
細書では実用的でないとして無視した。その上、
充填塔の前後の圧力降下が大きく、且つ液相中の
ガスの拡散速度が比較的遅いために、この方法は
大規模の操作には実用的でない。
ガスを中和剤を含有する液滴の噴霧と接触させ
て、同時に高温の酸性ガスを冷却し且つ中和する
ことも提案された。これらの方法では、中和剤が
酸性ガスと反応し、そのPHを増大させて約7にす
る。噴霧又は水−固形物懸濁液に使用される水量
は反応生成物及び(又は)未反応中和剤が乾燥す
るような水の蒸発でガスの温度を下げるのに十分
である。本質的に完全な乾燥を行わなければなら
ない。そうしなければ、腐食性であり、しかも除
去が困難であり、且つ好ましくない装置運転休止
の原因になる水性組成物が使用した装置の底部に
積る。
この方法で使用する装置は一般に並流方式で共
に下向きに進む噴霧乾燥機あるいはガス及び液体
噴霧機に使用する装置である。ある限られた適用
では、ガスが上向きに進み、且つ液体噴霧が下向
きに進む向流を使用する。しかしながら、この後
者の技法は、実質的に完全な中和を行い、同時に
接触している液体の実質的に完全な蒸発を達成す
るためには、接触しているガスと液体噴霧との十
分な滞留時間が得られないので一般に好ましくな
い。実質的に完全な乾燥という問題は、産業放出
物にとつてはやはり除去しなければならない粒状
物質を含有しているのが普通であるという事実の
ために複雑である。標準状態で約176.6g/m3
(0.5g/dscf)よりも大きな含有量があつて粒状
物濃度が高い場合には、粒状物は液体噴霧と衝突
して噴霧の凝集、及び蒸発させるのにいつそう困
難な大粒の液滴の生成の原因になる。
例えば単一の液体ノズル又は2個の液体ノズル
あるいは回転円盤で噴霧を作るときには液体粒子
の粒度分布ができる。小粒の液滴は急速に蒸発す
るが一方大粒の液滴は徐々に蒸発する。急冷反応
器の大きさは大粒の液滴の蒸発をさえも完全に行
うために「心配のない」噴霧時間を与えるように
作らなければならない。このように、装置の大き
さは過度に大きくなつたが、一方ではノズル又は
円盤の液滴分布が時間あるいは操作条件で変化す
る場合の信頼性の問題を解消していない。例えば
使用装置の直径がガス速度182.9cm/秒(6フイ
ート/秒)を与え、且つ400μの液滴が生成され
る場合には、液滴の下向きの初速度は182.9cm/
秒(6フイート/秒)と終末速度152.4cm/秒
(5フイート/秒)との和、すなわち正味335.3
cm/秒(11フイート/秒)になる。蒸発時間が6
秒であり、且つ粒度が乾燥状態で40μまで減少す
るとすれば、急冷反応器の長さは必然的に約
1585.0cm(52フイート)程度になる。このような
装置は建設及び維持に費用がかかり、従つて好ま
しくない。
大きな装置を必要とすることなく、工業的に魅
力的な速度で酸性ガスを中和し、且つ冷却する装
置を提供することは好ましいことである。その
上、ガスを中和し、且つ生成物のガス組成物が乾
燥していることを実質的に完全に保証する装置を
提供することは好ましいことである。
本発明によれば、酸性ガスを含有するガス気流
を主反応室の前の初期反応室中を一般にはら旋形
の流れとして移動させて、酸性ガス中に存在する
かも知れない比較的大粒の粒子を除去する。これ
らの大粒の粒子が実質的に全くなくなつた酸性ガ
スを主反応室中に上向きに導入し、且つこの中で
酸性ガスと反応してこれを中和する、上向きに移
動している塩基性物質の液体又はスラリーの噴霧
と接触させる。この液体又はスラリーの噴霧粒子
は、噴霧ノズルでの圧力に基因する粒子の上向き
の初速度のために、反応器(初期反応室及び主反
応室)中の滞留時間は長くなり、且つ上向きに移
動するガスの力は、噴霧粒子中の水分が蒸発され
るまで噴霧粒子が反応器中で上向きに徐々に移動
するような仕方で重力と釣り合う。噴霧中の粒子
の平均粒度及び上向きに移動するガスの速度を制
御することによつて、反応器の大きさの実質的な
縮小を行つて、実質的な経済的利益を与えること
ができる。本発明は酸性ガス及び粒状物をガス気
流から除去するための一体的になつた方法に、最
初あるいは最後の工程として、組み入れることが
できる。
第1図は本発明の反応器の横断面の側面図であ
る。
第2図は第1図の線2−2に沿つて描いた横断
面図である。
第3図はガス気流から酸性ガス及び粒状物を除
去する一体的にした方法で本発明を示す。
本発明によつて処理するガス気流は炉あるいは
溶鉱炉あるいは同様な装置から出る放出ガス気流
から成るのが代表的である。放出ガスはガス中の
比較的大粒の粒子を除去できるようにガスにら旋
運動をさせる方法で主反応室より前の初期反応室
中に導入する。放出ガス中に存在する大粒の固形
物粒子を遠心力で初期反応室の中心から外側に押
しやり、且つその反応室の底部の内壁に開口のあ
る小室の中に収集する。これらの大粒の粒子を除
去することによつて、塩基性物質の噴霧がこれら
の粒子と衝突して生成する好ましくない大粒の液
滴の生成を最小にするか、あるいはなくする。次
にガスを主反応室の底部に導入して、この中で塩
基性物質の噴霧と接触させる。初期反応室中にガ
ス気流を接線方向に導入することによつてもたら
されたガス気流の最初の回転運動はガスが初期反
応室から上向きに反応器中に流入する時になくな
り、反応器中ではガス気流は大粒の粒子が除去さ
れてから上向きに移動しているガス気流中に位置
するノズルから放散される塩基性物質の液体又は
スラリーの噴霧に接触する。最初に主反応室中に
導入された酸性ガスに大粒の粒子が比較的ない場
合には、噴霧ノズルは酸性ガスを反応器中に導入
する個所、あるいはその近くの垂直な高さの所に
設置することができる。あるいは、処理しようと
するガスに大粒の粒子が全くない場合には、初期
反応工程を省いて、このガスを反応器の底部に直
接導入することができる。
本発明では複数の塩基性物質の噴霧を酸性ガス
中に導入するために複数の噴霧ノズルを使用する
ことができる。これは、大粒の粒子がガスから除
去され、且つ噴霧ノズルが反応器の上流にそれぞ
れに設置してある複数の独立した初期反応室を使
用して行う。ノズルから放散される大粒の液滴は
小粒の液滴よりもノズルからの移動距離が短いの
で、異なつた噴霧から出る大粒の液滴の衝突で大
粒の液滴が生成することはなくなる。複数の噴霧
を使用すれば、単一の噴霧を使用するのに比較し
て、ガスと噴霧とをより完全に接触させることが
できるので、複数の噴霧を使用するのが有利であ
る。反応器中で下向きのガス気流を使用する先行
技術の方法では、異なつたノズルから放散される
液滴の衝突で大粒の液滴を生成するので、複数の
噴霧ノズルは使用されない。このために反応器の
底部に腐食性の水性組成物が蓄積するという好ま
しくないことになる。
均一な液滴粒度を有する塩基性物質の液体又は
スラリーの噴霧を作ることが好ましいけれども、
実際問題としては液滴の粒度は比較的広範にわた
つて変化する。先行技術の場合には最初下向きに
移動した大粒の液滴は完全に蒸発しないで反応器
の全長を通過し、底部に集まることになつて反応
器の損傷をもたらす。対照的に本発明では液滴に
作用する重力の方向はその液滴を伴うガス導入速
度の方向と反対なので、このような液滴の反応器
中での滞留時間が長く、そのために蒸発してしま
う。蒸発してしまうのに必要な滞留時間の短い小
粒の粒子は実際に滞留時間が短い。しかしなが
ら、どの場合でも液滴は排出されないうちに全部
蒸発してしまう。このように、本質的には、噴霧
ノズルの機能が悪いために分散する液滴の粒度が
大きければ大きい程、本発明の方式では心配がな
くなる。
ガスの温度は代表的には121.1℃(250〓)から
537.8℃(1000〓)までの温度範囲であるが、約
65.6℃(150〓)から1648.9℃(3000〓)又はこ
れ以上の範囲にわたることができる。流速は1
c.c./分という遅い速度から28315m3/分(1000000
立方フイート/分)以上まで変化させることとが
でき、主反応室の大きさと設計によつて制限され
るだけである。ガス質汚染物質は特定の工業操作
に基いて変化する。例えば肥料、アルミニウム及
び第二次アルミニウム操作では大容量のフツ化水
素及び四フツ化ケイ素を発生する。炭化操作では
多量の二酸化硫黄及び少量の窒素酸化物を生成す
る。塩化水素は第二次アルミニウム工程、並びに
第一次アルミニウムのデマキング
(demagging)、廃塩素化炭化水素の焼却、及び
都市の焼却炉での別の副生成物である。
ガス気流は又代表的にはほこり、未燃焼炭素及
びシリカ、アルミナ、フエライトなどのような種
種の金属酸化物から成る同伴粒状物をも含有して
いる。精油操作では液体炭化水素及び誘導体の同
伴液滴が放出ガス気流中にあることもある。
ガス気流を主反応室の中に流し込み、ここで塩
基性物質、すなわち水中で塩基性反応をする化合
物又は物質の溶液あるいはスラリーと接触させる
のであるが、このタイプの最も普通の物質はアル
カリ及びアルカリ土類金属の酸化物、水酸化物、
炭酸塩及び炭酸水素塩であるが、本発明はこれら
に限定されるものではない。本発明の範囲に特に
包含されるものはNaOH、Na2CO3、NaHCO3、
Na2SO3、KOH、K2CO3、KHCO3、K2SO3、
LiOH、Li2CO3、LiHCO3、Ca(OH)2、CaO、
CaCO3、Mg(OH)2、MgO、MgCO3、Ba
(OH)2、BaO、BaCO3、Zn(OH)2、ZnO、
ZnCO3、Ni(OH)2、NiO、NiCO3、Cu(OH)2、
CuOH、Fe(OH)3、Fe3O3、FeCO3、Fe2(CO3)3
である。又本発明では一種類以上の上記の化合物
から成り、且つ水中で塩基性反応をする種々の鉱
石をも包含する。このような鉱石の典型的な例は
カスミイン センチヨウ石及びホノライトであ
る。
上記のアルカリ金属化合物、ナトリウム、カリ
ウム及びリチウムの化合物は全部水に非常によく
溶解し、水溶液として使用することができる。上
に示した他の塩基性化合物は冷水にわずか可溶性
から実質的に不溶性までの範囲にわたる。これら
の化合物は水性スラリーとして微粉末形態で使用
することができる。カルシウム及びマグネシウム
化合物のスラリーは本発明の方法で経済的に使用
することができる。これらの溶液及びスラリーは
室温あるいはほぼ室温で使用するのが典型的では
あるが、限界すれすれの溶解度の塩基性物質の場
合には、物質を溶液状態に保持してスラリーの使
用に伴つてたびたび起る詰まりの問題を避けるよ
うに、加熱溶液を使用するのが好ましい。温度が
約121.1℃(250〓)よりも低い場合、特に温度が
水の沸点よりも低い場合には、その溶液又はスラ
リーを加熱するのが好ましい。例えば、加圧下で
加熱することによつて液体の温度を約537.8℃
(1000〓)に上げて、液体を全部完全に瞬間的に
蒸発させ、乾燥した塩反応生成物を残すのに適切
な熱が確実に主反応室内にあるようにすることが
できる。しかしながら、ガス気流自体によつて供
給される熱が適切であるのが好ましく、且つほと
んどの工業的操作ではよくあることである。それ
故、本発明の本明細書では便宜上ガス気流を高温
ガス気流と呼ぶことにする。
高温のガス気流と上記水溶液又はスラリーとが
接触すればやや激しい反応が起る。水が蒸発して
ガス気流を冷却し、強い乱流を起して酸性ガスと
塩基性物質との間の緊密な接触をしやすくする。
飽和した環境と酸性ガスの高い露点とのために、
噴霧ノズルの近傍に酸の霧ができる。これがノズ
ルの近傍の霧の領域中に酸性ガスが滞留する時間
を長くするために、酸性ガスのより完全な中和
と、同時に、相当する酸性塩の生成を結果する。
上記の条件下では反応は極めて迅速であり、且つ
反応器中での必要な滞留時間は約1/10000秒ない
し約2秒以下の範囲にわたる。
例えば石灰スラリーを使用して塩化水素を含有
するガス気流を急冷する場合には、生成物は塩、
塩化カルシウム(CaCl2)である。水溶液又はス
ラリー中の塩基性物質の濃度、並びに溶液又はス
ラリーに対する高温の放出ガスの相対的な割合
は、与えられたどの時点でも化学量論的に当量又
は過剰の塩基性物質が確実に主反応室中にあるよ
うに、且つ蒸発させるべき水全部が「乾燥した」
生成物ガスを形成するように、調節することので
きる変数である。例えば所定の酸性ガス濃度を有
する放出ガスの所定の流速に対して、化学量論的
に当量又は過剰にするのに必要な追加の塩基性物
質の割合を通常の方法で計算することができる。
放出ガスの流速及び温度に基いて、ガス気流によ
つて加熱し、且つ蒸発させることのできる水ある
いは水溶液の容積を計算することもできる。効率
の悪い熱接触を考慮に入れるために、一定の誤差
の余裕を残して液体の適切な流速を選定すること
ができる。次に先に計算した追加割合の塩基性物
質を与えるのに必要な溶液又はスラリー中の塩基
性物質の濃度を決定する。液体の流速を増大させ
ても、液体を加熱して完全に蒸発させることので
きる速度を超えない場合には、対応させて塩基性
物質の濃度を下げることができる。
ガス気流は本発明の反応装置を離れる時には、
温度は約37.8℃(100〓)〜260.0℃(500〓)で
あるのが代表的であり、且つ酸性ガスは実質的に
全くない。主反応室中で生成した酸性塩は中和さ
れたガス気流に同伴され、且つ後記の方法で処理
される。
本発明の一態様では最初の放出ガス気流は複数
の少量の放出ガス気流を作る分岐管に送る。各放
出ガス気流に旋風運動を起させて、大粒の粒子を
分離する個々の初期反応室に送る。これらの各初
期反応室では、高温のガスを塩基性物質の液体又
はスラリーの噴霧と接触させて、その中の酸性ガ
スを中和する。この方法で操作すれば、所定の反
応装置の能力を増大させ、且つ互に独立した複数
の上記液体又はスラリーの噴霧を使用するという
付加的な利点がある。これは異なつたノズルから
放散される塩基性物質の液体又はスラリーの小滴
の衝突による大粒の液滴の生成を最小にするか、
あるいは防止し、同時に改良された気−液接触で
得られる反応効率を増大する。
次に、添付の図面を参考にして本発明を説明す
る。反応器10は主反応室12及び複数の初期反
応室14,16,18及び20を包含する。放出
ガスS1はそれぞれ初期反応室14,16,18及
び20への導入口28,30及び32を規定する
3個の内壁25,26及び27を有する分岐管2
4中に導入する。放出ガスは各初期反応室中に、
その内壁に対して接線方向に導入されるので、導
入されたガスは円運動をして各初期反応室の内壁
を接線方向に動き、ガス中の大粒の粒子は壁体に
向つて移動して導管34,36,38及び40に
集められる。矢印42及び44で示した上向きに
動いているガス気流はベンチユリー66及び68
の中に設置してある噴霧ノズル46及び48から
放散される塩基性物質の液体又はスラリーの噴霧
に接触する。図に示してあるように、噴霧ノズル
46及び48はそれぞれ加圧空気のようなガスを
導入するための導管50又は52、及び塩基性物
質の液体又はスラリーを導入するための導管54
又は56を有する2個の液体噴霧器から成つてい
る。空気及び上記液体又はスラリーをノズル58
又は60の出口で混合して、ガス気流42又は4
4、及び一般に約20μないし約200μの範囲内の粒
径を有する液滴の中に流入させる。所望の平均液
滴粒度を得、且つ約61.0cm/秒(2フイート/
秒)〜304.8cm/秒(10フイート/秒)、好ましく
は約91.4cm/秒(3フイート/秒)〜182.9cm/
秒(6フイート/秒)の範囲内の上向きの噴霧初
速度を得るために、ノズル圧を約2.8Kg/cm2(40
ポンド/平方インチ)〜14.1Kg/cm2(200ポン
ド/平方インチ)ゲージ圧、好ましくは2.8Kg/
cm2(40ポンド/平方インチ)〜4.9Kg/cm2(70ポ
ンド/平方インチ)ゲージ圧に維持する。各噴霧
ノズル46,48,62及び64は全反応器10
の中で噴霧と上向きに移動するガスとの間の接触
時間を所望通りに調節することができるように、
それぞれの初期反応室内で垂直方向の調節をする
ことができる。一般に、ノズルの頭部は各初期反
応室中で、ベンチユリー横断面66及び68のよ
うなベンチユリー横断面に、あるいはその近くに
配置するのが好ましい。このように操作すること
によつて、噴霧及びガスは、大粒の粒子がガスか
ら除去された後、最初に接触させられ、且つ各噴
霧は互に無関係であるために液滴の凝集による大
粒の液滴の生成を最小にする。次に、それぞれの
噴霧及び高温のガスは主反応室12中に進入し、
この中で酸性ガスの中和が実質的に完結する。
第3図を参考にして、この図面では本発明によ
つて放出ガス気流から酸性ガスを除去する代表的
な一体的にした方法を説明する。反応器10から
排出する気流S2を導管101を経て下向きの流れ
にして混合領域103(点線で示してある)に流
入させ、ここで残留酸性ガスを吸収することので
きる粒状物質をガス気流中に吹き込むか、あるい
は導入する。本明細書では検討するために「領
域」と記載してあるが、これは本来定義すること
のできる構造である必要はない。粒状物質は残留
酸性ガスを吸収するのに十分な量で反応器10か
ら導管101に沿つた1か所以上の地点で下向き
流れにしてガス気流中に吹き込むか、あるいは導
入することができる。粒状物質を添加する好まし
い方法はこれを容器105から導管107中に徐
徐に供給し、且つこれを導管109を経て導入し
た二次空気と混合して粒子を懸濁させることによ
るのである。粒子と空気との混合気流は次に導管
111を経て導管101の中に取り付けてあるベ
ンチユリー113のくびれの中に注入する。
本発明の方法にとつて特に好ましい吸収性物質
はカスミイシ センチヨウ石及びホノライトであ
る。大容量の放出ガス気流から少量の残留酸性ガ
スを吸収するためのカスミイシ センチヨウ石の
使用は、米国特許第3721066号及び第3808774号明
細書に更に詳細に開示してあり、本明細書ではこ
れらの開示をも併せて参考にする。カスミイシ
センチヨウ石のその場での水活性化目的とする上
記の米国特許第3808774号明細書は本発明にとつ
て特に適切である。
詳細には、米国特許第3808774号明細書では高
温の放出ガス気流から100ないし500ppm程度の酸
性ガス放出物を
(1) 水でガス気流を急冷にして冷却し、且つこれ
に湿気を与え、
(2) 粒度が約5ないし20μの粒状のカスミイシ
センチヨウ石をガス気流に導入して、これから
湿気及び酸性ガスを吸収させ、且つ
(3) カスミイシ センチヨウ石粒子を含有するガ
ス気流がバツグハウス フイルター中に注入し
て、これに吸収された湿気及び酸性ガスと共に
に粒状物を除去する、
工程によつて除去する方法を説明している。
上に記載したように反応器10から出るガス気
流S2は代表的には温度が約37.8℃(100〓)〜
260.0℃(500〓)であり、且つ湿気があり、残留
酸性ガス含有量は100ないし500ppm程度である。
このように、ガス気流は上記の方法を実施するの
には理想的に適している。これと一致して、湿気
を帯びたガス気流は粒状のカスミイシ センチヨ
ウ石を湿らせて活性化し、酸性ガスの選択吸収を
促進させる働きをする。活性化及び吸収は極めて
迅速に起り、且つガス気流及び同伴カスミイシ
センチヨウ石が粒状物を分離する装置に到達する
時までに完結するのが理想的である。カスミイシ
センチヨウ石の活性化速度は少なくとも幾分ガス
気流の相対湿度に左右されるようであり、相対湿
度が20ないし30%又はこれ以上の時に活性化時間
は1/1000秒程度である。活性化時間は相対湿度が
もつと高い時には更に短くなるけれども、吸収工
程では通反応器10中のガス気流中に導入する水
分の量を気流S2の相対湿度が約50%を超えないよ
うに制御する。この理由はこれよりも相対湿度の
高い時には、流通路に沿つて、又特にバツグハウ
ス フイルター中で、同伴粒状物の詰まりが起り
がちになるからである。粒状のカスミイシ セン
チヨウ石はいつたん活性化されれば、約0.01ない
し3.0秒でガス気流から酸性ガスを吸収する。
残留酸性ガス放出物を除去する本発明の方法は
濃度約100ないし500ppmで存在する酸性ガスを除
去するのに約95ないし99%の効率並びに経済性が
あることが明らかになつた。この吸収過程は本質
的には表面現象であるから、全粒状物質の中にわ
ずかな7ないし15重量%程度の比較的小部分が積
極的に使用されるだけであつて、高濃度の酸性ガ
スの時にこの方法を使用するのは経済的でない。
酸性ガスの濃度及びガス気流の流速を基準にして
ほぼ化学量論的当量に必要な粒状物質の添加割合
を計算する時には、粒状物質のわずか7ないし15
重量%だけが酸性ガスの吸収に有効であることを
考慮に入れなければならない。しかしながら、塩
基性物質を本質的に全部使用して大半の酸性ガス
を除去する急冷−反応段階を最初に使用すること
によつて、酸性ガス残留物を浄化するには選択性
及び効率のよい吸収工程が経済的になる。酸性ガ
ス放出物を除去する時の第一段階すなわち主反応
室−急冷工程、及び第二段階すなわち粒状カスミ
イシ センチヨウ石又は同様な物質の導入の全効
率は99.9%という高さである。
ガス気流に同伴される粒状物質からガス気流を
分離する好ましい方法は上記の米国特許第
3808774号明細書に記載してあるバツクハウス
フイルター115の使用である。残留酸性ガス及
び多少の湿気は、バツグハウス フイルターに到
着しないうちに、粒状物質による吸収のためにガ
ス気流から除去される事はフイルターの腐食が最
小になることを意味している。ガス気流中の湿気
の減少も又ガス気流の出口近くで霧又はもやの発
生する条件を少なくするために重要である。その
上、バツグハウス フイルター115は粒状のカ
スミイシ センチヨウ石又は同様な物質をこれに
吸収された湿気及び酸性ガスと共に除去するばか
りでなく、第一段階処理から出る同伴塩粒子及び
流出ガス中に最初から存在していた他の粒子をも
除去する。それ故排出気流S4はバツクハウスを出
れば一般にいつでも大気中に排気される。
先に指摘したように、一体化した工程を実施す
る本発明の方式の吸収工程で使用するカスミイシ
センチヨウ石、ホノライト又は同様な物質も又急
冷−反応段階用の塩基性物質として使用すること
ができる。本発明の方法の第二段階の吸収性物質
はもちろんのこと第一段階の塩基性物質としてカ
スミイシ センチヨウ石、ホノライト又は同様な
天然鉱石を使用するのはガス製造工業で特に有効
である。
バツグハウスに集められる、第一段階から出る
塩副生成物及び吸収した酸性ガスを含有する粒状
物質は、併合して直接ガラス製造炉中に再循環さ
せることができる。炉の高温は鉱石と酸性ガスと
の反応生成物の分解を促進して、鉱石及び酸をガ
ラス製造作用の原料物質として再生させる。
実施例 1
本実施例では、本発明が所望の中和工程に悪影
響を及ぼすことなく、反応器の大きさを実質的に
縮小することを示す。
第1表のデータでは本発明の上向きの並流流動
方法と通常の下向きの並流流動方法との比較を示
す。
代表的な中和方法では、流入する高温の酸性ガ
スは温度が約1000℃であり、一方噴霧液滴の最大
粒度は約400μである。ノズルから出る噴霧の初
速度は約182.9cm/秒(6フイート/秒)であり、
一方重力による終末速度は約152.4cm/秒(5フ
イート/秒)である。
The present invention relates to a method and apparatus for cooling and neutralizing acid gas using the process of contacting the acid gas with a liquid spray. The problem of releasing industrial gases containing high proportions of harmful substances into the atmosphere has long been recognized.
Acid gases such as sulfur oxides, nitrogen oxides and hydrogen halides are particularly common and undesirable components of industrial emissions. If these gases are released into the atmosphere, they will condense on water droplets to form strong acids, and if blown away by the wind, these droplets can attack metal parts even miles from the factory location. Causes severe corrosion to products and machinery. Direct danger to flora and fauna life within such areas has been established. As a result, local and national regulations in the United States and various other countries have placed increasingly stringent limits on the allowable acid gas content of vented gases. Various methods have been proposed to deal with this situation, but until now the method has been to treat a large volume of hot discharged gas containing a relatively high concentration of acid gas, and to reduce the acid gas content to an acceptable level. reduced to
No single method has been completely successful in dealing with the three-part problem of sustaining economic operation. It has long been known to purify gas streams by contacting them with solid absorbent materials that are capable of selectively reacting with the gas stream and/or physically absorbing impurities from the gas stream. It was hot. Absorbing materials can be used, for example, as described in U.S. Pat.
Generally, the filter cake was used in the form of a bed of particulate material, as taught in US Pat. However, many problems were associated with such methods. Packed absorption columns of the type previously used have been limited in use to the treatment of relatively small volumes of gaseous materials. Large volumes could not be efficiently processed through fixed bed columns due to the large pressure drops that occur before and after filling. When contaminant gases are present at concentrations below about 400 ppm, the large amount of power required to flow the gas through the bed has made such processing uneconomical. Additionally, fixed bed columns have had the problem of having a "break-through" point, ie, a point where the bed of absorbent material gradually becomes saturated and the efficiency level drops off rapidly at a certain point. If pollutant limits are exceeded at this stage,
Contaminants will escape until the system is shut down and replaced or the gas stream is sent to a new packed tower. This was just a batch operation.
As shown in U.S. Pat. No. 3,723,598,
Absorbent particulate matter in the bed is agitated due to the incoming contaminant gas stream, so that the aerated mass tends to behave more like a fluid.In fluidized bed operation, pressure drops, cross-points, and discontinuous operation occur. It was discovered that there was a serious problem. U.S. Pat. No. 2,919,174 discloses a method for removing fluoride contaminants from a gas stream that reliably avoids the high pressure drops and overshoot points of the prior art methods mentioned above. This method involves dispersing finely divided calcium carbonate (CaCO 3 ) or other basic salts of alkali or alkaline earth metals into a gas stream containing fluoride contaminants and backing up the particle-containing air stream. It consists of feeding into a house filter, where a permeable layer of alkaline substances is generated. However, this method is disadvantageous in another respect, namely that it is limited to alkaline substances that react with the fluoride gas in the dry state. Moreover, this method requires the creation of a layer of alkaline material on the inner surface of the filter before it can take effect. "Wet processes" in which a column is filled with packing material and a liquid, such as water, through which a stream of contaminated gas is passed, are known in the prior art. Wet scrubbing the waste gas with an aqueous solution or slurry of manganese sulfate, calcium bicarbonate, lime, ammonia, and sulfite-sodium bisulfite to remove sulfur dioxide is a method of removing sulfur dioxide from the flue gas at 100°C (water and water) before absorption occurs. U.S. Pat. No. 3,551,093 ignored it as impractical because it required cooling below the boiling point of On top of that,
The high pressure drop across the packed column and the relatively slow diffusion rate of gas in the liquid phase make this method impractical for large scale operations. It has also been proposed to contact the gas with a spray of droplets containing a neutralizing agent to simultaneously cool and neutralize the hot acidic gas. In these methods, a neutralizing agent reacts with the acidic gas and increases its pH to about 7. The amount of water used in the spray or water-solids suspension is sufficient to reduce the temperature of the gas with evaporation of the water such that the reaction products and/or unreacted neutralizer are dried. Essentially complete drying must occur. Otherwise, an aqueous composition builds up on the bottom of the used equipment, which is corrosive, difficult to remove, and causes undesirable equipment downtime. The equipment used in this process is generally that used in co-current, co-downward co-current spray dryers or gas and liquid atomizers. Certain limited applications use countercurrent flow, where the gas travels upward and the liquid spray travels downward. However, this latter technique requires sufficient contact between the gas and liquid spray to achieve substantially complete neutralization and, at the same time, substantially complete evaporation of the contacting liquid. Generally unfavorable because residence time is not obtained. The problem of substantially complete drying is complicated by the fact that industrial emissions typically contain particulate matter that must also be removed. Approximately 176.6g/m 3 in standard condition
(0.5g/dscf) and the particulate concentration is high, the particulates will collide with the liquid spray resulting in agglomeration of the spray and formation of large droplets that are very difficult to evaporate. It causes generation. For example, when producing a spray with a single liquid nozzle or two liquid nozzles or a rotating disk, a particle size distribution of liquid particles is created. Small droplets evaporate rapidly, while large droplets evaporate slowly. The quench reactor must be sized to provide a "safe" spray time for complete evaporation of even large droplets. Thus, the size of the device has become excessively large, while still remaining unreliable when the nozzle or disk droplet distribution changes with time or operating conditions. For example, if the diameter of the equipment used provides a gas velocity of 182.9 cm/sec (6 ft/sec), and a 400 micron droplet is produced, then the initial downward velocity of the droplet is 182.9 cm/sec (6 ft/sec).
seconds (6 feet/second) and the terminal velocity of 152.4 cm/second (5 feet/second), or net 335.3
cm/second (11 feet/second). Evaporation time is 6
If the particle size is reduced to 40μ in the dry state, the length of the quench reactor will necessarily be approximately
It will be about 1585.0cm (52 feet). Such devices are expensive to construct and maintain and are therefore undesirable. It would be desirable to provide a device that neutralizes and cools acid gases at industrially attractive rates without the need for large equipment. Moreover, it would be desirable to provide an apparatus that neutralizes the gas and substantially completely ensures that the product gas composition is dry. According to the invention, a gas stream containing an acid gas is moved in a generally helical flow through an initial reaction chamber before a main reaction chamber to remove relatively large particles that may be present in the acid gas. remove. The upwardly moving basic acid gas, which is essentially free of these large particles, is introduced upward into the main reaction chamber and reacts with and neutralizes the acid gas therein. Contact with a spray of liquid or slurry of substance. The atomized particles of this liquid or slurry have a longer residence time in the reactor (initial reaction chamber and main reaction chamber) and move upward due to the initial upward velocity of the particles due to the pressure at the atomizing nozzle. The force of the gas balances the gravitational force in such a way that the atomized particles gradually move upward in the reactor until the water in the atomized particles is evaporated. By controlling the average particle size of the particles in the atomization and the velocity of the upwardly moving gas, substantial reductions in reactor size can be made, providing substantial economic benefits. The present invention can be incorporated as the first or last step in an integrated method for removing acid gases and particulates from a gas stream. FIG. 1 is a cross-sectional side view of the reactor of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line 2--2 of FIG. FIG. 3 illustrates the invention in an integrated manner for removing acid gases and particulates from a gas stream. The gas stream treated by the present invention typically comprises an effluent gas stream from a furnace or blast furnace or similar device. The discharged gas is introduced into the initial reaction chamber before the main reaction chamber in a manner that causes the gas to move in a spiral manner so that relatively large particles in the gas can be removed. The large solid particles present in the effluent gas are forced outward from the center of the initial reaction chamber by centrifugal force and are collected in a chamber with an opening in the inner wall at the bottom of the reaction chamber. Removal of these large particles minimizes or eliminates the formation of undesirable large droplets that form upon impact of the basic material spray with these particles. The gas is then introduced into the bottom of the main reaction chamber and contacted therein with the basic substance spray. The initial rotational motion of the gas stream brought about by introducing the gas stream tangentially into the initial reaction chamber disappears as the gas flows upward from the initial reaction chamber into the reactor; After the large particles have been removed, the gas stream is contacted by a spray of a liquid or slurry of basic material emitted from a nozzle located in the upwardly moving gas stream. If the acid gas initially introduced into the main reaction chamber is relatively free of large particles, the spray nozzle should be placed at a vertical height at or near the point where the acid gas is introduced into the reactor. can do. Alternatively, if the gas to be treated is completely free of large particles, the initial reaction step can be omitted and this gas can be introduced directly into the bottom of the reactor. In the present invention, multiple spray nozzles can be used to introduce sprays of multiple basic substances into the acidic gas. This is done using a plurality of separate initial reaction chambers in which large particles are removed from the gas and each with a spray nozzle placed upstream of the reactor. Since large droplets emitted from the nozzle travel a shorter distance from the nozzle than small droplets, large droplets are no longer generated due to collisions between large droplets emitted from different sprays. The use of multiple sprays is advantageous because it allows for more complete contact between the gas and the spray than using a single spray. Prior art methods that use downward gas flow in the reactor do not use multiple atomizing nozzles because the collision of droplets emitted from different nozzles produces large droplets. This results in the undesirable accumulation of corrosive aqueous compositions at the bottom of the reactor. Although it is preferable to create a spray of a liquid or slurry of basic material with uniform droplet size,
In practice, the droplet size varies over a relatively wide range. In the case of the prior art, the large droplets that initially moved downward passed through the entire length of the reactor without being completely evaporated and collected at the bottom, causing damage to the reactor. In contrast, in the present invention, the direction of the gravitational force acting on a droplet is opposite to the direction of the gas introduction velocity that accompanies the droplet, so that such a droplet has a longer residence time in the reactor and therefore evaporates. Put it away. Small particles that require a short residence time to evaporate actually have a short residence time. However, in all cases, the droplets completely evaporate before being ejected. Thus, essentially, the larger the particle size of the droplets dispersed due to poor functioning of the spray nozzle, the less concern there is in the method of the present invention. Gas temperature typically ranges from 121.1℃ (250〓)
The temperature range is up to 537.8℃ (1000〓), but approximately
It can range from 65.6°C (150〓) to 1648.9°C (3000〓) or more. The flow rate is 1
From a slow speed of cc/min to 28315m3 /min (1000000
cubic feet per minute) or higher, limited only by the size and design of the main reaction chamber. Gaseous pollutants vary based on specific industrial operations. For example, fertilizer, aluminum and secondary aluminum operations generate large amounts of hydrogen fluoride and silicon tetrafluoride. Carbonization operations produce large amounts of sulfur dioxide and small amounts of nitrogen oxides. Hydrogen chloride is another byproduct of the secondary aluminum process, as well as the demagging of primary aluminum, the incineration of waste chlorinated hydrocarbons, and municipal incinerators. The gas stream also typically contains entrained particulate matter consisting of dust, unburned carbon, and various metal oxides such as silica, alumina, ferrite, and the like. In refining operations, entrained droplets of liquid hydrocarbons and derivatives may be present in the effluent gas stream. The gas stream is passed into the main reaction chamber where it is contacted with a solution or slurry of a basic substance, i.e. a compound or substance that reacts in a basic manner in water; the most common substances of this type are alkalis and alkalis. Earth metal oxides, hydroxides,
Carbonates and bicarbonates, but the present invention is not limited thereto. Particularly included within the scope of the invention are NaOH , Na2CO3 , NaHCO3 ,
Na 2 SO 3 , KOH, K 2 CO 3 , KHCO 3 , K 2 SO 3 ,
LiOH, Li2CO3 , LiHCO3 , Ca(OH) 2 , CaO ,
CaCO3 , Mg(OH) 2 , MgO, MgCO3 , Ba
(OH) 2 , BaO, BaCO3 , Zn(OH) 2 , ZnO,
ZnCO3 , Ni(OH) 2 , NiO, NiCO3 , Cu(OH) 2 ,
CuOH, Fe(OH) 3 , Fe3O3 , FeCO3 , Fe2 ( CO3 ) 3
It is. The present invention also includes various ores that are composed of one or more of the above-mentioned compounds and that undergo basic reactions in water. Typical examples of such ores are kasmiin centiolite and honorite. The alkali metal compounds mentioned above, sodium, potassium and lithium compounds, are all very soluble in water and can be used as aqueous solutions. The other basic compounds listed above range from slightly soluble to substantially insoluble in cold water. These compounds can be used in fine powder form as an aqueous slurry. Slurries of calcium and magnesium compounds can be economically used in the process of the present invention. Although these solutions and slurries are typically used at or near room temperature, in the case of basic substances with marginal solubility, it is necessary to maintain the substances in solution and to avoid the frequent rises associated with the use of the slurry. It is preferred to use heated solutions to avoid clogging problems. It is preferred to heat the solution or slurry when the temperature is below about 121.1°C (250°C), particularly when the temperature is below the boiling point of water. For example, by heating the liquid under pressure, the temperature of the liquid can be increased to approximately 537.8°C.
(1000〓) to ensure that there is adequate heat in the main reaction chamber to completely flash-evaporate all of the liquid and leave a dry salt reaction product. However, it is preferred, and common in most industrial operations, that the heat provided by the gas stream itself is adequate. Therefore, for convenience in this specification of the present invention, the gas stream will be referred to as a hot gas stream. When the hot gas stream comes into contact with the aqueous solution or slurry, a rather violent reaction occurs. The water evaporates and cools the gas stream, creating strong turbulence and facilitating intimate contact between the acid gas and the basic substance.
Due to the saturated environment and high dew point of acid gases,
Acid mist forms near the spray nozzle. This results in a more complete neutralization of the acid gas and, at the same time, the formation of corresponding acid salts, in order to increase the residence time of the acid gas in the fog region in the vicinity of the nozzle.
Under the above conditions, the reaction is very rapid and the required residence time in the reactor ranges from about 1/10000 seconds to less than about 2 seconds. For example, when a lime slurry is used to quench a gas stream containing hydrogen chloride, the products are salts,
Calcium chloride (CaCl 2 ). The concentration of the basic material in the aqueous solution or slurry and the relative proportion of the hot released gas to the solution or slurry are determined to ensure that at any given time a stoichiometric equivalent or excess of the basic material is the dominant reaction. All the water in the room and to be evaporated is "dry"
is a variable that can be adjusted to form a product gas. For example, for a given flow rate of emitted gas with a given acid gas concentration, the proportion of additional basic material required to achieve a stoichiometric equivalent or excess can be calculated in a conventional manner.
Based on the flow rate and temperature of the emitted gas, it is also possible to calculate the volume of water or aqueous solution that can be heated and evaporated by the gas stream. To take into account inefficient thermal contact, an appropriate flow rate of the liquid can be selected with a certain margin of error. The concentration of basic material in the solution or slurry required to provide the additional proportion of basic material calculated above is then determined. If the liquid flow rate is increased without exceeding the rate at which the liquid can be heated and completely evaporated, the concentration of the basic substance can be correspondingly reduced. When the gas stream leaves the reactor of the present invention,
The temperature is typically between about 37.8°C (100°) and 260.0°C (500°) and substantially free of acid gases. The acid salts formed in the main reaction chamber are entrained in the neutralized gas stream and treated in the manner described below. In one aspect of the invention, the initial effluent gas stream is routed to branch pipes that create a plurality of smaller effluent gas streams. Each discharged gas stream is subjected to a whirlwind motion into a separate initial reaction chamber where large particles are separated. In each of these initial reaction chambers, the hot gas is contacted with a spray of a liquid or slurry of basic material to neutralize the acid gas therein. Operating in this manner has the added advantage of increasing the capacity of a given reactor and of using multiple independent sprays of the liquids or slurries. This minimizes the formation of large droplets due to the collision of droplets of basic liquid or slurry emitted from different nozzles;
Alternatively, they can be prevented and at the same time increase the reaction efficiency obtained with improved gas-liquid contact. Next, the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. Reactor 10 includes a main reaction chamber 12 and a plurality of initial reaction chambers 14, 16, 18, and 20. The discharge gas S 1 is passed through a branch pipe 2 having three inner walls 25, 26 and 27 defining inlets 28, 30 and 32 to the initial reaction chambers 14, 16, 18 and 20, respectively.
Introduced during 4th. The released gas is in each initial reaction chamber,
Since the gas is introduced tangentially to the inner wall, the introduced gas moves tangentially along the inner wall of each initial reaction chamber with circular motion, and large particles in the gas move toward the wall. are collected in conduits 34, 36, 38 and 40. The upwardly moving gas streams indicated by arrows 42 and 44 are connected to ventilates 66 and 68.
contact with a spray of a liquid or slurry of basic material emitted from spray nozzles 46 and 48 located within the base material. As shown, the spray nozzles 46 and 48 each have a conduit 50 or 52 for introducing a gas such as pressurized air, and a conduit 54 for introducing a liquid or slurry of basic material.
or 56, consisting of two liquid atomizers. Air and the liquid or slurry are passed through the nozzle 58
or mixed at the outlet of 60, gas stream 42 or 4
4, and generally into droplets having a particle size within the range of about 20μ to about 200μ. obtain the desired average droplet size and approximately 61.0 cm/sec (2 ft/sec).
seconds) ~ 304.8 cm/sec (10 ft/sec), preferably about 91.4 cm/sec (3 ft/sec) ~ 182.9 cm/sec
To obtain an initial upward spray velocity in the range of 6 ft/s, the nozzle pressure was adjusted to approximately 2.8 Kg/cm 2 (40
lb/in2) to 14.1Kg/ cm2 (200 lb/in2) gauge pressure, preferably 2.8Kg/cm2
Maintain between 40 lbs/in 2 (cm 2 ) and 70 lbs/in 2 (4.9 Kg/cm 2 ) gauge pressure. Each spray nozzle 46, 48, 62 and 64 is connected to the entire reactor 10.
so that the contact time between the spray and the upwardly moving gas can be adjusted as desired.
Vertical adjustments can be made within each initial reaction chamber. Generally, it is preferred that the nozzle head be located at or near the ventilate cross sections, such as ventilary cross sections 66 and 68, in each initial reaction chamber. By operating in this manner, the spray and gas are brought into contact first after the large particles have been removed from the gas, and each spray is independent of each other so that no large particles due to droplet agglomeration occur. Minimize droplet formation. The respective sprays and hot gases then enter the main reaction chamber 12;
In this process, neutralization of the acid gas is substantially completed. Referring to FIG. 3, this figure illustrates a representative integrated method for removing acid gas from a discharge gas stream in accordance with the present invention. The gas stream S 2 exiting the reactor 10 is forced into a downward flow via conduit 101 into a mixing zone 103 (indicated by dotted lines), where particulate matter capable of absorbing residual acid gases is introduced into the gas stream. to infuse or introduce. Although the term "area" is used herein for purposes of discussion, this need not be a structure that can be inherently defined. The particulate material can be blown or otherwise introduced in a downward flow into the gas stream from reactor 10 at one or more points along conduit 101 in an amount sufficient to absorb residual acid gas. A preferred method of adding the particulate material is by slowly feeding it from container 105 into conduit 107 and mixing it with secondary air introduced via conduit 109 to suspend the particles. The mixed stream of particles and air is then injected through conduit 111 into the waist of a ventilator 113 mounted within conduit 101 . Particularly preferred absorbent materials for the method of the invention are kasumii stentiolite and honorite. The use of nephrite to absorb small amounts of residual acid gas from large volume effluent gas streams is disclosed in more detail in U.S. Pat. Please also refer to the disclosure. Kasumiishi
The above-mentioned US Pat. No. 3,808,774 for in-situ water activation of centiolite is particularly suitable for the present invention. In detail, US Pat. No. 3,808,774 discloses that acidic gas emissions of about 100 to 500 ppm are removed from a high-temperature emitted gas stream by (1) quenching the gas stream with water to cool it and adding moisture to it ( 2) Granular Kasumiishi with a particle size of about 5 to 20μ
(3) the gas stream containing the nematode particles is injected into the baghouse filter to absorb the moisture and acid gases absorbed therein; It also explains how to remove particulate matter through a process. As described above, the gas stream S2 exiting reactor 10 typically has a temperature of about 37.8°C (100°C) to
The temperature is 260.0℃ (500℃), it is humid, and the residual acid gas content is about 100 to 500ppm.
Gas streams are thus ideally suited for carrying out the above method. Consistent with this, the humid gas stream moistens and activates the granular nephrite, which serves to promote selective absorption of acid gases. Activation and absorption occur very quickly and are controlled by gas flow and entrained scum.
Ideally, the process is complete by the time the centipedestone reaches the device that separates the granules. The activation rate of gypsophila appears to depend at least somewhat on the relative humidity of the gas stream, with activation times on the order of 1/1000 of a second when the relative humidity is 20-30% or higher. Although the activation time becomes even shorter when the relative humidity is high, in the absorption step the amount of moisture introduced into the gas stream in the flow reactor 10 is controlled such that the relative humidity of the air stream S2 does not exceed about 50%. Control. The reason for this is that at higher relative humidity, clogging of entrained particulates is more likely to occur along the flow path and especially in the baghouse filter. Once activated, the granular gypsophila centigrade absorbs acid gases from a gas stream in about 0.01 to 3.0 seconds. The method of the present invention for removing residual acid gas emissions has been found to be about 95 to 99% efficient and economical in removing acid gases present at concentrations of about 100 to 500 ppm. Since this absorption process is essentially a surface phenomenon, only a relatively small portion of the total particulate matter, about 7 to 15% by weight, is actively used, and high concentrations of acid gas It is not economical to use this method when
When calculating the addition rate of particulate material required for approximately stoichiometric equivalence based on the concentration of acid gas and the flow rate of the gas stream, only 7 to 15
It must be taken into account that only the percentage by weight is effective in absorbing acid gases. However, selective and efficient absorption methods can be used to purify acid gas residues by first using a quench-reaction step that uses essentially all of the basic material to remove most of the acid gases. The process becomes economical. The overall efficiency of the first stage, the main reaction chamber--quenching step, and the second stage, the introduction of granular nephelinite or similar material, in removing acid gas emissions is as high as 99.9%. A preferred method of separating a gas stream from particulate matter entrained in the gas stream is disclosed in the above-mentioned U.S. Pat.
Batsuku house described in specification No. 3808774
This is the use of filter 115. Residual acid gases and some moisture are removed from the gas stream for absorption by particulate matter before reaching the baghouse filter, meaning that corrosion of the filter is minimized. Reduction of moisture in the gas stream is also important to reduce the conditions for fog or haze formation near the exit of the gas stream. Moreover, the Batughaus filter 115 not only removes particulate nephelinite or similar materials along with moisture and acid gases absorbed therein, but also removes the particles originally present in the entrained salt particles and effluent gases leaving the first stage process. It also removes other particles that were present. The exhaust air stream S 4 is therefore generally exhausted to the atmosphere whenever it leaves the baghouse. As previously pointed out, the nephelinite, honorite or similar materials used in the absorption step of the system of the invention carrying out an integrated process may also be used as basic material for the quenching-reaction step. Can be done. The use of nephelinite, honorite or similar natural ores as the basic material in the first stage as well as the absorbent material in the second stage of the process of the invention is particularly advantageous in the gas production industry. Particulate matter containing salt by-products and absorbed acid gases from the first stage, collected in the baghouse, can be combined and recycled directly into the glassmaking furnace. The high temperature of the furnace promotes the decomposition of the reaction products of the ore and acid gas, regenerating the ore and acid as raw materials for glass-making operations. Example 1 This example demonstrates that the present invention substantially reduces reactor size without adversely affecting the desired neutralization process. The data in Table 1 provides a comparison between the upward co-current flow process of the present invention and the conventional downward co-current flow process. In a typical neutralization method, the incoming hot acid gas has a temperature of about 1000°C, while the maximum size of the atomized droplets is about 400μ. The initial velocity of the spray exiting the nozzle is approximately 182.9 cm/sec (6 feet/sec);
The terminal velocity due to gravity, on the other hand, is about 152.4 cm/sec (5 feet/sec).
【表】
第1表のデータは、本発明では遥かに小さい反
応器を使用して、不向きの並流流動反動器で得ら
れるのと同程度の乾燥度を得ることができること
を示している。その上、本発明の上向きの流動反
応器では大粒の液滴が反応器中に小粒の液滴より
も長時間滞留して、生成物ガスの全乾燥を好転さ
せるが、一方下向き流動反応器では、大粒の液滴
に対する反応器中の滞留時間が小粒液滴のよりも
短かい。従つて、下流の処理工程に液体が入る確
率は、下向きに流れる反応器では遥かに高い。Table 1 The data in Table 1 show that with the present invention a much smaller reactor can be used to obtain the same degree of dryness as is obtained with unsuitable cocurrent flow reactors. Moreover, in the upward flow reactor of the present invention, the large droplets reside in the reactor for a longer time than the small droplets, favoring the total drying of the product gas, whereas in the downward flow reactor , the residence time in the reactor for large droplets is shorter than for small droplets. Therefore, the probability of liquid entering downstream processing steps is much higher in a downward flow reactor.
第1図は本発明の反応器の横断面の側面図であ
り、第2図は第1図の線2−2における横断面図
であり、第3図はガス気流から酸性ガス及び粒子
を除去する工程を示す。
10は反応器、12は主反応室、14,16,
18,20は初期反応室、24は分岐管、25,
26,27は内壁、28,30,32は導入口、
34,36,38,40,50,52,54,5
6,101,107,109は導管、42,4
4,111は気流の運動方向を示す矢印、46,
48,58,60,62,64はノズル、66,
68,113はベンチユリー、103は混合領
域、105は容器、115はフイルター、S1,
S2,S3,S4はガス気流である。
FIG. 1 is a cross-sectional side view of the reactor of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line 2--2 of FIG. 1, and FIG. 3 is a cross-sectional view for removing acid gases and particles from a gas stream The process of doing this is shown below. 10 is a reactor, 12 is a main reaction chamber, 14, 16,
18, 20 are initial reaction chambers, 24 are branch pipes, 25,
26, 27 are inner walls, 28, 30, 32 are inlets,
34, 36, 38, 40, 50, 52, 54, 5
6, 101, 107, 109 are conduits, 42, 4
4,111 is an arrow indicating the direction of movement of airflow; 46,
48, 58, 60, 62, 64 are nozzles, 66,
68, 113 is a bench unit, 103 is a mixing area, 105 is a container, 115 is a filter, S 1 ,
S 2 , S 3 , and S 4 are gas flows.
Claims (1)
初期反応室に導入し、 (b) 該初期反応室を先が細くなるら旋形の流れで
該ガスを上向きに流通させ、該ガスから大粒の
粒子を分離せしめ、 (c) 該初期反応室において該ガスから分離された
粒子を集め、 (d) 該初期反応室からの放出ガスを主反応室へ移
し、 (e) 該放出ガスがそのら旋形に流れた後、主反応
室に移る位置に、塩基性物質の噴霧を上向きに
移動している放出ガスと並流方向に導入し、 (f) 該ガスをして実質的に上向き方向で主反応室
を流通させ、 (g) 主反応室で酸性成分を上向きに移動させなが
ら、主反応室における放出ガスの滞留時間を制
御して塩基性物質の噴霧と酸性成分との反応を
行わせ、 (h) 塩基性物質の噴霧の実質上すべてを蒸発させ
て酸性塩を同伴した乾燥流れを形成せしめ、そ
して該乾燥流れは実質上酸性ガスを含まずに該
室を出、さらに該室を出る乾燥流れは、該室に
入る際の温度よりも低い温度であり、 (i) 該主反応室からのガスは37.8℃〜260℃の温
度、相対湿度が50%より低いガス流として排出
され、そして (j) 該ガス流中に吸収性物質を導入して残留酸性
ガスを吸収する、 ことを特徴とする、粒子及び酸性成分を含有する
放出ガスを処理する方法。 2 前記放出ガスを複数のガス流中に分配させ、
前記ガス流の各々を複数の前記初期反応室の一つ
に向けさせそして前記ガス流の各々を塩基性物質
の別の噴霧と接触させる特許請求の範囲第1項の
方法。 3 前記塩基性物質の実質的にすべてを蒸発させ
るのに必要とされる熱が前記放出ガスによつて提
供される特許請求の範囲第1項の方法。 4 前記塩基性物質を加熱することを包含する特
許請求の範囲第1項の方法。 5 前記塩基性物質が、カルシウム、マグネシウ
ム及びそれらの混合物からなる群から選ばれたア
ルカリ金属の化合物を含有する特許請求の範囲第
1項の方法。[Scope of Claims] 1. (a) introducing a discharged gas containing particles and acidic components into an initial reaction chamber; (b) directing the gas upwardly through the initial reaction chamber in a tapering spiral flow; (c) collecting the particles separated from the gas in the initial reaction chamber; (d) transferring the released gas from the initial reaction chamber to a main reaction chamber; e) introducing a spray of a basic substance in a cocurrent direction with the upwardly moving effluent gas at a location where said effluent gas passes into the main reaction chamber after its spiral flow; (f) said gas; (g) atomizing the basic substance by controlling the residence time of the released gas in the main reaction chamber while moving the acidic component upward in the main reaction chamber; (h) evaporating substantially all of the basic substance spray to form a dry stream entrained with the acid salt, and the dry stream being substantially free of acid gases; (i) the gas from the main reaction chamber is at a temperature of 37.8°C to 260°C and a relative humidity of 37.8°C to 260°C; treatment of emitted gases containing particles and acidic components, characterized in that: (j) introducing an absorbent material into the gaseous stream to absorb residual acidic gases; how to. 2 distributing the emitted gas into multiple gas streams;
2. The method of claim 1, wherein each of said gas streams is directed into one of a plurality of said initial reaction chambers and each of said gas streams is contacted with a separate spray of basic material. 3. The method of claim 1, wherein the heat required to evaporate substantially all of the basic material is provided by the venting gas. 4. The method of claim 1, which includes heating the basic substance. 5. The method of claim 1, wherein the basic substance contains a compound of an alkali metal selected from the group consisting of calcium, magnesium and mixtures thereof.
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