專利名稱：從廢氣中除去硫化氫和/或二硫化碳的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種從廢氣中除去硫化氫和/或二硫化碳的方法。這兩種化合物，可能有一種單獨(dú)地或者兩種同時(shí)地存在于化學(xué)工藝過(guò)程的廢氣中，例如在制造人造纖維工藝過(guò)程的廢氣中。這兩種化合物都是十分有毒的物質(zhì)。假如患者曾暴露于二硫化碳(CS2)濃度在20-130mg/m3之間的氣氛中，就會(huì)引起急性的和慢性的中毒并伴隨產(chǎn)生精神上和行為上的變化。因此，對(duì)于工作環(huán)境來(lái)說(shuō)，二硫化碳的最大允許濃度只有30mg/m3。
硫化氫(H2S)同樣地是有毒的。當(dāng)其濃度達(dá)到約5000ppm時(shí)就存在使人立刻昏迷的危險(xiǎn)?，F(xiàn)在對(duì)硫化氫的最大允許濃度約為15mg/m3。
用于除去H2S和CS2的已知方法主要是活性碳吸附法。對(duì)于需要單獨(dú)除去硫化氫的情況，可采用一種通常使用苛性鈉溶液作為洗滌劑的滌氣法。所有這些方法都是昂貴的，并且這些方法本身會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)大量的廢水。
因此本發(fā)明的目的是提供一種如上述類型的方法，但在該方法中不使用昂貴的洗滌劑，用時(shí)該方法也不產(chǎn)生廢水。
這個(gè)問(wèn)題是根據(jù)本發(fā)明按照如下的方式來(lái)解決的，就是使廢氣與水和溴接觸，以使得在水溶液中生成硫酸和氫溴酸，有時(shí)還可能產(chǎn)生二氧化碳，另外用一個(gè)電解槽將所說(shuō)的氫溴酸轉(zhuǎn)變成溴和水。
最好是接著使硫酸濃縮，并且最好是使待凈化的廢氣首先通過(guò)一個(gè)硫酸濃縮器，在該濃縮器中裝入按此方式生成的水溶液，這樣就使得這些水溶液以蒸氣狀態(tài)隨同廢氣一起離開濃縮器。假如這些廢氣處于高溫狀態(tài)，那末就可以或者單獨(dú)地利用它們所帶的熱量，或者與一個(gè)外加熱源一起共同來(lái)操作該硫酸濃縮器。
順便指出，眾所周知，溴能將硫化合物轉(zhuǎn)變成元素硫。這類方法的一些例子公開在美國(guó)專利2，809，930和3，401，101中。令人驚訝地發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明的方法正好相反，結(jié)果是獲得了硫酸，而這種硫酸可加以濃縮并可供出售。
現(xiàn)在通過(guò)一個(gè)較佳的實(shí)施方案并參考唯一的附圖
來(lái)解釋本發(fā)明，該附圖概略地示出一套用于實(shí)施本發(fā)明的方法所需的裝置。
如果使硫化氫和二硫化碳與溴和水接觸，就可以按照例如下列反應(yīng)式獲得硫酸和氫溴酸
該反應(yīng)的反應(yīng)速度取決于氣體組分?jǐn)U散入氣/液界面層的擴(kuò)散速率，因此借助于在交換塔中適當(dāng)?shù)哪媪魇侄慰墒狗磻?yīng)速度提高。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，即使污染物的濃度很小(小于1000ppm)，也能獲得滿意的反應(yīng)速率并可使污染物幾乎完全地轉(zhuǎn)變。各種化合物在存留溶液中的濃度的適合邊界條件如下硫酸 50%(重量)氫溴酸 最小值5%和最大值40%溴 最大值10%(重量)為了使廢氣中的H2S和/或CS2發(fā)生轉(zhuǎn)變而需要的溴，可根據(jù)下列反應(yīng)式通過(guò)電解上述的反應(yīng)產(chǎn)物氫溴酸HBr來(lái)加以回收
該反應(yīng)產(chǎn)生了氫氣，這種氫氣被認(rèn)為是有價(jià)值的并可作為副產(chǎn)品出售。
該電解過(guò)程在一個(gè)電解槽中進(jìn)行，在此電解槽中只需很低的電壓(在1.0-1.6V之間)就可使HBr分解。氫是以氣相狀態(tài)獲得的，因此可以很容易地除去其中微量的溴和水蒸氣而使其純化。所產(chǎn)生的溴仍然溶解在循環(huán)液體中。
現(xiàn)在參考附圖來(lái)解釋本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方案。廢氣通過(guò)入口管1進(jìn)入一個(gè)硫酸濃縮器2中，該濃縮器可以是，例如噴淋塔或下流接觸塔的形式，這些液體被返回作為進(jìn)料液。該濃縮器還通過(guò)管道3供入一種含20%(重量)硫酸和15%(重量)氫溴酸的水溶液。該廢氣含有例如3.0g/Nm3的二氧化硫SO2和0.3g/Nm3的硫化氫H2S并具有185℃的溫度。由于在熱廢氣與水溶液之間存在有效的熱交換，全部HBr及大部分水蒸發(fā)，因此在用于氣體組分的濃縮器的出口5處，廢氣與那些揮發(fā)組分同時(shí)出現(xiàn)，而在濃縮器2本體中，具有較高沸點(diǎn)的硫酸就得以濃縮并在經(jīng)過(guò)一定的期間后以一種濃度在65-75%(重量)之間的可售產(chǎn)品形式從出口管4排出。如果上述的廢氣在一個(gè)裝置中按50m3/h的流量進(jìn)行處理，則以140g/h的產(chǎn)量生成硫酸。
上述廢氣在濃縮器中冷卻至130℃，然后進(jìn)入運(yùn)行中的反應(yīng)器6，這種反應(yīng)器可以是例如一種具有接觸部件的下流塔式反應(yīng)器。在此反應(yīng)器中，蒸氣與廢氣的混合物與來(lái)自電解槽8并通過(guò)管線7進(jìn)入的溶液接觸，這種溶液含有0.5%(重量)的溴。以蒸氣狀態(tài)與廢氣一起進(jìn)入的氫溴酸被反應(yīng)器6的液體吸收，這樣上述的污染物就按照上面的反應(yīng)式在反應(yīng)器6中與溴和水反應(yīng)而生成氫溴酸HBr、硫酸H2SO4并且可能還生成二氧化碳CO2。上述的前兩個(gè)產(chǎn)物以恒定量存在于液相中，而上述的最后一個(gè)產(chǎn)物則與留下的廢氣一起通過(guò)連接管9進(jìn)入洗滌塔11，在該洗滌塔中，與液相處于平衡狀態(tài)的HBr蒸氣的最后剩余部分通過(guò)與水接觸而被吸收。洗滌水被連續(xù)地泵吸到洗滌塔的上方。這些洗滌水的一小部分被返送回反應(yīng)器6中以把所有的HBr都保留在該裝置中。經(jīng)過(guò)凈化的廢氣通過(guò)管道12沿著煙囪(未示出)的方向離開該裝置。這些廢氣實(shí)際上不再含有硫化氫。
在反應(yīng)器6中所用的溴最好少于按照與污染物進(jìn)行反應(yīng)所需的化學(xué)計(jì)算當(dāng)量。這樣，雖然會(huì)使反應(yīng)器的凈化效果略有降低，但卻避免了可能造成的溴損失。
反應(yīng)器6的溫度應(yīng)按這樣一種條件來(lái)控制，即必須使得在出口管9處的氣體具有足夠的濕度以便除去進(jìn)料廢氣中的水分。通常，并不需要專門的溫度控制，可讓反應(yīng)器按絕熱的方式運(yùn)行。所需的反應(yīng)溫度介于55至65°之間。絕大部分的液相經(jīng)過(guò)通往電解槽8的管道10而離開反應(yīng)器6。當(dāng)需要產(chǎn)出含有0.5%(重量)Br2的水溶液時(shí)，在管道10中的流量至少應(yīng)為32kg/h。實(shí)際上常常選擇高得多的流量，例如250l/h，這樣將可使管道7中的溴含量降低至0.05%(重量)。硫酸和氫溴酸的水溶液中的一部分在管道10中，按約500g/h流量通過(guò)管道3進(jìn)入硫酸濃縮器2;用這種方法使硫酸從由反應(yīng)器6和電解槽8所組成的循環(huán)系統(tǒng)中排出。
電解槽8可以由一個(gè)無(wú)隔膜的電解槽以及一些石墨電極或金屬電極所組成。該電極的表面積可約為500cm2?？偟牟垭娏骷s為75A而電流密度約為1.5KA/m2。槽電壓在1.4-1.5V之間。這樣一個(gè)電解槽的能量轉(zhuǎn)換效率通常約為85%。對(duì)于一個(gè)如上述規(guī)模的電解槽來(lái)說(shuō)，氫的產(chǎn)量可望達(dá)到30l/h，而通過(guò)管道7的溴流量可望達(dá)到200g/h。
應(yīng)予指出，在這些反應(yīng)中沒(méi)有使用固體顆?；蚰酀{狀物。反應(yīng)速率是高的，并且可以連續(xù)地操作，這樣就可使用小尺寸的反應(yīng)器。
本發(fā)明并不受限于所有的這些具體實(shí)施方案。這樣，如果廢氣所攜帶的熱量不足以使硫酸濃縮，這時(shí)當(dāng)然可以另加一個(gè)外部的熱源，這種外加熱源也可使水和HBr在進(jìn)入反應(yīng)器6之前就汽化。如果不需要更高濃度的硫酸，這時(shí)也可省去濃縮器。原始廢氣中可以不含H2S而含CS2，或者二者皆有，這時(shí)其中的CS2可以按照上述的反應(yīng)式而被除去。
本發(fā)明的方法的另一種效果是，通過(guò)該方法可使廢氣中的二氧化硫的比例顯著地降低。這樣，已通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)經(jīng)過(guò)處理的廢氣進(jìn)入煙囪時(shí)，在原始廢氣中所含的3.0Nm3的二氧化硫就可降低到該數(shù)值的十分之一。
權(quán)利要求
1.一種用于從廢氣中除去硫化氫(H2S)和/或二硫化碳(CS2)的方法，其特征在于，使廢氣與水和溴接觸，以形成硫酸(H2SO4)和氫溴酸(HBr)的水溶液，還可能生成二氧化碳，另一特征在于在一電解槽中由所說(shuō)氫溴酸產(chǎn)生溴和水。
2.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于，廢氣首先通過(guò)一個(gè)硫酸濃縮器，進(jìn)入該濃縮器的是氫溴酸(HBr)和硫酸(H2SO4)的水溶液，該水溶液由氫溴酸(HBr)隨同蒸氣狀態(tài)廢氣一起帶出。
3.按照權(quán)利要求2的方法，其特征在于，為了使硫酸濃縮器中的氫溴酸和水蒸發(fā)而需要的熱量至少有一部分是來(lái)自廢氣。
4.按照權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)的方法，其特征在于，將廢氣與水和溴反應(yīng)中所生成的產(chǎn)品氣隨后用水洗滌凈化。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種從廢氣中除去硫化氫(H
文檔編號(hào)B01D53/77GK1066005SQ92102930
公開日1992年11月11日 申請(qǐng)日期1992年4月24日 優(yōu)先權(quán)日1991年4月24日
發(fā)明者D·范韋爾津, H·蘭根坎普 申請(qǐng)人:歐洲原子能聯(lián)營(yíng)