專利名稱：從廢氣中除去硫化氫和/或二硫化碳的方法
技術領域：
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，可能有一種單獨地或者兩種同時地存在于化學工藝過程的廢氣中，例如在制造人造纖維工藝過程的廢氣中。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，對于工作環(huán)境來說，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。當其濃度達到約5000ppm時就存在使人立刻昏迷的危險。現(xiàn)在對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。對于需要單獨除去硫化氫的情況，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產(chǎn)生相當大量的廢水。
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，用時該方法也不產(chǎn)生廢水。
這個問題是根據(jù)本發(fā)明按照如下的方式來解決的，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，有時還可能產(chǎn)生二氧化碳，另外用一個電解槽將所說的氫溴酸轉變成溴和水。
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一個硫酸濃縮器，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地利用它們所帶的熱量，或者與一個外加熱源一起共同來操作該硫酸濃縮器。
順便指出，眾所周知，溴能將硫化合物轉變成元素硫。這類方法的一些例子公開在美國專利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)在通過一個較佳的實施方案并參考唯一的附圖
來解釋本發(fā)明，該附圖概略地示出一套用于實施本發(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式獲得硫酸和氫溴酸
該反應的反應速度取決于氣體組分擴散入氣/液界面層的擴散速率，因此借助于在交換塔中適當?shù)哪媪魇侄慰墒狗磻俣忍岣摺?br> 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速率并可使污染物幾乎完全地轉變。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)生轉變而需要的溴，可根據(jù)下列反應式通過電解上述的反應產(chǎn)物氫溴酸HBr來加以回收
該反應產(chǎn)生了氫氣，這種氫氣被認為是有價值的并可作為副產(chǎn)品出售。
該電解過程在一個電解槽中進行，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)在參考附圖來解釋本發(fā)明的一個具體實施方案。廢氣通過入口管1進入一個硫酸濃縮器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料液。該濃縮器還通過管道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)組分同時出現(xiàn)，而在濃縮器2本體中，具有較高沸點的硫酸就得以濃縮并在經(jīng)過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裝置中按50m3/h的流量進行處理，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℃，然后進入運行中的反應器6，這種反應器可以是例如一種具有接觸部件的下流塔式反應器。在此反應器中，蒸氣與廢氣的混合物與來自電解槽8并通過管線7進入的溶液接觸，這種溶液含有0.5%(重量)的溴。以蒸氣狀態(tài)與廢氣一起進入的氫溴酸被反應器6的液體吸收，這樣上述的污染物就按照上面的反應式在反應器6中與溴和水反應而生成氫溴酸HBr、硫酸H2SO4并且可能還生成二氧化碳CO2。上述的前兩個產(chǎn)物以恒定量存在于液相中，而上述的最后一個產(chǎn)物則與留下的廢氣一起通過連接管9進入洗滌塔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器6中以把所有的HBr都保留在該裝置中。經(jīng)過凈化的廢氣通過管道12沿著煙囪(未示出)的方向離開該裝置。這些廢氣實際上不再含有硫化氫。
在反應器6中所用的溴最好少于按照與污染物進行反應所需的化學計算當量。這樣，雖然會使反應器的凈化效果略有降低，但卻避免了可能造成的溴損失。
反應器6的溫度應按這樣一種條件來控制，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料廢氣中的水分。通常，并不需要專門的溫度控制，可讓反應器按絕熱的方式運行。所需的反應溫度介于55至65°之間。絕大部分的液相經(jīng)過通往電解槽8的管道10而離開反應器6。當需要產(chǎn)出含有0.5%(重量)Br2的水溶液時，在管道10中的流量至少應為32kg/h。實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流量通過管道3進入硫酸濃縮器2;用這種方法使硫酸從由反應器6和電解槽8所組成的循環(huán)系統(tǒng)中排出。
電解槽8可以由一個無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。總的槽電流約為75A而電流密度約為1.5KA/m2。槽電壓在1.4-1.5V之間。這樣一個電解槽的能量轉換效率通常約為85%。對于一個如上述規(guī)模的電解槽來說，氫的產(chǎn)量可望達到30l/h，而通過管道7的溴流量可望達到200g/h。
應予指出，在這些反應中沒有使用固體顆?；蚰酀{狀物。反應速率是高的，并且可以連續(xù)地操作，這樣就可使用小尺寸的反應器。
本發(fā)明并不受限于所有的這些具體實施方案。這樣，如果廢氣所攜帶的熱量不足以使硫酸濃縮，這時當然可以另加一個外部的熱源，這種外加熱源也可使水和HBr在進入反應器6之前就汽化。如果不需要更高濃度的硫酸，這時也可省去濃縮器。原始廢氣中可以不含H2S而含CS2，或者二者皆有，這時其中的CS2可以按照上述的反應式而被除去。
本發(fā)明的方法的另一種效果是，通過該方法可使廢氣中的二氧化硫的比例顯著地降低。這樣，已通過實驗證明，當經(jīng)過處理的廢氣進入煙囪時，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氫溴酸產(chǎn)生溴和水。
2.按照權利要求1的方法，其特征在于，廢氣首先通過一個硫酸濃縮器，進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自廢氣。
4.按照權利要求1至3中任一項的方法，其特征在于，將廢氣與水和溴反應中所生成的產(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B01D53/77GK1066005SQ92102930
公開日1992年11月11日 申請日期1992年4月24日 優(yōu)先權日1991年4月24日
發(fā)明者D·范韋爾津, H·蘭根坎普 申請人:歐洲原子能聯(lián)營