用吸着剂从烟道气和其他气流中除去硫氧化物的方法技术

叙述了一种使用层状复合氢氧化物（ＬＤＨ）吸着剂来从气流中除去有害的硫氧化物的方法。该吸着剂含有特定的金属组分，这些金属组分是以金属氧合阴离子的形式引入到ＬＤＨ结构的隧道中的，借此促进二氧化硫的氧化。（*该技术在2011年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用吸着剂从气体混合物中除去二氧化硫和三氧化硫的方法，更具体地说，本专利技术涉及一种在双层氢氧化物之间夹有一种离子中间层的结晶层状物的用途，所说的离子能将二氧化硫氧化成三氧化硫。在燃烧矿物的动力装置中，原煤中所含的硫在燃烧时被氧化成硫的氧化物(SO2和SO3，通常用“SOX”来表示)，这些硫的氧化物通过烟囱排到大气中，并且这就成为降落“酸雨”的主要原因。根据对燃烧未脱硫煤动力装置产生的烟道气所作的分析表明，该烟道气含有0.5%-0.2%的SO2和约0.005%的SO3。美国环境保护机构(EPA)规定要控制SOX的排放，并且正在进行各种研究，以开发一种可从烟道气中除去硫氧化物的方法。改进锅炉设计和燃烧系统，以及改变操作条件和使用低硫含量的燃料，可以减少燃烧过程中SOX的生成。最普通的和最廉价的减少SOX排放的方法是在燃料中添加干的活性吸着剂。因此目前常用的方法是使用石灰(CaO)或石灰石(CaCO3)来除硫。已经发现有几种其他的碱性吸着剂，例如MgO、ZnO，也能有效地除去SOX。关于对干吸着剂的述评，请参看，例如Komppa，V.，“Dry Adsorption Processes for Removal of SOx and NOx in Flue Gases-a review”，Paperii ja puu，5，401至405页(1986)。使用第2族(从前称Ⅱa族)的金属氧化物，例如用镁和钙的氧化物作为SOX的吸着剂已经在几个已发表的专利中公开，最近的例子包括美国专利No.3，835，031和3，699，037。在美国专利No.4，153，534中叙述了可用作SOx吸着剂的其他几种不同效果的金属氧化物，其中包括诸如钠、钪、钛、铁、铬、钼、锰、钴、镍、铜、锌、镉、稀土金属与铅等的氧化物。在通常的烧煤的动力装置中，把一种磨细的吸着剂，例如石灰或石灰石，随同煤一起加入锅炉中，或者是以一种浆液的形式喷淋到塔式装置中以便使其与烟道气接触。SO2与氢氧化钙反应而生成一种亚硫酸钙的浆液，然后用空气对亚硫酸钙进行部分氧化，使其变成硫酸钙。在此方法中，硫的氧化物被作为无害的固体化合物保留下来，然后可以用电力除尘或其他标准的方法将其从烟道气中除去。这样的方法对于现有动力装置的改造可能是有吸引力的，因为该方法不需要更换主要的设备构件。此类方法的一个主要问题是氧化物吸着剂的利用率低。由于SO2的传质速度有限且活性较低，所以随着转化增高，SOx的吸附速度急剧下降。因此在所达到的相当短的接触时间内，只可能有一小部分吸着剂起反应。吸着剂利用率低的问题原则上可以用降低粒子的粒度来解决，但是在实际上，为了达到合理的利用率，所需粒子的粒度可能太细，以致于无法用常规的研磨和粉碎的方法经济地制备出来。热力学的计算结果表明，用金属氧化物来吸收三氧化硫比之吸收二氧化硫是更为有利的。几次实验的结果表明，把二氧化硫催化氧化成三氧化硫对于烟道气的脱硫是有利的。Kocaefe & Karman在Canad.J.Chem.Eng.63，971至977页(1985)指出，在相同的条件下，SO3与Ca，Mg和ZnO的反应速度要大于SO2与相同氧化物的反应速度。另外，Fe2O3(作为SO2的氧化催化剂)的夹杂能导致石灰的更有效利用。加入少量的Fe2O3既能获得较快的初始吸收速率，又能大大提高石灰的最终转化率(80-90%)。如果没有氧化催化剂存在，则在石灰的转化率达到约70%时就会使SO2的吸收速率迅速下降。有一种相似的方法已被用来设计在加工石油的流化催化裂化(FCC)方法中所用的SOx吸着剂。在这些吸着剂中，最常见的是碱土金属尖晶石，它含有一种或多种能够氧化二氧化硫的其他金属组分。例如，美国专利Nos 4，472，532和4，492，678涉及掺入铁、铬、钒、镁、镓、硼、钴、铂和铈作为氧化催化剂。因此，在设计用于除去SOx的改进的吸着剂时，人们必须合成出这样一种物质，这种物质必须能够(1)把SO2氧化成SO3;(2)化学吸附所生成的SO3;(3)能够释放出被吸附的SOx以便使吸着剂再生，或者能形成稳定的物质，以便允许对废的固体吸着剂进行安全的处置。可以安全地捕获从这些废吸着剂中释放出的SOx并可用于硫酸或元素硫的生产。欧洲专利申请EP-A278535最近公开了一种催化剂组合物，该催化剂组合物适用于高硫含量和高金属含量的原油的精炼工艺。这样，在该公开文件中的催化剂组合物含有一种催化活性的沸石类物质，例如ZSM-5、ZSM-11等，以便使碳氢化合物转化;一种具有LDH结构的阴离子型粘土类物质，以便用来结合和除去二氧化硫;以及一种母体物质，例如高岭土或氧化铝等。较佳的催化剂组合物含有1-30%的阴离子型粘土组合物(按催化剂组合物的总量计)。现在需要这样一种吸着剂组合物，这种组合物能从烟道气流中，特别是从烧煤的动力装置的烟道气流中，将SOx的含量降低到最小程度。现在还需要研制这样一种吸着剂组合物，这种组合物应能在较短时间内达到对SOx的较好吸收，以克服诸如CaO和MgO等普通氧化物吸着剂由于传质速度受限以及SO2的低反应活性所导致的利用率低的问题。LDH是一类阴离子粘土矿物。这类矿物具有带正电荷的金属氢氧化物的薄层状结构，在这些薄层之间，夹持着一些阴离子和一定量的水分子。最常见的LDH是基于一种复合氢氧化物的结构，这种氢氧化物主要是诸如Mg和Al等主族金属以及诸如Ni、Co、Cr、Zn和Fe等过渡金属的氢氧化物。这类粘土具有一种类似于水镁石〔Mg(OH)2〕的结构，在此结构中，镁离子被氢氧根离子按八个方向包围着，这样就形成了一种八面体，它们具有共享的晶界，借此形成了无限的薄层。在LDH中，一部分镁离子被诸如Al3+之类的三价离子同晶地取代。这样，Mg2+、Al3+、OH-的薄层就带上了正电荷，这样就需要由插入在两薄层之间的阴离子来起电荷平衡的作用。在这类阴离子型粘土中有一种是水滑石，其中的碳酸根离子是一种隙间阴离子，该水滑石的理想单元晶胞结构式为〔Mg6Al2(OH)16〕(CO3)·4H2O。然而，在类水滑石中的Mg/Al比例可以在1.7至4之间变化，并且，各种其他的二价离子和三价离子可以取代其中的Mg和Al。另外，在水滑石中的阴离子碳酸根也可以在合成过程中用各种各样的简单阴离子，例如用NO-3、Cl-、OH-、SO2-4等来取代。这些LDH，根据它们的结构，应归入鳞镁矿-水碳铁镁石(Pyroaurite-Sjogrenite)一族，在这种结构中，带有净正电荷的类水镁石薄层与另外一种薄层交替地排列，在后一种薄层中，碳酸根中的氧原子与水分子共同分布在单独的一组位置上。水铝钙石和与其有关的合成化合物也具有一种层状结构，在此结构中，带正电荷的金属氢氧化物层与含有阴离子和水的中间层交替地排列。其中的氢氧化物层含有由多种金属离子按特定比例结合成的物质，所说的金属离子一方面来自二价的钙离子，另一方面来自三价的金属离子，例如铁离子，或较典型地是铝离子。它的中间层含有阴离子，例如OH-、SO2-4、Cl-、NO-3，而较典型地是CO2-3。这一组物质的通式为〔Ca2M3+(OH)6〕X·YH2O，其中M3+是一个三价阳离本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种从烟道气流和其他气流中除去ＳＯｘ组分的方法，该方法包括，把所说的气流与一种加热的吸着剂组合物接触，其中所说的吸着剂选自具有下列结构式的层状复合氢氧化物和该复合氢氧化物和热处理衍生物［Ｍ↓［１－ｘ］ＩＩＭ↓［ｘ］ＩＩＩ（ＯＨ）↓［２］ ］（Ａ↑［ｎ－１］）↓［ｘ／ｎ］.ｙＨ↓［２］Ｏ其中Ｍ↓［ＩＩ］是一个２价金属阳离子，而Ｍ↑［ＩＩＩ］是一个３价金属阳离子，所说的金属阳离子选自具有下述性质的金属阳离子，即它们应能形成金属的氧化物，并且这些氧化物应能与ＳＯ↓［２］反应， 生成金属的亚硫酸盐以及能与ＳＯ↓［２］反应，生成金属的硫酸盐，Ａ是一种带有电荷ｎ↑［－］的层间阴离子，在此阴离子中至少含有一个能把ＳＯ↓［２］氧化成ＳＯ↓［２］的金属原子，这种金属原子的含量应足以使得所说的层状复合氢氧化物结构能在ＳＯ↓［２］的氧化条件下加速ＳＯ↓［２］变成ＳＯ↓［３］的氧化过程，Ｘ是介于０．８与０．１２之间的一个数。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：托马斯J平纳怀亚，贾扬塔阿马拉塞克拉，克里斯汀A波兰斯基，
申请(专利权)人：密歇根州州立大学托管委员会，
类型：发明
国别省市：US[美国]