DD263456A1

DD263456A1 - METHOD FOR THE COMBUSTION AND SMOKE-GAS SINKING OF SULFUR-CONTAINING COMBUSTION GASES

Info

Publication number: DD263456A1
Application number: DD30629187A
Authority: DD
Inventors: Wolfgang Michel; Hans-Guenther Koennecke; Heinz Paul
Original assignee: Akad Wissenschaften Ddr
Priority date: 1987-08-24
Filing date: 1987-08-24
Publication date: 1989-01-04

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbrennung schwefelhaltiger Brenngase in der Wirbelschicht und loest die Aufgabe, dabei gleichzeitig eine Entschwefelung des Rauchgases zu erreichen. Die Loesung besteht darin, dass die Verbrennung in einer Wirbelschicht, die aus Kalksteingranulat oder CaO besteht, durchgefuehrt wird. Durch den durch die Wirbelung bedingten Abrieb wird eine staendige Erneuerung der reaktionsfaehigen Oberflaeche garantiert, so dass der Feststoff nahezu quantitativ fuer die Bindung des SO2 genutzt werden kann. Wird die Temperatur unter 800C gehalten, ist auch die Bildung von NO sehr gering.The invention relates to a method for combustion of sulfur-containing fuel gases in the fluidized bed and solves the problem of simultaneously achieving desulfurization of the flue gas. The solution is that the combustion is carried out in a fluidized bed consisting of limestone granules or CaO. Due to the attrition caused by the cyclone, a constant renewal of the reactive surface is guaranteed, so that the solid can be used almost quantitatively for the binding of SO2. If the temperature is kept below 800C, the formation of NO is very low.

Description

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbrennung und gleichzeitigen Rauchgasentschwefelung von schwefelhaltigen Brenngasen im Wibelbett. Bei den Brenngasen kann es sich um Erdgas, Erdölbegleitgas, Schwelgas, Kokereigas oder Gas aus der Petrolchemie handeln.The invention relates to a method for the combustion and simultaneous flue gas desulfurization of sulfur-containing fuel gases in Wibelbett. The fuel gases may be natural gas, associated gas, carbonization gas, coking gas or petroleum gas.

Characteristic of the known technical solutions

Neben den festen fossilen Brennstoffen werden auch Brenngase wie Erdgas, Schwelgas, Kokereigas, Erdölbegleitgas und Gase aus der Petrolchemie zur Erzeugung von Wärmeenergie genutzt. Die dabei entstehenden Rauchgase enthalten ebenfalls Schwefeldioxid und in Abhängigkeit von der Verbrennungstemperatur auch NO_x.In addition to solid fossil fuels, fuel gases such as natural gas, carbonization gas, coking gas, associated petroleum gas and gases from petrochemistry are also used to generate heat energy. The resulting flue gases also contain sulfur dioxide and, depending on the combustion temperature and NO _x .

Für die Rauchgasentschwefelung von Kohlekraftwerken sind eine ganze Reihe von Verfahren ausgearbeitet worden, von denen das sogenannte Kalk-Additiv-Verfahren zu den bekanntesten gehört (z.B. DE 2853369; DE 3232808; DE 3536893; DD 223073; DD 223074). Der Entschwefelunqsgrad des Rauchgases ist dabei vom Verhältnis Kalk:Schwefel und vom Aufmahlungsgrad des Kalkes abhängig. Um eine zufriedenstellende Entschwefelung zu erzielen, muß mit einem hohen Kalküberschuß gearbeitet werden (Chem.-Ing.-Techn.55[1983]). Varianten dieses Verfahrens bestehen in der Anwendung von CaO/MgO-Gemischen oder Flugasche (DD 213357) bzw. von Elektrof ilterasche (DD 215 244) als Additiv. Alle diese Verfahren sind mit einem hohen Aufwand an Hilfsstoffen und/oder Ausrüstungen verbunden.For flue gas desulphurisation of coal power plants, a whole series of processes have been developed, of which the so-called lime-additive process is one of the best known (for example DE 2853369, DE 3232808, DE 3536893, DD 223073, DD 223074). The degree of desulfurization of the flue gas depends on the ratio of lime to sulfur and on the degree of lime calcination. In order to achieve a satisfactory desulfurization, one must work with a high lime excess (Chem.-Ing. Techn.55 [1983]). Variants of this method consist in the use of CaO / MgO mixtures or fly ash (DD 213357) or of Elektrof ilterasche (DD 215 244) as an additive. All these methods are associated with a high amount of excipients and / or equipment.

Ein weiterer Vorschlag zur trockenen Rauchgasentschwefelung sieht vor, das Rauchgas im Rauchgaskanal bei 700-900⁰C durch ein Wirbelbett mit Adsorbentien (Calcium- und/oder Magnesiumverbindungen) zu leiten und letztere ständig aus dem Wirbeibett abzuziehen (DE 3009366). Um ein Aus'nigen der Adsorbnntien mit dem Rauchgas zu vermeiden, daif eine Mir.destkorngröße dieser Stoffe nicht überschritten werden. Die Folge davon ist eine unvollständige Nutzung der Adorbentien.Another proposal for dry flue gas desulfurization provides to direct the flue gas in the flue gas channel at 700-900 ⁰ C through a fluidized bed with adsorbents (calcium and / or magnesium compounds) and the latter constantly withdraw from the fluidized bed (DE 3009366). In order to avoid leaving the adsorbents with the flue gas, it is not necessary to exceed a microslag grain size of these substances. The consequence of this is an incomplete use of the adorbents.

Zur Vermeidung des Austrags können dom Wirbelbett Filter nacheschaltet werden (DE 2931546), was jedoch mit einem zusätzlichen Aufwand an Energie und Material verbunden ist.To avoid the discharge, it is possible to connect downstream fluidized bed filters (DE 2931546), which however involves an additional expenditure of energy and material.

Ein weiterer Vorschlag beinhaltet die Anordnung eines regenerativen Wärmetauschers vor dem Wirbaibett zur Vorh'jizung der Verbrennungsluft (DE 32 27553). Das führt zwar zu einer Verbesserung der Energiebilanz, ist aber ebenfalls mit einer Erhöhung des Aufwandes verbunden.Another proposal involves the arrangement of a regenerative heat exchanger in front of the bed of vertebrae for the preheating of the combustion air (DE 32 27553). Although this leads to an improvement in the energy balance, but is also associated with an increase in the effort.

¹Jm bestimmte Gasbestandteile abzutronnen, wurde vorgeschlagen (DD 231017), das Gas durch einen sich im fiuidisierten Zustand befindlichen Feststoff zu leiten. Dieser Feststoff besteht aus einer keramischen, mit CaCO₃ umhüllten Masse. Nach der Reaktion mit den Gasbestandteilen wird sie mit HF unter Freisetzung von CaF₂ behandelt, in einer gesonderten Anlage neu mit CaCO₃ umhüllt und wieder dem Wirbelbett zugeführt. ^In order to remove certain gas constituents, it has been proposed (DD 231017) to pass the gas through a solidified solid. This solid consists of a ceramic, coated with CaCO ₃ mass. After the reaction with the gas constituents, it is treated with HF with the release of CaF ₂ , newly coated with CaCO ₃ in a separate unit and returned to the fluidized bed.

Zur Erhöhung des Ausnutzungsgrades des Adsorbenten zur Reinigung von Gasen im Wirbelbett wird eine Kreislaufführung vorgeschlagen (DF. 3041997). Das setzt jedoch eine gute technische Reaktionsführung bezüglich der Auskreisung von verbrauchtem und der Zudosierung von frischem Adsorbens voraus.In order to increase the degree of utilization of the adsorbent for the purification of gases in the fluidized bed, recirculation is proposed (DF 3041997). However, this requires a good technical reaction with respect to the elimination of spent and the addition of fresh adsorbent.

Ziel der ErfindunnAim of the invention

Das Ziel der Erfindung ist die Rauchgasentschwefelung bei der Verbrennung schwefelhaltiger Brenngase.The object of the invention is the flue gas desulfurization in the combustion of sulfur-containing fuel gases.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aulgabe zugrunde, ein einstufiges Verfahrer, t.ir Verbrennung schwefelhaltiger Brenngase anzugeben, bei dem gleichzeitig ein hoher Entsr.hwefekmgsgrad und gegebenenfalls eine weitestgehende Unterdrückung der NO_x-Bildung des Pauchgases erreicht wird.The invention is based on the object of specifying a one-stage verifier , t.ir burning sulfur-containing fuel gases, in which at the same time a high Entsr.hwefekmgsgrad and optionally a suppression of NO _x formation of the Pauchgases is achieved as far as possible.

Das erfindungsgemäße Ve-Iahren besteht darin, das Brenngas zusammen mit der zur Verbrennung erforderlichen Luft in einer aus Kalksteingranulat bzw. körnigem CaO bestehenden Wirbelschicht zu verbrennen.The Ve-years invention is to burn the fuel gas together with the required air for combustion in a fluidized bed of granulated limestone or granular CaO fluidized bed.

Durch den intensiven Stoff- unc //ärmeaustausch in der Wirbelschicht reagiert das bei der Verbrennung entstehende SO₂ mit dem CaO nahezu quantitativ zu CaSO₄, wobei ein Entschwefelungsgrad von über 90% erzielt wird. Es wurde gefunden, daß der durch das Wirbeln bedingte Abrieb besonders des porös strukturierten CaSO₄ ausreicht, um eine ständige Erneuerung der reaktionsfähigen Oberfläche zu erreichen. Dadurch kann das CaO fast quantitativ zur chemischen Bindung des SO₂ genutzt werden. Der feinstkörnige Abrieb, der zu über 85% aus CaSO₄ besteht, wird mit dem Abgas aus der Wirbelschicht ausgetragen. Um das Verfahren kontinuierlich durchführen zu können, muß nur eine dem ausgetragenen CaSO₄ äquivalente Menge CaO bzw. Kalksteingranulat wieder zugeführt werden (ca.0,4g CaO pro kg CaSO₄).As a result of the intensive mass transfer of the fluid in the fluidized bed, the SO ₂ produced during combustion reacts almost quantitatively with CaO to form CaSO ₄ , with a degree of desulfurization of over 90% being achieved. It has been found that the swirling, especially of the porous structured CaSO ₄ , caused by whirling is sufficient to achieve a constant renewal of the reactive surface. As a result, the CaO can be used almost quantitatively for the chemical bonding of SO ₂ . The finest-grained abrasion, which consists of more than 85% CaSO ₄ , is discharged with the exhaust gas from the fluidized bed. In order to be able to carry out the process continuously, only one of the discharged CaSO ₄ equivalent amount of CaO or limestone granules must be recycled (ca.0,4g CaO per kg CaSO ₄ ).

Wird die Temperatur im Wirbelbett durch tintsprechende Wahl des Verhältnisses von Brenngas zu Luft oder durch anderweitige Wärmeabfuhr aus dem Reaktion jraum (z. B. durch eingetauchte Wärmeübertragungsflächen oderdurch zusätzliche Überlagerungen mit inerten Feststoffkreisläufen) so eingestellt, daß 80O⁰C nicht überschritten werden (flammenlose Verbrennung), dann kann dioe NO_x-Bild'jng weitestgehend unterdrückt werden. Der Vorteil der Erfindung besteht darin daß schwefelhaltige Brenngase in einem einstufigen Verfahren bei weitgehender Entschwefelung des entstehenden Rauchgases in einer Stufe verbrannt werden können. Das Verfahren bietet zusätzlich die Möglichkeit, durch Einstellung der Verbrennungstemp sratur die Entstehung von NO_x herabzusetzen.If the temperature in the fluidized bed is adjusted by the appropriate choice of the ratio of fuel gas to air or by other heat removal from the reaction chamber (eg by immersed heat transfer surfaces or by additional overlays with inert solid cycles) so that 80O ⁰ C are not exceeded (flameless combustion ), then the NO _x image can be suppressed as much as possible. The advantage of the invention is that sulfur-containing fuel gases can be burned in a single stage process with extensive desulfurization of the resulting flue gas in one stage. The method additionally offers the possibility of reducing the formation of NO _x by adjusting the combustion temperature.

Ausführungsbeispielembodiment

Ein kleintechnischer Wirbelschichtreaktor wird mit 600g CaO (Korndurchmesser 1-4mm) beschickt. In diesem Reaktor wird Stadtgas, dem 6,5VoI.-% H₂S zugemischt werden, zusammen mit Luft verbrannt. Die Gesamtgasbelastung wird auf 8 m³/h eingestellt. Dabei beträgt der Druckabfall in der Wirbelschicht 2UOmm WS. Die Temp ratur im Wirheibett hält sich bei 74O⁰C. Unter diesen Bedingungen beträgt der Schwefelgehalt im Abgas, bezogen auf das Eingangs'jas, nur noch 0,16Vol.-%. Der mit dem Abgas aus der Wirbelschicht ausgetragene Abrieb, der trocken und feinstkörnig ist und /u über 85% aus CaSO₄ bpsteht, wird in einem nachgeschalteten Zyklon abgetrennt 'A small-scale fluidized bed reactor is charged with 600 g CaO (grain diameter 1-4 mm). In this reactor, city gas to which 6.5VoI .-% H ₂ S are added, burned together with air. The total gas load is set to 8 m ³ / h. The pressure drop in the fluidized bed is 2UOmm WS. The temp ratur in Wirheibett holds at 74O ⁰ C. Under these conditions, the sulfur content in the exhaust, based on the Eingangs'jas, only 0.16Vol .-%. The abrasion discharged from the fluidized bed with the exhaust gas, which is dry and very fine-grained and which is over 85% CaSO ₄ bp, is separated in a downstream cyclone.

Claims

1. A process for the combustion of sulfur-containing fuel gases in a fluidized bed, characterized in that the solid of the fluidized bed consists of limestone granules or of granular CaO.

2. The method according to item 1, characterized in that the average particle size of the solid is 1-5mm.

3. The method according to item 1, characterized in that the temperature in the fluidized bed is kept below 800 ⁰ C to reduce the formation of NO _x .

4. The method according to item 1, characterized in that the fluidized bed is supplied to the discharge of CaSO ₄ equivalent amount of fresh CaO or limestone granules.