DE1519961A1

DE1519961A1 - Verfahren zum Entfernen von CO2 und H2O aus einem Gasstrom

Info

Publication number: DE1519961A1
Application number: DE19651519961
Authority: DE
Inventors: Engel Chem-Ing Rudolf
Original assignee: Brown Boveri Krupp Reaktorbau GmbH
Current assignee: Brown Boveri Krupp Reaktorbau GmbH
Priority date: 1965-08-17
Filing date: 1965-08-17
Publication date: 1969-06-26
Also published as: BE685369A; GB1105985A; US3519384A; AT268214B

Description

Verfahren zurm Entfernen von CO2 und

-1 ι 'Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entfernen von ÖO2- und H20-Beimengurigen aus einem Gasstrom mittels Kalk. Bei vielen in moderen Industrieanlagen ablaufenden Prozessen entstehen oft mehr oder weniger große Mengen GO2, die den weiteren Ablauf der Prozesse empfindlich stören und daher unerwünscht sind. So wird z.B. in einem Kernreaktor durch die Reaktion von Graphit mit Sauerstoff bzw. von Graphit mit ',/asser ständig Cfl) und GO₂ gebildet, die das im Reaktor umlaufende Kühlgas veru!.i.reini_&en. Das 00 laut sich durch Oxydation leicht in CO2 überführen, und letzteres kann durch Reaktion mit Kalk nach der Gleichung , . .

Ga(OH)₂ + CfO₂——-^Ga OO3 +H₂O

aus dem Reaktorkreisiauf entfernt werden. Das bei dieser Reaktion entstehende Wasser ist ebenfalls unerwünscht und muß durch eine geeignete Umsetzung gebunden werden. Ferner kann bei einigen Kernreaktortypen eine zusätzliche Verunreinigung des Kühlgases i;iit Wasser auftreten, das durch den Dampferzeuger oder durch den Kohlestein des Reflektors in das Kühlgas gelangt. Auch dieses "Wasser muß aus dem Kühlgaskreislauf entfernt werden.

Es sind bereits Vorrichtungen beschrieben, bei denen in zwei parallelgeschalteten Absorptionsfiltern mit einer Ca(OH)2-Püllung das GO₂ durch'Umwandlung in CaGO-* aus dem zu reinigenden Gasstrom abgezogen wird. Das dabei entstehende Wasser wird von .einem nachgeschalteten ^O-Filter mit einer GaO-Püllung aufgenommen. Von den beiden CO^iibsorptionsfiltern ist jeweils eins in den Gasstrom geschaltet ₉ während das andere durch eine stoßartige Temperaturerhöhung und nachfolgende Abkühlung reakti-

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viert wird» Das Sin- und Absohalten der filter erfolgt über einen Oreiwegehahn, der elektrisch gesteuert wird. Mit derartig aufgebauten Vorrichtungen werden gute Umsätze des verwendeten Oa(OH)₂ in CaGOj und eine hohe Seinigungswirkung erzielt} es ergeben sich dabei jedoch zwei wesentliche Nachteile» erstens werden die der Temperaturerhöhung dienenden Heizelemente durch das ständige Aufheizen und Abkühlen stark beansprucht, so daß sie keine allzu lange Lebensdauer" haben dürften, und zweitens ist die Verwendung eines elektrisch gesteuerten Dreiwegehahns in einer großtechnischen Anlage mit einigen Schwierigkeiten verbundene

Wf ·

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Reinigung eines Gasstromes von GO₂ und ELO anzugeben, mit dem die gleichen guten Umsätze und dieselbe -tieinigungswirkung erzielt werden wie mit den bekannten Vorrichtungen, das aber die Nachteile dieser Vorrichtung vermeidet., Ferner soll der Ausnutzungsgrad der Absorptionsfilter noch gesteigert werden»

Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß von drei in die Gasleitung eingebauten Absorptionsfiltern das zuerst von dem zu reinigenden Gas durchströmte filter als COo-Filter betrieben wird, wobei sich die in ihm enthaltene !füllung von Ca(OH)₂-KÖrnern in CaGO^ umsetzt, und ein dem ersten nachgeschaltetes P Filter als H₂0~Filter, wobei die in ihm enthaltene CaO--Füllung in Ca(OH)₂ umgewandelt wird, daß das dritte, ebenfalls CaO enthaltende Absorptionsfilter zunächst als Seservefilter fungiert, daß bei Durchbruch des C02-l^vilters dieses von der Gaszufuhr abgesperrt und seine Funktion von dem bisherigen H₂0-Filter übernommen wird, während das Reservefilter als H₂0-Filter an die Gasleitung angeschlossen wird, das äas durchgebrochene Filter neu mit CaO gefüllt wird und als Reserve zur Verfugung steht und daß die Absorptionsfähigkeit des jeweils als C0₂-Filter fungierenden Absorptionsfilters durch stufenweise Erhöhung seiner Arbeitstemperatur vergrößert wird. ' . -

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Bei dem erfindungsgeinaßen Verfahren kann auf den Dreiwegehahn in der G-aszuführungsleitung sowie auf die stoßartigen Temperaturerhöhungen mit nachfolgender Abkühlung zur Reaktivierung der COp-Filter verzichtet werden, so daß die mit den bekannten Vorrichtungen verbundenen Nachteile hier nicht auftreten.

Die OOp-Absorberfüllung besteht aus einem äußerst reaktionsfähigen Oa(OH)₂* und das ÖOg-filter wird anfangs bei einer Arbeitstemperatur von 180° O betrieben, die im Verlauf des Verfahrens dann stufenweise um je 10 - 20° C gesteigert wird. Der Grund dieser allmählichen Temperatursteigerung ist darin zu erblicken, daß sich bei einem Umsatz von etwa 2,9 $ Ca(OH)₂ in OaOO, eine dünne Schioht aus OaCO, bildet, die die Absorberkörner umhüllt und so eine weitere Reaktion des GO₂ mit dem Oa(OH)₂ verhindert. Das Filter ist also zunächst abgesättigt. Wird nun die !Temperatur in dem C0₂-Filter um etwa 15° 0 erhöht und bis zur nächsten AbSättigung des Filters beibehalten, so genügt die mit der Temperatureteigerung verbundene Dampfdruokzunalune im Inneren des Absorberkoraes, um die durch das gebildete CaöO~ vers-fcpften Poren wieder aufzureißen. Es steht also wieder unverbrauchtes Ca(OH)₂ zur Verfügung. Nachdem abermals Teile des Ca(OH)₂ umgesetzt und die Poren der Füllkörner durch CaCO, verschlossen worden sind, wird durch eine erneute Temperatur- und- Dampfdruckerhöhung wieder frisches Ga(OH)₂ zur Verfügung gestellt, und dt.s COp-Filter arbeitet wieder einwandfrei. Diese Temperatursteigerunüen können bis 400° G vorgenommen werden, wobei das Ga(OIl)₂ bis zu 70 $ umgesetzt wird-. ' .

Das dem GOg-Filter nachgeschaltete HgO-FiIter muß ein Absörptionsmaterial enthalten, das auch bei erhöhten Temperaturen das auf^eiiouuene Wasser nicht v.ieder abgibt. Femer darf das Heaktionsprodukt des Absorptionsmaterials mit H_?0 kein Gas, keine Flüssigkeit oder aggressive chemische Verbindung sein, wie das bei den meisten chemischen Trockenmitteln der Fall ist. Am günstigsten erwies sici: ein Füllmaterial aus CaO, das nicht

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wie das im Handel erhältliche - durch Brennen aus CaGOj hergestellt, sondern nach der Gleichung

Oa(OH)₂—-» OaO + H₂O

aus Oa(OH)₂ gewonnen wurde. Bin auf diese Art erhaltenes OaO ist einem aus OaCOj hergestellten in Bezug auf seine Reaktionsfähigkeit mit Wasser bei weitem überlegen.

Das Absorptionsmaterial des H₂0-Filters reagiert mit dem aus dem Gas zu entfernenden Wasser nach der folgenden Gleichung» ⁽ OaO + H₂Q--* Oa(OH)₂.

Dabei wird das in dem H₂0-Filter vorhandene OaO bis zu 80 $> in Oa(OH)₂ umgesetzt. Dieser Umstand wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren dazu ausgenutzt, verbrauchte HgO-Filter als ' 0O₂-FiItSr zu verwenden und dadurch eine doppelte Ausnutzung der Absorptionsfilter zu erreichen. Zu diesem Zweck sind in den Gaskreislauf drei Filter eingebaut, von denen zwei eine OaO-Füllung besitzen und das andere Oa(OH)2-KÖrner enthält. Bins der Filter mit GaO-Füllung ist zunächst als Reservefilter vorgesehen, während das andere ale HgO-Filter dem 002-Filter nachgeschaltet ist. Das 002-Filter nimmt unter Abgabe von Wasser GOg ^aus dem zu reinigenden Gas auf, wobei sich die Oa(OH)2-Füllung bei stufenweiser !Demperaturerhöhung bis zu 400°0 allmählich in OaOOj umwandelt. Inzwischen hat sich das OaO in dem ^Q-Filter durch Wasseraufnähme in Oa(OH)₂ umgesetzt, so daß bei einem Durohbruoh des OQ₂-Filters das bisherige H₂0-Mlter die Funktion des GO₂-Filters übernehmen kann. Das durchgebrdichene Filter wird aus dem Krei&lauf entfernt, mit einer Füllung von OaO versehen und als Reservefilter zur Verfügung gestellt. Inzwischen wird das bisherige Reservefilter als H₂0-Filter betrieben. Bricht nun das als G0₂-Mlter arbeitende Absorptionsfilter bei Erreichung seiner Bndtemperatur von 400⁰C wieder durch, so rückt das nächste H₂0-Filter an seine Stelle, und das Reservefilter wird als H₂0-Filter in den Kreislauf eingeschaltet. Auf aiese

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Weise kann gedee Miter doppelt ausgenutzt werden.

Vorteilhaft wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die stufenweise Erhöhung der Arbeitstemperatur von einem GC^-Meßgerät gesteuert, das in die Ausgangsleitung des jeweils-als-G-(^- Filter fungierenden Absorptionsfilters geschaltet ist. Das G02-Meßgerät kontrolliert ständig die Ausgangskonzenträtion' . des GO₂-Filters und schaltet bei Ab satt igung des Filters eine !emperaturregelanlage ein, durch die die !Temperatur des Filters in der oben beschriebenen Weise erhöht wird. Zur Überwachung der ^O-Ausgangskonzentration kann hinter das H20-Filter eiii Hygrometer in die Gasleitung eingebaut werden.

In der Zeichnung ist schematisch eine Vorrichtung dargestellt, mit der das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann» . . ..

Die Vorrichtung besteht aus drei Absorptionsfiltern 1,2 und 3» die in eine leitung 4 eingebaut sind, welche von dem zu reinigenden Gas durchströmt wird. Das Filter 1 enthält eine Füllung von Oa(OH)'2-Körnern und wird zunächst als CO^—Filter betriebene Der Filterein^ang kann durch ein. Ventil 5 und der Ausgang durch ein Ventil 6 abgesperrt werden. Durch eine Leitung 7 ist das Filter 1 mit dem Filter 2 und durch eine Leitung 8 mit dem Filter 3 verbunden. Jede der beiden leitungen kann durch ein Ventil 9 bzw. 10 verschlossen werden. Das Filter ist mit GaO gefüllt, das aus Ga(OH)2 hergestellt wurde, und arbeitet als ^O-Filter. Sein Eingang ist durch ein Ventil 11 und sein Ausgang durch ein Ventil 12 abgesperrt. Eine Leitung 13, in die ein Ventil 14 eingebaut ist, verbindet das Filter 2 mit dem Filter 3. Das Filter 3, das ebenfalls eine GaO-Füllung enthält und zunächst als Reservefilter dient, weist in seiner Zuleitung ein Ventil 15 und in seiner Ableitung ein Ventil 16 auf. Ferner ist in der Gasleitung 4 ein weiteres Ventil 17 vorgesehen. In allen drei Filtern sind Heizelemente 18 angeordnet,

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die von einer Temperaturregelanlage 19 aus ein- bzw. abgeschaltet werden können. Die Steuerung der Temperaturregelanlage 19 erfolgt über ein 002-Meßgerät 20, mit dem die Anlage 19 .durch eine Leitung 21 verbunden ist. Das 002-Meßgerät 20 ist . über' eine Leitung 22 an die Ausgänge der Filter 1,2 und 3 angeschlossenj es kann durch Ventile 23,24,25 jeweils von den Filtern abgesperrt werden. Direkt vor dem C02-Meßgerät 20 befindet sich ein weiteres Ventil 2.6. In dem Ausgang der Gasleitung 4 ist ein Abzweig vorgesehen, an den ein Hygrometer 27 angeschlossen werden kann. Vor dem Hygrometer 27 ist ein Ventil 28 angeordnet.

Bei Beginn des Verfahrens sind alle Ventile so eingestellt, daß das zu reinigende Gas zuerst durch das Filter 1 und anschließend durch das Filter 2 strömen muß. Es wird dabei im Filter 1 von CO2 und im Filter 2 von Wasser befreit. Die Ausgangskonzentration des Filters 1 an CO2 wird laufend von dem öO2-Meßgerät 20 überwacht, das selbsttätig bei Absättigung des Filters 1 die Temperaturregelanlage I9 in Gang setzt» Dabei wird die anfängliche Arbeitstemperatur des Filters 1 von 180⁰O stufenweise bis auf °400O0 gesteigert, bis das Filter 1 endgültig durchbricht»· Darauf wird durch entsprechende Einstellung der Ventile das Filter 1 von der Gaszufuhr abgesperrt und der Gasstrom über die Filter 2 und 3 geleitet, die nun als 0O₂- und I^O-Filter fungieren. Inzwischen kann das durchgebrochene Filter 1 neu mit CaO gefüllt werden. Ist das Filter 2 bei einer Temperatur von 400°0 endgültig erschöpft, tritt das Filter 3 an seine Stelle und arbeitet als Pilter, während das Filter 1 die Funktion des ^O-übernimmt. Auf diese Weise kann jedes Filter doppelt ausgenutzt v/erden, wobei das in dem ^O-Filter erzeugte Reaktionsprodukt als Absorptionsmaterial für das 002-Filter verwendet wird.

Patentansprüche 909826/10 96

Claims

Pate-Shm./Hü», ■" int»lJr%. R 114 > Patentansprüche t

1) Verfahren zum Entfernen von Odg und H2O aus einem Gasstrom mittels Kalk» d a d u rc h ge k e η η - ζ e i ohne t, daß von drei in die Gasleitung eingebauten Absorptionsfiltern das zuerst von dem zu reinigenden Gas durchströmte Tilter als 002-111ter betrieben wird, wobei sich die in ihm enthaltene Püllung von Oa(OH)2-Körnern in GaCO, umsetzt, und ein dem ersten naohgesohaltetea Filter als Hg-Q-Filter, wobei die in ihm enthaltene öaO-Füllung in Oa(OH)2 umgewandelt wird, daß das öritte, ebenfalls OaO enthaltende Absorptions-' filter zunächst als Heservefilter fungiert, daß bei Durchbruoh des 002-Pilters dieses von der Gaszufuhr abgesperrt und sein© Sanktion von dem bisherigen H2O-Filter übernommen wird, während das Heservefilter als H20-Pilter an die Gasleitung angeschlossen wird, daß das durchgebrochene filter neu mit OaO gefüllt wird und älf Reserve zur "Verfügung steht und daß die Absorptionsfähigkeit des~ jeweils als 002-!¹ilter fungierenden Absorptionsfilters durch stufenweise Erhöhung seiner Arbeitstemperatur vergrößert wird.

2) Verfahren naoh Anspruch 1, dadurch gekenn-

z e i ο h η e t, daß die stufenweise Erhöhung der Arbeitstemperatur des C02-Mlters von einem 002-Meßgerät gesteuert wird, das in die Ausgangsleitung des jeweils als GOg-Pilter fungierenden Absorptionsfilters geschaltet ist.

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