DE1542314C3

DE1542314C3 - Verfahren und Vorrichtung zur Entfernung von Schwefeloxiden aus Abgasen

Info

Publication number: DE1542314C3
Application number: DE1542314A
Authority: DE
Inventors: Masumi Atsukawa; Kazuhiro Matsumoto; Yoshikiko Nishimoto
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1965-01-30
Filing date: 1966-01-29
Publication date: 1980-08-28
Also published as: FR1466019A; DE1542314B2; GB1119432A; DE1542314A1; US3485014A

Description

Zur Entfernung von Schwefeloxiden aus Abgasen sind sogenannte Naßreinigungsverfahren bekannt, bei denen das zu reinigende Abgas mit einer wäßrigen Lösung oder Aufschlämmung gewaschen wird. Diese Verfahren eignen sich jedoch nicht zum Reinigen großer Gasmengen, weil die Naßreinigung zwangläufig zu einer Temperaturverringerung des Abgases und damit zu einer Erhöhung des Wasserdampfgehaltes führt. Aus diesem Grunde sind Trockenreinigungsverfahren vorzuziehen, bei denen das Abgas mit Hilfe eines Sorptionsmittels gereinigt wird.

Die herkömmlichen Sorptionsverfahren besitzen jedoch eine Reihe von Nachteilen, die insbesondere dadurch bedingt sind, daß es schwierig ist, das Sorptionsmittel gleichmäßig im Strom des zu reinigenden Gases zu verteilen. Dem kommt insofern eine besondere Bedeutung zu, als der Reinigungsgrad mit dem Verhältnis Sorptionsmittel zu Gas zunimmt. Eine Mengenerhöhung des Sorptionsmittels führt aber andererseits zu einer stärkeren Belastung der unerläßlichen Staubabscheider, mit deren Hilfe das Sorptionsmittel vor dem Ablassen in die Atmosphäre aus dem gereinigten Gas entfernt wird. Schließlich verzehrt das Verteilen des Sorptionsmittels in dem Gasstrom eine nicht unwesentliche Energiemenge.

Aus der deutschen Patentschrift 4 42 514 ist bereits ein Trockenreinigungsverfahren bekannt, bei dem ein möglichst feinteiliges Sorptionsmittel über einen Filter in^ einen Düsenraum am Fuße eines zylindrischen Gas/Feststoff-Kontaktturms eingespeist wird. Mit Hilfe eines Teilstroms des zu reinigenden Gases wird das Sorptionsmittel durch eine Bodendüse in den Kontaktturm hineinzerstäubt, in den der Hauptstrom des zu reinigenden Gases von oben eintritt. Das bekannte Verfahren arbeitet nach dem Gegenstromprinzip und erfordert verhältnismäßig viel Energie zum Zerstäuben des Sorptionsmittels und zu dessen Verteilung in dem Kontaktturm, weil dabei nicht nur die auf die Sorptionsmittel wirkende Schwerkraft, sondern auch die Strömungsenergie des Hauptgasstroms zu überwinden ist.

Aus der US-Patentschrift 12 21 505 ist es ferner bekannt, einen Gasstrom in zwei Teilströme zu unterteilen und dem einen Teilstrom ein aus unterschiedlich feinen Teilchen bestehendes körniges Sorptionsmittel beizumischen sowie die beiden Teilströme durch eine Kontaktzone zu leiten. Anschließend werden die gesamten Teilchen des Sorptionsmittels in einem einzigen Abscheider abgeschieden. Ein Regenerieren der Teilchen erfolgt nicht. Es ist möglich, mehrere gleichartige Misch- und Sorptionsstrecken sowie Abscheider hintereinander anzuordnen und die im Abscheider abgeschiedenen Teilchen der jeweils vorhergehenden Kontaktzone wieder zuzuleiten; jedoch müssen hier die Abscheider jeweils alle festen Bestandteile ohne Unterscheidung in grobe und kleine Teilchen auffangen. Auch wird das gesamte in einem Abscheider abgeschiedene Sorptionsmittel wieder beigemischt. Die bekannte Vorrichtung erfordert einen großen baulichen Aufwand. Es kann auch leicht zu einer wesentlichen Anreicherung des Feinstaubs im Kreislaufmaterial kommen, so daß bei steigendem Feststoff/Gasverhältnis die Belastung des Abscheiders zunimmt. Das wiederholte Verteilen des Sorptionsmittel im Gasstrom verzehrt dabei eine erhebliche Energiemenge.

Aus der GB-Patentschrift 7 52 803 ist es schließlich bekannt, einem Gasstrom ein aus unterschiedlich feinen Teilchen bestehendes körniges Sorptionsmittel beizumischen, dieses durch eine Kontaktzone zu leiten und anschließend zunächst die groben und dann die feinen Teilchen abzuscheiden. Hierzu wird dem Gesamtgasstrom zunächst eine Teilmenge des Sorptionsmittels zugeführt. Anschließend findet ein Trennen der groben Teilchen in einem Zyklon statt. Ein Teil der Gase mit dem beigefügten Sorptionsmittel wird abgezweigt und zum Ausgangspunkt zurückgeführt. Ein weiteres Abtrennen der groben Teilchen erfolgt in einem weiteren Zyklon. Das gesamte im Zyklon abgeschiedene Sorptionsmittel wird über eine Leitung dem Gas-Sorptionsmittelgemisch wieder zugeführt, wobei an dieser Stelle ein weiteres Beimischen von Sorptionsmittel erfolgt. Ein drittes und endgültiges Trennen des Sorptionsmittels vom Gas erfolgt mittels eines elektrostatischen Abscheiders. Zwar braucht der elektrostatische Abscheider nicht die gesamte zugeführte Sorptionsmittelmenge abzuscheiden, da ein Teil davon schon vorher den Gasstrom verläßt, jedoch ist die Anlage mit insgesamt drei Abscheidern, einem Gebläse für den gesamten Gasstrom und den verschiedenen anderen Aggregaten sehr aufwendig gebaut und für eine Behandlung großer Gasmengen unge-

eignet. Außerdem ist auch hier der Staubabscheider am Ende der Gasstrecke sehr stark belastet und verzehrt das Verteilen des Sorptionsmittels im Gasstrom eine erhebliche Energiemenge.

Da die Reinigung des Abgases in dem Kontaktturm offensichtlich unzureichend ist, wird das den Kontaktturm verlassende vorgereinigte Gas anschließend durch den Filter geführt, durch den das fris'che Sorptionsmittel in den Düsenraum eingespeist wird. Angesichts des hohen Strömungswiderstandes in dem Filter treten hohe Druckverluste auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bekannten Verfahren zu vermeiden und insbesondere ein Reinigungsverfahren zu schaffen, das bei großem Gasdurchlaß pro Zeiteinheit einen hohen ,₅ Reinigungsgrad erreicht, geringe Druckverluste mit sich bringt und mit einem verhältnismäßig geringen Energieaufwand arbeitet. Diese Aufgabe wird gelöst, wenn beim Verfahren zur Entfernung von Schwerfeloxiden aus Gasen, bei dem der Abgasstrom in zwei Teilströme unterteilt wird und dem einen Teilstrom ein aus unterschiedlich feinen Teilchen bestehendes körniges Sorptionsmittel beigemischt wird, die beiden Teilströme durch eine Kontaktzone geleitet werden und bei dem anschließend zunächst die groben Teilchen und dann die kleinen Teilchen abgeschieden werden und bei dem eine Regenerierung der Teilchen durchgeführt wird, erfindungsgemäß die beiden Teilströme vor Eintritt in die Kontaktzone miteinander vereinigt werden und die abgeschiedenen kleinen Teilchen und ein Teil der abgeschiedenen groben Teilchen regeneriert und danach zusammen mit den übrigen abgeschiedenen groben Teilchen dem mit dem Sorptionsmittel anzureichernden Teilstrom wieder beigemischt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt ein sehr hohes Verhältnis von Sorptionsmittel zu Abgas und arbeitet zu einem wesentlichen Teil mit nichtregenerierten Grobteilchen, während der Feinanteil des Sorptionsmittels insgesamt regeneriert und dabei vergröbert wird.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer in der Zeichnung schematisch dargestellten Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens näher erläutert.

Das zu reinigende Abgas tritt gemäß Pfeil Γ in eine Hauptleitung 1 ein. Ein Teilstrom des Gases wird über Leitung 2 abgetrennt und fließt durch eine Leitung 2' in eine Dispersionskammer 4, in der Sorptionsmittel in das Gas eingetragen wird. Ein Gebläse 3 liegt zwischen den Leitungen 2 und 2' und beschleunigt den Gasstrom in Richtung der Dispersionskammer 4. Das Sorptionsmittel wird über einen Förderer 20 in die Dispersionskammer 4 geleitet, in der eine innige Mischung von Gas und Sorptionsmittel erzeugt wird, die durch eine Rückleitung 5 in den durch die Hauptleitung 1 strömenden Hauptstrom zuriickgeleitet wird. Die Rückleitung 5 muß so beschaffen sein, daß das mit Pulver beladene Gas beschleunigt wird und kann daher als Injektor oder Ejektor mit einer Venturidüse ausgebildet sein, durch die das Feststoff-Gemisch mit hoher Geschwindigkeit in den Hauptgasstrom eintritt.

Durch das Abzweigen einer Teilmenge des Hauptgasstroms und dessen Beladen mit dem Sorptionsmittel sowie das anschließende Zurückführen des Vorgemischs in den Hauptgasstrom wird eine gleichmäßige Verteilung des Sorptionsmittels im Gasstrom erreicht. Das Gas/Feststoff-Gemisch strömt über ein Steigrohr 6 durch einen Gas/Feststoff-Kontaktturm 7, der einen größeren Durchmesser als das Steigrohr 6 besitzt.

Infolge des innigen Kontakts zwischen dem Sorptionsmittel und dem Gas werden die im Gas enthaltenen Verunreinigungen durch Absorption oder Adsorption aus dem Gas entfernt. Das Gas/Feststoff-Gemisch tritt am Fuße des Kontakttrums 7 aus und gelangt über eine Leitung 8 in einen Abscheider 9. Der Abscheider 9 kann als Zyklon ausgebildet sein und trennt die Hauptmenge der Pulverteilchen vom Gasstrom ab. Die abgeschiedene Hauptmenge besteht aus verhältnismäßig großen Teilchen. Vom Kopf des Abscheiders 9 aus gelangt das Gas über eine Leitung 10 in einen Elektrofilter 11, in dem der verbliebene Feinstaub aus dem Gas abgeschieden wird. Das auf diese Weise gereinigte Gas wird dann über einen Kamin 12 in die Atmosphäre geleitet.

Eine Teilmenge des im Abscheider 9 anfallenden Grobstaubes und der gesamte im Elektrofilter 11 anfallende Feinstaub werden anschließend über Leitungen 14 bzw. 13 in eine Regenerationskammer 15 geleitet, in der die absorbierten oder adsorbierten Verunreinigungen entfernt werden und das Sorptionsmittel regeneriert wird. Dabei kommt es zu einer Vergröberung der Teilchen.

Eine verhältnismäßig große Menge des Sorptionsmittels wird in der Dispersionskammer 4 in den Teilstrom eingebracht, um das Verhältnis von Sorptionsmittel zu Gas hoch zu halten. Dabei beträgt der im Gasstrom suspendierte Sorptionsmittelgehalt gewöhnlich ein Vielfaches bis zum Zigfachen der Menge der Verunreinigungen. Daraus folg.t, daß nur ein Teil des Sorptionsmittels mit den Verunreinigungen reagiert, während der größere Teil ohne Verunreinigungen zu absorbieren oder zu adsorbieren durch das System geleitet wird. Demzufolge braucht auch nur diejenige Teilmenge des aus dem Gas abgeschiedenen Sorptionsmittels regeneriert zu werden, die tatsächlich Verunreinigungen ab- oder adsorbiert hat.

Das regenerierte Sorptionsmittel wird vorzugsweise aus der Regenerationskammer 15 über eine Leitung 16 in einen Mischer 18 geführt; es besitzt eine geeignete Teilchengröße, da nämlich die Teilchen der feinkörnigen in die Regenerierungskarnmer eingetragenen Fraktion sich während der Regeneration vergrößern. Der Hauptteil des im Abscheider 9 abgeschiedenen Sorptionsmittels wird dann über eine Leitung 17 ebenfalls zum Mischer 18 geführt und gelangt direkt in den Mischer. Vom Mischer 18 wird das Sorptionsmittel durch die Leitung 19 in einen Förderer 20 geleitet.

Der Elektrofilter 11 kann durch einen mechanischen Filter ersetzt werden. -.··..■

Das durch die Leitung 16 geförderte regenerierte Sorptionsmittel und die vom Zyklon 9 über die Leitung 17 kommende Hauptmenge können dem durch die Leitung 2' in die Dispersionskammer 4 strömenden Teilstrom über besondere Leitungen beigegeben werden, wobei dann der Mischer 18 in Fortfall kommt und das aus dem gereinigten Abgas abgeschiedene Sorptionsmittel direkt in die Dispersionskammer 4 eingespeist wird.

Die erfindungsgemäße Gasreinigung und die wesentlichen Merkmale der Erfindung werden nachfolgend im einzelnen erläutert:

Wie bereits erwähnt, führt ein hohes Verhältnis von Feststoff zu Gas zu einer erhöhten Belastung der Staubabscheidung. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird jedoch die Belastung der Staubabscheidung verringert. Das Gas/Feststoff-Gemisch gelangt nach Durchströmen des Steigrohrs 6 und des Gas/Feststoff-Kontaktturms 7 zunächst in den Staubabscheider 9. Der

überwiegende Teil des Feststoffes wird im Zyklon abgeschieden, dabei gelangt die Hauptmenge des Sorptionsmittels über die Leitung 17 und den Mischer 18 wieder in den Kreislauf. Das heißt, die Hauptmenge des Sorptionsmittels wird in einem bestimmten Verhältnis zum Feinen in die Dispersionskammer eingeführt. Da der im Staubabscheider 9 abgeschiedene Grobstaub dieselbe Teilchengröße besitzt wie das dem Gasstrom in der Dispersionskammer 4 beigemischte Ausgangsmaterial, sind keine Maßnahmen zur Erhöhung der Teilchengröße des im Staubabscheider abgeschiedenen Sorptionsmittels erforderlich. Geeignete Klassiermittel, beispielsweise ein Sieb, können sicherstellen, daß die durch die Leitung 17 geförderten Teilchen eine ausreichende Größe besitzen. Die Teilmenge des Sorptionsmittels, die eine geringe Teilchengröße besitzt, wird im Elektrofilter 11 abgeschieden und gesammelt, worauf sie einer Regeneration unterworfen wird, bei der die Teilchen bis zu der gewünschten Größe wachsen. Der überwiegende Anteil der auf diese Weise regenerierten und vergrößerten Teilchen wird dann später im Zyklon 9 abgeschieden. Demzufolge kommt es niemals zu einer wesentlichen Anreicherung des Feinstaubs im Kreislaufmaterial. Daraus folgt wiederum, daß auch bei steigendem Feststoff/Gas-Verhältnis die Belastung des Staubabscheiders nicht zunimmt und die Menge des den Gasauslaß des Staubabscheiders verlassenden Feststoffes im wesentlichen konstant gehalten werden kann. Weiterhin wird die Absorptionsoder Adsorptions-Aktivität des Sorptionsmittels konstant gehalten, weil eine Teilmenge des im Staubabscheider anfallenden Sorptionsmittel nach dem Aktivieren in der Regenerationskammer in der Dispersionskammer erneut in den Gasstrom eingetragen wird. Diese Überlegungen werden durch die nachfolgend beschriebenen Versuche bestätigt.

Schwefeloxide, nämlich Schwefeldioxid und Schwefeltrioxid, die mit 0,1 Vol.-% im Rauchgas eines mit Schweröl beheizten Dampfkessel enthalten waren, wurden durch Behandlung des Rauchgases mit aktivem Manganoxidpulver entfernt. Die Teilchengröße des Pulvers lag unter 100 μπι. Für die Gasreinigung wurde die in der Zeichnung dargestellte Vorrichtung benutzt. Ihre Kapazität betrug 3000Nm³/h, und 90% des oxidischen Schwefels wurden bei einem Molverhältnis des oxidischen Schwefels zum Manganoxid von 20 entfernt. Der Staubabscheider 9 bestand aus einem Multizyklon und wies einen Abscheidungsgrad bezüglich des aktiven Manganoxidpulvers von 83% im ersten Zyklus, 85% beim zweiten Zyklus und 89% beim dritten Zyklus auf.

Die Kostenverringerung für das Einbringen des Sorptionsmittels und dessen gleichmäßige Verteilung im Gasstrom sind abhängig von der Verteilung des Sorptionsmittels in dem vom Hauptstrom abgezweigten Teilstrom. Nachdem der Teilstrom hinreichend beschleunigt worden ist, wird er mit dem Hauptstrom wieder vereinigt. Die Menge des abgetrennten Teilstromes hängt von der dem Gas beizumischenden Feststoffmenge ab. Hält man den Feststoffgehalt im Teilstrom unter 1 kg/kg Gas, dann kann die Verteilung und das Einbringen des Sorptionsmittels in den Gasstrom leicht und gleichmäßig durchgeführt werden. Die Strömungsgeschwindigkeit des Teilstromes beträgt nach Verlassen der Dispersionskammer 4 m/s, d. h. beim Durchströmen der Laibung 5 m/s, vorzugsweise 5 m/s mehr als die Endgeschwindigkeit des Sorptionsmittels in der Suspension.

Die Tatsache, daß die Dispersion bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wesentlich besser ist als bei den herkömmlichen Verfahren, wird durch den hohen Absorptionsgrad der Verunreinigungen, wie er sich bei dem Verfahren nach der Erfindung ergibt, deutlich. In diesem Zusammenhang wird auf das oben erwähnte Beispiel verwiesen. Bei diesem Versuch betrug das Molverhältnis von Feststoff zu Gas 20. Der Feststoffgehalt lag jedoch bei 60 g/kg Gas, wenn das Molverhältnis in ein Gewichtsverhältnis umgewandelt wurde. Das bedeutet, daß etwa '/ie der Gesamtmenge vom iS Hauptgasstrom abgezweigt werden muß und dem Teilstrom 1 kg Feststoff pro kg Gas zugegeben werden kann. Darauf folgt, daß die Energie und die für die Vorrichtung zur Dispersion des Sorptionsmittels im Gas erforderlichen Kosten bei dem vorerwähnten Beispiel etwa Vi 6 der für eine herkömmliche Vorrichtung erforderlichen Kosten beitragen, bei der der Feststoff dem Gesamtvolumen des Gases direkt beigegeben wird. Die Menge des als Teilstrom vom Hauptstrom abzuzweigenden Gases hängt von der Art und der Menge der Verunreinigungen und der Natur des zu reinigenden Gases ab. Im allgemeinen beträgt der Teilstrom jedoch ein Zehntel des gesamten zu reinigenden Gasvolumens.

Es ist im allgemeinen außerordentlich schwierig,

Feststoffteilchen gleichmäßig in einem Gasstrom zu verteilen. So stellt beispielsweise in einem großen

Stufenkraftwerk, bei dem pro Stunde und Generator 700 000 bis eine Million Nm³ Rauchgas anfallen, die

Veteilung des Sorptionsmittels ein großes Problem dar.

Dabei tritt deutlich zutage, daß die Lösung dieses

Problems durch die Verteilung des Sorptionsmittels

lediglich in einem Teilstrom des Gases, beispielsweise in

'/io des Gasvolumens, bei anschließendem Einleiten des Vorgemischs in den Hauptgasstrom nach der Lehre der Erfindung wesentlich erleichtert wird.

Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Gas/Feststoff-Kontaktturm vertikal angeordnet und sein Durchmesser größer als der des Steigrohrs. Diese Ausbildung wurde aus dem Grunde gewählt, um die Strömungsgeschwindigkeit des Gases zu verringern und auf diese Weise die Verweilzeit des Gases im Kontaktturm und die Relativgeschwindigkeit von Gas und Sorptionsmittel zu erhöhen. Das führt andererseits zu einer verbesserten Reinigungswirkung, weil der Kontakt zwischen Feststoff und Gas verlängert und inniger wird.

Dabei spielt im Hinblick auf die Erfindung die Ausbildung des Kontaktturms, durch den das mit dem Sorptionsmittel vermischte Gas hindurchströmt, keine wesentliche Rolle.

Da die Verteilung des Feststoffes im Gas in einer

Dispersionskammer vorgenommen wird, durch die nur eine kleine Teilmenge des zu reinigenden Gases strömt,

kann die Dispersionskammer natürlich wesentlich kleiner dimensioniert sein als die herkömmlichen Dispersionskammern. Auf diese Weise kann auch der Druckverlust des gereinigten Gases gegenüber solchen

Verfahren wesentlich verringert werden, bei denen die Feststoffteilchen direkt in den Hauptstrom des Gases

eingespeist werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Entfernung von Schwefeloxiden aus Abgasen, bei dem der Abgasstrom in zwei Teilströme unterteilt wird und dem einen Teilstrom ein aus unterschiedlich feinen Teilchen bestehendes körniges Sorptionsmittel beigemischt wird, die beiden Teilströme durch eine Kontaktzone geleitet werden und bei dem anschließend zunächst die groben Teilchen und dann die kleinen Teilchen abgeschieden werden und bei dem eine Regenerierung der Teilchen durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Teilströme vor Eintritt in die Kontaktzone miteinander vereinigt werden, und daß die abgeschiedenen kleinen Teilchen und ein Teil der abgeschiedenen groben Teilchen regeneriert und danach zusammen mit den übrigen abgeschiedenen groben Teilchen dem mit dem Sorptionsmittel anzureichendern Teilstrom wieder beigemischt werden.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einem Gas/Feststoff-Kontaktturm, bei der eine zu dem Kontaktturm führende Hauptleitung mit einer davon abzweigenden Leitung vorgesehen ist und bei der die Ableitung des gereinigten Abgases über einen Staubabscheider führt, dadurch gekennzeichnet, daß in der abzweigenden Leitung (2) eine Dispersionskammer (4) vorgesehen ist, die über eine Leitung (19) mit dem Staubabscheider (9) und einer Regenerationskammer (15), welche über eine Leitung (14) mit dem Staubabscheider (9) und über eine Leitung (13) mit einem Elektrofilter (11) in Verbindung steht, verbunden ist und daß die abzweigende Leitung (2) nach der Dispersionskammer (4) als Rückleitung (5) wieder in der Hauptleitung (1) mündet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dispersionskammer (4) über einen Mischer (18) mit dem Staubabscheider (9) und der Regenerationskammer (15) verbunden ist.