DE2157831C3 - Vorrichtung zum Entfernen von Schwefeloxiden aus Abgasen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Entfernen von Schwefeloxiden aus Abgasen, bei der mehrere Desnifunerungseinheiten vorgesehen sind, die jeweils aus einer oberen, mit einem Sprühverteiler für Wasser versehenem Kamr ir, einer Adsorberschicht und einer unteren, mit einer Leitung zum Abziehen der Desorptionslösung versehe ien Kammer bestehen, und bei der eine Düse zum Besprühen der Abgase mit im Kreislauf geführter verdünnter Schwefelsäure vorgesehen ist.

Derartige Anlagen dienen beispielsweise zur Desulfurierung von Abgasen aus Dampfkesseln, Wärme kraftwerken. Gasturbinen oder Anlagen der Eisenverhüttung oder verarbeitung

Es sind bereits Verfahren zur Entfernung von Schwefelverbindungen aus Abgasen bekannt, bei denen mit Aktivkohleschichten gepackte Türme verwendet werden. Bei einem dieser Verfahren werden die Aktivkohleteilchen in den Desulfurierungsturm eingeblasen oder eingestreut und mit den zu entschwefelnden Abgasen in Kontakt gebracht; zur Entfernung der adsorbierten Schwefeloxide von den Aktivkohleteilchen wird ein Desorptionsgas verwendet. Bei einem anderen Verfahren ist eine Mehrzahl von parallelen Aktivkohletürmen vorgesehen, von denen jeweils einige für die Adsorption verwendet werden, während die restlichen Türme eine Desorptionsbehandlung erfahren. Ferner ist es bereits bekannt. Wasser als Desorptionsmittel zu verwenden sowie die Trocknung der ausgewaschenen Adsorber mit Abgas oder einem anderen geeigneten Gas vor zunehmen

Die in Seisan Kenkyu, Nr. 20 (2), Seite 66, besehrie* bene Adsorptionsmethode sieht vor, daß Gas, das aus einem Boiler austritt, nach Abtrennung vom feinteiligen Staub durch einen Staubsammler einer Adsorptions/Desorptions-Vorrichtung, die mit aktiviertem Kohlenstoff zur Reinigung gefüllt ist, zugeführt und danach in die Atmosphäre abgegeben wird. Ein Teil des austretenden Gases wird zum Trocknen des aktivierten Kohlenstoffs verwendet, wobei sich das austretende Gas mit dem aus dem Boiler austretenden Gas vereinigt und erneut im Kreislauf in der Absorptions/ Desorptions-Vornchtung geführt wird. In den ver-

■ sehiedenen Türmen folgen periodisch Absorptions-, Trocknungs und Waschstufe aufeinander.

Aus Staub-Reinhalt. Luft. 1969, Seite 101, ist eine

Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt, bei der das Einsprühen der D'innsäure in den Abgasstrom in nachteiliger Weise innerhalb eines gesonderten Aggregats stattfindet.

Aus der DE-AS 12 88 564 ist eine Vorrichtung zur Wiedergewinnung flüchtiger Lösungsmittel bekannt, bei der die an eirer Aktivkohleschicht absorbierten

■ Lösungsmittel mit Wasserdampf ausgetrieben werden, der anschließend mit den Lösungsmitteldämpfen kondensiert werden muß, wo/u eine unter der Absorberschicht vorgesehene Kühlschlange dient, von der her die Flüssigkeit in den Sumpf der Säule fließt.

-'» Der DE-OS 16 19 880 (US-PS 34 73 297) ist zu entnehmen, daß bei kontinuierlichen Anlagen mit Absorptionsemheiten zweckmaßigerweise mehrere Einheiten parallel vorzusehen sind, von denen jeweils einige turnusmäßig regeneriert werden können.

-' Die DE-OS 16 69 314 zeigt eine Sprühvorrichtung in einer unteren Kammer einer Absorptionseinheit, mit der Wasser zur Kühlung dei Aktivkohleteilchen einer langsam in der Einheit von oben nach unten bewegten Kohlepackung eingesprüht wird. Die so

i" gekühlten Kohleteilchen werden dann am unteren Ende des Tun.ies an ein Fördermittel abgegeben und zum oberen Ende zurückgebracht.

Aus der US-PS 34 75 133 ist eine Vorrichtung zum Entfernen von Schwefeldioxid aus Abgasen bekannt,

i"> die einen unteren Rohgaseinlaß und einen oberen Reingasabzug aufweist und im oberen Teil katalytisch wirksame Koksbetten enthält, die mit Wasser besprüht werden können, wobei sich unterhalb des untersten Katalysatorbette-> die Kammer zum Kuhlen

'" des Rohgases befindet, die eine Sprühvorrichtung für eine nicht näher genannte Flüssigkeit aufweist, mit der das Rohgas im Gegenstrom besprüht wird.

Aus der US-PS 32 94 487 ist es schließlich bekannt, das von Schwefeldioxid zu befreiende Rohgas zunächst

⁴~> in einem Kühlerkon/entrator mit verdünnter Schwefelsäure zu besprühen, bevor das Gas durch einen v/asserbedüsten Aktivkohle-Katalysator geleitet wird.

Der Erfindung hegt die Aufgabe zugrunde. Eine Vorrichtung d;r eingangs genannten Art so auszu-

■^>0 bilden, daß sie einfach in der Konstruktion, weniger platzaufwendig als bekannte Vorrichtungen und mit geringeren Kosten betreibbar ist und möglichst weitgehende und günstige Desulfunerung des Abgases zuläßt, indem Temperatur und Feuchtigkeit des in die

>' Adsorptionsschicht geleiteten Gases so kontrolliert werden, dali die Wirksamkeit der .Schwefeloxidadsorption durch «lie Schicht möglichst hoch st Weiterhin sollen Temperatur und Feuchtigkeit des Abgases während der Behandlung iti der Anlage so kontrolliert

^hn werden, daß das behandelte Gas ohne Schwierigkeit einfach über den Schornstein abgegeben werden kann. Dabei soll Wasser als ein Desorplionsmütel zur Entfernung der vom Adsorber aufgenommenen Schwefeloxide vorgesehen und die auf diese Weise erhaltene Schwerfeisäure weiter aufkonzentrierl werden, womit eine optimale Entfernung von Schwefelverbindungen aus dem Abgas angestrebt wird.
Diese Aufgabe wird bei der eingangs Vorausgesetz-

ten Vorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die untere Kammer mit einer Einlaßdüse für die Ab gase und die obere Kammer mit einer Leitung zur Abgabe der behandelten Abgase versehen sind und daß die Düse zum Besprühen der Abgase mit ver dünnter Schwefelsäure im oberen Teil der unteren Kammer und unmittelbar darunter ein Verteiler als Träger der Adsorbersrhicht angeordnet sind.

Vorzugsweise weist der Verteiler eine Mehrzahl von parallelen Kanälen auf.

Die Erfindung wird anhand des in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiels näher erläutert; darin zeigt

Fig. 1 ein Fließhild fur eine bevorzugte Ausfuhrungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 2 einen Teil der Vorrichtung gemiiLS Fig. 1 in vergrößertem Maßstab, und

Fig. 3 einen Schnitt längs III-III durch die in Fig. 2 gezeigte Dei· ulf urierungseinheit

Wie in Fi(J_-. 1 gezeigt ist, gelangen die Abgase eines Dampfkesseis 12 durch Leitungen oder Kanäle 14 und 16 (mit Ventil 28) zu einem Schonisitin 18, über den sie abgegebe ι werden. Zur Entfernung der im Abgas enthaltenen Schwefeloxide werden nun die Gase über eine von der Leitung 14 abzweigende Leitung 20 (mit Ventil 30) zu den unteren Kammern 50, 52 und 54 der Desulfui ierungseinheiten 22, 24 und 26 geleitet. Die gezeigte Anordnung umfaßt nur drei Desulfurierungseinheiti.:n; es ist jedoch klar, daß gemäß der Krfindung irgendeine beliebige Anzahl vor Desulfurie rungseinheit.:n vorgesehen werden kann. Fur diskontinuierliche Abgasbehandlung durfte es lediglich hinderlich si. in. wenn nur eine einzige Desulfurie rungseinheit vorgesehen wird.

Von der Leitung 20 zweigen drei Leitungen 32, 34 und 36 mit Ventilen 38. 40 und 42 ab, über die der zu den Desulfurierungseinheiten gelangende Gasstrom gesteuert verteilt wird. Alternativ kann die Strömung du r Gase durch Heranziehung der Str<>mungswidentande der Desulfurierungseinheiten kontrolliert werden

In den Desulfuncrungseinheiten 22. 24 und 26 sind Adsorptions nittelschiehten 44. 46 ur.d 48 angeordnet. Die oberen Kammern der Einheiten 22. 24 und 26 sind mit < 'beren I citungen 62, 64 und 66 verbunden, die zu einer gemeinsamen oder Hauptleitung 68 fuhren, die mit der L citung 16 zur Abgabe der behandelten Gase in Verbindung steht.

Die unterhalb der Adsorptionsmittelschichten 44. 46 und 48 vorgesehenen unteren Kammern 50. 52 und 54 der Desulfurierungseinheiten 22. 24 und 26 sind über Leitungen 70. 72. 74. 76. 78 bzw. 80 mit den Speichel kammern 82 bzw. 84 in Verbindung Die Desorption* bzw üesulfuricrungsflussigkeit wie Wasser (h/w wäßrige Schwefelsaure) in vorliegendem Fall wird durch eine in Leitungen 90, 92 und 94 aufspaltende I eitung88 mittels einer Pumpe 86 (oder aus einer Wasserleitung) in die oberen Kammern 56, 58 und 60 ge schickt Das Wasser wascht die Schwefeloxide aus <?en Adsorberschichten der Dcsulfurierungseinheili'n in deren untere Kammern 50. 52 und 54, von wo aus Schwefeloxide enthaltendes Wasser zur Speicher kammer 82 durch die Rückführungsleitungen 70, 72 und 74 zurückkehrt.

Es ist zu bemerken, daß Gas und Wasser nicht gleichzeitig κι die Desulfurierungscinheiten eingeführt werden und daß das Desorptions- oder Deiulfurierungswsisser fiiiht in diejenige Desulfurierungs-

einheit eingeführt wird, in die gerade Gase geleitet werden sondern in diejenige Einheit, in die gerade keine Gase eingeleitet werden. Das heißt, hei der vorliegenden Ausfuhrungsform strömen Gase und Wasser nicht gleichzeitig durch dieselbe Einheit. Selbstverständlich können jedoch auch die Gase zu einem gewissen geringen Ausmaß mit Wasser gemischt werden, ohne daß dadurch der Rahmen der Erfindung verlassen wird

Heim Betrieh wird bevorzugt, daß eine der Einheiten eine Desorption erfahrt, während die beiden anderen Einheiten als Adsorptionseinheiten arbeiten. Wenn mehr als zwei Einheiten in Adsorption betrieben werden, wird vorzugsweise eine von ihnen in Trocknung der Sehwefeli.xidadsorptionsschicht mit den strömenden Gasen betrieben Dabei kann man das Einspruhen von Schwefelsäurelosung in die untere Kammer dieser Einheit unterbrechen.

Die in der Speieherkammer gesammelte schwache Schwefelsaure wird über eine Leitung 98 mit einer Pumpe 96 in eine Leitung 10** geschickt, die sich in drei Leitungen !02, 104 und l'!6 verzweigt, die mit Verteilern 108, 110 und 112 am oberen Ende der unteren Kammern 50. 55 und 54 verbunden sind. In der Zeichnung wird der Verteiler 110 in Spruhtätigkeit gereigt, während die anderen beiden abgestellt gezeigt sind. Die in die untere Kammer 50 der Einheit 22 dureh die Leitung32 ..'ingefuhrten Gase werden durch die Adsorberschicht 44 geschickt, deren Desorption gerade beeidet ist. um die Schien* 44 zu trocknen und im Gu> enthaltene Schwefeloxide dureh die AdsorptioiiMiiitteNchieht 44 aufnehmen zu lassen. Danach tritt der Verteiler 108 in Spruhtätigkeit. Das heißt. der Verteiler 1OS wird verzögert bzw. intermittierend bei ein. in «.'erignt icn Zeitintervall abhängig von der Menge de-, adsorbierenden Mittels ii¹ der Adsorberschicht. dem Du·chfIuIUIt.r uulie I.mheii eingeführten Abgase oder den Ahmes-iingen de. Einheit in Fätigkeit gesetzt. Schwefelsäure!"isung 120 127. in den unteren Kammern 50 und 52 Mießt durch die I eilungen 76 und 78 in die Speicherk.iinmer 84 u:i<J wird darin gelagert und hei Hedarf mit einer Pumpe 114 in die Leitung 100 eingeführt

In der Speicherkammer 84 gesani' ι ''e aufkon/entrierte Schwefelsaure wird mit cmc ι Htimpe 116 m eine Leitung 118 geschickt und a'.igefuhr:. wie weiter unten naher beschrieben wird.

Wie man aus Fig . entnimmt, ist eine Sprühvorrichtung h/w. Sprühdüse 124 im oberen Teil der unteren Kammer 50 der Desulfurierungseinhcit 22 angeordnet und mit der Leitung 100 in Verbindung I ι !mittelbar unterhalb der Sprühdüse 124 ist ein Verteiler 108 angeordnet, der. wie in Fig 1 gezeigt ist. cne Mehrzahl paralleler Kanäle transversal und im rechten Winkel zur Achse der Sprühdüse 124 aufweist, so daß die Schwefelsaurclö^ung gleichmäßig von der Sprühdüse 124 her in die untere Kammer 50 eingespiuht werden kann Koksstiicke 126 von größerem Durchmesser sind uber dem Verteiler 108 angeordnet und c' jruhcr wiederum ist die Adsorptionsmit telsch'tht 44 wie eine Aktivkohleschicht angeordnet.

Der Verteiler 108 hat eine Doppelfunktion, indem er für die Sprühverteilung der Sdiwefelsäurelösung sorgt und außerdem die Adsorptionsmittelschicht (Aktivkohle) tragt. Diese Anordnung ist vorteilhaft, da die Konsti tsktion der Einheit so vereinfacht und der Strömungswiderstand für die Abgase vermindert werden kann.

Im unteren Kammerraum können geeignete FuII-materialien. wie 7.6 cm Stab- bzw. Polringe 136 aus Porzellan, wie in Fig. 2 gezeigt ist. vorgesehen sein. Diese Anordnung ist vorteilhaft, da so die Höhe der unteren Kammer 50 vermindert werden kann.

Die Abgase werden in die untere Kammer 50 durch einen gebogenen Windkasten 128 und damit verbundene Einlaßdüsen 130. die zur unteren Kammer 50 hin offen sind, eingeführt.

Wie vorstehend beschrieben wurde, wird die in der w Speicherkammer 84 gesammelte schwache Schwefel säurelusung mit einer Pumpe 114 durch die Leitung 100 und die Sprühdüse 124 zum Verteiler 108 ge pumpt, von dem sie gleichmäßig in die untere Kammer 50 hinein verteilt wird. Die versprühte Losung wird r> mit den vom Roden der unteren Kammer 50 her aufwärts bewegten Abgasen in Kontakt gebracht, wobei die Temperatur der versprühten Losung bis /um Siedepunkt h/w. bis zur Sättigungstemperatur zunimmt Ein Teil der versprühten Losung verdampft dabei und >o gelangt mit den Abgasen durch die Koksschicht i26 und die Aktivkohle-Adsorptionsschicht 44 in die obere Kammer 56 der Einheit.

Diese Dampfbildung spielt eine wichtige Rolle und ihr kommen drei Hauptfunktionen zu: >i

- Die erste besteht im Hinengen der Schwefelsäurelosung Bei bekannten Anlagen erfordert die Aufkonzentrierung der Schwefelsäurelosung spezielle Apparaturen, beispielsweise Tauchverbrennungsanlagen. Gemäß der Erfindung kann jo nun diese Aufkonzentrierung in der unteren Kammer 50 unmittelbar unterhalb der Aktivkohle-Adsorptionsschicht 44 erfolgen in der Weise, daß sowohl die Einengung der Schwefelsaurelosung als auch die Ad- bzw. Absorption j> der Schwefeloxide durch die Aktivkohle in der gleichen Einheit erreicht werden können.

- Die zweite Funktion besteht in der Einführung von Wasser in das Abgas. Wenn trockene Abgase direkt in die Aktivkohleschicht eingeführt werden. ist die Adsorptionswirkung nicht so groß. Wenn jedoch der Wassergehalt der Abgase, der im allgemeinen in der Gegend von 10% liegt, um 2 bis 5% in der oben beschriebenen Weise durch Entwicklung von Dampf erhöht wird, kann die Wirksamkeit der Adsorption von Schwefeloxiden stark verbessert werden, da das enthaltene Wasser chemische Wirkungen der Schwefeloxidanlagerung an die Aktivkohle begünstigt.

- Die dritte Funktion besteht in der Kühlung der Aktivkohlcschicht 44. insbesondere in ihrem unteren Teil.

Kondensierte bzw. aufkonzentrierte Schwefelsäurelösung wird durch die mit einem Ventil 132 (Fig. 2) versehene Leitung 76 zur Speicherkammer 84 hin abgezogen und durch die Pumpe 114 über die mit einem Ventil 134 versehene Leitung 100 zur Sprühdüse 124 gepumpt, um dort vermittels des Verteilers 108 gleichmäßig in die untere Kammer 50 hinein versprüht zu werden. Auf diese Weise wird die Konzentration der Schwefelsäure zunehmend erhöht, wobei sie in der vorstehend beschriebenen Weise im Kreislauf rückgefiihrt wird. Es ist so möglich, die Konzentration der Schwefelsaurelosung über 65% zu erhöhen.

In der oberen Kammer 56 der Einheit 22 ist ein Sprühverteiler 138 für Desorplionswasser angeordnet, dem das Desorptionswasser von einer Sprühdüse 140 zugeleitet wird, die wiederum mit der Zweigleitung 90 (Fig 1) in Verbindung ist. Das Desorptionswasser wird zur Entfernung der von der Aktivkohleschicht 44 adsorbierten Schwefelverbindungen in der oben beschriebenen Desorptionsphase versprüht Zur Kontrolle der Schwefelsaurestromung ist in der Leitung 70 ein Ventil 137 vorgesehen.

Hei der mit Aktivkohle fur die Desulfurierung arbeitenden Vorrichtung wird bevorzugt, daß die Temperatur des Abgases unmittelbar vor seiner Einführung in die Aktivkohleschichl 44 so hoch wie möglich ist im Hinblick auf die Diffusion lizw. Verteilung des Gases am Auslaß. Andererseits wird die Temperatur des Gases am Einlaß unter Berücksichtigung der Wirksamkeit der Adsorption und des Verbrauchs an Aktivkohle durch Oxidation vorzugsweise unter 1.10 bis 150 ' C gehalten. Ein Kompromiß kann durch Erniedrigung der Temperatur des Gases auf etwa 130 bis 150' C" erreicht werden, indem man das eingeführte Abgas mit der Schwefelsaurelosung in Kontakt bringt. So kann beispielswcist durch Kontrolle der Gastemperatur auf einen Bereich von 150 bis 130'' C bei Einführung in die Aktivkohleschicht 44 die Schwefeloxidadsorptionswirkung stark verbessert und die abgegebene Wärme mit Vorteil zum Einengen der Schwefelsaure ausgenutzt werden.

Ausfuhrungsbeispiel fur den Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung:

Abgas mit einer Temperatur von 150 C und einen Durchfluß von 420000 Nm' Std wird mit der im Kreislauf ruckgefuhrten Schwefelsaurelosung im unteren Teil der Aktivkohleschicht in Kontakt gebracht zur Verminderung der Temperatur auf 133° C. bevor das Gas in die Aktivkohleschicht eingeführt wird. Die Konzentration der zugelieferten Schwefelsäure, d. h. der Lösung in der Speicherkammer 82 liegt bei etwa 20% und die Schwefelsaurelosung wird mit einer Geschwindigkeit von 6300 kg/ Std in den Kreislauf der Schwefelsäurelösung zugeliefert. Infolge der Aufkonzentrierung durch den Kontakt mit den Abgasen und die Zulieferung von verdünnter Schwefelsäui«_iösung wird die Konzentration der Schwefelsäure in der Speicherkammer 84 bei etwa 65 % aufrechterhalten und die Lösung kann mit einer Geschwindigkeit von 1,940 kg/Std abgezogen werden. Die Höhe der unteren Kammer 50 beträgt ungepackt 1,2 m und gepackt mit Füllmaterialien, wie 7,6 cm Stabringen, 0,5 m.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Entfernen von Schwefeloxiden aus Abgasen, bei der mehrere Desulfurierungseinheiten vorgesehen sind, die jeweils aus einer oberen, mit einem Sprühverteiler für Wasser versehenen Kammer, einer Adsorberschicht und einer unteren, mit einer Leitung zum Abziehen der Desorptionslösung versehenen Kammer bestehen, und bei der eine Düse zum Besprühen der Abgase mit im Kreislauf geführter verdünnter Schwefelsäure vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Kammer (50, 52, 54) mit einer Einlaßdüse (130) für die Abgase und die obere Kammer (56, 58, 60) mit einer Leitung (62, 64, 66) zur Abgabe der behandelten Abgase versehen sind und daß die Düse (124) zum Besprühen der Abgase mit verdünnter Schwefelsäure im oberen Teil der unteren Kammer und unmittelbar darunter ein Verteiler (108) als Traget :!er Adsorberschicht (44) angeordnet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß der Verteiler (108) eine Mehrzahl von parallelen Kanälen aufweist.