DE2159186A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Rei nigung von Verbrennungsabgasen - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Rei nigung von Verbrennungsabgasen

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Description

Patentanwälte
Un-i. π. η STZ sen. 2159186
Dr.-!.".-;. . . O - C T Z Jr.
8 MQnchan£2, Gtainsdorfetr. 10
81-17.9O1P(17.902H) 29. 11. I97I
HITACHI, LTD., Tokyo (Japan)
Verfahren und Vorrichtung zur Reinigung von Verbrennungsabgasen
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Reinigung von Verbrennungsabgasen durch Entfernung toxischer Gase wie SO2, NO2, NO, H2S, HF, 1 etc.
Ziel der Erfindung ist eine Abgasreinigung, die außerordentlich wirtschaftlich durchgeführt werden kann und nur sehr einfache Apparaturen erfordert.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß man eine reaktionsfähige oder Reagenzlösung zur Absorption und Umsetzung der im Abgas enthaltenen toxischen Komponenten in Form eines feinen Nebels in das heiße Ver-
81-(POS 26551) NoHe
2O982S/1Ö07
brennung sab gas einsprüht j daß man das in den Tröpfchen der Reagenzlösung enthaltene Wasser durch die "fühlbare Wärme" bzw. bei Abkühlung frei werdende Wärme des Abgases verdampft und die Reaktionsprodukte in Form fester Teilchen trocknet und sammelt, wobei eine Folge dieser Verfahrensschritte kontinuierlich innerhalb eines einzelnen Sprühtrocknungsturmes in einer kurzen Zeitdauer in solcher Weise erfolgt, daß eine (übermäßige) Temperaturabsenkung und Feuchtigkeitszunahme des Abgases durch die Verdampfung des in der versprühten Reagenzlösung enthaltenen Wassers verhindert und der Feuchtigkeitsgehalt des in die Atmosphäre entlassenen Abgases beständig über dem Taupunkt gehalten wird, wodurch die andernfalls durch das Abgas verursachte Verschmutzung der Atmosphäre vermieden wird.
Gemäß der Erfindung wird eine sekundäre UmweltSchädigung bzw. -belästigung durch hohe von der Apparatur abgegebene Wassermengen verhindert, die bei herkömmlichen Reinigungsverfahren vom nassen Typ allgemein störend wirken. Weiter ist es gemäß der Erfindung möglich, durch einfache Rückgewinnung wertvoller Substanzen aus der verbfauchten Flüssigkeit Kondensations- und Extraktionsoperationen zu vermeiden, was hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit der Anlage besonders vorteilhaft ist.
Nachfolgend wird die Erfindung mehr im einzelnen unter Bezugnahme auf die angefügten Zeichnungen beschrieben; es zeigen schematisch ι
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Abgasreinigungsapparatur und
Fig. 2 ein Blockschaltbild für die gesamte Anlage samt Regelung.
209825/100.7;
Zunächst werden anhand von Pig. 1 die Prinzipien des erfindungsgemäßen Abgasreinigungsverfahrens und der Konstruktion einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens beschrieben.
Ein Strom 1 kontaminierter Verbrennungsabgase wird durch eine Einlaßleitung 2 in einen Absorptions- und Verdampfungsturm 3 eingeleitet. Außerdem wird eine reaktionsfähige bzwp Reagenzlösung, die beispielsweise durch eine etwa 10 folge wässrige Natronlauge gebildet werden kann, durch eine Zuleitung 5 zusammen mit Druckluft 14- über Du- ™ sen 6 in die Verbrennungsabgase im Turm 3 eingesprüht.
Wenn das Abgas längs der Führungsflächen 4 in die Sprühnebelzone eingeführt bzw. verteilt wird, kommen im Gas enthaltene toxische Komponenten mit den Tröpfchen der versprühten Lösung in Kontakt und werden von diesen absorbiert. Innerhalb der Tröpfchen finden dann folgende Reaktionen statt:
Schwefeldioxid s
2NaOH + SO2 > Ea2SO3 + H3O (1)
Na2SO3 + 1/2 O2 » Na2 S04 (2)
Na2SO3 + SO2 + H2O » 2NaHSO3 (3)
2NaHSO3 + O2 * 2NaHSO4 (4)
Na2CO3 + SO2 > Na2SO3 + GO2 (5)
Stickstoffoxide:
Na2SO3 + 1/2 NO2 » Na2SO4 + 1/4 N2 (6)
2NaOH + 2NO2 »■ NaNO3 + NaNO2 + H3O (7)
2NaOH + NO + NO2 » 2NaNO2 + H3O (8)
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Schwefelwasserstoff:
NaOH + H2S > NaHS + H2O (9)
NaHS + NaOH > Na2S + H3O (10)
Fluor und Fluorwasserstoffs
NaOH + HF > NaF + H3O (11)
2NaOH + F2 » 2NaF + 1/2 O2 + H3O (12)
Die Tröpfchen der Eeagenzlösung mit darin absorbierten und als Ergebnis obiger Reaktionen gelösten toxischen Komponenten fallen - suspendiert im Abgas - in eine Zone 7 innerhalb des Turms 3, wobei das Wasser der Tröpfchen infolge der vom Abgas abgegebenen Wärme rasch verdampft wird. Die für die Verdampfung des Yfassers erforderliche Zeit liegt innerhalb von einigen Sekunden.
In Nähe einer Zone 8 im abströmseitigen Teil des Turms sind aus den Reaktionsprodukten feste Teilchen entstanden, die durch einen nachgeschalteten Entstauber 9» wie eine Zyklone, einen elektrostatischen Abscheider oder Sackfilter abgetrennt und gesammelt werden, während das gereinigte Abgas durch einen Auslaß 15 abgegeben wird.
Die im nachgeschalteten Entstauber 9 gesammelten festen Teilchen des Reaktionsproduktes werden durch einen Auslaß 13 über Abgabemittel 11 wie eine Drehschleuse oder eine Doppelschieber-Luftschleuse nach außen abgegeben und als wertvolle Substanzen als solche wieder verwendet oder zu Ätznatron und anderen wertvollen Substanzen regeneriert. Das so erzeugte Ätznatron kann innerhalb der Anlage für die erneute Verwendung rückgeführt werden.
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Ein Teil der festen Teilchen der im Turm 3 durch Absorption, Reaktion und Verdampfung gebildeten Produkte wird am Boden des Turms durch eine Auslaßleitung 12 über Abgabemittel 10 nach außen abgegeben.
Beim Durchgang durch den Reinigungsturm sinkt die Temperatur des Abgases unter gleichzeitiger Aufnahme von Feuchtigkeit durch Verdampfung des in der versprühten Lösung enthaltenen Wassers mit dem Ergebnis, daß die Reinigungswirkung vermindert wird. Zur Erzielung einer befriedigenden Reinigung ist es nützlich, die Menge des in der versprühten Reaktionslösung enthaltenen Wassers und die Menge der Reagenzlösung so zu kontrollieren, daß die Temperatur des aus der Apparatur abgegebenen Abgases über dem Taupunkt desselben gehalten wird.
Eine praktische Anordnung zur Erzielung einer solchen Kontrolle wird nachfolgend anhand der in S'ig. 2 gezeigten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anlage beschrieben. Die Konzentration eines toxischen Gases (z.B. SO2) wird durch einen Gaskonzentrationsdetektor 16 überwacht bzw. bestimmt und in ein elektrisches Signal umgewandelt, während der Durchfluß der Verbrennungsabgase mit einem Durchfluß- ä messer 17 überwacht wird, der ebenfalls ein entsprechendes elektrisches Signal abgibt. Die vom Gaskonzentrationsdetektor 16 und dem Durchflußmesser 17 abgegebenen elektrischen Signale werden zu einem Kalkulator 18 weitergeleitet, der wiederum ein dem Produkt beider elektrischen Signale entsprechendes elektrisches Signal erzeugt.
Die Strömungsgeschwindigkeit bzw. der Durchfluß der Reagenzlösung (z.B. Natronlauge) von bestimmter Konzentra-
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tion wird mit einem Strömungsmesser 20 gemessen und in ein elektrisches Signal umgewandelt. Die elektrischen Signale von Strömungsmesser 20 und Kalkulator 18 werden an ein Verhältniskonstanz-Vergleichsorgan 19 weitergegeben, in dem das Verhältnis der elektrischen Signale mit einem vorgegebenen Wert verglichen wird. Das Vergleichsorgan 19 erzeugt ein für die Abweichung des Verhältnisses vom Sollwert repräsentatives elektrisches Signal. Ein Steuerventil 21 wird ansprechend auf dieses elektrische Signal des Verhältniskonstanz-Vergleichsorgans 19 für eine solche Regelung der Strömungsgeschwindigkeit der Reagenzlösung betätigt, daß letztere in einer der Menge an toxischen Gasen äquivalenten Menge zugeliefert wird. . -
Auf diese Weise kann die Reagenzlösung in einer einem bestimmten Verhältnis von Lösung zu der veränderlichen Menge an Verbrennungsgas und Konzentration toxischer G-ase am Einlaß 2 des Turms 3 entsprechenden Menge zugeliefert werden, jedoch schwankt (dann noch) die Temperatur des aus der Apparatur abgegebenen Gases.
Um die Auslaßtemperatur des Gases beständig über dem Taupunkt desselben zu halten, wird die Auslaßtemperatur oder -feuchtigkeit des Gases mit einem Detektor 22 gemessen und der Meßwert in ein elektrisches Signal umgewandelt. Bas von diesem Detektor 22 für Gasauslaßtemperatur oder -feuchtigkeit gelieferte elektrische Signal wird an ein Vergleichsorgan 23 weitergegeben, in dem es mit einem entsprechenden Sollwert für Temperatur oder Feuchtigkeit verglichen wird und das Vergleichsorgan 23 liefert ein für die Abweichung der beiden Werte repräsentatives Signal. Ein Steuer- oder Kontrollventil 24 zur Regelung des Durchflusses des mit der
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Reagenzlösung zu mischenden Wassers wird durch das elektrische Signal vom Vergleichsorgan 23 betätigt.
Der Durchfluß der so in ihrer Konsistenz eingestellten Reagenzlösung wird mit einem Strömungsmesser 25 gemessen und der Meßwert in ein elektrisches Signal umgewandelt, während die Strömungsgeschwindigkeit von Druckluft für das Versprühen der Reagenzlösung mit einem Strömungsmesser 26 gemessen und der Wert in ein elektrisches Signal umgewandelt wird ο Die elektrischen Signale von den Strömungsmessern 25 und 26 werden zu einem Vergleichsorgan 27 geschickt, in dem das Verhältnis der elektrischen Signale mit einem Sollwert verglichen und ein für die Abweichung beider Werte repräsentatives elektrisches Signal erzeugt wird. Ein Steueroder Kontrollventil 28 zur Regelung der Strömungsgeschwindigkeit der Luft wird abhängig von diesem elektrischen Signal des Vergleichsorgans 27 betätigt, so daß ein vorher fest gesetztes Verhältnis von Ιιμΐΐ zu Reagenzlösung erreicht werden kann.
Die Reagenzausgangslösung wird über eine Pumpe 34 von einem Tank 33 her zugeliefert. Zur Aufrechterhaltung der Konzentration der Ausgangslösung auf einem vorbestimmten Pegel ist ein Strömungsmesser 29 zur Messung des Wasserdurch flusses vorgesehen und ein Dosiereinlaß 32 für das Reagenz (z.B. Ätznatron), mit dem eine dem Viasserdurchfluß proportionale Reagenzzufuhr in den Tank 33 aufrechterhalten wird. Wenn die Reagenzlösung im Tank 33 einen vorbestimmten Pegel erreicht hat, spricht ein im Tank angeordneter Füllstandsanzeiger 30 an und ein Ventil 31 wird ansprechend auf ein vom !füllstandsanzeiger 30 geliefertes Signal geschlossen.
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In der oben beschriebenen Weise erfolgen Absorption, Reaktion, Eindampfung und Trocknung der toxischen Komponenten bzw. ihrer Umsetzungsprodukte kontinuierlich in ein und demselben Sprühturm und die Reaktionsprodukte werden in Form fester !Teilchen gesammelt, während die Gasauslaßtemperatur ständig über dem Taupunkt des Gases gehalten wird, selbst wenn die Gaseinlaßtemperatur, die Menge der Verbrennungsabgase und die Konzentrationen der toxischen Komponenten schwanken.
Nachfolgend wird ein Beispiel für die Erfindung beschrieben, bei dem in einem Verbrennungsabgas enthaltenes SOo gemäß der Erfindung abgetrennt wurde. Nachfolgend werden Daten für das Abgas und die Reagenzlösung angegeben«
Tempera tür des Verbren- _+_D 1P-non nungsabgases etwa 1i)U °
Wassergehalt im Ver- . 10 Vol.^
brennungsabgas e™a IU VOJ-·-?4'
Konzentration an SO2 etwa 1500 ppm
Konzentration der t 11 ς «£
versprühten Natronlauge eT:wa Ί'5 *
Das erfindungsgemäße Verfahren wurde unter den oben festgesetzten Bedingungen praktisch durchgeführt. Der Desulfurierungsgrad betrug etwa 80 $j die Gastemperatur an der Auslaßöffnung des Zyklonen-Separators lag bei etwa 1050O (der Taupunkt lag bei etwa 55°G); und der Druckverlust betrug etwa 50 mmW. Die Reaktionsprodukte wurden als feste Teilchen von Na2SO, und Na2SO. vom Boden des Absorptionsund Verdampfungsturms und des Zyklonen-Separators gesammelt.
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lob
Der bei der Auaführung dea erfindungsgemäßen Verfahrena verwendete Zyklonen-Separator kann mit einem Sackfilter oder elektrostatiachem Abscheider kombiniert oder durch solche ersetzt werden.
Außer Ätznatron können andere alkalische Reagenzlösungen und Kalkmilch selektiv abhängig vom Typ und den Eigenschaften dea zu entfernenden toxischen Gases verwendet werden. Beim Betrieb der erfindungagemäßen Anlage ist es auch zweckmäßig, die Wand des Absorptions- und Verdampfungsturmes zu heizen.
In Summa umfaßt die erfindungsgemäße Apparatur einen Absorptions- und Verdampfungaturm mit einem Einlaß und einem Auslaß für Verbrennungsabgase und Mitteln zum Sinsprühen einer Reagenzlösung in feinnebeliger Form in das in den Turin eingeführte Verbrennungsabgas sowie mit Detektoren zur Messung des Durchflußes der zutretenden Gase und der Konzentration einer im Verbrennungsabgas enthaltenen toxischen Komponente am iäinlaß des Turms und Mitteln für die Zulieferung der Reagenzlösung zu den Sprühmitteln nach Einstellung des Verhältnisses zwischen Wasser und Reagenz, wobei die Reagenzlöaung zuliefernden Mitteln abhängig von Signalen der Detektoren arbeiten und am Aualaß des Turms ein Gastemperatur- oder Peuchtigkeitsdetektor vorgeaehen ist, so " daß die innerhalb dea Turms erzeugten Reaktionsprodukte ala feste Teilchen bei einer Temperatur über dem Taupunkt der Verbrennungaabgaae erhalten werden können.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Reinigung von Verbrennungsabgasen ist im Vergleich zu den herkömmlichen trok- kenen Verfahren wie Aktivkohle-Adaorptionaverfahren in der
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Weise vorteilhaft, daß sie mit einem Druckverlust von nicht mehr als 100 mmW betrieben werden kann und ihre Abmessungen gering sind und ihre Konstruktion einfach iat. Die Vorrichtung ist mithin auch vom wirtschaftliehen Standpunkt aus besonders günstig.
Ein anderer Vorteil besteht darin, daß die Kosten für die Aufarbeitung von Abwasser vermindert sind, da die Reaktionsprodukte in Form vollständig verfestigter leuchen gesammelt werden können. Diese festen Teilchen können zweckmäßig als Nebenprodukte ausgenutzt werden.
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Claims (2)

Patentansprüche
1. Verfahren zur Reinigung von Verbrennungsabgasen, dadurch gekennzeichnet, daß in das in einen Turm eingeführte Abgas eine Reagenzlösung in Form eines feinen Nebels gesprüht wird, die in der Lage ist, toxische Komponenten des Verbrennungsabgases innerhalb der Sprüh tröpfchen zu absorbieren und umzusetzen; daß das Wasser aus den Lösungströpfchen abgedampft und die Reaktionsprodukte durch die fühlbare Wärme der Verbrennungsabgase getrocknet werden, wobei alle diese Vorgänge vollständig innerhalb des Turms stattfinden und daß schließlich die Reaktionsprodukte in Form fester Teilchen abgetrennt und gesammelt werden.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Sprüh- und Verdampfungs turm (3) mit einem Einlaß (2) und einem Auslaß (15) für die Verbrennungsabgase (1) und mit Mitteln (5,6,14) zum Einsprühen einer Reagenzlösung in feinnebeliger Form in das in den Turm eingeführte Abgas; Detektoren (16,17) für die Messung des Durchflußes der zutretenden Gase und der -Konzentration einer im Abgas enthaltenen toxischen Komponente am Einlaß des Turms und Mitteln (18-21) für die Zulieferung der Reagenzlösung zu den Sprühmitteln nach Einstellung des Verhältnisses zwischen Wasser und Reagenz, die abhängig von Signalen der Detektoren (16,17) arbeiten; und einen Gastemperatur- oder Feuchtigkeitsdetektor (22), der derart am Auslaß des Turms vorgesehen ist, daß die innerhalb des Turms erzeugten Reaktionsprodukte bei einer Temperatur oberhalb des Taupunktes der Verbrennungsabgase feste Teilchen bilden können.
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