DE2721878A1

DE2721878A1 - Verfahren zur rauchgasentschwefelung

Info

Publication number: DE2721878A1
Application number: DE19772721878
Authority: DE
Inventors: Theodor Dipl Chem Voeste; Hans Dr Waterstradt
Original assignee: Metallgesellschaft AG
Current assignee: GEA Group AG
Priority date: 1977-05-14
Filing date: 1977-05-14
Publication date: 1978-11-23
Also published as: JPS53142377A

Description

Verfahren zur Rauchgasentschwefelung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entschwefelung von Rauchgasen.
Für die Rauchgasentschwefelung sind zahlreiche Verfahren entwickelt worden, bei denen das Abscheidungsprodukt entweder in Form von Schwefel, Schwefelsäure, Sulfitschianin oder Gips anfällt. Alle diese Verfahren haben Vor- und Nachteile. Die Regenerationsverfahren benötigen einen erheblichen Aufwand an Investitionen und Energie für die Herstellung von reinem Schwefel oder Schwefelsäure aus den Abscheidungsprodukten. Für die Sulfitschlammverfahren werden große Deponien benötigt, die wegen des Kalziumsulfitgehaltes ökologisch nicht problemlos sind. Bei den Verfahren zur Gewinnung von Gips aus den Abscheideprodukten, ist eine zusätzliche Oxidation erforderlich, sowie eine Reinigungsstufe,um verwertbaren Gips zu erhalten. Außerdem müssen Vorkehrungen getroffen werden, um Gipsverkrustungen an den Anlageteilen zu vermeiden. Die Anpassung einer derartigen #ntschwefelungsanlage an die Lastschwankungen, beispielsweise eines Kraftwerkes, bringt weitere Probleme mit sich.
Alle Waschverfahren haben zudem den Nachteil, daß die Rauchgase bis auf den Taupunkt, der im allgemeinen zwischen 50 und 600 liegt, abgekühlt und danach wieder aufgeheizt werden müssen. Für diese Wiederaufheizung rechnet man mit einem Energiebedarf zziscnen 2 und 4 60 des Energiebedarfs eines Kraf.lerks. Außerdem werden für die EnbschwefelwngsanlaSen, hauptsächlich für die Ub#erwindung von Druckverlusten, nochmals 1 bis 2 % Energie benötigt.
Es ist auch bereits die trockene Entschwefelung mit Kalk oder Dolomit vorgeschlagen worden. Diese Verfahren haben sich jedoch nicht als besonders wirkungsvoll erwiesen. In Versuchsanlagen wurden Entschwefelungsgrade von maximal 30 96 erreicht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Rauchgasentschwefelung in möglichst robuster und flexibler Weise ohne Abkühlung der Rauchgase durchzuführen und die Aufarbeitung der Abscheideprodukte unabhängig von dem jeweiligen Entschwefelungsprozeß, beispielsweise auch unabhängig von den Lastschwankungen einer Kraftwerksanlage, zu ermöglichen.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, die Entschwefelung von Rauchgasen in der Weise durchzuführen, daß Schwefeldioxid bei Temperaturen von über 850 0C mit* flüchtigem Alkali umgesetzt und als Alkalisulfat aus dem Rauchgas abgeschieden wird. *verdampftem, Für die Umsetzung des Schwefeldioxids werden vorzugsweise Natriumhydroxid oder Natriumcarbonat verwendet. Das Alkali kann zweckmäßigerweise in feinkörniger Form in die Brennkammer eingebracht werden oder aber auch in Form einer wässrigen Lösung in die Rauchgase eingedüst werden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird für die Umsetzung des Schwefeldioxids Natriumcarbonat verwendet, das durch einen angepaßten Solvay-Prozeß aus dem abgeschiedenen Natriumsulfat gewonnen wird.
Sofern die Brennstoffe Si02 enthalten, wird mit diesen zweckmäßigerweise außerdem Kalk zugegeben, um eine Verbindung der für die S02-Umsetzung eingebrachten Alkali mit dem SiO2 zu vermeiden.
Das erfindungsgemäße Verfahren beruht auf der Uberlegung, daß Alkali bei den in Betracht kommenden Temperaturen von 0 über 850 C im Rauchgas in nennenswerter Menge gasförmig enthalten sein können, so daß die Umsetzwigrmit SO, in der Gasphase stattfinden kann. Das Umsetzungsprodukt Alkalisulfat ist bei diesen Temperaturen äußerst gering dissoziiert und deshalb sehr stabil. Es hat einen vergleichsweise wesentlich niedrigeren Dampfdruck als die eingebrachten Alkaliverbindungen, fällt daher aus den Rauchgasen aus und kann beispielsweise in einem nachgeschalteten Elektrofilter ohne Schwierigkeit abgeschieden werden.
Zur weiteren Verdeutlichung werden einige Dampfdruckwerte in mm Hg angegeben: oc Na2CO3 NaOH Na2S04 1.000 ca. 11 ca. 40 unter 1/10 1.100 ca. 20 ca. 90 unter 1 1.200 ca. 38 ca.220 ca. 4 Flüchtiges Natriumcarbonat verbindet sich mit dem Schwefeldioxid des Rauchgases nach folgender Formel: Na2C03 + SO, + 1/2 Q2 = Na2SO4 + C02 Die Reaktion verläuft selbst unter den großen Verdünnungsverhältnissen eines typischen Rauchgases mit einer Ausbeute, die über 90 % liegt. Bei einer Entschwefelungsforderung von 85 ,~ müssen deshalb ca. 0,9 Mol. Na2CO3 pro Mol. S02 verdampft und zur Reaktion gebracht werden. Sofern kein größerer ueberschuß an Alkali angewendet wird, reagiert evtl. im Rauchgas vorhandenes Chlor bei Temperaturen über 850 0C fast überhaupt nicht mit dem Alkali.
Bei der erfindungsgemäßen Entschwefelung mit flüchtigem Alkali kann das Rauchgas nach dem Elektrofilter unmittelbar in den Kamin geleitet werden. Es ist nicht erforderlich, das Rauchgas abzukühlen und es braucht daher auch nicht wieder aufgeheizt zu werden. Die Dosierung des Alkali kann entweder in fester Form getrennt vom oder zusammen mit dem Brennstoff erfolgen. Man kann aber auch das Alkali als konzentrierte wässrige Lösung in den Brennraum oder in einen Bereich des Kessels einspritzen, in dem vollständige Verdampfung gewährleistet ist. Eine untere Grenze für die Temperatur ist durch den Dampfdruck des verwendeten Alkalis gegeben. Sie muß hoch genug sein, um die benötigte Menge Alkali vollständig verdampfen zu können. Sofern die Brennstoffe SiO2 enthalten, wird das Alkali vorzugsweise getrennt vom Brennstoff aufgegeben und diesem ggfs. noch Kalk zugesetzt, um die Bildung von Alkalisilikat zu vermeiden, wobei ein Teil des für die S02-Umsetzung bestimmten Alkalis verloren gehen würde. Bei der Verwendung von Natriumverbindungen für die Entschwefelung, kann das anfallende Natriumsulfat entweder verworfen werden oder aber zu reinem Natriumsulfat aufgearbeitet werden. Eine weitere vorteilhafte Möglichkeit besteht darin, das anfallende Natriumsulfat mit Kalk wieder zu Natriumcarbonat und Kalziumsulfat umzusetzen, etwa nach dem bekannten Solvay-Prozeß. Dabei fällt verwertbarer Gips an. Diese Aufarbeitung ist völlig unabhängig vom Kraftwerksbetrieb und kann z.B. in einer zentralen chemischen Anlage für die aus mehreren Kraftwerken anfallenden Abscheidemengen vorgenommen werden.
Weitere Erläuterungen des Erfindungsgedankens ergeben sich aus dem folgenden Ausführungsbeispiel.
100 kg Kohle mit einem Schwefelgehat von 1,05 % werden verbrannt.
Die Rauchgasmenge beträgt 1.000 Nm3/h.
Der S02-Gehalt beträgt 2.000 mg/Nm3 oder 700 ppm.
(Insgesamt also 2 kg/h = 31,25 mol.) Der Kohle werden 3,1 kg/h Soda (Na2C03) zugemischt.
Das sind 29,25 mol., also 93,6 Mol.%, bezogen auf das SO2.
Das Rauchgas hat nach Abscheidung von Staub und NaSO4 einen SO, -Gehalt von 208 mg/Nm3 = 208 g = 3,25 mol.
Die Entschwefelung beträgt also 89,6 ,~, bezogen auf den Anfangsschwefelgehalt.
Bezogen auf die Soda beträgt der Wirkungsgrad 95,73 5'.

Claims

PATENTAI~TSPRÜCISE 1. Verfahren zur Entschwefelung von Rauchgasen, dadurch gekennzeichnet, daß Schwefeldioxid bei Temperaturen von über 8500C mit*flüohtigem Alkali umgesetzt und als Alkalisulfat aus dem Rauchgas abgeschieden wird.
verdampftem, 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Umsetzung des Schwefeldioxids Natriumhydroxid verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Umsetzung des Schwefeldioxids Natriumcarbonat verwendet wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Alkali in feinkörniger Form in die Brennkammer eingebracht wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Alkali in Form einer wässrigen Lösung in die Rauchgase eingedüst wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß für die Umsetzung des Schwefeldioxids Natriumcarbonat verwendet wird, das durch einen angepaßten Solvay-Prozeß aus dem abgeschiedenen Natriumsulfat gewonnen wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei SiO2-haltigen Brennstoffen außerdem Kalk zugegeben wird, um eine Verbindung der für die SO2-Umsetzung eingebrachten Alkali mit dem SiO2 zu vermeiden.