DE2743267A1

DE2743267A1 - Vorrichtung zur entschwefelung von abgasen

Info

Publication number: DE2743267A1
Application number: DE19772743267
Authority: DE
Inventors: Shinichi Shimizu; Kouichi Tamura; Hiroshi Yanagioka
Original assignee: Chiyoda Chemical Engineering and Construction Co Ltd
Current assignee: Chiyoda Chemical Engineering and Construction Co Ltd
Priority date: 1976-09-29
Filing date: 1977-09-27
Publication date: 1978-03-30
Also published as: JPS5344483A; DE2743267C2; US4099925A

Description

Vorrichtung zur Entschwefelung von Abgasen

Die Erfindung betrifft eine Apparatur zur Entschwefelung von Rauchgas bzw. anderem Abgas und im einzelnen eine Apparatur zur Entschwefelung von Rauchgas, in welchem das Schwefligsäuregas in dem Rauchgas in Kontakt mit einer Absorptionsflüssigkeit gebracht und von ihr absorbiert und gleichzeitig mit einem sauerstoffhaltigen Gas oxidiert und mit Hilfe eines fixierenden Raktionspartners in der Absorptionsflüssigkeit fixiert wird.

Bei der Rauchgas-Naßentschwefelung wurde die Methode, Schwefligsäuregas zu absorbieren und gleichzeitig mit Hilfe eines sauerstoffhaltigen Gases zu oxidieren, seit Beginn der Entwicklung als eines der besten Systeme angesehen, um die Anlage zu vereinfachen. Die Realisierung eines solchen V.erfahrens war ein großes Ziel. Ein Problem bei der Realisierung dieses Systems bestand darin, den Sauerstoff zu absorbieren, da dieser eine geringere Absorptionsgeschwindigkeit als Schwefligsäuregas besitzt. Aus diesem Grund wurde herkömmlicherweise bei Rauchgas kleinen Volumens oder bei Rauchgas mit einer Schwefligsäuregaskonzentration so niedrig wie etwa 100 ppm ein sauerstoffhaltiges Gas in das Rauchgas eingeblasen, um eine Absorption und Oxidation durch den direkt in dem Rauchgas enthaltenen Sauerstoff zu bewirken, während bei Rauchgas grossen Volumens irgendeine praktische Methode zur Anwendung dieses Prinzips auch auf Rauchgas mit großem Volumen bis heute nicht verarbei-

809813/1041

tet werden konnte, da die Anlage zu groß wird.

Der Erfindung lag diese Situation zugrunde. Ons Ziel der Erfindung war es, eine Apparatur zu bekommen, die die Absorption und Gleichzeitige Oxidation von Schefliqsäuregas gestattet, in--dem getrennt ein sauerstoffhaltiges Gas und Rauchgas in eine Rauchgasabsorptionszone eingeführt werden und Schefligsäuregas und Sauerstoff einzeln mit großen Absorptionsgeschwindigkeiten in dieser Rauchgasabsorptionszone im vollständigen Vermischungszustand absorbiert werden, um eine Umsetzung in der Absorptionsflüssigkeit zu bewirken.

Zusammengefaßt bestellt die Erfindung in einer ADparatur zur Entschwefelung von Rauchgas, in welcher ein Schefligsäuregas enthaltendes Rauchgas in Kontakt mit einer Absorptionsflüssigkeit gebracht und von ihr absorbiert und gleichzeitig oxidiert und mit einem oxidierenden Reagens in der Absorptionsflüssigkeit fixiert wird, und diese Apparatur umfaßt (a) einen einzelnen Kessel, der in eine Rauchgas-Absorptionsflüssigkeitskontaktzone und eine Absorptionsflüssigkeits-Vorratszone durch eine Rauchgasdispergierplatte und einen Überlauf bzw. ein Wehr unterteilt ist, (b) wobei der untere Teil des Überlaufs bzw. Wehres sich in die Absorptionsflüssigkeits-Vorratszone erstreckt und eine Flüssigkeitsablaufzone bildet, worin die Absorptionsflüssigkeit aus der Kontaktzone überläuft und nach unten fällt, (c) einenRauchgaseinführabschnitt, der entlang der Umfangswand der Absorptionsflüssigkeits-Vorratszone unter der Rauchgasdispergierplatte vorge-

809813/1041

-G-

sehen ist, (d) Flüssigkeitssteigleitungen, die den unteren Teil der Absorptionsflüssigkeits-Vorratszone mit der Rauchgasdispergierplatte verbinden, Einführleitungen für sauerstoffhaltiges Gas mit Öffnungen unterhalb der Cffnungen des unteren Endes der Flüssigkeitssteigleitungen, Einführeinrichtungen für fixierendes Reagens bzw. Absorptionsflüssigkeits-Austrageinrichtungen, die in der Absorptionsflüssigkeits-Vorratszone vorgesehen sind, und (e) eine Austragsplatte für behandeltes Gas in der Rauchgas-Absorptionsflüssigkeits-Kontaktzone.

In der Zeichnung bedeuten die Figuren 1 und 3 Längsschnitte der Apparatur in zwei Ausführungsformen der Erfindung und

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II in Figur 1.

Gemäß der Erfindung steigt die Absorptionsflüssigkeit im unteren Teil des Kessels durch das in die Flüssigkeitssteigleitungen eingeblasene sauerstoffhaltig Gas n.ich oben und bildet eine ülasenschicht mit dem getrennt eingeführten Rauchgas und dem sauerstoffhaltigen Gas auf der Rauchgasdispergierplatte. Diese Blasenschicht gestattet die gleichzeitige Absorption und Oxidation von Schwefligsäuregas.

Die Flüssigkeitssteigleitungen führen das sauerstoffhaltige Gas parallel zueinander auf diese Dispergierplatte unabhängig von dem

809813/1041

Rauchgas und lassen die Absorptionsflüssigkeit im unteren Teil des Behälters auf die Dispergierplatte steigen, wodurch die Konzentrationen an Reaktionsprodukt gleichmäßig gehalten werden. Im Falle, daß nach der Erfindung Prallnlatten oberhalb der Rauchgasdispergierplatte vorgesehen sind, dienen die Prallplatten dazu, auf der Dispergierplatte die Flüssigkeit mit von den Blasen sauerstoff haltigen Gases absorbiertem Sauerstoff mit der Flüssigkeit mit Schwefligsäuregas, das von den Rauchgasblasen absorbiert ist, zu vermischen.

Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnung weiter ' beschrieben. Die Figuren 1 und 3 sind Längsschnitte einer Apparatur nach der Erfindung. Figur 2 ist ein Schnitt entlang der Linie II-II in Figur 1. In Figur 1 ist ein Rauchgas-Einführabschnitt 2 wie ein Ring entlang der peripheren Wand eines einzelnen Kessels 1 vorgesehen. Das abwärts von dem unteren Abschnitt des Rauchgas-Einführabschnittes 2 eingeführte Rauchgas wird unter die perforierte Platte 3 bzw. die Rauchgas-Dispergierplatte geleitet, welche über der Flüssigkeit des Kessels 1 vorgesehen ist, um innerhalb des Kessels 1 horizontal entlang der perforierten Platte 3 zugeführt zu werden. Andererseits wird ein sauerstoffhaltiges Gas von den Einführleitungen 4 für sauerstoffhaltiges Gas mit Öffnungen unterhalb der Flüssigkeitssteigleitungen 5, die im unteren Teil des Kessels 1 vorgesehen sind, in die öffnungen des unteren Teils der Flüssigkeits-Steigleitungen 5 eingeblasen.

809813/1041

— ο —

Das Gas läßt die Absorptionsflüssigkeit, die im unteren Teil des Kessels 1 steht, auf die perforierte Platte 3 steigen. Nachdem die aufgestiegene Absorptionsflüssigkeit und das sauerstoffhaltige Gas auf die perforierte Platte 3 gekommen sind, v/erden das sauerstof fhaltige Gas und ein Teil der Absorptionsflüssigkeit zu Blasen und die andere überschüssige Absorptionsflüssigkeit verteilt sich über die perforierte Platte 3. Das unter die perforierte Platte 3 geleitete Rauchgas steigt durch die Löcher der perforierten Platte 3 und bildet eine zusammenhängende Blasenschicht in flüssiger Phase auf der perforierten Platte 3 mit der Absorptionsflüssigkeit, die durch die Flüssigkeitsteigleitungen aufgestiegen ist. Andererseits treffen die Blasen durch das sauerstoffhaltige Gas auf die Prallplatten 6 und werden in einer Rauchgasblasenschicht dispergiert, und die sauerstoffabsorbierende Flüssigkeit und die Schefligsäuregas absorbierende Flüssigkeit werden in der Blasenschicht auf der perforierten Platte 3 vollständig miteinander vermischt und reagieren miteinander gleichzeitig. Die Blasen gehen über einen Überlauf 7 und werden entschäumt, um eine klare Flüssigkeit zu ergeben. Diese klare Absorptionsflüssigkeit fällt in eine Flüssigkeitsablaufzone 8 und erreicht den Kesselboden und sodann die Einlaßöffnungen der Flüssigkeitssteigleitungen 5, und als Ganzes wird die Flüssigkeit durch die Flüssigkeitssteigleitungen 5 zirkuliert, um die Konzentrationen der Reaktionsprodukte in dem Kessel 1 gleichmäßig zu halten. Ein fixierendes Reagens, wie beispielsweise Ammoniakgas, wird in den Kessel 1 aus Einführleitungen für fixierendes Reagens

809813/1041

eingespeist, um in der Flüssigkeit dispergiert und von ihr absorbiert zu werden. Das aus dem Rauchgas fixierte Reaktionsprodukt, wie beispielsweise Ammoniumsulfat, wird aus einer Absorptionsfliissigkeits-Austragdüse 10 abgezogen, die ö-ne Uberlaufeinrichtung für Flüssigkeit ist, die allgemein verwendet wird, um den Flüssigkeitsspiegel in dem Kessel konstant zu halten. Das in den Kessel eingespeiste Rauchgas wird entschwefelt und oehandeltes Gas aus einem Anstraasauslaß 11, der oben vorgesehen ist, entfernt.

In der Apparatur nach der Erfindung sind die Flüsslgkeits-Steigleitungen 5 so vorgesehen, daß man Raum für eine Höhe h = 100 bis 150 mm entsprechend dem Kopf (Wassersäule) der Flüssigkeits-Steigleitungen unter der Rauchgasdispergierplatte bekommt. Dieses Mittel erleichtert die Einführung und Dispergierung des Rauchgases. In einer Apparatur ohne Raum unter der Rauchgasdisperplatte muß Rauchgas gegen einen Flüssigkeitsdruck, besonders in dem Rauchgaseinführabschnitt, eingeführt werden, so daß ein großer Druckabfall in dem Rauchgas unvermeidlich ist. Dies ist ein großer Verlust und nicht bevorzugt. Außerdem wird bezüglich der Dispergierung von Rauchgas unter der Rauchgasdispergierplatte der gleiche Effekt v/ie bei dem Gasdispersionszustand, den man mit dem Rauchgas-Druckabfall von 100 bis 150 mm Wassersäule erhält, bewirkt, und es ist nicht besonders erforderlich, Leitungen innerhalb des Kessels vorzusehen, um Gas unter der Rauchgasdispergierplatte zu dispergieren. Da die obigen Einrichtungen es möglich machen, nicht mehr als 200 bis 300 Wassersäulen für den Druckabfall durch die Blasenschicht

80981 3/1041

auf der Rauchgasdispergierplatta und für den Druckabfall infolge der Führung unter der Platte zu haben, braucht das Rauchgas an dem Rauchgaseinführabschnitt keinen großen Druck zu haben. Dieses Mittel ist daher sehr wirksam far dia Behandlung eines großen Rauchgasvolumens.

Bezüglich des Überlaufs, der vorgesehen ist, um den Flüssigkeitsdruckabgleich zwischen der Blasenschicht auf der Dispergierplatte und der Flüssigkeitsablaufzone bzw. Flüssigkeitsabtropfzone zu halten, braucht die Höhe H{)b_eri_a f lediglich größer als die Höhe entsprechend dem Druckunterschied zwischen dem Flüssigkeitsdruck H, in mm Wassersäule auf der Dispergierplatte un^d dem Kopf h der Flüssigkeitssteigle Zungen in mm Wassersäule zu sein, wie durch die folgende Formel gezeigt wird:

"überlauf " ^HF ~ ^h'

Daher kann auch die Überlaufhöhe bzw. Wehrhöhe entsprechend den Flüssigkeitssteigleitungen gesenkt werden. Im allgemeinen ist es aber bevorzugt, daß die Höhe des Überlaufs oder Wehrs 50 bis 80 % der Höhe der zusammenhängenden Blasenschicht in flüssiger Phase ist.

Außerdem gestatten es die Flüssigkeitssteigleitungen, eine ausreichende Absorptionsflüssigkeits-Zirkuliermenge zu erhalten, um die Konzentrationen an Reaktionsprodukt, wie Ammoniumsulfat, in dem Kessel gleichmäßig zu halten. Die Beziehung zwischen der Menge

809813/1 (K1

an sauerstoffhaltigem Gas Vm /hr und der Menge an durch die Flüssigkeitssteigleitungen aufgestiegener Flüssigkeit Qm /hr wird durch die folgende Formel ausgedrückt:

_v , 4.20 h

log hs + 10.33

10.33

worin vO die Effizienz in %, h den Kopf in Meter und hs die Untertauchtiefe der Flüssigkeitssteigleitungen in Metern bedeutet.

Im allgemeinen wird bei den Flüssigkeitssteigleitungen das Untertauchverhältnis O durch %} = h / (h + hs) ausgedrückt, und ist bekannt, daß die Effizienz-Beziehung· l| = f (V,(T) ist. Wenn daher V und 0* so ausgewählt werden, daß <\ konstant gemacht wird, läßt sich Qf direkt bestimmen. Die Schwefligsäuregaskonzentration in dem Rauchgas ist proportional der Menge an sauerstoffhaltigem Gas V, wenn die Rauchgasmenge konstant ist. Aus diesem Grund ist die Absorptionsflüssigkeits-Zirkulationsmenge Q proportional der Schief ligsauregaskonzentration, und die Konzentrationen des Reaktionsproduktes, wie von Ammoniumsulfat, in dem Kessel werden gleichmäßig gehalten, ungeachtet der Schwefligsäuregaskonzentration,

säure

Daher sind bei dem Rauchgas mit hoher Schweflig'gaskonzentration Hilfseinrichtungen, wie Pumpen, für die Flüssigkeitszirkulation nicht erforderlich. Somit kann die Apparatur nach der vorliegenden Erfindung leicht einen weiten Bereich von Schdef ligsäuregaskonzentrationen in Rauchgasen verarbeiten und gestattet einen Be-

80981 3 / 10 Λ 1

trieb lediglich durch Einblasen eines sauerstoffhaltigen Gases und Einführen eines Rauchgases oder Abgases, ohne daß irgendwelche anderen Mittel zur Flüssigkeitszirkulation erforderlich sind.

Wenn außerdem zahlreiche Kombinationseinheiten, von denen jede aus Flüssigkeitssteigleitungen und einer Flüssigkeitsablaufbzw. Flüssigkeitsabtropfzone besteht, horizontal in dem Kessel angeordnet werden, kann die Apparatur Veränderungen des Abgasbehandlungsvolumens berücksichtigen. Dies zeigt, daß die Erfindung sehr leicht die Vergrößerung der Anlage gestattet, was ein weiterer Vorteil ist.

Da Flüssigkeitssteigleitungen verwendet werden, kann die Apparatur nach der Erfindung zufriedenstellend eine Absorptionsflüssigkeit, die suspendierten Feststoff enthält, verwenden und nicht nur für die Entschwefelung von Rauchgas und anderem Abgas mit Ammoniak als fixierendes Reagens, sondern auch für die Entschwefelung von Rauchgas oder anderem Abgas mit einer wässrigen Lösung oder Supsension angewendet werden, die irgeneine Substanz enthält, welche Schwefligsäuregas absorbiert und fixiert. Dies zeigt, daß die Apparatur breite Anwendbarkeit hat.

Wenn beispielsweise die Absorptionsflüssigkeit eine wässrige Lösung ist, kann NaOH (Ätznatron) sowie Ammoniak als fixierendes Reagens verwendet werden, um die Produktion von Na₃SO. als Nebenprodukt bei der Entschwefelung zu gestatten. Wenn die Absorptions-

809813/1041

flüssigkeit eine Suspension ist, kan^n diese Apparatur für das Ammoniumsulfatverfahren verwendet werden, bei dem Ammoniumsulfat unter Ausfällung als Kristalle konzentriert und suspendiert wird. Die se Animoniumsulfatkristallisation kann leicht erreicht werden, indem man den Kesselboden konisch ausbildet und Lufteinblasdüsen für das Rühren vorsieht.

In dem folgenden Beispiel wurde eine perforierte Platte als Rauchgasdispergierplatte verwendet, doch kann gleichermaßen auch eine Netzplatte, Gitterplatte oder Siebplatte verwendet werden -

Figur 3 zeigt eine vereinfachte experimentelle Ausführungsform der Erfindung, bei der eine Flüssigkeitssteigleitung und eine Flüssigkeitsablaufzone bzw. Flüssigkeitsabtropfzone exzentrisch in einem einzelnen Kessel vorgesehen sind und eine Absorptionsflüssigkeitsaustragdüse am Boden des Kessels vorgesehen ist. Die Bezugszeichen der betreffenden Teile sind die gleichen wie in Figur 1.

Das nachfolgende Beispiel verwendet die in Figur 3 gezeigte Apparatur.

Beispiel

Die verwendete Apparatur war die in Figur 3 gezeigte. Der Durchmesser, der zylindrischen Apparatur betrug 800 mm, und der Flüssigkeitsspiegel lag in einer Höhe von 1350 mm. Die Flüssigkeits-

809813/1(HI

Steigleitung 5 hatte eine Länge von 1OOO mm und einen Durchmesser von 18 mm. Die Flüssigkeitsablaufzone 8 hatte eine Höhe von 650 mm vom Flüssigkeitsspiegel aus, und der Überlauf oder das Wehr hatte eine Höhe von 200 mm von der Rauchgasdispergierplatte 3 aus. Der Abstand zwischen dem Flüssigkeitsspiegel und der perforierten Platte betrug 150 mm. Der Anteil der Öffnungen in der perforierten Platte lag bei 7 %, und der Lochdurchmesser lag bei 10 mm. Die Prallplatte 6 war 3OO mm oberhalb der perforierten Platte angebracht.

Luft wurde in die Flüssigkeitssteigleitung 5 aus der Einführleitung 4 für sauerstoffhaltiges Gas mit 16 Nm /hr eingeblasen, und andererseits wurde das Rauchgas, das 1280 ppm SO. und 3 % enthielt, aus dem Einführabschnitt 2 für Rauchgas mit 98oNm /hr eingeblasen. Außerdem wurde Ammoniakgas aus der E±führleitung für fixierendes Reagens mit 25 Nm /hr eingeführt, um den pH-Wer der Absorptionsflüssigkeit auf 3 einzustellen.

Entschwefeltes Gas (mit einem Gehalt von 10 bis 20 ppm SO₂) wurde aus dem Auslaß 11 für behandeltes Gas entfernt. Industriewasser wurde aus der Wasser-Zuführdüse 12 zugeführt, um die Ammoniumsul fatkonzentration und den Flüssigkeitsspiegel einzustellen. Die Absorptionsflüssigkeit wurde durch die Austragdüse 10 für Ab sorptionsflüssigkeit mit Hilfe der Pumpe 13 abgezogen. Die abge zogene Menge an Absorptionsflüssigkeit lag bei 31 1 je Stunde, und die Ammoniumsulfatkonzentration lag bei 20 Gew.-t.

809813/10 41

Der Gesamtdruckabfall des Rauchgases betrug 300 mm Wassersäule, und die Höhe der Blasenschicht war zu diesem Zeitpunkt 700 mm.

Wie aus der obigen Beschreibung ersichtlich ist, ergibt die Erfindung die Effekte, daß die Absorption und Oxidation von Schwefligsäuregas gleichzeitig mit einer sehr kompakten Einrichtung" und der gleichen Menge an oxidierender Menge, wie üblich, durchgeführt werden kann, daß ein Reaktionsprodukt als Nebenprodukt, wie beispielsweise Ammoniumsulfat, auch konzentriert werden kann und daß bei niedrigem Druckverlust eine hohe Entschwefelungsleistung erreicht werden kann.

•09813/1041

Claims

Dr. Hans-Heinrich Willrath t Dr. Dieter Weber Dipl.-Phys. Klaus Seiffert PATENTANWÄLTE D-62 WIESBADEN 26.Sept. 1977 Posttadi 6145 W/B ta . <m (06121) 3717 10 Telegrammadresse: WILLPATENT Telex: File 168959 Chiyoda Chemical Engineering & Construction Co. Ltd. 1580, Tsurumi-cho, Tsurumi-ku, Yokohama City, Kanagawa Pref. / Japan Vorrichtung zur Entschwefelung von Abgasen Priorität: 29. September 1976 aufgrund der japanischen Patentanmeldung 51-115081 Patentansprüche

1. Vorrich t ung zur Entschwefelung von Abgasen, worin ein Schweflicsauregas enthaltendes Abgas mit einer Absorptionsflüssigkeit in Kontakt gebracht wird, wobei das Schwefligsäuregas von der Absorptionsflüssigkeit absorbiert und gleichzeitig von einem sauerstoffhaltigen Gas oxidiert und von einem fixierenden Reagens in der Absorptionsflüs-

609813/1041

ORIGINAL INSPECTED

sigkeit fixiert wird, gekennzeichnet durch

a) einen einzelnen Kessel, der durch eine Abgasdispergierplatte und eineⁿ Überlauf in eine Abgas-Aksorptionsflüssigkeitskontaktzone und eine Absorptionsflüssigkeits-Vorratszone unterteilt ist,

b) eine von einem unteren Teil des Überlaufs, der sich in die Absorptionsflüssigkeitsvorratszone erstreckt, gebildete Flüssigkeitsablaufzone, worin die Absorptionsflüssigkeit aus der Kontaktzone überläuft und abläuft,

c) einen entlang ler peripheren Wand der Absorptionsflüssigkeits-Vorratszone unter der Abgasdispergierplatte vorgesehenen Abgaseinführabschnitt,

d) Flüssigkeitssteigleitungen, die den unteren Teil der Absorptionsflüssigkeits-Vorratszone mit der Abgasdispergierplatte verbinden, Einführleitungen für sauern toffhaltiges Gas mit öffnungen unterhalb der öffnungen des unteren Endes der Flüssigkeitssteigleitungen, Einführeinrichtungen für fixierendes Reagens und Einrichtungen zum Austragen von Absorptionsflüssigkeit, die in der Absorptionsf lüssigkeits-Vorratszone vorgesehen sind, und

e) einen Austragauslaß für behandeltes Gas ob_erhalb der Abgasdispergierplatte in der Abgas-Absorptionsflüssigkeits-Kontaktzone.

809813/KH1

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe des Überlaufs 50 bis 80 % der Höhe der auf der Dispergierplatte gebildeten zusammenhängenden Blasenschicht flüssiger Phase beträgt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Prallplatte in der auf der Dispergierplatte gebildeten zusammenhängenden Blasenschicht in flüssiger Phase vorgesehen ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß

ein

die Abgasdispergierplatte eine perforierte Platte, Netz, ein Gitter oder eine Siebplatte ist.

8 0 9 8 1 3 / 1 Π L 1