DE2952458A1

DE2952458A1 - Verfahren zur behandlung von abgas durch bestrahlung

Info

Publication number: DE2952458A1
Application number: DE19792952458
Authority: DE
Inventors: Shinji Aoki; Kanagawa Fujisawa; Chikara Kaido; Tsutomu Katayama; Keita Kawamura; Hitoshi Kimura; Fukuoka Kitakyushu; Hiroshi Yoshida
Original assignee: Ebara Corp; Nippon Steel Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1978-12-29
Filing date: 1979-12-27
Publication date: 1980-11-13
Anticipated expiration: 1999-12-28
Also published as: DE2952458C2; JPS58884B2; US4294674A; JPS5597233A

Description

Verfahren zur Behandlung von Abgas durch Bestrahlung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Behandlung von Abgas durch Bestrahlung zwecks Entfernung von Schwefeloxiden (SO ) und/oder Stickstoff-

oxiden (NO ) aus dem Abgas.

Eine gleichzeitig anhängige Patentanmeldung der Erfinder bezieht sich auf ein Verfahren zur Bestrahlung von Industrie-Abgas zwecks Umwandlung von SO und/ oder NO , die sich in dem Abgas befinden, in ein Aerosol, z.B. ein Aerosol mit festen Schwebstoffen oder einen Nebel, das dann zur Entfernung der Schwebstoffe durch einen Staubabscheider hindurchgeleitet wird. Eine weitere Untersuchung des Verfahrens hat ergeben, daß der Wirkungsgrad der Denitrifikation, η fNO ),und der Wirkungsgrad der Entschwefelung, η (SO ), durch die Reaktionstemperatur und durch die Gesamtdosis oder Menge der durch das Abgas absorbierten Strahlungsenergie beeinflußt werden. Unter der Reaktionstemperatur ist die Temperatur von Gas zu verstehen,

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das sich im wesentlichen in der Mitte eines Behälters befindet, in dem das zu bestrahlende Gas enthalten ist (dieser Behälter wird nachstehend als "Reaktionsbehälter"

bezeichnet).
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Durch die Erfindung wird ein verbessertes Verfahren zur Entfernung von Stickstoffoxiden (nachstehend einfach als "Denitrifikation" bezeichnet) und/oder zur Entfernung von Schwefeloxiden (nachstehend einfach als "Entschwefelung" bezeichnet) aus Abgas zur Verfügung gestellt, bei dem die Verbesserung dadurch erzielt wird, daß man die Reaktionstemperatur auf einem geeigneten Wert hält.

Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.

Figur 1 ist eine graphische Darstellung, in der die Beziehungen zwischen der Reaktionstemperatur einerseits und dem Wirkungsgrad der Denitrifikation, η (NO ) _/ dem Wirkungsgrad der Entschwefelung, Π (SO ) ,und der Konzentration des Ammoniaks in dem aus dem Reaktionsbehälter ausströmenden Gas, C_NfT , andererseits gezeigt werden.

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Figur 2 ist eine graphische Darstellung, in der die Beziehungen zwischen der Gesamt-Strahlungsdosis einerseits und dem Wirkungsgrad der Denitrifikation, dem Wirkungsgrad der Entschwefelung und der Konzentration des Ammoniaks in dem aus dem Reaktionsbehälter ausströmenden

Gas, C_NH , andererseits gezeigt werden. 3

Figur 3 ist eine schematische Darstellung der üblichen Vorrichtung für die Behandlung von Abgas.

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Figur 4 ist eine schematische Darstellung einer verbesserten Vorrichtung für die Behandlung von Abgas, mit der das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann.

Figur 5 ist ein Zeitdiagramm für die Regulierung der Gastemperatur nach dem erfindungsgemäßen Verfahren und

Figur 6 ist ein Zeitdiagramm für die Regulierung der Gastemperatur nach dem üblichen Verfahren.

Die Angaben in Figur 1 wurden erhalten, indem man dem Reaktionsbehälter 3000 m /h Industrie-Abgas zuführte, das 200 ppm NO und 200 ppm SO sowie etwa 600 ppm von ^{x x}

außen zugefügtes Ammoniak (NIl₃) enthielt, und das Abgas dann mit Elektronenstrahlen in einer Gesamtdosis von 18 kJ/kg bestrahlte. Die Reaktionstemperatur wurde von

40° C bis 50° C, 60° C, 65° C, 75° C, 80° C, 90° C bzw. 100° C variiert. Wie in Figur 1 gezeigt wird, neigte der Wirkungsgrad der Entschwefelung, η (SO ), bei ansteigenden Reaktionstemperaturen zu einer geringfügigen Verminderung, während der Wirkungsgrad der Denitrifikation, ft (NO )_f innerhalb des angegebenen Temperaturbereichs in hohem Maße vari-

„c ierte. Der Wirkungsgrad der Denitrifikation behielt innerhalb des Bereichs von 50° C bis 80° C einen hohen Wert, und sein Spitzenwert lag bei 65° C. Es ist bemerkenswert, daß NO , dessen Entfernung durch bekannte Verfahren schwierig war, bei der Behandlung durch das erfindungsgemäße

2Q Verfahren eine solche, von der Gastemperatur abhängige,

charakteristische Kurve für ϊ|(νΟ ) zeigte. In Figur 1 werden mit den Ausdrücken "direkte Kühlung" und "indirekte Kühlung" zwei Verfahren zur Kühlung des Abgases bezeichnet, die nachstehend näher erläutert werden.

Die Angaben in Figur 2 wurden erhalten, indem man

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dem Reaktionsbehälter 3000 m /h Industrie-Abgas zuführte, das 200 ppm NO und 200 ppm SO sowie etwa 600 ppm von außen zugeführtes Ammoniak enthielt, und c indem man das Abgas dann mit Elektronenstrahlen in verschiedenen Gesamtdosen bestrahlte. Es wurden zwei Reaktionstemperaturen angewandt, nämlich 65 C und 90 C. Wie aus Figur 2 hervorgeht, führte die Reaktionstemperatur von 65° C zu höheren Wirkungsgraden der DenitriiQ fikation und der Entschwefelung, und diese Reaktionstemperatur war in bezug auf die Erzielung der gewünschten Behandlung des Abgases bei niedrigeren Gesamtdosen der Bestrahlung effektiver.

Demnach wird innerhalb des Bereichs der Reaktionstemperatur von 50° C bis 80° C der Wirkungsgrad der Denitrifikation, η/NO )/ auf einem hohen Wert gehalten, und in diesem Temperaturbereich wird faktisch auch der Wirkungsgrad der Entschwefelung, n (SO ), auf einem Maximalwert gehalten, so daß bei niedrigen Gesamtdosen eine effektive Denitrifikation und Entschwefelung erzielt werden. Dies bedeutet eine beträchtliche Herabsetzung der Anfangskosten und der laufenden Betriebskosten der Ausrüstung, wodurch ein sehr hoher Beitrag zum wirtschaftlichen Wert des erfindungsgemäßen Verfahrens geleistet wird.

Nachstehend wird ein Verfahren beschrieben, mit dem die Reaktionstemperatur innerhalb des gewünschten Bereichs gehalten wird. In Figur 3 wird erläutert, auf welche Weise eine solche Regulierung bei der üblichen Vorrichtung zur Behandlung von Abgas erzielt wird. In Figur 3 ist 1 ein Einlaß für Abgas, 2 eine Reguliervorrichtung für die Gastemperatur, 3 eine Vorrichtung für die Zuführung von Ammoniak, 4 ein Reaktionsbehälter, 5 eine Strahlungsquelle, 6 eine Vorrichtung zur Messung der Gastemperatur, 7 ein Staubabscheider, 8 ein Auslaß für Abgas, 9 eine Temperatur-

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Aufzeichnungsvorrichtung und 10 eine Folie, durch die die Fensteröffnung des Reaktionsbehälters verschlossen wird. Wie dargestellt ist, wird bei der üblichen Vorrichtung zuerst die Reaktionstemperatur registriert, und das registrierte Signal wird eingesetzt, um das Leistungsvermögen einer Kühlvorrichtung zu regulieren. Bei einem solchen Verfahren führt jedoch der Reaktionsbehälter, der eine große Wärmekapazität hat und zwischen dem Teil, in dem die Reaktionstemperatur registriert wird, und dem Teil, in dem die Temperatur reguliert wird, angeordnet ist, zu Schwankungen der Reaktionstemperatur, weshalb es lange dauert, bis sich die Reaktionstemperatur innerhalb des gewünschten Bereichs stabilisiert hat.

Bei erfindungsgemäßen Untersuchungen zur Ermittlung

eines zuverlässigeren Regulierverfahrens wurde gefunden, daß die Beziehung zwischen der Gastemperatur am Einlaß des Reaktionsbehälters (T_n. ) und der Reaktionstemperatur (T_D) jQ durch die nachstehende Formel dargestellt werden kann:

^TR » ^TRin ⁺ ^a ^T1 ⁺ P^T2 - Τ ^T3 '

worin T-: auf Bestrahlung beruhende Temperaturerhöhung,

oc T₀: auf den Reaktionswärmen von NO und SO be-

ruhende Temperaturerhöhung,

T₃: auf der Wärmeabstrahlung aus dem Reaktionsbehälter beruhende Temperaturverminderung und

cc , β ,V : der Ausrüstung innewohnende Konstanten.

Die Formel zeigt, daß T_R durch eine geeignete

Regulierung von T_n. innerhalb des gewünschten Bereichs

Kin

gehalten werden kann.

In Figur 4 wird eine Vorrichtung zur Behandlung

von Abgas erläutert, bei der ein auf der vorstehenden Feststellung beruhendes, verbessertes Verfahren zur Regu-

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lierung der Gastemperatur angewendet wird. In Figur 4 werden mit den Ziffern 1 bis 10 die gleichen Teile oder Bestandteile wie in Figur 3 bezeichnet. 11 ist eine Umgehungsleitung, 12 ist ein Ventil und 13 ist eine Vorrichtung zur Messung der Temperatur des Abgases am Einlaß. Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird die Gastemperatur am Einlaß 13 des Reaktionsbehälters ermittelt. Das ermittelte Signal wird einem Temperaturreguliersystem zugeführt, das aus der Gastemperatur-Reguliervorrichtung 2,

der Umgehungsleitung 11 und dem Ventil 12 besteht, um die Temperatur des Gases am Einlaß des Reaktionsbehälters zu regulieren. Unter Anwendung der erwähnten Beziehung zwischen

T_. und T„ kann die Reaktionstemperatur innerhalb des Kx η κ

gewünschten Bereichs gehalten werden. Da zwischen dem Teil, in dem die Temperatur ermittelt wird, und dem aus 2, 11 und 12 bestehenden Kreislauf kein Gegenstand angeordnet ist, der die Gastemperatur beeinflussen kann, kann die Gastemperatur innerhalb eines kurzen Zeitraums stabilisiert werden. Das verbesserte Verfahren zur Regulierung der Reaktionstemperatur wurde mit dem bekannten Verfahren verglichen, wobei die Solltemperatur auf 90° C festgelegt wurde. Die Ergebnisse sind in den Figuren 5 und 6 dargestellt, aus denen hervorgeht, daß durch das erfindungsgemäße Verfahren eine viel schnellere Stabilisierung der Reaktionstemperatur auf den Sollwert erreicht wird als bei dem bekannten Verfahren. Ein für die praktische Durchführung geeignetes Verfahren zur Regulierung der Gastemperatur besteht darin, daß man das Öffnungsverhältnis des „_ in Figur 4 gezeigten Umgehungsventils 12 einstellt. Alternativ kann zur Erzielung des gleichen Zweckes die Zufuhrmenge des Kühlmittels variiert werden.

Für die Kühlung des Abgases zwecks Regulierung der qc Gastemperatur am Einlaß des Reaktionsbehälters können zwei Verfahren angewandt werden. Bei dem einen handelt es

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sich um ein direktes Kühlverfahren, bei dem das Abgas in direkte Berührung mit Wasser oder einer alkalischen oder sauren, wäßrigen Lösung gebracht wird, wobei die Temperatur des Abgases hauptsächlich infolge der latenten Verdampfungswärme der Flüssigkeit vermindert wird. Bei dem anderen handelt es sich um ein indirektes Kühlverfahren, bei dem ein Kühlmittel wie Wasser zur Herabsetzung der Temperatur des Abgases nicht in direkte Berührung mit dem /ibgas gebracht wird, bei dem die Temperatur des Abgases vielmehr durch Wärmeleitung zwischen Kühlmittel und Abgas vermindert wird. Ein erfindungsgemäß durchgeführter Vergleich der zv/ei Verfahren zeigte, daß es in Bezug auf den Wirkungsgrad der Denitrifikation, ^ (NO ), nur einen geringen Unterschied zwischen den zwei Verfahren gibt, daß das direkte Kühlverfahren jedoch zu einem notieren Wirkungsgrad der Entschwefelung, η (SO ), und dazu führte, daß das ausströmende Abgas in gleichbleibender Weise eine geringere Menge von Ammoniak enthielt (niedriges C_MU ), wie in Figur 1 gezeigt v/ird. Das direkte Kühlverfahren ist daher als Maßnahme zur Kühlung des Abgases vorteilhafter als das indirekte Kühlverfahren.

Wie aus den vorstehenden Erläuterungen hervorgeht, können durch Bestrahlung des Gases mit Strahlen bei einer Reaktionstemperatur, die zwischen 50° C und 80° C gehalten wird, eine effektive Denitrifikation und Entschwefelung von Abgas erzielt werden. Die richtige Einstellung der Temperatur des Abgases wird vorteilhafterweise dadurch

~» erzielt, daß man die Temperatur des Gases am Einlaß des Reaktionsbehälters reguliert, und die Temperatur des Abgases wird vorteilhafterweise durch das direkte Kühlverfahren herabgesetzt. Die Kombination dieser drei Verfahren führt zu einer sehr wirksamen Vorrichtung für die

oc Behandlung von Abgas.

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Claims

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Dipl.-Ing. P Grupe Dipl.-Ing. B. Pellmann

2 9 5 2 A 5 8 Bavariaring 4, Postfach 202403

8000 München 2

Tel.: 089-539653

Telex: 5-24 845 tipat

cable: Germaniapatent München

27. Dezember 1979

DE 0140/case FP/E(X) -6-86

Patentansprüche

:1 .)Verfahren zur Dehandlunq von Abgas durch Bestrahlung unter Zugabe von Ammoniak, dadurch gekennzeichnet, daß man die Reaktionstemperatur während der Behandlung zwischen 50° C und 80° C hält.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Reaktionstemperatur einstellt, indem man die Temperatur des Abgases am Einlaß eines Reaktionsbehälters, in dem das zu bestrahlende Abgas enthalten ist, reguliert.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Temperatur des Abgases durch ein Kühlsystem reguliert, welches das Abgas in direkte Berührung mit einer Flüssigkeit brinat.

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