DE2952458C2

DE2952458C2 - Verfahren zur Behandlung von Abgas

Info

Publication number: DE2952458C2
Application number: DE2952458A
Authority: DE
Inventors: Shinji Tokio/Tokyo Aoki; Chikara Kitakyushu Fukuoka Kaido; Tsutomu Katayama; Keita Kawamura; Hitoshi Fujisawa Kanagawa Kimura; Hiroshi Koganei Tokio/Tokyo Yoshida
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1978-12-29
Filing date: 1979-12-27
Publication date: 1991-04-18
Anticipated expiration: 1999-12-28
Also published as: JPS58884B2; DE2952458A1; US4294674A; JPS5597233A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung von Abgas zur Entfernung von Schwefeloxiden (SO,) und/oder Stickoxiden (NO_x) durch Behandlung von Ammoniak.

Eine gleichzeitig anhängige Patentanmeldung (P 29 52 589.1) der Erfinder betrifft ein Verfahren zur Bestrahlung von Industrie-Abgas zwecks Umwandlung von Schwefel- und/oder Stickoxiden, die sich in dem Abgas befinden, in ein Aerosol, z. B. ein Aerosol mit festen Schwebstoffen oder einen Nebel. Das Aerosol wird dann zur Entfernung der Schwebstoffe durch einen Staubabscheider geleitet. Eine weitere Untersuchung des Verfahrens hat ergeben, daß der Wirkungsgrad der Entfernung von Stickoxiden (nachstehend als »Entstikkung« bezeichnet), η (NO₄). und der Wirkungsgrad der Entfernung von Schwefeloxiden (nachstehend als »Entschwefelung« bezeichnet), !7(SO₁), durch die Reaktionstemperatur und durch die Gesamtdosis der durch das Abgas absorbierten Strahlungsenergie beeinflußt werden. Unter der Reaktionstemperatur ist die Temperatur von Gas zu verstehen, das sich im wesentlichen in der Mitte eines Reaktionsbehälter befindet, in dem das zu bestrahlende Gas enthalten ist.

Aus der US-PS 40 97 349 ist ein Verfahren zur Entfernung von Schwefeldioxid und Stickoxiden durch fotochemische Umsetzung von Abgasen bekannt. Bei diesem Verfahren wird die Abgasmischung mit elektromagnetischen Wellen, deren Wellenlänge zwischen 150 und 750 nm liegt, bestrahlt, die keine Ionisierung bewirken können. Das aus der US-PS 40 97 349 bekannte Verfahren wird bei Temperaturen zwischen 100° C und 300° C durchgeführt. Nach der Bestrahlung wird Ammoniak zugesetzt, das zur Unterstützung der Teilchenbildung dient.

Aus der US-PS 38 69 360 ist ein Verfahren zur Behandlung von Schwefeldioxid und Stickoxide enthaltenden Abgasen durch Bestrahlung bekannt. Bei diesem Verfahren ist es wesentlich, daß das Verhältnis von Stickoxiden zu Schwefeldioxid in einem speziellen Bereich gehalten wird, bevor die Abgase in den Reaktionsbehälter eingelassen werden. Das aus der US-PS 38 69 360 bekannte Verfahren wird bei Reaktionsbehältertemperaturen durchgeführt, die oberhalb von HO⁰C und vorzugsweise zwischen 150⁰C und 200"C liegen.

Aus der Zeitschrift »Air Repair«, November 1953, Seite 84, ist es bekannt, zur Verminderung des hohen Staubwiderstandes bei Elektroabschcidern vor dem Abscheider Ammoniak zuzuführen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, das Verfahren zur Behandlung von Abgas gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 derart zu verbessern, daß eine besonders wirksame Entstickung und Entschwefelung ohne nachteilige Korrosionserscheinungen ermöglicht werden.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegcbenen Maßnahmen gelöst.

Durch Einhaltung eines Bereichs von 50° C bis 80°C fü~ die Reaktionstemperatur werden eine wirksame Entstickung und Entschwefelung ermöglicht. Das Ammoniak, das während der Bestrahlung vorhanden ist, wirkt während der Reaktion aJs Beschleuniger. Ferner können durch den Zusatz von Ammoniak Korrosionsprobleme, die durch säurehaltiges Wasser verursacht werden, vermieden werden.

Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert

Fig. 1 ist eine graphische Darstellung, ii? der die Beziehungen zwischen der Reaktionstemperatur einerseits und dem Wirkungsgrad der Entstickung, 17(NO₁), dem Wirkungsgrad der Entschwefelung, # (SO₁), und der Konzentration des Ammoniaks in dem aus dem Reaktionsbehälter ausströmenden Gas, C_Nn„ andererseits gezeigt werden;

Fig.2 ist eine graphische Darstellung, in der die Beziehungen zwischen der Gesamt-Strahlungsdosis einerseits und dem Wirkungsgrad der Entstickung, dem Wirkungsgrad der Entschwefelung und der Konzentration des Ammoniaks in dem aus dem Reaktionsbehälter ausströmenden Gas, CnHj, andererseits gezeigt werden;
F i g. 3 ist eine schematische Darstellung der üblichen Vorrichtung für die Behandlung von Abgas;

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

F i g. 5 ist ein Zeitdiagramm für die Regelung der A bgastemperatur nach dem erfindungsgemäßen Verfahren und

F i g. 6 ist ein Zeitdiagramm für die Regelung der Abgastemperatur nach dem üblichen Verfahren.

Die Angaben in F i g. 1 wurden erhalten, indem man dem Reaktionsbehälter 3000 m„³/h Industrie-Abgas zuführte, das 200 ppm NO» und 200 ppm SO, sowie etwa 600 ppm von außen zugefügtes Ammoniak (NH₃) 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, 65⁰C, 75⁰C, 8O⁰C, 90°C bzw. 100°C variiert. Wie in Fig. 1 gezeigt wird, neigte der Wirkungsgrad der Entschwefelung, 17(SO₁), bei ansteigenden Reaktionstemperaturen zu einer geringfügigen Verminderung, während der Wirkungsgrad der Entstickung, η(NO₁), innerhalb des angegebenen Temperaturbereichs in hohem Maße variierte. Der Wirkungsgrad der Entstickung behielt innerhalb des Bereichs von 50°C bis 8O⁰C 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 Verfahren eine solche, von der Gas-

temperatur abhängige, charakteristische Kurve für y/(NO,) zeigte. In Fig. 1 werden mit den Ausdrucken »direkte Kühlung« und »indirekte Kühlung« zwei Verfahren zur Kühlung des Abgases bezeichnet, die nachstehend näher erläutert werden.

Die Angaben in Fig.2 wurden erhalten, indem man dem Reaktionsbehälter 3000 m„³/h Industrie-Abgas zuführte, das 200 ppm NO, und 200 ppm SO_x sowie etwa 600 ppm von außen zugeführtes Ammoniak enthielt, und indem man das Abgas dann mit Elektronenstrahlen in verschiedenen Gesamtdosen bestrahlte. Es wurden zwei Reaklionstemperaturen angewandt, nämlich 65⁰C und 90⁰C. Wie aus F i g. 2 hervorgeht, führte die Reaktionstemperatur von 65° C zu höheren Wirkungsgraden der Entstickung und der Entschwefelung, und diese Reaktionstemperatur war in bezug auf die Erzielung der gewünschten Behandlung des Abgases bei niedrigeren Gpsamtdosen der Bestrahlung effektiver.

Demnach wird innerhalb des Bereichs df Reaktionstemperatur von 50"C bis 80⁰C der Wirkungsgrad der Entstickung, 17(NO₁), auf einem hohen Wert gehalten, und in diesem Temperaturbereich wird faktisch auch der Wirkungsgrad der Entschwefelung, ^(SO*), auf einem Maximalwert gehalten, so daß bei niedrigen Gesamtdosen eine wirksame Entstickung 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 Fi g. 3 wird erläutert, auf welche Weise eine solche Regelung bei der üblichen Vorrichtung zur Behandlung von Abgas erzielt wird. In Fi g. 3 ist 1 ein Einlaß für Abgas, 2 eine Regelungsvorrichtung für die Abgastemperatur, 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-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 angewandt, um das Leistungsvermögen einer Kühlvorrichtung zu regeln. Bei einem solchen Verfahren führt jedoch der Reaktionsbehälter, der eine große Wärmekapazität hat und zwischen dem Teil, in dem die Reaktionstemperalur registriert wird, und dem Teil, in dem die Temperatur geregelt wird, angeordnet ist, zu Schwankungen der Reaktionstemperatur, weshalb es lange dauert, bis sich die Reaktions':empera-Uir innerhalb des gewünschten Bereichs stabilisiert hat.

Bei im Rahmen der Erfindung durchgeführten Untersuchungen /ur Ermittlung eines zuverlässigen Regehingsverfahrens wurde gefunden, daß die Beziehung zwischen der Abgastemperatur am Einlaß des Reaktionsbehälter (Tr,„) und der Reaktionstemperatur (Tr) durch die nachstehende Formel dargestellt werden kann:

Ti, ~

worin

+ßT₂-yT₃,

auf Bestrahlung beruhende Temperaturerhöhung,

Ti auf den Reaktionswärmen von NO₁ und

SO» beruhendeTemperaturerhöhung,

Ti auf der WärmeabstraMung aus dem Reaktionsbehälter beruhende Temperaturverminderung und

κ,β,γ der Ausrüstung innewohnende Konstanten.

Die Formel zeigt, daß Tr durch eine geeignete Regelung von Tm_n innerhalb des gewünschten Bereichs gehalten werden kann.

In Fi g. 4 wird eine Vorrichtung zur Behandlung von Abgas erläutert, bei der ein auf der vorstehenden Feststellung beruhendes, verbessertes Verfahren zur Regelung der Abgastemperatur angewandt wird. In Fig.4 werden mit den Ziffern 1 bis 10 die gleichen Teile oder Bestandteile wie in Fi g. 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 Abgastemperatur am Einlaß 13 des Reaktionsbehälters ermittelt Das ermittelte Signal wird einem Temperaturregelungssystem zugeführt, das aus der Abgastemperatur-Regelungsvorrichtung 2, der Umgehungsleitung 11 und dem Ventil 12 besteht, um die Temperatur des Abgases am Einlaß des Reaktionsbehälters zu regeln. Unter Anwendung der erwähnten Beziehung zwischen Tr,,. und Tr kann die Reaktionstemperatur innerhalb des gewünschten Bereiche 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 Abgastemperatur beeinflussen kann, kann die Abgastemperatur innerhalb eines kurzen Zeitraums stabilisiert werden. Das verbesserte Verfahren zur Regelung der Reaktionstemperatur wurde mit dem bekannten Verfahren verglichen, wobei die Solltemperatur auf 9O⁰C festgelegt wurde. Die Ergebnisse sind in den Fig. 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 zar Regelung der Abgastemperatur besteht darin, daß man das Offnungsverhältnis des >n Fig.4 gezeigten Umgehungsventils 12 einstellt. Alternativ kann zur Erzielung des gleichen Zweckes die Zufuhrmenge des Kühlmittels variiert werden.

Für die Kühlung des Abgases zwecks Regelung der Abgastemperatur am Einlaß des Reaktionsbehälters können zwei Verfahren angewandt werden. Bei dem einen handelt es 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 Kühlvei fahren, bei dem sin Kühlmittel wie Wasser zur Herabsetzung der Temperatur des Abgases nicht in direkte Berührung mit dem Abgas gebracht wird, bei dem die Temperatur des Abgases vielmehr durch Wärmeleitung zwischen Kühlmittel und Abgas vermindert wird. Ein im Rahmen der Erfindung durchgeführter Vergleich der zwei Verfahren zeigte, daß es in bezug auf den Wirkungsgrad der Entstickung, v(NO*). nur einen geringen Unterschied zwischen den zwei Verfahren gibt, daß das direkte Kühlverfahren jedoch zu einem höheren Wirkungsgrad der Entschwefelung, s? (SO*) und dazu führte, daß das ausströmende

Abgas in gleichbleibender Weise eine geringere Menge von Ammoniak enthielt (niedriges Cnhj), wie in Fig. 1 gezeigt wird. Das direkte Kühlverfahren ist daher als Maßnahme zur Kühlung des Abgases vorteilhafter als das indirekte Kühiverfahren.

Wie aus den vorstehenden Erläuterungen hervorgeht, können durch Bestrahlung des Abgases mit Elektronenstrahlen bei einer Reaktionstemperatur, die zwischen 50⁰C und 80⁰C gehalten wird, eine wirksame Entstikfjjj kung und Entschwefelung von Abgas erzielt werden.

Die richtige Einstellung der Temperatur des Abgases wird vorteilhafterweise dadurch erzielt, daß man die Temperatur des Abgases am Einlaß des Reaktionsbehälters regelt, 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 Behandlung von Abgas.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen 20

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Behandlung von Abgas zur Entfernung von Schwefel- und/oder Stickoxiden durch Bestrahlung und Zugabe von Ammoniak, dadurch gekennzeichnet, daß dem Abgas vor der Behandlung Ammoniak zugesetzt wird, daß die Behandlung mit Elektronenstrahlen erfolgt und daß die Reaktionstemperatur während der Behandlung zwischen 50° C und 80° C gehalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionstemperatur durch Regelung der Abgastemperatur am Einlaß eines das zu bestrahlende Abgas enthaltenden Reaktionsbehälters eingestellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Abgases mit Hufe eines Kühlsystems geregelt wird, das das Abgas in direkte Berührung mit einer Flüssigkeit bringt