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Vorrichtung zum Entschwefeln von Abgasen
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Entschwefeln von
trockenem Abgas einer neuartigen Konstruktion zum Verwenden beim Rückgewinnen und
Entfernen von Schwefeloxiden aus dem Verbrennungsruckstand oder aus Abgasen von
Boilern, Industrieöfen und dergl.
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Die Verbreitung von Rauchgasentschwefeleinrichtungen ist in Japan
im letzten Jahrzehnt beachtlich. In der ersten Entwicklungsstufe wurden verschiedene
Techniken, die auf dem Trockenverfahren und anderen basieren, für die Rauchgasentschwefelung
vorgeschlagen. Heute ist das Naßverfahren sogenannt, weil Rauchgas in Kontakt mit
einem fliissigen Absorbenten in einem Absorptionssturm in Kontakt gebracht wird,
für Anlagen, insbesondere für größere Kapazitäten, in kommerziellem Betrieb vorherrschend.
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Das Naßverfahren hat jedoch viele Nachteile. Es erfordert ein enormes
Volumen von Bearbeitungswasser einschließlich der Menge für die Verdampfung. Das
behandelte Gas befindet sich auf einer verhältnismäßig niedrigen Temperatur im Bereich
von 50 bis 700C und enthält viel Feuchtigkeit, wenn es direkt aus dem Stapel kommt,
und der Dampf bildet Mengen von weißem Rauch. Um diesen weniger sichtbar zu machen
ist manchmal das Wiedererwärmen der gasförmigen Emissionen vor dem Austritt notwendig.
In diesem Fall ist viel Brennstoff zum Wiedererwärmen notwendig. Wenn das Gas bei
verhältnismäßig niedriger Temperatur aus dem Stapel austritt, diffudiert es nicht
wirksam in die Atmosphäre.
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Unter anderen Nachteilen befindet sich der der Notwendigkeit, eine
Einrichtung zum Anordnen, das Abwassers vorzusehen, das zum Kühlen und Entfernen
von Staub vor dem Entschwefeln des trockenen Gases verwendet wird.
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Vor allem erklärt das zum Wiedererwärmen des naß-behandelten Gases
erforderliche Brennmaterial, daß mehr als 2 bis 3% der Hauptbrennstoffbedarf für
einen Boiler einer Energieanlage für eine große Kapazität notwendig sind, was ein
größeres Problem hinsichtlich der Energieersparung aufwirft. Andererseits ist verschiedentlich
das Trockenverfahren vorgeschlagen worden.
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Von den Veränderungen verwendet ein aktivierter Kohlenstoff zur Adsorption
und ist zur Entschwefelung sehr brauchbar. Trotzdem ist es wegen seiner Nachteile
selten kommerziell angewendet worden. Dieses Verfahren enthält die Wiederholung
eines Adsorptions-Erwärmungs-, Desorptions-und Kühl- Ablauf, bei dem der aktivierte
Kohlenstoff, der Schwefeloxide adsorbiert hat, auf 250 bis 70000 erhitzt werden
muß, was die Freigabe der Oxide durch eine Blase eines trägen Gases bedingt und
zur Wiederverwendung auf die Gastemperatur abgekühlt werden muß. Eine praktische
Vorrichtung zum automatischen Widerholen des Ablaufs ist jedoch bis heute nocht
nicht entwickelt worden. Die Adsorptionskapazität von aktiviertem Kohlenstoff nimmt
bei wiederholter Verwendung ab und deshalb muß der Kohlenstoff in regelmäßigen Zeitabständen
erneuert werden. Das Auffilzen und Austauschen erfordert viel arbeit. Auch das Pulverisieren
des aktivierten Kohlenstoffs nach wiederholten Abläufen kann zu Unfällen führen,
z.B. Staubexplosion oder Verbrennen. Außerdem lagert sich der Staub im Abgas im
Adsorptionsabschnitt der aktivierten Kohle ab, bis es den Abschnitt verstopft, die
Adsorptionsausbildung senkt und den Gasdruckabfall im Adsorptionsabschnitt steigert.
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Es ist bereits eine Abgasentschwefelungsvorrichtung zum Entfernen
von Schwefeloxiden aus dem Abgas durch Adsorption an einen Adsorptionsabschnitt
vorgeschlagen worden, das einen drehbaren, aufrechten, zylindrischen Behälter und
einen Packungsabschnitt eines Adsorbenten entlang dem Außenrand des Behälters enthält,
wobei die Innen- und die Außenseite des Behälters durch Auskleidungen und Dichtungsmittel
in fünf Zonen hinsichtlich der Adsorption, des Erwärmens, der Desorption, des Kühlens
und des Austauschs des Adsorbenten unterteilt sind, und Einrichtungen sich gegenüber
der Adsorbenten-Austauschzone zum Liefern und Abführen des Adsorbenten befinden.
(Japanische Patentanmeldung No. 150133/79).
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Die vorliegende Erfindung ist eine Verbesserung der genannten Verrichtung
und betrifft die Staubregelung des Abgases.
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Der Staubgehalt des Abgases, z.B. aus einem Kohlefeuerboiler, ist
sehr hoch und liegt bei 10 bis 20 g/m3N.
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Wenn das Gas unmittelbar durch eine Abgasentschwefelungsanlage geführt
wird, würden sich Störungen wie Staubablagerung und Verstopfungen ergeben, die einen
stabilen Betrieb unmöglich machen. Die Abgabe von Gasen mit viel Staub aus den Stapeln
ist ferner nicht zulässig, damit keine Sekundärluftverschmutzung eintritt. Aus diesen
Gründen muß ein elektrischer Staubsammler oder dergl. vor der Entschwefelungsanlage
installiert und der Staub aus dem Abgas entfernt werden, bevor es in die Vorrichtung
eingeführt wird. Die vom Sammler oder dergl. behandelten Abgase zeigen jedoch noch
Staubkonzentrationen im Bereich von 100 bis 500 mg/m3N.
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Die vorgeschlagene Abgasentschwefelungsanlage bietet viele Vorteile
und beim Behandeln eines stark staubbeladenen Abgases besteht aber noch die Gefahr
der Staubablagerung und des Verstopfens des Adsorptionsabschnitts, was eins richtigen
Betrieb unmöglich macht.
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Die Erfindung ist hinsichtlich der Beseitigung der erwähnten Nachteile
der vorgeschlagenen Vorrichtung vervollkommnet worden. Es ist bei der Erfindung
beabsichtigt, die Störungen durch Staubablagerung und das Verstopfen des Packungsabschnitts
eines Adsorbenten durch einen Packungsabschnitt einer Packung kleiner Partikelgröße
als der Adsorbent (der Packungsabschnitt wird nachfolgend mit Dummy-Abschnitt bezeichnet)
in der Vorströmstufe des Adsorbentenpackungsabschnitts und durch Regeln des Anteils
der Packung zum Austauschen im Dummy-Abschnitt entsprechend der Staubkonzentration
im Abgas auszuschließen.
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Die erfindung gibt somit eine Abgasentschwefelungsanlage mit einem
zylindrischen Behälter an, dessen Achse praktisch vertikal liegt und der um diese
Achse drehbar ist und einem Packungsabschnitt eines Adsorbentmaterials enthält,
der in den Behälter eingebracht ist, wobei die Innen- und die Außenseite des Behälters
durch Auskleidungen und Dichtungsmittel entlang dem Rand in mindestens vier Segmentzonen
zur Adsorption, Desorption, Kühlen und Adsorbentenaustausch unterteilt ist, wodurch
die Schwefeloxide aus dem Abgas durch Adsorption zum Adsorbenten entfernt werden
und beim Drehen des Behälters die Packungszone des Adsorbenten zirkulierend in seiner
Lage in die
jeweiligen Zonen verschoben wird, so daß der Adsorbent
desorbiert, gekühlt und ausgetauscht wird. Diese Anlage ist dadurch gekennzeichnet,
daß ein Packungsabschnitt von Packungsmaterial, das kleiner als der Adsorbent ist,
in den Behälter und außerhalb des Adsorbentenabschnitts gebracht wird, so daß das
Abgas durch den Packungsabschnitt des Adsorbenten geführt wird, wobei Adsorbent
und Packung in den jeweiligen Packungsabschnitten unabhängig voneinander ausgetauscht
werden können.
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Das Packungsmaterial des Dummy-Abschnitts, das die Verbesserung nach
der Erfindung darstellt, kann eine träge Substanz und der Adsorbent selbst sein,
dessen Größe kleiner als die des Adsorbenten ist, der für den Adorbentpackungsabschnitt
verwendet wird.
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Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen beschrieben.
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In diesen ist: Figur 1 eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels
der Erfindung; Figur 2 ein Schnitt an der Linie II=II der Figur 1; Figur 3 ein Teilschnitt
des Teils A in Figur 2 in größerem Maßstab; und Figur 4 eine Seitenansicht von Adsorbent-
und Packungsentlader nach der Erfindung.
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Figur 1 zeigt einen drehbaren Behälter 1 in der Form eines vertikalen
Zylinders, der auf einem scheibenförmigen
Drehstisch 2 festmontiert
ist, der wiederum auf mehreren Rollen 3 ruht. Ein Mittelpfeiler 4 trägt mehrere
Arme 5, die von ihrem unteren Teil radial zum Innenrand des Drehtisches 2 verlaufen
und dort befestigt sind.
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Jeder Arm 5 ist durch eine Seitenrolle 6 zentriert, die an deren Innenende
angebracht ist. Durch die Antriebsrollen 7 und die Antriebe 8 können sich der Drehtisch
2 und der Drehbehälter 1 zusammen mit niedriger Geschwindigkeit (z.B. eine Umdrehung
in 5 bis 10 Stunden) um den Mittelpfeiler 4 drehen. Die Umdrehungsgeschwindigkeit
ist regelbar, um die Behandlungsbedingungen für das zu behandelnde Gas einstellen
zu können. Der Behälter 1 der als Teil einer großräumigen kommerziellen Anlage verwendet
wird, kann etwa 10 bis 20 Meter im Durchmesser und 10 bis 25 in der Höhe aufweisen.
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Es ist deshalb erwünscht, das Gewicht so leicht wie möglich zu halten.
Deshalb kann die Anlage beispielswiise aus einem Gestell aus Röhren und Drehtnetzen
27, 27', die über die Innen- und Außenflächen und dazwischen verteilt sind, und
einen zylindrischen Packungsabschnitt bestehen, der durch Ausfüllen der inneren
Hälfte des zylindrischen Raumes, der vom Gestell und dem Netz mit einem adsorbierendem
Material 26 gegeben ist, und dem Auffüllen der äußeren Hälfte mit einem Packungsmaterial
26' gebildet wird.
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Die Vorrichtung enthält ferner eim Außenverkleidung 9, die mit einem
Einlaß 10 für das zu behandelnde Gas, einer Leitfläche 10', einem Auslaß 11 für
das behandelte Gas, einen Desorptionsgaseinlaß 12 und -Auslaß 13, Tanks 14 und 14'
für Adsorbent und Packung, elektrisch oder pneumatisch betätigte Sperrventile 15,15',
Dichtungsmaterialien 16,16' zum Verhindern eines Aufwärtslecks des behandelten Gases,
Platten 17,17', die im Drehbehälter 1 zum
Vermeiden von Brückenbildung
von Adsorbent und Pakkung gehalten wird, Adsorbent- und Packungsabgabetore 18,18',
Abgabebehälter 19,19', Abgabeförderer 20,20' und eine Gasdichtung 21 versehen ist.
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Figur 2 zeigt ein Querschnitt durch die Linie II-II der Figur 1 mit
der Vorerwärmzone b, die, wenn notwendig, vorgesehen werden#kann, einem Heizgaseinlaß
22, einem Heizgasauslaß 23, einem Kühlgaseinlaß 24 und einem Kühlgasauslaß 25.
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Die Adsorbent- und Packungszuführer nach in Figur 1 sind in Figur
2 durch eine Strich-#unkt-Linie 14,14' dargestellt.
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Figur 3 zeigt den Teil A der Figur 2 in größerem Maßstab mit dem Drehbehälter
1 und der Gasdichtung. Wie bereits erwähnt, ist der Drehbehälter 1 aus einem Gestell
aus Rohren mit Drahtnetzen 27,27' aufgebaut und mit einem Adsorbentmaterial 26 und
einem Packungsmaterial 26' angefüllt.
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Die Partikelgröße des Adsorbenten soll im Bereich von 5 bis 20 mm
hinsichtlich des Druckverlusts und die Dicke des Adsorbenten im Bereich von 500
bis 1200 gewählt sein.
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Die Packung soll in der Größe, die ferner als der Adsorbent ist, und
die geeignete Dicke des Packungsabschnitts zwischen 100 und 1000 mm liegen.
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Der Drehbehälter 1 ist durch paarige Unterteilungen 28 in Segmente
unterteilt und der Raum zwischen diesen Unterteilungen in jedem Paar ist mit einem
wärmeisolierendem Material 29 gepackt, um den Wärmeübergang von einem Segment zum
anderen zu verhindern. Am Drehbehälter sind
Asbeststreifen angebracht,
die eine Gasdichtung zwischen der Innen- und der Außenverkleidung 9 aufbauen.
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Zum Dichten wird durch Rohre 31 ein Dichtungsgas in die Räume zwischen
dem Behälter und der Innen- und der Außenverkleidung eingespritzt. Die Verkleidungen
9 selbst sind mit einem Isoliermaterial 34 überzogen, um die thermischen Beanspruchungen
zu mildern, die durch die heißen Heiz- und Desorptionsgase bedingt sind.
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Figur 4 zeigt Einrichtungen für das Abgeben des Adsorbenten und der
Packung. Die Luftzylinder 32,32' betätigen die Abgabetore 18,18', die sich über
den Abgabebehältern 19,19' zum Abgeben von Adsorbent und Packung öffnen. Der Drehtisch
2 trägt bei 33 Verstärkungen.
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Die Arbeitsweise wird anhand der Figur 2 erläutert. Das zu behandelnde
Gas tritt in die Anlage am Einlaß 10 ein und strömt nach der Regulierung der Strömung
durch die I,eitplatte 10' durch die Packung 26' und den Adsorbenten 26 und verläßt
dann die Anlage am Auslaß 11. Der Behälter 1 dreht sich mit geringer Geschwindigkeit
in Richtung des Pfeils. Während der Behälter eine ganze Umdrehung ausführt, entfernen
die Packung und der Adsorbent im Packungsabschnitt Staub und Schwefeloxide aus dem
schmutzigen Gas, das durch den Packungsabschnitt in der Adsorptionszone a hindurchgeht.
Dann werden in der Heizzone b die Materialien von einem inerten heißen Gas aus dem
Einlaß 22 auf eine zur Desorption geeignete Temperatur erwärmt. In der Desorptionszone
c werden die adsorbierten Schwefeloxide aus den Materialien mittels eines Desorptionsgases
entlassen, das eine Mischung aus einem inerten Gas aus dem Einlaß 12 und aus Dampf
besteht. Das Desorptionsgas ist jetzt mit Schwefeloxiden angereichert und wird aus
dem Auslaß 13
einer nicht-dargestellten Schwefelrückgewinnungsanlage
zugeführt. Das heiße Gas, das für Heizzwecke, aus der Anlage abgegeben wird, wird
auch an dieselbe Anlage zur Schwefelrückgewinnung gegeben.
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Nach der Desorption tritt der Adsorbent in die Kühlzone D ein, wo
er durch ein inertes Gas bei niedriger Temperatur aus dem Einlaß 24 auf eine Temperatur
gleich der des behandelten Gases abgekühlt wird. Bei Drehbeginn des Behälters 1
tritt es wieder in die Adsorptionszone a ein.
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Nach der Erläuterung der Heizzone in Verbindung mit den Figuren 1
und 2 ist dem Fachmann erkennbar, daß es für die Heizzone b nicht wesentlich ist,
daß das Desorptionsgas für die Desorptionszone b vorgewärmt wird.
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Wie erwähnt, geht der Adsorbent durch die wiederholten Abläufe von
Adsorption (wenn nötig, Erwärmung), Desorption und Kühlung, wobei die Umdrehung
des Behälters 1 und natürlich die Adsorbentkapazität mit wiederholter Benutzung
abnimmt. Nach beispielsweise 5 bis 15 Umdrehungen wird somit der gebrauchte Adsorbent
aus dem Abgabetor 18 herausgenommen und neues Material wird aus dem Speise tank
14 zum Aufrechterhalten der Adsorbentausbildung nachgeliefert. Hierfür wird eine
Adsorbentaustauschzone e vorgesehen, um den Adsorbenten zu erneuern, damit er für
den Verlust von Adsorbentkapazität hergerichtet ist.
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In ähnlicher Weise wird die Packung mit dem aus dem Abgas abgelagerten
Staub ebenfalls in derselben Austauschzone e zu einem Anteil erneuert, der zum Vermeiden
eines
Zuwachses an Druckverlust durch den Gasdurchgang geeignet
ist. Die Drehung des Behälters 1 kann entweder fortlaufend oder unterbrochen sein,
so daß jedes Segment, das durch die Unterteilungen 28 gegeben ist, stets erfolgen
kann.
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Wie für den Adsorbenten ist die Verwendung von hochgradig aktivierten
Kohlenstoff nicht nötig, dient aber billiger halb-karbonisierten Koks oder dergl.
diesem Zweck, weil das breite Gebiet zum Durchgang, das durch die Anlage nach der
Erfindung verfügbar gemacht wird, eine unverhältnismäßig lange Durchgangszeit ergibt.
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Außer dem wirtscha#tlichen Vorteil würde und die Nutzung von Abfalladsorbent
als Brennstoff die Entschwefelungskosten verringern. Der Adsorbent wird noch während
der Betriebsabläufe, ausgenommen zum Auffüllen oder Austauschen, gehalten und es
besteht wegen der Pulverisierung mit Reibung.ein geringer Verlust des Adsorbenten.
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Die Vorteile der Vorrichtung nach der Erfindung werden kurz nochmals
zusammengefaßt: es sind dies: 1. Bei einer vertikalen Bauart kann Bodengebiet zu
Aufbau eingespart werden.
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2. Der Betrieb ist im wesentlichen fortlaufend ohne Druckveränderung
des behandelten Gases und somit gibt es keine schädliche Wirkung beim Verbrennungsgerät.