DE3138665A1 - Adsorptionsreaktor zum entfernen von so(pfeil abwaerts)2(pfeil abwaerts) aus abgasen und verfahren zum betreiben desselben - Google Patents

Adsorptionsreaktor zum entfernen von so(pfeil abwaerts)2(pfeil abwaerts) aus abgasen und verfahren zum betreiben desselben

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Description

Die Erfindung betrifft einen Adsorptionsreaktor zum Entfernen von SO- aus Abgasen gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie ein Verfahren zum Betreiben eines solchen.
Bei der adsorptiven SO2-Entfernung aus Abgasen mittels der eingangs genannten Adsorptionsreaktoren wird der Abscheidegrad an SO- durch Verringerung der Abgastemperatur auf z. B. unterhalb 120° C verbessert.
Man hat die Eindüsung kälterer Fluide in das Abgas vor Eintritt in den Adsorptionsreaktor erprobt. Dies hat unter anderem die Nachteile einer Vergrößerung des Abgasvolumens sowie fehlender Nutzung des Wärmeinhaltes des Abgases.
Ein weiteres Problem besteht darin, daß die Abgase vor Eintritt in die Adsorptionsmittelschicht stets ausreichend hohe Temperaturen zur Vermeidung von Korrosion durch Unterschreitung des Schwefelsäuretaupunktes haben sollen. - Hier sind also zwei konkurrierende Anforderungen an die Temperaturführung im bzw. vor dem Adsorptionsreaktor gestellt.
Es hat sich gezeigt, daß bei der erwähnten Eindüsung eihes Eluides vor der Adsorptionsmittelschicht keine Adsorptionsprobleme auftreten, daß aber z. B. eine Eindüsung von Wasser in das Abgas vor Eintritt in einen mit einem kohlenstoffhaltigen Adsorptionmittel gefüllten AdsQrptionsreaktor selbst unter günstigsten Bedingungen, d. h. bei vollständiger'· Verdampfung, Temperaturen unterhalb
von 110 bis 120° C nicht erreicht werden (vergl. R. Noack, K. Knoblauch, VDI-Bereichte No. 267 (1976), Seiten 37/42). Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, ei-^ nen Adsorptionsreaktor und ein Verfahren zum Betreiben eines solchen bereitzustellen, wobei unter Vermeidung von Korrosionserscheinungen eine die SC^-Abscheidung stark begünstigende Temperaturerniedrigung erfolgt und gleichzeitig der Wärmeinhalt des Abgases genutzt werden kann.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Adsorptionsreaktor der eingangs genannten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 und, in bezug auf ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Reaktors, durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 3 gelöst. - Weitere Ausbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen' beschrieben.
Die hier in Frage kommenden Abgase sind vor allem Rauchgase von Kraftwerken, aber auch von anderen Anlagen, bei denen ein Gasgemisch anfällt, aus welchem SO2 oder andere, korrosive Gase abzuscheiden sind. Die innerhalb des Reaktors von oben nach unten wandernde Schicht aus körnigen Adsorptionsmitteln kann kontinuierlich oder absatzweise wandern. Als Adsorptionsmittel eignen sich grundsätzlich diejenigen, welche möglichst gute Adsorptionsleistungen für SO2 oder andere korrosive Gase erbringen, insbesondere kohlenstoffhaltige Adsorptionsmittel in Form von Aktivkohlen oder Molekularsieben.
— 5 —
Die in das Adsorptionsmittel eingetauchten Wärrreaustauschrohre sollten weder die Strömung des Rauchgases noch die Wanderbewegung des Adsorptionsmittels beeinträchtigen. Es wird deshalb bevorzugt eine Anordnung gewählt, bei der die Wärmeaustauschrohre in Form eines Rohrregisters nebeneinander angeordnet sind, wobei zwischen den einzelnen Rohren genügend Raum für den Gasdurchtritt verbleiben muß. Solche Rohrregister werden dann in einer Ebene quer zur Gasströmungsrichtung in das Adsorptionsmittel eingetaucht, wobei die Richtung der Rohre vorzugsweise identisch mit der Wanderrichtung der Adsorptionsmittelkorner ist. Mehrere solcher Register können parallel in gewissen Abständen hintereinander angeordnet sein. - Der Adsorptionsreaktor selber ist bevorzugt so ausgestaltet, daß er dem Gasstrom eine möglichst große Durchströmungsfläche bei relativ kleiner Durchströmungstiefe bietet; hierfür werden die Wände, durch die das Gas ein- und austritt, bevorzugt in Form von schräg zueinander versetzten Lamellen ausgeführt.
Durch die Erfindung wird erreicht, daß das Abgas zunächst bei noch relativ hohen Temperaturen in den Adsorptionsreaktor eintreten kann, bei denen die Korrosionsgefahren durch z. B. Schwefelsäurebildung ausgeschlossen sind. Bei diesen Temperaturen, die z. B. über 1500C liegen können, werden dann zunächst die Schwefelsäureanteile des Rauchgases abgeschieden. Dies führt zu einer Senkung des Schwefelsäuretaupunktes auf Werte von beispielsweise unter 55°C. Dadurch werden Korrosionserscheinungen an den Außenwandungen der Wänneaustauschrohre ausgeschlossen. Die Wärmeaustauschrohre wiederum bewirken die gewünschte Abkühlung des Rauchgases auf
Temperaturen, bei denen die SO^-Abscheidung gegenüber der Eintrittstemperatur in den Adsorptionsreaktor verbessert ist; darüber hinaus kann die dem Abgas entzogene Wärme nunmehr vorteilhaft z. B. in ein Fernwärmenetz eingespeist und somit genutzt werden, überraschenderweise ist der Bedarf an Wärmetauschfläche bei in das Adsorptionsmittel eingetauchten Wärmetauschrohren geringer, als wenn die Wärmetauschrohre lediglich von dem Abgas umspült würden; somit würden die Wärmetauschflächen relativ kleingehalten werden. Insgesamt erreicht die Erfindung also gleichzeitig eine Verbesserung der SO2-Abscheidung und eine besonders vorteilhafte Nutzung des Energieinhaltes des Abgases und dessen Abkühlung auf Temperaturen von z. B. 900C.
Verfahrensmäßig hat es sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, wenn das Abgas zunächst mit etwa der Eintrittstemperatur am Adsorptionsreaktor eine erste Adsorptionsmittelschicht durchströmt und erst danach in Gasströmungsrichtung eine Kühlung erfolgt, woraufhin an der oder den weiteren Adsorptionsmittelschichten die Adsorption weiter verläuft, wobei zwischen den einzelnen weiteren Schichten weitere Temperaturabsenkungen erfolgen können.
Weitere Ziele, Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beiliegenden Zeichnungen. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination den Gegenstand der Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
Es zeigen:
Fig. 1 einen Querschnitt durch einen zylindermantelför-
migen Adsorptionsreaktor
Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie aa durch den Ad-Sorptionsreaktor gemäß Fig. 1
Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie bb durch einen Adsorptionsreaktor gemäß Fig. 1
Fig. 4 einen Adsorptionsreaktor mit mehreren Wärmeaustauschern im perspektivischen Teilschnitt. 10
Bei dem Adsorptionsreaktor gemäß Fig. 1 tritt das Abgas durch eine näherungsweise zylinderförmige Lamellenwand 1 in die Adsorptionsmittelschicht 2 ein und verläßt den Adsorptionsreäktor durch die zur Lamellenwand 1 parallel verlaufende Lamellenwand 3. Parallel zwischen den beiden Lamellenwänden 1 und 3 ist ein für die Gasströmung durchlässiger Wärmetauscher 4 angeordnet.
Bei dem Adsorptionsreaktor gemäß Fig.1 tritt das Abgas durch eine zylinderförmige Lamellenwand 1 in die Adsorptionsmittelschicht 2 ein und verläßt den Adsorptionsreaktor durch die zur Lamellenwand 1 parallel verlaufende Lamellenwand 3. Parallel zwischen den beiden Lamellenwänden 1 und 3 ist ein für die Gasströmung durchlässiger Wärmetauscher 4 angeordnet.
Wie aus Fig. 2 ersichtlich, bestehen die Lamellenwände und 3 aus schräg zueinander versetzt angeordneten Lamellen 5. Das Adsorptionsmittel wird am oberen Ende der Adsorptionsmittelschicht 2 aufgegeben und am unteren Ende
. . Ί 3136665
abgezogen. Der Wärmeaustaustauscher kann in an sich beliebiger Richtung von einem Warmeaustauscherfluid 'durchströmt werden; ebenso ist es möglich, den hier dargestellten Adsorptionsreaktor - der im übrigen natürlich auch statt einer zylindermantelförmigen eine ebenflächige Gestalt haben - sowohl in der einen als auch in der anderen Richtung mit Abgas zu durchströmen. Aus Fig. 3 ist ersichtlich, daß der Wärmetauscher 4z. B. aus entlang der Wanderungsrichtung der Adsorptionsmittel ausgerichteten Wärmetauschrohren 6 mit Ein- und AuslaufSammelleitungen 7 und 8 bestehen kann. Ein solches Rohrregister stört weder den Gasdurchtritt noch die Wanderung der Adsorptionsmittelkörner.
In Fig. 4 ist ein plattenförmiger Adsorptionsmittelreaktor mit mehreren quer zur Gasströmungsrichtung angeordneten Wärmetauschern in Form von Rohrregistern 4a, 4b, 4c dargestellt.
Beispiel
Als kohlenstoffhaltiges Adsorptionsmittel wurde eine handelsübliche Aktivkohle mit einer spezifischen Oberfläche
2
von 500 m /g (bestimmt nach Brunauer, Emmet und Teller) verwendet. Der Wanderschichtreaktor wies eine Querschnitts-
2 fläche quer zur Strömungsrichtung der Abgase von 135 m auf und hatte eine Bettiefe von 1,66 m; er war - seiner Höhe entsprechend - mit 224 m des Adsorptionsmittels gefüllt.
Bei einer Temperatur von 150°C wurden 120.000 m3/h Kraftwerksabgas (gerechnet im Normzustand), das 0,1 Vol.-% SO2,
— Q —
6,4 Vol.-% O2 und 10,1 Vol.-% Wasserdampf enthielt, bei einer Raumgeschwindigkeit (auf den leeren Adsorber bezogen) von 800 h (gerechnet bei 1500C) durch die Wanderschicht geleitet. Als Wärmetauscher wurden Rohre mit einer lichten Weite von 20 mm und einer Wandstärke von 2,5 mm zu drei Rohrregistern von jeweils 100 Rohren verbunden. Diese Rohrregister wurden in Abständen von 0,41, 0,81 und 1,23 m von der Anströmfläche des Adsorbers parallel zu dieser angeordnet (vergl. Fig. 4).Das Adsorptionsmittel durchwanderte den Adsorptionsreaktor von einer oberen Aufgabestelle zu einer unteren Abzugsstelle in etwa 60 h.
Die S02-Konzentration des Abgases wurde dabei auf 0,03 Vol.-% gesenkt (Entschwefelungsgrad 97 %). Das Abgas hatte eine mittlere Austrittstemperatur aus dem Adsorptionsreaktor von 900C. Kühlwasser durchströmte die Rohre parallel mit einem Volumenstrom von insgesamt 520 m /h und wurde dabei von 60 auf 1000C aufgeheizt.
'Vergleichsbeispiel
Unter sonst gleichen Bedingungen, wie im erfindungsgemäßen Beispiel, jedoch ohne Durchströmung der Wärmeaustauscher mit einem Kühlmittel wurde aufgrund der Adsorptionswärme eine Temperaturerhöhung des Abgases um ca. 4 C festgestellt sowie eine SO^-Austrittskonzentration von 0,038 Vol.-%, entsprechend einem Entschwefelungsgrad von 62 %.

Claims (5)

BERGWERKSVERBAND GMBH VERSUCHSBETRIEBE DER BERGBAU-FORSCHUNG 4300 Essen 13 (Krciy), 24.09.1981 Franz-Fischer-Weg 61 Telefon (0201) 105-1 A8/Schu-Be Adsorptionsreaktor zum Entfernen von SO- aus Abgasen und Verfahren zum Betreiben desselben Patentansprüche
1. Adsorptionsreaktor zum Entfernen von SO2 aus Abgasen, bei dem die Abgase quer durch eine innerhalb des Reaktors von oben.nach unten wandernde Schicht aus körnigen Adsorptionsmitteln (2) geführt werden, gekennzeichnet durch in das Adsorptionsmittel (2) eingetauchte Wärmeaustauschrohre (4).
2. Adsorptionsreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeaustauschrohre (4) in Form eines oder mehrerer, quer zur GasStrömungsrichtung ausgerichteter, Rohrregister angeordnet sind.
3. Verfahren zum Betreiben eines Adsorptionsreaktors nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgas bei
— 2 —
Temperaturen oberhalb etwa 120 C dem Adsorptionsreaktor aufgegeben, nach Durchströmung eines ersten Bereiches der Adsorptionsmittelschicht fluidgekühlt und
durch mindestens einen weiteren Bereich der Adsorptionsmittelschicht des Adsorptionsreaktors geleitet wird, bevor es diesen, bei Temperaturen unterhalb etwa 120 C, wieder verläßt.
4. Verfahren nach Anspruch 3,' dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den einzelnen Bereichen der Adsorptiosmittelschicht eine in GasStrömungsrichtung zunehmende Kühlung erfolgt.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, gekennzeichnet durch die Verwendung des Kühlfluids für Fernwärmeheizungen.
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