DE3310716A1

DE3310716A1 - Verfahren zur entfernung von hcl und so(pfeil abwaerts)2(pfeil abwaerts) aus rauchgas

Info

Publication number: DE3310716A1
Application number: DE19833310716
Authority: DE
Inventors: Wolf-Eckart Dr. 4600 Dortmund Noack; Peter Schlipper
Original assignee: Uhde GmbH
Current assignee: ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
Priority date: 1983-03-24
Filing date: 1983-03-24
Publication date: 1984-10-18
Also published as: DE3310716C2; DK143784A; DK143784D0; SE8401631D0; NL8400744A; SE8401631L

Description

Verfahren zur Entfernung von HCI und SO aus Rauchgas
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entfernung von HC1 und 502 aus Rauchgas mittels Calciumcarbonat und Calciumhydroxid.
Unter Rauchgas wird im wesentlichen solches aus Kraftwerksanlagen verstanden, welches nach seiner Reinigung in die Atmosphäre abgegeben wird.
Bei einem derartigen Verfahren ist es erfoderlich, die Verunreinigungen wie 502 und HC1 weitgehend zu entfernen, da sie sonst als ständiger Ausstoß die Umwelt stark belasten. Die Verunreinigungen müssen in solche Stoffe überführt werden, die leicht handhabbar sind und deren Aufarbeitung einen geringen Investitions- und Energieaufwand erfordert.
Es ist bekannt, die Rauchgasverunreinigungen HC1 und SOL mittels Calciumhydroxid allein oder in Verbindung mit anderen Chemikalien auszuwaschen. Dabei liegt das Calciumhydroxid als wässrige Kalkaufschlämmung vor. Wegen der geringen Löslichkeit von Calciumhydroxid in Wasser ist ein spezifisch hoher Bedarf an Calciumhydroxid je Einheit SO erforderlich. Dies bedeutet eine hohe Kostenbelastung je Nm3 Rauchgas.
Um diese hohe Kostenbelastung zu mindern, wird in letzter Zeit in verstärktem Maße Calciumcarbonat als Absorptionsmittel eingesetzt, da Calciumcarbonat, sogenannter Kalkstein in Form von Kalksteinmehl, wesentlich billiger ist. Der Preisunterschied ist so groß, daß selbst durch höhere Investitions- und Stromkosten für größere spezifische Umlaufmengen an Waschflüssigkeit der Einsatz von Calciumcarbonat vorteilhaft ist. Die höheren Investmentkosten bei der Kalksteinfahrweise sind im wesentlichen darauf zurückzuführen, daß wegen der sehr geringen Lösungsgeschwindigkeit des Kalksteins der Waschersumpf bei der Kalksteinfahrweise mindestens doppelt so groß sein muß, wie der bei der Kalkhydratfahrweise. Der höhere Stromverbrauch der Kalksteinfahrweise resultiert daraus, daß dort das L/G Verhältnis (= Liter Waschsuspension pro m3 Rauchgas) größer sein muß als bei der Absorption mit Kalkhydrat. Der Grund hierfür liegt an der geringen Löslichkeit und der geringen Lösungsgeschwindigkeit des Kalksteins. Diese Nachteile der Kalksteinfahrweise können zwar dadurch vermindert werden, indem man den Kalksteinüberschuß in der Suspension sehr hoch ansetzt. Dies ist aber aus folgenden Gründen nicht empfehlenswert: a) der Kalksteinverbrauch ist höher b) der Gips hat dann wegen seines höheren Kalksteingehaltes eine geringe Qualität c) ein höherer Kalksteingehalt der Suspension würde wegen der im Verhältnis zum Gips wesentlich größeren Härte des Kalksteins zu erhöhten Verschleißerscheinungen in der Anlage führen.
Diese Nachteile der Kalksteinfahrweise, insbesondere die Stromkosten, kommen immer dann besonders zum Tragen, wenn eine hohe Reinheit, d.h. niedrige S02-Restgehalte des Reingases gefordert werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bestehenden Verfahren und Fahrweisen zu vermeiden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Verfahren gemäß den Kennzeichen der Patentansprüche angewendet wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich durch folgende Vorteile aus: 1) Hoher Entschwefelungsgrad (bis zu 99 %) bei einem kleinen L/G-Wert, d.h. bei geringen Stromkosten gegenüber der Kalksteinfahrweise, und geringen Kosten für das Absorptionsmittel gegenüber der reinen Kalkhydratfahrweise.
2) Wegen des niedrigen Kalksteingehaltes in der Suspension, ca.
1 Gew. % bezogen auf den Feststoff, Vermeidung der Verschleißerscheinungen, geringer Kalksteinverbrauch und hohe Gipsqualität.
Die Vorteile des vorgeschlagenen Verfahrens kommen besonders dann sowohl gegenüber der reinen Kalksteinfahrweise als auch gegenüber der reinen Kalkhydratfahrweise zum Tragen, wenn ein hoher Entschwefelungsgrad gefordert wird.
Die Eigenschaften werden durch die Einführung eines Zweikreissystems erreicht, d.h. der gesamte Waschprozeß setzt sich aus 2 Waschkreisläufen zusammen. Im ersten Waschkreislauf werden mit Kalkstein als Absorptionsmittel 60-90 % des im Rauchgas befindlichen 502 absorbiert. Das so vorgereinigte Rauchgas gelangt anschließend in den zweiten Waschkreislauf, wo es mit Kalkhydrat als Absorptionsmittel fast vollständig vom 502 befreit wird. Der Gesamtentschwefelungsgrad beträgt bis zu 99 %.
Dementsprechend wird im ersten Waschkreislauf Kalkstein und im zweiten Waschkreislauf Kalkhydrat in die Waschsuspension dosiert.
Da eine separate Gipsabtrennung für jeden Waschkreislauf zu verschiedenen Gipsqualitäten führen würde, wird der im 2. Waschkreislauf gebildete Gips bzw. das Sulfit in den ersten Kreislauf geführt und von dort abgetrennt.
Die Oxidation des Calciumsulfit zu Gips erfolgt durch Lufteindüsung im ersten Waschkreislauf.
Die CaCl2-Gehalte der beiden Waschkreisläufe sind gleich groß.
Das bedeutet, daß die Wassermenge, welche über das Rauchgas in den zweiten Waschkreislauf gelangt, dort wieder verdampft. Zur Einhaltung der Wasserbilanz braucht demnach nur die Flüssigkeitsmenge, welche vom zweiten in den ersten Kreislauf gelangt, von dort als Filtrat hinter der Gipsabtrennung wieder in den zweiten Waschkreislauf zurückgeführt werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 1 dargestellt.
Nach Fig. 1 gelangt das S02 und HCl-haltige Rauchgas über die Leitung 3 in den Wäscher 15 des ersten Kreislaufs 1. Im Wäscher 15 wird das Rauchgas im Gegenstrom zu der von oben kommenden Waschsuspension praktisch vollständig vom HC1 und teilweise vom SO, befreit. Das Absorptionsmittel im ersten Kreislauf ist Kalksteinmehl, welches über die Leitung 4 in den Kreislauf 1 geführt wird. Die Suspension besteht aus ca. 10 Gew. % Feststoff mit ca. 99 Gew. % CaSO4 x 2 H20 + CaS03 und einem Prozent Kalkstein. Das entspricht für die Kalksteindosierung einem stöchiometrischen Faktor von 1,02.
Das Wasser, welches im Gesamtsystem verdampft, wird über Leitung 5 in den ersten Waschkreislauf 1 geführt. Die Oxidation des Calciumsulfit zu Calciumsulfat erfolgt mit dem Sauerstoff, der im Rauchgas enthalten ist und mittels Luft, welche in die Waschsuspension des ersten Kreislaufs über die Leitung 6 eingedüst wird.
Das Rauchgas gelangt aus dem Wäscher 15 in den Wäscher 16, wo im Gegenstrom zu der von oben kommenden Waschsuspension des zweiten Waschkreislaufes 2 das restliche S02 entfernt wird. Dabei wird ein Gesamtentschwefelungsgrad von bis zu 99 % erreicht. Als Absorptionsmittel dient Kalkhydrat in diesem Kreislauf.
Das im zweiten Waschkreislauf gebildete Calciumsulfat bzw.
Calciumsulfit wird von dort als Suspension über die Abzugsleitung 11 in den ersten Waschkreislauf 1 geführt.
Das gesamte im System gebildete Caciumsulfat wird aus dem ersten Waschkreislauf über die Leitung 13, die Gipsabtrennung 17 und über die Leitung 9 aus dem Prozeß entfernt. Das Filtrat der Gipsabtrennung wird dem ersten Waschkreislauf über die Leitung 14 wieder zugeführt. Über Leitung 12 wird die äquivalente Flüssigkeitsmenge, welche über Leitung 11 vom zweiten in den ersten Waschkreislauf gelangt, wieder vom ersten Kreislauf in den zweiten zurückgeführt.
Mit dem Abwasser wird über Leitung 10 die HCl-Menge ausgeschleust, welche über das Rauchgas in das System gelangt war.
Die Kalkhydratdosierung erfolgt in den zweiten Kreislauf 2 über Leitung 7.
Anhand von Betriebsmittelkosten wird das vorgeschlagene CaC03/Ca(0H)2-Verfahren gegenübergestellt dem reinen Kalkhydratverfahren. Da das vorgeschlagene Verfahren insbesondere für hohe Entschwefelungsgrade geeignet ist, soll in diesem Beispiel ein Entschwefelungsgrad von über 98 % gefordert werden. Wegen -des hohen Entschwefelungsgrades muß ein Vergleich mit der reinen Kalksteinfahrweise entfallen, da solch hohe Entschwefelungsgrade bei der reinen Kalksteinfahrweise mit vertretbarem- Aufwand nicht durchgeführt werden können. Es werden 4 Fälle betrachtet: Fall Absorptionsmittel CaC12-Gehalt der Suspension 1 Ca(OH)2 6 2 CaC03/Ca(OH)2 6 3 Ca(OH)2 18 4 CaC03(Ca(0H)2 18 Bei dem Vergleich sollen nur folgende Größen berücksichtigt werden: Absorptionsmittel und gesamte Pumpenergie für den/die Wascherkreislauf/Wäscherkreisläufe. Außerdem wird noch gesondert die Eindampfung des Abwasserstromes berücksichtigt.
Basisdaten zur Berechnung der Betriebsmittelkosten Eingangstrom Rauchgasmenge G = 106 Nm3/h SO2-Konz. = 3 g/Nm3 S02-Menge = 3000 kg/h = 46,88 kmol/h HCl-Konz. = 0,2 g/Nm³ HCl-Menge = 200 kg/h - 5,49 kmol/h Preisbasis 1000 kg Kalkstein # 30,60 DM; 1 kmol # 3,06 DM 1000 kg Kalkhydrat @ 142 DM; 1 kmol A= 10,52 DM V1 = vom Kalkstein absorbierte SO2 Menge/SO2-Menge im Rauchgas V2 = vom Kalkhydrat absorbierte SO2-Menge/SO2-Menge im Rauchgas Kosten für Kalkstein = V1 x 46,88 x 3,06 = V1 x 143,45 Kosten für Kalkhydrat = V2 x 46,88 x 10,52 = V2 x 493,18 Stromkosten: 1 kW = 0,11 DM Dampfkosten: 1 t Dampf = 25 DM Pumpleistung für Wäscherkreislauf mittlere Förderhöhe = 23 m #= = 1,25 kg/l #p = 4,6 bar für 1000 m3/h =A 167 kW Stromkosten in Abhängigkeit von L/G Verhältnis (L/G = Menge an Waschflüssigkeit in 1 pro Nm3 Rauchgas) Wäscherfluß = 10-3 3 x G x L/G (G =106 Nm3/h = 10³ x L/G [m3/h] Stromkosten = L/G x 167 x 0,11 = L/G x 18,37 DM/h Verdampfung des Abwasserstromes auszuschleusende HCl-Menge = 200 kg/h = 194,5 kg C1 CaC12-Konz. [kg/m3] = Gew. % CaCl2 x 10 Cl-Konz. [kg/m3] in der Suspension = 2 x Gew. % CaC12 x 10 x MCl/MCaCl (M = Molgewicht) = 2 x Gew., % CaCl2 x 10 x 35,45/111 = Gew. CaCl2 x 6,39 [kgj Abwasserstrom = 194,5/(Gew. % CaCl2 x 6,39) [m3/h] Kosten für Eindampfung = Abwasserstrom x 25 =761/Gew. %CaCl2 Ergebnisse Die Betriebskosten und andere Daten sind in Tab. 1 dargestellt.
Die Kosten sind in DM/h angegeben. Die Indizes 1/2 beziehen sich auf die jeweiligen Kreisläufe. Für die reine Kalkhydratfahrweise wird hier der Index 1 genommen.
Der Entschwefelungsgrad 82 für den zweiten Kreislauf wird bezogen auf die S02-Menge (= 100 %), welche in den 2. Wäscher eintritt.
Tablle 1 Fall 1 Fll 2 Fall 3 Fall 4 (L/G)1 7 7 7 9 (L/G)2 - 1,5 - 2,5 (L/G) ges 7 8,5 7 11,5 wäscherfluß ges. [m³/h] 7000 8500 7000 11500 #1 % 98 85 98 75 #2 % - 90 - 92 #ges. 98 98,5 98 98 Abwasserstrom [m³/h] 5,1 5,1 1,7 1,7 Kosten für kalkstein - 122 - 108 Kosten für kalkydrat 483 67 483 113 Kosten für Wäscherpumpe 129 156 129 211 Kosten für Eindampfung 127 127 42 42 Gesamtkosten ohne Eindampfung 612 345 612 432 Gesamtkosten mit Eindampfung 739 472 654 474 Kosten in [DM/h] Dle indizes 1,2 benziehen sich auf die Kreisläufe. Für dle reime Kalkhydratfabrweise gilt Index 1

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Verfahren zur Entfernung von HCl und SO2 aus Rauchgas mittels Calciumcarbonat und Calciumhydroxid d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß HC1 und SO2 mittels zweistufiger Gas-Wäsche absorptiv entfernt werden, wobei in der ersten Waschstufe als Waschflüssigkeit suspendiertes Calciumcarbonat eingesetzt wird und wobei in der zweiten Waschstufe als Waschflüssigkeit suspendiertes Calciumhydroxid verwendet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ßdie Konzentration und Menge der Waschflüssigkeit der ersten Waschstufe eine Entfernung von praktisch allen HC1 und 60-90 % des SO, bewirkt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2 d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß die erste Waschstufe einen Waschflüssigkeitskreislauf und die zweite Waschstufe einen Waschflüssigkeitskreislauf aufweisen, wobei aus dem zweiten Kreislauf Überschußlösung in den Sumpf des ersten Wäschers gegeben wird und gleichzeitig ein Sauerstoffträger, vorzugsweise Luft, zur Oxidation von Calciumsulfit in Calciumsulfat zugegeben wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3 d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß Überschuß lösung aus dem ersten Kreislauf abgezogen, filtriert und das Filtrat auf beide Kreisläufe verteilt wird.