DE3310716C2 - Verfahren zur absorptiven Entfernung von HCL und SO↓2↓ aus Rauchgas - Google Patents
Verfahren zur absorptiven Entfernung von HCL und SO↓2↓ aus RauchgasInfo
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Abstract
Die Erfindung betriff ein Verfahren zur Entfernung von HCL und SO2 aus Rauchgas mittels Calciumcarbonat und Calciumhydroxid. Unter Rauchgas wird im wesentlichen solches aus Kraftwerksanlagen verstanden, welches nach seiner Reinigung in die Atmosphäre abgegeben wird. Wird eine hohe Reinheit, d. h. niedrige SO2-Restgehalte des Reingases gefordert, ergeben sich bei reiner Kalksteinfahrweise hohe Betriebskosten und andere Nachteile. Um das Verfahren betrieblich sicherer und wirtschaftlicher zu gestalten, werden HCL und SO2 mittels zweistufiger Gas-Wäsche absorptiv entfernt, wobei in der ersten Waschstufe als Waschflüssigkeit suspendiertes Calciumcarbonat eingesetzt wird und wobei in der zweiten Waschstufe als Waschflüssigkeit suspendiertes Calciumhydroxid verwendet wird.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur absorptiven Entfernung von HCl und SO2 aus Rauchgas mittels
Calciumcarbonat und Calciumhydroxid in einer zweistufigen Gaswäsche. Unter Rauchgas wird im wesentlichen
solches aus Kraftwerksanlagen verstanden, welches nach seiner Reinigung in die Atmosphäre abgegeben wird.
Bei einem derartigen Verfahren ist es erforderlich, die Verunreinigungen wie SO2 und HCI 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 HCl und SO2 mittels Calciumhydroxid allein oder in Verbindung
mit anderen Chemikalien auszuwaschen. Dabei liegt das Calciumhydroxid als wäßrige Kalkaufschlämmung
vor. Wegen der geringen Lösbarkeit von Calciumhydroxid in Wasser ist ein spezifisch hoher Bedarf an Calciumhydroxid
je Einheit SO2 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 Kalksteinmehi, wesentlieh
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 KaIksteinfahrweise
resultiert daraus, daß dort das UG-Verhältnis ( = Liter Waschsuspension pro m3 Rauchgas)
größer sein muß als bei der Absorption mit Kalkhydrat Der Grund hierfür liegt an der geringen Lösbarkeit 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 eins 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 S(>2-Restgehalte des Reingases gefordert werden.
Nach DE-OS 25 32 373 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung bekannt zum Reinigen von Rauchgasen, die
Schwefeldioxid enthalten. Dabei werden in zwei hintereinander liegenden Waschstufen der Kalziumkarbonal-
bzw. Kalziumoxyd-enthaltenden Waschflüssigkeit vor dem Kontakt mit dem Gas die Feststoffe entzogen. Die
Waschflüssigkeit ist eine Mischlösung aus Calciumcarbonat, Calciumoxyd, Calciumhydroxid, Salzen und Säuren.
Die Waschstufen zeichnen sich nicht durch einzelne dominierende Effekte aus.
Nach DE-OS 25 02 079 ist ein Verfahren zur Entfernung von Schwefeldioxid aus Abgasen bekannt, wobei das
Abgas einer Wäsche mit einer Erdalkalimetallverbindung unterzogen wird, die zusätzlich ein Alkalimetallsulfat
enthält.
Das Verfahren kennt nur eine Waschlösung, die auf einen Neben- und einen Hauptstrom für das Abgas
aufgeteilt wird. Die getrennte Abführung der HCl-Komponente ist nicht möglich.
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 Patent-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Verfahren gemäß den Kennzeichen der Patent-
ctuajji uuiic «lilgcwciiuci WIIU.
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich durch folgende Vorteile aus:
1) Hoher Entschwefelungsgrad (bis zu 99%) bei einem kleinen LJG-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 SO2 absorbiert Das so vorgereinigte Rauchgas gelangt
anschließend in den zweiten Waschkreislauf, wo es mit Kalkhydrat als Absorptionsmittel fast vollständig vorn
SO2 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 Gipstrennung 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 CaG2-GehaIte 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 F i g. 1 dargestellt Nach F i g. 1 gelangt das SO2 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 HCl und teilweise vom
SO2 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 χ 2 H2O + CaSO3 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 SO2 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 Calciumsulfat 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 HO-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 CaCO3/Ca(OH)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 Kaiksteinfahrweise entfallen, da solch hohe
Entschwefelungsgrade bei der reinen Kalksteinfahrweise mit vertretbarem Aufwand nicht durchgeführt werden
können. Es werden 4 Fälle betrachtet:
Fall Absorptionsmittel CaCIrGehalt der Suspension
1 Ca(OH)2 6
2 CaCO3/Ca(OH)2 18
3 Ca(OH)2 18
4 CaCO3/Ca(OH)2 18
Bei dem Vergleich sollen nur folgende Größen berücksichtigt werden: Absorptionsmittel und gesamte Pumpenergie
für den/die Wafcherkreislauf/Wäscherkreisläufe. Außerdem wird noch gesondert die Eindampfung des
Abwasserstromes berücksichtigt.
Basisdaten zur Berechnung der Betriebsmittelkosten
Eingangsstrom
Eingangsstrom
Rauchgasmenge C=IO6 NmVh
SO2-Konz. = 3g/Nm3
SO2-Menge = 3000 kg/h & 46,88 kmol/h
HCI-Kon. = 0,2g/Nm3
HCI-Menge = 200 kg/h ä 5,49 kmol/h
Preisbasis
1000 kg Kalkstein * 30,60 DM; 1 kmoU3,06 DM
1000 kg Kalkstein* 142 DM; 1 kmoU 10,52 DM
Vi = vom Kalkstein absorbierte SO2 Menge/SO2-Menge im Rauchgas
V2 = vom Kalkhydrat absorbierte SO2 Menge/SO2-Menge im Rauchgas
Kosten für Kalkstein = Vi χ 46,88 χ 3,06 = Vi χ 143,45
ι ο Kosten für Kalkhydrat = V2 χ 46,88 χ 1032 = V2 χ 493,18
Stromkosten: 1 kW=0,ll DM Dampfkosten: 1 t Dampf = 25 DM
Pumpleistung für Wäscherkreislauf
mittlere Förderhöhe = 23 m,p= 1,25 kgl/i
Jp =4,6 bar für 1000 mVh* 167 kW
Jp =4,6 bar für 1000 mVh* 167 kW
Stromkosten in Abhängigkeit von UG-Verhältnis
(UG = Menge an Waschflüssigkeit in 1 pro Nm3 Rauchgas)
Wäscherfluß= 10-3x G χ UG= 103 χ UG[mVh](G =106 Nm3/h)
Stromkosten = UG χ 167 χ 0,ll=L/G χ 18,37 DM/h
Verdampfung des Abwasserstomes auszuschleusende HCl-Menge = 200 kg/h = 194,5 kg Cl
CaCl2- Konz. [kg/m3] = Gew.-% CaCl2 χ 10
Cl-Konz. [kg/m3] in der Suspension
= 2 χ Gew.-%, CaCl2 χ 10 χ Mci/Μαα (M = Molgewicht)
= 2 χ Gew.-%, CcCl2 χ 10 χ 35,45/111 = Gew. CaCl2 χ 6,39 [kg]
Abwasserstrom = 1943/(Gew.-% CaCl2 χ 6,39) [mVh]
Kosten für Eindampfung=Abwasserstrom χ 25 = 761/Gew.-% CaCh
Ergebnisse
Die Betriebskosten und andere Daten sind in Tab. 1 dargestellt Die Kosten sind in DM/h angegeben. Die
Indizes V2 beziehen sich auf die jeweiligen Kreisläufe. Für die reine Kalkhydratfahrweise wird hier der Index
genommen.
Der Entschwefelungsgrad η 2 für den zweiten Kreislauf wird bezogen auf die SO2-Menge (= 100%), welche in
den 2. Wäscher eintritt
45 Tabelle 1
FaIIl Fall 2 Fall 3 Fall 4
(UG) \ 50 (UG) 2 (UG) ges. Wäscherfluß ges. [m3/h]
55 7] ges.
Abwasserstrom [mVh] Kosten für Kalkstein Kosten für Kalkhydrat
Kosten für Wäscherpumpe 60 Kosten für Eindampfung Gesamtkosten ohne Eindampfung Gesamtkosten mit Eindampfung
Kosten in [DM/h]
Die Indizes 1,2 beziehen sich auf die Kreisläufe. Für die reine Kalkhydratfahrweise gilt Index
Die Indizes 1,2 beziehen sich auf die Kreisläufe. Für die reine Kalkhydratfahrweise gilt Index
7 | 7 | 7 | 8 |
— | 1,5 | — | 2,5 |
7 | 83 | 7 | 113 |
7000 | 8500 | 7000 | 11 500 |
98 | 85 | 98 | 75 |
— | 90 | — | 92 |
98 | 98,5 | 98 | 98 |
5,1 | 5,1 | 1,7 | 1,7 |
— | 122 | — | 108 |
483 | 67 | 483 | 113 |
129 | 156 | 129 | 211 |
127 | 127 | 42 | 42 |
612 | 345 | 612 | 432 |
739 | 472 | 654 | 474 |
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. Verfahren zur absorptiven Entfernung von HCl und SO2 aus Rauchgas mittels Calciumcarbonat und
Calciumhydroxid in einer zweistufigen Gas-Wäsche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste
Waschstufe einen Waschflüssigkeitskreislauf mit suspendiertem Calciumcarbonat ais Waschflüssigkeit aufweist
und die zweite Waschstufe einen Waschflüssigkeitskreislauf mit suspendiertem Calciumhydroxid als
Waschflüssigkeit
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem zweiten Waschflüssigkeitskreislauf
Überschußlesung dem Sumpf des Wäschers der ersten Waschstufe zugeführt wird und gleichzeitig Luft in die
ίο Waschflüssigkeit des ersten Wäschers eingedost wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß Überschußlösung aus dem ersten
Kreislauf abgezogen, filtriert und das Filtrat auf beide Kreisläufe verteilt wird.
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