DE3318374A1 - Verfahren zum abtrennen von schwefeloxiden aus verbrennungsgasen sowie vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Verfahren zum abtrennen von schwefeloxiden aus verbrennungsgasen sowie vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens

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    • F23J—REMOVAL OR TREATMENT OF COMBUSTION PRODUCTS OR COMBUSTION RESIDUES; FLUES 
    • F23J7/00—Arrangement of devices for supplying chemicals to fire

Description

Verfahren zum Abtrennen von Schwefeloxiden aus Verbrennungsgasen sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abtrennen von Schwefeloxiden aus Verbrennungsgasen schwefelhaltiger Brennstoffe und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens .
Der Inlandsverbrauch an Mineralöl in Form von leichtem Heizöl lag z.B. 198o bei 41,2 Millionen Tonnen. Davon gingen mit ca. 22 Millionen Tonnen über 5o % in die privaten Haushalte mit Zentralheizungen .
Neben den positiven Aspekten beim Einsatz von Heizöl für den Anwender ergeben sich jedoch erhebliche sozialhygienische und volkswirtschaftliche Probleme, die besonders durch die alarmierenden Anzeichen des Waldsterbens in das Bewußtsein der Menschen gerückt wurden. Der Grad der Luftverschmutzung und dabei besonders der Ausfall der sauren Rußflocken haben zu einer bedenklichen Belastung und Schädigung der Umwelt geführt, die zum Teil nicht mehr reparabel sind.
-6-
Bei einem nach DIN vorgegebenen zulässigen Höchstwert für Schwefel von o,3 % werden bei der Verbrennung der 22 Millionen Tonnen Heizöl in den Haushalten 6 6 ooo t Schwefel frei, der vorwiegend zu Schwefeldioxid (SO2) verbrennt, das je nach Verbrennungsbedingungen zu Schwefeltrioxid (SO.,) weiteroxidiert werden kann-
Dieser rein chemische Vorgang hat verschiedene negative Folgen :
1, Der SO--Anteil in den Rauchgasen führt zu einer Korrosion der Ofenwerkstoffe. Die hierdurch begünstigte Ablagerung von Schlacken oder Zersetzungsprodukten einer unvollständigen Verbrennung führt zu einer Minderung der Wärmeübergangswerte beim Wärmetausch und so zu einer Herabsetzung des Wirkungsgrades des Heizöles.
2. Sehr viel nachteiliger für die Umwelt ist die ständige Abgabe von sauren Gasen an die Atmosphäre, die auf Zeit einmal den Boden verändert und zum anderen als saurer Nieder- · schlag sich auf Pflanzen niederschlägt, ohne durch entsprechende basische Bestandteile, wie sie im Boden vorkommen können, neutralisiert zu werden und so zu einer nachhaltigen Schädigung der Natur führt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein preiswertes und technisch einfach durchführbares Verfahren zum Abtrennen von Schwefeloxiden aus Verbrennungsgasen schwefelhaltiger Brennstoffe anzugeben sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Die Vorrichtung soll preiswert
-7-
sein , und der Wartungs- und Versorgungsaufwand sollen gering sein.
Ein Verfahren zur Lösung dieser Aufgabe ist im Kennzeichen des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens im Anspruch 8 angegeben.
Die erfindungsgemäße Aufgabenlösung gemäß Anspruch 1 schlägt vor, die bei der Verbrennung von Brennstoffen, insbesondere von Heizöl entstehenden Schwefeloxide mit Hilfe von Oxiden der Erdalkalimetalle oder der Alkalimetalle zu . binden, und zwar durch eine Reaktion-, vorzugsweise chemische Reaktion, durch Bildung von Sulfaten und/oder Sulfiten. Das erfindungsgemäße Verfahren ist preiswert und einfach durchführbar, weil die geeigneten Oxide der genannten Metalle preiswert herstellbar und einfach anwendbar sind.
Die vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Aufgabenlösung gemäß Anspruch 2 gibt ein einfach durchführbares Verfahren zur Zumischung der Metalloxidpartikel zum Brennstoff an. Diese Art der Zumischung ist vor allem ge- ' eignet bei flüssigem Brennstoff, wie Cl. Die Verwendung eines Sols bzw. einer Suspension, d.h. einer dispersen Phase in Form eines fein zerteilten Metalloxids in einem Dispersionsmittel, vorzugsweise Wasser, berücksichtigt die Tatsache, daß die Metalloxide in Wasser schwer löslich sind, die Reaktionsfähigkeit der Feststoffpartikel mit einem Gas, hier Schwefeloxid, mit abnehmender Größe der Feststoffpartikel und damit zunehmender Gesamtoberfläche aller Partikel steigt.
Ein mittlerer Durchmesser der Partikel ±50 μια, wie im Anspruch 6 beansprucht, hat sich als besonders ge eignet erwieser */
-a- A
In den Ansprüchen 3 und 4 sind zwei weitere einfach durchführbare Verfahren zur Zugabe der Metalloxidpartikel zu dem zu entschwefelnden Stoff angegeben.
Ein besonders gut geeignetes Metalloxid ist Magnesiumoxid, wie im Anspruch 5 angegeben.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung (Anspruch 7) erfolgt die Zugabe des Partikelsols oder der -suspension pulsweise. Dies hat den Vorteil, daß sehr kleine Mengen des Sols bzw. der Suspension und damit der Metalloxidpartikel dosiert zuführbar sind entsprechend "der pro Zeiteinheit verbrennenden Schwefelmenge.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist sehr gut bei Kleinheiz anlagen, wie sie bei privaten Haushalten, die 5o % der insgesamt benötigten ölmenge verbrennen, eingesetzt werden, anwendbar.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist im Anspruch 8 angegeben. Eine solche Vorrichtung ist preiswert herstellbar und leicht in jede Heizanlage einbaubar, was insbesondere auch die weiteren Ausgestaltungen der Vorrichtung nach den Ansprüchen 9 bis 13, vor allem nach Anspruch 9 bis 11, zeigen.
Um zu verhindern, daß öl bzw. der Brennstoff in die Dosierpumpe und den Vorratsbehälter für das Metalloxidsol gelangt, ist die Weiterbildung gemäß Anspruch 14 vorgesehen.
Zur Verbesserung der gleichmäßigen Durchmischung von Brennstoff und Sol ist die Weiterbildung gemäß Anspruch 15
vorgesehen. \
Die Erfindung sieht zwar vorzugsweise die Verwendung fertiger stabiler Sole und Suspensionen vor, um aber ggf. das Sol oder die Suspension selbst herstellen zu können oder ein beispielsweise durch sehr langes Stehen destabilisiertes Sol wieder in den Solzustand zurückzuführen oder ein labiles Sol im Solzustand zu halten, sind die Weiterbildungen nach den Ansprüchen 16 bis 18 vorgesehen.
Die Ausbildung der Dosierpumpe als pulsweise arbeitende Pumpe nach Anspruch 19 hat den Vorteil, daß entsprechend dem normalerweise geringen Schwefelgehalt von Brennstoff auch sehr geringe Mengen des Metalloxidsols dosiert zuführbar sind. Größere und kleinere Mengen können leicht durch Veränderung der Drehzahl der Pumpe oder des Hubes und der Impulsfolge der Pumpe gemäß Anspruch 20 eingestellt werden.
DieErfindung soll nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert werden. Die Zeichnung zeigt schematisch eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in Verbindung mit einer Brennerdüse eines Ölheizkessels.
Die Vorrichtung nach der Zeichnung weist einen Vorratsbehälter 2 für eine stabile Aufschlämmung (Sol oder Suspension) aus einem Dispersionsmittel, vorzugsweise Wasser- und Magnesiumoxid auf. In den Behälter ragt eine Saugleitung 4, die zu einer Dosierpumpe 6 führt, deren Druckleitung 8 in eine ölzuführungsleitung 10 für eine Brennerdüse 12 einmündet. In der Druckleitung 8 ist ein Rückschlagventil 14 angeordnet, um zu verhindern, daß öl in die Dosierpumpe und den Behälter gelangt. -10-
-Ιο-
Die Dosierpumpe 6 arbeitet vorzugsweise im Pulsbetrieb.
Der Behälter 2 kann jeweils mit einer fertigen Magnesiumoxidsuspension gefüllt werden oder die Suspension bzw. das Sol kann im Behälter selbst hergestellt werden, wozu beispielsweise ein Rührwerk 16 eingesetzt werden kann. Zusätzlich kann eine By_.paßleitung 18 vorgesehen werden (gestrichelt eingezeichnet), über die die Dosierpumpe 6 die Suspension bzw. das Sol in Zeiten, in denen der Brenner des Heizkessels nicht arbeitet, wieder in den Behälter 2 zurückpumpt. Das öffnen und Schließen der ByLpaßleitung kann über ein durch den Brenner gesteuertes Ventil 2o erfolgen.
Wichtig ist die gleichmäßige Beimischung der Magnesiumoxidsuspension zu dem dem Brenner zugeführten öl. Hierzu mündet die Druckleitung 8 entgegengesetzt zur ölströmungsrichtung geneigt in die ölzuführungsleitung 1o, und zwar vor der Brennerdüse in das üblicherweise sogenannte Düsenrohr.
Die gleichmäßige Zumischung kann verbessert werden durch eine Wirbelkammer 22, die in Strömungsrichtung gesehen hinter der Einmündung 24 der Druckleitung in die ölzuführungsleitung angeordnet ist.
Das Magnesiumoxidsol kann auch über eine Leitung 26 in die Verbrennungszone 28 hinter der Brennerdüse 12 der ölflamme unmittelbar zugemischt werden (gestrichelt eingezeichnet). Es ist auch eine Einspritzung in den Raum hinter der Verbrennungszone möglich (nicht dargestellt).
-11- s
331837 A
Die Vorrichtung arbeitet wie folgt. Sobald der Brenner
über das Brennersignal mit anspringt, wird die Dosierpumpe 6/eingeschaltet oder bei Vorhandensein der By paßleitung 18 das Ventil 2o zur Freigabe der Druckleitung 8 und zum Sperren der By paßleitung 18 angesteuert. Die Dosierpumpe 6 fördert dann pulsweise bestimmte Chargen der Magnesiumoxidsuspension in die Leitung 1o, wo die Magnesiumoxidsuspension mit dem zufließenden öl vermischt wird, ggf. nach Durchströmen der Wirbelkammer 22, bevor die Öl/Magnesiumoxid-Mischung durch die Düse in den Verbrennungsraum gespritzt wird.
Im Verbrennungsraum wird der im öl befindliche Schwefel zunächst zu S0_ und SO oxidiert, das sofort mit dem Magnesiumoxid reagiert, wobei leicht entfernbares Magnesiumsulfit (Mg SO3) und Magnesiumsulfat (Mg SO.) entsteht. Es gelten dabei folgende Reaktionsgleichungen :
SO2
ein Teil des SO- oxidiert weiter :
SO2 + 1/2 O2 · SO
.. SOp und SO, reagieren mit Magnesiumoxid wie folgt :
502 + Mg 0 » Mg SO3 und
503 + Mg 0 » Mg SO4.
Magnesiumsulfat ist das bekannte Bittersalz, ein Dünger für Nadelbäume.
Magnesiumoxid wird dabei in Partikeln solch kleiner Größe eingesetzt, daß ein stabiles Sol bzw. eine stabile Suspension herstellbar ist. Als mittlerer Durchmesser der Partikel hat sich ein Wert von £· 5o pm bewährt.
Entsprechend der obigen Reaktionsgleichung werden zur Bindung von 3,2 g Schwefel, dem normalen Schwefelgehalt von 1 1 Heizöl, 4,ο g Magnesiumoxid zur Bindung des Schwefels benötigt.

Claims (20)

  1. Ansprüche
    1J Verfahren zum Abtrennen von Schwefeloxiden aus Verbrennungsgasen schwefelhaltiger Brennstoffe, dadurch gekennzeichnet, daß Partikel eines oder mehrerer Erdalkalimetalloxide und/oder eines oder mehrerer Alkalimetalloxide mit den Schwefeloxiden zur Reaktion gebracht werden zur Bildung von Sulfiten und/oder Sulfaten.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metalloxidpartikel in Form eines Sols oder einer Suspension dem zu verbrennenden Brennstoff vor dessen Verbrennung zugemischt werden.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sol oder eine Suspension der Partikel in die Brennstoffflamme gespritzt oder gesprüht wird.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sol oder eine Suspension der Partikel in die Abgase der Brennstoffflamme gesprüht oder gespritzt wird.
    Dr.K./H. -2-
  5. 5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikel aus Magnesiumoxid bestehen.
  6. 6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikel einen mittleren Durchmesser - 5o um haben.
  7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Zumischen, Einspritzen oder Einsprühen pulsweise dosiert erfolgt.
  8. 8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Vorratsbehälter (2) für das Erdalkalimetalloxid- und/oder Alkalimetalloxid-Sol oder die -Suspension, an den die Saugleitung (4) einer Dosierpumpe (6) angeschlossen ist/ über deren Druckleitung (8, 26) das Sol bzw. die Suspension dem Brennstoff, der Brennstoffflamme oder dem Abgas der Brennstoff flamme dosiert zuführbar ist.
  9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckleitung (8) an eine Brennstoffzuführungsleitung (1o) angeschlossen ist.
  10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
    daß die Druckleitung (8) schräg entgegengesetzt zur Brennstoffströmungsrichtung geneigt in die Brennstoffzuführleitung einmündet.
  11. 11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder Ιο, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckleitung (8) an das Düsenrohr einer Brennstoff-Brennerdüse (12) angeschlossen ist.
  12. 12. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckleitung (26) in einer Einspritz- oder Einsprühdüse endet, die an die Brennkammer eines Verbrennungsofens angeschlossen ist.
  13. 13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse der Verbrennungszone (28) der Brennkammer oder dem Abgasraum hinter der Verbrennungszone zugeordnet ist.
  14. 14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß in der Druckleitung (8, 26) ein Rückschlagventil (14, 14') angeordnet ist.
  15. 15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß hinter der Einmündung (24) der Druckleitung (8) in die ölzuführungsleitung (1o) in der ölzuführungsleitung eine Wirbel- oder Mischkammer (22) angeordnet ist.
  16. 16. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorratsbehälter (2) mit einem Rührwerk (16) ausgestattet ist.
  17. 17. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein in den Vorratsbehälter (2) führender Durckleitungsbypaß (18) zur Kreisförderung der Dosierpumpe (6) bei nicht arbeitendem Brenner vorgesehen ist.
  18. 18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß ein vom Brenner umschaltbares Ventil (20) vorgesehen ist, das beim Brennerbetrieb die Bypaßleitung sperrt und die Druckleitung freigibt und bei nicht arbeitendem Brenner die Bypaßleitung öffnet und die Druckleitung sperrt.
  19. 19. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosierpumpe (6) drehzahlveränderlich ausgebildet ist und das Sol oder die Suspension pulsweise oder kontinuierlich zuführt.
  20. 20. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosierpumpe (6) eine im Hub und in der Impulsfolge veränderlich ausgebildete Pumpe ist.
    -5-
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