DE3334106A1

DE3334106A1 - Verfahren und vorrichtung zum reinigen von rauchgasen

Info

Publication number: DE3334106A1
Application number: DE19833334106
Authority: DE
Inventors: Sune Bengtsson; Leif Lindau
Original assignee: UK Secretary of State for Defence
Current assignee: UK Secretary of State for Defence
Priority date: 1982-11-12
Filing date: 1983-09-21
Publication date: 1984-05-17
Also published as: DK517083A; SE8206443D0; SE438846B; AT384373B; ATA337883A; JPS5998719A; SE8206443L; DK517083D0

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ver-
fahren und eine Vorrichtung zum Reinigen von Rauchgasen von Schwefeldioxid durch Rauchgasentschwefelung unter Anwendung alkalischer Kalziumverbindungen als Absorptionsmittel, wobei ein trockener Abfall erhalten wird, der hauptsächlich Kalziumsulfit enthält.
Bei der Verbrennung von schwefelhaltigen Brennstoffen wie Öl oder Kohle enthalten die Rauchgase große Mengen Schwefeloxide, hauptsächlich SO2, welche sehr umweltschädigend sind, wenn sie in die Natur freigesetzt werden.
Eine Art, diese Oxide unschädlich zu machen ist die, Rauchgase durch eine Naß-Trocken-Rauchgasentschwefelung in einer Reinigungsanlage zu führen welche einenSO2-Reaktor sowie einen Staubabschieider enthält. Dieser Stand der Technik ist z.B. in der CS-PS Nr. 96.138 beschrieben.
Der hiebei abgeschiedene Staub beinhaltet jedoch bedeutende Mengen Sulfit und dieses wurde bis jetzt mit all den Nachteilen, welches das mit sich führt, nämlich dem Risiko bei allfälligem Lecken Grundwasser zu schädigen, auf Deponien gelagert.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung, mittels welcher das Sulfit zu einem verwendbaren Produkt aufgearbeitet wird. Hiedurch beseitigt man die angeführten Nachteile, die Bë~der Lagerung des Abfalles auftreten unS erhält gleichzeitig aus dem wertlosen Abfall ein kommerziell verwertbares Produkt.
Demnach betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Reinigen von Rauchgasen von Schwefeldioxid durch Rauchgasentschwefelung unter Anwendung alkalischer Kalziumverbindungen als Absorptionsmittel, wobei ein trockener sulfithaltiger Abfall erhalten wird, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß das Sulfit in einem Drehofen thermisch zu Sulfat in Form von Anhydrit oxidiert wird.
titers betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens, welche dadurch gekennzeichnet ist, daß durch einen Drehofen, der den Abfall aufnimmt, und Einrictungn zur Führung des Rauchgases mit Luftüberschuß im Gleichstrom mit dem Abfall durch den Ofen und zur thermischen Oxidation von Sulfit zu Anhydrit.
Entsprechend einer vorteilhaften Weiterentwicklung der Erfindung wird zumind%-tvon einem Teil des sulfithaltigen Abfalles vor der Oxidation in einem Chloridwäscher Chlor entfernt.
Das Verhältnis zwischen dem Teil des sulfithaltigen Abfalles, aus dem das Chlorid ausgewaschen wird, und jenem Teil des Abfalles, welcher an dem Chloridwäscher vorbeigeführt wird, bestimmt sich aus dem Chloridgehalt des Abfalles, sowie dem Chloridgehalt, der in dem bei der Oxidation erhalten Anhydrit akzeptiert werden kann.
Entsprechend einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung mischt man den chloridgereinigten Teil des Abfalles mit dem Teil des Abfalles, welcher an dem Chloridwäscher vorbeigeführt wird, zu einem Filterkuchen, der vor der Oxidation getrocknet wird. Ein Teil des getrockneten sulfithaltigen Abfalles kann zum Mischer rückgeführt werden, um dem Filterkuchen den gewünschten Feuchtigkeitsgehalt zu geben.
Sowohl der Wasch- wie auch der Trocknungsprozeß sind bloß erforderlich, wenn der- Chloridgehalt im Abfall unakzeptabel hoch für die geplante Weiterverwendung ist.
Der mittels der Erfindung erhaltene Anhydrit ist bei der Herstellung von Zement als Ersatz für Gips verwendbar, doch kommen auch andere Anwendungen in Frage.
Die Erfindung wird anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert, in welchen Fig. 1 schematisch eine Vorrichtung zur Rauchgasentschwefelung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt, Fig. 2 die prinzipielle Funktion eines Drehofens in Gegenstrombetrieb mit dem sich ergebenden Temperaturprofil ist, und Fig. 3 die prinzipielle Funktion eines Drehofens im Gleichstrombetrieb mit dem hiebei erhaltenen Temperaturprofil veranschaulicht.
In Fig. 1 ist eine konventionelle Anlage zur Naß-Trocken-Rauchgasentschwefelung dargestellt, die einen S02 Reaktor 2 und einen Staubabscheider 4 beinhaltet.
Im Reaktor 2 wird das warme Rauchgas mit einer zerstäubten Kalksuspension oder einer Wasserlösung besprüht, welche einen Stoff beinhaltet, der mit Schwefeldioxid reagiert und dieses bindet. Gleichzeitig mit dieser Reaktion wird das zugeführte Wasser verdampft. Auf diese Weise erhält man ein im wesentlichen trockenes Produkt in Staub form, das mit dem Gas zum Staubabscheider 4 geführt wird, wo der feste Produktsstaub unverbrauchte Reaktionsstoffe und übriges festes Material abgeschieden werden. Der Staubabscheider 4 besteht gewöhnlich im wesentlichen aus einem Elektro- oder einem Textilfilter. Das gereinigte Rauchgas wird anschließend durch einen Rauchfang 6 abgezogen.
Der vom Staubabscheider 4 und SO 2-Reaktor 2 abgeschiedene Abfall hat folgende typische chemische Zusammensetzung.
CaSO3 1/2 H20 50 - 60 % CaS04 x H2O 8 - 15 % Ca(OH)2 15 - 20 % CaCO3 8 - 13 % CaC1; 0,5 - 5 g Ein Teil des im Staubabscheider 4 anfallenden Materials wird zusammen mit dem aus dem S02-Reaktor 2 entnommenen Material zu einem Tank,7 geleitet, in welchem es mit Wasser vermischt wird. Teile dieser Mischung werden einem Dosierungstank 8 zum Einmengen von Ca(Ofl)2-Suspension als Absorptionsmittel zugeführt, worauf die Mischung des Tankes 8 zur Verwendung im Reaktor 2 in diesen rückgeführt wird, wie aus Fig. 1 entnehmbar ist.
Die Mischung im Tank 7 wird einem Chloridwäscher zugeführt, der im wesentlichen aus einem mit einem Filter 10 versehenen Waschtank 12 besteht.
(Zur Verdeutlichung sind das Filter 10 und der Tank 12 in der Fig. getrennt dargestellt). Das Waschwasser wird bei 5 in den Tank 12 geleitet und ein Teil davon zum Dosierungstank 7 rückgeführt, um den Bedarf an einzusetzendem Waschwasser zu vermindern. Das Filtrat, welches C1- beinhaltet, läuft durch ein zusätzliches Filter 14 zum Abscheiden von Trockensubstanzen, sodaß ein klares Filtrat erhalten wird, welches man in die Kanalisation ableiten kann.
Aus dem Chlaridäscher fällt ein Filterkuchen mit 45-80°- Trockensubstanz an, die Ca503, CaSO4, Ca(OH)2, CaCO3 enthält und in einem Mischer 16 mit einem Teil des am Chloridwäscher vorbeigeführten Abfalles vom Staubabscheider 4 vermengt wird. Dieser Teil des Abfalles hat einen Feuchtigkeitsgehalt von 1-5% und im wesentlichen dieselbe Zusammensetzung wie die Trockensubstanz des Filterkuchens.
Der Mischer 16 weist eine Transportschnecke 18 auf sowie an seinem Ausgang einen Zerstäuber 20/und ist am Eingang einer Trockenstrecke angeordnet. Der Zerstäuber 20 sprüht das Material in einen Kanal 22, in den Trockenluft geblasen wird, sodaß das Material von dieser Luft zu einem Trockenzyklon 24 befördert wird. Ein Teil dieses im Zyklon 24 getrockneten Abfalles kann zum Mischer zurückgeführt und in den Kuchen eingemischt werden, um diesem den gewünschten Gehalt an Trockensubstanz zu geben. Der vom Mischer 16 zerstäubte Abfall soll einenTrockensubstanzgehalt von mehr als 85-90% haben.
Das Abgas aus dem Trockenzyklon 24 wird bei 9 zu einem Staubabscheider 26 geleitet, in dem der getrocknete Abfall abgeschieden und das gereinigte Rauchgas durch einen Kanal 28 zum Rauchfang 6 geleitet wird.
Der Staubscheider 26 kann von einem Elektro- oder Textilfilter desselben Typs wie der Staubabscheiden 4 gebildet sein. Ein Teil der Abgase vom Trockenzyklon 24.
wird durch eine Leitung 30 zu einer Mischkammer 32 geleitet, in welcher es mit bci 11 eintretender Verdünnungsluft sowie mit durch eine Leitung 34 von einem Drehofen 36 kommenden Rauch gas vermengt wird, worauf die Mischung in den Kanal 22 ausgeblasen wird. Der von Staubabscheider 76 abgeschiedene trockenc Abfall wird zur Oxidation des Sulfits des Abfalls zu Sulfat in den Drehofen geleitet.
i)ie chemische Reaktion, die nier vor sich geht ist: tn der For bezeichnet (s) die feste Phase und (g) die Gasphase.
Durch diesen Oxidationsprozeß erhält man Xnhydrit, CaSO4, als nätzliches Endprodukt. Chlor hat hiebei eine katalytische Wirkung (s. G. Heute et al "Kinetics o the Reaction of Calcium Silfite and Calcium Carbonate with Sulphur Dioxide and Oxygen in the presence of Calcium Chloridc, "Environmental Science & Technology", Band 15, Nr. 3, März 19S1, Seitc 327) . Die Relation ist exotherm mit einer Reaktionsentalpi #H°# 242 kJ/kg.
Die folgenden Reaktionen finden im Ofen statt.

Die Reaktionswärme für die unterschiedlichen Reaktionen bei den drei verschiedenen Temperaturen ersieht man aus Tabelle I

#Hr (kcal/mol)

Temperatur (°C) 25 500 600

Reaktion

I -57,63 -58,69 -59,25

II 24,76 22,89 21,17

III 26,16 25,42 24,86

Wenn die Reaktion bei 600°C stattfindet erhält man folgende Ergebnisse Tabelle II

m m #Hr 600 0 cp Ausbeute

Komponente M kg/kg mol/kg kJ/mol kJ/kg kJ/kg°C kg/Beschickung

Be- Be- Be-

schickung schickung schikung

CaSO3#3H2O 129 0,60 4,651 248,85 -1157,5 0,80 0,6326

CaSO4#2H2O 172 0,10 0,581 88,91 51,6 1,09 0,0791

Ca(OH)2 74 0,20 2,703 104,41 282,2 1,18 0,1514

CaCO3 100 0,10 1,00 - 0 0,84 0,10

-823,7 Cp= 0,9631

=0,92

In Tabelle 2 bezeichnen M die Molckularmassen, #HR und Q die Reaktionswärmen in KJ/m bzw. KJ/k Beschickung und cp die wärmekapazitäten-Es hat sich als vorteilhaft gezeigt, den Drehofen 36 im Gleichstrombetrieb zu fahren, wobei der Abfall 38 vom Staubabschneider 26 und das Rauchgas mit einem gewissen Lu£tüberschuß 40 durch den Ofen in derselben Richtung geführt werden Cs. Fig. 3). Wird nämlich der Ofen in Gegenstrombetrieb gefahren, d.h. der Abfall 38 und das Gas 0 werden in entgegengesetzten Richytungen durch den Ofen geführt (s. Fig. 2), muß der Gasstrom stark gedrosselt werden, damit dieser nicht feste Abfallstoffe mitnimmt @ und die Bewegung derselben im Ofen nicht behindert.

leiters ist, wie bereits gesagt die in Rede stehende Reaktion exotherm und da man auf diese Weise nur in e einem schwachen Gas fluß arbeiten kann, erhält man eine schlechte Kühlung es Ofens was eine sehr hohe Ofentemperatur zur folge hat. wenn man z. B. sulfithaltigen Abfall von 50°C und Rauchgas von 500°C mit 15g O2 zuführt, enthalten die Abgase ca. 10: O2, und wenn die Reaktion bei 600°C abläuft, erhält man das in Fig. 2 gezeigte Temperaturprofil im Gegenstrombetrieb. Man erhält infolgedessen eine Ofentemperatur von ca. 1000 0C, die so hoch ist, daß das S02 entsprechend der folgenden Formel abgeht.
Außerdem muß wegen der hohen Temperatur teures Material im Ofenbau verwendet werden. Diese Schwierigkeiten beseitigt man dadurch, daß man den Ofen im Gleichstrom betreibt.
Hiebei kann ein hohes Verhältnis Rauch + Luft zu festem Abfall angewendet werden, wie z.B. ein solches von 5:1.
Der Sallregehalt beträgt hiebei 18-20 Vol.-° und man erhält eine wirksame Kühlung durch den stärkeren Gasstrom. Iit den im übrigen selben Parametern wie bei den oben angegebenen Beispielen für den Gegenstrombetrieb erhält man das in Fig. 3 erheblich günstigere Temperaturprofil. Bevor der Abfall von Staubabscheider 26 dem Drehofen zugeführt wird, erwärmt man vorzugsweise den Abfall mit Hilfe der Abgase dieses Ofens. Beim Beschickungsende des Dreho£ens 36 ist eine Brennkarnmer 42 angeordnet, in welcher Primärluft und Brennstoff, wie etwa Öl, Erdgas oder kohlenstaub, für die Verbrennung zugeführt werden (vgl. Fig. 1 und 3).
Die folgenden Betriebsverhältnisse für den Ofen haben sich als zweckmäßig erwiesen: 2 Partialdruck: 5-20 Vol.-°Ó I'emperatur:SOO-7000C. Die Temperatur ist nach unten durch eine unzureichende Oxidationsgeschwindigkeit begrenzt und nach oben dadurch, daß S02 abgeht und die Konstruktion zu teuer wird, wie bereits oben dargelegt.
Chloridgehalt: 0,1 bis 2% (Katalysator), Verweilzeit 1/2 bis 2 Stunden. Vom Drehofen 36 erhält man ein Sulfat bei in Form von wasserfreiem Gips (Anhydrit)Jca. 6450C (s. Fig. 3), welcher bei 19 zu einem Kühler 44 geleitet wird. Der Kühler besteht im wesentlichen aus einer rotierenden Trommel, in welche bei 17 Luft eingeblasen wird. Die im Kühler 27 aufgewärmte Luft wird über 15 zur Brennkammer 42 des Drehofen 36 geleitet. Dergleichen wird Gas vom Auslaß des Drehofens 36 über Leitungen 13 zur Brennkammer 42 des Ofens rückgeführt. Der vom Kühler 44 erhaltene Anhydrit hat die Form eines etwas körnigen grauen Pulvers mit einer Temperatur 20 bis 1000C, welches, wie bereits gesagt, u.a. in der Zementindustrie als Ersatz für Gips verwendet werden kann, doch sind auch andere Anwendungsmöglichkeiten gegeben.
L e e r s e i t e

Claims

Patentansprüche Verfahren zum Reinigen von Rauchgasen von Schwefeldioxid durch Rauchgasentschwefelung unter Anwendung alkalischer alziumverbindungen als Absorptionsmittel, trockener wobei einisulfithaltiger Abfall erhalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Sulfit in einem Drehofen thermisch zu Sulfat in Form von Anhydrit oxidiert wird.

2.Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rauchgas mit einem Luftüberschuß und der sulfithaltige pulverförmige Abfall im Gleichstrom durch den Drehofen geführt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Absorptionsmittel Kalziumoxid, Kalziumhydroxid oder Kalziuncarbonat verwendet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Katalysator für den Oxidationsprozeß Chlor bis zu einem Gehalt von 0,1 bis 2% zugesetzt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Oxidation bei einer Temperatur von 500-7000C durchgeführt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das zu oxidierende sulfithaltige Pulver über eine Zeit von einer 1/2 Stunde bis 2 Stunden im Ofen gehalten wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche @ bis @, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil des sul@@thaltigen abfalles vor der Oxidation durch einen Chlor ridwüscher durchge führt wi rd S. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß beim Eintritt in eine Trockenstufe der enähnte Teil des sulfithaltigen Abfalles, der den Chloridwäscher durchschritten hat, mit einem Teil des Abfalles der an diesem vorbeigeführt wurde, zum Bilden eines kuchens vermischt wird.

s. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des sul fithaltigen Abfalles, die durch den Chloridwäscher geführt wird, in Abhängigikeit wrom, Chloridgehalt im Rauchgas sowie von deri,der im anEallenden Anhydrit erwünscht ist, geregelt wird.

10. Verfahren nach Anspruch S oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der sulfighaltige Abfall zwischen der Chloridwäsche und der Oxidation getrocknet wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des in der Trockenstufe getrockneten Abfalles zum Eingang der Trockenstufe, rückgeführt und zur Regelung des Feuchtigkeitsgehaltes jenes Abfalles, der die Trockenstufe nicht passiert hat, mit diesem vermischt wird.

12. Vorrichtung zum Reinigen von Rauchgasen von Schwefeldioxid durch Rauchgasentschwefelung unter Anwendung von alkalischen Kalziumverbindungen als Absorptionsmittel, wobei ein trockener Abfall erhalten wird, der hauptsächlich Sulfit enthält, nach den Ansprüchen 1 bis 11, gekennzeichnet durch einen Drehofen der den Abfall aufnimmt, und Einrichtungen zur Führung des Rauchgases mit l ufttiberschuß, in Cleichstron. mit dem Abfal durch den Ofen und zur thennischen Oxidation von Sulfit zu Anhydrit.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem I)rehofen ein Kühler zur Kühlung der Oxidationsprodukte angeordnet ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch Einrichtungen zur Führung der im Kühler vorgewärmten Sekundärluft zum Drehofen.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 14, gekennzeichnet durch Einrichtungen zur Rückführung des Gases vom Ausgang des Drehofen zu dessen Eingang.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, gekennzeichnet durch einen dem Drehofen vorgeschalteten Chloridwischer zum Waschen mindestens eines Teiles des sulfithaltigen Abfalles.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch einen dem Chloridwäscher angeschlossenen Dosierungstank für die Ca(OfI)2-Suspension, die einem rückgeführten Teil des sulfithaltigen Abfalles zugeführt wird.

18. Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß dem Chloridwäscher ein Mischer nachgeschaltet ist, in welchem der gewaschene Abfall zur Bildung eines Kuchens mit sulfithaltigen Material, welches am Chloridwäscher vorbeigeführt wurde vermischt wird.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 18, gekennzeichnet durch eine Trockeneinrichtung, welche den Abfall vom Mischer trocknet, bevor er dem Drehofen zugeführt wird.