DE3733319A1

DE3733319A1 - Verfahren zur entfernung von schwefeldioxid aus rauchgasen

Info

Publication number: DE3733319A1
Application number: DE19873733319
Authority: DE
Inventors: Bahram Dipl Ing Dormichian; Hans-Werner Dipl Ing Gosch; Reinhard Pachaly; Wolfgang Schulte; Karl Dr Schmid; Cort Starck; Bernhard Dr Firnhaber
Original assignee: Krupp Koppers GmbH
Current assignee: Lurgi Lentjes Bischoff GmbH
Priority date: 1987-10-02
Filing date: 1987-10-02
Publication date: 1989-04-13
Also published as: DE3733319C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entfernung von Schwefeldioxid aus Rauchgasen, insbesondere aus Kraft werksabgasen, unter Verwendung einer wäßrigen Ammoniak lösung als Absorptionsflüssigkeit.

In jüngster Zeit sind eine Vielzahl von Verfahren be kannt geworden, die dem Zweck dienen, die Umweltbelastung, die durch den Auswurf von Schwefeldioxid aus kohle- oder ölbefeuerten Kraftwerks- oder sonstigen Anlagen hervorge rufen wird, durch geeignete Maßnahmen zu verringern. In diesem Zusammenhang ist auch bereits vorgeschlagen worden, das Schwefeldioxid aus derartigen Rauchgasen durch eine Wäsche mit einer wäßrigen Ammoniaklösung als Absorptionsflüssigkeit zu entfernen. Hierbei laufen im wesentlichen folgende Reaktionen ab:

SO₂ + NH₃ + H₂O → NH₄HSO₃
NH₄HSO₃ + NH₃ → (NH₄)₂SO₃
(NH₄)₂SO₃ + SO₂ + H₂O → 2 NH₄HSO₃
(NH₄)₂SO₃ + ½ O₂ → (NH₄)₂SO₄
HCL + NH₃ → NH₄CL
HF + NH₃ → NH₄F

Obwohl dieses Verfahren im Bezug auf die SO₂-Abscheidung voll zufriedenstellend arbeitet und gleichzeitig als verkaufsfähiges Nebenprodukt ein Ammoniumsulfat liefert, das als Düngemittel verwertet werden kann, haben sich beim großtechnischen Einsatz des Verfahrens Probleme ergeben. Diese Probleme bestanden vor allem darin, daß in diesem Falle am Kamin hinter der Rauchgaswäsche eine deutliche Aerosolbildung zu erkennen war. Da diese Aero sole in Form eines sog. weißen Rauches ebenfalls eine Umweltbelästigung darstellen, muß durch entsprechende Maßnahmen für deren Abscheidung gesorgt werden. Zwar gelingt es durch den Einbau von speziellen Filtern, diese Aerosole abzuscheiden. Dies stellt jedoch keine befriedigende Lösung des Problems dar, weil einerseits der Einbau eines hierfür geeigneten Filtersystems er hebliche Investitions- und Betriebskosten verursacht und andererseits durch hohe Druckverluste im Filter die Durchsatzleistung der Anlage in unerwünschtem Maße begrenzt wird.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, das Verfahren der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß die Bildung von Aerosolen von vornher ein während des Waschprozesses vermieden wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das zu behandelnde Rauchgas nach Abkühlung bis auf eine Temperatur von 70 bis 90°C einer Wasserwäsche unter worfen wird, worauf das Gas von unten nach oben durch einen mit der Absorptionsflüssigkeit beaufschlagten dreistufigen Gegenstromwascher geleitet wird, in dessen Waschstufen der pH-Wert der umlaufenden Absorptionsflüssig keit wie folgt eingestellt wird:

unterste Waschstufe: pH 3,5-5
mittlere Waschstufe: pH 5-6,5 und
oberste Waschstufe: pH 2-3,5.

Das erfindungsgemäße Verfahren sieht also eine Behand lung des Rauchgases in mehreren Stufen vor. Hierbei wird der Behandlung mit der als Absorptionsflüssigkeit für das SO₂ dienenden wäßrigen Ammoniaklösung zunächst eine Wasserwäsche vorgeschaltet. Es hat sich nämlich gezeigt, daß in Abhängigkeit von den eingesetzten Brennstoffen, insbesondere in Abhängigkeit von den eingesetzten Kohle sorten, das Rauchgas einen so hohen Gehalt an Chlorid- und Fluoridionen sowie an SO₃ enthalten kann, daß dadurch die Aerosolbildung begünstigt wird. Durch die vorgeschaltete Wasserwäsche gelingt es, diese Bestandteile soweit aus dem Gas zu entfernen, daß die Aerosolbildung durch diese Bestandteile nicht mehr gefördert wird. So beträgt bei spielsweise der Gehalt an Chloridionen im Gas nach der Wasserwäsche nur noch weniger als 15 ppm. Bei der Wasser wäsche wird mit einer Waschwassertemperatur von 45 bis 60°C gearbeitet, so daß das behandelte Gas, das mit einer Temperatur von 70 bis 90°C in den Wascher geleitet wird, gleichzeitig eine entsprechende Abkühlung und Sättigung erfährt.

Im Anschluß an die Wasserwäsche wird das zu behandelnde Rauchgas in die unterste Stufe des dreistufigen Gegen stromwaschers eingeleitet, der mit der als Absorptions flüssigkeit für das SO₂ dienenden wäßrigen Ammoniak lösung beaufschlagt wird. Da zu diesem Zeitpunkt der SO₂-Gehalt im Gas am höchsten ist, wird in dieser Stufe der pH-Wert relativ niedrig gehalten. Hierbei wird ein großer Anteil des SO₂ aus dem Gas ausgewaschen, weshalb man diese Stufe als SO₂-Grobabscheidestufe bezeichnen kann. Anschließend gelangt das Gas in die mittlere Stufe des Gegenstromwaschers, in der der SO₂-Gehalt des Gases bis auf den gewünschten Endwert von maximal 70 ppm reduziert wird. Da der SO₂-Gehalt des in diese Stufe eintretenden Gases bereits erheblich kleiner ist als in der untersten Stufe, kann hier zur Verbesserung des Absorptionsgrades der pH-Wert der umlaufenden Ab sorptionsflüssigkeit entsprechend angehoben werden. Diese Stufe kann deshalb als SO₂-Endabscheidestufe be zeichnet werden. Das auf diese Weise von den Komponenten SO₂, SO₃, Cl und F sowie vom Staub weitgehend befreite Gas wird schließlich in die oberste Stufe des Gegenstrom waschers eingeleitet, in der das im Gas vorhandene Ammoniak bis auf einen Restgehalt von maximal 20 ppm ausgewaschen wird. Zu diesem Zweck wird der pH-Wert der in dieser Stufe umlaufenden Absorptionsflüssigkeit durch Schwefel säurezugabe bis auf pH 2-3,5 abgesenkt.

Bei Anwendung der vorstehend beschriebenen mehrstufigen Arbeitsweise gelingt es, die Aerosolbildung von vorn herein zu vermeiden, ohne daß die Leistungsfähigkeit des Verfahrens dadurch beeinträchtigt wird.

Weitere Einzelheiten des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den vorliegenden Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Verfahrensbeschreibung, in der das Verfahren an Hand des in der Abbildung dargestellten Fließschemas weiter erläutert wird.

Hierbei wird das zu behandelnde Rauchgas über die Lei tung 1 zunächst in Wascher 2 eingeleitet, in dem es von oben mit Wasser berieselt wird. Die Waschwassertemperatur wird dabei im Bereich zwischen 45 und 60°C gehalten, wobei die Sättigungstemperatur des Gases die jeweilige Waschwassertemperatur bestimmt. Die Aufgabe des Wasch wassers erfolgt über die Berieselungseinrichtung 3, die im Oberteil des Waschers 2 angeordnet ist. Das um laufende Wasser wird über Leitung 4 aus dem Wascher ab gezogen und in den Vorlagebehälter 5 eingeleitet. Aus dem Vorlagebehälter 5 wird das erforderliche Wasser durch Pumpe 6 über die Leitung 7 zur Berieselungsein richtung 3 zurückgepumpt. Das von den Chlorid- und Fluorid ionen sowie vom SO₃ und Staub befreite Gas wird über die Leitung 8 aus dem Wascher 2 abgezogen und in die unterste Waschstufe des dreistufigen Gegenstromwaschers 9 eingeleitet. In diesem sind die einzelnen Waschstufen durch die gasdurchlässigen aber flüssigkeitsundurchläs sigen Böden 10 voneinander getrennt. Jede Waschstufe ist dabei mit einer Berieselungseinrichtung 11 für die umlaufende Absorptionsflüssigkeit sowie mit darunter liegenden Einbauten 12, z. B. in Form von Streckmetall paketen oder sonstigen Füllkörpern, versehen.

Das in die unterste Waschstufe eingeleitete Gas wird in dieser Stufe mit der als Absorptionsflüssigkeit die nenden wäßrigen Ammoniaklösung berieselt, deren pH-Wert erfindungsgemäß 3,5-5 beträgt. Die Einstellung und Messung dieses pH-Wertes erfolgt im Vorlagebehälter 13. Zur Einstellung des pH-Wertes können über die Leitung 14 Wasser und über die Leitung 15 Ammoniakwasser in den Vorlagebehälter 13 eingeleitet werden. Ferner mündet in diesem die Leitung 16, durch die Teilstrom der in der obersten Waschstufe umlaufenden Absorptionsflüssig keit in die unterste Waschstufe zurückgeführt wird. Durch entsprechende Mischung dieser Flüssigkeitsströme im Vorlagebehälter 13 wird der gewünschte pH-Wert einge stellt und die Absorptionsflüssigkeit über die Leitung 17 vermittels der Pumpe 18 der Berieselungseinrichtung 11 der untersten Waschstufe zugeführt. Die über die Ein bauten 12 ablaufende Absorptionsflüssigkeit kann über die Leitung 19 aus dem Sumpf des Gegenstromwaschers 9 abgezogen werden und gelangt zurück in den Vorlagebe hälter 13, so daß der Flüssigkeitskreislauf geschlossen ist.

Der Vorlagebehälter 20 ist der mittleren Waschstufe zugeordnet. In ihm erfolgt wiederum die Messung und Ein stellung des pH-Wertes der in dieser Waschstufe umlaufen den Absorptionsflüssigkeit, wobei dieser pH-Wert erfin dungsgemäß 5-6,5 betragen soll. In den Vorlagebehälter 20 können dabei zum Zwecke der pH-Wert-Einstellung über die Leitung 21 Wasser und über die Leitung 22 Ammoniak wasser eingeleitet werden. Ferner kann über die Leitung 23 ein Teilstrom der Absorptionsflüssigkeit aus der Lei tung 17 in den Vorlagebehälter überführt werden. Aus diesem wird die Absorptionsflüssigkeit über die Leitung 24 abgezogen und durch die Pumpe 25 auf die Berieselungs einrichtung 11 dieser Waschstufe gepumpt. Die über die Einbauten 12 ablaufende Absorptionsflüssigkeit sammelt sich in diesem Fall auf dem Boden 10 und wird über die Leitung 27 in den Vorlagebehälter 20 zurückgeführt. Ein Teilstrom der in dieser Waschstufe umlaufenden Ab sorptionsflüssigkeit wird über die Leitung 26 dichtege regelt abgezogen und aus dem Verfahren ausgeschleust. Dieser Teilstrom wird einer im Fließschema nicht darge stellten Oxidationseinrichtung zugeführt, in der noch in der Absorptionsflüssigkeit vorhandenes (NH₄)₂SO₃ und NH₄HSO₃ zu (NH₄)₂SO₄ oxidiert werden. Anschließend wird aus der Lösung durch Eindampfen und Granulieren ein als Düngemittel verkaufsfähiges (NH₄)₂SO₄ gewonnen. Um den durch den Abzug dieses Teilstromes entstandenen Flüssig keitsverlust teilweise auszugleichen, kann von dem in der Leitung 7 umlaufenden Waschwasser ein entsprechender Teilstrom abgezweigt werden und über die Leitung 28 in den Vorlagebehälter 20 eingeleitet werden.

Der obersten Waschstufe ist der Vorlagebehälter 29 zu geordnet. Da in dieser Waschstufe im wesentlichen nur noch Ammoniak aus dem Gas entfernt werden soll, wird hier mit einer Absorptionsflüssigkeit gearbeitet, deren pH-Wert erfindungsgemäß bei 2-3,5 liegt. Die Messung und Einstellung des pH-Wertes erfolgen wiederum im Vor lagebehälter 29, in den zu diesem Zwecke über die Leitung 30 Wasser und über die Leitung 31 Schwefelsäure einge leitet werden können. Die Kreislaufführung der Absorptions flüssigkeit erfolgt auch in dieser Waschstufe in der weiter oben beschriebenen Art und Weise. Diesem Zwecke dienen die Leitungen 32 und 33 sowie die Pumpe 34.

Das über die Leitung 8 in den Gegenstromwascher einge leitete Rauchgas strömt von unten nach oben durch die einzelnen Waschstufen und wird nach Passieren des Tropfen abscheiders 35 über die Leitung 36 mit einem SO₂-Gehalt von maximal 70 ppm abgezogen. Anschließend wird das Gas mittels eines im Fließschema nicht dargestellten Saug zugegebläses dem ebenfalls nicht dargestellten Rauchgas kamin zugeführt. Vor dem Eintritt in den Rauchgaskamin wird dabei die Gastemperatur durch Wärmetausch auf 80 -100°C angehoben. Beim Austritt des Gases in die At mosphäre trat keine Aerosolbildung auf. Das heißt, die Bildung von sog. weißem Rauch am Rauchgaskamin konnte nicht beobachtet werden.

Die Leitung 37 dient der Prozeßwasserzufuhr zum Vorlage behälter 5.

Selbstverständlich zeigt das in der Abbildung darge stellte Fließschema nur die Anlagenteile, die zur Ver fahrenserläuterung unbedingt erforderlich sind, während alle Nebeneinrichtungen insbesondere auch alle Meß- und Regeleinrichtungen nicht dargestellt wurden. In Abweichung von der im Fließschema dargestellten Verfahrensweise kann das erfindungsgemäße Verfahren auch in der Weise durchgeführt werden, daß der Wascher 2 und der Gegen stromwascher 9 zu einer baulichen Einheit zusammengefaßt werden.

Claims

1. Verfahren zur Entfernung von Schwefeldioxid aus Rauchgasen, insbesondere aus Kraftwerksabgasen, unter Verwendung einer wäßrigen Ammoniaklösung als Absorp tionsflüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß das zu behandelnde Rauchgas nach Abkühlung bis auf eine Temperatur von 70 bis 90°C einer Wasserwäsche unter worfen wird, worauf das Gas von unten nach oben durch einen mit der Absorptionsflüssigkeit beaufschlagten dreistufigen Gegenstromwascher geleitet wird, in dessen Waschstufen der pH-Wert der umlaufenden Ab sorptionsflüssigkeit wie folgt eingestellt wird:
unterste Waschstufe: pH 3,5-5
mittlere Waschstufe: pH 5-6,5 und
oberste Waschstufe: pH 2-3,5.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Wasserwäsche des Rauchgases mit einer Waschwassertemperatur zwischen 45 und 60°C gearbeitet wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch ge kennzeichnet, daß aus der mittleren Waschstufe des Gegenstromwaschers ein Teilstrom der dort umlaufenden Absorptionsflüssigkeit dichtegeregelt abgezogen und der Weiterverarbeitung in einer Oxidationseinrichtung zugeführt wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, daß aus der obersten Waschstufe des Gegen stromwaschers ein Teilstrom der dort umlaufenden Absorptionsflüssigkeit abgezogen und der Absorptions flüssigkeit der untersten Waschstufe zugesetzt wird.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekenn zeichnet, daß aus dem Wasserkreislauf der vorgeschal teten Wasserwäsche ein Teilstrom abgezweigt und der in der mittleren Waschstufe des Gegenstromwaschers umlaufenden Absorptionsflüssigkeit zugesetzt wird.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekenn zeichnet, daß die Wasserwäsche und die dreistufige Gegenstromwäsche mit wäßriger Ammoniaklösung in einem gemeinsamen Wascher durchgeführt werden.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekenn zeichnet, daß der SO₂-Gehalt des Rauchgases in der mittleren Waschstufe des Gegenstromwaschers bis auf einen Endwert von maximal 700 ppm reduziert wird.

8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekenn zeichnet, daß der NH₃-Gehalt des Rauchgases in der oberen Waschstufe des Gegenstromwaschers bis auf einen Endwert von maximal 20 ppm reduziert wird.