DE69301201T2

DE69301201T2 - Verfahren zum Betrieb einer Trocken-Entschwefelungs-Vorrichtung

Info

Publication number: DE69301201T2
Application number: DE69301201T
Authority: DE
Inventors: Kazuhiko Yamamoto
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 1992-07-06
Filing date: 1993-06-01
Publication date: 1996-06-05
Anticipated expiration: 2013-06-02
Also published as: EP0578363A1; JP2663960B2; ATE132390T1; JPH0615135A; EP0578363B1; DE69301201D1

Description

Hintergrund der Erfindung

1) Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Betriebsverfahren für eine Vorrichtung zur Trockenentschwefelung.

2) Stand der Technik

Es ist bekannt, daß die Entschwefelungskapazität einer Trockenentschwefelungsvorrichtung unter Verwendung eines kohlenstoffartigen Adsorptionsmittels im allgemeinen gesteigert werden kann, wenn ein zu entschwefelndes Abgas eine niedrigere Temperatur aufweist. Um die Vorrichtung kleiner dimensionieren zu können, ist es erforderlich, die Abgastemperatur auf ein Minimum zu senken. So ist beispielsweise aus der DE-A-2 943 698 ein bei relativ niedrigen Adsorptionstemperaturen arbeitendes Trockenentschwefelungsverfahren bekannt.
Wenn andererseits ein Abgas eine höhere O&sub2;-Konzentration, beispielsweise mindestens 10 Vol. -%, aufweist und die SO&sub2;-Konzentration höher ist, erhöht sich die Temperatur des Adsorptionsmittels infolge der bei der Adsorption des Abgases an das Adsorptionsmittel auftretenden Adsorptionsreaktionswärme. Es ist bekannt, daß der Grad der Temperaturerhöhung weit höher ist als bei niedrigerer O&sub2;-Konzentration (bei spielsweise unter 10 Vol.-%).

Zusammenfassung der Erfindung

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zum wirtschaftlichen und sicheren Betreiben einer nach einem Trockenverfahren arbeitenden Entschwefelungsvorrichtung unter Verwendung eines kohlenstoffhaltigen Adsorptionsmittels.
Erfindungsgemäß wird eine trocken arbeitende Bewegtbett- Entschwefelungsvorrichtung unter Verwendung eines kohlenstoffartigen Adsorptionsmittels derart betrieben, daß ein Abgas mit SOx, typischerweise SO&sub2;, mindestens 10 Vol.-% O&sub2; und mindestens einer Substanz aus NH&sub3;, HCl, Na&sub2;O, KCl, K&sub2;O und dgl. mit der Fähigkeit zur Reaktion mit SOx, wie SO&sub2;, SO&sub3;, H&sub2;SO&sub3;, H&sub2;SO&sub4; und dgl., unter Bildung fester Verbindungen bei einer Temperatur von nicht mehr als 130ºC innerhalb eines durch die folgenden beiden Gleichungen:
worin bedeuten:
Y die SO&sub2;- bzw. SOx-Konzentration, ppm, auf Trockenbasis und
T die Abgastemperatur, ºC
umschriebenen Bereichs entschwefelt wird.

Kurzebeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein SOx-Adsorptionsprofil auf einem kohlenstoffartigen Adsorptionsmittel in einem kohlenstoffartigen Adsorptionsmittel-Bewegtbett für ein SOx enthaltendes Abgas, das quer zum Bewegtbett strömt, bei höheren und niedrigeren Abgastemperaturen;
Fig. 2 ist ein Diagramm, aus dem sich die Beziehungen zwischen der Menge an absorbiertem SO&sub2; pro Gewichtseinheit eines kohlenstoffartigen Adsorptionsmittels auf der Abgas- Stromaufseite und der Temperatur von Abgasen mit SO&sub2; in unterschiedlichen Konzentrationen ergeben;
Fig. 3 ist ein Diagramm, aus dem sich die Beziehungen zwischen der prozentualen Pulverisierung eines kohlenstoffartigen Adsorptionsmittels und der Temperatur von Abgasen mit SO&sub2; in unterschiedlichen Konzentrationen ergeben;
Fig. 4 ist ein Diagramm, aus dem sich die Beziehungen zwischen der Adsorptionsmittelbett-Temperaturzunahme und der Temperatur von Abgasen mit SO&sub2; in unterschiedlichen Konzentrationen ergeben, und
Fig. 5 ist ein Diagramm, aus dem sich ein Anwendungsbereich für die vorliegende Erfindung in bezug auf die SO&sub2;-Konzentration eines Abgases und der Abgastemperatur ergibt.

Detailliertebeschreibung der Erfindung

Erfindungsgemäß wird ein folgenden Bedingungen genügendes Abgas eingesetzt:
Das Abgas enthält:
(a) SO&sub2;,
(b) mindestens 10 Vol.-% O&sub2; und
(c) mindestens eine zur Reaktion mit im Abgas enthaltenem SOx, einschließlich SO&sub2;, SO&sub3;, H&sub2;SO&sub3; und H&sub2;SO&sub4;, fähige Substanz, beispielsweise NH&sub3;, HCl, NaCl, N&sub2;O, KCl und/oder K&sub2;O, wobei in einigen Fällen dem Abgas absichtlich NH&sub3; zugesetzt werden kann.
Bekanntlich steigt die Adsorptionsrate von SO&sub2; oder sonstigen SOx-Komponenten auf einem kohlenstoffartigen Adsorptionsmittel, wie Aktivkohle oder künstlicher Kohle,bei niedrigerer Abgastemperatur. Dies bedeutet, daß SO&sub2; und sonstige SOx-Komponenten auf einem kohlenstoffartigen Adsorptionsmittel in einer sehr dünnen Zone auf der Abgas-Stromaufseite adsorbiert werden. Die Menge an adsorbiertem (adsorbierten) SO&sub2; oder sonstigen SOx-Komponenten pro Gewichtseinheit Adsorptionsmittel steigt - wie die für eine höhere Abgastemperatur stehende durchgezogene Linie im Vergleich zu der für eine niedrigere Abgastemperatur stehenden gestrichelten Linie in Fig. 1 zeigt - drastisch an.
Das Phänomen, daß die Menge an adorbiertem (adsorbierter) SO&sub2; oder sonstiger SOx-Komponenten in einer sehr dünnen Zone auf der Abgas-Stromaufseite drastisch steigt, wurde durch vom Erfinder der vorliegenden Erfindung durchgeführte Tests geklärt. Im Falle von SO&sub2; als typischer SOx-Komponente in einem Abgas ändert sich die Menge an pro Gewichtseinheit Aktivkohle oder künstliche Kohle als typischem kohlenstoffartigem Adsorptionsmittel in der sehr dünnen Zone an der Abgas-Stromaufseite adsorbiertem SO&sub2;, beispielsweise mg SO&sub2;/g Aktivkohle oder künstliche Kohle, mit den Temperaturen von SO&sub2; in verschiedenen Konzentrationen (300 ppm, 200 ppm bzw. 100 ppm) enthaltenden Abgasen (vgl. Fig. 2). Bei jeder SO&sub2;-Konzentration, nämlich 300 ppm, 200 ppm bzw. 100 ppm, steigt die Menge an pro Gewichtseinheit Aktivkohle oder künstliche Kohle adsorbiertem SO&sub2; bei niedrigerer Abgastemperatur drastisch an.
Wenn die Menge an pro Gewichtseinheit Aktivkohle oder künstliche Kohle adsorbiertem (adsorbierter) SO&sub2; oder sonstiger SOx-Komponente extrem gestiegen ist, brechen die Poren in der Aktivkohle oder künstlichen Kohle als kohlenstoffartigem Adsorptionsmittel durch Volumenausdehnung, d.h. Volumenerhöhung, fester Verbindungen, wie NH&sub4;HSO&sub4;, (NH&sub4;)&sub2;SO&sub4;, Na&sub2;SO&sub4;, K&sub2;SO&sub4; und NH&sub4;Cl, die in den Poren entstanden sind, auf, wobei die Aktivkohle bzw. künstliche Kohle pulverisiert wird. Dies führt zu einer sehr starken Abnahme der Menge an verfügbarer Aktivkohle (vgl. Fig. 3), wobei in Fig. 3 der schraffierte Bereich unter dem Gesichtspunkt einer geringeren prozentualen Pulverisierung der Aktivkohle oder künstlichen Kohle die wirksam verfügbare Zone darstellt.
Als Ergebnis weiterer durch den Erfinder der vorliegen den Erfindung durchgeführter Tests zur Lösung des Problems einer extrem starken Abnahme in der Menge an verwendbarer Aktivkohle oder künstlicher Kohle hat es sich gezeigt, daß diese extreme Abnahme in der Menge an das kohlenstoffartige Adsorptionsmittel darstellender Aktivkohle oder künstlicher Kohle verhindert werden kann, wenn man die SO&sub2;-Konzentration eines Abgases und die Abgastemperatur in einem Bereich unter der durch die folgende Gleichung wiederzugebenden Linie hält:
In der Gleichung bedeuten:
Y die SO&sub2; oder SOx-Konzentration in ppm (auf Trockenbasis) und
T die Abgastemperatur in ºC.
Aufgrund weiterer Tests hat es sich gezeigt, daß bei höherer SO&sub2;-Konzentration eines mindestens. 10 Vol.-% Sauerstoff enthaltenden Abgases die Temperatur der das kohlenstoffartige Adsorptionsmittel darstellenden Aktivkohle oder künstlichen Kohle infolge erhöhter Adsorptionsreaktionswärme höher, beispielsweise um etwa 10ºC bei 300 ppm SO&sub2;, steigen kann als bei niedrigerer Sauerstoffkonzentration, beispielsweise weniger als 10 Vol.-% O&sub2; im Abgas. Dies führt zu einem merklichen Unterschied in der Temperaturzunahme im Adsorptionsmittelbett, ΔT, zwischen einer Sauerstoffkonzentration von mindestens 10 Vol.-% und einer Sauerstoffkonzentration von weniger als 10 Vol. -% bei einer spezifischen SO&sub2;-Konzentration über ein spezifisches Temperaturniveau (vgl. Fig. 4). In anderen Worten gesagt, gibt es innerhalb des schraffierten Bereichs keinen merklichen Unterschied in der Zunahme der Temperatur der Aktivkohle oder sonstigen Kohle (Koks),ΔT, zwischen einer O&sub2;-Konzentration von mindestens 10 Vol.-% und einer O&sub2;-Konzentration von weniger als 10 Vol.-%.
Wenn die Temperatur der Aktivkohle oder sonstigen Kohle (Koks) bei hoher O&sub2;-Konzentration des Abgases steigt, steigt (auch) die Rate der spontanen Oxidation der als kohlenstoffartiges Adsorptionsmittel verwendeten Aktivkohle oder sonstigen Kohle. Hierbei besteht dann die Gefahr der Bildung einer Überhitzungszone im Adsorptionsmittel, was die Gefahr einer Entzündung zur Folge hat.
Als Ergebnis weiterer Tests wurde gefunden, daß die Bildung von Überhitzungszonen im Adsorptionsmittel verhindert werden kann, wenn man die SO&sub2;-Konzentration eines Abgases und die Temperatur von Sauerstoff in einer Sauerstoffkonzentration von mindestens 10 Vol.-% enthaltenden Abgasen innerhalb eines Bereichs unterhalb der durch folgende Gleichung definierten Linie hält:
Y = -20T + 2800
In der Gleichung besitzen Y und T die bereits angegebene Bedeutung.
Auf der Basis der geschilderten Testergebnisse lassen sich ein extremer Adsorptionsmittelverbrauch und die Bildung von Überhitzungszonen verhindern, wenn man eine nach einem Trockenverfahren arbeitende Bewegtbett-Entschwefelungsvorrichtung mit einem kohlenstoffartigen Adsorptionsmittel, wie Aktivkohle oder künstliche Kohle, zum Entschwefeln eines SOx und Sauerstoff in einer Sauerstoffkonzentration von mindestens 10 Vol.-% enthaltenden Abgases innerhalb eines durch die folgenden Gleichungen umschriebenen Bereichs betreibt:
In den Gleichungen bedeuten Y die SO&sub2;-Konzentration in ppm (auf Trockenbasis) und
T die Abgastemperatur in ºC.
In anderen Worten gesagt, entspricht dieser Bereich dem schraffierten Bereich von Fig. 5.
Die vorliegende Erfindung beinhaltet den Betrieb einer mit Hilfe eines kohlenstoffartigen Adsorptionsmittels trocken arbeitenden Entschwefelungsvorrichtung in dem in Fig. 5 dargestellten schraffierten Bereich und die Regelung der Abgastemperatur innerhalb eines Temperaturbereichs entsprechend dem in Fig. 5 schraffiert dargestellten Bereich. Zu letzterem Zwecke können vor der trocken arbeitenden Entschwefelungsvorrichtung eine Abgaskühleinheit vorgesehen sein oder die Betriebsbedingungen für die Abgasquelle eingestellt werden.
Erfindungsgemäß kann als Abgas ein Sinterabgas, ein Verbrennungsabgas, das Abgas aus einem elektrischen Ofen und dgl. verwendet werden.
Erfindungsgemäß lassen sich der Verbrauch an Adsorptionsmittel und das Auftreten von Überhitzungszonen infolge Erhöhung der Adsorptionsmitteltemperatur verhindern und ein sicherer und ökonomischer Betrieb gewährleisten, wenn man eine mit Hilfe eines kohlenstoffartigen Adsorptionsmittels trocken arbeitende Bewegtbett-Entschwefelungsvorrichtung zum Entschwefeln eines SOx, mindestens 10 Vol.-% O&sub2; und mindestens eine zur Reaktion mit SOx, wie SO&sub2;, SO&sub3;, H&sub2;SO&sub3;, H&sub2;SO&sub4; und dgl., unter Bildung fester Verbindungen fähige Substanz, wie NH&sub3;, HCl, NaCl, Na&sub2;O, KCl, K&sub2;O und dgl., enthaltenden Abgases bei einer Temperatur von nicht mehr als 130ºC innerhalb eines durch die folgenden Gleichungen umschriebenen Bereichs:
betreibt.

Claims

1. Verfahren zum Betreiben einer mit Hilfe eines kohlenstoffartigen Adsorptionsmittels trocken arbeitenden Bewegtbett-Entschwefelungsvorrichtung, umfassend die Benutzung einer trocken arbeitenden Entschwefelungsvorrichtung mit einem kohlenstoffartigen Adsorptionsmittel für ein Abgas mit SOx und mindestens 10 Vol.-% O&sub2; sowie mindestens einer zur Reaktion mit SOx unter Bildung fester Verbindungen bei einer Temperatur von nicht mehr als 130ºC fähigen Substanz innerhalb eines durch die folgenden beiden Gleichungen:

worin bedeuten:

Y die SOx-Konzentration in ppm (auf Trockenbasis) und

T die Abgastemperatur in ºC

umschriebenen Bereichs.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei es sich bei den Substanzen mit der Fähigkeit zur Reaktion mit SOx unter Bildung fester Verbindungen bei einer Temperatur von nicht mehr als 130ºC um NH&sub3;, HCl, NaCl, Na&sub2;O, KCl und K&sub2;O handelt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei SOx für SO&sub2; und mindestens eine der Verbindungen SO&sub3;, H&sub2;SO&sub3; und H&sub2;SO&sub4; steht.

4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Abgastemperatur innerhalb des durch die beiden Gleichungen umschriebenen Bereichs gesteuert wird.