DE69716617T2 - Verfahren und vorrichtung zur behandlung von gas mit elektronenbestrahlung - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur behandlung von gas mit elektronenbestrahlung

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Description

    TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung für die Behandlung von Gas wie zum Beispiel Rauchgas durch Bestrahlung mit einem Elektronenstrahl, und insbesondere auf ein Verfahren und eine Vorrichtung für die Behandlung von Gasen welche Schwefeloxide und/oder Stickoxide enthalten durch Einspritzung von Ammoniak und Bestrahlung mit einem Elektronenstrahl um dadurch Schwefeldioxid und/oder Stickoxide daraus zu entfernen.
    • TECHNISCHE HINTERGRÜNDE
  • Einhergehend mit der Entwicklung der Wirtschaft wird auch immer mehr Energie benötigt. Inmitten des kontinuierlichen Wachstums des Energiebedarfs, sind die Energiequellen trotz alledem von fossilen Brennstoffen wie Kohle und Petroleum abhängig. Jedoch sind die schädlichen Produkte oder Verunreinigungen, die durch das Verbrennen von fossilen Brennstoffen erzeugt werden, verantwortlich für eine globale Verschmutzung. Um die Freisetzung von Schadstoffen in die Atmosphäre zu verhindern und die Verschmutzung der globalen Umwelt zu stoppen, wird in einer erhöhten Geschwindigkeit Entwicklungsarbeit verrichtet, damit ein Rauchgasbehandlungssystem zur Installierung in Verbrennungsanlagen wie zum Beispiel Wärmekraftwerken erstellt werden kann. Es gibt immer noch viele Verbesserungsgebiete um Probleme zu lösen, wie zum Beispiel den komplizierten Aufbau der Ausstattung, der eine große Anzahl von Steuervariablen benötigt, und die Notwendigkeit für große Schmutzwasserbehandlungssysteme welche ausgereifte Behandlungstechnologien erfordern.
  • In dem Bestreben diese Probleme zu lösen ist ein Behandlungssystem für Rauchgas entwickelt worden, in dem das aus einer Verbrennungseinrichtung wie zum Beispiel einem Kessel ausgeschiedene Rauchgas, mit Elektronenbestrahlung behandelt wird.
  • In diesem System wird Ammoniak in einem Schwefeldioxid der und oder Stickt oxide enthaltendes Gas eingespritzt, und das gemischte Gas wird mit einem Elektronenstrahl bestrahlt um die Schwefeloxide und/oder Stickoxide im Form eines Reaktionsnebenprodukts daraus zu entfernen (des Weiteren bezeichnet als Nebenprodukt). Jedoch neigt dieses Nebenprodukt, welches hauptsächlich aus Ammoniumsulfaten und/ oder Ammoniumnitraten besteht, dazu sich in einem Durchlass zum Gestatten des Durchgangs des behandelten Gases abzulagern. Es wurden viele verschiedene Versuche unternommen um die Anreicherung des Nebenprodukts, welches hauptsächlich aus Ammoniumsulfaten und/ oder Ammoniumnitraten besteht, in solch einen Elektronenstrahlprozess zu verhindern.
  • Laut einem diese Versuche wird die Geschwindigkeit eines Gasflusses nach Bestrahlung mit einem Elektronenstrahl auf 10 m/s oder weniger festgesetzt, vorzugsweise 5 m/s oder weniger, wie es in EP0313989 A offenbart ist. Laut einem anderen Versuch wird die Temperatur des Abschnitts der das Gas berührt von einem Elektronenstrahlbestrahlungsbereich bis zum Nebenproduktsammelbereich in einem Bereich von 80º bis 150ºC gehalten, vorzugshalber 100º bis 150º C, wie offenbart in der japanischen, offen gelegten Patentveröffentlichung Nr. 7- 31844.
  • Der erste Versuch ist dahingehend nachteilig, dass eine Vorrichtung stromabwärts des Bestrahlungsbereiches des Elektronenstrahls und/ oder die Querschnittsfläche einer Leitung groß sein müssen, was zu einer großen Vorrichtung führt. Der letztere Versuch ist problematisch weil er eine Wärmequelle benötigt um die Temperatur des Gase enthaltenden Teils zu erhöhen. Des Weiteren können beide Versuche die Anlagerung eines Nebenprodukts nicht vollständig verhindern, aber ermöglichen dem Nebenprodukt sich mit einer beschleunigten Rate anzulagern, wenn es mit der Anlagerung begonnen hat.
  • Es wurde in WO 97134305 A vorgeschlagen den Durchlass, welcher Eingangs- und Ausgangsöffnungen hat, mit einer Schirmwand zu umgeben und Trennplatten und/oder innere Trennwände in dem abgeschirmten Durchlass einzusetzen um Röntgenstrahlen, die durch die Strahlung des Elektronenstrahls erzeugt werden, abzuschirmen. Wenn die vorgeschlagene Konstruktion auf eine Leitung angewandt wird, die sich von einem Prozessbehälter bis zu einem Nebenproduktsammler in dem Rauchgasbehandlungssystem erstreckt, dann wird ein Teil der Leitung als der abgeschirmte Durchlass gebaut und die Trennplatten und/oder inneren Trennwände werden in dem abgeschirmten Durchlass vorgesehen. Es ist allgemein bekannt, dass das Nebenprodukt dazu neigt sich an Orten, an denen der Gasfluss verwirbelt ist, anzulagern. Folglich wird in der vorgeschlagenen Konstruktion, da der Gasfluss durch die Trennplatten und/ oder innere Trennwand in dem abgeschirmten Durchgang dazu gebracht wird verwirbelt zu sein, das Nebenprodukt mit einer höheren Rate an die Trennplatte und/oder innere Trennwand oder die Umgebung angelagert werden.
    • OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
  • Es ist daher Ziel der vorliegenden Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung für die Behandlung von Gas, welches Schwefeloxide und/oder Stickoxide enthält, durch die Einspritzung von Ammoniak und Bestrahlung eines Elektronenstrahls vorzusehen, um dadurch Schwefeloxide und/oder Stickoxide daraus zu entfernen, während verhindert wird, dass eine Vorrichtung und/oder eine Leitung von einem Prozessbehälter bis zu einem Nebenproduktsammler durch ein Nebenprodukt verstopft werden, welches hauptsächlich aus Ammoniumsulfat und oder Ammoniumnitrat bestehen würde.
  • Gemäß einen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Behandlung von Gas durch Bestrahlung mit einem Elektronenstrahl vorgesehen, bestehend aus folgenden Schritten: Zugabe von Ammoniak zum Schwefeldioxide und/ oder Stickoxide enthaltenden Gas in einen Prozessbehälter; Bestrahlung des Gases mit einem Elektronenstrahl in dem Prozessbehälter um die Schwefeldioxide und/oder Stickoxide aus dem Gas zu entfernen; Sammeln des Nebenprodukts, das durch die Reaktion in dem Prozessbehälter erzeugt wird, durch einen Sammler; und Kühlung mindestens eines Teils des Abschnitts der das Gas berührt, der vom Prozessbehälter bis zu dem Sammler reicht, auf den Taupunkt des Gases oder darunter.
  • In der vorliegenden Erfindung wird die Reaktion unter atmosphärischem Druck ausgeführt. Der Taupunkt des Gases wird hauptsächlich durch die Konzentration an Wasserdampf im Gas beeinflusst, obwohl es in geringem Maße durch die Zusammensetzung des Gases beeinflusst wird. Die Beziehungen zwischen der Konzentration (%) von Wasserdampf und den Taupunkt (ºC) werden in der folgenden Tabelle gezeigt.
  • Wenn der Abschnitt der das Gas berührt, der sich von dem Prozessbehälter zu den Sammler erstreckt, gekühlt wird, wird entweder vollständig oder teilweise, bis zu dem Taupunkt des Gases oder niedriger, der Wasserdampf, der in dem Gas enthalten ist, in dem Abschnitt der das Gas berührt kondensiert, und das Nebenprodukt, welches mit dem Abschnitt der das Gas berührt in Verbindung kommt oder sich an den Abschnitt der das Gas berührt haftet, wird gelöst und durch das Kondenswasser weggewaschen. Daher wird verhindert, dass das Nebenprodukt an dem Abschnitt der das Gas berührt abgelagert wird oder dort haften bleibt.
  • Der Abschnitt der das Gas berührt kann nur in einem Bereich gekühlt werden wo das Nebenprodukt dazu neigt aufgrund der Gasflussverwirblungen abgelagert zu werden, oder nur in einem oberen Bereich von diesem, wobei ein unterer Bereich von diesem mit Kondenswasser gewaschen werden kann, welches aus dem oberen Bereich hinab fließt.
  • Des Weiteren kann das Verfahren den Schritt des Sprühens von Kondenswasser, welches in dem Abschnitt der das Gas berührt hergestellt wird, in das Gas entweder vor oder nach der Bestrahlung mit dem Elektronenstrahl aufweisen.
  • Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung für die Behandlung von Gas durch Bestrahlung mit einem Elektronenstrahl vorgesehen, welche folgendes aufweist: einen Prozessbehälter für die Zufuhr von Gas welches Schwefeloxide und/oder Stickoxide enthält; eine Vorratsvorrichtung für die Zufuhr von Ammoniak zu dem Gas in dem Prozessbehälter; einen Elektronenbeschleuniger um das Gas in dem Prozessbehälter mit einem Elektronenstrahl zu bestrahlen; einen Sammler um das Nebenprodukt das bei der Reaktion entsteht zu sammeln; eine Leitung, die sich von dem Prozessbehälter zu dem Sammler erstreckt, um das Gas hindurch zu lassen; und eine Kühlvorrichtung um mindestens einen Teil des Abschnitts der das Gas berührt, welcher sich von dem Prozessbehälter zu dem Sammler erstreckt, auf den Taupunkt des Gases oder niedriger zu kühlen.
  • Des weiteren weist die Vorrichtung eine Vielzahl von voneinander beabstandeten Trennplatten oder -wänden die in der Leitung angeordnet sind auf, und der Abschnitt der das Gas berührt weist Außenoberflächen der Trennplatten oder - wände mit einer Kühlstruktur auf, um mindestens einen Teil des Abschnitts der das Gas berührt zu kühlen.
  • Die Kühlstruktur kann einen für die Leitung vorgesehenen Kühlmantel oder ein Kühlwasserrohr an dem Abschnitt der das Gas berührt oder dem Abschnitt der das Gas nicht berührt aufweisen, um den Abschnitt der das Gas berührt zu kühlen. Die Kühlstruktur kann einen Kühlwasserdurchlass aufweisen, welcher in der Trennplatte oder -wand vorgesehen ist.
  • Besonders im Falle wenn die Trennplatten und/oder die Trennwände in der Leitung vorgesehen werden, kann eine Teilungsleitung zwischen den Trennplatten vorgesehen werden. Die Teilungsleitung kann mit einem sie umgebenden Kühlmantel versehen werden oder mit einem Kühlwasserrohr an dem Abschnitt der das Gas berührt oder an dem Abschnitt der das Gas nicht berührt, um den Abschnitt der das Gas berührt vollständig oder teilweise auf den Taupunkt des Gases oder niedriger zu kühlen.
  • Da das Kondenswasser, welches in dem Abschnitt der das Gas berührt hergestellt wird, hauptsächlich aus Ammoniumsulfaten und/oder Ammoniumnitraten besteht, kann es Korrosionen verursachen. Daher ist es erstrebenswert, dass der Abschnitt der das Kondenswasser berührt aus einem korrosionsbeständigen Material, wie zum Beispiel rostfreier Stahl, gemacht ist, oder eine Auskleidung hat um das Grundmaterial zu schützen. Besonders im Falle wenn man die Trennplatten oder wände in der Leitung vorsieht, ist es effektiv eine Teilungsleitung zwischen den Trennplatten oder -wänden vorzusehen und zu erlauben, dass der Abschnitt der Teilungsleitung, welcher das Kondenswasser berührt, aus korrosionsbeständigem Material wie zum Beispiel rostfreiem Stahl gemacht wird.
  • Das Kondenswasser enthält das gelöste oder suspendierte Nebenprodukt, welches hauptsächlich aus Ammoniumsulfaten und/oder Ammoniumnitraten zusammengesetzt ist. Falls nötig kann das Kondenswasser gefiltert oder mit Wasser oder einer wässrigen Lösung wie flüssigem Ammoniak gemischt werden, und dann in das Gas in dem Prozessbehälter gesprüht werden. Das Kondenswasser wird dann aufgrund der gefühlten Wärme des Gases, der Wärme die bei der Bestrahlung mit dem Elektronenstrahl entsteht, und der Wärme die bei der chemischen Reaktion entsteht verdampft, und das in Kondenswasser gelöste oder suspendierte Nebenprodukt wird getrocknet. Das getrocknete Nebenprodukt wird daraufhin zusammen mit dem Nebenprodukt, welches nicht in dem Kondenswasser gelöst oder suspendiert wurde, von dem Sammler gesammelt.
  • Die Sprühvorrichtung kann entweder im stromaufwärts befindlichen Bereich, im mittleren Bereich oder im stromabwärts befindlichen Bereich des Prozessbehälters angeordnet werden, so dass die Sprühvorrichtung das in dem Abschnitt der das Gas berührt kondensierte Sprühwasser in den Prozessbehälter sprüht.
  • Das oben genannte und andere Ziele, Merkmale und die Vorteile der vorliegenden Erfindung werden in der folgenden Beschreibung ersichtlich werden, wenn sie in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen, welche die bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beispielhaft darstellen, gesehen werden.
    • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Fig. 1 ist ein schematisches Diagramm von einer Vorrichtung für die Behandlung von Gas durch Bestrahlung mit einem Elektronenstrahl gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht von einem Prozessbehälter in der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung, der von einer abschirmenden Wand umgeben ist, und von inneren Trennplatten, die in einer Leitung angeordnet sind, welche sich stromabwärts des Prozessbehälters erstreckt und mit einer Öffnung der abschirmenden Wand verbunden ist;
  • Fig. 3 ist eine fragmentarische Draufsicht auf die Leitung stromabwärts des Prozessbehälters der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung, auf die Leitung inklusive einem Abschnitt der einen Kühlmantel hat, und auf den Abschnitt um den ein Kühlwasserrohr spiralförmig gewunden ist;
  • Fig. 4 ist eine fragmentarische Perspektivenansicht von einer der inneren Trennplatten mit einem darin definierten Kühlwasserdurchlässen;
  • Fig. 5 ist eine fragmentarische Perspektivenansicht, die ein abgeändertes Ausführungsbeispiel der Trennplatten zeigt; und
  • Fig. 6 ist ein schematisches Diagramm einer Vorrichtung für dis Behandlung von Gas durch Bestrahlung mit einem Elektronenstrahl gemäß einem Vergleichsbeispiel.
    • BESTE ART UND WEISE DIE ERFINDUNG AUSZUFÜHREN
  • Eine Vorrichtung für die Behandlung von Gas durch Bestrahlung mit einem Elektronenstrahl gemäß der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf Fig. 1 bis 5 unten beschrieben.
  • Wie in Fig. 1 gezeigt, enthält die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung einen Kessel 1, welcher eine Art Verbrennungsanlage ist und Rauchgas ausscheidet, einen Wärmetauscher 2 für das Kühlen des aus dem Boiler 1 ausgeschiedenen Rauchgases, einen Wassersprühkühlturm 3 für das weitere Kühlen des Rauchgases aus dem Wärmetauscher 2 mit einem Kühlwassersprühstrahl, und einen Prozessbehälter 4, der mit dem gekühlten Rauchgas aus dem Wassersprühkühlturm 3 versorgt wird. Die Vorrichtung enthält des weiteren eine Leitung 5 stromabwärts des Prozessbehälters 4 vorgesehen, einen elektrostatischen Abscheider bzw. Rauchgaswäscher 6 um die Nebenproduktpartikel aus dem Gas, welches aus dem Prozessbehälter 4 durch die Leitung 5 ausgeschieden wird, zu sammeln, und ein Saugzuggebläse 7 um das Gas aus dem Rauchgaswäscher 6 aus der Vorrichtung auszuscheiden. Ein Elektronenbeschleuniger 8 wird an dem Prozessbehälter 4 vorgesehen, um das Gas mit einem Elektronenstrahl zu bestrahlen. Ammoniak wird aus einer Ammoniakversorgungsvorrichtung 9 einem Leitungsmischer 10 zur Verfügung gestellt, das bereitgestellte Ammoniak wird mit Luft in dem Leitungsmischer 10 vermischt und das gemischte Gas wird dann einer Zwei-Strömungsmitteldüse 11 in dem Prozessbehälter 4 zur Verfügung gestellt. In der Zwei-Strömungsmitteldüse 11 werden das gemischte Gas aus dem Leitungsmischer 10 und eine gemischte Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsmischtank 12 werden in einem Gas-Flüssigkeits-Mischraum davon gemischt. Die in dem Flüssigkeitsmischtank 12 enthaltene gemischte Flüssigkeit ist eine Mischung aus Wasser und Kondenswasser aus dem Wasserabflussanschluss 13, welches in der Leitung 5 gebildet wird. Die Gas-Flüssigkeits- Mischung, die durch die Zwei-Strömungsmitteldüse 11 hergestellt wird, wird in das Rauchgas in dem Prozessbehälter entweder vor oder nach der Bestrahlung mit einem Elektronenstrahl eingesprüht. Die Zwei-Strömungsmitteldüse 11 kann entweder im stromaufwärts befindlichen Bereich, im mittleren Bereich oder im stromabwärts befindlichen Bereich des Prozessbehälters 4 positioniert werden. Da das Kondenswasser, welches aus dem Wasserabflussanschluss 13 ausgeschieden wird und mit dem Wasser gemischt wird, in den Prozessbehälter 4 gesprüht wird und in dem Prozessbehälter 4 oder der Leitung 5 verdampft, kann die Erzeugung von Schmutzwasser verhindert werden und ein Schmutzwasserbehandlungssystem wird in dem Gasbehandlungssystem nicht benötigt.
  • Wie in Fig. 2 gezeigt ist der Prozessbehälter 4 von einer Abschirmwand 14 umgeben, und parallel beabstandete Trennplatten 15, die eine Vielzahl von Falten haben, werden in der Leitung 5 platziert, welche sich stromabwärts des Prozessbehälters 4 erstreckt und mit einer Öffnung des Abschirmwand 14 verbunden ist.
  • Wie in Fig. 3 gezeigt enthält die Leitung 5 einen Abschnitt stromaufwärts, auf dem sich ein Kühlmantel 16 befindet, und einen Abschnitt stromabwärts, um den ein Kühlwasserrohr 17 spiralförmig gewunden ist. Kühlwasser wird dem Kühlmantel 16 und dem Kühlwasserrohr 17 zur Verfügung gestellt, um jeweils die innere Oberfläche der Leitung 5, die als ein Abschnitt der das Gas berührt dient, zu kühlen.
  • Wie in Fig. 4 gezeigt hat jede der Trennplatten 15 mit einer Vielzahl von Falten in sich einen Kühlwasserdurchlass 18 aufgenommen, welcher sich in einem Mäandermuster erstreckt. Kühlwasser wird ebenfalls dem Kühlwasserdurchlass 18 zur Verfügung gestellt um die äußeren Oberflächen der Trennplatten 15 zu kühlen. Die äußere Oberfläche der Trennplatte 15 dient auch als ein Abschnitt der das Gas berührt. Der Kühlwasserdurchlass kann auch in einer Wand des Prozessbehälters 4, oder einer Wand der Leitung 5 vorgesehen werden.
  • Fig. 5 ist ein abgeändertes Ausführungsbeispiel der Trennplatten 15. Wie in Fig. 5 gezeigt wird eine Teilungsleitung 19, die von einem Kühlmantel umgeben ist, zwischen der Abschirmwand 14 und der Trennplatte 15 vorgesehen, und jeweils auch zwischen den benachbarten zwei Trennplatten 15. Die Teilungsleitung 19 hat einen gefalteten Durchlass mit einem rechteckigen Querschnitt. Kühlwasser wird den Kühlmänteln auf den Teilungsleitungen zur Verfügung gestellt, um die inneren Oberflächen der Teilungsleitungen 19, die als ein Abschnitt der das Gas berührt dienen, zu kühlen. Das Rauchgas fließt in jedem der Trennleitungen 19. Das Rauchgas berührt die Trennplatten 15 nicht direkt, aber es berührt die inneren Oberflächen der Teilungsleitungen 19, die durch die Kühlmäntel auf den Taupunkt des Gases oder niedriger gekühlt werden, und folglich wird Wasserdampf in dem Gas kondensiert und das Nebenprodukt, welches die inneren Oberflächen des Teilungsleitungen 19 berührt oder sich an den Oberflächen der Teilungsleitungen 19 festsetzt, wird gelöst und durch das Kondenswasser hinweg gewaschen. Erfinderisches Beispiel:
  • Ein erfinderisches Beispiel wurde an der in FIGS. 1 bis 5 gezeigten Vorrichtung durchgeführt. In Fig. 1 wurde Rauchgas von 1.500 Nm³/h, welches 700 ppm Schwefeloxide und 150 ppm Stickoxide enthielt und aus dem Kessel 1 ausgeschieden wurde, von dem Wärmeaustauscher 2 auf 150ºC gekühlt, und dann weiter auf 60ºC durch den Sprühwasserkühlturm 3. Daraufhin wurde das Rauchgas in den Prozessbehälter 4 eingeführt. Ammoniak von 2,1 Nm³/h, welches aus der Ammoniakversorgungsvorrichtung 9 zur Verfügung gestellt wurde, wurde mit Luft von 8,0 Nm³/h in dem Leitungsmischer 10 gemischt, und das gemischte Gas wurde dann mit einer gemischten Flüssigkeit von 13,3 kg/h gemischt, welche aus dem Flüssigkeitsmischtank 12 zur Verfügung gestellt wurde, in einem Gas-Flüssigkeits-Mischraum der Zwei-Strömungsmitteldüse 11 in dem Prozessbehälter 4. Das Gemisch aus dem Gas und der Flüssigkeit wurde dann in dem Prozessbehälter 4 an einem Eingang desselbigen gesprüht und verdampft, und wurde mit einem Elektronenstrahl von 10 kGy aus dem Elektronenbeschleuniger 8 bestrahlt. An einem Ausgang des Prozessbehälters 4 war die Temperatur des Gases 65ºC und ein Taupunkt des Gases befand sich dort bei 50ºC. Daraufhin wurde das Gas durch die Leitung 5 stromabwärts des Prozessbehälters 4 in den elektrostatischen Rauchgaswäscher 6 geführt. Nachdem das Nebenprodukt durch den elektrostatischen Rauchgaswäscher 6 gesammelt wurde, wurde das Gas durch das Saugzuggebläse 7 in die Atmosphäre abgegeben. An einem Ausgang des Saugzuggebläses 7 war die Konzentration von Schwefeloxiden 35 ppm, die Konzentration an Stickoxiden war 20 ppm, und die Konzentration von Nebenproduktpartikeln war 5 mg/Nm³.
  • Der Prozessbehälter 4 war von einer in Fig. 2 gezeigten Abschirmwand 14 umgeben, und die Trennplatten 15, welche eine Vielzahl von Falten haben, wurden in die Leitung 5 platziert, welche sich stromabwärts des Prozessbehälters 4 erstreckt und mit der Öffnung der Abschirmwand 14 verbunden war. Die Stärke der Röntgenstrahlen an den Außenflächen der Abschirmwand 14 und der Öffnung waren 0,1 uSV/h oder niedriger.
  • Das Gas in dem Prozessbehälter 4 floss mit einer Geschwindigkeit von 0,1 m/s. In der Leitung 5 floss das Gas mit einer Geschwindigkeit von 10 m/s in dem Abschnitt in dem sich keine Trennplatten 15 befinden, und mit einer Geschwindigkeit von 15 m/s in dem Bereich in dem sich die Trennplatten 15 befinden.
  • Wie in Fig. 3 gezeigt enthielt zu dieser Zeit die Leitung 5 stromabwärts des Prozessbehälters 4 den stromaufwärts Abschnitt mit dem Kühlmantel 16 und den stromabwärts Abschnitt mit dem Kühlwasserrohr 17, um damit die höchste Temperatur der Leitung 5, wo sie mit dem Gas in Kontakt kommt, auf 45ºC hinabzusenken. Des Weiteren hatten die Trennplatten 15 die jeweiligen Kühlwasserdurchlässe 18, um damit die höchste Temperatur der Trennplatten 15, wo diese mit dem Gas in Kontakt kommen, auf 45ºC hinabzusenken.
  • An den inneren Oberflächen der Leitung 5 stromabwärts des Prozessbehälters 4 und an den Oberflächen der Trennplatten 15 wurde Wasser von 5,0 kg/h kondensiert, und die Konzentration des Nebenprodukts in dem Kondenswasser betrug 6%. Das Kondenswasser wurde dem Wasserabflussanschluss 13 entzogen (siehe Fig. 1) und dem Flüssigkeitsmischtank 12 zugeführt, wo es mit Wasser von 8,3 kg/h gemischt wurde. Nachdem die Vorrichtung 120 Stunden lang ununterbrochen gelaufen war, erfuhr sie keinerlei Druckverlust. Eine darauf folgende Untersuchung der Leitung 5 stromabwärts des Prozessbehälters 4 deutete darauf hin, dass kein Nebenprodukt an den inneren Oberflächen der Leitung 5 und den Oberflächen der Trennplatten 15 entdeckt wurde.
    • Vergleichsbeispiel:
  • Ein Vergleichsbeispiel wurde an einer Vorrichtung zur Behandlung von Gas durch Bestrahlung mit einem Elektronenstrahl, gezeigt in Fig. 6, durchgeführt. Die in Fig. 6 gezeigte Vorrichtung unterscheidet sich von der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung dadurch, dass es keinen Flüssigkeitsmischtank 12 und keinen Wasserabflussanschluss 13 besitzt, und auch darin, dass die Leitung 5 keinen Kühlmantel 16 und kein Kühlwasserrohr 17 hat, und dass die Trennplatten 15 keinen Kühlwasserdurchlässe 18 darin hatten.
  • In Fig. 6 wurde Rauchgas von 1.500 Nm³/h, welches 700 ppm Schwefeloxide und 150 ppm Stickoxide enthielt und aus dem Kessel 1 ausgeschieden wurde, von dem Wärmeaustauscher 2 auf 150ºC gekühlt, und dann weiter auf 60ºC durch den Sprühwasserkühlturm 3. Daraufhin wurde das Rauchgas in den Prozessbehälter 4 eingeführt. Ammoniak von 2,1 Nm³/h, welches aus der Ammoniakversorgungsvorrichtung 9 zur Verfügung gestellt wurde, wurde mit Luft von 8,0 Nm³/h in dem Leitungsmischer 10 gemischt, und das gemischte Gas wurde dann mit Wasser von 13 kg/h in einem Gas-Flüssigkeits-Mischraum der Zwei- Strömungsmitteldüse 11 in dem Prozessbehälter 4 gemischt. Das Gemisch aus dem Gas und das Wasser wurde dann in dem Prozessbehälter 4 an einem Eingang desselbigen gesprüht und verdampft, und wurde mit einem Elektronenstrahl von 10 kGy aus dem Elektronenbeschleuniger 8 bestrahlt. An einem Ausgang des Prozessbehälters 4 war die Temperatur des Gases 65ºC. Daraufhin wurde das Gas durch die Leitung 5 stromabwärts des Prozessbehälters 4 in den elektrostatischen Rauchgaswäscher 6 geführt. Nachdem das Nebenprodukt durch den elektrostatischen Rauchgaswäscher 6 gesammelt wurde, wurde das Gas durch das Saugzuggebläse 7 in die Atmosphäre ausgeschieden. An einem Ausgang des Saugzuggebläses T war die Konzentration von Schwefeloxiden 35 ppm, die Konzentration an Stickoxiden war 20 ppm, und die Konzentration von Staubpartikeln war 5 mg/Nm³.
  • Der Prozessbehälter 4 war von einer in Fig. 6 gezeigten Abschirmwand 14 umgeben, und die Trennplatten 15, welche eine Vielzahl von Falten haben, wurden in die Leitung 5 platziert, welche sich stromabwärts des Prozessbehälters 4 erstreckt und mit der Öffnung der Abschirmwand 14 verbunden war. Die Stärke der Röntgenstrahlen an den Außenflächen der Abschirmwand 14 und der Öffnung waren 0,1 uSV/h oder niedriger.
  • Das Gas in dem Prozessbehälter 4 floss mit einer Geschwindigkeit von 0,1 m/s. In der Leitung 5 floss das Gas mit einer Geschwindigkeit von 10 m/s in dem Abschnitt in dem sich keine Trennplatten 15 befinden, und mit einer Geschwindigkeit von 15 m/s in dem Bereich in dem sich die Trennplatten 15 befinden.
  • Nachdem die Vorrichtung 120 Stunden lang ununterbrochen gelaufen war erfuhr sie einen hohen Druckverlust aufgrund der Ablagerung von dem Nebenprodukt an der inneren Oberfläche der Leitung 5 und den Oberflächen der Trennplatten 15. Die Vorrichtung wurde ausgeschalten weil der hohe Druckverlust das Saugzuggebläse 7 am Funktionieren hinderte. Eine darauf folgende Untersuchung der Leitung 5 zeigte, dass das Nebenprodukt, das sich an den inneren Oberflächen der Leitung 5 und den Oberflächen der Trennplatten 15 abgelagert hatte, ein Gewicht von 100 kg hatte.
  • Wie es in der oben aufgeführten Beschreibung deutlich wird, bietet die vorliegende Erfindung die folgenden Vorteile:
  • In dem Verfahren für die Behandlung von Gasen welche Schwefeloxide und/oder Stickoxide enthalten durch Einspritzung von Ammoniak und Bestrahlung mit einem Elektronenstrahl um dadurch Schwefeloxide und/oder Stickoxide daraus zu entfernen, kann bei einer Vorrichtung und/ oder einer Leitung von einem Prozessbehälter zu einem Nebenproduktsammler ein Verstopfen durch das Nebenprodukt verhindert werden, welches hauptsächlich aus Ammoniumsulfaten und/ oder Ammoniumnitraten besteht. Daher kann das Behandlungsverfahren des Gases sicher und stabil durchgeführt werden.
    • INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
  • Die vorliegende Erfindung ist für ein Rauchgasbehandlungssystem geeignet, in dem Schwefeloxide und/oder Stickoxide, die in dem Verbrennungsrauchgas von verschiedenen Brennstoffen wie Kohle oder Petroleum enthalten sind, mit einer hohen Effizienz aus dem Gas entfernt werden können.

Claims (10)

1. Ein Verfahren zur Behandlung von Gas durch Bestrahlung mit Elektronenstrahlen, wobei die folgenden Schritte vorgesehen sind:
Zugabe von Ammoniak zu einem Schwefeloxide und/oder Stickstoffoxide enthaltendem Gas in ein Prozeßgefäß (4);
Bestrahlen des Gases mit Elektronenstrahl in dem Prozeßgefäß (4) zur Entfernung von Schwefeloxiden und/oder Stickstoffoxiden aus dem Gas;
Sammeln des durch die Reaktion in dem Prozeßgefäß (4) erzeugten Nebenprodukts in einem Sammler oder Kollektor (6), gekennzeichnet durch den Schritt des Kühlens von mindestens einem Teil eines Gaskontaktierteils der sich vom Prozeßgefäß (4) zum Kollektor (6) erstreckt, und zwar auf einen Taupunkt des Gases oder darunter.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei ferner der folgende Schritt vorgesehen ist:
Sprühen von kondensiertem Wasser hergestellt in dem erwähnten Gaskontaktierteil in das Gas entweder vor oder nach der Bestrahlung des Elektronenstrahls.
3. Vorrichtung zum Behandeln von Gas durch Bestrahlung mit Elektronenstrahl, wobei folgendes vorgesehen ist:
ein Prozeßgefäß (4) zur Belieferung mit Gas welches Schwefeloxide und/oder Stickstoffoxide enthält;
eine Versorgungsvorrichtung (11) zum Liefern von Ammoniak an das Gas in dem Prozeßgefäß (4);
ein Elektronenbeschleuniger (8) zur Bestrahlung des Gases mit Elektronenstrahl in dem Prozeßgefäß (4);
ein Kollektor (6) zum Sammeln von durch die Reaktion erzeugtem Nebenprodukt;
eine Leitung (5) die sich von dem Prozeßgefäß (4) zu dem Kollektor (6) erstreckt, um den Durchtritt von Gas zu gestatten;
gekennzeichnet durch eine Kühlstruktur (16, 17, 18) zum Kühlen von mindestens einem Teil des Gaskontaktierteils der sich von dem Prozeßgefäß (4) zu dem Kollektor erstreckt, und zwar auf einen Taupunkt des Gases oder darunter.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei der Gas kontaktierende Teil eine Innenoberfläche des Kanals (5) ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei ferner folgendes vorgesehen ist:
eine Vielzahl von beabstandeten Unterteilungsplatten oder -wänden (15) angeordnet in dem Kanal (5);
wobei der Gaskontaktierteil Außenoberflächen der Unterteilungsplatten oder -wände (15) aufweist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei die Kühlstruktur einen Kühlmantel (16) vorgesehen an dem Kanal (5) aufweist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei die Kühlstruktur ein Kühlwasserrohr (17) vorgesehen an dem Kanal (5) aufweist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei die Kühlstruktur einen Kühlwasserdurchlaß (18) aufweist, und zwar vorgesehen in mindestens einem der folgenden Elemente: dem Prozeßgefäß (4), dem Kanal (5) und der Unterteilungsplatte oder -wand (15).
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei der Kanal (5) eine Vielzahl von Teilkanälen (19) aufweist, und wobei die Kühlstruktur einen Kühlmantel aufweist, und zwar vorgesehen in dem Teilkanal (19).
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei die Versorgungsvorrichtung (11) in eine der folgenden Regionen oder Zonen vorgesehen ist: einer stromaufwärts gelegenen Zone, einer mittleren Zone, und einer stromabwärts gelegenen Zone des Prozeßgefässes (4), so dass die erwähnte Versorgungsvorrichtung (11) Wasser kondensiert an dem erwähnten Gaskontaktierteil in das Prozeßgefäß (4) sprüht.
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