DE69737187T2

DE69737187T2 - Methode zur abgasbehandlung

Info

Publication number: DE69737187T2
Application number: DE69737187T
Authority: DE
Inventors: Kazuyoshi Takahashi; Shinichi Yamada; Kouhei Gotou; Teruo Watanabe; Hiromi Tanaka
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 1996-10-09
Filing date: 1997-10-09
Publication date: 2007-05-03
Anticipated expiration: 2017-10-10
Also published as: WO1998015340A1; DE69737187D1; EP0882491A1; AU4472297A; EP0882491A4; EP0882491B1; JP3704159B2; AU718019B2

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung von Abgas.
HINTERGRUND DES STANDES DER TECHNIK
Herkömmlicherweise wird in einer Abgasbehandlungsvorrichtung zur Behandlung von Abgas, welches Schwefeloxide (SO_x) und Stickoxide (NO_x) enthält, wie zum Beispiel Abgas aus einem Kessel, Abgas aus einem Sinterofen, Abgas aus einer Müllverbrennungsanlage, und dergleichen, das Abgas mit einer verhältnismäßig geringen Konzentration an Schwefeloxiden durch einen Reaktor mit einer sich bewegenden Schicht geführt, welcher mit einem kohlenstoffhaltigen Katalysator gefüllt ist, wie zum Beispiel Aktivkohle, aktiviertem Koks, aktivierter Holzkohle, oder dergleichen, und bei einer Temperatur von annähernd 60°C bis 180°C behandelt, d.h. in einem Bereich von niedriger Temperatur.
Um gleichzeitig Schwefeloxide und Stickoxide (Entschwefelung und Entstickung) aus Abgas zu entfernen, und um den kohlenstoffhaltigen Katalysator in dem Reaktor mit der sich bewegenden Schicht zum wiederholten Mal zu verwenden, wird in diesem Fall Ammoniakgas (NH₃) in das Abgas eingespeist (siehe die offengelegte, japanische Patentanmeldung (Kokai) Nr. 50-92858).
Da jedoch das Abgas in der Vorrichtung zur Behandlung von Abgas in einem Bereich von niedriger Temperatur behandelt wird, können die Stickoxide nicht wirksam entfernt werden. Um die Stickoxide wirksam zu entfernen, kann das Abgas in denkbarer Weise bei einer Temperatur von 200°C oder höher behandelt werden. In diesem Fall reagiert jedoch ein Teil des kohlen stoffhaltigen Katalysators mit dem im Abgas vorhandenen Sauerstoff, um Kohlendioxidgas zu bilden.
Ebenso befindet sich normalerweise Abgas von einem Kessel, Abgas von einer Müllverbrennungsanlage oder ähnliches Abgas bei einer Temperatur von etwa 150°C am Ausgang des Lufterwärmers, des Kessels oder dergleichen. Abgas von einem Sinterofen oder ein vergleichbares Abgas befindet sich bei einer Temperatur von etwa 100°C. Somit muss das Abgas vorgeheizt werden, um das Abgas bei einer Temperatur von 200°C oder höher zu behandeln.
Somit wird hier eine Vorrichtung zur Behandlung von Abgas vorgeschlagen, die imstande ist, gleichzeitig Schwefeloxide und Stickoxide in einem Niedrigtemperaturbereich zwischen etwa 100°C und 150°C zu entfernen (siehe die japanische Patentveröffentlichung (Kokoku) Nr. 59-11329).
In diesem Fall werden zwei Reaktoren mit einer sich bewegenden Schicht nach Art eines kreuzweise geführten Stromes verwendet. Zuerst wird das Abgas, in welches Ammoniakgas eingespeist wurde, dem ersten Reaktor mit einer sich bewegenden Schicht zugeführt, um damit die meisten Schwefeloxide aus dem Abgas zu entfernen. Nachfolgend wird Ammoniakgas erneut in das Abgas eingespeist, welches dem ersten Reaktor mit einer sich bewegenden Schicht entströmt. Anschließend wird das Abgas dem zweiten Reaktor mit einer sich bewegenden Schicht zugeführt, um damit die Stickoxide aus dem Abgas zu entfernen.
Wie durch die Formeln (1) und (2) dargestellt, kommen bei einem Verfahren zur Entfernung von Schwefeloxiden und Stickoxiden aus Abgas durch die Einspeisung von Ammoniakgas in das Abgas die Schwefeloxide im Abgas in Kontakt mit einem kohlenstoffhaltigen Katalysator und werden auf dem kohlenstoffhaltigen Katalysator adsorbiert, um dadurch in Form von Schwefelsäure entfernt zu werden. SO₂ + 1/2 O₂ + H₂O → H₂SO₄ (1) SO₃ + H₂O → H₂SO₄ (2)
Wie durch die Formeln (3) und (4) dargestellt, reagieren die Schwefelsäure und das Ammoniakgas (sie gehen eine Neutralisierungsreaktion ein), um ein Ammoniumsalz zu bilden. H₂SO₄ + NH₃ → NH₄HSO₄ (3) NH₄HSO₄ + NH₃ → (NH₄)₂SO₄ (4)
Somit wird der kohlenstoffhaltige Katalysator als ein Ergebnis der Adsorption der Schwefelsäure und des Ammoniumsalzes schrittweise deaktiviert, und er muss daher durch die Anwendung von Wärme regeneriert werden.
Wie indessen durch die Formel (5) dargestellt, reagieren die Stickoxide im Abgas mit dem Ammoniakgas aufgrund der Katalyse durch den kohlenstoffhaltigen Katalysator, um Stickstoff zu bilden. NH₃ + NO + 1/4 O₂ → N₂ + 3/2 H₂O (5)
Wenn das Abgas bei einer Temperatur von etwa 150°C oder in einem Niedrigtemperaturbereich behandelt wird, wird das meiste Ammoniakgas durch die Reaktionen gemäß den Formeln (3) und (4) verbraucht.
Wenn Stickoxide bei einer Temperatur von etwa 150°C oder in einem Niedrigtemperaturbereich entfernt werden sollen, muss somit eine erforderliche Menge an Ammoniakgas, das eingespeist werden soll, durch Hinzurechnen der Menge des Ammoniakgases, welches aufgrund der Reaktionen gemäß den Formeln (3) und (4) verbraucht wird, bestimmt werden.
Insbesondere gibt es im Wesentlichen die folgende Beziehung zwischen der Menge des eingespeisten Ammoniakgases und des (Menge des eingespeisten Ammoniakgases in ppm) = (Konzentration der Schwefeloxide in ppm × Anteil der entfernten Schwefeloxide) × (molares Verhältnis von 0,5 bis 2,0 zwischen NH₄ ⁺ und SO₄ ^2-, die auf dem kohlenstoffhaltigen Katalysator adsorbiert werden sollen) + (Konzentration der Stickoxide in ppm × Anteil der entfernten Stickoxide) + (Menge der Adsorption des Ammoniakgases in ppm) + (Menge des austretenden Ammoniakgases in ppm)
Wenn die Menge des eingespeisten Ammoniakgases erhöht wird, um den Anteil der entfernten Stickoxide zu erhöhen, erhöht sich das Molverhältnis (0,5 bis 2,0) zwischen NH₄ ⁺ und SO₄ ^2- (NH₄ ⁺/SO₄ ^2-), die auf einem kohlenstoffhaltigen Katalysator adsorbiert werden sollen, vorzugsweise auf etwa 1 oder mehr. Auch wenn ein solcher kohlenstoffhaltiger Katalysator durch die Anwendung von Wärme regeneriert wird, sinkt in diesem Fall der Anteil des zu Stickstoff zersetzten Ammoniumsalzes. Der Mechanismus der Zersetzung von NH₄ ⁺, das auf der Oberfläche des kohlenstoffhaltigen Katalysators adsorbiert ist, zu Stickstoff während der Regeneration durch die Anwendung von Wärme ist nicht sicher bekannt, jedoch kann man sich vorstellen, dass er in der folgenden Weise verläuft.
Wie durch die folgenden Formeln dargestellt, dissoziieren die Schwefelsäure und das Ammoniumsalz der Schwefelsäure, die auf der Oberfläche eines kohlenstoffhaltigen Katalysators adsorbiert sind, während des Verfahrens beim Erhitzen des kohlenstoffhaltigen Katalysators. H₂SO₄ → SO₃ + H₂O (6) (NH₄)₂SO₄ → NH₄HSO₄ + NH₃ (7) NH₄HSO₄ → NH₃ + SO₃ + H₂O (8)
Wie durch die folgenden Formeln dargestellt, werden nachfolgend Schwefeltrioxid, Ammoniakgas, und dergleichen zu Schwe feldioxid und Stickstoff durch eine Oxidations-Reduktions-Reaktion zersetzt. 2/3 NH₃ + SO₃ → SO₂ + H₂O + 1/3 N₂ (9) SO₃ + 1/2 C → SO₂ + 1/2 CO₂ (10)
Wie aus der Formel (9) ersichtlich, sinkt der Anteil des zu Stickstoff zersetzten Ammoniumsalzes, wenn die Menge des adsorbierten NH₄ ⁺ im vergleich zu jener des SO₄ ^2- ansteigt.
Wenn ein kohlenstoffhaltiger Katalysator, der unter Betriebsbedingungen von einer großen Menge an eingespeistem Ammoniakgas eingesetzt wurde, durch die Anwendung von Wärme regeneriert wird, um dadurch Schwefeloxide zu sammeln, wird als ein Ergebnis eine große Menge Ammoniakgas mit den Schwefeloxiden vermischt. Auch wenn ein Versuch unternommen wird, Schwefelsäure, Schwefel und dergleichen aus den gesammelten Schwefeloxiden zu gewinnen, sinkt in diesem Fall die Reinheit der Nebenprodukte, oder eine Vorrichtung zur Gewinnung von Nebenprodukten wird verstopft.
Auch wenn ein Versuch unternommen wird, die gesammelten Schwefeloxide durch Waschen in Wasser zu reinigen, werden große Mengen an Ammoniumsalzen und dergleichen im Abwasser gelöst, und verursachen einen Verlust.
Bei der Entfernung von Schwefeloxiden und Stickoxiden aus Abgas mit einer Temperatur von etwa 100°C oder niedriger durch die Einspeisung von Ammoniakgas in das Abgas zerstört das auf dem kohlenstoffhaltigen Katalysator adsorbierte Ammoniumsalz die Poren in dem kohlenstoffhaltigen Katalysator und es ist ferner die Ursache dafür, dass sich der kohlenstoffhaltige Katalysator zu Pulver zersetzt. Wenn der Anteil der entfernten Stickoxide aufgrund einer Steigerung der Menge des eingespeisten Ammoniakgases zunimmt, nimmt die Menge des produzierten Ammoniumsalzes zu, und somit wird die Zersetzung des kohlenstoffhaltigen Katalysators zu Pulver in diesem Fall stärker beachtlich.
Somit wird hier eine Vorrichtung zur Behandlung von Abgas vorgeschlagen, wobei der Strom des Abgases, d.h. ein Abgasstrom, in zwei Ströme geteilt wird (japanische Patentveröffentlichung (Kokoku) Nr. 1-54089).
In diesem Fall wird ein Abgasstrom in einen ersten und einen zweiten Abgasstrom geteilt. Das Ammoniakgas wird in das Abgas des ersten Abgasstroms eingespeist, und dieses Abgas wird einem ersten Reaktor mit einer sich bewegenden Schicht zugeführt, während das Abgas des zweiten Abgasstroms einem zweiten Reaktor mit einer sich bewegenden Schicht zugeführt wird. Ein kohlenstoffhaltiger Katalysator wird aus dem unteren Abschnitt des ersten Reaktors mit einer sich bewegenden Schicht entnommen und wird dem oberen Abschnitt des zweiten Reaktors mit einer sich bewegenden Schicht zugeführt, während ein kohlenstoffhaltiger Katalysator, der aus dem unteren Abschnitt des zweiten Reaktors mit einer sich bewegenden Schicht entnommen wird, in einem Regenerator durch die Anwendung von Wärme regeneriert und anschließend dem oberen Abschnitt des ersten Reaktors mit einer sich bewegenden Schicht zugeführt wird.
In diesem Fall ist das NH₄ ⁺/SO₄ ² ^- Molverhältnis auf dem kohlenstoffhaltigen Katalysator des ersten Reaktors mit einer sich bewegenden Schicht annähernd 1. Da jedoch der kohlenstoffhaltige Katalysator, der aus dem ersten Reaktor mit einer sich bewegenden Schicht entnommen wird, wiederum im Wesentlichen dieselbe Menge an SO₄ ^2- in dem zweiten Reaktor mit einer sich bewegenden Schicht adsorbiert, wird das NH₄ ⁺/SO₄ ^2- Molverhältnis auf dem Katalysator, der dem zweiten Reaktor mit einer sich bewegenden Schicht entnommen wird, annähernd 0,5 betragen. Wenn dementsprechend der kohlenstoffhaltige Katalysator, der aus dem zweiten Reaktor mit einer sich bewegenden Schicht entnommen wird, durch die Anwendung von Wärme regeneriert wird, um dadurch Schwefeloxide zu sammeln, kann verhindert werden, dass eine große Menge von Ammoniakgas mit den Schwefeloxiden vermischt wird.
In der herkömmlichen Vorrichtung zur Behandlung von Abgas wird jedoch der kohlenstoffhaltige Katalysator, der aus dem ersten Reaktor mit einer sich bewegenden Schicht entnommen wird, aufgemischt und dem zweiten Reaktor mit einer sich bewegenden Schicht zugeführt. Wenn somit der kohlenstoffhaltige Katalysator, welcher sich entlang einer Gaseinlass-Seite innerhalb des ersten Reaktors mit einer sich bewegenden Schicht abwärts bewegt hat, und eine verhältnismäßig große Menge an Stickoxiden, Ammoniakgas, Halogenwasserstoff, und dergleichen adsorbiert hat, sich entlang einer Gasauslass-Seite innerhalb des zweiten Reaktors mit einer sich bewegenden Schicht abwärts bewegt hat, werden die Stickoxide, Ammoniakgas, Halogenwasserstoff, und dergleichen desorbiert und werden im Abgas vermischt, so dass sie eine Verschlechterung der Verfahrenskapazität der Vorrichtung zur Behandlung von Abgas verursachen.
Somit sind nicht nur zwei Reaktoren mit einer sich bewegenden Schicht erforderlich, sondern es muss auch ein Förderband oder eine ähnliche Förderstraße zur Förderung eines kohlenstoffhaltigen Katalysators zwischen den beiden Reaktoren mit einer sich bewegenden Schicht bereitgestellt werden, so dass es zu einem Anstieg der Kosten kommt.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Behandlung von Abgas bereitzustellen, welches die Probleme löst, die eine herkömmliche Vorrichtung zur Behandlung von Abgas beinhaltet, welche Schwefeloxide und Stickoxide in einem Niedrigtemperaturbereich entfernt, ohne eine große Menge an Ammoniakgas mit den gesammelten Schwefeloxiden zu vermischen, die Verfahrenskapazität zu erhöhen und die Kosten zu reduzieren.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Um die vorstehende Aufgabe zu bewerkstelligen, wird das Abgas in einem Verfahren zur Behandlung von Abgas gemäß der vorliegenden Erfindung zur Behandlung durch eine schräg angeströmte, sich bewegende Schicht geführt, welche einen kohlenstoffhaltigen Katalysator beherbergt, und der kohlenstoffhaltige Katalysator, welcher in Zusammenhang mit der Behandlung des Abgases inaktiv wurde, wird regeneriert.
Ein Abgasstrom wird in eine Mehrzahl von Abgasströmen geteilt. Das Ammoniakgas wird in das Abgas eines vorgegebenen Abgasstromes entlang der Abgasströme eingespeist. Das Abgas, in welches Ammoniakgas eingespeist wurde, wird zur Behandlung einem vorgegebenen Abschnitt der sich bewegenden Schicht zugeführt, welche den kohlenstoffhaltigen Katalysator beherbergt.
Ebenfalls wird die Menge des Ammoniakgases, welches in das Abgas eingespeist wird, so eingestellt, dass das Molverhältnis zwischen NH₄ ⁺ und SO4² ^- (NH₄ ⁺/SO₄ ² ^-), welche auf dem kohlenstoffhaltigen Katalysator adsorbiert sind, welcher Katalysator aus dem unteren Abschnitt der sich bewegenden Schicht entnommen und dem Reaktor zugeführt wird, 1 oder weniger wird.
In diesem Fall ist das NH₄ ⁺/SO₄ ^2- Molverhältnis auf dem kohlenstoffhaltigen Katalysator, der an einem vorgegebenen Abschnitt der sich bewegenden Schicht gelegen ist, verhältnismäßig hoch. Wenn sich jedoch der kohlenstoffhaltige Katalysator in der sich bewegenden Schicht abwärts bewegt, adsorbiert der kohlenstoffhaltige Katalysator SO₄ ^2-; dementsprechend wird das NH₄ ⁺/SO₄ ² ^- Molverhältnis auf dem kohlenstoffhaltigen Katalysator, der aus einem Reaktor mit einer sich bewegenden Schicht entnommen wird, ausreichend niedrig. Wenn daher der kohlenstoffhaltige Katalysator, der aus dem Reaktor mit einer sich bewegenden Schicht entnommen wird, durch die Anwendung von Wärme regeneriert wird, um dadurch Schwefeloxide zu sammeln, kann verhindert werden, dass eine große Menge an Ammoniakgas mit den gesammelten Schwefeloxiden vermischt wird.
Da auch Ammoniakgas in das Abgas eingespeist wird, können Schwefeloxide und Stickoxide in einem Niedrigtemperaturbereich entfernt werden.
Da ferner der kohlenstoffhaltige Katalysator gleichmäßig innerhalb eines einzigen Reaktors mit einer sich bewegenden Schicht vom oberen Abschnitt desselben zum unteren Abschnitt desselben nach unten bewegt wird, wird der kohlenstoffhaltige Katalysator innerhalb der sich bewegenden Schicht nicht miteinander vermischt. Dementsprechend werden Stickoxide, Ammoniakgas, Halogenwasserstoff, und dergleichen, welche auf dem kohlenstoffhaltigen Katalysator auf der Seite der Gaseinlasskammer adsorbiert werden, nicht desorbiert, und sie werden im Abgas auf der Seite der Gasauslasskammer nicht vermischt; somit kann die Verfahrenskapazität einer Vorrichtung zur Behandlung von Abgas verbessert werden.
Da auch nur ein einziger Reaktor mit einer sich bewegenden Schicht bereitgestellt wird, besteht keine Notwendigkeit, ein Förderband oder eine ähnliche Förderstraße zum Fördern des kohlenstoffhaltigen Katalysators zu installieren. Somit können die Kosten einer Vorrichtung zur Behandlung von Abgas entsprechend herabgesetzt werden.
In einem anderen Verfahren zur Behandlung von Abgas gemäß der vorliegenden Erfindung wird das Abgas, in welches Ammoniakgas eingespeist wurde, dem oberen Abschnitt der sich bewegenden Schicht zugeführt, während das Abgas, in welches kein Ammoniakgas eingespeist wurde, dem unteren Abschnitt der sich bewegenden Schicht zugeführt wird.
In diesem Fall ist das NH₄ ⁺/SO₄ ^2- Molverhältnis auf dem kohlenstoffhaltigen Katalysator, der im oberen Abschnitt der sich bewegenden Schicht gelegen ist, verhältnismäßig hoch. Wenn sich jedoch der kohlenstoffhaltige Katalysator in der sich bewegenden Schicht nach unten bewegt, adsorbiert der kohlen stoffhaltige Katalysator SO₄ ^2-; dementsprechend wird das NH₄ ⁺/SO4² ^- Molverhältnis auf dem kohlenstoffhaltigen Katalysator, der aus einem Reaktor mit einer sich bewegenden Schicht entnommen wird, ausreichend niedrig. Wenn daher der kohlenstoffhaltige Katalysator, der aus dem Reaktor mit einer sich bewegenden Schicht entnommen wird, durch die Anwendung von Wärme regeneriert wird, um dadurch Schwefeloxide zu sammeln, kann verhindert werden, dass eine große Menge an Ammoniakgas mit den gesammelten Schwefeloxiden vermischt wird.
In einem noch weiteren Verfahren zur Behandlung von Abgas gemäß der vorliegenden Erfindung wird das Abgas, in welches Ammoniakgas eingespeist wurde, dem oberen und dem mittleren Abschnitt der sich bewegenden Schicht zugeführt, während das Abgas, in welches kein Ammoniakgas eingespeist wurde, dem unteren Abschnitt der sich bewegenden Schicht zugeführt wird.
In diesem Fall ist das NH₄ ⁺/SO₄ ² ^- Molverhältnis auf dem kohlenstoffhaltigen Katalysator, der an dem oberen und dem mittleren Abschnitt der sich bewegenden Schicht gelegen ist, verhältnismäßig hoch. Wenn sich jedoch der kohlenstoffhaltige Katalysator in der sich bewegenden Schicht abwärts bewegt, adsorbiert der kohlenstoffhaltige Katalysator SO₄ ^2-; dementsprechend wird das NH₄ ⁺/SO₄ ^2- Molverhältnis auf dem kohlenstoffhaltigen Katalysator, der aus einem Reaktor mit einer sich bewegenden Schicht entnommen wird, ausreichend niedrig. Wenn daher der kohlenstoffhaltige Katalysator, der aus dem Reaktor mit einer sich bewegenden Schicht entnommen wird, durch die Anwendung von Wärme regeneriert wird, um dadurch Schwefeloxide zu sammeln, kann verhindert werden, dass sich eine große Menge an Ammoniakgas mit den gesammelten Schwefeloxiden vermischt.
In einem weiteren Verfahren zur Behandlung von Abgas der vorliegenden Erfindung wird die Menge des Ammoniakgases, welches in das Abgas eingespeist werden soll, welches Abgas dem oberen Abschnitt der sich bewegenden Schicht zugeführt werden soll, im Verhältnis verringert, während die Menge des Ammoniakgases, welches in das Abgas eingespeist werden soll, welches Abgas dem mittleren Abschnitt der sich bewegenden Schicht zugeführt werden soll, im Verhältnis erhöht wird.
In diesem Fall ist das NH₄ ⁺/SO₄ ^2- Molverhältnis auf dem kohlenstoffhaltigen Katalysator, der in dem oberen und dem mittleren Abschnitt der sich bewegenden Schicht gelegen ist, verhältnismäßig hoch. Wenn sich jedoch der kohlenstoffhaltige Katalysator in der sich bewegenden Schicht nach unten bewegt, adsorbiert der kohlenstoffhaltige Katalysator SO₄ ^2-; dementsprechend wird das NH₄ ⁺/SO₄ ² ^- Molverhältnis auf dem kohlenstoffhaltigen Katalysator, der aus einem Reaktor mit einer sich bewegenden Schicht entnommen wird, ausreichend niedrig. Wenn daher der kohlenstoffhaltige Katalysator, der aus einer sich bewegenden Schicht entnommen wird, durch die Anwendung von Wärme regeneriert wird, um dadurch Schwefeloxide zu sammeln, kann verhindert werden, dass sich eine große Menge an Ammoniakgas mit den gesammelten Schwefeloxiden vermischt.
Da eine geeignete Menge an Ammoniakgas in das Abgas eines jeden Abgasstromes eingespeist wird, kann die Menge des austretenden Ammoniakgases am oberen Abschnitt der sich bewegenden Schicht im Verhältnis verringert werden, und der Anteil der entfernten Stickoxide kann im Verhältnis erhöht werden. Ebenso kann die Menge des Ammoniakgases im Desorptionsgas im Verhältnis verringert werden, welches von dem kohlenstoffhaltigen Katalysator in Zusammenhang mit der Regeneration des kohlenstoffhaltigen Katalysators in einem Regenerator desorbiert wird.
In einem weiteren Verfahren zur Behandlung von Abgas der vorliegenden Erfindung wird der Abgasstrom in einen ersten und einen zweiten Abgasstrom geteilt. Das Ammoniakgas wird in das Abgas des ersten Abgasstroms eingespeist, welches Abgas dem oberen Abschnitt der sich bewegenden Schicht zugeführt wird. Das Ammoniakgas wird in das Abgas des zweiten Abgasstromes in einer maximalen Menge von 1/3 der Menge des Ammoniakggases eingespeist, die in das Abgas des ersten Abgasstromes eingespeist wird, welches Abgas des zweiten Abgasstromes dem unteren Abschnitt der sich bewegenden Schicht zugeführt wird.
In diesem Fall kann das Molverhältnis zwischen NH₄ ⁺ und SO₄ ² (NH₄ ⁺/SO₄ ² ^-), welches aus dem Reaktor mit einer sich bewegenden Schicht stammt, auf 1 oder weniger eingestellt werden.
In einem weiteren Verfahren zur Behandlung von Abgas der vorliegenden Erfindung wird ein kohlenstoffhaltiger Katalysator, der sich innerhalb der sich bewegenden Schicht nach unten bewegt, in eine Mehrzahl von Strömen geteilt.
Da in diesem Fall der kohlenstoffhaltige Katalysator, der sich innerhalb der sich bewegenden Schicht nach unten bewegt, in eine Mehrzahl von Strömen geteilt wird, kann in verlässlicher Weise verhindert werden, dass der kohlenstoffhaltige Katalysator innerhalb der sich bewegenden Schicht durcheinander gemischt wird. Dementsprechend wird verhindert, dass Stickoxide, Ammoniakgas, Halogenwasserstoff, und dergleichen, welche auf dem kohlenstoffhaltigen Katalysator auf der Seite der Gaseinlasskammer adsorbiert wurden, desorbiert und im Abgas auf der Seite der Gasauslasskammer vermischt werden. Somit kann die Verfahrenskapazität einer Vorrichtung zur Behandlung von Abgas weiter verbessert werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zur Behandlung von Abgas gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; 2 ist eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zur Behandlung von Abgas gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; 3 ist eine Querschnittsansicht, die entlang der Linie X-X von 2 aufgenommen wurde; 4 ist eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zur Behandlung von Abgas gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; 5 ist ein Graph, der das Muster der Menge des Austritts von Ammoniakgas auf der Auslass-Seite einer sich bewegenden Schicht zeigt; und 6 ist eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zur Behandlung von Abgas gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
DIE BESTE ART ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden als nächstes in Einzelheiten unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
1 ist eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zur Behandlung von Abgas gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In 1 bezeichnet das Bezugszeichen 11 einen Reaktor mit einer sich bewegenden Schicht nach Art einer schrägen Anströmung. Der Reaktor mit einer sich bewegenden Schicht 11 umfasst eine Gaseinlasskammer 51, eine sich bewegende Schicht 52, die schräg angeströmt wird, und die einen nicht erläuterten, kohlenstoffhaltigen Katalysator, wie zum Beispiel Aktivkohle, aktivierten Koks, aktivierte Holzkohle oder dergleichen beherbergt, und die den kohlenstoffhaltigen Katalysator abwärts bewegt, sowie eine Gasauslasskammer 53. Die Gaseinlasskammer 51 und die sich bewegende Schicht 52 werden voneinander durch eine einlassseitige Klappe 55 getrennt, und die sich bewegende Schicht 52 und die Gasauslasskammer 53 werden voneinander durch eine auslassseitige Klappe 56 getrennt.
Die Gaseinlasskammer 51 wird durch eine Trennwand 57, die in der Mitte derselben angeordnet ist, geteilt, so dass eine erste Abteilung 58 auf der stromaufwärts gelegenen Seite in Bezug auf die Bewegungsrichtung des kohlenstoffhaltigen Katalysators und eine zweite Abteilung 59 auf der stromabwärts gelegenen Seite gebildet werden. Die Trennwand 57 ist abwärts geneigt zur sich bewegenden Schicht 52, damit verhindert wird, dass sich der Staub des Abgases innerhalb der ersten Abteilung 58 sammelt.
Die Leitung L1 für die Zufuhr des Abgases mit einer Temperatur von etwa 60°C bis 180°C teilt sich in eine erste Leitung L2 und eine zweite Leitung L3. Dementsprechend teilt sich der Abgasstrom in der Leitung L1 in eine Mehrzahl von Abgasströmen, insbesondere in einen ersten Abgasstrom in der ersten Leitung L2 und in einen zweiten Abgasstrom in der zweiten Leitung L3. Das Abgas des ersten Abgasstroms wird über die erste Abteilung 58 der sich bewegenden Schicht 52 in einem oberen Abschnitt zugeführt, welcher als ein vorgegebener Abschnitt dient, und das Abgas des zweiten Abgasstroms wird über eine zweite Abteilung 59 der sich bewegenden Schicht 52 in einem unteren Abschnitt zugeführt. Das Ammoniakgas (NH₃) wird in das Abgas des ersten Abgasstromes eingespeist.
Das Abgas, welches der sich bewegenden Schicht 52 zugeführt wird, kommt mit dem kohlenstoffhaltigen Katalysator in Kontakt, der sich innerhalb der sich bewegenden Schicht 52 abwärts bewegt, so dass Schwefeloxide und Stickoxide aus dem Abgas entfernt werden. Das Abgas, aus dem Schwefeloxide und Stickoxide entfernt wurden, wird aus der Gasauslasskammer 53 in eine Leitung L4 geleitet. Anschließend wird das in der Leitung L4 geführte Gas aus einem nicht dargestellten Schornstein in die Atmosphäre abgegeben, ohne den Staub zu entfernen, oder nachdem der Staub mittels eines Staubsammlers entfernt wurde.
Indessen wurde der kohlenstoffhaltige Katalysator schrittweise dem Reaktor mit einer sich bewegenden Schicht 11 über einen Zufuhranschluss 24 zugeführt, der am oberen Abschnitt des Reaktors 11 mit einer sich bewegenden Schicht gebildet ist, und er bewegt sich innerhalb der sich bewegenden Schicht 52 nach unten, um eine Entschwefelung und Entstickung durchzuführen. Anschließend wird der kohlenstoffhaltige Katalysator durch einen Strömungsrichter 20, der am unteren Abschnitt des Reaktors 11 mit einer sich bewegenden Schicht angeordnet ist, in seiner Strömung ausgerichtet, und anschließend über einen Auslassanschluss 25 mittels einer Leitung L5 über ein Auslassven til 17 für den kohlenstoffhaltigen Katalysator entnommen. Der entnommene kohlenstoffhaltige Katalysator wird in einen Regenerator 18 über die Leitung L5 befördert. Der kohlenstoffhaltige Katalysator wird innerhalb des Regenerators 18 in einer Atmosphäre des Inertgases von hoher Temperatur mit einer Temperatur von etwa 300°C bis 600°C regeneriert. Der regenerierte kohlenstoffhaltige Katalysator wird zu dem Einlassanschluss 24 über eine Leitung L6 befördert und erneut verwendet. Das Bezugszeichen 15 bezeichnet ein Einlassventil für den kohlenstoffhaltigen Katalysator.
Im Regenerator 18 wird das hochkonzentrierte Schwefeldioxidgas, welches im Zusammenhang mit der Regeneration des kohlenstoffhaltigen Katalysators erzeugt wird, über eine Leitung L7 entnommen. Das in der Leitung L7 geführte Gas wird nach der Veredelung durch waschen in Wasser oder durch ein ähnliches Verfahren oder ohne Veredelung, zu einem Verfahren zur Sammlung von Nebenprodukten, wie zum Beispiel Schwefelsäure, Schwefel, Gips und dergleichen, befördert.
In diesem Fall ist das NH₄ ⁺/SO₄ ^2- Molverhältnis auf dem kohlenstoffhaltigen Katalysator, der am oberen Abschnitt der sich bewegenden Schicht 52 gelegen ist, verhältnismäßig hoch. Wenn sich der kohlenstoffhaltige Katalysator in der sich bewegenden Schicht 52 jedoch nach unten bewegt, adsorbiert der kohlenstoffhaltige Katalysator SO₄ ^2-; dementsprechend wird das NH₄ ⁺/SO₄ ^2- Molverhältnis auf dem kohlenstoffhaltigen Katalysator, der aus dem Reaktor mit einer sich bewegenden Schicht 11 entnommen wird, ausreichend niedrig. Wenn daher der kohlenstoffhaltige Katalysator, der aus dem Reaktor 11 mit einer sich bewegenden Schicht entnommen wird, durch die Anwendung von Wärme regeneriert wird, um dadurch Schwefeloxide zu sammeln, kann verhindert werden, dass eine große Menge an Ammoniakgas mit den gesammelten Schwefeloxiden vermischt wird.
Da also der kohlenstoffhaltige Katalysator gleichförmig innerhalb des Reaktors 11 mit einer einzigen sich bewegenden Schicht von dem oberen Abschnitt desselben zum unteren Abschnitt desselben nach unten sich bewegt, wird der kohlenstoffhaltige Katalysator innerhalb der sich bewegenden Schicht 52 nicht durcheinander gemischt. Dementsprechend werden Stickoxide, Ammoniakgas, Halogenwasserstoff, und dergleichen, welche auf dem kohlenstoffhaltigen Katalysator auf der Seite der Gaseinlasskammer 51 adsorbiert wurden, nicht desorbiert, und sie werden im Abgas auf der Seite der Gasauslasskammer 53 nicht gemischt; somit kann die Verfahrenskapazität der Vorrichtung zur Behandlung von Abgas verbessert werden.
Da also lediglich der Reaktor 11 mit einer einzigen sich bewegenden Schicht angeordnet wird, besteht keine Notwendigkeit, ein Förderband oder eine ähnliche Förderstraße zur Beförderung des kohlenstoffhaltigen Katalysators zu installieren. Somit können die Kosten für die Vorrichtung zur Behandlung von Abgas entsprechend herabgesetzt werden.
In der vorliegenden Ausführungsform wird das Verhältnis zwischen der Menge des Abgases des ersten Abgasstromes und der Menge des zweiten Abgasstromes in geeigneter Weise bestimmt, bezogen auf die Abgaseigenschaften im Verhältnis zur Konzentration der Schwefeloxide und der Konzentration der Stickoxide, bezogen auf den beabsichtigten Anteil der entfernten Stickoxide, und dergleichen. Die Menge des Abgases des ersten Abgasstroms macht annähernd 1/3 bis 2/3 der Menge des gesamten Abgases aus.
In der vorliegenden Ausführungsform wird Ammoniakgas lediglich in das Abgas des ersten Abgasstromes eingespeist, jedoch kann eine geringe Menge an Ammoniakgas auch in das Abgas des zweiten Abgasstromes eingespeist werden.
In diesem Fall ist das Molverhältnis zwischen NH₄ ⁺ und SO₄ ² (NH₄ ⁺/SO₄ ^2-), welche auf dem kohlenstoffhaltigen Katalysator adsorbiert sind, der aus dem unteren Abschnitt des Reaktors 11 mit einer sich bewegenden Schicht entnommen und dem Regenera for 18 zugeführt wird, vorzugsweise 0,7 bis 1 oder weniger. Somit wird die Menge des Ammoniakgases im Abgas, welches dem unteren Abschnitt der sich bewegenden Schicht 52 zugeführt wird, auf 1/3 bis 1/4 oder weniger der Menge des Ammoniakgases im Abgas eingestellt, welches dem oberen Abschnitt zugeführt wird.
Darüber hinaus verwendet die vorliegende Ausführungsform als kohlenstoffhaltigen Katalysator Aktivkohle, aktivierten Koks, aktivierte Holzkohle oder dergleichen, die durch Aktivierung von Kohle oder dergleichen mittels einer Oxidationsbehandlung, einer thermischen Behandlung, Dampfbehandlung, oder einer ähnlichen Behandlung erhalten werden; jedoch kann auch Aktivkohle, aktivierter Koks, aktivierte Holzkohle oder dergleichen verwendet werden, welche so behandelt wurden, dass sie eine metallische Verbindung von Vanadium, Eisen, Kupfer, Mangan oder einem ähnlichen Metall tragen.
Als nächstes wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
2 ist eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zur Behandlung von Abgas gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 3 ist eine Querschnittsansicht, welche entlang der Linie X-X der 2 aufgenommen wurde.
In den 2 und 3 bezeichnet das Bezugszeichen 31 einen Reaktor mit einer sich bewegenden Schicht, die schräg angeströmt wird. Der Reaktor mit einer sich bewegenden Schicht 31 umfasst eine Gaseinlasskammer 61, die an der Mitte desselben gebildet ist, eine sich bewegende Schicht 62, welche an der Außenseite der Gaseinlasskammer 61 gebildet ist, einen nicht dargestellten kohlenstoffhaltigen Katalysator beherbergt, und den kohlenstoffhaltigen Katalysator abwärts bewegt, sowie eine Gasauslasskammer 63, welche auf der Außenseite der sich bewegenden Schicht 62 gebildet ist. Die Gaseinlasskammer 61 und die sich bewegende Schicht 62 werden voneinander durch die Klappe 65 auf der Innenseite getrennt, und die sich bewegende Schicht 62 und die Gasauslasskammer 63 werden voneinander durch die nicht dargestellte Klappe auf der Außenseite getrennt.
Die Gaseinlasskammer 61 wird durch eine Trennwand 67, die in der Mitte derselben angeordnet ist, getrennt, so dass eine erste Abteilung 68 auf der stromaufwärts gelegenen Seite in Bezug auf die Bewegungsrichtung des kohlenstoffhaltigen Katalysators gebildet wird, und eine zweite Abteilung 69 auf der stromabwärts gelegenen Seite gebildet wird. Die Trennwand 67 ist abwärts geneigt zur sich bewegenden Schicht 62, damit verhindert wird, dass sich Staub im Abgas innerhalb der ersten Abteilung 68 sammelt.
In diesem Fall wird das Abgas, in welches Ammoniakgas eingespeist wurde, der ersten Abteilung 68 zugeführt, und das Abgas, in welches kein Ammoniakgas eingespeist wurde, wird der zweiten Abteilung 69 zugeführt. Das Abgas in der ersten Abteilung 68 und das Abgas in der zweiten Abteilung 69 werden der sich bewegenden Schicht 62 zugeführt.
Das der sich bewegenden Schicht 62 zugeführte Abgas kommt mit dem kohlenstoffhaltigen Katalysator in Kontakt, welcher sich innerhalb der sich bewegenden Schicht 62 abwärts bewegt, so dass Schwefeloxide und Stickoxide aus dem Abgas entfernt werden.
Das Bezugszeichen 14 bezeichnet eine Entnahmevorrichtung für den Katalysator, welche Entnahmevorrichtung mit einer festgelegten Geschwindigkeit arbeitet, wie zum Beispiel einen Walzenaufgeber (roll feeder) oder dergleichen; das Bezugszeichen 15 bezeichnet ein Einlassventil für den kohlenstoffhaltigen Katalysator; das Bezugszeichen 17 bezeichnet ein Auslassventil für den kohlenstoffhaltigen Katalysator; das Bezugszeichen 20 bezeichnet einen Strömungsgleichrichter; und das Bezugszeichen 36 bezeichnet einen Abgaseinlass.
Als nächstes wird eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
4 ist eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zur Behandlung von Abgas gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Insbesondere sind die gleichen strukturellen Merkmale wie jene der ersten Ausführungsform durch gemeinsame Bezugszeichen bezeichnet, und ihre Beschreibung wird weggelassen.
In diesem Fall wird die sich bewegende Schicht 52 in eine vordere Kammer 71, eine mittlere Kammer 72, und eine rückwärtige Kammer 73 mittels der Siebwände 81 und 82, wie zum Beispiel durchlöcherten Platten oder dergleichen, unterteilt. Dementsprechend wird der Strom des kohlenstoffhaltigen Katalysators in drei Ströme geteilt, so dass verlässlich verhindert werden kann, dass der kohlenstoffhaltige Katalysator innerhalb der sich bewegenden Schicht 52 durcheinander gemischt wird. Daher dringt der kohlenstoffhaltige Katalysator innerhalb der vorderen Kammer 71 niemals in die mittlere Kammer 72 ein, und der kohlenstoffhaltige Katalysator innerhalb der mittleren Kammer 72 dringt niemals in die rückwärtige Kammer 73 ein.
Als ein Ergebnis wird verhindert, dass Stickoxide, Ammoniakgas, Halogenwasserstoff, und dergleichen, welche auf dem kohlenstoffhaltigen Katalysator auf der Seite der Gaseinlasskammer 51 adsorbiert wurden, desorbiert werden und im Abgas auf der Seite der Gasauslasskammer 53 vermischt werden. Dementsprechend kann die Verfahrenskapazität der Vorrichtung zur Behandlung von Abgas weiter verbessert werden.
Ebenso sind die Entnahmevorrichtungen 14 für den Katalysator, welche Entnahmevorrichtungen mit einer festgelegten Geschwindigkeit arbeiten, wie zum Beispiel Walzenaufgeber oder dergleichen, an den unteren Enden der vorderen, mittleren bzw. rückwärtigen Kammern 71, 72 bzw. 73 angeordnet. Dementspre chend kann zum Beispiel durch Einstellen der Geschwindigkeit, mit der sich der kohlenstoffhaltige Katalysator innerhalb der vorderen Kammer 71 abwärts bewegt, auf einen verhältnismäßig hohen Wert, und durch Einstellen der Geschwindigkeit, mit der sich der kohlenstoffhaltige Katalysator innerhalb der rückwärtigen Kammer 73 abwärts bewegt, auf einen verhältnismäßig geringen Wert verhindert werden, dass der Reaktor 41 mit einer sich bewegenden Schicht durch Staub im Abgas verstopft, und somit kann die Menge des Staubes im Abgas, welches aus der Gasauslasskammer 53 in die Leitung L4 ausgeleitet wird, vermindert werden.
In der vorliegenden Erfindung wird das Innere des Reaktors 41 mit einer sich bewegenden Schicht in drei Kammern geteilt, nämlich die vordere Kammer 71, die mittlere Kammer 72 und die rückwärtige Kammer 73. Jedoch kann das Innere des Reaktors 41 mit einer sich bewegenden Schicht in eine beliebige Zahl von Kammern geteilt werden.
Wenn im Allgemeinen das Abgas, welches Schwefeloxide mit einer Konzentration von 50 bis 100 ppm oder weniger (Abgas mit niedrigem SO_x-Gehalt) enthält, behandelt wird, um daraus Stickoxide zu entfernen, weist das Ammoniakgas im Abgas im oberen Abschnitt der sich bewegenden Schicht 52 einen Überschuss auf, so dass es zu einem Anstieg in der Menge des austretenden Ammoniakgases auf der Auslass-Seite kommt.
5 ist ein Graph, der das Muster der Menge des austretenden Ammoniakgases auf der Auslass-Seite einer sich bewegenden Schicht zeigt. In 5 werden die Anteile der entfernten Schwefeloxide und Stickoxide und die Menge des austretenden Ammoniakgases entlang der Achse der Abszisse abgelesen, und die Lage auf der sich bewegenden Schicht wird entlang der Achse der Ordinate abgelesen.
In 5 ist LN1 eine Linie, welche den Anteil der entfernten Schwefeloxide zeigt, LN2 ist eine Linie, welche den Anteil der entfernten Stickoxide zeigt, und LN3 ist eine Linie, welche die Menge des austretenden Ammoniakgases zeigt.
Wie im Allgemeinen aus 5 ersichtlich ist, nimmt die Menge des austretenden Ammoniakgases vom oberen Ende einer sich bewegenden Schicht bis zur Lage S1 in der Nähe des oberen Endes zu, und nimmt schrittweise von der Position S1 zum unteren Ende der sich bewegenden Schicht ab, nachdem sie einen Spitzenwert bei der Position S1 angenommen hat.
Wenn das Abgas, welches Schwefeloxide bei einer Konzentration von 50 bis 100 ppm oder weniger enthält, behandelt wird, um Stickoxide daraus zu entfernen, wird die Menge der Schwefelsäure, welche durch Adsorption auf dem kohlenstoffhaltigen Katalysator erzeugt wird, in den vorstehend erwähnten Ausführungsformen dementsprechend verhältnismäßig gering. Entsprechend wird die Menge des Ammoniakgases, welches mit Schwefelsäure reagiert, verhältnismäßig gering, so dass das Ammoniakgas im Abgas im Überschuss vorliegt und entweicht.
Somit liegt das Ammoniakgas im Abgas besonders an den oberen Abschnitten der sich bewegenden Schichten 52 (1 und 4) und 62 (2) im Überschuss vor, so dass die Menge des entweichenden Ammoniakgases übermäßig groß wird. Dies hat den folgenden Grund. Wenn ein kohlenstoffhaltiger Katalysator innerhalb des Regenerators 18 in einer Inertgasatmosphäre bei hoher Temperatur mit einer Temperatur von etwa 300°C bis 600°C regeneriert wird, wird eine reduzierende Substanz auf der Oberfläche des kohlenstoffhaltigen Katalysators erzeugt. Wenn ein derart regenerierter kohlenstoffhaltiger Katalysator der sich bewegenden Schicht zugeführt wird, wird die reduzierende Substanz verwendet, um Stickoxide zu reduzieren. Als ein Ergebnis nimmt die Menge des Ammoniakgases, welches für die Reaktion mit Stickoxiden verbraucht wird, entsprechend ab.
Wenn insbesondere ein kohlenstoffhaltiger Katalysator, der eine große Menge an Schwefeloxiden und Ammoniakgas adsorbiert hat, regeneriert wird, oder wenn ein Oxidationsmittel, Ammoniakgas, oder dergleichen in den Regenerator 18 eingespeist werden, um die Aktivität des kohlenstoffhaltigen Katalysators zu verbessern, wird die Menge der reduzierenden Substanz, die auf der Oberfläche des kohlenstoffhaltigen Katalysators erzeugt wird, verhältnismäßig groß. Infolge dessen steigt die Menge des entweichenden Ammoniakgases an den oberen Abschnitten der sich bewegenden Schichten 52 und 62 bemerkenswert an.
Als nächstes wird eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben, die so angeordnet ist, einen Anstieg der Menge des entweichenden Ammoniakgases an den oberen Abschnitten der sich bewegenden Schichten 52 und 62 zu unterdrücken.
6 ist eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zur Behandlung von Abgas entsprechend der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In 6 bezeichnet das Bezugszeichen 111 einen Reaktor mit einer sich bewegenden Schicht, welche schräg angeströmt wird. Der Reaktor 111 mit einer sich bewegenden Schicht umfasst eine Gaseinlasskammer 151, eine sich bewegende Schicht 52, welche schräg angeströmt wird, einen nicht dargestellten kohlenstoffhaltigen Katalysator beherbergt, und den kohlenstoffhaltigen Katalysator abwärts bewegt, sowie eine Gasauslasskammer 53. Die Gaseinlasskammer 151 und die sich bewegende Schicht 52 werden voneinander durch eine Klappe 55 auf der Innenseite getrennt, und die sich bewegende Schicht 52 und die Gasauslasskammer 53 werden voneinander durch eine Klappe 56 auf der Außenseite (oder eine Siebwand, und dergleichen) getrennt.
Die Gaseinlasskammer 151 wird durch Trennwände 57 und 157, welche darin angeordnet sind, geteilt, so dass eine erste Abteilung 158 auf der stromaufwärts gelegenen Seite in Bezug auf die Bewegungsrichtung des kohlenstoffhaltigen Katalysators gebildet wird, und eine zweite Abteilung 159 an einem mittle ren Abschnitt gebildet wird, und eine dritte Abteilung 160 auf der stromabwärts gelegenen Seite gebildet wird.
Die Leitung L1 zum Zuführen des Abgases mit einer Temperatur von etwa 60°C bis 180°C teilt sich in eine erste Leitung L12, eine zweite Leitung L13, und eine dritte Leitung L14. Dementsprechend teilt sich der Abgasstrom in der Leitung L1 in eine Mehrzahl von Abgasströmen, insbesondere einen ersten Abgasstrom in der ersten Leitung L12, einen zweiten Abgasstrom in der zweiten Leitung L13, und einen dritten Abgasstrom in der dritten Leitung L14. Das Abgas des ersten Abgasstromes wird der sich bewegenden Schicht 52 an einem oberen Abschnitt, der als ein vorgegebener Abschnitt dient, über eine erste Abteilung 158 zugeführt, das Abgas des zweiten Abgasstromes wird der sich bewegenden Schicht 52 an einem mittleren Abschnitt, der als ein vorgegebener Abschnitt dient, über eine zweite Abteilung 159 zugeführt, und das Abgas des dritten Abgasstromes wird der sich bewegenden Schicht 52 an einem unteren Abschnitt über die dritte Abteilung 160 zugeführt.
In der vorliegenden Ausführungsform werden die Verhältnisse bezüglich der Menge des Abgases des ersten Abgasstroms, der Menge des Abgases des zweiten Abgasstroms, und der Menge des Abgases des dritten Abgasstroms in geeigneter Weise bestimmt, bezogen auf die Eigenschaften des Abgases im Verhältnis zur Konzentration der Schwefeloxide und der Konzentration der Stickoxide, bezogen auf den beabsichtigten Anteil der entfernten Stickoxide, die erlaubte Menge des entweichenden Ammoniakgases, und dergleichen, und sind im Wesentlichen (0,05 bis 0,2):(0,2 bis 0,5):(0,3 bis 0,6).
Das Ammoniakgas (NH₃) wird in das Abgas der jeweils ersten und zweiten Abgasströme eingespeist. In diesem Fall wird die Menge des eingespeisten Ammoniakgases so eingestellt, dass das Molverhältnis zwischen NH₄ ⁺ und SO₄ ^2- (NH₄ ⁺/SO₄ ^2-), welche auf dem kohlenstoffhaltigen Katalysator adsorbiert sind, der aus dem unteren Abschnitt des Reaktors 111 mit einer sich bewegenden Schicht entnommen wird und dem Regenerator 18 zugeführt wird, 0,7 bis 1 oder weniger beträgt.
Das Abgas, welches der sich bewegenden Schicht 52 zugeführt wurde, kommt mit dem kohlenstoffhaltigen Katalysator in Kontakt, der sich innerhalb der sich bewegenden Schicht 52 abwärts bewegt, so dass Schwefeloxide und Stickoxide aus dem Abgas entfernt werden. Das Abgas, aus dem Schwefeloxide und Stickoxide entfernt wurden, wird aus der Gasauslasskammer 53 mittels einer Leitung L4 entnommen. Anschließend wird das in der Leitung L4 geführte Gas aus einem nicht dargestellten Schornstein in die Atmosphäre abgegeben, ohne den Staub zu entfernen, oder nachdem der Staub mittels eines Staubsammlers entfernt wurde.
Inzwischen wird der kohlenstoffhaltige Katalysator schrittweise dem Reaktor 111 mit einer sich bewegenden Schicht über einen Einlassanschluss 24 zugeführt, der am oberen Abschnitt des Reaktors 111 mit einer sich bewegenden Schicht gebildet ist, und er bewegt sich innerhalb der sich bewegenden Schicht 52 abwärts, um eine Entschwefelung und Entstickung durchzuführen. Anschließend wird der kohlenstoffhaltige Katalysator mit einem Strömungsgleichrichter 20 in seiner Strömung ausgerichtet, der am unteren Abschnitt des Reaktors 111 mit einer sich bewegenden Schicht angeordnet ist, und anschließend über einen Auslassanschluss 25 mittels einer Leitung L5 über ein Auslassventil 17 für den kohlenstoffhaltigen Katalysator entnommen. Der entnommene kohlenstoffhaltige Katalysator wird zum Regenerator 18 über die Leitung L5 geführt. Der kohlenstoffhaltige Katalysator wird innerhalb des Regenerators in einer Inertgasatmosphäre von hoher Temperatur mit einer Temperatur von etwa 300°C bis 600°C regeneriert. Der regenerierte kohlenstoffhaltige Katalysator wird zum Einlassanschluss 24 über eine Leitung L6 geführt und erneut verwendet. Das Bezugszeichen 15 bezeichnet ein Einlassventil für einen kohlenstoffhaltigen Katalysator.
In dem Regenerator 18 wird das hoch konzentrierte Schwefeldioxidgas, welches in Zusammenhang mit der Regeneration des kohlenstoffhaltigen Katalysators erzeugt wird, über eine Leitung L7 entnommen. Das in der Leitung L7 geführte Gas wird, nach der Veredelung durch Waschen in Wasser oder durch ein ähnliches Verfahren, oder ohne Veredelung, zu einem Verfahren für die Sammlung von Nebenprodukten, wie zum Beispiel Schwefelsäure, Schwefel, Gips und dergleichen, geführt.
In der vorliegenden Ausführungsform wird ein Abgasstrom in einen ersten, einen zweiten und einen dritten Abgasstrom geteilt, und eine geeignete Menge an Ammoniakgas wird in jeden der ersten und zweiten Abgasströme eingespeist. Somit kann – im Vergleich mit dem Fall, bei dem der Abgasstrom in zwei Abgasströme geteilt wird – die Menge des entweichenden Ammoniakgases am oberen Abschnitt der sich bewegenden Schicht 52 verringert werden, und der Anteil des entfernten Stickoxide kann erhöht werden. Ebenso kann die Menge des Ammoniakgases im Desorptionsgas, welches vom kohlenstoffhaltigen Katalysator in Zusammenhang mit der Regeneration des kohlenstoffhaltigen Katalysators im Regenerator 18 desorbiert wird, verringert werden.
Somit wird die Menge des Ammoniakgases, welches in das Abgas eingespeist wird, das dem oberen Abschnitt der sich bewegenden Schicht 52 zugeführt werden soll, im Verhältnis verringert, die Menge des Ammoniakgases, welches in das Abgas eingespeist wird, das dem mittleren Abschnitt der sich bewegenden Schicht 52 zugeführt werden soll, wird im Verhältnis vergrößert, und kein Ammoniakgas wird in das Abgas eingespeist, welches dem unteren Abschnitt der sich bewegenden Schicht 52 zugeführt werden soll.
In der vorliegenden Ausführungsform wird das Ammoniakgas lediglich in das Abgas eines jeden der ersten und zweiten Abgasströme eingespeist, jedoch kann auch eine kleine Menge an Ammoniakgas in das Abgas des dritten Abgasstromes eingespeist werden. In diesem Fall wird die Menge des Ammoniakgases, die in das Abgas des dritten Abgasstromes eingespeist werden soll, äußerst klein gehalten. Ebenso kann kein Ammoniakgas in das Abgas eingespeist werden, das dem oberen Abschnitt der sich bewegenden Schicht 52 zugeführt werden soll.
Insbesondere wird in der vorliegenden Ausführungsform ein Abgasstrom in den ersten, zweiten und dritten Abgasstrom geteilt. Jedoch kann der Abgasstrom in vier Abgasströme oder mehr geteilt werden, und die Menge des Ammoniakgases, das in das Abgas eines jeden Abgasstromes eingespeist werden soll, kann auf einen geeigneten Wert eingestellt werden, und dadurch kann die Menge des entweichenden Ammoniakgases an den entsprechenden Abschnitten der sich bewegenden Schicht 52 im Verhältnis verringert werden, und der Anteil der entfernten Stickoxide kann im Verhältnis erhöht werden. Ebenso kann die Menge des Ammoniakgases im Desorptionsgas, welches von dem kohlenstoffhaltigen Katalysator in Zusammenhang mit der Regeneration des kohlenstoffhaltigen Katalysators in dem Regenerator 18 desorbiert wird, im Verhältnis verringert werden.
(Beispiel 1)
Das Abgas, welches 150 ppm Schwefeloxide, 200 ppm Stickoxide, 20 ppm Chlorwasserstoff, 10% Wasser und 13% Sauerstoff enthielt und eine Temperatur von 100°C hatte, wurde in der Leitung L1 (1) bei 1000 m³ N/h herangeführt, und in geteilter Form in der ersten Leitung L2 mit 500 m³ N/h und in der zweiten Leitung L3 mit 500 m³ N/h herangeführt. Das Ammoniakgas wurde in das Abgas der ersten Leitung L2 in einer Menge von 400 ppm eingespeist. Anschließend wurde das Abgas, in welches Ammoniakgas eingespeist wurde, dem oberen Abschnitt der sich bewegenden Schicht 52 zugeführt, die mit 2,5 m³ gekörnter Aktivkohle (Durchmesser: annähernd 7 mm; Länge: annähernd 8 mm) gefüllt war, die als ein kohlenstoffhaltiger Katalysator diente.
Um das Molverhältnis zwischen NH₄ ⁺ und SO₄ ^2- (NH₄ ⁺/SO₄ ^2-), welche auf der gekörnten Aktivkohle adsorbiert waren, die über den Auslassanschluss 25 des Reaktors 11 mit einer sich bewegenden Schicht entnommen wurde, bei annähernd 0,7 zu halten, wurde das Abgas der zweiten Leitung L3, in welches Abgas kein Ammoniakgas eingespeist wurde, dem unteren Abschnitt (untere Hälfte) der sich bewegenden Schicht 52 zugeführt.
Die Geschwindigkeit der Entnahme der gekörnten Aktivkohle über den Auslassanschluss 25 des Reaktors 11 mit einer sich bewegenden Schicht wurde auf 17,5 kg/h eingestellt, damit die Verweilzeit der gekörnten Aktivkohle 50 Stunden in jeweils den oberen und unteren Abschnitten der sich bewegenden Schicht 52 beträgt, so dass sich insgesamt eine Verweilzeit von 100 Stunden ergibt.
Als ein Ergebnis betrug der Anteil der entfernten Stickoxide 80%, der Anteil der entfernten Schwefeloxide betrug 100%, der Anteil des entfernten Chlorwasserstoffs betrug 80%, und die Menge des entweichenden Ammoniakgases betrug 11 ppm, bezogen auf den oberen Abschnitt der sich bewegenden Schicht 52.
Am unteren Abschnitt der sich bewegenden Schicht 52 betrug der Anteil der entfernten Stickoxide 40%, der Anteil der entfernten Schwefeloxide betrug 100%, der Anteil des entfernten Chlorwasserstoffs betrug 42%, und die Menge des entweichenden Ammoniakgases betrug 1 ppm.
Das Abgas, welches aus dem oberen Abschnitt der sich bewegenden Schicht 52 entnommen wurde, und das Abgas, welches aus dem unteren Abschnitt der sich bewegenden Schicht 52 entnommen wurde, wurden in der Gasauslasskammer 53 vereinigt. Die vereinigten Abgase zeigten einen Anteil der entfernten Stickoxide von 60%, einen Anteil der entfernten Schwefeloxide von 100%, und einen Anteil des entfernten Chlorwasserstoffs von 61%, bezogen auf das ursprüngliche Abgas, während die Menge des entweichenden Ammoniakgases 6 ppm betrug.
(Beispiel 2)
Das Abgas, welches 50 ppm Schwefeloxide, 200 ppm Stickoxide, 10% Wasser, und 13% Sauerstoff enthielt, und eine Temperatur von 100°C hatte, wurde in der Leitung L1 (6) mit 1000 m³ N/h herangeführt, und in geteilter Form in der ersten Leitung L12 bei 100 m³ N/h, in der zweiten Leitung L13 bei 400 m³ N/h, und in der dritten Leitung L14 bei 500 m³ N/h herangeführt. Das Ammoniakgas wurde in das Abgas der ersten Leitung L12 in einer Menge von 150 ppm und in das Abgas der zweiten Leitung L13 in einer Menge von 337 ppm eingespeist. Anschließend wurde das Abgas der ersten Leitung L12, in welches Ammoniakgas eingespeist wurde, und das Abgas der zweiten Leitung L13, in welches Ammoniakgas eingespeist wurde, dem oberen bzw. dem mittleren Abschnitt der sich bewegenden Schicht 52 zugeführt, die mit 2,5 m³ gekörnter Aktivkohle (Durchmesser: annähernd 7 mm; Länge: annähernd 8 mm) gefüllt war, welche als kohlenstoffhaltiger Katalysator diente.
Um das Molverhältnis zwischen NH₄ ⁺ und SO₄ ² ^- (NH₄ ⁺/SO₄ ² ^-), welche auf der gekörnten Aktivkohle adsorbiert waren, die über den Auslassanschluss 25 des Reaktors 111 mit einer sich bewegenden Schicht entnommen wurde, bei annähernd 0,9 zu halten, wurde das Abgas der dritten Leitung L14, in welches kein Ammoniakgas eingespeist wurde, dem unteren Abschnitt (untere Hälfte) der sich bewegenden Schicht 52 zugeführt.
Die Geschwindigkeit der Entnahme der gekörnten Aktivkohle über den Auslassanschluss 25 des Reaktors 11 mit einer sich bewegenden Schicht wurde auf 17,5 kg/h festgelegt, damit die Verweilzeit der gekörnten Aktivkohle 10 Stunden im oberen Abschnitt der sich bewegenden Schicht 52, 40 Stunden im mittleren Abschnitt, und 50 Stunden im unteren Abschnitt beträgt, so dass sich eine gesamte Verweilzeit von 100 Stunden ergibt.
Als ein Ergebnis betrug der Anteil der entfernten Stickoxide 95%, der Anteil der entfernten Schwefeloxide betrug 100%, und die Menge des entweichenden Ammoniakgases betrug 12 ppm, gemessen am oberen Abschnitt der sich bewegenden Schicht 52. Am mittleren Abschnitt der sich bewegenden Schicht 52 betrug der Anteil der entfernten Stickoxide 87%, und die Menge des entweichenden Ammoniakgases betrug 10 ppm. Am unteren Abschnitt der sich bewegenden Schicht 52 betrug der Anteil der entfernten Stickoxide 52%, der Anteil der entfernten Schwefeloxide betrug 100% und die Menge des entweichenden Ammoniakgases betrug 1 ppm.
Das Abgas, welches aus dem oberen Abschnitt der sich bewegenden Schicht 52 entnommen wurde, das Abgas, welches aus dem mittleren Abschnitt der sich bewegenden Schicht 52 entnommen wurde, und das Abgas, welches aus dem unteren Abschnitt der sich bewegenden Schicht 52 entnommen wurde, wurden in der Gasauslasskammer 53 vereinigt. Das vereinigte Abgas zeigte einen Anteil der entfernten Stickoxide von 70,3%, und einen Anteil der entfernten Schwefeloxide von 100%, bezogen auf das ursprüngliche Abgas, während die Menge des entweichenden Ammoniakgases 5,7 ppm betrug.
(Vergleichsbeispiel 1)
Dasselbe Abgas wie jenes von Beispiel 1 wurde in zwei Hälften geteilt. Das Ammoniakgas wurde in einer Menge von 400 ppm in das Abgas von einer Hälfte eingespeist, welches mit 500 m³ N/h herangeführt wurde. Das Abgas, in welches Ammoniakgas eingespeist wurde, wurde einem ersten Reaktor mit einer sich bewegenden Schicht zugeführt, der mit 1,25 m³ gekörnter Aktivkohle gefüllt war. In diesem Fall wurde die Verweilzeit der gekörnten Aktivkohle innerhalb des ersten Reaktors mit einer sich bewegenden Schicht auf 50 Stunden eingestellt.
Als ein Ergebnis betrug der Anteil der entfernten Stickoxide 80% der Anteil der entfernten Schwefeloxide betrug 100% der Anteil des entfernten Chlorwasserstoffs betrug 80%, und die Menge des entweichenden Ammoniakgases betrug 11 ppm, bezogen auf den ersten Reaktor mit einer sich bewegenden Schicht.
Das Abgas der anderen Hälfte, welches mit 500 m³ N/h herangeführt wurde, und in welches kein Ammoniakgas eingespeist wurde, wurde einem zweiten Reaktor mit einer sich bewegenden Schicht zugeführt, der mit 1,25 m³ gekörnter Aktivkohle gefüllt war (welche aus dem ersten Reaktor mit einer sich bewegenden Schicht entnommen wurde). In diesem Fall wurde die Verweilzeit der gekörnten Aktivkohle innerhalb des zweiten Reaktors mit einer sich bewegenden Schicht auf 50 Stunden eingestellt.
Als ein Ergebnis betrug der Anteil der entfernten Stickoxide 28%, der Anteil der entfernten Schwefeloxide betrug 100%, der Anteil des entfernten Chlorwasserstoffs betrug 30%, und die Menge des entweichenden Ammoniakgases betrug 9 ppm, bezogen auf den zweiten Reaktor mit einer sich bewegenden Schicht.
Das Abgas, welches aus dem ersten Reaktor mit einer sich bewegenden Schicht entnommen wurde, und das Abgas, welches aus dem zweiten Reaktor mit einer sich bewegenden Schicht entnommen wurde, wurden vereinigt. Das vereinigte Abgas zeigte einen Anteil der entfernten Stickoxide von 54%, einen Anteil der entfernten Schwefeloxide von 100%, und einen Anteil des entfernten Chlorwasserstoffs von 55%, bezogen auf das ursprüngliche Abgas, während die Menge des entweichenden Ammoniakgases 10 ppm betrug.
(Vergleichsbeispiel 2)
Dasselbe Abgas wie jenes von Beispiel 2 wurde in zwei Hälften geteilt. Ammoniakgas wurde in einer Menge von 300 ppm in das Abgas von einer Hälfte eingespeist, welches mit 500 m³ N/h herangeführt wurde. Das Abgas, in welches Ammoniakgas eingespeist wurde, wurde dem oberen Abschnitt eines Reaktors mit einer sich bewegenden Schicht zugeführt. Das Abgas der anderen Hälfte, welches mit 500 m³ N/h herangeführt wurde, und in welches kein Ammoniakgas eingespeist wurde, wurde dem unteren Abschnitt des Reaktors mit einer sich bewegenden Schicht zugeführt.
Als ein Ergebnis betrug der Anteil der entfernten Stickoxide 85%, der Anteil der entfernten Schwefeloxide betrug 100%, und die Menge des entweichenden Ammoniakgases betrug 25 ppm, bezogen auf den oberen Abschnitt der sich bewegenden Schicht. Am unteren Abschnitt der sich bewegenden Schicht betrug der Anteil der entfernten Stickoxide 45%, der Anteil der entfernten Schwefeloxide betrug 100%, und die Menge des entweichenden Ammoniakgases betrug 1 ppm.
Das Abgas, welches aus dem oberen Abschnitt der sich bewegenden Schicht entnommen wurde, und das Abgas, welches aus dem unteren Abschnitt der sich bewegenden Schicht entnommen wurde, wurden in einer Gasauslasskammer vereinigt. Das vereinigte Abgas zeigte einen Anteil der entfernten Stickoxide von 65% und einen Anteil der entfernten Schwefeloxide von 100%, bezogen auf das ursprüngliche Abgas, während die Menge des entweichenden Ammoniakgases 13 ppm betrug.
wie vorstehend beschrieben, sind die Verfahren zur Behandlung von Abgas nach den Beispielen 1 und 2 denjenigen der Vergleichsbeispiele 1 und 2 bezüglich des Anteils der entfernten Stickoxide und der Menge des entweichenden Ammoniakgases überlegen.
GEWERBLICHE ANWENDBARKEIT
Die vorliegende Erfindung ist auf eine Abgasbehandlungsvorrichtung zur Behandlung von Abgas anwendbar, welches Schwefeloxide (SO_x) und Stickoxide (NO_x) enthält, wie zum Beispiel Abgas von einem Kessel, Abgas von einem Sinterofen, und Abgas von einer Müllverbrennungsanlage, und dergleichen.

Claims

Verfahren zur Behandlung von Abgas, bei dem das Abgas zur Behandlung durch eine quer angeströmte, sich bewegende Schicht (52) geführt wird, welche einen kohlenstoffhaltigen Katalysator beherbergt, und bei dem der kohlenstoffhaltige Katalysator, welcher in Zusammenhang mit der Behandlung des Abgases inaktiv wurde, regeneriert wird, welches folgende Schritte umfasst: (a) Teilen eines Abgasstroms in eine Mehrzahl von Abgasströmen; (b) Zuführen des Abgases einer Mehrzahl von geteilten Abgasströmen in eine einzige, sich bewegende Schicht (52); (c) Einspeisen von Ammoniakgas in das Abgas eines vorbestimmten Abgasstroms entlang der Abgasströme; (d) Zuführen des Abgases, in welches das Ammoniakgas eingespeist wurde, in einen vorbestimmten Abschnitt der sich bewegenden Schicht (52), welche den kohlenstoffhaltigen Katalysator beherbergt und in welcher das Abgas behandelt wird; und (e) Einstellen der Menge des Ammoniakgases, die in das Abgas eingeführt wird, so dass das Molverhältnis zwischen NH₄ ⁺ und SO₄ ^2-, welche auf dem kohlenstoffhaltigen Katalysator adsorbiert sind, welcher von dem unteren Abschnitt der sich bewegenden Schicht entnommen und einem Regenerator (18) zugeführt wird, 1 oder weniger beträgt.
Verfahren zur Behandlung von Abgas nach Anspruch 1, wobei (a) das Abgas, in welches Ammoniakgas eingespeist wurde, dem oberen Abschnitt (58) der sich bewegenden Schicht (52) zugeführt wird; und (b) das Abgas, in welches kein Ammoniakgas eingespeist wurde, dem unteren Abschnitt (59) der sich bewegenden Schicht (52) zugeführt wird.
Verfahren zur Behandlung von Abgas nach Anspruch 1, wobei (a) das Abgas, in welches Ammoniakgas eingespeist wurde, den oberen (158) und mittleren (159) Abschnitten der sich bewegenden Schicht (52) zugeführt wird; und (b) das Abgas, in welches kein Ammoniakgas eingespeist wurde, dem unteren Abschnitt (160) der sich bewegenden Schicht (52) zugeführt wird.
Verfahren zur Behandlung von Abgas nach Anspruch 3, wobei (a) die Menge des Ammoniakgases, welche in das Abgas eingespeist werden soll, das wiederum dem oberen Abschnitt (158) der sich bewegenden Schicht (52) zugeführt werden soll, verhältnismäßig klein gemacht wird; (b) die Menge des Ammoniakgases, welche in das Abgas eingespeist werden soll, das wiederum dem mittleren Abschnitt (159) der sich bewegenden Schicht (52) zugeführt werden soll, verhältnismäßig groß gemacht wird.
Verfahren zur Behandlung von Abgas nach Anspruch 1, wobei (a) das Abgas, in welches Ammoniakgas eingespeist wurde, dem mittleren Abschnitt (159) der sich bewegenden Schicht (52) zugeführt wird; und (b) das Abgas, in welches kein Ammoniakgas eingespeist wurde, den oberen (158) und unteren (160) Abschnitten der sich bewegenden Schicht (52) zugeführt wird.
Verfahren zur Behandlung von Abgas nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der kohlenstoffhaltige Katalysator, der sich innerhalb der sich bewegenden Schicht (52) nach unten bewegt, in eine Mehrzahl von Strömen geteilt wird.
Verfahren zur Behandlung von Abgas nach Anspruch 1, wobei eine Mehrzahl von Abgasströmen der sich bewegenden Schicht (52) über die abgeteilten Räume (58, 59), welche in Nachbarschaft zu der sich bewegenden Schicht (52) abgeteilt und ausgebildet werden, zugeführt werden.