DK144906B - Fremgangsmaade til fjernelse af sure komponenter fra forbraendingsluftarter,navnlig svovldioxid - Google Patents

Description

(19) DANMARK

ίφ

|j| tu) FREMLÆGGELSESSKRIFT on 144906 B

DIREKTORATET FOR PATENT- OG VAREMÆRKEVÆSENET

(21) Ansøgning nr. 2905/75 (51) IntCI.3 B 01 D 53/34 (22) Indleveringsdag 26. jun. 1975 (24) Løbedag 26. jun. 1975 (41) Aim. tilgængelig 29. dec. 1975 (44) Fremlagt 5. jul. 1982 (86) International ansøgning nr.

(86) International indleveringsdag (85) Videreførelsesdag -(62) Stamansøgning nr. -

(30) Prioritet 28. jun. 1974, 2431130, DE 25. apr. 1975* 2518386, DE

(71) Ansøger BUCKAU-WALTHER AKTIENGESELLSCHAFT, 4θ48 Grevenbrolch 1, DE.

(72) Opfinder Horst Bechthold, DE: Paul Boettger, DE.

(74) Fuldmægtig internationalt Patent-Bureau.

(54) Fremgangsmåde til fjernelse af sure komponenter fra forbrændingsluftarter, navnlig svovldio= xid.

Opfindelsen angår en fremgangsmåde til fjernelse af sure komponenter fra forbrændingsluftarter, navnlig svovldioxid, ved hvilken forbrændingsluftarterne i en indsprøjtningsfordamper blandes med en fra fremgangsmåden selv udtaget saltopløsning, hvilken forbrændingsluftart-saltopløsnings-blanding inddampes, og der fra de tørre forbrændingsluftarter næsten fuldstændigt fraskilles støv og saltkrystal-_ ler som tør blanding, og forbrændingsluftarterne med de sure komponenter og de ik- Ώ q ke fraskilte saltkrystaller, med henblik pa absorption af de sure komponenter og D udvaskning og genopløsning af de resterende saltkrystaller, bringes i kontakt med ^ en i kredsløb ført absorptionsvæske, i hvilken fordampet vand erstattes med en 3" tilsvarende ferskvandmængde, og hvorfra nævnte saltopløsning udtages og tilbage føres til indsprøjtningsfordamperen.

Med en sådan fremgangsmåde skal der med simpleste midler gennemføres en 144906 2 økonomisk rensning af forbrændingsluftarter.

I den senere tid er der bekendtgjort et stigende antal fremgangsmåder, der tjener det formål at formindske belastningen af omverdenen ved udsendelsen af svovldioxid fra kul-og/eller oliefyrede energi- og andre industriprocesser. Disse fremgangsmåder kan i alt væsentligt inddelesi tre grupper:

Den første gruppe omfatter sådanne fremgangsmåder, hvor svovldioxidet absorberes i en vandig opløsning eller suspension, hvorfra det atter frigøres i et i kredsløbet anbragt regenereringstrin. Sådanne processer kræver på grund af det vanskeligt transporterbare SC^, at der i den umiddelbare nærhed findes et anlæg for videre forarbejdning (f.eks. svovlsyrefabrik).

En anden gruppe omfatter fremgangsmåder, der i reglen absorberer ved hjælp af en suspension, hvorfra den belastede faststofdel derefter skilles og med henblik på videre forarbejdning transporteres til egnede og eventuelt fjernt beliggende fabrikationsanlæg. Den regenererede masse bliver fra anlægget til videre forarbejdning transporteret tilbage til stedet for afsvovlningen med henblik på genanvendelse.

En tredie gruppe fremgangsmåder, der ligeledes absorberer i vandig fase, beror på fremstilling af tungtopløselige svovlholdige salte (sulfiter, sulfater) med det formål at deponere disse efter fraskille Ise fra væsken. Bortset fra nødvendigheden af store afsætningsbeholdere bliver problemet her flyttet fra luftforurening til jordbundsforurening.

I seneste tid er der bekendtgjort et yderligere fremgangsmådeprincip, ifølge hvilket det ved inddysning af passende stoffer (f.eks. ammoniak) i den endnu varme forbrændingsluftartstrøm opnås, at svovldioxidet i gasfasen bringes til reaktion og derefter fraskilles som salt i et filter sammen med forbrændingsluftarternes mekaniske forureninger. Ifølge denne fremgangsmåde kan der kun opstå sådanne svovlholdige salte, hvis udgangsstoffer er i stand til i gasfasen at reagere med hinanden. Den ikke i filteret fraskilte saltdel bliver sammen med forbrændingsluftarterne fjernet til atmosfæren og fører - i modsætning til det luftformige svovldioxid - ved afsætning i de umiddelbare omgivelser for skorstenen til forstærket belastning af omverdenen. Endvidere fører reaktionen i gasfasen, på grund af den store indbyrdes afstand mellem de enkelte molekyler, ikke til krystaldannelse, men til dannelse af et yderst findelt amorft produkt, der i de efterkoblede filtre kun lader sig fraskille yderst vanskeligt og - navnlig i elektrofiltre - fører til tilklæbninger, der må fjernes ved anvendelse af vand. Herved opstår imidlertid et nyt problem på spildvandssiden.

For at undgå ulemperne ved nævnte kendte fremgangsmåder og med simplest mulige midler gennemføre en økonomisk rensning af forbrændingsluftarter er der i DE-OS 2.238.801 angivet en fremgangsmåde, som indledningsvis angivet i den foreliggende beskrivelse, hvilken fremgangsmåde danner grundlag for den foreliggende opfin- 3 U4906 delse. Fremgangsmåden ifølge opfindelsen er ejendommelig ved, at der ved denne kendte fremgangsmåde som absorptionsvæske anvendes en vandig NH^-opløsning, og at der til indsprøjtningsfordamperen tilbageføres en oxiderende efterbehandlet saltopløsning, hvis koncentration andrager 50-98% af mætning.

Anvendelsen af en NH^-opløsning som absorptionsvæske medfører, at der vindes et rent ammoniumsulfatprodukt, da både (NH^SO-j og det ved absorptionen yderligere dannede (NH^^CO^ dekomponeres kvantitativt ved de i indsprøjtningsfordamperen herskende temperaturer (normale temperaturer for forbrændingsluftarter), mens (NH^^SO^ ikke dekomponeres ved disse temperaturer. Som følge af denne forskel i dekomponering for de ved den omhandlede fremgangsmåde dannede ammoniumfor-bindelser er det muligt at regulere vaskesystemets pH-værdi inden for vide grænsei; eftersom den til kompensation af de sure komponenter nødvendige basisk reagerende (NH^COg-mængde dekomponeres kvantitativt i indsprøjtningsfordamperen. Den høje opløselighed af ammoniumsaltene samt den derfor stadigt foreliggende høje absorptionsevne sikrer endvidere drift af vaskesystemet ved høje saltindhold, således at der til indsprøjtningsfordamperen kan føres en koncentreret saltopløsning, og der i indsprøjtningsfordamperen, som følge af den kun lille vandmængde, der skal fordampes, kun indtræder en forholdsvis ringe temperatursænkning for luftartstrømmen. Herved sikres selv ved høje svovlindhold i forbrændingsluftarterne og deraf følgende store mængder dannede salte altid den nødvendige absolutte udtørring af den indsprøjtede saltopløsning.

Det eneste, der ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen udtages fra anlægget, er således et tørt, økonomisk anvendeligt slutprodukt.

Sammenlignet med de i øvrigt nævnte kendte fremgangsmåder har fremgangsmåden ifølge opfindelsen følgende væsentlige fordele: 1. Det svovlholdige slutprodukt bliver udtaget direkte som tørt salt sammen med askestøv fra fraskilleren, for eksempel et elektrofilter.

2. Da saltpartiklerne dannes fra opløsningen deraf ved fordampning, er de betydeligt større og dermed lettere at fraskille end sådanne, der opstår ved reaktioner i gasfase (f.eks. ved indblæsning af ammoniak i den varme gas).

3. De i filteret ikke fuldstændigt fraskilte saltpartikler bliver i absorptionstrinnet atter opløst praktisk talt fuldstændigt og dermed fjernet fra forbrændingsluftartertie. Derved bliver processen praktisk taget uafhængig af den i elek-•trofilteret opnåelige fraskillelsesgrad for saltene.

4. Processen indeholder ingen af de sædvanligvis energiintensive regenereringstrin, der er nødvendige for alle kendte absorptionsprocesser.

5. Sammenlignet med processer, der arbejder med regenererbare suspensioner, bortfalder den kostbare transport af belastede og regenererede masser mellem af-svovlnings- og regenerationsanlæg, der for det meste er opstillet på forskellige steder.

4 UÅ906 6. Der optræder ingen slam- og spildvands-problemer.

7. Anvendelsen af vandopløselige salte hindrer enhver form for tilstopningsfare i systemet og forhøjer dermed driftsikkerheden.

Den ud fra et økonomisk synspunkt afgørende fordel ved den foreliggende proces ligger herud over deri, at det totale forbrug af procesvarme udtages på laveste niveau (forbrændingsluftarternes temperatur for det forankoblede kedelanlæg) for fordampningen af saltopløsningen. Ved den for storkedler sædvanlige høje virkningsgrad er det imidlertid på grund af svovlfrysepunktets nærhed ikke tilladeligt at sænke forbrændingsluftarternes temperatur yderligere på dette sted. Kedeludløbstemperaturen må derfor forhøjes svarende til temperatursænkningen i indsprøjtningsfordamperen. Dette betyder imidlertid bortfald af den "kolde ende" ved kedelanlæggets luftforvarmer, der på grund af den ringe temperaturforskel, beregnet på den pr.fladeenhed overførte varmemængde, hører til de specifikt dyreste kedeldele.

Over for det ved andre fremgangsmåder nødvendige yderligere apparative forbrug til regenerationen står ved den foreliggende fremgangsmåde et lavest muligt varmeforbrug under samtidig besparelse af betydelige omkostninger til kedelan lægget.

Fremgangsmåden ifølge opfindelsen og yderligere enkeltheder ved denne er beskrevet nærmere i det følgende under henvisning til tegningen.

De svovlholdige forbrændingsluftarter, der skal renses, og som kommer fra et ikke vist kedelanlæg eller lignende, bliver gennem en ledning 1 ført til en indsprøjtningsfordamper 2, hvori der gennem en ledning 3 og ved hjælp af én eller flere indsprøjtningsdyser 4 indsprøjtes den under totalprocessens forløb dannede koncentrerede saltopløsning. Den til fordampning af forbrændingsluftart-saltopløsnings-blandingen nødvendige varme tages fra forbrændingsluftarterne, idet indløbstemperaturen for forbrændingsluftarterne i indsprøjtningsfordamperen 2 er så høj, at den totale i blandingen foreliggende væske fordamper fuldstændigt. Hvis temperaturen af forbrændingsluftarterne ikke er tilstrækkelig til fordampningen, kan der til indsprøjtningsfordamperen også føres fremmedvarme. De som følge af vandfordampningen i ringe grad afkølede forbrændingsluftarter bliver over en forbindelsesledning 5 ført til et filteranlæg 7 (i udførelseseksemplet vist som et elektrofilter), efter at der ved bunden af indsprøjtningsfordamperen 2 er foretaget fjernelse af eventuelt allerede her udskilte støv- og saltpartikler ved hjælp af et bortføringsorgan 6. I filteret 7 bliver støvet fra forbrændingsluftarterne sammen med de ved fordampningen i indsprøjtningsfordamperen 2 dannede saltkrystaller fraskilt vidtgående og bortført ved hjælp af tragte 8 og 9 og ledninger 10 og 11. De vidtgående støv- og saltfrie forbrændingsluftarter bliver derefter over en yderligere ledning 12 ført til et absorptionstårn 13. Eventuelt kan de fra filteret 7 kommende forbrændingsluftarter føres over en varmeud- 144906 5 veksler og derved afkøles. Hertil findes fortrinsvis en forgreningsledning 14, der går fra ledningen 12 og fører til en varmeudveksler 15. Herfra går en tilbageføringsledning 16 til ledningen 12. I udførelseseksemplet er varmeudveksleren 15 indbygget i den fra absorptionstårnet 13 bortgående ledning 17 for de rensede forbrændingsluftarter. I varmeudveksleren 15 kan de færdigt behandlede forbrændingsluftarter med henblik på formindskelse af deres mætningsgrad forud for passage til den ikke viste skorsten, opvarmes ved hjælp af den frie varme i de fra elektrofilteret 7 kommende for-rensede forbrændingsluftarter.

Afkølingen af de til tårnet 13 førte forbrændingsluftarter og forvarmnin-gen af de fra tårnet 13 bortgående forbrændingsluftarter foregår således ved indbyrdes varmeudveksling.

Det svovldioxid, der er indeholdt i de fra elektrofilteret 7 kommende forbrændingsluftarter (eventuelt også andre sure komponenter) bliver i absorptionstårnet 13 absorberet næsten fuldstændigt og ved kemisk reaktion med en vaskevæske omdannet til de tilsvarende sulfiter eller sulfater. Samtidig bliver de i elektrofilteret 7 ikke-fraskilte saltpartikler igen opløst. Ved hjælp af en blæser 18 bliver de rensede forbrændingsluftarter bortsuget gennem ledningen 17 og den ikke viste skorsten.

I absorptionstrinnet, der er anbragt i den nedre del af absorptionstårnet 13, bliver den i kredsløb førte absorptionsvæske forstøvet eller ved hjælp af indbygninger eller fyldlegemer bragt i intensiv berøring med forbrændingsluftarterne.

I det nederste område af tårnet 13 danner der sig en sump 20 med en overflade 21, hvilken sump består af en koncentreret saltopløsning. Under overfladen 21 findes en udløbsledning 22 med en omløbspumpe 23, der frasuger den koncentrerede saltopløsning fra sumpen 20 og ved hjælp af en ledning 24 og én eller flere fordelerledninger 25 fører den til ét eller flere sprøjtesystemer 26 inden for den nedre del af absorptionstårnet 13. Over en ledning 27 bliver absorptionsvæsken tilført til kredsløbet. Til dette formål udmunder ledningen 27 i ledningen 24. Ved hjælp af en ferskvandsledning 28 bliver der tilført ferskvand til kredsløbet med henblik på opretholdelse af vandbalancen. Over ferskvandsledningen 28 kommer vandet med fordel over en ionbytter 29 og ved hjælp af en tildelingsledning 30 til den øvre del af absorptionstårnet 13. Dette ferskvand tjener samtidig til at tilbagevaske eventuelt medrevet absorptionsvæske i den øvre del af ap-paratet eller til at befri de rensede forbrændingsluftarter for ammoniakdampe under dannelse af ammoniumcarbonat ved omsætning med CO2 fra forbrændingsluftarterne. Dette kraver en intensiv berøring af væske og forbrændingsluftarter, f.eks. ved hjælp af fyldlegemer 19. Ferskvandet afhærdes i ionbyggeranlægget 29 for at undgå dannelse af uopløselige salte under absorptionsprocessen.

De ved udvaskningen i absorptionstårnet 13 dannede salte bliver beriget i kredsløbet 20 til 26. For at opretholde den ønskede koncentration bliver der fra 144906 6 denne saltopløsning udtaget en delstrøm, der føres til indsprøjtningsfordamperen 3. Hertil findes en forgreningsledning 32 for den koncentrerede saltopløsning, hvilken ledning set i strømningsretningen er tilsluttet ledningen 24 efter pumpen 23. For det tilfælde, at den koncentrerede saltopløsning skal befries for mekaniske urenheder, findes et filtertrin 33. Hvis oxidationen af sulfiter til sulfater ikke allerede er foregået i absorptionstårnet 13, kommer saltopløsningen ved hjælp af en ledning 34 til et luftningstårn 35, hvori opløsningsblandingen af sulfit og sulfat (med et lille overskud af carbonat) bringes i intensiv kontakt med luft for herved at opnå oxidationen af sulfiter til sulfater. Den hertil nødvendige luft tilføres hensigtsmæssigt luftningstårnet 35 ved hjælp af en dampstråleinjektor 37 og en lufttilførsels ledning 36. Den til oxidationen ikke krævede gasblanding udtages over en ledning 38 og tilføres absorptionstrinnet ved, at ledningen 38 er tilsluttet ledningen 12. Den luft, der føres til luftningstårnet 35, kan med henblik på at fremme oxidationsreaktionen være podet med ozon eller være forsynet med et andet egnet oxidationsmiddel, såsom hydrogenperoxid. Til dette formål findes en ledning 39. Den til saltopløsningen i luftningstårnet 35 førte dampog luftmængde er afpasset således, at den udsprøjtede saltopløsning under ingen omstændigheder koncentreres yderligere. Også her samler saltopløsningen sig i den ne-derste del af luftningstårnet 35 og danner en sump 40. Ved hjælp af en ved sumpen 40 tilsluttet ledning 41 og en pumpe 42 bliver saltopløsningen ved hjælp af ledningen 3 ført til indsprøjtningsfordamperen 2.

Totalprocessen skal reguleres således, at en hvilken som helst temperatur-, mængde- og koncentrations-ændring i strømmen af forbrændingsluftarter kan opfanges. Reguleringen kan for eksempel foregå på følgende måde: Først bliver fyldningsstanden for sumpen 20 i absorptionstårnet 13 målt, og i afhængighed af denne fyldningsstand reguleres den til absorptionsvæskekredsløbet førte ferskvandmængde. Til dette formål måles ved hjælp af et fyldningsstand-måleorgan 43 højden af sumpen 20, og derved fastsættes overfladen 21. Ud fra denne måling reguleres over en regulerings ledning 44 og ved hjælp af en i ferskvandsledningen 28 indbygget ventil 45 den tilførte ferskvandraængde.

Endvidere kan vægtfylden og ledningsevnen for den fra absorptionsvæskekredsløbet udtagne koncentrerede saltopløsning måles, og ud fra denne måling kan den til indsprøjtningsfordamperen 2 førte saltopløsningsmængde reguleres. Hertil er forgrenings ledningen 32 for den koncentrerede saltopløsning forsynet med et måleorgan 46, der måler vægtfylden af den koncentrerede saltopløsning. Organet 46 for vægtfyldemåling kan også være erstattet med et apparat til måling af ledningsevnen. Ud fra vægtfyldemålingen bliver ved hjælp af en regulerings ledning 48 en i ledningen 32 indbygget ventil 47 sat i funktion, hvilket påvirker den i indsprøjtningsfordamperen indførte saltopløsningsmængde.

Claims (4)

144906 7 Endvidere måles pH-værdien af den fra absorptionsvæskekredsløbet udtagne koncentrerede saltopløsning, og ud fra denne målte pH-værdi reguleres den tilførte mængde af alkaliske komponenter i absorptionsvæsken. Til dette formål er ledningen 32 forsynet med en pH-værdimåler 49, fra hvilken en regulerings ledning 50 er ført til en i ledningen 27 indbygget ventil 51. pH-Værdien af den i kredsløb førte absorptionsvæske, målt i den udtagne delstrøm, indstilles hensigtsmæssigt på fra 4 til 7,8. De nødvendige reguleringsorganer er ikke vist. Endelig bliver den ved hjælp af ledningen 41 fra luftningstårnet 35 bortflydende saltopløsningsmængde ved hjælp af en regulering tilpasset tilstrømningen af saltopløsningsmængde ud fra en måling af sumpstanden i luftningstårnet 35. Et yderligere fyldningsstandmåleorgan 52 måler sumpstanden 40 i den nederste del af luftningstårnet 35 og regulerer over en regulerings ledning 53 den i lednin gen 3 foreliggende ventil 54, således at den fra ledningen 41 bortflydende saltopløsningsmængde er tilpasset efter den ved hjælp af ledningen 34 tilflydende saltopløsningsmængde.

1. Fremgangsmåde til fjernelse af sure komponenter fra forbrændingsluftarter, navnlig svovldioxid, ved hvilken forbrændingsluftarterne i en indsprøjtningsfordamper blandes med en fra fremgangsmåden selv udtaget saltopløsning, hvilken forbrændingsluftart-saltopløsnings-blanding inddampes, og der fra de tørre forbrændingsluftarter næsten fuldstændigt fraskilles støv og saltkrystaller som tør blanding, og forbrændingsluftarterne med de sure komponenter og de ikke fraskilte saltkrystaller, med henblik på absorption af de sure komponenter og udvaskning og genopløsning af de resterende saltkrystaller, bringes i kontakt med en i kredsløb ført absorptionsvæske, i hvilken fordampet vand erstattes med en tilsvarende ferskvandmængde, og hvorfra nævnte saltopløsning udtages og tilbageføres til indsprøjtningsfordamperen, kendetegnet ved, at der som absorptionsvæske anvendes en vandig NH^-opløsning, og at der til indsprøjtningsfordamperen tilbageføres en oxiderende efterbehandlet saltopløsning, hvis koncentration andrager 50-98% af mætning.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at støvet og saltkrystallerne i de tørre forbrændingsluftarter fraskilles i en elektrostatisk fraskiller.

3. Fremgangsmåde ifølge krav 1,kendetegnet ved, at pH-værdien af den i kredsløb førte absorptionsvæske, målt i den udtagne delstrøm, indstilles på fra 4 til 7,8.

4. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at der til den oxiderende efterbehandling af saltopløsningen anvendes ozon.