FI85655C - Foerfarande foer avlaegsnande av so2 ur gasfloeden. - Google Patents

Description

65655

Menetelmä SC^sn poistamiseksi kaasuvirtauksista Tämä keksintö koskee parannusta neste-kaasukontak-tilaitteessa ja -menetelmässä, jossa rikkidioksidi imey-5 tetään nesteeseen tai annetaan reagoida sen kanssa. Eri- tyissovellutuksena on imeytin Wellman-Lord-prosessissa rikkidioksidin poistamiseksi poistokaasuista sulfiitti-vesiliuoksella, erityisesti lämpövoimaloiden savukaasuista, joskin se on yhtä hyvin sovellettavissa sulattojen 10 ja rikkihappolaitosten poistovirtauksiin tai mihin tahan sa rikkidioksidipitoisiin kaasuvirtauksiin.

Vesineste-kaasukontaktilaitetta käyttävän prosessin esimerkissä eli Wellman-Lord-prosessissa rikkidioksidin poistamiseksi savukaasuista käytetään alkalisulfiittivesi-15 liuosta (tavallisesti natriumsulfiitti), joka imeytystor- nissa yhdistyy kemiallisesti rikkidioksidikaasuun natrium-bisulfiitiksi. Prosessiin kuuluu erillinen regenerointilai-te bisulfiitin muuttamiseksi takaisin sulfiitiksi ja rikki-dioksidikaasun ottamiseksi talteen, joka puristetaan ja 20 pullotetaan tai muutetaan rikkihapoksi tai alkuainerikiksi. Hiililämpövoimaloiden savukaasuja varten mukaan liitetään erillinen yksikkö lentotuhkan ja kloridien poistamiseksi.

Koska regeneroivassa Wellman-Lord-prosessissa pääomakustannukset ovat suuret ja tarvitaan paljon energiaa ____· 25 imeyttimessä tapahtuvan paineenalenemisen voittamiseksi, ovat regeneroimattomat savukaasun rikinpoistomenetelmät saavuttaneet viime aikoina suosiota siitäkin huolimatta, että tällaisten menetelmien pääongelmana on muodostuneen kiintojätteen poisto.

30 Käsiteltävänä oleva keksintö merkitsee parannusta imeytyslaitteessa ja sen toiminnassa ja keksinnön menetelmä koskee erityisesti Wellman-Lord-prosessissa käytet-- : · tävää imeytintä, jolloin pääomakustannuksia ja loisener- : gian tarvetta voidaan pienentää siten, että regeneroiva ' . 35 prosessi tulee taloudellisemmaksi ja vältytään samalla regeneroimattomien prosessien kiintojäteongelmalta.

2 85655

Kuvio 1 esittää imeytystornin 10 kaaviota, josta ilmenee nesteen jakelulaite 11, valinnainen täytteen pidätin 12, täytteen kannatin 13 ja tavanomainen kaasunjakelulaite ja tarpeenmukainen nesteenkerääjä 14 sekä nesteen 5 ja kaasun syöttö- ja poistokohdat.

Kuvio 2 esittää räjäytyskatkokuvana osan suositeltavasta nesteenjakelulaitteesta, jossa on syöttökaukalo 20, välike 21 ja virtauksen ohjain 22. Virtauksen ohjaimeen 22 liittyy tiputussormia eli -sauvoja 23, joiden kärjet päätty-10 vät lähelle täytettä, joka näkyy (kaaviomaisesti)kohdassa 24.

Kuvio 3 on ääriviivakaavio kuvion 2 suositeltavan jakelulaitteen yhteenkootuista osista.

Kuvio 4 on kaaviomainen räjäytyssivukuva samanlaisesta järjestelystä kuin kuviossa 2, mutta jossa välike 21 15 on korvattu välikkeillä 25.

Kuvio 5 esittää osan välikkeestä 21 suurennettuna poikkileikkauksena.

Antamalla nesteen jakautua äärimmäisen pienellä nes-teenvirtausnopeudella ja käyttämällä erittäin tehokasta, 20 mielivaltaisesti pakattua täytettä, käsiteltävänä olevalla keksinnöllä voidaan aikaansaada imeytysvaihe yhdellä suhteellisen lyhyellä, täytetyllä pylväällä, jossa paineenale-neminen on pieni, ja ilman imeytysliuoksen uudelleenkierrä-tyksen tarvetta ennen regenerointia.

:25 Torniin yläpäähän syötetyn nesteen virtausnopeus on 2,0 - 41 litraa per minuutti per neliömetri tai edullisemmin 8,2 - 12,2 litraa per minuutti per neliömetri. Käytetään pelkästään tuoretta imeytysliuosta, jota ei kierrätetä. Käytettäessä näin pieniä nesteenvirtausnopeuksia tor-30 nin täyte valitaan siten, että operointi on sopusoinnussa pienen nesteenvirtausnopeuden kanssa. Yhdessä operointityy-pissä käytetään ensisijaisesti pisaroiden yhdistämistä ja erottamista, eikä nesteen levittämistä täytteen laajalle, kostealle pinnalle. Tämän tyyppinen sopiva täyte on .35 Hsian US-patentissa 4 511 519 kuvattu runsaasti ontelolta sisältävä täyte. Tämä patentti on liitetty käsiteltävänä 3 £5655 olevaan patenttihakemukseen viitteenä. Täytteessä on lukuisia tiputuskohtia, sen pinta-ala on suhteellisen pieni, mutta suhteellisen suuri kokonaispituus koostuu kohdistamattomista, keskenään vuorovaikutuksessa olevista reu-5 noista.

Koska käsiteltävänä olevassa keksinnössä käytetään pientä nesteenvirtausnopeutta siten, että nesteen retentio-aika on puolesta kymmenenteen osaan tavanomaisesta retentio-ajasta käytettäessä Wellman-Lord-prosessissa kaukaloilla 10 varustettuja torneja tai useita täytteellisiä, loukkukauka- loilla varustettuja torneja, sulfiitin hapettuminen sulfaatiksi pienenee 50 % ja jopa 90 %. Tämä on tärkeää siksi, että sulfaatti pienentää nesteen imeytyskykyä ja on siten poistettava regenerointiprosessista, mikä lisää prosessin 15 pääoma- ja käyttökustannuksia. Sulfaattisuolat ovat lisäk si kiintojäte, joka on poistettava ympäristölle turvallisella tavalla.

Nesteen jakelemiseksi täytteelle siten, että voidaan hyödyntää pieni virtausnopeus, voidaan käyttää tiputustyyp-20 pistä jakelijaa, jolla aikaansaadaan vähintään 3 ja edullisesti vähintään 6-9 syöttöpistettä tasaisesti jakautuneina 2 0,1 m kohti. Sopiva nesteenjakelija, joka alkuaan on ajateltu poolittomia nesteitä varten, on esitetty US-patentis-sa 4 264 538. Vaikkakin tämän tyyppinen patentissa esitet-25 ty jakelija on suunniteltu orgaanisia nesteitä varten, se on sovellettavissa käsiteltävänä olevana keksintöön varustamalla se alla kuvatulla tavalla hydrofiilisellä pinnoitteella. Voidaan käyttää muun tyyppisiä nesteenjakelijoita ja läpimitaltaan suuremmissa torneissa saattaa ruiskutusko tyyppinen, sopivasti pieniä virtausnopeuksia varten suunniteltu jakelija olla edullinen halvemman hintansa vuoksi. Voidaan käyttää mitä tahansa muun tyyppistä jakelijaa, joka mahdollistaa vaadittavan pienen nesteenvirtausnopeuden. Jos jakelijan teho ei ole riittävä, on täytteen pituutta 35 lisättävä. Voidaan siis käyttää vähemmän tehokkaita jakelu- 4 85655 tapoja, mutta tämä joudutaan maksamaan lisäkustannusten ja syvemmällä täytteessä pakosta syntyvän paineenalennuk-sen muodossa.

Käytettäessä metalli(ruostumaton teräs)kaukalotyyp-5 pistä tai tiputustyyppistä jakelijaa, on nestettä kuljetta vien syöttökaukaloiden ulkopinta päällystettävä hydrofiili-sellä, mikrohuokoisella pinnoitteella, joka mahdollistaa nestekalvon muodostumisen näille pinnoille nesteen virratessa niillä painovoiman vaikutuksesta. Lisäksi päällystet-10 tyjen tiputussormien on ulotuttava lähelle täytteen (tai mahdollisten täytteen pidättimen) pintaa tai kosketettava sitä. Etäisyys ei saa olla olennaisesti suurempi kuin syötettävien nestepisaroiden läpimitta, koska neste tempautuu muuten vastasuuntaisen kaasuvirran mukaan. Tällaisella jär-^ jestelyllä saavutetaan maksimiteho ja vältytään mahdollises ti siltä, että imeyttimen poistopäähän on asennettava huur-teenpoistin.

Seuraavissa esimerkeissä käytettiin US-patentin 4 511 519 kuvioissa 7-10 esitettyä täyte-elementtiä, jon- 20 ka läpimitta on 8,9 cm ja aksiaalikorkeus 3,2 cm. Täytteen pituus on 2,3 m. Käytettiin US-patentissa 3 937 769 kuvat- 2 tua nesteenjakelijaa, jossa oli 9 tiputussormea per 0,1 m .

Jakelijan toimipinnat päällystettiin kulutusta kestävällä, hydrofiilisellä lateksihartsipinnoitteella, joka on kuvat-25 tu US-patentissa 4 467 070 ja jota myy Hydromer, Inc., Whitehouse, N.J. Jakelijassa on myös kuvioiden 2, 3 ja 5 kohdassa 21 näkyvä syvennyksillä varustettu reikälevy. Syvennykset avautuvat vuorotellen vastakkaissuuntiin. Kuvion 5 syvennykset 50 olivat tässä tapauksessa 4,8 mm:n etäi-J syydellä toisistaan 0,2 mm:n teräslevyssä nesteen jakelun helpottamiseksi. Tornin läpimitta oli 76,2 cm. Neste koostui seuraavasti: 1 · • · • · • · 5 £5655

Paino-%

Na2S03 17,4

Na2S205 2,9

Na.SO. 6,0 2 4 5 H20 73,7

Testitulokset ilmenevät taulukosta I.

Taulukosta II ilmenevät jokaisen ajon paineenalene- minen ja laskettu aineensiirtokerroin. Suurimmat aineen- siirtokertoimet saavutettiin ajoissa, joissa kaasunvirtaus- 10 nopeus oli sellainen, että torni toimi panostusvyöhykkees- sä. Tämä merkitsee sitä, että kaasunvirtausnopeus oli niin suuri, että nesteen viipymisaika tornissa piteni ja tämän seurauksena paineenaleneminen ja kaasu-nestekosketus kas- voivat nesteen täyttämän lisätilan ansiosta.

15 Taulukko I

Nesteen Kaasun Kaasun S02-pitoisuus virtaus- virtaus- miljoonasosaa nopeus nopeus Tulo Poisto

Ajo litraa/- litraa/- nro min/m2 min/m2 1 5,916 8861,6 717,2 160 20 2 5,793 16491,7 711,7 220 3 6,405 17231,6 944,5 510 4 12,73 17748,1 1402,1 400 5 6,405 9598,6 1065,7 600 6 13,22 17013,6 676,0 80

-:---25 Taulukko II

Ajo Paineen- Aineensiirtokerroin KGa nro alennus lb—moolia/h.ft .atm_ • ’ cm/HjO/m : 1·· 1 0,0814 13,4 *:’:30 2 0,301 22,1 3 0,332 15,5 4 0,332 28,2 5 0,0875 6,8 6 0,357 39,4 • · · * * 6 V s-/ V/

Yhden täytekerroksen käyttö pienentää suuresti imeyt-timen pääomakustannuksia verrattuna Wellman-Lord-laitoksis-sa nykyään käytettäviin rakenteisiin. Yksi täytekerros vähentää myös suuresti käyttökustannuksia, ensisijaisesti pu-5 hallinhevosvoimien muodossa, jotka tarvitaan kaasun syöttämiseksi imeyttimen läpi, mutta myös eliminoimalla nykyään tarvittavat nesteenkierrätyspumput. Näiden energiansäästöjen saavuttamiseksi täytekerroksessa käytetään mieluiten erittäin tehokasta täytettä, jolla kerroksen maksimipituu-10 della voidaan saavuttaa tarvittava aineensiirtokontaktiteho ja jossa riittävän pieni paineenalennus mahdollistaa energiansäästön .

Käyttämällä tämän keksinnön menetelmässä järjestelyjä, jotka eivät ole optimaalisia, voidaan saavuttaa etuja 15 osittaisten pääoma- ja energiansäästöjen muodossa. Tämä tarkoittaa sitä,että sen sijaan, että korvattaisiin tekniikan tason imeytysprosessien kaikki kierrätyspumppausosastot yhdellä täytekerroksella, yhdistetään muutamia kierrätys-pumppausosastoja kahdeksi tai kolmeksi osastoksi. Näillä 20 osastoilla voidaan edelleen kierrättää nestettä siten, että toiminta tapahtuu nesteen suurella virtausnopeudella, mutta paineenalenemista pystytään yhä jossain määrin pienentämään. Tällöin energiansäästö koostuu muutamien loukku-kaukaloiden eliminoitumisesta. Loukkukaukaloiden eliminoin-.25 ti alentaa myös tuntuvasti pääomakustannuksia, koska louk-kukaukalot ovat ruostumatonta terästä ja siten hyvin kalliita.

On mahdollista käyttää toistakin osaksi yksinkertaistettua rakennetta. Tässä rakenteessa käytetään kahta ker-30 rosta. Yläosastona olisi täyteosasto, johon syötetään jo kerran regeneroitua imeytysliuosta pienellä nesteenvirtaus-nopeudella. Tällä tavoin poistokaasun SOj-pitoisuus on mahdollisimman pieni, koska S02:n höyrynpaine regeneroidussa liuoksessa on pieni. Alakerroksessa kierrätys ta-35 pahtuu suuremmalla nesteenvirtausnopeudella paremman nes- 7 b 5 6 5 5 teenjakelun saavuttamiseksi ja näin voitaneen poistaa mahdolliset suolansaostumisongelmat, jotka johtuvat kuivista alueista.

Niinpä voidaan ilman kierrätyspumppausta käyttää 5 yhtä kerrosta ja pientä nesteenvirtausnopeutta S02:n imeyttämiseksi kaasuvirtauksesta suoraan virtauslähtees-tä tai loppuvaiheena välillä olevasta päästöjen vähentä-mislaitteistosta, johon hiililämpövoimaloissa liittyy len-totuhkan ja kloridien poisto.

10 Normaalikäytössä torniin syötetään tyypillisesti 10-20 %:n stoikiometrinen ylimäärä sulfiitti-imeytysliuos-ta sulfiitin konsentraatiosta ja nesteen ja kaasun syöt-tönopeuksista laskettuna. Mutta joissakin tapauksissa saattaa olla toivottavampaa antaa imeytysnesteen reagoi-15 da täysin tehokkaan regeneroinnin saavuttamiseksi kuin poistaa S02 täysin kaasusta. Tällaisissa tapauksissa nes-tesyötteen on stoikiometrisesti oltava hieman vajaapitoinen.

Claims (10)

1. Menetelmä S02:n poistamiseksi kaasuvirtauksesta, jolloin mainittu kaasuvirtaus syötetään täytteellisen tor- 5 nin alaosaan ja tornin yläosaan syötetään sulfiittivesi-liuosta, ja poistetaan S02:sta puhdistettu kaasu tornin yläosasta ja bisulfiittiliuos tornin alaosasta, tunnettu siitä, että S02 poistetaan mainitusta kaasu-virtauksesta oleellisesti täydellisesti syöttämällä mai-10 nittu kaasuvirtaus kerran tornin läpi, syöttämällä samalla sulfiittivesiliuosta tornin läpi nopeudella 2,0 - 41 1/min/m2.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että nesteen virtausnopeus on 8,9 - 15 12,2 1/min/m2.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että torniin aikayksikköä kohti syötettävän nesteen kokonaissulfiittipitoisuus on vähintään yhtä suuri kuin torniin aikayksikköä kohti syötettä- 20 vän kaasun rikkidioksidipitoisuus.

4. Jonkin patenttivaatimuksista 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sulfiittivesiliuos on alkalisulfiittivesiliuos.

5. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukai- 25 nen menetelmä, tunnettu siitä, että sulfiittive siliuos syötetään tornin yläosaan ruiskutustyyppisellä jakelijalla.

6. Jonkin patenttivaatimuksista 1-4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sulfiittiliuos syö- 30 tetään tornin yläosaan kaukalotyyppisellä jakelijalla.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käytetään jakelijaa, jossa on hyd-rofiilinen pinta, jolta neste valuu täytteelle.

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen menetelmä, t u n-35 n e t t u siitä, että nesteen annetaan valua jakelijalta ' C £ Γ C Q V J U v) ϋ täytteelle mainitulla hydrofiilisellä pinnalla varustetuista tiputussormista.

8 b 5 6 5 5

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käytetään tiputussormia, jotka ovat 5 ruostumatonta terästä ja varustettu hydrofiilisellä orgaanisella pinnoitteella.

10 85655