HU202422B - Method for removing gaseous sulfur compounds from flue gas of boilers - Google Patents

Description

A találmány tárgya eljárás gázhalmazállapotú kénvegyületek és kén-dioxid eltávolítására kazánokból távozó füstgázokból, melyek kéntartalmú üzemanyagokkal, például szénnel vagy olajjal üzemelnek. 5

Korábban már ismeretes volt, hogy a kazánból távozó füstgáz kén-dioxid tartalma úgy csökkenthető, hogy kalcium-oxidot, kalcium-karbonátot vagy egyéb más alkalikus vegyületet adagolnak a kazán égésterébe. 10 Cirkuláltatott ágyas fluid-ágyas kazánokban kalcium hozzáadás révén a füstgázok kén-dioxid tartalma akár 90%-kal is csökkenthető, olyan hőmérsékleti körülmények között, vagyis 800-1000 °C hőmérsékleten, amely a 15 kémiai reakciók számára optimális. Az abszorbeált kén-dioxid a kohóból gipsz formájában távozik a hamuval együtt.

Hás kazánokban, ahol magasabb hőmérséklet alkalmazása szükséges, mint a fentiek- 20 ben említett, és ahol az adalékanyag a hatását csak rövid idő alatt tudja kifejteni az égés természete miatt, várható, hogy a füstgáz kén-dioxid tartalma sokkal kevésbé, kb. 50%-kal, vagy még ennél is kevesebbel csők- 25 kenthető, és ezért ezt az eljárást ilyen kazánokban ipari méretekben nem alkalmazták.

Másrészt ismert, hogy a füstgázok kén-dioxid tartalma különböző abszorpciós eljárásokkal, a kazánon kívül is lecsökkenthető. 30 Egy ilyen, önmagában ismert eljárás, az un. félszáraz eljárás szerint a kazánból távozó füstgázt egy külön reaktorba vezetik, amelybe kalcium-hidroxid vizes szuszpenzióját fecskendezik speciális fúvókákon keresztül a 35 gázba finom cseppecskék formájában. A reaktor általában viszonylag nagy térfogatú, amelyben a füstgázok sebessége lecsökken, és a vizes szuszpenziót felülről lefelé, a reaktor tetejéről fecskendezik a gázba. A re- 40 aktor-hőmérséklet ebben az időben kb. 50-80 °C, és a kalcium-hidroxid vizes oldatának permetezésének ellenőrzése rendkívül fontos, mivel a túlságosan nagy cseppek a reaktor aljában folyadék formájában megmaradnak. A 45 kalcium-hidroxid szuszpenzió sűrűségét akkorára kell beállítani, hogy a füstgázok hőmérsékletén a reaktorba belépő víz elpárologjon, igy az adszorpciós termék szilárd, száraz por formájában nyerhető. Ezzel az el- 50 járással a kén-dioxid akár 90%-a is eltávolítható. Az eljárás hátránya, hogy a fúvókák hajlamosak az eltömődésre, a kalcium-hidroxid vizes szuszpenzió előállításához és adagolásához külön berendezés szükséges, amely 55 révén a beruházási költségek megnőnek, valamint a permetezés során a cseppecske méretet feltétlenül ellenőrizni kell, amely problémát jelent.

A jelen eljárás révén a kazánokból tá- θθ vozó füstgázok gáz halmazállapotú kén-vegyületei, például a kén-dioxid úgy távolítható el, hogy a kén-vegyületet szilárd kén-vegyületté alakítjuk, amely a gázokból könnyen elválasztható, és így a kazánok füstgázából 55 egyszerű és gazdaságos módon választható le.

A találmány szerinti eljárás jellemzőit a mellékelt igénypontok tartalmazzák.

A találmány szerinti eljárás során a gáz halmazállapotú kén-vegyületekkel, különösen kén-dioxiddal reagáló anyagot valamint vizet vezetünk a kazánba külön-külön. igy a szuszpenzió készítése, kezelése és betáplálásából eredő problémák kiküszöbölhetők.

A találmány szerinti úgy járunk el, hogy a egy elporított alkálifém-hidroxidot és/vagy alkáliföldfém-hidroxidot, a kéntartalmú elégetendtő anyagot valamint oxigént tartalmazó gázt vezetünk a kazánba, vagy a kazánból távozó kén-dioxid tartalmú füstgázokba, b vizet é6/vagy gőzt permetezünk külön a kazánba és/vagy a füstgázba, és végül c az alkálifém- és/vagy alkáliföldfém-szulfátot ill. adott esetben -szulfitot tartalmazó szilárd anyagot elválasztjuk a véggázokból.

A találmány azon a felismerésen alapul, hogy a hidroxidot por formájában is bevezethetjük a füstgázokba, ahol in situ aktiváljuk víz és/vagy gőz segítségével. Kén-dioxiddal történő reagálása során szulfát/szulfit elegy képződik, amely a füstgázokból könnyen eltávolítható szokványos fizikai és elválasztási módszerekkel.

A por alakú hidroxidot a tüzelőanyag kéntartalmának megfelelő megfelelő mennyiségben oly módon tápláljuk a kazán égésterébe vagy a kazánból távozó füstgázokba, hogy az alákálifém- és/vagy alkáliföldfém mennyisége a reakcióegyenletben megadott, kénhez viszonyított mólarányú, vagy előnyösebben a reakcióhoz szükségesnél nagyobb mennyiségű legyen. Ha a hidroxidot por formájában elkülönítve vezetjük a kazán égésterébe vagy a füstgáz vezetékbe, egyszerű, például pneumatikus készülékeket alkalmazhatunk, és a fúvókák eltömődése valamint a vizes szuszpenzió készítése és kimérése elkerülhető. Ugyanakkor a víz vagy gőz fúvókákon keresztül történő bevezetése egyáltalán nem komplikált és könnyű.

A vizet vagy gőzt a füstgázokba a gyakorlatban 50-800 °C hőmérsékleten, előnyösen 90-200 °C hőmérsékleten vezetjük be. Ha az adszorpciós terméket lényegében száraz por formájában kívánjuk kinyerni, a vizet csak olyan mennyiségben permetezzük be, amely mennyiséget a füstgázok el tudnak párologtatni.

A találmány szerinti eljárást részletesebben a mellékelt 1. ábrán mutatjuk be, amely az eljárás végrehajtásához megfelelő berendezést mutat be.

Az 1. ábrán a kazánt 1-es számmal jelöljük. Az 1 kazán égésterébe a 4 kéntartalmú, elégetendő anyagot, egy 5 oxigén-tartal-23 mú gázt és 6 por formájú, kalcium- és/vagy magnézium-hidroxidot vezetünk, előnyösen az égéstérben képződő kén-dioxid gázra számított feleslegben. A .felesleg' kifejezés alatt azt értjük, hogy a kalcium- és/vagy magnéziura-vegyület mennyisége nagyobb, mint amennyi elméletileg szükséges lenne a reakcióegyenletnek megfelelően a kén-dioxiddal történő reakcióhoz az égéstérben.

A kazánban betáplált hidroxidot először oxiddá dehidratáljuk. Az oxid reagálhat a kén-dioxiddal, először szulfitot, majd ezt oxidálva szulfátot képezve. A kazán rövid retenciós ideje következtében az oxidnak csak egy része tud a kén-dioxiddal reagálni a reakcióhoz megfelelően megás hőmérsékleten, és ezért a kazán égésteréből a 8 égési maradékokat és gőzt valamint abszorbeálatlan kén-dioxidot tartalmazó füstgázok a 7 füstgáz vezetéken keresztül távoznak el.

Gyakorlatilag a 8 füstgázok hőmérséklete olyan alacsony, hogy a kalcium- és/vagy magnézium-oxid és a kén-dioxid közötti reakció viszonylag kismértékű, és így ilyen körülmények között a kén eltávolítása szempontjából az oxidok inaktívnak tekinthetők. Ha a füstgázok hőmérséklete lecsökken, az oxidok a füstgázokban jelenlévő gőzzel hidroxidot képezhetnek. így előnyös, ha a por formájú hidroxidot közvetlenül a 7 füstgáz vezetékbe vagy a 2 reaktorba tápláljuk ezt követően. Ezen kívül a 8 füstgázok a 12 hőcserélőben az 1 kazánba betáplált 5 levegő felfűtésére is használhatók.

Az 1 kazán égésteréből távozó, kalciumés/vagy magnézium-oxidot és adott esetben kalcium- és/vagy magnézium-hidroxidot tartalmazó füstgázokat ezután a 2 reaktorba vezetjük. Az oxid és/vagy hidroxid aktiválása céljából vizet vagy gőzt vezetünk a 2 reaktor füstgázaiba, és ez a viz vagy gőz reagál a kalcium- és/vagy magnézium-oxiddal és a megfelelő hidroxid képződik. A füstgázokban adott esetben jelenlévő hidroxid is aktiválódik ezalatt. A hidroxid a 8 füstgázokban még jelenlévő kén-dioxiddal reagál és a megfelelő szulfit képződik, amely oxigén jelenlétében legalábbis részlegesen a megfelelő szulfáttá oxidálódik. A 2 reaktorba betáplált 9 víz mennyiségét olyan kicsire állítjuk be, hogy a 8 füstgázok hőtartalma elegendő legyen a 2 reaktorba bevezetett viz elpárologtatásához. így lényegében száraz, hamuszerű reakciótermék képződik, amelyet a többi porhoz hasonlóan egy szokványos 3 porleválasztóban különíthetünk el, mely 3 porleválasztóból a 11 véggázokat a 13 füstvezetékbe vezetjük, és a 10 leválasztott port adott esetben további kezelésnek vetjük alá.

A víz és a hidroxid hozzáadásának sorrendje nem lényeges. így például lehetséges, hogy a vizet vagy gőzt a kazánba vezessük, mig a por formájú hidroxidot csak a kazán után adjuk a füstgázokhoz akár a füstgáz vezetékben, akár a kazánt követő reaktorban.

A találmány egyik további előnye, hogy bármely égőfejjel ellátott kazánhoz alkalmazható. A kazán mérete nem korlátozza az eljárás használhatóságát, és nem szükséges a kalcium- és/vagy magnézium-hidroxid cirkuláltatása az égéstérben. Ezáltal elkerülhető a költséges cirkuláltatott ágyas megoldás, amelyhez bonyolult berendezések szükségesek, és elkerülhető az is, hogy működési elvéből kifolyólag fölösleges por képződjön, amelyet el kell különíteni. Az ismert permetezéses módszerhez hasonlítva a viz vagy gőz bepermetezése a 2 reaktorba sokkal kevésbé bonyolult és könnyebben megvalósítható, mint a szuszpenzió permetezése, amelynek keverése nehézkes és eltörni a fúvóka lyukait.

A találmányt az alábbi példákkal szemléltetjük anélkül, hogy a találmányt a példákra korlátoznánk.

1, példa

1,4% ként tartalmazó szenet táplálunk 70 tonna/óra sebességgel egy 600 MW porszén tüzelésű kazánba, amelyet teljes kapacitással üzemeltetünk. Az égéshez fölösleges mennyiségű levegőt vezetünk be úgy, hogy a füstgázok oxigén tartalma 4% legyen.

90% kalcium-hidroxid tartalmú technikai minőségű kalcium-hidroxidot táplálunk a kazánba változó mennyiségben, a kéményből távozó füstgáz kéntartalmának megfelelően. Az elméletileg szükséges betáplálás a fenti kalcium-hidroxidból kb. 2,5 tonna/óra.

Kalcium-hidroxidot és vizet és/vagy gőzt permetezünk a füstgázokba vagy a füstgáz vezetékben, vagy a füstgáz vezeték után kővetkező külön reaktorban.

Az energiagazdálkodás szempontjából az a legelőnyösebb, ha a füstgázok nedvességtartalmát víz bepermetezésével növeljük meg egy külön reaktorban, amely minden, a hő visszanyerésére szolgáló hőcserólö berendezés után helyezkedik el.

A füstgázok megnövekedett nedvességtartalma következtében a kalcium-hidroxid nagymértékben reaktívvá vélik, és gyorsan reagál a füstgázban jelenlévő oxidokkal. Minél nagyobb a távozó füstgázok nedvességtartalma, annál hatékonyabban távolítható el a kén-dioxid a füstgázokból. Energiatakarékossági szempontból azonban előnyös, ha olyan mennyiségű vizet adagolunk, amelyet a kémiai reakciók sorén képződő hő el tud párologtatni. Kívánt esetben a füstgázok végső hőmérséklete úgy növelhető meg, hogy vagy külső fűtést alkalmazunk, vagy pedig meleg füstgáz áramot vezetünk be.

A eredményeket a következő táblázatban foglaljuk össze, amely %-os arányban mutatja, hogy a kén-dioxidot milyen mennyiségben

-3δ

HU 202422 Β tudtuk eltávolítani a füstgázból, ha a találmány szerinti eljárással különböző mennyiségű kalcium-hidroxidot vezettünk a kazánba.

A kalcium-hidroxid mennyiségét a por formájú kaleium-hidroxidban lévő kalcium és a ka- 5 zánba bevezetett tüzelőanyagban lévő kén mólarányában fejezzük ki. A füstgáz hőmérsékletét közvetlenül a víz- vagy gőzbevezetés helye előtt mértük meg, kivéve azt, amikor a füstgáz hőmérséklete 800 °C volt, ami- 10 kor a vizet vagy gőzt közvetlenül a kazánba vezettük.

1. táblázat

Ca/S	B)
A füstgáz hőmérsékletes (°C)	A füstgáz hőmérsékleten (°C)	SŰ2 csökkenésit
0,48	800*>	108	42
0,52	50	65	56
1,52	202	74	77
1,56	90	68	82
2,20	200	72	87
2,22	120	62	96
2,3	110	68	93
2,5	90	66	97
4,1	800	110	72
4,0	120	68	98

A) vizet, vagy gőzt permeteztünk a kazánba

B) közvetlenül a víz betáplálás! pontja előtt

2. példa

45% kalcium-hidroxidot, 45% magnézium-hidroxidot és 10% szennyezést tartalmazó kalcium/magnézium-hidroxidot táplálunk az 1. példa szerinti kazánba ugyanolyan körülmények között. A kalcium/magnézium-hidroxidot és vizet és/vagy gőzt a füstgázba vagy a kazánban vagy egy külön, a kazán után elhelyezkedő reaktorban tápláljuk be.

A nedvességtartalom növekedése következtében főleg a kalcium-hidroxid válik nagymértékben reakcióképeesé, miközben gyorsan reagál a füstgázokban jelenlévő kén-oxidokkal. Ha a kaleium-hidroxidban lévő kalcium mólaránya a kénhez viszonyítva legalább 1, a reakció elsődlegesen a kalcium-hidroxid és a kén oxidjai között megy végbe, és a magnézium-hidroxid, melynek reakcióképessége kisebb, lényegében változatlanul halad a reakciózónán keresztül.

Ha a kalcium-hidroxidot és magnézium-hidroxidot a forró füstgázba vezetjük be, akkor vagy a magnézium-hidroxid alakul ét magnézium-oxiddá és vizzé, vagy a kalcium/magnézium-hidroxid teljes mennyisége kalcium-oxiddá, magnézium-oxiddá és vízzé alakul. Ebben az esetben mindkét oxid önmagában is reagálhat a kén oxidjaival, és ha a füstgázok lehűltek és a nedvességtartalmuk megnő, újra hidroxiddá alakulhatnak át, amelyek a kén oxidjaival tovább reagálhatnak. Ha kalcium és a kén mólaránya legalább 1, a reakció ered50 ménye és körülményei lényegében az 1. táblázatban megadott értékekkel megegyeznek, mivel a kalcium-vegyület nagyobb reakciókészségű.

Claims (5)

1. Eljárás gáz halmazállapotú kén-vegyületek, például kén-dioxid eltávolítására kazánok füstgázából, azzal jellemezve, hogy 5 egy por formájú alkálifém-hidroxidot és/vagy alkáliföldfém-hidroxidot, a kéntartalmú tüzelőanyagot (4) és egy oxigén tartalmú gázt (5) táplálunk a kazánba (1) vagy a kazánból távozó kén-dioxid tartalmú füstgázba (8), majd 10 ezután vizet (9) és/vagy gőzt permetezünk külön a kazánba (1) és/vagy a füstgázokba (8), és végül a kapott szilárd reakcióterméket (10), 15 mely alkálifém-szulfátot és/vagy alkáliföldfém-szulfátot és adott esetben szulfitot tartalmaz elválasztjuk a véggázoktól (11).

2. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy por formájú hidroxidot táp- 20 lálunk be a füstgázokban jelenlévő kénre számított feleslegben.

3. Az 1. vagy 2. igénypontok szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy vizet (9) és/vagy gőzt permetezünk be, 50-800 °C, 25 előnyösen 90-200 °C hőmérsékletű füstgázokba (8).

4. Az 1-3. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy vizet (9) permetezünk a füstgázokba (8) maximum 30 olyan mennyiségben, amelyet a füstgázok termikus energiája és a rakció közben képződő hó elpárologtatni képes.

5. Az 1-4. igénypontok bármelyike szerinti eljárás azzal jellemezve, hogy a hidr- 35 oxidot kalcium-hidroxid vagy kalcium/magnéziura-hidroxid keverék formájában tápláljuk be.