HU202423B

HU202423B - Method for removing gaseous sulfur compounds from flue gas of boilers

Info

Publication number: HU202423B
Application number: HU854100A
Authority: HU
Inventors: Sirpa Karimaankatu Haemaelae
Original assignee: Tampella Oy Ab; Finnish Joint Stock Company Of
Priority date: 1985-04-24
Filing date: 1985-10-24
Publication date: 1991-03-28
Also published as: LT2549B; ZA858475B; YU44270B; JPS61287419A; FR2580949A1; DK515385A; CS807985A2; CH672266A5; RO93450A; SU1711658A3; ES548286A0; CN1004258B; CN85107964A; BA97189B1; ES8700308A1; DE3539349A1; PL256162A1; DK515385D0; FR2580949B1; CS274269B2

Description

A találmány tárgya eljárás gáz-halmazállapotú 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. 1θ Cirkuláltatott ágyas fluid-ágyas kazánokban kalcium hozzáadás révén a füstgázok kén-dioxid-tartalma akár 90%-kal is csökkenthető, olyan hómérsékleti körülmények között, vagyis 800-1000 °C hőmérsékleten, amely a ké- 15 miai reakciók számára optimális. Az abszorbeált kén-dioxid a kohóból gipsz formájában távozik a hamuval együtt.

Más 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 csók- 25 kenthető, és ezért ezt az eljárást ilyen kazánokban ipari méretekben nem alkalmazták.

Másrészt ismert, hogy a füstgázok kén-dioxid-tartalma különböző adszorpciós eljárásokkal, a kazánon kívül is lecsökkenthető. 30 Egy ilyen, önmagában ismert eljárás, az ún. félszáraz eljárás szerint & 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 eltömódésre, 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- 60 vozó füstgázok gáz-halmazállapotú kénvegyületei, például a kén-dioxid úgy távolítható el, hogy a kénvegyületet szilárd kénvegyületté alakítjuk, amely a gázokból könnyen elvá65 lasztható, és így a kazánok füstgázából 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 szerint úgy járunk el, hogy

a) egy por formájú alkálifém-oxidot és/vagy alkáliföldfém-oxidot és/vagy egy megfelelő, a kazánban oxiddá alakuló vegyületet, például karbonátot, az elégetendő, kéntartalmú tüzelőanyagot és oxigéntartalmú gázt vezetünk a kazánba, vagy a fenti oxidport a kazánból távozó, kén-dioxid-tartalmú füstgázba tápláljuk be,

b) külön vizet és/vagy gőzt vezetünk a kazánba és/vagy a füstgázba, és az oxidot a kén-dioxiddal reagáló hidroxiddá alakítjuk, és végül

c) eltávolítjuk a szilárd részecskéket, amelyek alkálifém- vagy alkáliföldfém-szulfátot és adott esetben -szulfitot tartalmaznak a véggázból.

A találmány azon a felismerésen alapul, hogy a kén-dioxid-eltávolitás szempontjából inaktív kalcium- és magnézium-oxidot in situ alakítjuk át a füstgázokban víz és/vagy gőz segítségével, miközben a megfelelő hidroxidokká alakulnak és a kén-dioxiddal szilárd szulfát/szulfit elegyet képeznek, amelyet a füstgázokból hatékonyan eltávolíthatunk fizikai elválasztási módszerek segítségével.

A por formájú oxidot és/vagy karbonátot a tüzelőanyag kéntartalmának megfelelő mennyiségben oly módon tápláljuk a kazán égésterébe vagy a kazánból távozó füstgázokba, hogy az alkálifém és/vagy alkáliföldfém mennyisége legalább akkora legyen, amekkora a kémiai reakcióegyenlet szerint a kén átalakításához szükséges, de előnyös, ha az oxidot ennél nagyobb mennyiségben tápláljuk be. Ha az oxidot és/vagy karbonátot por formájában, külön vezetjük a kazán égésterébe, vagy az oxidot közvetlenül a füstgáz-vezetékekbe, nem szükséges, hogy egy szuszpenziót képezzünk, amelyet fúvókákon keresztül kell betáplálnunk, igy a fúvókák eltömődése valamint a vizes szuszpenzió készítése és adagolása elkerülhető. Ugyanakkor a szuszpenziós eljárással ellentétben a víz- és gózfúvókákon keresztül történő bevezetése nem bonyolult és könnyű.

A vizet vagy gőzt 50-800 °C, előnyösen 90-200 °C hőmérsékletű füstgázokba vezetjük. Ha az adszorpciós terméket lényegében száraz por formájában kívánjuk kinyerni, a vizet csak olyan mennyiségben alkalmazzuk, amelyet a füstgázok hőenergiája vagy a reakció során képződő hő el tud párologtatni, vagy a rendszert kismértékben fűtjük kívülről.

A találmány szerinti eljárást részletesebben a mellékelt 1. ábrán mutatjuk be, amely az eljárás végrehajtásához megfelelő berendezés vázlatos ábráját szemlélteti.

A rajzon a kazánt 1-es számmal jelöljük. Az 1 kazán égésterébe az égéshez szükséges 4 kéntartalmú tüzelőanyagot, melyet általában előmelegítünk, az 5 oxigéntartalmú gázt, 6* kalcium- és/vagy magnézium-oxidot és/vagy 6 -karbonátot táplálunk be, előnyösen az égéstérben képződő kén-dioxidra számított feleslegben. .Felesleg' kifejezés alatt azt értjük, hogy a kalcium vagy magnézium, vagy a kalcium és magnézium mennyisége, amely kalcium- és/vagy magnézium-oxid és/vagy -karbonát formájában van jelen, nagyobb, mint amennyi az égéstérbe táplált kén reakciójához szükséges lenne a reakcióegyenlet szerint.

A kazánba táplált karbonát a kazánban oxiddá és szén-dioxiddá alakul. Az oxid a kén-dioxiddal reagálva először szulfitot, majd oxidáció után szulfátot képez. Az oxid rövid tartózkodási ideje következtében az oxidnak csak egy része tud a kén-dioxiddal reagálni a reakcióhoz szükséges elegendően nagy hőmérsékleten, és ezért a kalcium- és/vagy magnézium-oxid-tartalmú 8 füstgázok, amelyek égési maradékot és abszorbeálatlan kén-dioxidot is tartalmaznak, a 7 füstgáz-vezetéken keresztül elhagyják az égésteret. Ezen kívül vagy ehelyett úgy is eljárhatunk, hogy a por formájú 6’ oxidot közvetlenül a 7 füstgáz-vezetékbe vagy a kazán után elhelyezkedő 2 reaktorba tápláljuk be.

A gyakorlatban a 8 füstgáz hőmérséklete olyan alacsony, hogy a kalcium- és/vagy magnézium-oxid és a kén-dioxid közötti reakció viszonylag csekély mértékben játszódik le, és az oxidok ilyen körülmények között viszonylag inaktívnak tekinthetők a kén eltávolítása szempontjából. Azonban a 8 füstgázt a 12 hőcserélőben az 1 kazánba bevezetett 5 levegő fűtésére is használhatjuk.

Az 1 kazán égésteréből távozó, kalciumés/vagy magnézium-oxidot és kén-dioxidot tartalmazó 8 füstgázt ezután a 2 reaktorba vezetjük. A kalcium és/vagy magnézium aktiválása céljából vizet vagy gőzt permetezünk a 2 reaktorban lévő füstgázokba, és ez a víz vagy gőz reagálva a kalcium- és/vagy magnézium-oxiddal a megfelelő hidroxidot képezi. A hidroxid a 8 füstgázban még jelenlévő kén-dioxiddal reagál, így a megfelelő szulfit képződik, amely oxigén jelenlétében legalábbis részlegesen a megfelelő szulfáttá oxidálódik.

A 9 víz 2 reaktorba betáplált mennyiségét úgy állítjuk be, hogy a 8 füstgázok hőUululinu elegendő legyen ahhoz, hogy a 2 reaktorba bevezetett víz elpárologjon. így lényegében száraz, hamuszerü termék képződik, amelyet a többi porhoz hasonlóan egy szokványos 3 porleválasztóban különíthetünk el. A 3 porleváasztóból a 11 véggázt a 13 ⁴ kéménybe vezetjük, és a 10 leválasztott port adott esetben további kezelésnek vetjük alá.

A víz és gőz ill. a por formájú oxid bevezetésének módja és sorrendje nem meghatározó. így például a vizet vagy gőzt a kazánba táplálhatjuk, és a por formájú oxidot csak a kazán után elhelyezkedő füstgáz-vezetékbe vagy reaktorba adagolhatjuk. A találmány szerinti eljárás további előnye, hogy bármely égőfejjel ellátott kazánhoz alkalmazható. A kazán mérete nem korlátozza az eljárás használhatóságát, és nem szükséges a kalcium- és/vagy magnézium-oxid cirkuláltatása az égéstérben. Ezáltal elkerülhető a költséges cirkuláltatott ágyas megoldás, amelyhez bonyolult berendezések szükségesek, és elkerülhető az is, hogy fölösleges por képződjön, amelyet szintén el kell különíteni. Az ismert permetezéses módszerhez hasonlítva a viz vagy gőz bepermetezése a 2 reaktorba sokkal kevésbé bonyolult és könynyebben megvalósítható, mint a szuszpenzió permetezése, amelynek keverése nehézkes, és a permetezés során eltörni a fúvóka lyukait.

A találmány 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 teljesítményű porszén tüzelésű kazánba, melyet teljes kapacitással üzemeltetünk. Az égéshez fölöslegben levegőt vezetünk be úgy, hogy a füstgáz oxigéntartalma 4% legyen. Kalciumot, például kalcium-karbonát, dolomit vagy kalcium-oxid formájában táplálunk be a kazánba. Például 90% kalcium-karbonátot tartalmazó kalcium-karbonátot vezethetünk be, változó, a kazánból a füsttel távozó kén mennyiségének megfelelően. A kalcium-karbonát elméletileg ekvivalens mennyisége 3,4 tonna/óra.

A kalcium-karbonát a kazánban magas hőmérsékleten kalcium-oxiddá és szén-dioxiddá bomlik, (1) CaCO3 - CaO + CO2 amelyek a füstgázzal együtt távoznak a kazánból. A kalcium-oxid egy része a kazánban a füstgázokban jelenlévő kén-oxidokkal reagál, és igy kalcium-szulfát vagy -szulfit képződik.

(2) CaO + SO2 + 1/2 O2 - CaSO« vagy

CaO + SO2 ¹ CaSÖ3 CaSO3 + 1/2 O2 - CaSO4

-35 HU 202

A füstgázokba vagy a kazánban, vagy a füstgáz-vezetékben, vagy egy külön reaktorban vizet és/vagy gőzt permetezünk.

Energiatakarékossági szempontból legelőnyösebb az, ha a füstgázok nedvességtartalmát úgy növeljük meg, hogy minden, a hó visszanyerésére szolgáló hőcserélő berendezés után elhelyezkedő külön reaktorban vizet permetezünk bele.

A füstgáz megnövekedett nedvességtartalma következtében az elreagálatlan kalcium-oxidból igen reaktív kalcium-hidroxid képződik, (3) CaO + HzO ---- Ca(0H)2

Ca(0H)2 + SO2 ---- CaS03 + HzO amely gyorsan reagál a füstgázokban jelenlévő kén-oxidokkal. Minél nagyobb a távozó füstgázok nedvességtartalma, annál hatékonyabban távolítható el a kén-dioxid a füstgázokból. Energiatakarékossági szempontból azonban előnyös, ha olyan mennyiségű vizet használunk, amely a kémiai reakciók során

1.

Ca/S Füstgáz ^B> hómérséklets °C

123 B 6 képződő hő el tud párologtatni. Amennyiben meg kívánjuk növelni a füstgázok végsó hőmérsékletét, külső fűtést alkalmazhatunk, vagy pedig meleg füstgáz áramot vezethe5 tünk bele.

Az eljárás szempontjából lényeges, hogy a reakciózónába érkező, kalcium-karbonátból vagy dolomitból származó vegyület oxid-formában van jelen.

Az eredményeket az 1. táblázat tartalmazza, ahol X-os arányban mutatjuk be, hogy a kén-dioxidot milyen mennyiségben tudjuk eltávolítani a füstgázból, ha a találmány szerinti eljárással különböző mennyisé5 gű kalcium-karbonátot táplálunk a kazánba. A kalcium-karbonát mennyiségét a por formájú kalcium-karbonátban jelenlévő kalcium és a kazánba bevezetett tüzelőanyagban lévő kén mólarányában fejezzük ki. A füstgáz hő0 mérsékletét közvetlenül a viz- vagy gözbevezetés helye előtt mértük meg, kivéve azt az esetet, amikor a füstgáz hőmérséklete 800 °C voll, ekkor ugyanis a vizet vagy gőzt közvetlenül a kazánba vezettük.

táblázat

Füstgáz hömérsék- SO2 csökletw °C kenés X

0,48	800*1	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 vezetünk a kazánba

B) közvetlenül a viz betáplálási helye előtt

2. példa

45X kalcium-karbonátot, 45X magnézium-karbonátot és 10X szennyezést tartalmazó dolomitot táplálunk az 1. példa szerinti, porszénnel üzemelő kazánba, ugyanolyan körülmények között. A betáplált kén mennyiségéhez 6,8 tonna/óra mennyiségű dolomit szükséges a reakcióegyenlet alapján.

A dolomitban lévő kalcium- és magnézium-karbonát a kazánban kalcium-oxiddá, magnézium-oxiddá és szén-dioxiddá bomlik, ^5 amely a füstgázokkal együtt távozik a kazánból. Az oxidok egy része a kazánban a füstgázokban jelenlévő kén-oxidokkal reagál, igy szulfát vagy szulfit képződik.

Vizet és/vagy gőzt permetezünk a füstgázba vagy a kazánban, vagy a füstgáz-vezetékben, vagy pedig a füst-vezeték után elhelyezkedő reaktorba, igy a kazánban el nem reagált oxidok a megnövekedett nedvességtartalom következtében hidroxiddá alakulnak. A hidroxidok a füstgázban jelenlévő kén-oxidokkal reagálnak, és igy por formájú reakciótermék képződik.

Ha dolomitot alkalmazunk, az igen reakcióképes kalcium-hidroxid még az előtt reagál a kén oxidokkal, mielőtt a kevésbé reakcióképes magnézium-hidroxid reakcióba léphetne. igy ha elegendő mennyiségű kalciumot alkalmazunk, a magnézium-hidroxid majdnem teljesen elreagálatlanul halad át a reaktoron. Ha a kalcium és kén mólaránya egynél nagyobb, az eljárás eredménye lényegében az

1. táblázatban megadott megfelelő értékekkel azonos.

Claims

SZABADALMI IGÉNYPONTOK

10% szennyezést tartalmazó kalcium-oxidot táplálunk az 1. példa szerinti kazánba a megfelelő működési körülmények mellett. A kazánba bevitt kénmennyiségnek elméletileg 1,9 tonna/óra kalcium-oxid szükséges az átalakításhoz.

A füstgázokban jelenlévő kén-oxidokkal a kalcium-oxid egy része reagál a kazánban, és így kalcium-szulfát vagy -szulfit képződik.

Vizet és/vagy gőzt permetezünk a füstgázba vagy a kazánban, vagy a füstgáz-vezetékben, vagy pedig a füstgáz-vezeték után 15 elhelyezkedő külön reaktorban.

A nedvességtartalom megnövekedése következtében a kalcium-oxid igen reakcióképes kalcium-hidroxiddá alakul, amely gyorsan reagál a füstgázban még jelenlévő kén-oxidok- 20 kai. Minél nagyobb a távozó füstgáz nedvességtartalma, annál hatékonyabban távolítható el a kén-dioxid a füstgázból. Energiamegtakaritás szempontjából azonban előnyös, ha olyan mennyiségű vizet alkalmazunk, amelyet 25 a kémiai reakció során felszabaduló hő el tud párologtatni.

Mikor a kalciumot betápláljuk kalciumoxid formájában, a kénhez viszonyított mólaránytól függően az eredmények lényegében 30 az 1. példa 1. táblázatában megadottal azonosak.

1. Eljárás gáz halmazállapotú kénvegyületek, mint például kén-dioxid eltávolítására

5 kazánok füstgázából, azzal jellemezve, hogy egy por formájú alkálifém-oxidot és/vagy alkáliföldfém-oxidot és/vagy a kazánban oxiddá alakuló vegyületet, például karbonátot, az elégetendő, kéntartalmú tüzelőanyagot (4) és 10 oxigéntartalmú gázt (5) vezetünk a kazánba (1), vagy az oxidport a kazánból távozó, kén-dioxid-tartalmú füstgázba (8) tápláljuk, külön vizet (9) és/vagy gőzt permetezünk a kazánba (1) és/vagy a füstgázba (8), így az oxidot a kén-dioxiddal reagáló hidroxiddá alakítjuk, és az alkálifém- vagy alkáliföldfém-szulfátot és adott esetben szulfitot tartalmazó szilárd reakcióterméket (10) elkülönítjük a véggáztól (11).
2. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a por formájú vegyületet a füstgázban jelenlévő kénre számított fölöslegben vezetjük a füstgázba.
3. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a vizet (9) és/vagy gőzt 50-800 °C, előnyösen 90-200 °C hőmérsékletű füstgázba (8) vezetjük.
4. Az 1-3. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a vizet (9) maximum olyan mennyiségben permetezzük a füstgázba (8), amelyet a füstgáz hőenergiája és a reakció során képződő hó elpárologtatni képes.
5. Az 1-3. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a szilárd anyagok leválasztása előtt külső hőközléssel kismértékben felmelegítjük a reaktorban lévő füstgázt.
6. Az 1-5. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy por alakú termékként kalcium-karbonátot, kalcium/magnézium-karbonátot és/vagy a megfelelő oxidokat alkalmazzuk.