NL8503081A

NL8503081A - Werkwijze voor het verwijderen van gasvormige zwavelverbindingen, zoals zwaveldioxyde, uit de verbrandingsgassen van een oven.

Info

Publication number: NL8503081A
Application number: NL8503081A
Authority: NL
Original assignee: Tampella Oy Ab
Priority date: 1985-04-24
Filing date: 1985-11-08
Publication date: 1986-11-17
Also published as: FR2580950B1; CH672265A5; ES8700307A1; DK515485D0; CS808085A2; FR2580950A1; YU173285A; CA1289336C; IT8567943A0; PL148176B1; NZ213859A; JPS61287420A; BG60231B2; DD240839A5; AU579902B2; FI78846B; DK515485A; RO93449A; JPH0415007B2; PL256163A1

Description

» ss

S5.3109/3a/vL

Korte aanduiding: Werkwijze voor het verwijderen van gasvormige zwavelver-bindingen, zoals zwaveldi0x7de, uit de verbrandingsgassen van een oven

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het verwijderen van gasvormige zwavelverbindingen, zoals zwaveldi0x7de, uit de verbrandingsgassen van een oven die zwavel bevattende brandstof, kolen of olie verbrandt.

Het is bekend om het zwaveldioxydegehalte van de verbrandingsgassen van 5 een oven te verminderen door calciumox7de, calciumcarbonaat of een andere alkalische verbinding in de verbrandingskamer van de oven toe te voegen.

In een oven met een gefluzdiseerd bed waarin het bed circuleert is het mogelijk om met behulp van een calciumtoevoeging het zwaveldioxydegehalte van de verbrandingsgassen met zelfs 90% te verminderen wanneer de oven in het 10 temperatuurgebied dat optimaal is voor de chemische reacties, te weten 800-1000°C functioneert. Het op die manier geabsorbeerde zwaveldioxyde verlaat de oven in de vorm van gips, tezamen met de vliegas.

In andere ovens, waarin het noodzakelijk is om temperaturen toe te passen die hoger zijn dan de hierboven genoemde en waarin de retentie van de 15 toevoeging kort is als gevolg van de aard van de verbranding, wordt verwacht dat de vermindering van het zwaveldiox7degehalte van de verbrandingsgassen aanzienlijk lager blijft, ongeveer 50% of minder, en daarom is deze werkwijze voor dergelijke ovens niet op industriële schaal toegepast.

Anderzijds is het bekend dat het zwaveldiox7degehalte van verbrandings-20 gassen verminderd kan worden door verschillende absorptiewerkwijzen buiten de oven. Sen van dergelijke werkwijzen die op zich bekend is, is de zogenaamde sproei- of half droge werkwijze, waarin het verbrandingsgas dat de oven verlaat in een aparte reactor wordt gevoerd, waarin een waterige brij van calciurmydrosyde in de vorm van kleine druppeltjes door specifieke sproeiers 25'wordt gesproeid. De reactor is tTpisch een tamelijk groot vat, waarin men de snelheid van de verbrandingsgassen laat verminderen en waarbij de waterige brij van boven naar beneden wordt gesproeid, vanaf het bovengedeelte van het vat. De temperatuur van de reactor is op dat moment 5O-80°C, en de regeling van het sproeien van de waterige brij van calciumh7dr0x7de is uiter-30 mate belangrijk, aangezien druppels die te groot zijn als vloeistof op de bodem van de reactor zullen blijven. De viscositeit van de waterige brij van calciumh7droxvde dient op een dusdanig niveau gehandhaafd te worden dat de wamte-inhoud van de verbrandingassen het water dat de reactor binnenkomt, -* ί -2- zou verdampen, zodat het adsorptieprodukt in de vorm van een droog produkt gewonnen kan worden. Met deze werkwijze is het mogelijk om wel 90$ van het zwaveldioxyde te verwijderen. De nadelen van deze werkwijze omvatten de neiging van de sproeier om verstopt te raken, een extra bereidings- en af-5 meetinrichting voor de waterige brij van calciumhydroxyde, wat de investeringskosten verhoogt en problemen bij het regelen van de druppelafmeting gedurende het sproeien.

De onderhavige uitvinding heeft ten doel om een werkwijze voor het verwijderen van gasvormige zwavelverbindingen, zoals zwaveldioxyde, uit de 10 verbrandingsgassen van een oven te verschaffen, bij welke werkwijze de gas-vormige zwavelverbindingen in vaste zwavelverbindingen kunnen worden omgezet die gemakkelijk uit de gassen kunnen worden afgescheiden en daardoor effektief uit de verbrandingsgassen van een oven, op een eenvoudige en economische manier, verwijderd kunnen worden.

15 De belangrijkste kenmerkende eigenschappen van de uitvinding worden in de begeleidende conclusies gegeven.

In de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding, worden een stof die reageert met gasvormige zwavelverbindingen, en in het bijzonder met zwaveldioxyde, en water afzonderlijk in het proces toegevoerd, waarbij de pro-20 blemen van bereiden, behandelen en toevoeren van een brij vermeden worden, op de volgende manier: a) een poedervormig alkalimetaalhydroxyde en/of aardalkalimetaalhydroxyde wordt toegevoerd, tezamen met het te verbranden, zwavel bevattende materiaal en een zuurstofdragend gas, in de oven of in de zwaveldioxyde bevattende 25 verbrandingsgassen die de oven verlaten, b) water en/of stoom wordt afzonderlijk toegevoerd in de oven en/of in de verbrandingsgassen en tenslotte c) de vaste stof die als reactieprodukt wordt verkregen, die alkalimetaal-en/of aardalkalimetaal-sulfaat en mogelijk sulfiet bevat, uit de gassen 30 wordt afgescheiden.

De grondgedachte van de uitvinding is derhalve dat het hydroxyde in de verbrandingsgassen wordt toegevoerd in de vorm van een poeder en dat slechts in situ wordt geactiveerd in de verbrandingsgassen met behulp van water en/of stoom, waarbij het met zwaveldioxyde reageert en een sulfaat/ 35 sulfietmengsel vormt dat daarna effektief uit de verbrandingsgassen met behulp van gebruikelijke fysische scheidingsmethoden kan worden verwijderd.

-u V. ^ j J

V A

-3-

Een poedervormig hydroxyde -wordt in de verbrandingskamer van de oven tcegevoerd, of in de verbrandingsgassen die uit de ovens ontwijken, in overeenstemming met bet zwavelgehalte van de brandstof op zodanige wijze dat de hoeveelheid alkali- en/of aardalkalimetaal in de moleculaire verhouding 5 volgens de reaetievergelijking, tenminste de hoeveelheid die equivalent is met het zwavel bedraagt, bij voorkeur echter groter is dan de hoeveelheid die voor de reactie noodzakelijk is. Bij afzonderlijke toevoer van hydroxyde in de vorm van poeder in de verbramdingskamer, of in de verbrandingsgasleiding, is het mogelijk om eenvoudige toevoerinrichtingen te gebruiken, 10 bijvoorbeeld pneumatische typen, waarbij verstoppen van de sproeiers en het gebruik van extra bereidings- en toevoerinrichtingen voor een waterige brij worden vermeden. Respectievelijk zijn de toevoer van water en stoom door sproeiers ongecompliceerd en gemakkelijk.

De toevoer van water of stoom van de verbrandingsgassen wordt in de 15 praktijk uitgevoerd bij een temperatuursgebied van 50-800°C, bij voorkeur in het temperatuursgebied van 90-200°C. Indien het wenselijk is om het absorptieprodukt in hoofdzaak in de vorm van droog poeder te winnen, wordt bij het sproeien slechts een zodanige hoeveelheid water gebruikt dat de thermische energie van de verbrandingsgassen voldoende is om het verdampen.

20 De uitvinding wordt hierna meer in detail met behulp van de begelei dende tekening beschreven, welke schetsmatig een inrichting voor het uitvoeren van de werkwijze volgens de uitvinding weergeeft.

In de tekening wordt de oven in het algemeen aangegeven met verwijzings-cijfer 1. Het te verbranden zwavelbevattende materiaal 4, een zuurstofdra-25 gend gas 5 en een poedervormig calcium en/of magnesiumhydroxyde 6, worden in de verbramdingskamer van de oven 1 toegevoerd, bij voorkeur in overmaat ten opzichte van het zwaveldioxydegas dat in de verbramdingskamer gevormd wordt. Met de uitdrukking "in overmaat" wordt in dit verband bedoeld dat de hoeveelheid van de calcium, magnesium of calcium en magnesiumverbinding 30 groter is dan in theorie volgens de reaetievergelijking nodig zou zijn, om met alle swaveldioxyde dat in de verbramdingskamer gebracht wordt te reageren.

Het in de oven gebrachte hydroxyde wordt eerst in de oven tot oxyde ge-dehydrateerd. Het oxyde op zijn beurt kan met het zwaveldioxyde reageren, 35 eerst onder vorming van sulfiet en, wanneer het daarna geoxydeerd wordt, tot sulfaat. Als gevolg van de korte retentietijd in de oven heeft slechts -k- een deel van de oxyde tijd om te reageren met zwaveldioxyde bij een temperatuur die, in termen van de reactie, voldoende hoog is, en om deze reden verlaten caleiumoxyde en/of magnesiumoxyde dragende verbrandingsgassen 8, die verbrandingsresidu en stoom, en eveneens niet geabsorbeerd zwaveldioxy-5 de bevatten, de verbrandingskamer van de oven door verbrandingsgasleiding J.

In de praktijk is de temperatuur van de verbrandingsgassen 8 zo laag dat de reactie tussen calcium en/of magnesiumoxyde en zwaveloxyde betrekkelijk gering is, en onder die omstandigheden kunnen de oxyden in termen van zwavelverwij dering als inactief -worden beschouwd. Wanneer de temperatuur van 10 de verbrandingsgassen afneemt, kunnen de oxyden met de in de verbrandingsgassen aanwezige stoom reageren en weer tot hydroxyde worden omgezet..

Het verdient derhalve de voorkeur om het poedervormige hydroxyde direkt in de verbrandingsgasleiding 7 in te voeren of in de daaropvolgende reactor 2. Bovendien kunnen de verbrandingsgassen 8 in de warmtewisselaar 12 worden ge-15 bruikt om de lucht 5 die in de oven 1 moet worden toegevoerd te verwarmen.

De zwaveldioxyde bevattende verbrandingsgassen die uit de verbrandingskamer van oven 1 komen, die calcium en/of magnesiumoxyde en mogelijk calcium en/of magnesiumhydroxyde bevatten, worden daarna in een reactor geleid, die in het algemeen met verwijzingscijfer 2 wordt aangegeven. Om het oxyde 20 en/of hydroxyde te activeren worden water of meer stoom in de verbrandingsgassen van reactor 2 gesproeid, en dit water of stoom reageert met het calcium en/of magnesiumoxyde en vormt het respectievelijke hydroxyde, onder . daarvan ...

activering',en ook het mogelijk reeds m de verbrandingsgassen aanwezige hydroxyde activerend. Het hydroxyde reageert op zijn beurt met het nog in de 25 verbrandingsgassen 8 aanwezige zwaveldioxyde, onder vorming van het respectievelijke sulfiet wat, in aanwezigheid van zuurstof, tenminste gedeeltelijk verder oxydeert tot het respectievelijke sulfaat. De hoeveelheid water 9 die in de reactor 2 wordt toegevoerd^wordt ingesteld op een zodanig laag niveau dat de warmte van de verbrandingsgassen 8 voldoende is om het in de 30 reactor 2 toegevoerde water te verdampen. Daarna kan het in hoofdzaak droge, vliegasachtige reactieprodukt verwijderd worden, op dezelfde manier als ander stof in een gebruikelijke stofafscheider 3, vanwaaruit de verbrandingsgassen 11 verder in schoorsteen 13 geleid worden en het afgescheiden stof 12 naar een mogelijke verdere behandeling wordt gevoerd.

35 De volgorde waarin water en hydroxyde worden toegevoegd is op geen en kele wijze kritisch. Het is derhalve bijvoorbeeld mogelijk om het water of w - '· Λ v3 ; · 2 -5- stoom in de oven toe te voegen en het poedervormige hydroxyde pas op een punt volgend op de oven, hetzij in de verbrandingasleiding of in de daarop volgende reactor.

Een van de verdere voordelen van de onderhavige uitvinding is dat de 5 verton.jze kan worden toegepast op een oven die voorzien is van elk type brander. De afmeting van de oven is geen beperkende factor, en het is niet nodig om het calcium en/of magnesiumhydroxyde in de verbrandingskamer te circuleren, waardoor de dure circulerend bed mogelijkheid met zijn gecompliceerde circuleringsinriehtingen, en tegelijkertijd het overmatige stof als 10 gevolg van zijn werkingsprincipe en ook de stofafscheiding worden vermeden. In vergelijking met de in de stand van de techniek bekende sproeimethoden, is het sproeien van water- of stoom in reactor 2 voorts aanzienlijk minder gecompliceerd en gemakkelijker door te voeren dan bij het gebruik van een brij die de sproeiers verstopt en moeilijk te mengen is.

15 De uitvinding wordt hierna meer in detail beschreven met behulp van voorbeelden.

Voorbeeld 1

Kolen met een zwavelgehalte van 1 ,k% wordt met een snelheid van 70 ton/u in een 600 MW poederkooloven toegevoerd, die op de volle capaciteit 20 functioneert. Een overmaat verbrandingslucht wordt toegevoerd, zodat het . zuurstofgehalte van de verbrandingsgassen ^ is.

Calciumhydroxyde met een calciumhydroxydegehalte van 90%> wordt in de oven toegevoerd net een bepaalde variërende verhouding tot de zwavelhoeveel-heid die de oven in de brandstof binnenkomt. De theoretische equivalente 25 hoeveelheid is ongeveer 2,5 ton/u van genoemd calciumhydroxyde.

Calciumhydroxyde en water en/of stoom worden in de verbrandingsgassen gespoten, hetzij in de verbrandingsgasleiding of in een afzonderlijke reactor die in een punt volgend op de verbrandingsgasleiding is opgesteld.

In termen van energie-economie is het uiterst voordelig om het vocht-30 gehalte van de verbrandingsgassen te verhogen door water erin te spuiten in een afzonderlijke reactor die op een punt volgend op alle warmtewinnings-opperviakken is opgesteld.

Het verhoogde vochtgehalte van de verbrandingsgassen maakt het calciumhydroxyde zeer reactief, waarna het snel reageert met de in de verbran-35 dingsgassen aanwezige oxyden. Hoe hoger het vochtgehalte van de verbrandingsgassen bij uitstromen, des te effektiever het zwaveldioxyde uit de verbran- .'131 -6- dingsgassen wordt verwijderd. In termen van energie-economie is het echter voordelig om op zodanige manier te werken dat de in de chemische reacties af te geven warmte voldoende zal zijn om de toegevoegde waterhoeveelheid te verdampen. Indien het gewenst is om de eindtemperatuur van de verbran-5 dingsgassen te verhogen, wordt dit hetzij door gebruik van warmte van buitenaf of door middel van een warme verbrandingsgasstroom gedaan.

De resultaten zijn in de navolgende tabel weergegeven, die in procenten laat zien hoeveel zwaveldioxyde uit de verbrandingsgassen was verwijderd wanneer variërende hoeveelheden calciumhydroxyde in overeenstemming 10 met de onderhavige uitvinding in de oven werden toegevoerd; de hoeveelheden van het calciumhydroxyde zijn aangegeven als moleculaire verhoudingen van het calciumgehalte van het poedervormige hydroxyde tot het zwavelgehalte van de in de oven gevoerde brandstof. De temperaturen van de verbrandingsgassen werden direkt voorafgaand aan het toevoerpunt van het water of stoom 15 gemeten, behalve bij 800°C, waarbij het water of de stoom direkt in de oven werden gebracht.

λ 'f ’i ·.- v- V i -7- TABEL 1 B}

Ga/S Terbindings gas Verbrandingsgas SO^ temperatuur-, temperatuur-. vermindering

b W

0,1*8 800°C 108°C t2j5 5 0,52 50°C 65°C 5^¾ 1,52 202°C 7^°C 775? 1,56 90°C 68°c 825? 2,20 200°C 72°C 87¾ 2,22 120°C 62°C 96% 10 2,3 110°C 68°C 93¾ 2,5 90°C 66°C 97¾ 4,1 800°C 110°C 72¾ k,Q 120°C 68°c 98¾ A) water of stoom in de oven toegevoegd 15 B) Onmiddellijk voorafgaand aan het toevoerpunt van water.

Voorbeeld 2

Een caicium-magnesiumhydroxyde dat calciumhydroxyde ^5¾, magnesium-hydroxyde h.5% en onzuiverheden 10¾ bevat wordt in de oven volgens voorbeeld 1 toegevoerd, onder overeenkomstige omstandigheden. Calcium-magnesium-20 hydroxyde en water en/of stoom worden in de verbrandingsgassen toegevoerd hetzij in de oven of in een afzonderlijke reactor die op een punt volgend op de oven is opgesteld.

Be toename van vochtgehalte maakt in het bijzonder calciumhydroxyde uiterst reactief, waarna het snel reageert met de in de verbrandingsgassen 25 aanwezige zwaveloxyden. Wanneer de moleculaire verhouding van het zich in het calciumhydroxyde bevindende calcium tot het zwavel tenminste 1 is, vindt de reactie hoofdzakelijk tussen het calciumhydroxyde en de zwaveloxyden plaats terwijl het magnesiumhydroxyde, dat langzamer is, in hoofdzaak onveranderd door de reactiezone heen gaat.

30 Wanneer het caicium-magnesiumhydroxyde in de hete verbrandingsgassen wordt toegevoerd, kan de consequentie zijn dat hetzij het magnesium-hydro-xyde wordt afgebroken tot magnesiumhydroxyde en water of dat het gehele caicium-magnesiumhydroxyde tot calciumoxyde, magnesiumoxyde en water afbreekt. In dat geval kan elk oxyde op zich met de zwaveloxyden reageren, 35 en wanneer de verbrandingsgassen afkoelen en het vochtgehalte toeneemt, ... ί 1 'i -8- weer hydroxyde vormen, dat verder met de zwaveloxyden reageert. Wanneer de moleculaire verhouding van calcium tot zwavel tenminste 1 is, vindt de reactie plaats en zijn de omstandigheden in hoofdzaak in overeenstemming met de overeenkomende waarden in tabel 1, als gevolg van het vermogen van 5 de calciumverbinding om sneller te reageren.

Claims

1. Werkwijze voor net verwijderen, van gasvormige zwavelverbindingen zoals zwaveldioxyde, uit de verbrandingsgassen van een oven met het kenmerk dat a) een poedervormig alkalimetaalhydroxyde en/of aardalkalimet aalhydr oxyde 5 (6) wordt toegevoerd, tezamen met het te verbranden, zwavel bevattende ma teriaal (h) en een zuurstofdragend gas (5), in de oven (1) of (6*) in de zwaveldioxyde bevattende verbrandingsgassen (8) die de oven verlaten, b) water (9) en/of stoom wordt afzonderlijk (2) toegevoerd in de oven (1) en/of in de verbrandingsgassen (8) en tenslotte 10 c) de vaste stof (12) die als reactieprodukt wordt verkregen, die alkali-metaal- en/of aardalkalimetaal-sulfaat en mogelijk sulfiet bevat, uit de gassen (11) wordt afgescheiden.

2. Werkwijze volgens conclusie 1 met h et kenmerk dat het poedervormige hydroxyde (6, 6') in overmaat ten opzichte van de in de ver- 15 brandingsgassen aanwezige zwavelhoeveelheid wordt toegevoerd.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2 met het kenmerk dat het water (9) en/of stoom wordt gesproeid terwijl de temperatuur van de verbrandingsgassen (8) 50-300°0, bij voorkeur 90-200°C is. U. Werkwijze volgens êên of meer der conclusies 1-3 met het 20 kenmerk dat het water (9) in de verbrandingsgassen (8) wordt gesproeid, ten hoogste in een hoeveelheid die door de thermische energie die door de verbrandingsgassen en de reacties gevormd wordt, kan worden verdampt.

5. Werkwijze volgens een of meer der conclusies 1-U met het 25 kenmerk dat het toe te voeren hydroxyde calciumhydroxyde of een cal-ciummagnesiumhydroxydemengsel is. s —