NO159244B - Fremgangsmaate til adskillelse av skadelige stoffer fra avgasser. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte til adskillelse av skadelige stoffer fra avgasser ved hjelp av faststoffer i et sirkulerende virvelsjikt, dannet av en virvelsjiktreaktor, utskiller og tilbakeføringsledning, hvor gassene innføres som fludiseringsgass i virvelsjiktreaktoren.

Ved forbrenning av fossile brennstoffer dannes røkgasser som

alt etter utgangsstoffenes svovelinnhold kan ha betraktelig svoveloksydinnhold, spesielt innhold av svoveldioksyd. Også

de stadig økende antall av søppelforbrenningsanlegg danner avgasser som ved siden av svoveloksyder på grunn av forbrenning av praktisk talt alltid tilstedeværende kunst-

stoffer som ytterligere forurensninger inneholder klorhydrogen og fluorhydrogen. De økologiske bestemmelser for-langer at slike forurensninger fjernes fra gassene før deres bortføring i atmosfæren.

Det største antall fremgangmåter til avgassrensning fjerner

de overnevnte forurensninger ved våtvasking, idet det spesielt anvendes oppløsninger eller oppslemminger av med de skadelige stoffer reagerende stoffer (Ullmann<1>s Encyklopadie der Tech. Chemie, 3. opplag, bind 2/2 (1968), side 419).

Ytterligere fremgangsmåter arbeider etter prinsippet med den såkalte tørre gassvasking. Derved føres gassene gjennom et rolig lag av faststoffer som reagerer med forurensningen som f.eks. aktivkull eller brunkull-koks. Avgassrensningen kan også foregå ved hjelp av et såkalt vandresjikt, hvorved det faste stoff under nedadgående bevegelse i reaktoren økende opplades og endelig uttas. En til uttaket svarende mengde friskt materiale ifylles derved til reaktoren i det øvre området (Meier zu KOcker "Beurteilung und Aussichten von Verfahren zur Rauch gasentschwefelung", V.G.B. Kraftwerks-technik 53 (1973), side 516 og følgende).

Ved en annen kjent fremgangsmåte fjernes eksempelvis svoveloksyder fra gasser, idet man i disse innfører pneumatisk adsorbenter, fører den således dannede gass/faststoffdispersjon pneumatisk gjennom en reaksjonsstrekning og deretter gjennom en oppholdssone og deretter adskiller det faste stoff fra gassen. Etter bestemte regenereringsforholdsregler tilbake-føres til slutt en faststoff-delstrøm til gasrensningen (US-patent 3.485.014).

Endelig er det kjent en innretning til tørr fjerning av skadelige stoffer fra røkgasser som arbeider i avtrekksretning bak for-brenningsområdet i et kjeleområde med en røkgasstemperatur fra 700 til 900°C. Den har et virvelsjikt og/eller et sirkulerende virvelsjikt som fullstendig utfyller røkgasstverrsnittet og som f.eks. er fyllt med kalsium- og/eller magnesiumkarbonat som absorbsjonsmiddel (DE-OS 30 09 366) . Derved avkjøles til-strømningsbunnen av virvelsjiktet hensiktsmessig.

De vesentligste ulemper ved våtrensefremgangsmåten er at det dannede sulfit- og sulfat-, eventuelt også klorid- og fluor-id-holdige slam bare vanskelig kan deponeres og at de rensede avgasser igjen må oppvarmes. De kjente tørrense-fremgangsmåter i stasjonært eller vandresjikt er forsåvidt beheftet med ulemper da på grunn av absorbentenes grovkornethet bindeevnen for de i avgassene inneholdte forurensninger bare utnyttes meget ufullkomment og på grunn av de forholdsvis små tillatelige gasshastigheter, samt de store gassmengder som skal bremses, krever betraktelige reaktordimensjoner.

Den vesentlige ulempe ved fremgangsmåten ifølge US-patent

nr. 3.485.014 ligger i det krav å måtte foreta en oppdeling av gasstrømmen som skal renses, samt en nøyaktig dosering av absorbsjonsmiddelet i en egnet spesiell slitasjefast innretning- Uheldig er også den for en tilstrekkelig fjerning av forurensningene utilfredsstillende lange oppholdstider av gassene i reaksjonsstrekningen eller også den ellers nødvendige betraktelige bygningshøyde.

Fjerning av skadelige stoffer fra røkgasser av 700 til 900°C ifølge DE-OS 30 09 366 byr forsåvidt på vanskeligheter da det krever spesielle forholdsregler og inngrep i forbrennings-anleggene for å innstille røkgassenes temperatur som ved uttreden av brennerommet vanligvis er varmere over uttreden av avvarmingskjelen vanligvis er koldere til en verdi i området fra 700 til 900°C.

Fra EP-A-42 638 er det kjent en fremgangsmåte til varmeavsvov-ling av reduserende virkende brenn- eller reduksjonsgasser, idet man innfører denne gass som fluidiseringsgass i virvelsjiktreaktoren av et sirkulerende virvelsjikt som holdes ved en temperatur på 700-1100°C. Avsvovlingsmidlet har en par-

50 tikkelstørreise pa 30-200 ym og anvendes tilsvarende et støkiometrisk forhold på 1,2-2,0 (beregnet som ca. 5) referert til gassens innhold av svovelforbindelser. Videre innstilles i virvelsjiktreaktoren en midlere suspensjonstetthet på 0,1-10 kg/m 3 en gasshastighet på 1-10 m/sek., samt i det sirkulerende virvelsjikt en sirkulasjonsgrad på minst 5 ganger reaktor innholdet.

Denne fremgangsmåte som spesielt er rettet mot fjerning av svovelhydrogen, har riktignok betraktlige fordeler, idet på tross av en høy oppnålig avsvovlingsgrad, er det bare nødvendig sammenligningsmessig lite støkiometrisk overskudd av avsvovlingsmiddel. En viss ulempe er imidlertid at avsvovlingsmidlet må foreligge innen et forholdsvis snevert korn-størrelsesmonn, respektivt at meget finkornede faste stoffer ikke kan anvendes på grunn av den da ikke mere sikrede uklanderlige virveltilstand.

Ved et spesielproblem, nemlig fjerning av fluorhydrogen fra avgasser, spesielt avgasser fra aluminiumelektrolysen, er det kjent å føre de fluorhydrogenuoldige gasser som fluidiseringsgass i en virvelsjiktreaktor og derved å innstille fluidiserings-gasshastigheten således at det over virvelsjiktreaktoren en etterkoplet syklonutskiller og en tilbakeføringsledning kan danne seg strømmende sirkulerende virvelsjikt (DE-OS 20 56 096).

Som faste stoffer til dannelse av det sirkulerende virvelsjikt er det nevnte aluminiumoksyd og/eller natriumaluminat som etter tilstrekkelig høy oppladning tilbakeføres i smeltestrøm-elektrolysen.

Den ovennevnte fremgangsmåtes vesen består ikke bare i rensning av spesielle avgasser, men fra sin målsetning også spesielt de at i avgassene inneholdte fluor utvinnes i en form som muliggjør å tilbakeføre det i smeltestrømelektrolysen og derved å redusere fluorbehovet. Ved avgassrensningen deri-

mot er en gjenvinning av svoveloksydet respektiv andre skade-stoffer vanligvis ikke tilsiktet. Istedenfor benyttes ved oppladet sorbsjonsmiddel, f.eks. for bygningsformål eller som tilsetningsmaterial, eventuelt også kasseres.

Oppfinnelsens oppgave er å tilveiebringe en fremgangsmåte

som ikke har ulempene ved de kjente gassrense-fremgangsmåter,

er enkel i gjennomføring og kan betjene seg av de billigste absorbsjonsmidler.

Oppfinnelsen vedrører altså en fremgangsmåte av den innled-ningsvis nevnte type, idet fremgangsmåten er karakterisert ved at man innfører avgassen i et virvelsjikt dannet av to faste stoffer av forskjellig kornstørreise, hvorav det grovere faste stoffet har en kornstørreise på D 50 i området på 150-500 <y>m og det fine som sorbsjonsmiddel tjenende faste

50

stoff har en kornstørreise pa Dp under 10 ym, og idet mengden av det grove faste stoff er innstilt på 70-90 vekt-%

og fint faststoff på 10-30 vekt-%.

Trekket ifølge oppfinnelsen med anvendelsen av to faste stoffer med forskjellig kornihg bevirker at oppholdstiden av det finkornede faste stoff som ellers på samme måte som ved en pneumatisk transport uunngålig vil uttas med tilsvarende dårligere betingelse med hensyn til varme- og stoffoverføring, økes betraktelig innen virvelsjiktreaktoren. Dessuten er på grunn av det forholdsvis grove kornspektrum alt etterlagrings-materiale å oppnå en stor relativ bevegelse mellom grov- og finkorn. Herved oppnås en mekanisk nedslipning av det allerede ved sorbsjon besatte overflate av finkornene og til sorbsjon egnede overflater skaffes på nytt.

Det ved oppfinnelsen anvendte prinsipp av ekspandert virvelsjikt utmerker seg ved at, i motsetning til "klassisk" virvelsjikt hvor en tett fase er adskilt med tydelig tetthetssprang fra det ovenfor befinnende gassrom, foreligger fordelingstil-stander uten definert grensesjikt. Et tetthetssprang mellom, tettere fase og det derover befinnende støvrom er ikke til stede, istedenfor avtar innen reaktoren faststoffkonsentrasjonen nedenfra og oppad.

Det grovere faste stoff som danner støttelagringen kan fortrinnsvis bestå av kalsiumoksyd, kalsiumhydroksyd, kalsium-karbonat, dolomit, magnesiumoksyd eller magnesiumkarbonat,

men også av inerte stoffer som av sand. Dets evne til sorb-tiv binding av skadelige stoffer er av underordnet betydning.

Det finkornede faste stoff som primært har å bevirke sorbsjonen av de skadelige stoffer kan bestå av overnevnte materialer, med unntak av sand. Fortrinnsvis anvendes kalsiumhydroksyd. Det kan imidlertid også forsåvidt anvendes egnede avfallsprodukter som f.eks. det ved aluminiumoksydhydrat-frembringelsen dannede rødslam.

Det finkornede faste stoff kan has i virvelsjiktreaktoren

såvel i fast form som også i form av en vandig suspensjon.

I henhold til en foretrukket utførelse av oppfinnelsen skal

i virvelsjiktet delen av grovt faststoff innstilles til 70 til 90 vekt-% og av fint faststoff til 10 til 30 vekt-%.

En foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen består i å innstille, virveltilstanden med virvelsjiktet således at det under anvendelse av definisjonen over kjenningstallene av Froude og Arkimedes fremkommer følgende områder:

respektiv idet og

Her betyr:

u den relative gasshastighet i m/sek Ar Arkimedes-tall

F Froude-tall

r 3

g gassens tetthet i kg/m

k f aststof f partiklenes tetthet i kg/m^ d, diameteren av de kuleformede partikler i m u den kinematiske seighet i irT/sek. g gravitasjonskonstanten i m/sek 2.

Med hensyn til produksjonsytelsen av avgass og grad av skadelig stoff-fjerning på grunn av god faststoff/gass-sammenblanding er det hensiktsmessig at man innstiller gasshastigheten i virvelsjiktet på 1 til 10 m/sek. (angitt som tomrørhastighet).

Den midlere suspensjonstetthet som skal innstilles i virvelsjiktreaktoren kan variere innen vide grenser, f.eks. i området fra 0,1 til 100 kg/m'3. Spesielt fordelaktig er imidlertid å velge suspensjonstettheter i det nedre område, da trykk-tapet ved gejnnomgang av avgassen gjennom virvelsjiktet er spesielt lavt. En fordelaktig utførelse av oppfinnelsen foreskriver derfor å innstille den midlere suspensjonstetthet i virvelsjiktreaktoren på 0,2 til 2 kg/m 3.

For å oppnå en høyest mulig oppladning av sorbsjonsmiddelet med de i avgassen inneholdte forurensninger samt en mest mulig optimal faststoff/gass-sammenblanding, foreskriver en ytterligere fordelaktig utførelse av oppfinnelsen å innstille mengden av det pr. time sirkulerende faste stoff til 20 til 150 ganger den i sjakten av virvelsjiktreaktoren befinnende faststoffmengde.

Det sirkulerende virvelsjikt kan dannes under anvendelse

av en virvelsjiktreaktor, en syklonutskiller og en i det nedre området av virvelsjiktreaktoren munnende tilbake-føringsledning. Herved tjener syklonutskilleren primært til adskillelse av det grovkornede faste stoff som tjener som støttelagring. For fjerning av de finere deler underkastes gasstrømmen som forlater syklonutskilleren en finrensning, f.eks. ved hjelp av et elektrofilter.

En spesielt fordelaktig utforming av oppfinnelsen består imidlertid i å foreta utskillelsen av det med gassene fra virvelsjiktreaktoren uttatte faste stoff i et umiddelbart etterkoplet elektrofilter. Herved nedsettes i tillegg gassens trykktap.

Den videre fordelaktige anvendelsen av flerefeltet elektrofilter gir dessuten den mulighet å adskille de med gassene uttatte faste stoffer etter kornstørrelse fraksjonert og å tilbakeføre den i det gassidige forreste felt oppnådde grovere faststoff-fraksjon i virvelsjiktet. Det i det gassidige bakre felt dannede faste stoff kan utsluses.

Virvelsjiktreaktoren som tjener avgassrensningen kan være

av firkantet, kvadratisk eller sirkelformet tverrsnitt. Som gassfordeler kan det anordnes en dyserist.. Spesielt ved store reaktortverrsnitt og høye gassproduksjoner er det imidlertid fordelaktig å utforme virvelsjiktreaktorens nedre område konisk og å innføre avgassen gjennom en venturilignende dyse. Sistnevnte utførelse er av fordel på grunn av det spesielt

lave trykktap og ufølsomhet overfor tilsmussing.

Inntak av faste stoffer i virvelsjiktreaktoren kan foregå på

en hver vanlig måte f.eks. ved hjelp av pneumatiske renner. Hvis det finkornede faste stoff tilføres i form av en vandig suspensjon er det hensiktsmessig som inntaksorgan å anordne lanser. På grunn av den med sirkulerende virvelsjikt gitte gode tverrblanding er det tilstrekkelig med et forholdsvis lite tall inntaksorganer.

Tørrensningen kan foretas ved sterkt vilkårlige trykk,

f.eks. til ca. 25 bar. Et overtrykk vil spesielt være å anvende når avgassen allerede fremkommer under overtrykk, eksempelvis fordi prosessen som gir avgassen allerede er blitt drevet under overtrykk. Vanligvis vil man imidlertid foreta avgassrensningen ved et trykk rundt ca. 1 bar.

Temperaturen av avgassene som skal renses ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er sterkt vilkårlig, således at de praktisk talt kan innføres i virvelsjiktreaktoren med samme temperatur hvormed de fremkommer. For ved inntaksorganene i virvelsjiktreaktoren å kunne se bort fra varmebestandig materialer eller spesielle kjølesystemer for inntaksinnretningen er det hensiktsmessig å arbeide ved temperaturer over 550°C.

Med hjelp av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan den samlede dannede avgass eventuelt bare en delstrøm renses. Det er også mulig å gjennomføre fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen i kombinasjon med våtrense-fremgangsmåte. Denne parallell-kopling har den fordel at det kan unngås den ved v.åtrense-fremgangsmåte praktisk talt uunngålig gjenoppvarmning av de rensede gasser for å unngå en duggpunktunderskridelse eller en piperøk.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er universelt anvendbar

og spesielt egnet for rensning av røkgasser fra kraftverk-eller søppelforbrenningsanlegg av avgasser av sekundær-aluminiumindustrien og av avgasser fra glass- og keramikk-industrien. Med fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan det også renses gasser i forgasningsprosesser. Spesielt kan det fjernes svoveloksyder, klorhydrogen, fluorhydrogen eller forbindelser herav.

Fordelene ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er at de

uten eller bare med ubetydelige endringer kan koples etter bestående anlegg, at den i behovsfall kan kombineres med en hver annen form for gassrensning, at gassbehandlingen som følger gassrensningen kan bortfalle og at det er mulig ved meget høye avgassytelser referert til enheten av virvelsjiktreaktorens flate. På grunn av den høye i det sirkulerende virvelsjikt rundtgående sorbsjonsmiddelmengde som utøver en betraktelig puffervirkning er fremgangsmåten egnet selv ved sterke svingninger i skadestoffinnhold av avgassen uten store reguleringstekniske arbeider å tilveiebringe en sikker gassrensning. Ved nærvær av støttelagringen unngås ifylling av det finkornede som sorbsjonsmiddel tjenende faststoff i form av en suspensjon dessuten en sammenklebning- eller bakningsfare. Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen muliggjør

en omtrent fullstendig utnyttelse av det finkornede faststoff som tjener som sorbsjonsmiddel og fører til rensede gasser ekstrent gunstig skadestoffverdier.

Oppfinnelsen skal forklares eksempelvis under henvisning til tegningsfiguren.

Figuren viser skjematisk det sirkulerende virvelsjikt.

Avgassen som skal renses innføres over den konisk utformede

og med en venturidyse utstyrte underdel 1 inn i vrivelsjikt-reaktoren 2. Over ledning 3 tilføres grovkornet faststoff som bærelagringsmateriale over ledning 4 finkornede faste stoffer som sorbsjonsmiddel. Den dannede faststoff/gass-suspensjon forlater virvelsjiktreaktoren 2 over ledning 4

og kommer inn i det tofeltede elektrofilter 5, hvori det

faste stoff adskilles. Grovfraksjonen samler seg i støvbunker-en 6 og tilbakeføres over ledning 7 inn i virvelsjiktreaktoren 2. Den i støvbunkeren 8 dannede finfraksjon uttas over ledning 9. Den rensede røkgass kommer over ledning 10 til pipen.

Eksempel

Det skulle renses en avgass fra et søppelforbrenningsanlegg som fremkom med 220°C i en mengde på 100 000 m"Vtime (i normal tilstand). Avgassen inneholdt (referert til normal tilstand)

Virvelsjiktreaktoren som kom til anvendelse hadde i det sylindriske område en diameter på 3,5 m og en høyde på 14 m.

Avgassen ble over den venturimessig utformede innretning 1 tilført til virvelsjiktreaktoren 2. Over ledning 3 ble det

tildosert dolomit med en kornstørrelse på d 50 = .2 50 ym i

Ir

en mengde på 0,36 kg/time og over ledning 4 kalsiumhydroksyd med en kornstørrelse på d 50 = 8 ym i en mengde på 360 kg/ time.

Gasshastigheten i virvelsjiktreaktor 2 utgjorde 5,5 m/sek., den midlere suspensjonstetthet ca. 0,4 kg/m 3.

En ved toppen av virvelsjiktreaktoren 2 over ledning 4 ut-tredende faststoff/gass-suspensjon, som hadde en suspensjonstetthet på 400 g/m 3 ( i normtilstand), kom deretter i det tofeltede elektrofilter 5. I støvbunker 6 fremkom pr. time 39,12 tonn faststoff som ble tilbakeført komplett over ledning 7 i det nedre område av virvelsjiktreaktoren 2. Over støvbunker 8 foregikk uttak av pr. time tilsammen 872 kg faststoff. Dette besto av en blanding av aske som var inn-ført via forbrenningsgassene fra søppelforbrenningsanlegget samt spesielt av kalsiumklorid, kalsiumfluorid, kalsium-sulfat, kalsiumsulfit, samt uomsatt dolomit og uomsatt kalsiumhydroksyd.

Den over ledning 10 bortførte avgass inneholdt, hver gang referert til normalkubikkmeter:

10 mg HC1

100 mg S02

0,3mg F

10 mg støv

Claims (10)

1. Fremgangsmåte til adskillelse av skadelige stoffer fra avgasser ved hjelp av faststoffer i et sirkulerende virvelsjikt dannet av en virvelsjiktreaktor, utskiller og tilbakeføringsledning, hvor avgassen innføres som fluidiseringsgass i virvelsjlktreaktoren, karakterisert ved at man innfører avgassen 1 ett virvelsjikt dannet av to faste stoffer av forskjellig kornstørrelser, hvorav det grovere fast stoff har en kornstørrelse på dp*>0 i området på 150-500 pm, og det fine som sorbsjonsmiddel tjenende faste stoff, har en kornstørr-else på dp^O under 10 >jm, og idet mengden av det grove faste stoff er Innstilt på 70-90 vekt-#, og fint faststoff på 10-30 vekt-SÉ.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det som grovt faststoff anvendes CaO, CaC03, MgO, MgC03, dolomit og/eller sand.

3. Fremgangmsåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at virveltilstanden i virvelsjlktreaktoren definert over karakteristiske tall av Froude og Arkimedes Innstilles tilsvarende respektiv idet og hvor u betyr den relative gasshastighet i m/sek.

Ar betyr Arkimedes-tall Fr betyr Froude-tall g betyr gassens tetthet i kg/m<5 > k betyr faststoffpartiklenes tetthet i kg/m' dfc betyr diamteren av de kuleformede partikler i m u betyr den kinematiske seighet i m<2>/sek. g betyr gravitasjonskonstanten i m/sek2 .

5. Fremgangsmåte ifølge et eller flere av kravene 1-4, karakterisert ved at gasshastigheten i virvelsjlktreaktoren innstilles til 1 til 10 m/sek. (angitt som tomrørhastighet).

6. Fremgangsmåte ifølge et eller flere av kravene 1-5, karakterisert ved at den midlere suspensjonstetthet i virvelsjlktreaktoren innstilles på 0,2 til 2 kg/m5 .

7. Fremgangsmåte ifølge et eller flere av kravene 1-6, karakterisert ved at mengden pr. time sirkulerende faststoff innstilles til 20 til 150 ganger den i sjakten av virvelsjlktreaktoren befinnende faststoffmengde.

8. Fremgangsmåte Ifølge et eller flere av kravene 1-7, karakterisert ved at de med gassene uttatte faste stoffer utskilles i en til virvelsjlktreaktoren umiddelbar etterkoplet elektrofilter.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 8, karakterisert ved at de med gassene uttatte faste stoffer utskilles i et flerefelts elektrofilter fraksjonert etter kornstørrelse og minst de i det gassidige forreste felt dannede grovere faste stoffer tilbakeføres i virvelsjiktet.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 9, karakterisert ved at i det gassidige bakre felt dannede faste stoffer utsluses.