NO167496B - Fremgangsmaate for fjerning av so2 fra gass-stroemmer. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en forbedring ved væske-gass-kontaktapparaturer og prosesser der svoveldioksyd absorberes inn i eller omsettes med væsken. En spesiell anvendelse er i absorbere i Wellman-Lord-prosessen for fjerning av svoveldioksyd fra eksosgasser ved hjelp av vandig sulfittoppløsning, spesielt fra forbrenningsanleggrøkgasser, selv om oppfinnelsen også kan anvendes på gass-strommer fra smeltere, svovel-syreanlegg eller hvilke som helst andre svoveldioksydholdige gass-strømmer.

Som et eksempel på en prosess som krever en vandig væske-gasskontaktapparatur benytter Wellman-Lord-prosessen for svoveldioksydfjerning fra røkgasser en vandig alkalisulfid-oppløsning (vanligvis natriumsulfitt) som kjemisk forbinder seg med svoveldioksydgassen i et absorpsjonstårn under dannelse av natriumbisulfitt. Prosessen inkluderer en separat regenereringsenhet for å omdanne bisulfitt tilbake til sulfitt og å gjenvinne svoveldioksydgass som sammenpresses og bringes på flaske eller konverteres til svovelsyre eller til elementært svovel. Når det gjelder røkgasser fra kullfyrte anlegg er en separat enhet for fjerning av flyveaske og klorider inkludert.

På grunn av store kapitalomkostninger og høye energikrav for å overvinne trykkfallet i absorberen ved den regenererbare Wellman-Lord-prosessen, ikke-regenererbar røkgass-desulfu-reringsprosesser vært det mere foretrukne valg tidligere på tross av det store problem med anbringelse av fast avfall som produseres ved prosessen.

Foreliggende oppfinnelse representerer et fremskritt i absorpsjonsapparaturen <p>g dennes drift, og spesielt angår fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen absorberen i Wellman-Lord-prosessen hvorved kapitalomkostninger og parasittiske energibehov reduseres slik at regenereringsprosessen gjøres mere økonomisk hvorved man unngår problemet med det faste avfall fra ikke-regenereringsprosessen.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere under henvisning til de ledsagende tegninger der: Figur 1 er et skjematisk riss av en absorpsjonskolonne 10, som antyder posisjonen for en væskefordeler 11, en eventuell fyllingsfastholder 12, en fyllingsbærer 13 og, hvis nød-vendig, en konvensjonell gassfordeler og væskesamler 14 med de antydede væske- og gassinnløp;

figur 2 viser i adskilte enheter en del av en foretrukket væskefordeler med et matetrau 20, et avstandsstykke 21 og en strømningsfører 22. Festet til strømningsføreren 22 er dryppefingere eller staver 23 med ender nær fyllingen (vist skjematisk) ved 24;

figur 3 er et skjematisk riss av delene av en foretrukket fordeler som vist i figur 2;

figur 4 er et sideriss av et arrangement tilsvarende fig. ' 2 men med elementet 21 erstattet av avstandsstykker 25; og figur 5 er et forstørret tverrsnittsriss av en del av elementet 21.

Ved å benytte væskefordeling med ekstremt lave væskestrøm-ningshastigheter og tilfeldig ifylt kolonnefylling med høy effektivitet kan oppfinnelsen oppnå absorpsjonstrinnet i en enkelt, relativt kort pakket kolonne med lavt trykkfall og uten behovet for resirkulering av absorbatoppløsning før regenereringen.

Strømningshastigheten for væsketilmatningen til toppen av tårnet er 0,000034 til 0,00068 m<J>/min./m<2> og helst fra 0,000068 til 0,000204 m<>>/min./m<2>.

Kun nytilberedt absorberingsmiddeloppløsning benyttes uten tilbakeføring. Ved bruk av slike lave væskestrømnings-hastigheter velges tårnpakningen slik at operasjonen kan konkurrere med den lave væskehastighet. En egnet type er den i hvilken operasjonen primært er en kombinasjon og separering av dråper eller enn en spredning av væske på et stort fuktet areal i fyllingen. En egnet fylling av denne type er en høy tomvolumsfylling som vist i US-PS 4.511.519. Pakningen har et stort antall dryppepunkter, et relativt lavt overflateareal med relativ lang totallengde av ikke-innrettede samvirkende kanter.

På grunn av den lave vaeskehastighet ifølge oppfinnelsen med kun halvparten til en tiendedel av den vanlige væskereten-sjonstid for konvensjonelle prosesser ved bruk av skåltårn eller et antall pakkede tårn med feller, i Wellman-Lord-prosessen, blir problemet med oksydasjon av sulfitt til sulfat redusert med 50% og helt opp til 90%. Dette er viktig fordi sulfatet reduserer absorpsjonseffektiviteten i væsken og således må fjernes i regenereringsprosessen, noe som bidrar til kapital- og driftsomkostninger. I tillegg er sulfatsaltene et fast avfall som må deponeres på en omgivel-sesmesslg sikker måte.

For å fordele væske i fyllingen for å trekke fordel av den lave strømningshastighet kan en dryppetypefordeler som gir minst ca. 32 og fortrinnsvis ca. 64 til ca. 96 matepunkter enhetlig fordelt pr. m2 , benyttes. En egnet væskefordeler, opprinnelig ment for ikke-polare væsker som kan tilpasses dette formål, er vist i US-PS4.264.538. Mens denne type fordeler som beskrevet i patentet ble konstruert for organiske væsker, kan den tilpasses bruk ifølge oppfinnelsen ved bruk av hydrofile belegg, som beskrevet nedenfor. Andre typer væskefordelere kan benyttes og, i tårn med større diametere, kan spray-typefordelere, hensiktsmessig konstruert for lavvæskehastigheter være å foretrekke, på grunn av at de er rimelige. Enhver annen type fordeler som kan avgi den ønskede væskestrøm kan benyttes. Hvis fordeleren er mindre effektiv, må lengden av det fylte sjikt økes. Således kan mindre effektive fordelingsmetoder benyttes men på bekostning av høyere omkostninger og trykkfall, inherent i et dypere sjikt.

Når det benyttes bunner av metall (rustfritt stål) eller fordelere av dryppetypen, bør overflatene av fordeleren utenfor mateskålene som transporterer væsken, være belagt med et hydrofllt mlkroporøst belegg som forårsaker at en væske-film dannes på overflaten etterhvert som væsken strømmer på denne på grunn av tyngdekraften. Dryppeflngrene som er belagte bør alle strekke seg så langt at de er 1 kontakt med en overflate av fyllingen (eller fyllingsholderen hvis denne benyttes). Avstanden bør ikke være vesentlig større enn diameteren av væskedråpene som mates til for derved å unngå medføring av væske på grunn av motstrømsstrømmende gass. Slikt arrangement gir maksimal effektivitet og kan unngå behov for en tåkefjerner ved utløpet av absorberen.

I de følgende eksempler ble det benyttet et pakningselement som vist i figurene 7 til 10 i US-PS 4,511.519 og med en diameter på 8,89 cm og en aksialhøyde på 3,17 cm. Fyllings-høyden var 2,39 m. En væskefordeler som beksrevet i US-PS 3.937;769 ble benyttet og med 81 dryppefingre pr. m2 . De operative overflater av fordeleren var belagt med et harpikslatexsig motstandsdyktig hydrofllt belegg som beskrevet i US-PS 4.467.070 av kommersiell type. Fordeleren inkluderer også en behandlet perforert plate som vist ved 21 i figurene 2, 3 og 5. Gropene alternativt i motsatt retning. Gropene 50 i fig. 5 i dette tilfellet, var adskilt med

en avstand på 0,48 cm i en 0,2 cm stålfolie, for å under-støtte fordeling av væsken. Tårnet var 76,2 i diameter. Væskeblandingen hadde følgende sammensetning:

Prøveresultatene er vist i tabell I.

Tabell II viser trykkfallet og den beregnede masseoverfør-lngskoefflsient i hvert forsøk. Den høyeste masseoverførings-koeffisient ble oppnådd for de forsøk der gasshastlgheten var slik at tårnet arbeidet 1 fylllngssonen. Det vil si at gasshastlgheten var tilstrekkelig høy til å forårsake øket vaeskeopphold i tårnet, noe som resulterte i øket trykkfall og gass-væskekontakt på grunn av det ytterligere rom som ble opptatt av væsken.

Bruken av et enkelt fylt sjikt reduserer i stor grad kapital-omkostningene for absorberen sammenlignet med dagens kon-struksjonspraksis som benyttes i Wellman-Lord-anleggene. Det enkle pakkede sjikt reduserer også i sterk grad driftsomkost-ningene, primært i området vifteenergi som er nødvendig for å mate gass gjennom absorberen men eliminerer også dagens krevede væskeresirkuleringspumper. Det pakkede sjikt benytter, fortrinnsvis for å oppnå disse energibesparelser, en høyeffektiv fylling som på minimal lengde kan oppnå den nødvendige masseoverføringskontakteffektivitet, og har tilstrekkelig lavt trykkfall til å gjøre energibesparelser mulige.

Spesielle kapitalomkostnings- og energibesparelsesfordeler kan oppnås ved å benytte mindre enn optimale arrangementer ifølge oppfinnelsen. Det vil si at i stedet for å erstatte alle ompumpingsavsnittene i tidligere kjente absorpsjonspro-sesser med et enkeltfylt sjikt, er det mulig å kombinere noen av ompumpingssseksjonene i to eller tre seksjoner. Disse seksjoner kan fremdeles benytte væskeresirkulering for å oppnå den høye væskehastighetsdrift men allikevel ha en viss trykkfallsreduksjon. Energibesparelsene her skyldes eliminering av enkelte av oppfangingsskålene. Elimineringen av disse sparer også betydelig kapital, oppfangingsskålene er meget kostbare på grunn av den rustfrie stålkonstruksjon.

En ytterligere partiell forenklet konfigurasjon er mulig. Denne konfigurasjon benytter to sjikt. Toppseksjonen vil være en fylt seksjon som benytter den engang brukte regenererte absorpsjonsoppløsning ved lav væskehastighet. Således lages en avgass med lavest mulig S02~innhold på grunn av lavt SC^-damptrykk i den regenererte oppløsning. Det nedre sjikt vil resirkuleres for å trekke fordel av den høyere væskehastighet for lettere væskefordeling og vil ha en tendens til å eliminere problemet med potensiell saltprecipltering på grunn av tørre arealer.

Således kan dette enkle sjikt uten noen omvalsingspumpe ved å benytte en lav væskehastighet benyttes for å absorbere SO2 fra en gass-strøm direkte fra kilden eller, som et sluttrinn, fra en hvilken som helst mellomliggende kontrollapparatur inkludert flyveaskefjerning og kloridfjerning der dette er nødvendig for kullbrennende kraftanlegg.

Under normal drift vil karakteristisk 10 til 20 % støkio-metrisk overskudd av sorberingssulfittoppløsning bli matet til tårnet, basert på konsentrasjonene av sulfitt og væske-og gassmatehastigheter. I enkelte tilfeller kan det imidler-tid være mere ønskelig helt ut å omsette sorberende væske for effektiv regenerering enn å fjerne all SO2 fra gassen. 1 slike tilfeller vil væsketilmatningen være noe fattig på støkiometrisk basis.

Claims (4)

1. Fremgangsmåte for fjerning av SO2 fra en gass-strøm om-fattende å føre gasstrømmen til bunnen av et pakket tårn og mating av vandig sulfitoppløsning til toppen av tårnet og avtrekking av gass utarmet på SO2 fra toppen av tårnet og avtrekking av bisulfitoppløsning fra bunnen av tårnet, karakterisert ved den vandige sulfitoppløs-ning mates til toppen av tårnet i en mengde av 0,000034 til 0,00068 m5/sek./m2 .

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at væsketilmatningsmengden er 0,000136 til 0,000204 m5/sek./m<2>.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at den vandige sulfitt-oppløsning fordeles fra dryppefingre med hydrofil overflate.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert ved at dryppeflngrene er konstruert av rustfritt stål med et organisk hydrofllt belegg.