NO760841L - - Google Patents

Abstract

"Fremgangsmåte og apparat for behandling av industrielle avgasser"

Description

Den foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte og

et apparat til å fjerne svoveldioksyd fra industrielle avgasser.

Med den økende aktpågivenhet overfor utslipp av svovel-oksyder, spesielt svoveldioksyd, til atmosfæren fra industrielle anlegg er det blitt lagt vekt på å utvikle et luftforurensnings-kontrollsystem som kunne fjerne en stor del av svoveldioksydet fra industri-avgasser. Dette kan generelt oppnås ved hjelp av et system av gassvaskere, hvor et overskudd av svoveldioksyd-reaktantmateriale tilveiebringes for reaksjon. Denne fremgangsmåte har imidlertid to alvorlige ulemper som oppveier fordelen ved fjerningen av svoveldioksyd. Den første ulempe er kostnadene med å tilføre et overskudd av sådant reaktantmateriale. Den andre ulempen er de store mengder fast avfallsmateriale som måtte bortskaffes fra et slikt system. Dette avfallsmateriale måtte fjernes eller tas hånd om på en måte som samsvarer med gjeldende regler for miljøvern. I et slikt system kan pH-verdién av væsker i systemet, spesielt i vaske- eller kontakt-sonen i gassvaskeren, forandres vesentlig ved forandringer i brennstoffets svovelinn-hold eller ved forandringer i forholdet mellom additiv og brennstoff, eller endog ved forandringer i reaktiviteten av svoveldioksyd-reaktantmaterialet. I regelen finner man at når pH i kontaktsonen er altfor lav, er selve gassvaskeren angrepet av syre. Når pH er altfor høy, skjer det i kontaktsonen en utfel-ling som bevirker avskalling, hvorved hele systemets effektivitet nedsettes. Det er enn videre blitt observert at man for å oppnå optimal vasking av en industriavgass i en gassvasker må holde gasstrømmens hastighet gjennom vaskeren innenfor et område på flere hundre fot pr. minutt. For å tilfredsstille dette krav har<*>man utarbeidet luf tf orurensnings-kontrollsystemer som har flere gassvaskere koblet i parallell, og som selektivt fjernes eller settes inn i strømmen etter behov når gassmengden'varierer. På denne måte holdes industriavgassens strømningshastighet gjennom en gitt ga.ssvasker innenfor et passende område. Bruken av flere gassvaskere i parallell tjener imidlertid til å slå sammen pro-blemet med å optimalisere og regulere svoveldioksyd-reaktantma-terialets konsentrasjoner og pH-verdien i de forskjellige gassvaskere. Da industriavgassens veier fra kilden til de forskjellige gassvaskere som er anordnet i parallell, kan variere betyde-lig fra hinannen i lengde og geometri, kan de forskjellige gassvaskernes behov for svoveldioksyd-reaktantmateriale variere be-tydelig innbyrdes, hvilket resulterer i forskjellige betingelser for svoveldioksyd-fjerning ved de forskjellige gassvaskere. Slike variasjoner kan resultere i sammenlignbare variasjoner i pH innenfor gassvaskernes kontaktsone. Ved den foreliggende oppfinnelse overvinnes de ovenfor beskrevne problemer, og det tilveiebringes et likefrem, relativt billig, lett anvendbart og praktisk system til å fjerne svoveldioksyd fra industriavgasser, idet meget av det utstyr som tidligere var påkrevet, elimineres og plassbehovet reduseres til et minimum, samtidig som effektiv kontroll oppnås.

Den foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en kontinuerlig prosess til behandling av industriavgasser inneholdende svoveldioksyd, hvor industriavgassene bringes i kontakt med et vandig medium inneholdende et svoveldioksyd-reaktantmateriale,

i et ga,ssvasketårns kontaktsone, hvorved det dannes et første reaksjonsprodukt, det vandige medium oppsamles sammen med det nevnte første reaksjonsprodukt og blandingen føres fra gassvasketårnet til oppstrømsenden av en fyllt reaksjonstank med kontinuerlig strømning, det første reaksjonsprodukt som inneholdes i mediet, omsettes under dannelse av et annet, mer stabilt reaksjonsprodukt idet det vandige medium strømmer gjennom tanken, betingelsene i reaksjonstanken styres i en første sone innenfor reaksjonstanken, og pH-verdien av det vandige medium reguleres på basis av en sammenligning mellom en fastlagt standard og informasjonen fra ovennevnte styring, betingelsene i reaksjonstanken styres i en annen sone nedstrøms for den første i reaksjonstanken, og det vandige mediums pH reguleres basert på en sammenligning mellom en annen fastlagt standard og informasjonen fra den nevnte styring, en første andel av det vandige medium inneholdende det

nevnte andre reaksjonsprodukt fjernes kontinuerlig fra reaksjonstanken, det nevnte andre reaksjonsprodukt fjernes, og det vandige medium føres tilbake til reaksjonstanken, og en annen andel av det vandige medium resirkuleres kontinuerlig fra reaksjonstanken til det nevnte gassvasketårn. Det første reaksjonsprodukt blir således omdannet til et mer stabilt reaksjonsprodukt i en reaksjonstank som ligger fjernt fra kontaktsonen i gassvasketårnet. Andre fremgangsmåter angår automatisk undersøkelse av reaksjonsbetingelsene på i alle fall et punkt i reaksjonstanken, fulgt av en automatisk justering av disse betingelser for optimalisering av reaksjonen i ta nken. I følge en foretrukken utførelsesform av oppfinnelsen går en kontinuerlig fremgangsmåte til behandling av industriavgasser inneholdende svoveldioksyd ut på at industri-avgassen bringes i kontakt med et vandig medium inneholdende

svoveldioksyd-reaktantmateriale i en kontaktsone i et gassvasketårn, hvorved det dannes et første reaksjonsprodukt, det vandige medium, som hovedsakelig inneholder det første reaksjonsprodukt, føres fra gassvasketårnet til oppstrømsenden av en fyllt reaksjonstank med kontinuerlig strømning, hvor det første reaksjonsprodukt omsettes videre under dannelse av et annet, mer stabilt reaksjonsprodukt idet det vandige medium strømmer gjennom tanken, reaksjonsbetingeIsene i en første sone i reaksjonstanken styres, og pH-verdlen ved reaksjonsbetingelsene justeres automatisk basert på en sammenligning mellom en fastlagt standard og informasjonen fra styreinnretningen, reaksjonsbetingelsene styres i en annen sone nedstrøms for den første i reaksjonstanken, og pH-verdien ved reaksjonsbetingeIsene reguleres automatisk basert på en sammenligning mellom en annen fastlagt standard og informasjonen fra styreinnretningen, en første andel av det vandige medium inneholdende det nevnte andre reaksjonsprodukt fjernes kontinuerlig fra reaksjonstanken, det nevnte andre reaksjonsprodukt fjernes, og det vandige medium føres tilbake til reaksjonstanken, og en annen andel av det vandige medium resirkuleres kontinuerlig fra reaksjonstanken til kontaktsonen i gassvasketårnet. Denne prosess er blitt funnet å være en billig og effektiv, fremgangsmåte til fjerning av svoveldioksyd fra industri-avgasser, særlig når det anvendes flere gassvasketårn anordnet i parallell for behandling av en avgasstrøm.

Et apparat i følge oppfinnelsen omfatter våtvaskeanord-ninger for behandling av industri-avgasser, idet disse i en gass-vaskesone bringes i kontakt med et vandig medium inneholdende et svoveldioksyd-reaktantmateriale, hvorved det dannes et første reaksjonsprodukt, anordninger for tilførsel av det nevnte vandige medium til våtvaskeanordningene, anordninger til å regulere hastig-heten med hvilken det vandige medium tilføres til kontaktsonen, en reaksjonstank i hvilken det nevnte første reaksjonsprodukt omsettes videre til et annet, mer stabilt reaksjonsprodukt ved en reaksjon som resulterer i at oppløste og utfelte sulfater og sulfitter fjernes fra det vandige medium, en første innretning til å registrere pH i reaksjonstanken i en første sone inne i reaksjonstanken, innretninger til å sammenligne en ønsket pH med den registrerte pH, innretninger til regulering av tilsetningen av en vandig, pH-justerende løsning i respons til den nevnte pH-registrering, og andre innretninger til å registrere pH i en annen sone i reaksjonstanken nedstrøms for de nevnte første innretninger, innretninger til å regulere tilsetningen av svoveldioksyd-reaktant, hydroksyl-ioner og vann slik at væskenivået i reaksjonstanken opp-rettholdes og sammensetningen av det vandige medium til en ønsket pH-verdi, anordninger til å resirkulere en del av det vandige medium fra reaksjonstanken til våtvaskesonen og anordninger til å fjerne det utfelte faste materiale fra reaksjonstanken.

Nedenfor skal oppfinnelsen beskrives ved hjelp av ek-sempler, idet det henvises til tegningen, som skjematisk viser et gassvaskeanlegg til utførelse av fremgangsmåten i følge oppfinnelsen.

Varme industriavgasser kommer inn gjennom et gassinnløp 10 til et vasketårn 11, hvor de først bringes i kontakt med en væske som inneholder et svoveldioksyd-reaktantmateriale fra en dyse innretning 12. Gasstrømmen passerer deretter gjennom den nedre del av vasketårnet. og oppover gjennom en perforert plate 14, gjennom en kontaktsone 15 med sprededyser 13, videre gjennom en vannfjerningsinnretning 16 og ut avtrekkskanalen 17. Det i avgassen foreliggende svoveldioksyd reagerer i kontaktsonen 15 med et svoveldioksyd-reaktantmateriale, som inneholdes i den væske som tilføres via dyseinnretningen 12 og sprededysene 13, hvorved det dannes et første reaksjonsprodukt. Dette produkt følger med væs"ken og oppsamles på bunnen av kjøletårnet og føres via en led ning 18 til oppstrømsenden av en fyllt reaksjonstank 19 med kontinuerlig strømning. Væsken^ inneholdende det første reaksjonsprodukt føres til reaksjonstanken 19, og dette første reaksjonsprodukt blir ved en ytterligere reaksjon omdannet til et mer stabilt annet reaksjonsprodukt.

Tanken 19 inneholder en ledeplateanordning 21 som bi-drar til mer fullstendig blanding av væsken. Anordningen 21 er plassert på en slik måte at den avdeler en seksjon av reaksjonstanken 19. Denne avdeling tvinger væske som kommer inn i reaksjonstankens oppstrømsende, til å flyte over den første ledeplateanordning 21A for at væsken kan komme inn i det avdelte område. Dette gir en mer homogen væske i det avdelte område. En første føler 22 er plassert i dette avdelte område nær reaksjonstankens oppstrømsende. Føleren 22 styrer reaksjonsbetingeIsene ved tankens oppstrømsende. En komputer 23 mottar overvåkningsinforma-sjonen fra føleren 22 og sammenligner denne i. sin tur med en fastlagt standard. Hvis. sammenligningen indikerer et behov for pH-regulering til en verdi mellom 2 og 10 på pH-skalaen for optimalisering av reaksjonsbetingeIsene, vil komputeren gi signal til åpning av en ventil 25 i en ledning 24, og en strøm av frisk væske inneholdende et svoveldioksyd-reaktivt kation og hydroksyl-ioner, f.eks. vandig kalsiumhydroksyd, tilføres reaksjonstanken. Det vil her bemerkes at svoveldioksyd-reaktantmaterialet og hydroksyl-ionene i den nevnte friske væske, som tilføres gjennom en ledning 28, forenes i passende støkiometrisk forhold, slik at det ikke skjer en akkumulering av kationer med derav følgende undertrykking av hydroksyl-ioner i reaksjonstanken.

En annen føleranordning 26 anvendes tilsvarende nedstrøms for den første føler 22, og også dennes kontrollsignal sendes til komputeren 27, som i sin tur regulerer pH til en verdi mellom 2 og 10 ved tankens nedstrømsende ved at den dirigerer åpning av ventilen 30 i ledning 28. Mens væsken strømmer over den andre ledeplateanordning 21B ved tankens oppstrømsende og i reaksjons-tankeris lengderetning, blir det første reaksjonsprodukt videre-reagert til et mer stabilt, annet reaksjonsprodukt. På grunn av hurtig og presis pH-kontroll holdes reaksjonsbetingelsene på et optimalt nivå i reaksjonstanken, og til slutt blir svoveldioksyd-reaktantmaterialet anvendt på en meget effektiv måte. Således blir fjerningsprosessen meget økonomisk og medfører den fordel at det dannes et minimum•av avfalls-reaksjonsprodukt. Reaksjons-produktet er hovedsakelig fast og. går til bunns i reaks jonstanken, hvor det fjernes gjennom et avløp 31 og en pumpe 32, hvoretter det fraskilles ved filtrering eller sentrifugering eller på annen måte, mens den væskeformige bærer inneholdende ubrukt svoveldioksyd-reaktantmateriale returneres som reklassifisert vann via en ledning 33 (forbindelsene er ikke vist i detalj). En annen del av væsken fjernes gjennom et utløp 34, en pumpe 36, en ledning 37 og en ventil 39 ved føleren 38 plassert ved knutepunktet mellom ledningene 41 og 42-. Føleren 38 fordeler returstrømmen av. væske gjennom ledningene 41 og 42 til henholdsvis dyseinnretningen 12, og sprededysene 13. Det vil bemerkes at anordningene 12 og 13 er.plassert i vaskeren 11 med sikte på optimalisering av væske/gass-kontakt. Dyse innretningen 12 er plassert i avgass-innløpet og er slik anordnet at væsken, hensiktsmessig et vandig medium, dirigeres i medstrøm med de innkommende avgasser. Dyseanordningen 13 er derimot plassert over kontaktsonen 15 og under væsken i motstrøm med hensyn til avgassen. Signalet fra føleren 38 sendes gjennom en ledning 43 til komputerene 23 og 27, hvor det sammenlignes med lignende signaler som erholdes ved overvåkningen av strømmen gjennom ventilene 25, 30, 44 og 46 såvel som informasjon vedrørende væskenivået i reaksjonstanken 19, som erholdes fra_føleranordningene 22 og 26. Denne informasjon benyt-tes av komputerene til regulering av væskenivået i reaksjonstanken, hovedsakelig ved regulering av strømmen av friskvann som kommer inn i systemet gjennom ledning 29. I denne forbindelse skal det bemerkes at komputeren 23 er forbundet med komputer 27 slik at informasjon utveksles mellom disse innbyrdes, hvorved væskenivået i tanken kan reguleres. Det er selvsagt mulig å bruke en enkelt komputer istedenfor komputerene 23 og 27. Det er også mulig å anordne dyse 12 i strømningskommunikasjon med en friskvannskilde og resirkulere væske fra reaksjonstanken bare gjennom ledning 42 og dyseanordningen 13.

Det skal bemerkes at de virkelige betingelser i tårnets vaskesone ikke styres direkte. Grunnen til dette er at betingelsene i vaskesonen er ustabile, og følgelig vil den informasjon som mottas fra hvilken som helst monitor, være så uregelmessig og foranderlig at den ikke. egentlig kan være representativ for reaksjonens totalbetingelser i kontaktsonen. Det er blitt funnet at en føler overvåkning av reaksjonsbetingeIsene i reaksjonstanken 19 gir bedre muligheter til å regulere sammensetningen av væsken fra dyse innretningene 12 og 13. I denne henseende skal det videre bemerkes at føleranordningen 22 er plassert nær opp-strømsenden av reaksjonstanken 19 og registrerer en representativ homogen prøve av væsken umiddelbart etter at denne forlater vasketårnet. Denne informasjon sendes til komputer 23, hvor den sammenlignes med en fastlagt standard som representerer den optimale, ønskede sammensetning av væsken på dette punkt, og denne informasjon blir så innmatet i komputer 27, hvoretter den sammenlignes med informasjonen fra føleren 26, som gir sammensetningen av væsken før denne føres gjennom dyse innretningene 12 og 13 til vasketårnet. Komputer 27 kan så justere de forskjellige væske-strømmer gjennom ledningene 28, 29 og 33 og gir da den nødvendige nøyaktige sammensetning av den væske som innmatés i'vasketårnet, basert på den sammensetning som komputer.23 bestemmer er påkrevet.

Den væske som anvendes i gassvaskesystemet, er hensiktsmessig vann, og svoveldioksyd-reaktantmaterialet velges blant en rekke reaksjonsmaterialer, så som salter eller naturlige forekommende materialer som er oppløselige eller delvis oppløselige

i vann. Slike materialer er eksempelvis alkaliske metallforbindelser, f.eks. kalsiumhydroksyd, kalsiumkarbonat, kalsiumbikarbonat, natriumkar-bonat, natriumbikarbonat, og en rekke naturlig forekommende materialer så som torona og nahcolitt, og kombinasjoner av hvilke som helst av ovennevnte. Mest fordelaktig velges kalsiumhydroksyd, Ca(OH)2, som svoveldioksyd-reaktantmateriale,

da kationet reagerer med svoveldioksyd og anionet tjener til samtidig å regulere pH ved reaksjonen. Denne situasjon står i kontrast til den situasjon hvor et ikke-hydroksyl-salt velges og en sterk base, f.eks. natriumhydroksyd, tilsettes for oppnåelse av en pH-regulerende løsning som inneholder et svoveldioksyd-reaktantmateriale . Det kan også være ønskelig å anvende små mengder av vanadiumforbindeIser til å akselerere reaksjonen mellom de alkaliske metallforbindelser og svoveldioksydet.

I noen industrianlegg kan avgassene deles i en rekke enkeltstrømmer, og hver av disse enkeltstrømmer kan behandles uavhengig i et separat system av den type som er anvendt- ved den ovenfor beskrevne utførelsesform.

Claims (11)

1. Kontinuerlig fremgangsmåte til behandling av industrielle avgasser som inneholder svoveldioksyd, hvor gassene i et gassvasketårns kontaktsone bringes i kontakt med et vandig medium inneholdende et svoveldioksyd-reaktantmateriale, slik at det dannes et første reaksjonsprodukt, og det vandige medium inneholdende det nevnte reaksjonsprodukt deretter oppsamles og fjernes fra tårnet, karakterisert ved at fremgangsmåten dessuten omfatter resirkulering av det vandige medium mellom det nevnte tårn (11) og en fyllt reaksjonstank (19) med kontinuerlig strømning, hvilken tank mottar mediet inneholdende det første reaksjonsprodukt ved en første posisjon, og som tilfører mediet for kontakt med avgassene fra en nedstrøms-posisjon deri i forhold til den nevnte første posisjon, overvåkning av betingelsene i reaksjonstanken på et første sted i tanken og regulering av mediets pH i samsvar med en sammenligning mellom informasjonen fra den nevnte overvåkning og en fastlagt standard slik at det nevnte første réaksjonsprodukt omsettes videre under dannelse av et .annet, mer stabilt reaksjonsprodukt mens mediet strømmer gjennom tanken, overvåkning av betingelsene i reaksjonstanken på et annet sted i tanken nedstrøms for det første sted, og justering av mediets pH i samsvar med en sammenligning mellom informasjonen fra den nevnte annen overvåkning og en fastlagt standard, kontinuerlig fjerning av en del av mediet fra tanken, fjerning av nevnte reaksjonsprodukt fra tanken og gjeninnføring av den nevnte del av medium til tanken.

2. Fremgangsmåte i følge krav 1, karakterisert ved at den nevnte annen fastlagte standard delvis bestemmes av informasjon fra overvåkningen ved det nevnte første sted i reaksjonstanken for å sikre at den nevnte annen del av det vandige medium som resirkuleres til vasketårnet, har den optimale konsen-trasjon for reaksjon med industriavgassene i tårnet.

3. Fremgangsmåte i følge krav 1 eller 2, karakterisert ved at svoveldioksyd-reaktantmaterialet er en alkalisk metallforbindeIse valgt fra gruppen kalsiumhydroksyd, kalsiumkarbonat, kalsiumbikarbonat, natriumkarbonat, natriumbikarbonat, de naturlig forekommende materialer torona og nahcolitt, og .kombinasjoner derav.

4. Fremgangsmåte i følge et av kravene 1-3, karakterisert ved at pH ved reaksjonsbetingelsene reguleres til en verdi mellom 2 og 10.

5. Fremgangsmåte i følge et av de foregående krav, karakterisert ved at det vandige medium som resirkuleres til gassvasketårnet, uttas fra reaksjonstanken på et punkt nedstrøms for det nevnte annet sted.

6. Fremgangsmåte i følge et av de foregående krav, karakterisert ved at prøver av det vandige medium uttas automatisk, pH-verdien bestemmes, og pH-verdien reguleres automatisk i respons til prøvene.

7. Fremgangsmåte i følge et av de , foregående krav, karakterisert ved at hver av en flerhet gasstrømmer behandles uavhengig i et separat vaskesystem og hvert vaskesystem forsynes med uavhengige pH-overvåkningsanordninger og regulerings-innretninger til regulering av det vandige medium inneholdende svoveldioksyd-reaktant som sirkuleres deri.

8. Apparat til å fjerne svoveldioksyd fra en industriavgass dannet ved forbrenning av fossilt brennstoff, omfattende gassvaske-anordninger hvor avgassen i en vaskesone bringes i kontakt med og omsettes med et vandig medium inneholdende et svoveldioksyd-reaktantmateriale , hvorved det dannes et første reaksjonsprodukt, midler til_å tilføre det vandig medium til våtvaskeanordningen og midler til å regulere den hastighet med hvilken det vandige medium tilføres kontaktsonen, karakterisert ved at det enn videre er anordnet en reaksjonstank (19) hvor det første reaksjonsprodukt reageres videre under dannelse av et annet, mer.stabilt reaksjonsprodukt ved ytterligere reaksjon som resulterer i at oppløste og utfelte sulfater og sulfitter fjernes fra det vandige medium, en første anordning (22) til å registrere pH-verdien i reaksjonstanken på et første sted inne i reaksjonstanken, anordninger (23) til å sammenligne en ønsket pH med den registrerte pH, anordninger (25) til å regulere tilsetningen av en vandig, pH-regulerende oppløsning i respons til den nevnte pH-registrering, og andre anordninger (26) til å registrere pH i reaksjonstanken på et annet sted i tanken nedstrøms for den nevnte første anordning, anordninger (30, 44, 46) til å regulere tilsetningen av svoveldioksyd-reaktant, hydroksyl-ioner og vann til å opprettholde væskenivået i reaksjonstanken og regulere sammensetningen av det vandige medium til en ønsket pH-verdi,.anordninger (34, 36-39, 41,

42) til å resirkulere en del av det vandige medium fra reaksjonstanken til nevnte vaskesone (15), samt anordninger (31, 32) til å fjerne det faste bunnfall fra reaksjonstanken.

9. Apparat i følge krav 8, karakterisert ved at den første anordning (22) og den annen anordning (26) til å registrere pH inne i reaksjonstanken, hver er plassert innenfor et separat avdelt område i tanken, slik at væsken strømmer over ledeplater (21) som oppdeler de nevnte områder og således blir homogen og representativ for de virkelige betingelser som hersker oppstrøms for disse.

10. Apparat i følge krav 8 eller 9, karakterisert ved at nevnte anordning til å resirkulere en del av det vandigé medium fra reaksjonstanken omfatter to dysesett, det ene plassert i avgassinnløpet (10 ) til tårnet (11) og slik plassert at det vandige medium ledes i nedstrøm med de innkommende avgasser, og det annet dysesett plassert over kontaktsonen (15) slik at det vandige medium ledes i motstrøm med hensyn til avgassen.

11. Apparat i følge et av kravene 8-10, karakterisert ved at den resirkulerende anordning er slik plassert at den ekstraherer det vandige medium fra reaksjonstanken på et sted nedstrøms for det nevnte annet sted.