NO762940L - - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte

og en apparatur for fjerning av visse uønskede gasser fra gass-strømmer. Mere spesielt angår oppfinnelsen fjerning av hydrogensulfid eller av et oksyd av nitrogen, eller begge deler, fra gasstrømmer på kontinuerlig eller satsvis basis, kontinuerlig eller satsvis etterfylling av de stoffer som benyttes ved prosessen .

Det er kjent at H2S kan fjernes fra gasstrømmer

i nærvær av en liten mengde oksygen eller SC>2ved å bringe gassen i kontakt med partikler av hydratisert jernoksyd. Det er også kjent at en reaksjon inntrer mellom NO og t^S og at denne reaksjon fremmes av katalytiske overflater, spesielt sislisumholdige overflater slik som glassull eller silikagel. Reaksjonsproduktene er svovel, nitrogen og vann, og vann er tilsynelatende vesentlig for reaksjonen fordi uten dette inntrer det ingen reaksjon.

I en konvensjonell prosess føres en gass inneholdende I^S gjennom en serie bokser fylt med høyt reaktivt hydratisert jernoksyd og treflis. Etter en tid blir det hydratiserte jernoksyd belagt med svovel og delvis omdannet til jernsulfid. Boksene fjernes deretter fra gasstrømmen og eksponeres til

åpen luft, der jernsulfidet reoksyderes under utvikling av fritt svovel (S), hvoretter de regenererte bokser bringes tilbake i gasstrømmen. Etter en tid, når det totale svovelinnhold øker til 50-60%, må reaktanten kastes eller svovelet ekstraheres ved hjelp av et oppløsningsmiddel.

Begge de kjemiske trinn i den ovenfor angitte prosess er eksoterme, og det faktum at prosessen benytter treflis gir visse temperaturbegrensinger på reaksjonsbetingelsene. Videre er det en mangel fra tid til annen å være nødt til å kås-ere hele massen av jernoksyd og treflis på grunn av nærværet av et svovelinnhold, og den alternative nødvendighet av å ekstrahere svovel ved hjelp av et oppløsningsmiddel er også tids-krevende og belagt med omkostninger.

Teknikkens stand omfatter også bruken av hematitt

i den ikke-hydratiserte form, imidlertid foreligger de samme problemer og mangler ved denne form av jernoksyd som med den hydratiserte form. Reaksjonene er i det vesentlige de samme og er igjen eksoterme. Problemet hva man skal gjøre når svovelinn-holdet blir uønsket høyt må igjen møtes.

Et trekk ved foreliggende oppfinnelse er å benytte de to reaksjoner som er angitt ovenfor på en ny måte og å anvende den på kontinuerlig basis for å fjerne H2S og/eller oksyder av nitrogen fra forurensede gasser i en industriell prosess.

En utførelsesform av en apparatur som er tilpasset til å utføre fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er vist i den ledsagende tegning der like tall angir like deler, og der: fig. 1 er et skjematisk riss av en apparatur tilpasset til gjennomføring av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen og

fig. 2 er et horisontalsnitt langs linjen 2-2 i

fig. 1.

Generelt vet man fra kjemisk teori at når en gass inneholdende hydrogensulfid og i det vesentlige intet oksygen føres gjennom et sjikt av Fe-jO^, skjer det en reaksjon som kan angis som følger:

Det er generelt antatt at at ved lavere temperaturer reagerer hydratisert Fe203hurtigere enn vannfrittFe2C>3, og dette kan forklare forkjærligheten i teknikkens stand for bruken av hydratisert jernoksyd.

Denne prosess omdanner Fe-^O^ til Fe2S3, og det kan fastslås ut fra kjemisk teori at føring av en gass inneholdende oksygen gjennom det sulfiderte jernoksyd vil forårsake en regenerering av jernsulfidet tilbake til Fe203i henhold til føglende ligning:

I den foregående reaksjon dannes elementært svovel.

Ved høyere temperaturer antyder kjemisk teori at den følgende temperatur vil inntre mellom sulfidert jernoksyd og oksygen:

Hvis en gass som inneholder både oksygen og hydrogensulfid føres gjennom et sjikt av Fe203, kan reaksjonene Q) og 0 antas å skje samtidig, og man skrive den følgende ligning der man anser at jernoksydet virker på katalytisk måte:

Det er ved laboratorieforsøk fastslått at et for-søk på å utføre reaksjonen (4) generelt slår feil med henblikk på å oppnå hurtigere reaksjonstider. Det ser derfor ut til at i en industriell prosess der kun de gasser som er angitt i formel (4) er tilstede, I^S ikke vil vesentlig renses ut av den forurensede gass. Når en forurenset gass inneholdende noe SC>2 føres gjennom et sjikt av Fe203, ser reaksjonen ut til å være:

Der både 02og S02er tilstede i den forurensede gass, kan det antas at H2S fortrinnsvis reagerer med SC>2heller enn med . Igjen er det imidlertid ved laboratorieforsøk fastslått i et forsøk på å gjennomføre reaksjonen i (5) en relativt lav reaksjonstid, noe som antyder at denne fremgangsmåte er uegnet for rensing av industrielle gasser med høye strømnings-hastigheter.

I en in situ prøveprosedure som ble utført av søkeren i forbindelse med en industriell prosess for fremstil-ling av slaggull (mineralull) ble det, på tross av de negative laboratorieforsøk som er angitt ovenfor, funnet at forurensede industrigasser kan renses betraktelig for både H2S og oksyder av nitrogen ved å føre gassene gjennom en masse av porøse hematittpellets i et kammer under resirkulering av disse hemar: tittpellets gjennom et avslipningstrinn for fjerning av det elementære svovel som dannes på partiklene, og deretter tilbake til reaksjons- eller rensekammeret.

Omhyggelig undersøkelse av de porøse hematittpellets som var eksponert til de forurensede gasser kun i kort tid viste at silisiumholdig støvmateriale fra slaggullpros- essen adherer til hematittpartiklene og at en betydelig mengde av elementært svovel dannes på det silisumholdige materiale såvel som på hematitten selv. I en industriell forsøksprosess ble det også oppdaget at SC>2 også elimineres ved høyere temperaturer. Det antas således at det samtidig inntrer en kombinasjon av flere reaksjoner i gassrenseprosessen i forbindelse med slaggullfrem-stillingen, reaksjoner som inkluderer (4) og (5) ovenfor såvel som den følgende reaksjon:

Silisiumholdig katalysator

Det er ikke klart i hvilken grad hematittmaterialet selv bidrar direkte til fjerning av I^S, heller ikke er det ennu helt ut forstått hvordan balansen for de forskjellige ligninger påvirkes av temperaturen.

Det er imidlertid helt klart at de porøse hematittpellets i en funskjon utgjør et substrat for det silisiumholdige partikkelformige materiale som strippes fra de industrielle gasser, og at det silisiumholdige partikkelmateriale gir et sted og en katalysator for reaksjonen (6) som fjerner både I^S og NO fra de forurensede gasser. De porøse hematittpellets virker også i en andre funksjon direkte inn på fjerningen av H2S i nærvær av oksygen ved hjelp av reaksjonen (4), som er en kombinasjon av reaksjonene (1) og (2).

En apparatur for kontinuerlig gjennomføring av renseprosessen som nettopp er beskrevet er vist i figurene.

I fig. 1 vises generelt en apparatur 10 som består av en beholder 12 med en generelt sylindrisk del 14, en oppover konvergerende konisk del 15 over den sylindriske del 14, og en nedover konvergerende konisk del 16 under den sylindriske del 14. Delene 14, 15 og 16 definerer et åpent reaktorkammer for kontinuerlig reaksjon hvortil reaksjonsmaterialet føres gjennom en rørledning 18 og hvorfra omsatt materiale trekkes av langs en rørledning 20.

En positiv matemekanisme 22, f.eks. en stjerne-mater, er anordnet for å justere og å kontrollere hastigheten med hvilken reaksjonsmaterialet tillates å tre ut av reaktorkammeret definert av delene 14, 15 og 16 og inn i rørledningen 20. Rundt den lavere del av den sylindriske del 14 av beholderen 12 er det et ringkammer 24 med inntak 25. Slik det frem-

går av fig. 2 er det et antall sirkulært anordnede åpninger 26

i veggen av den sylindriske del 14 i beholderen 12, innenfor ringkammeret 24.

En gassutslippskanal 28 går gjennom veggen i den sylindriske del 14 i beholderen 22 i den øvre del av denne og fører til inntaks- eller sugeåpningen av en sentrifugalvifte 30. Behandlet- og utslippsgass føres ut av uttaket 32 i viften 30

og kan derfra føres til ønsket sted via kanaler, rørledninger og lignende.

Før man går til en ytterligere beskrivelse av regenererings- og nyoppfyllingsinnretningene, som er forbundet med og utgjør en del av apparaturen 10, er det ønskelig i større detalj å beskrive de spesielt foretrukne reaksjonsmateri-aler som omfattes av oppfinnelsen. Reaksjonsmaterialet som omfattes av oppfinnelsen består av en masse av hemati«ttpellets, fortrinnsvis porøs, hvori hematitt foreligger i form av vann-fri Fe203.

Porøse hematittpellets fremstilles fra jernminera-ler slik som hematitt, magnetitt og jernsulfider etter oppmaling til fin partikkelstørrelse for å befri jern fra ledsagende gang-arter. Det konsentrerte jernprodukt omdannes deretter til pellets ved rulling av en tykk pasta inneholdende omkring 10% vann i pelletiseringstromler og til slutt brenning av de resul-terende råpellets i en ovn eller sintringsmaskin for å oppnå en-hetlige hematittkuler. De oppnåsse sfæriske partikler med en diameter på ca. 9,5-15,9 mm er meget harde slik at de ikke knuses under behandling. Pelletproduktet er i det vesentlige fritt for finere partikler.

Når de ovenfor beskrevne pellets kontinuerlig før-es gjennom beholderen 12 vist i fig. 1 slik at pelletsjikthøyden i beholderen 12 befinner seg omtrent ved den stiplede linje 34, fører motstrømsføring av forurenset gass inneholdende noe oksygen fra antallet sirkulært anbragte åpninger 26 og opp gjennom reaksjonskammeret i beholderen 12 og ut langs kanalen 28 i en vekst på og i de i reaktoren foreliggende pellets av et fint overflatesjikt inneholdende svovel i ren elementform. Det antas således at reaksjonen (4) ovenfor inntrer i sjiktet av porøse hematittpellets inne i beholderen 12 der hematitten virker som som en katalysator for omdanning av hydrogensulfid og oksygen til vann og elementært svovel.

Som nevnt ovenfor omfatter oppfinnelsen innretninger for avslipning av hematittpelletsene etter fjerning fra reaktorkammeret for å fjerne det elementære svovel fra disse i finfordelt form.

Det skal igjen henvises til figurene. Slik det fremgår av fig. 1 munner rørledningen 20 i en kulemølle 36 som er tilpasset rotasjon rundt sin akse, vanligvis en horisontal akse, for derved å tumle de svovelbelagte hematittpellets mot hverandre for således å slipe av elementært svovel. Svovelet fjernes i form av et fint støv sammen med det silisiumholdige partikkelformige materiale som adherte til jernoksydoverflaten, en liten mengde jernoksyd selv fra selve pelletsene og en mengde jernsulfid som anses som et mellomprodukt ved den ovenfor angitte katalytiske reaksjon (4).

Kulemøllen 36 i fig. 1 er utstyrt med et inntak

38 for høytrykksluft og et uttak 40. Tilførsel av trykkluft til det indre av kulemøllen 36 vil forårsake at svovel og andre finfordelte stoffer som er slipt av fra hematittpelletsene, føres nedover i kanalen 40 hvorfra de igjen kan føres bort til ønsket anvendelse ved hjelp av en beltetransportør 42 eller en annen egnet innretning.

Etter en tids behandling i kulemøllen 36 blir de avslipte og således regenererte hematittpellets ført til en vibrerende separatorsikt 4 4 som i den beskrevne apparatur er i form av en sylindrisk sikt med horisontal akse og tilpasset rotasjon rundt sin akse. De fra kulemøllen 36 kommende pellets, føres progressivt gjennom den sylindrisk vibrerende sikt og ut på den andre side langs en ytterligere transportledning 46. Føringen av pellets gjennom den vibrerende separatorsikt 44 er ment å gi en viss ytterligere avslipning og fjerning av even-tuelt ennu tilstedeværende svovel og andre finfordelte stoffer, og separering av hematittpellets som ved gjentatt føring gjennom beholderen 12 har en størrelse som er redusert til en diameter under maskestørrelsen for den vibrerende separatorsikt 44. Slik det fremgår av figuren kan alle slike avseparerte stoffer også føres vekk ved hjelp av transportøren 42.

Slik det fremgår av figuren tømmer rørledningen

46 seg i den lavere ende av en elevator 48, anordnet vertikalt, og som befordrer hematittpelletsene fra den nedre ende til den øvre ende, der de kommer inn i den tidligere beskreve rørledning 18 som fører dem til den øvre del av beholderen 12 for en ytterligere gjennomgang gjennom denne.

En pelletsbeholder 5 0 er anordnet med en rørledning 52 som også tømmes i elevatoren 48 slik at enhver reduksjon av den totale masse av hematittpellets i apparaturen kan erstattes til et ønsket optimalt nivå, hvorved den øvre overflate av pellet-sjiktet i beholderen 12 (den stiplede linje 34) holdes på et spesielt punkt.

Kulemøllen 36 kan benyttes med den beskrevne apparatur uten behov for nærvær av en vibrerende separatorsikt 4 4 fordi kulemøllen 36 selv både gir avslipning og fjerning av avslipt svovel. Videre er det mulig å la vær å benytte kulemøllen 36 og kun å benytte den vibrerende separatorsikt 44 fordi den sistnevn-te også gir avslipning og fjerning av svovel som er slipt av fra hematittpelletsene. Således omfatter oppfinnelsen bruken enten av kulemøllen eller den vibrerende separatorsikt eller begge deler.

Det er åpenbart at tilførsel av og avtrekking av hematittpellets fra reaktoren kan skje enten kontinuelig eller satsvis. Mens den beskrevne apparatur er i stand til kontinuerlig drift, er det sansynligvis mest praktisk at pellets trekkes av og tilsettes kun en gang om dagen. Således kan pelletregenereringen betraktes som kontinuerlig i drift, men vil sansynelig-vis kun arbeide en del av tiden. Gasstrømmen gjennom reaktor-

en kan imidlertid meget lett skje på kontinuerlig basis uansett hvorvidt pelletregenereringen foregår eller ikke.

Det er også åpenbart at mens fig. 2 viser enkle åpninger 36 fra ringkammeret 24 til det indre av beholderen 12, kan disse erstattes av en hvilken som helst likeverdig struktur som kan føre gass fra ringkammeret til det indre av reaksjonsbehoIderen.

Mens den heri beskrevne prosess benytter porøse hematittpellts som foretrukket reaktormateriale, er det antatt klumphematitt, fortrinnsvis siktet til en størrelse på ca. 9,5-15,9 mm, også vil arbeide tilfredsstillende.

Den spesielle utførelsesform som er beskrevet i forbindelse med tegningene nevner bruk av trykkluft gjennom inntak 38 til kulemøllen 36. Oppfinnelsen omfatter også at vann eller et annet egnet flytende stoff benyttes i stedet for trykkluft for å oppnå tilfredsstillende resultater med henblikk på å bære sovel og andre finfordelte stoffer ut av kulemøllen og ned langs fallkanalen 40.

Mens en kulemølle og en vibrasjonsseparator spesielt er beskrevet i forbindelse med den foretrukne utførelses-form av appataturen ifølge oppfinnelsen, omfatter denne også at disse kan erstattes av en stokkvasker henholdsvis en luftklåss-erer.

Claims (19)

1. Fremgangsmåte for fjerning av H2 S og oksyder av nitrogen fra en forurenset gass, omfattende føring av den forurensede gass gjennom en masse av mineralpellets i et kammer, karakterisert ved at det anvendes mineralpellets hvor det på overflaten adherer partikkelformig silisiumholdig materiale som gir reaksjonssteder for reaksjonen:

i-.silisiumholdig katalysator for derved å danne vann og nitrogengass, samt et sjikt av elementært svovel på pelletsene, og avslipning av pelletsene for å fjerne elementært svovel i finfordelt form.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det anvendes hematittpellets og der den forurensede gass ytterligere inneholder 02 , hvorved følgende ytterligere reaksjon inntrer:

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det anvendes hematittpellets og der den forurensede gass ytterligere inneholder S02 , hvorved følgende ytterligere reaksjon inntrer:

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det anvendes porøse hematittpellets, og der den forurensede gass videre inneholder både 02 og S02 , hvorved følgende ytterligere reaksjoner inntrer:

5. Fremgangsmåte ifølge krav 4, karakterisert ved at den forurensede gass kontinuerlig føres opp gjennom et kammer mens de anvendte pellets kontinuerlig føres nedover i dette, og at avslipningstrinnet omfatter kontinuerlig avtrekking av svovelbelagte pellets fra bunnen av reaksjonskammeret, kontinuerlig tomling av disse pellets mot hverandre for å slipe av elementært svovel fra overflatene og kontinuerlig tilbakeføring av avslipte pellets til toppen av kammeret.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 5, karakterisert ved at avslipningstrinnet ytterligere omfatter føring av de mot hverandre tomlede pellets over en vibrerende separatorsikt for å separere avslipt og finfordelt elementært svovel og for å separere pellets som er avslipt til under en på forhånd bestemt dimensjon bestemt ved dukmaskevidden.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 4, karakterisert ved at den forurensede gass føres kontinuerlig opp gjennom et kammer mens pellets kontinuerlig føres nedover i dette, der avslipningstrinnet omfatter kontinuerlig avtrekking av svovelbelagte pellets fra bunnen av kammeret, kontinuerlig føring av disse pellets over en vibrerende separatorsikt for å slippe av svovel og for å separere både avslipt svovel og pellets mindre enn en gitt dimensjon, og kontinuerlig tilbake-føring av avslipte pellets til toppen av kammeret.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det silisiumholdige partikkelformige materiale tilføres til den anvendte pellets ved hjelp av den forurensede gass selv.

9. Apparatur for fjerning av I^S og oksyder av nitrogen fra en forurenset gass, omfattende innretninger som definerer et reaksjonskammer hvori det foreligger en masse av mineralpellets samt innretninger for føring av den forurensede gass gjennom en reaksjonskammeret, karakterisert ved _at det også foreligger silisiumholdig materiale ad-herende til mineralpelletsene, hvorved gjennomføringen av forurenset gass gjennom reaksjonskammeret gir vann, nitrogenholdig gass og et belegg av elementært svovel på pelletsene ifølge reaksjonen:

silisiumholdig katalysator, hvori det silisumholdige partikkelformige materiale gir reaksjonssteder for reaksjonen, samt innretninger for avslipning av pelletsene for å fjerne elementært svovel i finfordelt form.

10. Apparatur ifølge krav 9, karakterisert ved at sjiktet er av hematittpellets og at den forurensede gass inneholder en eller begge av O~ og SO^, hvorved en eller begge av følgende ytterligere reaksjoner inntrer:

11. Apparatur ifølge krav 10, karakterisert ved at hematittpelletsene er porøse.

12. Appratur ifølge krav 9,-. karakterisert ved at pelletsene er porøse hematittpellets, og at det er anordnet midler for fø ring av pelletsene kontinuerlig gjennom kammeret i en retning motsatt den retning den forurensede gass beveger seg, midler for avslipning av pelletsene omfattende innretninger for kontinuerlig avtrekking av pellets fra kammeret, avslipning av disse og deretter tilbakeføring til kammeret.

13. Apparatur ifølge krav 12, karakterisert ved at nevnte reaksjonskammer er et vertikalt forlenget reaksjonskammer med en øvre åpning for tilførsel av pellets og at innretningene for kontinuerlig avtrekking består av en åpning i bunnen av reaktorhuset i forbindelse med en mekanisme for positiv mating av pellets nedover i en på forhånd bestemt hastighet, hvilket reaktorkammer har en første åpning for til--førsel av forurenset gass på et første sted og en andre åpning for utslipp av gass fra kammeret, der den andre åpning er over den første åpning.

14. Apparatur ifølge krav 13, karakterisert ved at innretningene for avslipning omfatter en tumler for tumling av pelletsene mot hverandre, og at den videre omfatter en rørledning fra mekanismen til tumleren.

15. Apparatur ifølge krav 14, karakterisert ved at tumleren har innretning for tilførsel av trykkluft til det indre og midler for utslipp av luft og avslipt materiale.

16. Apparatur ifølge krav 14, karakterisert ved at innretningene for avslipning ytterligere omfatter en vibrerende separatorsikt hvortil de mot hverandre tumlede pellets føres, hvilken separatorsikt er tilpasset til fra pellets større enn en gitt diameter å separere både avslipt materiale og pellets mindre enn nevnte gitte diameter.

17. Apparatur ifølge krav 13, kar a^k terisert ved at innretningene for avslipning omfatter en vibrerende separatorsikt hvortil pellets fra nevnte mekanisme kan føres, hvilken separatorsikt er tilpasset å slipe av svovel fra pelletsene ved hjelp av vibrering, og fra pellets større enn en gitt diameter å separere både avslipt materiale og pellets mindre enn nevnte diameter.

18. Apparatur ifølge krav 13, karakterisert ved at den videre omfatter en kurvelevator for føring av regenererte pellets fra avslipningsinnretningen til den øvre åpning av reaktoren.

19. Apparatur ifølge krav 18, karakterisert ved at elevatoren omfatter innretninger for erstatning av forbrukte pellets.