SE422220C - Forfarande for fullstendig eller partiell neutralisation av de vid forbrenningen av svavelhaltigt brensle bildade sura forbrenningsprodukterna samt medel for genomforande av detta forfarande - Google Patents

Description

7809253-3 g z 10 15 20 25 30 35 40 Ett förfarande för detta ändamål är att minska oljans svavelhalt före förbränningen. Detta förfarande har fått viss användning, men det är rätt dyrbart, varför den avsvavlade oljan är väsentligt dyrare än den svavelrika oljan, vilket i övrigt självklart även gäller för olja, som redan vid utvinningen har låg svavelhalt.

Ett annat förfarande för att hindra att stora mängder svavel- oxider utsläppes i atmosfären med rökgaserna tillgår så, att man tvät- tar ut svaveloxiderna från rökgaserna med en vattenlösning av natrium- karbonat. För detta ändamål kräves emellertid en komplicerad apparatur och regenerering av tvättvätskan är energikrävande.

Man har även försökt att minska mängden sura svavelföreningar i rökgaserna genom att inblåsa pulvriserad dolomit (CaMg(C03)2) eller magnesiumkarbonat direkt i lågan. Vid användning av dolomit får man emellertid skadliga avlagringar, huvudsakligen av kalciumsulfat i eld- ningsapparaturen, och både beträffande dolomit och magnesiumkarbonat gäller att blott en mycket liten del faktiskt reagerar med de syra svavelföreningarna, i det att ämnena passerar genom flamman i praktisk taget oförändrad form. Man måste därför inblåsa mycket stora mängder dolomit eller magnesiumkarbonat för att uppnå någon väsentlig minsknin av rökgasernas halt av sura svavelföreningar, varför förfarandet blir arbetskrävande och kan ge upphov till driftsstörningar till följd av igensättningar förorsakade av pulver, som föres med till avloppskana- lerna. Detta förfarande har därför icke fått någon utbredd användning Det har nu visat sig, att det är möjligt att uppnå en effektiv neutralisering av de vid svavlets förbränning bildade sura produkterna genom att man enligt uppfinningen kontinuerligt samtidigt inblåser följande föreningar: a) natrium- eller kaliumnitrat, b) ammoniumnitrat c) magnesiukarbonat och/eller kalciumhydroxid, d) kol och e) ammoniun karbonat.

I ovanstående uppräkning av de ifrågakommande föreningarna tänke man sig naturligtvis tekniska kvaliteter av ämnena i fråga. Sålunda användes ammoniumkarbonat som också omfattar den tekniska produkten “hjorthornssalt", som innehåller avsevärda mängder ammoniumvätekarbo- nat och -karbamat. Uttrycket "kol" användes också i vidsträckt bety- delse och omfattar exempelvis pulverformigt kol, däribland stenkol, brunkol och träkol, samt pulverformig koks.

Det är icke helt klarlagt, efter vilka reaktionsmekanismer den utmärkta neutraliserade verkan uppnås, men man antar att svavlet i huvudsak bindes i form av ammoniumsulfat. När magnesiumkarbonatet och kalciumhydroxíden genom inblåsning tillsammans med de övriga av de 10 15 20 25 30 35 40 'IiBíJQQSS-S 3 nämnda föreningarna är i stånd att utöva en kraftigare neutralise- rande verkan, än när dessa föreningar inblåses var för sig vid känd teknik, kan detta tillskrivas att de vid en intermediär reaktion rea- gerar med nitraterna under bildning av basiska föreningar, däribland ammoniak, som effektivt omsätter sig med svaveloxiderna.

Bl.a. som följd av att de processer, som har betydelse för neu- tralisationen, äger rum över ett mycket stort temperaturområde, är det svårt att exakt ange, vilka reaktioner som äger rum, och uppfin- ningen är icke bunden till någon bestämd teori därom. Det bör dock. framhållas, att närvaron av kol tillsammans med nitraterna är av be- tydelse för att säkra, att föreningarna kommer i tillräckligt god kon- takt med de svavelhaltiga föreningar, som man önskar neutralisera.

Vid reaktionen mellan nitratet och kolet vid de i förbränningszonen rådande temperaturerna sker det nämligen en reaktion som påminner om förpuffning mellan de föreningar, som inblåses, varigenom de enskilda partiklarna sönderdelas, och ämnena sprides jämnt i förbränningszonen.

Det må framhållas, att genom den danska patentskriften lll 335 är känt ett medel till att förhindra svavelavlagring och korrosion i ångpannor, vilket medel innehåller alkalimetallnitrat, ammoniumnit- rat, kol och magnesiumoxid. Detta kända medel användes emellertid icke kontinuerligt utan endast under en halv minut per dygn, då ändamålet med dess användning är att förbränna sotavlagringar och att neutrali- sera svavelsyran, som kan ha kondenserat i förbränningsrummet eller utloppskanalerna. Användningen av detta kända medel medför således icke någon väsentlig minskning av den till atmosfären avgivna mängden sura svavelföreningar, och även om man skulle använda det kända medlet för kontinuerlig inblåsning, skulle det icke vara särskilt lämpligt för att uppnå en effektiv neutralisation, då medlet icke innehåller ammoniumkarbonat, som antas vara av väsentlig betydelse för det goda resultatet, som uppnås vid förfarandet enligt uppfinningen.

Förhållandet mellan mängderna av de fem beståndsdelarna a-e är icke kritiskt, men försök har visat att de bästa resulaten uppnås vid ett förfarande, som enligt uppfinningen utmärker sig genom att före- ningarna inblåses i mängder, som beräknat såsom vikt% av den totala mängden av föreningarna a + b + c + d + e uppgår till följande: a) natrium- eller kaliumnitrat 20-55% b) ammoniumnitrat 7-15% c) magnesiumkarbonat och/eller kalciumhydroxid 15-40% d) kol l- 4% e) ammoniumkarbonat l5-40% 10 15 20 25 30 35 40 7899253-3 4 Den mängd som skall inblåsas av de nämnda fem komponenterna per timme beror naturligtvis på den mängd svavel, som med bränslet förbrännes per timme. Det har visat sig, att man uppnår en effektiv neutralisation genom att enligt uppfinningen använda föreningarna a-e i en mängd, som totalt uppgår till 50-250 g/kg svavel i bränslet.

Detta motsvarar att man för varje ton olje med en svavelhalt av 2,5% svavel, som förbrännes, inblåses totalt l-6 kg av Det kan icke uteslutas, att den nämnda goda föreningarna a-e. verkan kan uppnås genom samtidig inblåsning av föreningarna var för sig, men det är så- väl av praktiska skäl som för att säkra den bästa mellan de olika komponenterna mest lämpligt att genomföra förfarandet möjliga kontakt under användning av ett medel, som enligt uppfinningen utmärker sig därigenom, att-det innefattar en blandning av följande föreningar: a) natrium- eller kaliumnitrat ' b) c) d) e) ammoniumnitrat magnesiumkarbonat och/eller kalciumhydroxid kol ammoniumkarbonat.

Såsom framgår av ovanstående komer den föredragna utförings- formen för detta medel att utmärka sig därigenom, att föreningarna a-e ingår i mängder, som räknat såsom vikt% uppgår till: a) natrium- eller kaliumnitrat 20~55% b) ammoniumnitrat 7-15% c) magnesiumkarbonat och/eller kalciumhydroxid l5-40% d) kol l- 4% e) ammoniumkarbonat 15-40% Medlet skall såsom framgår av ovanstående primärt användas för neutralisation av de vid svavlets förbränning bildade sura produkter- na, nämligen svaveldioxid. Emellertid medför användningen av medlet dessutom de fördelar, som uppnås med det genom ovannämnda danska pa- tentskrift kända medlet, så att förbränningsrumet hålles fritt från sotavlagringar. Mera överraskande är det, att man dessutom uppnår en icke oväsentlig förbättring av eldningsekonomin, vilket kan utläsas av det faktum, att det vid dosering av medlet uppnås en ökning av rökgasens koldioxidhalt, som långt överstiger den ökning, som man skul le kunna förvänta sig till följd av medlets oxidationskapacitet. Man kan därför antaga, att det vid medlets reaktion i blandningen framkom- mer vissa föreningar, som har en katalytisk verkan på förbränningen.

Såsom framgår av ovanstående kan kalciumhydroxid (företrädesvis i form av den tekniska produktensläcktkalk) och magnesiumkarbonat 10 15 20 25 30 35 7-3Û925ÉV3 5 ersätta varandra i det här avsedda medlet. Försök antyder dock, att de bästa resultaten erhålles med kalciumhydroxid.

Medlets verkan har visserligen undersökts i förening med olje- eldade anläggningar, men det kommer naturligtvis även att ha gynnsam verkan i förening med förbränning av kol med väsentlig svavelhalt.

Speciellt när sistnämnda förbränning sker i svävbädd kommer förhållan- dena för medlets användning att vara lämpliga. Även om medlet innehåller ammoniumnitrat tillsammans med det som reduktionsmedel verkande kolet kan det dock hanteras med full säkerhet utan explosionsfara som följd av medlets relativt stora halt av kal- ciumhydroxid och/eller magnesiumkarbonat eller ammoniumkarbonat. I överensstämmelse härmed blandar man vid medlets framställning kol och nitrater först efter det att den i förhållande till reaktionen mellan dessa två komponenter inaktiva kalciumhydroxiden och/eller magnesium- karbonatet har blandat med en av dessa komponenter.

Det må framhållas, att de sulfater som bildas vid medlets reak- tion med de svavelhaltiga föreningarna i förbränningszonen icke ger upphov till problem, då de avlägsnas med rökgaserna och icke ger an- ledning till någon synlig rökslöja över skorstenen. Den sulfathaltiga rökgasen är väsentligt mindre hälsovådlig och korroderande än den gas, som bildas när man icke använder neutralisationsmedel. U Förfarandet enligt uppfinningen illustreras närmare med hjälp av följande exempel. I Exempel l I ett värmeverk eldades med olja innehållande 2,5% svavel.

Analys av rökgasen under användning av ett Dräger-rör visade en svavelhalt i rökgasen av 52 mg/m3 gas under försöket.

För varje ton olja som förbrändes tillfördes till förbrännings- zonen genom inblåsning med hjälp av sekundärluften 3 kg av en bland- ning av natriumnitrat 38 vikt% ammoniumnitrat ll vikt% magnesiumkarbonat 25 vikt% kol 3 vikt% ammoniumkarbonat 23 vikt% Sedan inblåsningen av denna blandning påbörjats analyserades rökgasen ånyo och denna gång var resultatet O mg svaveldioxid per m3 rökgas. I detta försök uppnåddes sålunda en mycket effektiv neutra- lisation. vsnazss-s 6 l0 l5 20 25 30 35 40 Exempel 2 Även i detta exempel företogs eldningen med olja innehållande 2,5 vikt% svavel.

En sond infördes i avloppet till skorstenen och med hjälp av en med konstant hastighet arbetande vacuumpump sögs rökgas genom två i serie anordnade flaskor innehållande en vattenlösning av 10 vikt% na- triumkarbonat i vatten. Vid varje försök företogs genombubblingen i en halv time. _ Försök utfördes dels under det att eldningen skedde utan inblås- ning av det i frågavarande medlet och dels under det att ett medel med nedanstående sammansättning inblåstes i en mängd av ca 5 kg/ton olja: kaliumnitrat 38 vikt% ammoniumnitrat ll vikt% kalciumhydroxid 25 vikt% kol 3 vikt% ammoniumkarbonat 23 vikt% Sulfithalten bestämdes dels i en natriumkarbonatlösning, genom vilken rökgas hade bubblats i en halv time, utan att det ifrågavaran- de medlet användes (A), dels i motsvarande lösningar genom vilka rök- gasen hade bubblats, likaledes i en halv time, samtidigt som det i- frågavarande medlet hade doserats in i flamman (B), och slutligen be- stämdes sulfithalten i en motsvarande natriumkarbonatlösning, genom vilken någon rökgas icke hade letts (C). Resultaten blev följande: A. sulfithalt beräknad som S02: 5,0 mg/liter B. sulfithalt beräknad som S02: l,7 mg/liter C. (blindprov) 0,3 mg/liter Det må framhållas, att förhållandena vid försökets utförande indikerade att absorbtionen av S02 i natriumkarbonatlösningen icke var fullständig under de använda betingelserna. Emellertid må det faktum, att den S02 medlet ifråga blev inblåst, är mindre än 1/3 av den mängd, som absor- berades när inget medel inblåstes, tas som uttryck för att medlets an- -mängd, som absorberades vid det försök, vid vilket vändning medför en drastisk minskning i mängden S02 i rökgasen.

Exempel 3 Också detta exempel utfördes i en eldstad installerad i en värme central, där bränslet var tung brännolja. Oljebrännaren var en rota- tionsbrännare, och ångpannan hade en kapacitet av 1,78 x 106 kcal/h och en värmeyta av 60 m .

Det använda medlet hade samma samansättning som anges i exem- 10 15 20 25 30 35 40 73592553 7 pel 2, och det sattes till pannans brännkammare genom sekundärluft-' systemet. Genom en ejektorprincip uppsögs pulvret och blåstes in genom sekundärluftventilatorns sugsida i en mängd av 3,5 kg/ton olja.

Rökgasens sammansättning före och under behandlingen mättes av Jysk Teknologisk Institut, Århus, som bl.a. företog analys av halten svaveldioxid och svaveltrioxid samt kontrollerade rökgastemperaturen.

Svaveltrioxidhalten bestämdes genom uttagning av en delström och kondensering av S03-innehållet vid 73°C och efterföljande titre- ring av kondensatet med en NaOH-lösning. Resultatet anges såsom ml förbrukad NaOH-lösning.

Svaveldioxidhalten bestämdes i gasen efter utkondensering av S03 genom att gasen leddes genom två efter varandra följande tvättflaskor, var och en innehållande 3%-ig väteperoxid, i vilken svaveldioxiden absorberades och bestämdes kvantitativt.

Försöken genomfördes så, att först företogs två mätningar utan tillsättning av medlet. Därefter inleddes den kontinuerliga tillsätt- ningen av medlet, och efter en halv timme företogs ytterligare två mätningar. De erhållna resultaten återges i nedanstående tabell: Utan tillsättning Med tillsättning Ändring Analys Medel Analys Medel % l 2 3 4 Svaveldioxid (mg/dm3) 2,35 1,84 2,09 1,58 1,56 1,57 - 25 Svaveltrioxid (ml/m3) 4 3,57 3,79 2 1,98 1,99 - 47,5 Rökgastemperatur (OC) 210 210 2lO 190 190 190 - 9,5 Såsom framgår av ovanstående tabell minskades halten av svavel- dioxid och svaveltrioxid i rökgaserna med 25% resp. 47,5%, och en an- märkningsvärd sänkning av rökgastemperaturen uppnåddes, vilket kan tillskrivas att medlet trots den kortvariga användningen var i stånd att avlägsna en betydande mängd pannbeläggningar, huvudsakligen bestå- ende av sot.

Det är rimligt att antaga, att man skulle ha kunnat konstatera en större minskning av halterna svaveldioxid och svaveltrioxid i rök- gasen, om försöken hade utförts i en panna med mindre beläggningar än vad som var fallet, i det att en del av de svaveloxider, som konstate- rades vid analyserna 3 och 4, måste antas härstamma från förbränning av svavelhaltiga pannbeläggningar, som frigjordes vid medlets använd- ning.

Orienterande försök i en mindre panna har vidare visat en god 7809253-3 8 neutralisationsförmåga hos bl.a. blandningar med följsnde sammansätt- l 2 s s 3 ningar: a) natriümnitrat, vikt% : 25 26 50 b) ammoniumnitrat, vikt% : 15 9 7 5 c) kalciumhyäroxid, vikt% : 40 17 25 d) kol, vikt% : 2 3 3 e) ammoniumkarbonat, vikt% : 18 35 15

Claims (7)

72889. 2 5 31 3 P A T E N T K R A V

1. l. Förfarande för fullständig eller partiell neutralisation av de vid förbränning av svavelhaltigt bränsle bildade sura förbränningsprodukterna genom kontinuerlig inblâsning av ba- siska ämnen i förbränningszonen, k ä n n e t e c k n a t a v att man samtidigt inblåser följande föreningar: a) natrium- eller kaliumnitrat b) ammmoniumnitrat c) magnesiumkarbonat och/eller kalciumhydroxid a) 1<<>1 É e) ammoniumkarbonat.

2. Förfarande enligt krav l, k ä n n e t e c k n a t a v att föreningarna inblåses i mängder, vilka beräknat såsom vikt% av den totala mängden av föreningarna a + b + c + d + e uppgår till följande: a) natrium- eller kaliumnitrat 20-55% b) ammoniumnitrat 7-15% c) magnesiumkarbonat eoch/eller kalciumhydroxid 15-40% d) kol l- 4% e) ammoniumkarbonat 15-40%

3. Förfarande enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a t a v att man använder föreningarna a)-e) i en mängd, som totalt uppgår till 50-250 g/kg svavel i bränslet.

4. Medel för genomförande av ett förfarande för fullständig eller partiell neutralisation av de vid förbränning av svavel- haltigt bränsle bildade sura förbränningsprodukterna genom kontinuerlig inblåsning av basiska ämnen i förbränningszonen, k ä n n e t e c k n a t a v att det innefattar en bland- ning av följande föreningar: 7809253-3 10 a) natrium- eller kaliumnitrat b) àmmoniumnitrat c) magnesiumkarbonat och/eller kalciumhydroxid d) kol e) ammoniumkarbonat.

5. Medel enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a t a v att det innehåller föreningarna a)-e) 1 mängder vilka beräknade som vikt% uppgår till följande: a) natrium- eller kaliumnitrat 20-55% b) ammoniumnitrat 7-15% c) magnesiumkarbonat och/eller kalciumhydrøxid 15-40% d) kol 1- 4% e) ammoniumkarbonat 15-40%

6. Medel enligt krav 4 eller 5, k ä n n e t e c k n a t a v att komponenten c) är kalciumhydroxid.

7. Medel enligt krav 4 eller 5, k ä n n e t e c k n a t a v att komponenten c) är magnesiumkarbonat. zaeazsa-3 S A M M A N D R A G I förbränningszonen i en eldstad, där man förbränner svavelhal- tigt bränsle, införes kontinuerligt natrium- eller kaliumnitrat; ammoniumnitrat; kalciumhydroxid eller magnesiumkarbonat eller bägge- dera; kol och ammoniumkarbonat. Man uppnår neutralisation av de vid förbränning bildade sura svavelföreningarna, och pannan hâlles fri från sot och andra belägg- ningar.