SE459317B - Foerfarande foer att reducera kvaeveoxider i roekgas - Google Patents

Description

459 517 Förfarandet enligt föreliggande uppfinning får en alldeles speciellt lämplig tillämpning vid rening av rökgaser, som befriats från katalysa- torn förgiftande komponenter, såsom svaveltrioxid.

TEKNIKENS TIDIGARE STÅNDPUNKT Vid förfaranden arbetande enligt ovan angivna förutsättningar är det tidigare känt att man kan vidtaga vissa åtgärder för att vid lâg tempe- ratur kunna avskilja ur avgivna varma rökgaser såväl partikelformade föroreningar som gasformiga svaveloxider och vid en högre temperatur kunna avskilja gasformiga kväveoxider.

För avskiljning av partikelformade föroreningar, såsom flygaska, är det känt att man kan använda elektrostatiska stoftavskiljare och/eller spärrfilter.

För avskiljning av gasformiga svaveloxider är det tidigare känt att man kan använda kontaktreaktorer, i vilka införes en absorbent aktiv för att ' binda de gasformiga svaveloxiderna.

För att få en förbättrad utnyttjning av en sådan absorbent är det känt att man i stoftavskiljare kan uppsamla utnyttjad absorbent, uttaga denna och recirkulera absorbenten för återanvändning.

Vidare är det känt att man kemiskt kan omvandla vissa skadliga ämnen till ofarliga ämnen med hjälp av aktiva tillsatser eller katalysatorer.

Ett exempel på en sådan kemisk omvandling är reduktion av kväveoxider till kväve med ett lämpligt reduktionsmedel.

Det är i detta sammanhang ett flertal olika principer etablerade på marknaden. Reduktionen av kväveoxider sker ibland före Stoftavskilj- ningen och ibland efter. Den kan ske vid hög temperatur utan katalysator och vid lägre temperatur, med hjälp av katalysator. Om dessutom svavel- haltiga föroreningar skall avskiljas ur rökgasen så kan reduktionen av kväveoxider ske såväl före som efter svavelavskiljningen. 459 317 Vid ovan angiven kväveoxidreduktion tillsättes ofta ammoniak som reduk- tionsmedel och denna tillsats bildar tillsammans med svaveloxiderna i rökgaser föroreningar som kan ge beläggningar i anläggningen, exempelvis på katalysatorer och värmeväxlare. Det blir därför vid sådana förutsätt- ningar fördelaktigare att avskilja svavelföreningar före en reduktion av kväveoxider.

Reduktion av kväveoxider sker vanligtvis effektivare vid temperaturer väsentligt högre än de som råder när rökgaserna lämnar de vanligen an- vända avsvavlingssystemen. Gasen återuppvärms därför efter avsvavlingen dels genom värmeväxling och dels med olja eller naturgas, som är väsent- ligen svavelfri, om kväveoxidreduktionen sker sist i reningskedjan. Återuppvärmningsenergin kan delvis tillvaratagas genom en värmeväxling till inkommande gas, men en stor del går normalt ut med rökgaserna genom skorstenen. Eftersom högvärdig energi används blir kostnaden betydande.

Vid tidigare kända förfaranden för att reducera kväveoxider är det van- ligt att utforma katalysatorerna som långa smala kanaler sammanbyggda till en cellstruktur, företrädesvis med fyrkantigt eller sexkantigt tvärsnitt. Det bärande materialet kan vara t.ex. aluminiumoxid eller titandioxid med tillsats av en aktiv katalytisk komponent t.ex. vana- dinpentoxid.

Eftersom vissa ämnen reagerar med katalysatorn, och därmed successivt gör den mindre aktiv, och andra smutsar ned ytan, eventuellt efter en icke önskad katalytisk reaktion, måste utformade katalysatorelement tas ut och antingen ersättas med nya eller rengöras. De kan även regenereras efter en tids drift.

Vid tidigare kända förfaranden är det också känt att man kan byta en del av katalysatormaterialet kontinuerligt. Detta kan ske om reaktorn utfor- mas som en långsamt rörlig bädd av partiklar (5-10 mm) genom vilken gasen leds. I botten av bädden tas kontinuerligt eller diskontinuerligt ut förbrukat katalysatormaterial för regenerering medan färskt 459 317 katalysatormaterial införes högre upp. Även i dessa anläggningar är en bärare, exempelvis aluminiumoxid, belagd med aktiv substans.

Exempel härpå ges i den svenska patentskriften 381 993 och den amerikans- ka patentskriften 3,470,090, som dock ej behandlar reduktion av kväveoxider, samt den amerikanska 4,003,711, som avser en reducering av kväveoxider med en järnbaserad katalysator.

Samtliga kända system för att reducera kväveoxider i rökgaser har visat sig vara utrymmeskrävande och blir därför dyra såväl avseende installa- tion som drift.

Genom publikationen WO 86/05712 och Chemical Abstracts V0l. 89, 1978, abstract nr. 94443J är det tidigare känt att reducera kväveoxid i en gas genom att tillsätta en katalysator i pulverform i gasen.

REDOGURELSE FÖR FURELIGGÅNDE UPPFINNING Igkfllskl PROBLEM Under beaktande av bl.a. den ovan angivna teknikens tidigare ståndpunkt framstår det som ett tekniskt problem att minska utsläppen av kväveoxi- der från anläggningar, i första hand eldade med fossila bränslen men även vid eldning med biobränsle genom att sönderdela och reducera redan bildad kväveoxid.

Det är ett än mera kvalificerat tekniskt problem att kunna reducera bildad kväveoxid vid en låg temperatur och dessutom kunna erbjuda en prisbillig katalysator för en selektiv reduktion av kväveoxider.

Det är vidare ett kvalificerat tekniskt problem att skapa förutsätt- ningar för en enkel och rationell regenerering av katalysatormaterialet, om detta skulle förlora sin aktivitet p.g.a. förekomsten av andra be- ståndsdelar i rökgasen. 459 317 Det är dessutom ett tekniskt problem att kunna skapa förutsättningar för ett enkelt införande och ett bortförande av utnyttjat katalysatormate- rial.

Det är ett kvalificerat tekniskt överväganden att kunna komma till den insikten att den katalytiska reaktionen skulle kunna ske i redan kända och billiga enheter, som stoftavskiljare.

Det är också ett kvalificerat tekniskt övervägande att kunna inse att varaktigheten av kontaktiden mellan katalysator och gaskomponenter kan förlängas avsevärt genom att låta katalysatormaterialet finfördelat blandas i gasflödet före det egentliga reaktorrummet.

LUSNINGEN Föreliggande uppfinning anvisar ett förfarande för att lösa ett eller flera av de ovan angivna tekniska problemen. Förfarandet gäller i första hand behandling av en gas, innehållande kväveoxider, vid en temperaturni- vâ lämplig för katalytisk reduktion av kväveoxider, med exempelvis ammo- niak, så att av dessa bildas kvävgas och vatten.

Speciellt lämpligt blir förfarandet vid rening av rökgaser från förbrän- ning av exempelvis kol eller torv, men förfarandet är tillämpbart på förbränningsprocesser och andra processer som genererar gaser förorenade med kväveoxider.

Enligt uppfinningen anvisas att den katalytiska reduktionen av kväve- oxiderna med amoniak som reduktionsmedel sker genom att katalysator- material i pulverform tillföres reaktorrummet eller rökgasen väsentligen momentant så att därav erhålles en önskad beläggning pâ spärrfiltrets filter'ta, för att därefter i huvudsak utan ytterligare tillsats av katalysatörmaterial, under ett tidsintervall låta rökgas blandad med ammoniak ströma genom filtret. 459 317 Som ytterligare föreslagna egenheter med uppfinningen föreslås att före den katalytiska reduceringen renas rökgaser på så sätt att från rökgasen avskiljes först partikelformiga föroreningar och därefter svavelhaltiga gasformiga föroreningar.

När restföroreningshalten när ett förutbestämt gränsvärde rensas filtret och nytt eller regenererat katalysatormaterial tillföres.

Härför föreslås att filtret rensas sektionsvis och tillförsel av nytt katalysatormaterial utföres sektionsvis.

Uttaget material regenereras genom upphettning, så att de kemiska föroreningarna, som bildat beläggningar på ytan, avgår i gasform.

Speciellt anvisas att partikelstorleken hos det katalytiska materialet skall vara väsentligt mindre än 1 mm, vanligtvis mindre än 0,1 mm.

Förfarandet anvisar vidare att det pulverformiga katalysatormaterialet bör införas i rökgasen i stoftavskiljaren.

Reduktionsmedlet tillföres kontinuerligt till rökgasströmmen medan katalysatormaterialet tillföras diskontinuerligt.

Vidare föreslås att i en första reaktor avskiljes första gasformiga föroreningar, såsom svaveldioxid, och i en andra reaktor avskiljes andra gasformiga föroreningar, såsom kväveoxider, där det till ett den andra reaktorn tillhörigt reaktorrum tillsättes ammoniak och ett katalysator- material för att reducera nämnda kväveoxider.

Det är därvid lämpligt att som reaktorrum väljas en andra stoftavskiljare, speciellt ett slangfilter.

Intet hindrar dock att som reaktorrum välja ett kanalavsnitt för rökgaserna med en nedströms inkopplad andra stoftavskiljare, såsom en cyklonavskiljare. 459 317 I reaktorrummet nyttjat katalysatormaterial samt bildade fasta föroreningar uttages ur nämnda andra reaktor, varefter kataly- satormaterialet regenereras. Åtminstone en del därav återföres sedan till reaktorrummet.

Vid en sådan regenerering frigjorda gaser återföres till eldstaden eller den första reaktorn.

Slutligen anvisas att ett katalysatormaterial i pulverform mättat med ammoniak kan tillsättas.

FURDELAR De fördelar som främst kan få anses vara kännetecknande för ett förfar- ande i enlighet med föreliggande uppfinning är att härigenom har det skapats förutsättningar för att på ett effektivt sätt kunna skapa kon- takt mellan katalysatormaterial, reduktionsmedel och kväveoxid i en strömmande gas för att med enkla medel kunna genomföra en katalytisk reduktionsprocess med hjälp av välbeprövad utrustning och att med ett enkelt förfarande kunna återanvända ett utnyttjat och med föroreningar bemängt katalysatormaterial, som är avsett att åstadkomma en kemisk reaktion mellan kväveoxid och tillsatt amoniak.

Het som främst kan få anses vara kännetecknande för ett förfarande i enlighet med föreliggande uppfinning anges i det efterföljande patent- kravets 1 kännetecknande del. 459 317 KORT FIGURBESKRIVNING En för närvarande föreslagen utföringsform av en anläggning, vid vilken det enligt uppfinningen anvisade förfarandet med fördel skall kunna utnyttjas, skall närmare beskrivas med hänvisning till bifogad ritning där; figur 1 visar i blockschemaform en tidigare känd anläggning anpassad för avskiljning av såväl partikulära föro- reningar som svaveldioxidföroreningar och kväveoxid- föroreningar och figur 2 visar en för föreliggande uppfinning signifikativ anordning, arbetande enligt det uppfinningsmässiga förfarandet.

BESKRIVNING UVER NU FURESLAGEN UTFURINGSFORM Med hänvisning till figur 1 visas således i blockschemaform en tidigare känd anläggning, innefattande en panna eller en eldstad 1, en med hjälp av avgivna varma rökgaser för uppvärmning av till pannan inkommande för- bränningsluft avsedd första värmeväxlare 2.

Värmeväxlaren 2 står i direkt förbindelse med en elektrostatisk stoft- avskiljare 3, för att avskilja fasta partikulära föroreningar, såsom flygaska, ifrån den med gasformiga föroreningar bemängda rökgasen.

Den sålunda från fasta föroreningar renade rökgasen passerar nu vidare till en första reaktor 4, för att ur rökgaserna kunna avskilja första gasformiga föroreningar, såsom svaveldioxid.

Denna reaktor 4 kan bestå utav en i och för sig tidigare känd kontakt- reaktor, arbetande enligt den våttorra metoden, innebärande att ett vått absorptionsmaterial tillsättes.

Det kontaktreaktorn lämnande torra absorptionsmaterialet avskiljes i ett nedströms inkopplat ej visat filter. 459 317 I figur 1 visas vidare en andra värmeväxlare 5, för att höja den från gasformiga svaveldioxidföroreningar renade rökgasströmens temperatur i en andra reaktor 6, för att ur sålunda renade rökgaser kunna, med hjälp av en katalysator, avskilja andra gasformiga föroreningar, såsom kväve- oxider.

För att i den andra reaktorn 6 få en effektiv kemisk förening mellan ä ena sidan kväveoxider och å andra sidan ammoniak, i närvaro av en kata- lysator, erfordras att temperaturen i den andra rektorn 6 överstiger ett på förhand bestämt värde, säg mellan 30000 och 40000, och för att kunna uppnå detta värde samt konstanthâlla värdet förefinns en uppvärmningsan- ordning 7.

Via en ledning 8 tillföres ammoniak, som blandas med de rökgaser som lämnar uppvärmningsanordningen 7.

Den reaktorn 6 lämnande gasströmmen, renad från kväveoxider, kan via en ledning 10 återföras till värmeväxlaren 5 och där avge sitt värmeinne- håll till den inkommande rökgasströmmen, för att därigenom reducera det erforderliga energitillskottet via uppvärmningsanordningen 7. Via en ledning 11 lämnar därefter avkylda rökgaser anläggningen via en i och för sig icke visad skorsten.

Med hänvisning till figur 2 visas således där mera i detalj de specifika kopplingstekniska arrangemang som krävs i anläggningen för att kunna arbeta i enlighet med det för uppfinningen signifikativa förfarandet.

I figur 2 illustrerar hänvisningsbeteckningen 9 en ledning för ett kata- lysatormaterial, där detta material väljes att utgöras av ett pulverfor- migt material.

Via ledningen 8 tillföres på tidigare känt sätt ammoniak. 459 317 10 I figur 1 illustrerar hänvisningsbeteckningen 6 en andra reaktor. I figur 2 kan den andra reaktorn 6 mycket väl utgöras av en i och för sig tidigare känd stoftavskiljare, speciellt ett spärrfilter.

Vid val av spärrfilter, i form av ett slangfilter, föreslås speciellt att filtret skall vara försett med rensningsutrustningar, för att i tur och ordning kunna på ett kontrollerat sätt rensa filterslangarna från ansamlat fast material.

Inom uppfinningens ram faller även den möjligheten att låta ett reak- torrum utgöres av ett kanalavsnitt för rökgaserna och anordna en ned- ströms inkopplad stoftavskiljare, såsom en cyklonavskiljare.

Enligt föreliggande uppfinning skall nu i reaktorrummet bildade förore- ningar, såsom annmniumsulfater, samt utnyttjat katalysatormaterial, i pulverform, uttagas via en ledning 6a ur nämnda reaktor 6 för att i en regenereringsanordning 12 regenereras, t.ex. genom en termisk behandling vid 4oo°c.

Upphettningen i anordningen 12 skall emellertid vara sådan att via led- ningen 12b kan uttagas i gasform uppträdande ammoniak och svaveltrioxid, eventuellt även svaveldioxid, som recirkuleras till eldstaden 1 eller avsvavlingsreaktorn 4. Ammoniak kan eventuellt separeras från gasbland- ningen och utnyttjas för att recirkuleras och tillföras rökgasen via ledningen 8.

Det i reaktorrumet utnyttjade och förorenade katalysatormaterialet uttages ur reaktorn 6 i pulverform och renas från ammoniak och svavel- trioxid för att via ledningarna 12a och 9 ånyo tillföras reaktorn 6 i pulverform.

Inom uppfinningens ram faller givetvis även möjligheten att efter upp- hettningen i anordningen 12 skapa förutsättningar för att låta uttaget katalysatormaterial i pulverform vara mättat med ammoniak och i så fall kan alltså katalysatormaterial och ammoniak tillsättas rökgasen i en 459 317 11 blandning via ledningen 9. Det är att förvänta att andelen ammoniak tillförd på detta sätt sorberad i katalysatormaterialet icke är till- räcklig. Tillförsel av en kompletterande andel ammoniak via ledningen 8 är troligen nödvändig. väsentligen allt uttaget katalysatormaterial âtercirkuleras via led- ningen 9 för att på nytt utnyttjas i reaktorn 6. Via ledningen 13 utta- ges en andel förbrukat, eventuellt ej regenererbart katalysatormaterial.

Via ledningen 14 tillföres motsvarande mängd färskt katalysatormaterial samt ersättning för katalysatormaterial som eventuellt lämnar systemet via andra vägar.

Uppfinningen är givetvis inte begränsad till den ovan såsom exempel an- givna utföringsformen utan kan genomgå modifikationer inom ramen för uppfinningstanken illustrerad i efterföljande patentkrav.

Claims (14)

459 317 /Q PATENTKRAV

1. Förfarande för att reducera kväveoxider i rökgaser med hjälp av en tillsats av ammoniak under inverkan av ett tillsatt pulverformigt kata- lysatormaterial, varvid rökgasen med tillsatsen leds genom ett spärrfilter, k ä n n e t e c k n a t därav, att det pulverformiga katalysatormaterialet tillföres väsentligen momentant, så att därav erhålles en önskad beläggning på spärrfiltrets filteryta, för att därefter i huvudsak utan ytterligare tillsats av katalysatormaterial, under ett tidsintervall låta rökgas blan- dad med anmoniak strömma genom filtret.

2. Förfarande enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att före den katalytiska reduceringen renas rökgaser på så sätt att från rök- gasen avskiljes först partikelformiga föroreningar och därefter svavelhal- tiga gasformiga föroreningar.

3. Förfarande enligt patentkravet 2, k ä n n e t e c k n a t därav, att när restföroreningshalten när förutbestämt gränsvärde rensas filtret och nytt eller regenererat katalysatormaterial tillföres.

4. Förfarande enligt patentkravet 2 eller 3, k ä n n e t e c k n a t därav, att filtret rensas sektionsvis och tillförsel av nytt katalysatorma- terial utföres sektionsvis.

5. Förfarande enligt patentkravet 2 eller 3, k ä n n e t e c k n a t därav, att uttaget material regenereras genom upphettning, så att de ke- miska föroreningarna, som bildat beläggningar på ytan, avgår i gasform.

6. Förfarande enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att det pulverformiga katalysatormaterialets partikelstorlek väljes under 1 mm, företrädesvis mindre än 0,1 mm.

7. Förfarande enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att det pulverformiga katalysatormaterialet införes i rökgasen i stoftavskil- jaren.

8. Förfarande enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att reduktionsmedlet tillföras kontinuerligt till rökgasströmmen medan kataly- satormaterialet tillföres diskontinuerligt. 459 317 /s

9. Förfarande enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k - n a t därav, att i en första reaktor avskiljes första gasformiga föro- reningar, såsom svaveldioxid, och i en andra reaktor avskiljes andra gas- formiga föroreningar, såsom kväveoxider, där det till ett den andra reak- torn tillhörigt reaktorrum tillsättes ammoniak och ett katalysatormaterial för att reducera nämnda kväveoxider.

10. Förfarande enligt patentkravet 1 eller 8, k ä n n e t e c k n a t därav, att som reaktorrum väljes en andra stoftavskiljare, speciellt ett slangfilter.

11. Förfarande enligt patentkravet 1 eller 8, k ä n n e t e c k n a t därav, att som reaktorrum väljes ett kanalavsnitt för rökgaserna med en nedströms inkopplad andra stoftavskiljare, såsom en cyklonavskiljare.

12. Förfarande enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e - t e c k n a t därav, att i reaktorrunmet nyttjat katalysatormaterial samt bildade fasta föroreningar uttages ur nämnda andra reaktor och att kataly- satormaterialet regenereras och att åtminstone en del därav återföres till reaktorrummet.

13. Förfarande enligt patentkravet 12, k ä n n e t e c k n a t därav, att vid regenereringen frigjorda gaser âterföres till eldstaden eller den förs- ta reaktorn.

14. Förfarande enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att ett katalysatormaterial i pulverform mättat med ammoniak tillsättes.