SE468273B - Foerfarande och anordning foer kemisk och/eller fysikalisk behandling av ett fluidum - Google Patents

Description

'larnas kemiska, 468 275 2 minskat, måste de bortföras. I rökgaserna förekommande kväveoxider måste avskiljas i separata processteg.

Det är ett önskemål att kunna minska anläggnings och driftskostnader genom att processer i samma utrustning, trots att det är nödvändigt att ibland bortföra de aktiva partiklarna och behandla de olika partikelslagen på olika sätt. Genom föreliggande uppfinning har detta önskemål nu visat sig vara möjligt att uppfylla genom ett förfarande för kemisk och/eller fysi- kalisk behandling av ett fluidum enligt patentkravet 1.

Uppfinningen avser också en samtidigt utföra flera slags anordning för utförande av förfarandet, såsom anges i patentkraven.

Förfarandet enligt uppfinningen avser användning av ett partikelformigt medel för kemisk och/eller fysikalisk behandling av fluidum, vilket medel innehåller minst två slags partiklar som har olika aktivitet. Varje partikelslag ligger inom separata partikelvikts- och/eller storleksintervall, vilket gör det lätt att separera dem från varandra, exempelvis med cyklon. De olika partikel- slagen kan ha olika slags katalytisk att reagera kemiskt med en eller flera komponenter i fluidet eller besitta någon fysikalisk egenskap, t ex absorptionsförmåga, gentemot en eller flera komponenter.

För att kunna använda cyklon vid separation av partiklarna är det lämpligt att partikelstorleken är mindre än 1 mm, företrädesvis mindre än 0,2 mm. Partiklarnas aktivitet ökar i allmänhet ju mindre de är, problem uppstå när de ska avskiljas från ett fluidum. Om ett filter avskiljandet, ökar tryckfallet med minskande partikelstorlek. Storleken bör inte understiga 0,1 um, företrädesvis 1 um. Skillnaden i partikelvikt eller storlek mellan de olika partikelslagen bör ligt stor slags aktivitet, ha förmåga men om de är för små kan används för vara tillräck- för att i praktiken möjliggöra separering av dem från varandra. Lämpliga numeriska värden beror på partik- fysikaliska och mekaniska egenskaper, och kan lätt framtas experimentellt av en fackman.

När partiklarna används för behandling av dum, d v s ett flui- en gas, vätska eller en blandning därav, sker h.) UI .vid olika 'temperaturnivåer 43 O x 03 FO \'1 (N 3 denna i ett reaktionsrum där partiklarna kommer i kontakt med fluidet. I samband med eller efter behandlingen i reaktionsrummet avskiljs partiklarna från fluidet och bortförs. Avskiljandet kan ske med kända metoder, såsom filtrering eller strömning genom cyklon. att låta fluidet anordnat filter, där och bildar en aktiv beläggning därpå.

Det är ofta lämpligt att använda ett strump- filter, då en kontaktyta och förhållandevis lågt tryckfall därvid erhålls. När partiklarnas aktivitet sjunkit till en oacceptabel nivå, bortförs de från filtret och reaktionsrummet, eller regenererade partiklar tillförs fluidumströmmen. Bortförseln kan ske medelst motströms genomblåsning med ett företrädesvis inert fluidum. Även mekaniska metoder, En föredragen utföringsform är strömma genom ett i partiklarna avskiljs reaktionsrummet eller slang- stor varefter nya såsom skakning eller rensning kan användas, eventuellt i kombination med genom- blåsning. Det föredras ofta att bortföra och tillföra partiklarna diskontinuerligt, vilket är enklare ur praktisk synpunkt, men även kontinuerlig bort- och tillförsel under processens gång ligger inom uppfinningens ram.

Partiklar som bortförts från ras med reaktionsrummet separe- avseende på partikelslagen även således vikt eller storlek, varvid de olika separeras från varandra, och kan olika av efterbehandling. Det finns många kända sätt att separera partiklar med olika storlek. Om fluidet är en gas, vilket är van- ligast, föredras strömning genom en eller på grund av underkastas slag vikt eller flera cykloner, effektivitet och dess enkla och Det är dock fullt möjligt att i stället eller som komplement använda sikt-, sedimenterings- cyklonens robusta konstruktion. eller centrifugeringsteknik. De två avser det sistnämnda fall när fluidet är en vätska.

Efterbehandlingarna kan utgöras av värmebehandling eller behandling med olika substanser. Ibland kan värdefulla produkter utvinnas från kontakt med fluidet. Det om efterbehandlingen partiklarna som varit i är för- delaktigt av partiklarna innebär en 468 273 4 så att de kan återföras Därvid regenereras regenerering, till processen. i allmänhet de olika partikelslagen på olika sätt, och måste därför behandlas var för sig. Ibland är det inte möjligt att regenerera alla partikelslagen, så att ett :eller flera slags partiklar måste bortföras från kretsloppet när dess aktivitet minskat till en oacceptabel nivå, varvid nya partiklar måste tillföras. I de flesta fall uppstår vissa förluster av partiklar under processens gång, vilka det också måste kompenseras för. I vissa fall utgör de använda partiklarna i sig en värdefull produkt. Om diskontinuerlig bortförsel tillämpas, bör detta ske när åtminstone ett av partikelslagen har minskat sin aktivitet till en oacceptabel nivå. I de fall partiklarna regenereras och recirkuleras, kan i så fall ett eller flera av de andra partikelslagen återföras direkt utan regenerering, åtmins- tone vid en del av recirkuleringstillfällena. Exempelvis kan ett partikelslag regenereras ett annat slag vid var femte och ett tredje slag vid var femtionde. Således de olika partikelslagen endast vid behov. I övriga fall recirkuleras de direkt efter separeringen. 5 Om regenereringen tar tid, kan det vara lämpligt att ha ett buffertlager med partiklar anordnat mellan regene- reringsutrustningen och anordningen för dosering av partik- lar. Buffertlager kan även förekomma på andra ställen för att kompensera för olika processtider vid olika steg.

Lämpligt sätt recirkuleringen beror vid varje recirkulering, IGQBIISIGIES att transportera partiklarna vid framför allt på deras mekaniska och fysikaliska egenskaper. I allmänhet är det lämpligt att använda pneumatisk transport, mekaniska anordningar, såsom skruvtransportörer, eller helt enkelt låta hjälp av tyngdkraften. dem falla med För att kunna driva en kontinuerlig process trots diskontinuerlig bortförsel och tillförsel av partiklar, kan anordningen' vara uppdelad i flera sektioner med separata filter, där partiklarna byts ut vid olika tillfällen. Även om förfarandet ovan beskrivits som en kontinu- erlig process, ligger även satsvisa processer där partik- 468 273 s larna måste bortföras och separeras från varandra, inom uppfinningens ram.

En föredragen anläggning för behandling av ett fluidum med ett partikelformigt medel enligt uppfinningen innefattar ett reaktionsrum med tillopp och utlopp för fluidum. É eller efter reaktionsrummet är en partikel- avskiljare anordnad så att fluidet strömmar genom denna. En föredragen utföringsform innefattar ett anordnat filter. Anläggningen innefattar även medel för bortförande av partiklar från partikelavskiljaren. Vid utföringsformen med ett i reaktionsrummet anordnat filter, utgörs detta lämpligen av medel för att genom filtret skapa motströms genomströmning av ett företrädesvis inert flui- dum, som bortför partiklarna och transporterar dem vidare genom ,en ledning, till en anording för separation av partiklar med olika vikt eller storlek. Ibland är det lämpligt om även organ för skakning eller mekanisk rensning av filtret förekommer. Flera filter kan vara parallellkopp- lade i ett reaktionsrum, för att möjliggöra en kontinuerlig process trots diskontinuerlig bortförsel av partiklar.

Separationsanordningen utgörs lämpligen av en eller i reaktionsrummet flera cykloner, men även andra typer av utrustning kan komma i fråga. Om ett eller flera av partikelslagen ska recirkuleras, innefattar anläggningen anordingar för separat transport av dessa för återförande till processen.

Dessa kan innefatta medel för pneumatisk transport, före- trädesvis i kombination med mekaniska skruvtransportörer. anordningar, såsom Även sektioner där partiklarna faller med tyngdkraften kan ingå. tikelslag krävs, Om regenerering av något par- förekommer åtminstone en regenerator för varje partikelslag som ska regenereras för sig. Åtminstone en av transportanordningarna innefattar medel för att vid behov kunna leda partiklarna genom regeneratorn innan de återförs till processen, eventuellt via ett buffertlager.

Uppfinningen ska nu åskådliggöras ett specifikt problem. Vid fossila bränslen eller avfall, bildas ofta kväveoxider och Det har hit- i anslutning till förbränning, speciellt av svaveloxider som föroreningar i rökgaserna. h) UI jordartsmetaller, eller 468 273 6 tills inte varit möjligt att i samma processteg på ett ekonomiskt fördelaktigt sätt avsevärt minska både NOX och SOX i en gas.

Det partikelformiga medlet för gasrening innehåller partiklar inom ett visst partikelvikts- och/eller storleks- intervall för behandling av NOX i gasfas, företrädesvis katalysatorpartiklar för reducering av NOX, ammoniak. Vilken halterna av t ex med som helst partikelformig katalysator för NOX-reducering kan användas. tiklar innefattar Föredragna katalysatorpar- små korn av en oorganisk oxid, företrä- desvis SiO2, som är belagda med ett katalytiskt skikt innehållande Ti02 och V205, erhållet genom separat eller samtidig beläggning. Även partiklar av zeolit eller aktivt kol kan vara lämpliga som bärare. I kontakt med gas inne- hållande svavelföreningar bildas på partiklarna ett tunt skikt av (NH4)2SO4, som liksom de flesta andra beläggningar som bildas, kan tas bort genom upphettning. Partiklarna har lämpligen en storlek från 1 till 200 um, företrädesvis från till 100 um. Denna katalysator uppvisar hög aktivitet vid så låga temperaturer som från l50°C. Låga temperaturer gynnar absorption av SOX, samtidigt som det innebär en sig. Katalysatorpartiklar av denna tillverkning, ekonomisk besparing i typ, samt deras SE, A, 8900684-5.

Förutom partiklar beskrivs närmare i inom ett visst vikt- och/eller storleksintervall för behandling av NOX, innehåller medlet partiklar inom ett annat partikelvikts- och/eller storleks- intervall för behandling av SOX i gasfas, företrädesvis genom absorption av föreningarna i sig eller dess reakç tionsprodukter. Alla partiklar med förmåga att absorbera, eller på annat sätt bortföra SOX från en gas, kan användas.

Exempel på användbara absorptionsmedel är oxider, hydroxi- aikalimetaiier eller aikaliska oxider av mangan, rhenium, koppar der eller karbonater av eller silver. Dessa kan förekomma var blandningar med varandra. för sig eller i att de på en bärare, t ex SiO2, även om Ett föredraget Det föredras aktiva substanserna föreligger det inte är nödvändigt för uppfinningen. 64 ^'\. l5 468 275 7 absorptionsmedel innefattar av SiO2 på vilken MnO2 och CuO är samutfällt. Det är möjligt att byta ut MnO2 mot Re207 eller någon annan rheniumoxid, eller att byta ut CuO mot Ag0. I kontakt med SOX bildas i allmänhet sulfater i_ fast form, som kan bortföras från partiklarna genom lämplig behandling av dessa. Partiklarna har lämp- ligen en storlek från 1 till 200 um, företrädesvis från 10 till 100 um.

Proportionerna mellan de olika partikelslagen beror på förhållandet mellan NOX och SOK i gasen som ska behand- las. I praktiken är det oftast lämpligt om medlet inne- håller från 10 till 90 vikt% av det ena partikelslaget.

Lämplig skillnad i partiklarnas vikt eller storlek beror på de mekaniska och fysikaliska egenskaperna hos de använda partiklarna. Ofta används en bärare likartade bärarmaterial, vilket medför att partiklarnas densiteter är av samma storleks- ordning. Det har då visat sig vara lämpligt om det ena partikelslaget har en storlek från 5 till 45 um, företrä- desvis från 10 till 30 um, medan det andra partikelslaget har en storlek från 55 till 100 um, företrädesvis från 65 till 80um.

Ett förfarande och en anordning för behandling av en gas innehållande NOK och SOX, så att halten lägre i utgående än i ingående gas, anslutning till figur 1, från anläggning innehållande NOX ledning (1). Det fasta partiklar av dessa är ska nu beskrivas i som visar en principskiss för en exempelvis och SOX genom en är lämpligt om eventuellt förekommande stoft har avskiljts tidigare. En partikelblandning för katalytisk NOX-reducering SOX absorption, sådan process. Gas en förbrännings- strömmar eller samt för som beskrivits ovan, tillförs, företrädes- vis diskontinuerligt, genom en doseringsanordning (2), eventuellt från en förrådsbehàllare eller ett buffertlager.

Ett ammoniak, reduceringsmedel företrädesvis tillförs annan ledning (3). Lämpligt tillflöde av reduceringsmedlet beror på ingående mängd NOX. (1,3) sammanförs till ett gemensamt tillopp (4) ledande till ett reaktionsrum (5). för NOX-reducering, genom en De två ledningarna ämne, 468 273 8 genom ett däri anordnat filter (6), slang- eller strumpfilter. Partiklarna avskiljs av filtret och bildar på detta en aktiv belägg- ning, där NOX-reduktionen och SOX-absorptionen 'sker.

Mängden partiklar väljs så att önskad reningsgrad av gasen uppnàs. Den behandlade gasen leds vidare genom ett utlopp (7). Temperaturen i 170 till 250°C, temperaturer Gasen leds företrädesvis ett reaktionsrummet hålls lämpligen från från 175 till 200°C. Låga SOX-absorption och även en Om temperaturen blir för låg minskar utbytet vid NOX-reduceringen, som i princip kan utföras vid temperaturer upp till 400°C, även om det vid användning av vissa katalysatorer då föreligger risk för bildning av N20.

Vid drift av anläggningen bildar svaveloxiderna sulfater i form av en fast beläggning på partiklarna för SOX-absorption. Dessas aktivitet minskar efter hand, varför de måste bytas ut efter en viss tid. Hur lång denna tid är beror på driftsparametrarna, särskilt på ingående SOX-mängd i förhållande till mängden partiklar i reaktionsrummet.

Utbyte kan ske efter ett förutbestämt erfarenhet, eller när analyser företrädesvis gynnar ekonomisk besparing. innebär schema byggt på av utgående gas visar att reningen är otillräcklig. I praktiken har tidsperioder från till 120 minuter mellan utbytena av partiklar visat sig vara lämpliga. Filtret rensas från partiklar, lämpligen med en bakåtriktad ström av företrädesvis inertgas, eventuellt kombinerat med skakning eller mekanisk rensning av filtret.

Partiklarna transporteras pneumatiskt eller med hjälp av tyngdkraften genom en ledning (8) till en cyklon (9), som är avpassad så att partiklarna för NOX-reduktion separeras från partiklarna för SOX-absorption genom att de ligger inom separata partikelvikts- eller absorptionspartiklarna förs storleksintervall. SOX- genom en ledning (10) till en regenerator (12) där de behandlas med något reducerande såsom 700°C, så väte eller svavelväte eller metan, lämpligen vid 300- att de fasta sulfaterna omvandlas till svavel- svavel. Det är även möjligt att utvinna svavel- oxider vid behandling med exempelvis luft, 700-800°C. lämpligen vid 463 273 9 Katalysatorpartiklarna för N03-reducering behöver inte regenereras lika ofta, en ledning (11) partiklarna i varför de transporteras genom som kan kopplas till att antingen leda (14) eller' genom en I denna upphettas partiklarna, lämpligen till 250-500°C, så att eventuella beläggningar av ammonium- sulfat eller gasform. en by-pass regenerator (13). ledning andra föroreningar sönderdelas och avgår i I praktiken räcker det oftast att regenerera partiklarna en gång per en till tre veckor, varför by-pass ledningen utnyttjas flesta fällena.

Efter att det ena eller eventuellt båda partikel- slagen regenererats blandas de och återförs (2), vid de recirkulationstill- till processen genom doseringsanordningen flera buffertlager. eventuellt via ett eller Transporten av partiklar i recirkulationssystemet kan ske på många sätt, såsom pneumatiskt, med tyngdkraften, med skruvtransportörer eller andra mekaniska anordningar. För att få så korta driftsavbrott som möjligt är det lämpligt att på ett eller flera ställen ha buffertlager för partik- lar i systemet. Med den ovan beskrivna processen kan gaser innehållande både NOX och SOX renas i vilket innebär stora fördelar, driftssynpunkt. samma processteg, både i investerings- och Gasrening avseende NOX och SOX visas i det följande utföringsexemplet, där alla halter avser viktdelar om inget annat anges. dock inte begränsad till är tillämplig vid alla tillfällen ett fluidum ska behandlas under av minst två slags Uppfinningen är gasrening, utan inverkan aktiva partiklar som bör efterbehandlas eller regenereras var för sig.

EXEMPEL Gas innehållande 610 ppm NOX, 375 ppm SOX, 7% 02 och leddes med ett flöde på 2 l/min till en reaktor med en diameter på 78 mm. Reaktorn lar, varav hälften bestod av SiO2 belagda genom tvåstegs utfällning med V205 och TiO2 och hade en diameter på ca 70 um, resterande partiklar bestod av Si02 belagda med samut- resten N2, innehöll 60 ml partik- 468 273 fällt MnO2 och Cu0 och hade en diameter på ca 15 um.

Temperaturen i reaktorn var 180°C och en reningsgrad på 75% avseende SOx och 88% avseende NOx uppnàddes. Ü)

Claims (6)

lO 15 20 25 30 35 ff 6 3 2 7 3 1 1 PATENTKRAV

1. Förfarande för kemisk och/eller fysikalisk behand- ling av ett fluidum i ett reaktionsrum i kontakt med ett medel innehållande minst två partikelslag som har olika slags aktivitet separata och där varje partikelslag ligger inom partikelvikts- och/eller storleksintervall, k ä n n e t e c k n a t därav, att fluidet leds i reaktionsrummet genom ett anordnat filter där partiklarna avskiljs från fluidet och bildar en aktiv beläggning därpå, varifrån de diskontinuerligt bortförs och de olika partikelslagen med olika vikt och/eller storlek separeras från varandra.

2. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att partiklarna av olika slag, efter att de separe- rats från varandra, återförs till processen efter att vid behov regenererats var för sig.

3. Förfarande för minskning av mängden NOX och SOX i genom behandling med ett partikelformigt medel, varvid gasen bringas i kontakt med partiklar inom ett visst partikelvikts- och/eller storleksintervall för behandling av NOX och med partiklar inom ett annat vikts- och eller storleksintervall för SOX, k ä n n e- t e c k n a t därav, att behandlingen sker enligt något av patentkraven l-2. en gas behandling av

4. Förfarande enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a t därav, att behandlingen sker med ett partikelformigt medel innehållande katalysatorpartiklar inom ett visst partikel- vikts- och/eller storleksintervall för samt partiklar reducering av NOX, inom ett annat partikelvikts- och/eller storleksintervall för absorption av SOX. '

5. Anläggning för kemisk och/eller fysikalisk behand- ett medel partikelslag som har olika slags aktivitet ;och där varje partikelslag ligger inom separata partikelvikts- och/eller ling av fluidum med innehållande minst två .storleksintervall i enlighet med något av patentkraven 1-4, innefattar ett (7) för anordnad partikelavskiljare vilken anläggning tillopp (4) reaktionsrummet (5) reaktionsrum (5) med och utlopp fluidum, en-i eller efter (6) för avskiljande av fasta partiklar från fluidet, samt medel för 10 15 468 273 12 bortförande av partiklarna från partikelavskiljaren (6), k ä n n e t e c k n a d därav, att partikelavskiljaren (6) utgörs av ett i reaktionsrummet (5) anordnat filter (6) för avskiljande av fasta partiklar från fluidet och bildande av en aktiv beläggning därpå, och att anordningen innefattar medel (8) för transport av partiklarna från partikelavskil- jaren (6) till en anordning (9) för separation av partiklar med olika vikt eller storlek.

6. Anläggning enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a d därav, att den även innefattar anordningar (10,ll) för separat transport av åtminstone ett av de separerade partikelslagen för återförande av dessa till processen och att åtminstone en av dessa transportanordningar (10,ll) innefattar medel för att vid behov kunna leda partiklarna genom en regenerator (l2,l3) innan de återförs till processen. 45-