WO1995034369A1 - Verfahren und vorrichtung zum abscheiden von dampfförmigen alkali- und schwermetallverbindungen aus heissen verbrennungsgasen - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum abscheiden von dampfförmigen alkali- und schwermetallverbindungen aus heissen verbrennungsgasen Download PDF

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    • F23J2219/00—Treatment devices
    • F23J2219/60—Sorption with dry devices, e.g. beds

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for separating vaporous alkali and heavy metal compounds from hot combustion gases using sorbent material.
  • combustion gases are generated at lower temperatures, for example in a pressure-charged fluidized bed furnace at temperatures below 900 ° C.
  • the combustion gases must be free from ash (dust) and vaporous alkali and heavy metal compounds.
  • the object of the invention is to make the sorption process more efficient.
  • the method according to the invention is characterized in that the hot combustion gases are passed over and through at least one filler made of sorbent material which has a porous structure.
  • the porous structure of the packing provides a maximum of sorption area and thus ensures an extremely effective separation. Another significant advantage is that the pressure drop is significantly less than in a fixed bed or fluidized bed.
  • the porous structure provides a larger free flow area.
  • the invention can be used wherever hot combustion gases, regardless of the way in which they are produced, have to be freed from vaporous alkali metal and heavy metal compounds.
  • the flow velocity of the hot combustion gases is preferably 0.1-50 m / sec. It is therefore possible to achieve speeds which were previously not achievable even with the subsequent dedusting of the hot combustion gases.
  • the invention also provides a packing for carrying out the method according to the invention, which is characterized in that it consists of sorbent material and has a porous structure. It preferably has a diameter of at least 5 mm.
  • a single block-shaped filler for. B. to work with a molecular sieve or monolith.
  • all packing shapes can be used, such as balls, pall rings, Raschig rings, saddle bodies, cylinders, honeycombs, plates and any other regular ones or irregular body. Bodies of different sizes and shapes can be mixed with one another. The flow direction is arbitrary in any case.
  • Suitable sorbents are Al2O3, SiO2, MgO, ZrO2 Fe2C " 3 or CaO or other known oxide-ceramic materials and mixtures of these components.
  • the sorbent material advantageously contains airborne dust from the flue gases of coal furnaces.
  • the airborne dust consists of essentially from sorbents in contaminated form.
  • the invention also provides a method for producing a packing according to the invention, which is characterized in that particles of sorbent material are processed into a slurry, that combustible material is introduced into the slurry and that the slurry is then shaped, dried and fired becomes. In the last process step, the combustible material burns and leaves the porous structure in the sorbent material.
  • Carbon, sawdust, plastic and / or the like is preferably used as the combustible material.
  • the porosity of the packing can be controlled via the shape of the combustible material. As a rule, particles of a predetermined size or predetermined size distribution will be mixed into the slurry. However, there is also the preferred possibility of using the combustible material in the form of a fiber sponge. Then foam-like ceramic parts are created. This method is particularly useful when working with a single filler body of appropriate size.
  • Airborne dust accumulates in sufficient quantities without manufacturing effort and consists essentially of sorbent material.

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Abstract

Die Abscheidung erfolgt durch Kontakt mit sorbierendem Material, wobei die heißen Verbrennungsgase über und durch mindestens einen Füllkörper aus sorbierendem Material geleitet werden, der eine poröse Struktur aufweist. Bei seiner Herstellung wird eine Slurry aus dem sorbierenden Material und einem brennbaren Material hergestellt. Die Slurry wird sodann geformt, getrocknet und gebrannt, wobei das brennbare Material verbrennt und die poröse Struktur zurückläßt.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Abscheiden von dampfför igen Alkali- und Schwermetallverbindungen aus heißen Verbrennungsgasen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Abscheiden von dampfförmigen Alkali- und Schwermetallver¬ bindungen aus heißen Verbrennungsgasen unter Einsatz von sor¬ bierendem Material.
Die moderne Entwicklung der Kohleverstromung geht dahin, heiße .Verbrennungsgase beispielsweise in einer druckaufgela¬ denen Kohlenstaubfeuerung mit einer Temperatur von 1200 bis 1800°C unter einem Druck von 10 - 35 bar zu erzeugen und in einer Gasturbine zu entspannen, wobei die Restwärme in einem nachgeschalteten Dampfturbinenprozeß genutzt werden kann. Voraussetzung hierfür ist, daß die heißen Verbrennungsgase von Flüssigasche befreit werden, da sich diese sonst auf den Schaufeln der Gasturbine verfestigt und die Gasturbine zer¬ stört. Als weitere Voraussetzung fordern die Turbinenher¬ steller, daß die heißen Verbrennungsgase frei von dampfförmigen Alkali- und Schwermetallverbindungen sind, die bei der Entspan¬ nung in der Gasturbine auskondensieren und zu Korrosions- und Erosionserscheinungen führen.
Dieselben Anforderungen sind auch dann gegeben, wenn die Verbrennungsgase bei niedrigeren Temperaturen erzeugt werden, beispielsweise in einer druckaufgeladenen Wirbelschichtfeuerung bei Temperaturen von unter 900 C° . Auch hier müssen die Ver¬ brennungsgase frei von Asche (Staub) und dampfförmigen Alkali- und Schwermetallverbindungen sein.
Aus der DE-PS 39 26 574 ist ein Verfahren der eingangs genannten Art bekannt, bei dem die heißen Verbrennunggase mit Partikeln aus sorbierendem Material in Berührung gebracht wer¬ den. Dies kann in einem Festbett oder in einer Wirbelschicht geschehen, wobei die Partikelgröße für das Festbett 0,5 - 5 mm und für die Wirbelschicht 0,3 bis 1,5 mm beträgt. Die An¬ strömgeschwindigkeiten für das Festbett liegen bei 0,5 - 2,5 m/sec und für die Wirbelschicht bei 1 - 4 m/sec. Als dritte Variante beschreibt die Druckschrift das Suspendieren extrem kleiner Partikel in den heißen Verbrennungsgasen. Die Partikel¬ größe liegt hier bei 30 - 2.000 um un die Anströmgeschwindig- keiten bei 1 - 10 m/sec. Die heißen Verbrennungsgase müssen an¬ schließend in speziellen Zyklonen entstaubt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Sorption¬ sprozeß effizienter zu gestalten.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist das Verfahren nach der Er¬ findung dadurch gekennzeichnet, daß die heißen Verbrennungsgase über und durch mindestens einen Füllkörper aus sorbierendem Ma¬ terial geleitet werden, der eine poröse Struktur aufweist.
Die poröse Struktur des Füllkörpers stellt ein Maximum an Sorptionsfläche zur Verfügung und sorgt dadurch für eine äußerst wirksame Abscheidung. Als wesentlicher weiterer Vorteil kommt hinzu, daß der Druckverlust bedeutend geringer ist als in einem Festbett oder einer Wirbelschicht. Die poröse Struktur stellt eine größere freie Durchströmflache zur Verfügung.
Die Erfindung ist überall dort anwendbar, wo heiße Ver¬ brennungsgase, unabhängig von der Art ihrer Erzeugung, von dampfförmigen Alkali- und Schwermetallverbindungen befreit wer¬ den müssen.
Die Anströmgeschwindigkeit der heißen Verbrennungsgase be¬ trägt vorzugsweise 0,1 - 50 m/sec. Es können also Geschwindig¬ keiten erreicht werden, die bisher selbst bei Anwendung einer anschließenden Entstaubung der heißen Verbrennungsgase nicht erzielbar waren.
Es hat sich gezeigt, daß sehr gute Abscheidungsergebnisse dadurch erzielt werden können, daß die Temperatur der heißen Verbrennungsgase auf 800 C° bis 1 600 C° eingestellt wird.
Die Erfindung schafft ferner einen Füllkörper zum Durch¬ führen des erfindungsgemäßen Verfahrens, der dadurch gekenn¬ zeichnet ist, daß er aus sorbierendem Material besteht und eine poröse Struktur aufweist. Dabei hat er vorzugsweise einen Durchmesser von mindestens 5 mm. Im Rahmen der Erfindung ist es ohne weiteres möglich, mit einem einzigen blockförmigen Füllkörper, z. B. mit einem Molekularsieb oder Monolith zu ar¬ beiten. Im übrigen sind sämtliche Füllkörperformen einsetzbar, wie etwa Kugeln, Pallringe, Raschigringe, Sattelkörper, Zylin¬ der, Waben, Platten sowie auch beliebige andere regelmäßige oder unregelmäßige Körper. Dabei können Körper unterschied¬ licher Größe und unterschiedlicher Form miteinander gemischt sein. Die Durchströmrichtung ist in jedem Fall beliebig.
Als Sorbentien kommen AI2O3, Siθ2, MgO, Zrθ2 Fe2C"3 oder CaO bzw. andere bekannte oxidkeramische Materialien sowie Mischungen dieser Komponenten in Frage. Vorteil-hafter- weise enthält das sorbierende Material Flugstaub aus den Rauch¬ gasen von Kohlefeuerungen. Der Flugstaub besteht im wesent¬ lichen aus Sorbentien in verunreinigter Form.
Die Erfindung schafft ferner ein Verfahren zum Herstellen eines erfindungsgemäßen Füllkörpers, welches dadurch gekenn¬ zeichnet ist, daß Partikel aus sorbierendem Material zu einer Slurry verarbeitet werden, daß brennbares Material in die Slurry eingebracht wird und daß die Slurry sodann geformt, ge¬ trocknet und gebrannt wird. Beim letzten Verfahrensschritt ver¬ brennt das brennbare Material und hinterläßt in dem sorbier- enden Material die poröse Struktur.
Als brennbares Material wird vorzugsweise Kohlenstoff, Sägemehl, Kunststoff und/oder dergleichen verwendet.
Über die Formgebung des brennbaren Materials läßt sich die Porosität des Füllkörpers steuern. In der Regel wird man Par¬ tikel vorgegebener Größe oder vorgegebener Größenverteilung in die Slurry einmischen. Allerdings besteht auch die bevorzugte Möglichkeit, das brennbare Material in Form eines Faserschwam- mes zu verwenden. Es entstehen dann schaumartige Keramikteile. Dieses Verfahren bietet sich insbesondere dann an, wenn mit einem einzigen Füllkörper entsprechender Größe gearbeitet wer¬ den soll.
Vorteilhafter Weise wird der Slurry Flugstaub aus den Rauchgasen von Kohlefeuerungen beigemischt. Flugstaub fällt in ausreichenden Mengen ohne Herstellungsaufwand an und besteht im wesentlichen aus sorbierendem Material.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zum Abscheiden von dampfförmigen Alkali- und Schwermetallverbindungen aus heißen Verbrennungsgasen unter Einsatz von sorbierendem Material, d a d u r c h g e k e n n¬ z e i c h n e t , daß die heißen Verbrennungsgase über und durch mindestens einen Füllkörper aus sorbierendem Material geleitet werden, der eine poröse Struktur aufweist.
2. Verfahren nach Anspurch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anströmgeschwindigkeit der heißen Verbrennungsgase auf 0,1- 50 m/sec eingestellt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der heißen Verbrennungsgase auf 800-1 600 C° eingestellt wird.
4. Füllkörper zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß er aus sorbierendem Material besteht und eine poröse Struktur aufweist.
5. Füllkörper nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß er einen Durchmesser von mindestens 5 mm hat.
6. Füllkörper nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das sorbierende Material Flugstaub aus den Rauchgasen von Kohlefeuerungen enthält.
7. Verfahren zum Herstellen eines Füllkörpers nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß Partikel aus sorbierendem Material zu einer Slurry verarbeitet werden, daß brennbares Material in die Slurry eingebracht wird und daß die Slurry sodann geformt, getrocknet und gebrannt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß als brennbares Material Kohlenstoff, Sägemehl, Kunststoff und/oder dergleichen verwendet wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das brennbare Material in Form eines Faserschwamms verwendet wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Slurry Flugstaub aus den Rauchgasen von Kohlefeuerungen beigemischt wird.
PCT/EP1995/001345 1994-06-15 1995-04-12 Verfahren und vorrichtung zum abscheiden von dampfförmigen alkali- und schwermetallverbindungen aus heissen verbrennungsgasen WO1995034369A1 (de)

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