DE102007043331A1

DE102007043331A1 - Gekühlte NaOH-Rauchgaswäsche

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Publication number: DE102007043331A1
Application number: DE102007043331A
Authority: DE
Inventors: Georg Papenheim; Torsten Buddenberg
Original assignee: Hitachi Power Europe GmbH
Current assignee: Hitachi Power Europe GmbH
Priority date: 2007-08-16
Filing date: 2007-09-12
Publication date: 2009-02-19
Also published as: ZA201001078B; EP2180937A1; US20110033359A1; CA2696524A1; AU2008286391A1; WO2009021658A1

Abstract

Bei einem Verfahren zur Abtrennung von Schadstoffen aus einem bei der Verfeuerung eines fossilen Brennstoffs, insbesondere Kohle, in einer Brennkammer, vorzugsweise der Brennkammer eines Kraftwerkes, entstehenden Rauchgasstrom (31) in mindestens einer, vorzugsweise mehreren Verfahrensstufen (1, 2, 3), wobei in einer ersten Verfahrensstufe (1), in mindestens einem ersten Absorber (4, 4a, 36) oder Rauchgaswäscher eine Rauchgaswäsche mittels dem Rauchgasstrom (31, 9, 10) zugeführter Natronlauge oder einer natriumhydroxidhaltigen Lösung als einem ersten chemischen Absorptionsmittel (6) durchgeführt wird, wobei zumindest ein Teil der Natronlauge oder natriumhydroxidhaltigen Lösung in dieser ersten Verfahrensstufe (1) außerhalb des Rauchgasstromes (31, 9, 10) zum Ort der Zuführung dieses chemischen Absorptionsmittels (6) zum Rauchgasstrom (31, 9, 10), vorzugsweise im Kreislauf, rückgeführt (13) wird, soll eine Lösung geschaffen werden, die es ermöglicht, einen bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe, insbesondere Kohle, entstehenden Rauchgasstrom soweit in seinem Schadstoff- und Feststoffgehalt zu reduzieren, dass unmittelbar nachfolgend mit ausreichender Standzeit eine CO<SUB>2</SUB>-Abscheidung mittels einer Rauchgaswäsche kontinuierlich durchführbar und in die Abgasreinigung eines Kraftwerkes, insbesondere Kohlekraftwerks, integrierbar ist. Dies wird dadurch erreicht, dass das erste chemische Absorptionsmittel (6) im Verlauf seiner Rückführung (13) vor Erreichen des Ortes der ...

Description

Die Erfindung richtet sich auf ein Verfahren zur Abtrennung von Schadstoffen aus einem bei der Verfeuerung eines fossilen Brennstoffes, insbesondere Kohle, in einer Brennkammer, vorzugsweise der Brennkammer eines Kraftwerkes, entstehenden Rauchgasstrom in mindestens einer, vorzugsweise mehreren Verfahrensstufe(n), wobei in einer ersten Verfahrensstufe in mindestens einem ersten Absorber oder Rauchgaswäscher eine Rauchgaswäsche mittels dem Rauchgasstrom zugeführter Natronlauge oder einer natriumhydroxidhaltigen Lösung als einem ersten chemischen Absorptionsmittel durchgeführt wird, wobei zumindest ein Teil der Natronlauge oder natriumhydroxidhaltigen Lösung in dieser ersten Verfahrensstufe außerhalb des Rauchgasstromes zum Ort der Zuführung dieses chemischen Absorptionsmittels zum Rauchgasstrom, vorzugsweise im Kreislauf, rückgeführt wird. Weiterhin richtet sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zur Abtrennung von Schadstoffen aus einem bei der Verfeuerung eines fossilen Brennstoffes, insbesondere Kohle, in einer Brennkammer, vorzugsweise der Brennkammer eines Kraftwerkes, entstehenden Rauchgasstrom, umfassend einen ersten Absorber oder Rauchgaswäscher mit im ersten Absorber oder Rauchgaswäscher im Rauchgasstrom angeordneter Sprüh- oder Zerstäubungsvorrichtung, die Natronlauge oder eine natriumhydroxidhaltige Lösung dem Rauchgasstrom als ein erstes Absorptionsmittel zuführt, und eine außerhalb des ersten Absorbers oder Rauchgaswäschers angeordnete Leitung, die mit dem Innenraum des ersten Absorbers oder Rauchgaswäschers derart in Leitungsverbindung steht, dass dadurch zumindest ein Teil des ersten Absorptionsmittels, vorzugsweise im Kreislauf, zu der Sprüh- oder Zerstäubungsvorrichtung rückführbar ist.
Schließlich richtet sich die Erfindung auch auf die Verwendung einer gattungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung eines gattungsgemäßen Verfahrens und auf ein Medium oder einen Mediensatz der Daten- und/oder Zeichensätze und/oder Zeichnungen enthält oder umfasst, die in wiedergebbarer Form und/oder lesbarer Form ein erfindungsgemäßes Verfahren und/oder eine erfindungsgemäße Vorrichtung und/oder die erfindungsgemäße Verwendung ganz oder teilweise beschreiben und/oder wiedergeben und/oder beinhalten.
Im Rahmen der Umweltdiskussion ist die CO₂-Haltigkeit von Rauchgasen fossil befeuerter Brennkammern, insbesondere von Kohlekraftwerken, in den Fokus der Diskussion geraten. Es ist geplant, zukünftig sogenannte CO₂-freie Kraftwerke zu konzipieren und zu bauen. Eine Möglichkeit CO₂ aus dem Rauchgas zu entfernen besteht dabei darin, es in einer entsprechenden Rauchgaswäsche aus dem Rauchgas herauszuwaschen, abzuscheiden und dann gegebenenfalls verflüssigt einer weiteren Verwendung zuzuführen. Eine Möglichkeit zur CO₂-Abscheidung besteht darin, eine Aminwäsche, insbesondere mit einer Monoethanolamin-Lösung, durchzuführen. Um eine solche Aminwäsche unter Betriebsbedingungen in der Praxis mit ausreichenden Standzeiten und akzeptablen Betriebszeiten, sowie möglichst auch kontinuierlich, betreiben zu können, muss das der Aminwäsche zugeführte Rauchgas aber weitgehend frei sein von SO₂, SO₃ und Staub.
In einem Aufsatz „CO₂-Abtrennung im Kraftwerk" in VGB PowerTech 4/2006 ist daher angegeben, dass für die Nachrüstung von Kraftwerken mit einer Aminwäsche gegebenenfalls die Abscheideleistung vorhandener Rauchgasentschwefelungsanlagen verbessert werden müsste, was unter Umständen eine Vergrößerung des Absorbers oder die Einrichtung eines zusätzlichen Absorbers einschließlich der zugehörigen Nebenanlagen erforderlich machen würde.
Aus der Praxis ist es weiterhin im Zusammenhang mit der von der Energieversorgung Offenbach AG betriebenen Müllverbrennungsanlage bekannt, das dort entstehende Rauchgas einer Rauchgaswäsche zu unterwerfen, wobei durch die Eindüsung von verdünnter Natronlauge im Gegenstrom zum Rauchgas eine SO₂-Abscheidung sowie eine Restabscheidung von HCl, HF und Staub erreicht wird. In diesem Absorber oder Rauchgaswäscher wird außerhalb des Absorbers in einer Leitung das verwendete Absorptionsmittel im Kreislauf zu der innerhalb des Absorbers angeordneten Sprüh- oder Zerstäubungsvorrichtung rückgeführt. Zur Durchführung einer CO₂-Abscheidung ist diese Rauchgaswäsche nicht vorgesehen. Auch steht sie nicht im Zusammenhang mit einer anderen Maßnahme zur CO₂-Abscheidung. Der NaOH-Wäsche folgt lediglich noch eine Entstickungsanlage.
Eine NaOH-Rauchgaswäsche ist auch beim Kehrichtsheizkraftwerk Hagenholz der Stadt Zürich realisiert. Auch dort wird eine 30%ige Natronlauge im Kreislauf zu Ringjet-Düsen geführt, mittels welcher die Natronlauge dem Rauchgasstrom im Gegenstrom zugeführt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lösung zu schaffen, die es ermöglicht, einen bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe, insbesondere Kohle, entstehenden Rauchgasstrom soweit in seinem Schadstoff- und Feststoffgehalt zu reduzieren, dass unmittelbar nachfolgend mit ausreichender Standzeit eine CO₂-Abscheidung mittels einer Rauchgaswäsche kontinuierlich durchführbar und in die Abgasreinigung eines Kraftwerks, insbesondere Kohlekraftwerks, integrierbar ist.
Bei einem Verfahren der eingangs bezeichneten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das erste chemische Absorptionsmittel im Verlauf seiner Rückführung vor Erreichen des Ortes der Zuführung zum Rauchgasstrom außerhalb des Rauchgasstromes gekühlt wird und/oder der Rauchgasstrom innerhalb des ersten Absorbers oder Rauchgaswäschers mittels eines darin angeordneten Kühlers oder Wärmetauschers gekühlt wird.
Ebenso wird die vorstehende Aufgabe bei einer Vorrichtung der eingangs bezeichneten Art dadurch gelöst, dass in der Leitung und/oder im ersten Absorber oder Rauchgaswäscher im Rauchgasstrom in Strömungsrichtung des Rauchgasstromes oder des rückgeführten ersten Absorptionsmittels vor der Sprüh- oder Zerstäubungsvorrichtung ein Kühler oder Wärmetauscher angeordnet ist.
Dadurch, dass im Verlauf und auf dem Wege der Reinigung des Rauchgasstromes eine NaOH-Rauchgaswäsche (Natronlauge oder natriumhydroxidhaltige Lösung) angeordnet ist und durchgeführt wird, bei welcher das erste Absorptionsmittel Natronlauge oder natriumhydroxidhaltige Lösung vor seiner Wiederverwendung im Absorber oder Rauchgaswäscher mittels eines Kühlers oder Wärmetauschers gekühlt wird und/oder bei welcher der Rauchgasstrom in dem ersten Absorber oder Rauchgaswäscher mittels eines Kühlers oder Wärmetauschers gekühlt wird, wird erreicht, dass das zugeführte Rauchgas in dem Absorber oder Rauchgaswäscher gekühlt wird. Die Kühlung führt dazu, dass sowohl das Rauchgas als auch das rezirkulierende erste Absorptionsmittel im Vergleich zu NaOH-Wäsche(r)n ohne entsprechende Kühlung zum Zeitpunkt ihrer Reaktion miteinander kälter sind. Dies führt dazu, da das chemische Absorptionsverhalten der Natronlauge oder der natriumhydroxidhaltigen Lösung bei niedriger Temperatur höher ist, dass saure Bestandteile des Gases besser und in höherem Maße von dem ersten Absorptionsmittel absorbiert werden. Dies führt aber auch dazu, dass das Rauchgas den ersten Absorber oder Rauchgaswäscher mit einer im Vergleich zu einer ungekühlten NaOH-Wäsche niedrigeren Austrittstemperatur verlässt. Diese niedrige Ausgangstemperatur führt dazu, dass bei einer nachfolgenden CO₂-Abscheidung mittels einer weiteren Rauchgaswäsche oder Waschstufe ein verbessertes Absorptionsverhalten erzielbar ist. Da das in den ersten Absorber oder Rauchgaswäscher eintretende Rauchgas in der Regel zu 100% wasserdampfgesättigt ist, wird Wasser auskondensiert. Das Wasser wird an den im Rauchgas vorhandenen Staub- und SO₃-Aerosolpartikeln kondensieren. Diese Partikel sind so klein, dass sie in einem Wäscher ohne Kondensation nur schwerlich abgeschieden werden. Die in dem Wäscher entstehenden, mit aufgenommenen Staub- und SO₃-Aerosolpartikeln als Kondensationskeimen versehenen Tröpfchen werden in der im ersten Absorber niedergehenden und im Sumpf des Absorbers gesammelten Waschflüssigkeit abgeschieden. Mittels des als erstem Absorptionsmittel verwendeten Natriumhydroxids kann in der Waschlösung bzw. dem ersten Absorptionsmittel ein relativ hoher pH-Wert eingestellt werden, was wiederum ein besonders hohes und gutes Absorptionsvermögen mit sich bringt, so dass ein sehr geringer SO₂-Gehalt in dem den ersten Absorber oder Rauchgaswäscher verlassenden Rauchgasstrom eingestellt wird. Das dem ersten Absorptionsmittel zugeführte Natriumhydroxid, sei es als Natronlauge oder als wässrige, natriumhydroxidhaltige Lösung, dient weiterhin als Neutralisationsmittel für die in dem rezirkulierenden ersten Absorptionsmittel abgeschiedenen sauren Gasbestandteilen SO₂ und SO₃. Weiterhin bildet das Natriumhydroxid (NaOH) mit den in diesem ersten Absorber oder Rauchgaswäscher abgeschiedenen Schadgasen, zu denen neben SO₂ und SO₃ auch HCl und HF, in geringen Mengen aber auch CO₂ gehören, nur lösliche Verbindungen, so dass der vorgesehene Waschkreislauf der aus dem ersten Absorptionsmittel und in dem ersten Absorber oder Rauchgaswäscher gebildeten Reaktionsprodukten bestehenden Lösung oder Flüssigkeit bis auf die eingefangenen Staubpartikel im Wesentlichen feststofffrei bleibt. Es können sich daher keine Anbackungen aufgrund von Temperaturänderungen der Waschflüssigkeit bilden.
Insgesamt wird durch die aufgrund der Kühlung erreichte tiefere Temperatur des den ersten Absorber verlassenden Rauchgases und die Verwendung eines natriumhydroxidhaltigen Absorptionsmittels erreicht, dass das den ersten Absorber oder Rauchgaswäscher verlassende Rauchgas weitgehend frei ist von SO₂, SO₃ und Staub sowie eine Temperatur aufweist, die es ermöglicht, den Rauchgasstrom anschließend unmittelbar einer CO₂-Abscheidung mittels einer (weiteren) Gaswäsche, insbesondere mittels einer Aminwäsche, zuzuführen und in dieser weiteren Gaswaschstufe für einen kontinuierlichen Betrieb insbesondere eines kohlebefeuerten Großkraftwerkes ausreichende Betriebs- und Standzeiten zu erzielen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den jeweiligen abhängigen Ansprüchen.
Hierbei lässt sich eine besonders einfache Kühlung des rückgeführten ersten chemischen Absorptionsmittels dadurch erreichen, dass in der außerhalb des ersten Absorbers geführten Leitung der Kühler oder Wärmetauscher angeordnet ist und dort das erste chemische Absorptionsmittel gekühlt wird.
Bei dem ersten Absorber oder Rauchgaswäscher kann es sich um einen Sprühwäscher, einen Strahlwäscher, einen Venturiwäscher oder eine Füllkörperkolonne handeln, der/die bei einer mehrstufigen, d. h. mehrere Verfahrensstufen umfassenden, Rauchgasbehandlung in einer ersten Verfahrensstufe angeordnet sind. Hierbei können innerhalb dieser ersten Verfahrensstufe mehrere erste Absorber oder Rauchgaswäscher parallel angeordnet sein, so dass von dem zuvor aufgeteilten Rauchgasstrom parallel ein erster Teil des Rauchgasstromes einem ersten Sprühwäscher oder Strahlwäscher oder Venturiwäscher oder einer ersten Füllkörperkolonne und ein zweiter Teil des Rauchgasstromes einem dritten Sprühwäscher oder Strahlwäscher oder Venturiwäscher oder einer dritten Füllkörperkolonne zugeführt wird.
Für die Durchführung der Rauchgasreinigung in der ersten Verfahrensstufe, bzw. dem ersten Absorber oder Rauchgaswäscher ist es besonders zweckmäßig, wenn das rückgeführte erste chemische Absorptionsmittel auf eine Temperatur von kleiner 40°C, vorzugsweise kleiner gleich 35°C, insbesondere auf eine Temperatur von ca. 30°C gekühlt wird. Für die Weiterbehandlung des die ersten Verfahrensstufe verlassenden Rauchgasstromes ist es zweckmäßig und von Vorteil, wenn der Rauchgasstrom in der ersten Verfahrensstufe auf eine Temperatur von kleiner gleich 50°C, insbesondere kleiner gleich 45°C, vorzugsweise eine Temperatur von ca. 40°C gekühlt wird.
In besonders vorteilhafter Weiterbildung sieht die Erfindung vor, dass der Rauchgasstrom oder der erste und der zweite Teil des Rauchgasstromes in einer der ersten Verfahrensstufe nachfolgenden zweiten Verfahrensstufe einer Behandlung mit einem zur ersten Verfahrensstufe unterschiedlichen, zweiten chemischen Absorptionsmittel, insbesondere einer Aminwäsche, vorzugsweise einer Wäsche mit Alkanolaminlösung, bevorzugt Monoethanolamin(MEA)-Lösung oder einer Pottaschewäsche mit Kaliumkarbonatlösung oder einer Ammoniakwäsche mit wässriger Ammoniaklösung und/oder mit einer mindestens zwei der vorstehenden Lösungen in Mischung enthaltenden Lösung unterworfen wird/werden. Für die Durchführung einer CO₂-Abscheidung in dieser nachfolgenden zweiten Verfahrensstufe ist der Rauchgasstrom durch die erfindungsgemäß vorhergehende Behandlung in der ersten Verfahrensstufe soweit aufbereitet, insbesondere bezüglich seines Schadstoff- und Feststoffgehaltes reduziert, dass er unmittelbar dieser zweiten Verfahrensstufe zugeführt werden kann und diese dann auch kontinuierlich mit für den Betrieb eines Großkraftwerkes notwendigen Stand- und Betriebszeiten durchgeführt werden kann. Ein in der zweiten Verfahrensstufe besonders vorteilhaft zu verwendendes zweites chemisches Absorptionsmittel enthält zweckmäßigerweise Piperazin. Weiterhin kann das in der zweiten Verfahrensstufe verwendete zweite chemische Absorptionsmittel gewünschtenfalls auch einer Regenerationsbehandlung zugeführt und im Kreislauf dem Rauchgasstrom zugeführt werden.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung und Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass der ersten Verfahrensstufe eine dritte Verfahrensstufe vorgeschaltet ist, in der der Rauchgasstrom einer Rauchgasentschwefelungsbehandlung unterworfen wird. Hierdurch wird der Schwefelgehalt, d. h. insbesondere der SO₂- und SO₃-Gehalt des Rauchgasstromes vor Eintritt in den ersten Absorber oder Rauchgaswäscher der ersten Verfahrensstufe soweit abgesenkt, dass in dieser ersten Verfahrensstufe die für die weitere Behandlung des Rauchgases in der zweiten Verfahrensstufe notwendige weitestgehende Beseitigung von Staub, SO₂ und SO₃ problemlos und in Anlagen durchgeführt werden kann, die eine übliche und gebräuchliche Dimension aufweisen, also nicht übermäßig groß dimensioniert zu sein brauchen und damit nicht übermäßigen Platz und Stellfläche beanspruchen.
Hierbei kann es in zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass ein Teil des in der ersten Verfahrensstufe verwendeten ersten chemischen Absorptionsmittels, das auch im ersten Absorber oder Rauchgaswäscher entstehende Reaktionsprodukte enthalten kann, dem dritten chemischen Absorptionsmittel in der dritten Verfahrensstufe zugemischt wird. Beispielsweise kann es sich bei der Rauchgasentschwefelungsbehandlung in der dritten Verfahrensstufe um eine übliche Entschwefelung auf Kalkstein bzw. Kalziumbasis unter der Entstehung von Gips handeln. Durch diese Maßnahme wird ein Teil der in der ersten Verfahrensstufe im ersten Absorber oder Rauchgaswäscher entstehenden Waschflüssigkeit in den dritten (chemischen) Absorber oder Rauchgaswäscher der dritten Verfahrensstufe gegeben und somit zumindest ein Teil des in der ersten Verfahrensstufe entstandenen Natriumsulfates, des mit Staub beladenen kondensierten Wassers und des weiteren Reaktionsprodukte in den dritten Absorber abgegeben. In dem Absorber oder Rauchgaswäscher der dritten Verfahrensstufe kommt es dann, soweit dieser auf einer Kalziumbasis arbeitet, zu einer Umwandlung/Umfällung des zugeführten Natriumsulfats mit dem dort sich bildenden Kalziumchlorid zu Gips und Natriumchlorid. Der durch die Zuführung des ersten Absorptionsmittels in dem Absorber oder Rauchgaswäscher der dritten Verfahrensstufe dort eingestellte erhöhte oder zusätzliche Gehalt an Natrium in der dortigen Waschflüssigkeit führt in dieser dritten Verfahrensstufe zu einem verbesserten Abscheidegrad der Rauchgassschadstoffe in dem in der dritten Verfahrensstufe verwendeten dritten chemischen Absorptionsmittel.
Darüber hinaus sieht die Erfindung in weiteren Ausgestaltungen und Weiterbildungen unter anderem auch noch vor, dass eine staubfilternde Behandlung oder ein Staubfilter zumindest vor einer der in der ersten Verfahrenstufe oder der zweiten Verfahrenstufe oder der dritten Verfahrenstufe stattfindenden Rauchgasbehandlung vorgesehen ist und dass eine zumindest der ersten oder der zweiten oder der dritten Verfahrenstufe vorhergehende oder nachfolgende Entstickungsbehandlung oder eine Entstickungsvorrichtung vorgesehen ist.
Insbesondere ermöglicht es die Erfindung, dass kontinuierlich und gleichzeitig eine Rauchgasbehandlung mit allen drei Verfahrensstufen durchgeführt und dabei ein Rauchgasstrom nacheinander zunächst in der dritten, dann der ersten und dann der zweiten Verfahrensstufe behandelt wird. Insbesondere ist hierbei vorgesehen, dass eine die ersten, die zweite und die dritte Verfahrensstufe umfassende Rauchgasbehandlungsanlage Bestandteil der Rauchgasbehandlung ist, der ein bei einem kohlebefeuerten Großkraftwerk mit Dampferzeuger entstehender Rauchgasstrom unterworfen wird.
Schließlich wird die oben stehende Aufgabe auch gelöst durch die Verwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 28 zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 20, sowie ein Medium oder einen Mediensatz nach einem der Ansprüche 30, 32 oder 34, wobei sich Ausgestaltungen des Mediums oder der Mediensätze aus den abhängigen Unteransprüchen 31 und 33 ergeben. Das jeweilige Medium oder ein aus mehreren Medien bestehender Mediensatz beinhaltet diejenigen Informationen, die für den Fachmann das erfindungsgemäße Verfahren und/oder die erfindungsgemäße Vorrichtung in lesbarer und erkennbarer Form darstellen und wiedergeben. Dem Fachmann ist es bekannt, die dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung zugrunde liegende Engineering-Leistung in Form von Zeichnungen oder CAD-Programmen oder ähnlichen elektronisch lesbaren und verarbeitbaren Datensätzen auf elektronischen Speichermedien zu hinterlegen, wobei diese dort hinterlegten Daten und Datensätze sowie Zeichnungen dann ein erfindungsgemäßes Verfahren oder eine erfindungsgemäße Vorrichtung beschreiben, darstellen und wiedergeben. Bei dem Medium oder Mediensatz kann es sich um Datenträger wie CD's, Festplatten oder sonstige elektronische Speichermedien, aber auch Printmedien wie Zeichnungen oder Zeichnungen aufweisende Papierblätter oder -bögen handeln.
Die Erfindung ist nachstehend anhand einer Zeichnung beispielhaft näher erläutert. Diese zeigt in
1 in schematischer Darstellung ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
2 in schematischer Darstellung ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und in
3 in schematischer Darstellung ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Die 1 bis 3 zeigen Teilbereiche einer Rauchgasbehandlungsanlage, die Vorrichtungen zur Abtrennung von Schadstoffen aus dem Rauchgas umfasst und in den 1 und 2 aus einer ersten Verfahrensstufe 1, einer zweiten Verfahrensstufe 2 und einer dritten Verfahrensstufe 3 und bei der Darstellung nach der 3 aus einer ersten Verfahrensstufe 1 und einer zweiten Verfahrensstufe 2 besteht.
Bei der Ausführungsform nach der 1 umfasst die erste Verfahrensstufe 1 einen ersten Rauchgaswäscher 4, der als Füllkörperkolonne ausgebildet ist. Der mit Füllkörpern versehene Bereich der Füllkörperschüttung 5 ist als schraffierter Bereich dargestellt. Als ein erstes, chemisches Absorptionsmittel 6 wird dem ersten Rauchgaswäscher 4 Natronlauge oder eine natriumhydroxidhaltige Lösung über eine Leitung 7 zugeführt. Ein Teil kann aber auch einer Kreislaufleitung 13 zugeführt werden, was durch die gestrichelte Linie angedeutet ist. Ebenso wird dem ersten Rauchgaswäscher 4 über eine Leitung 8 ein Rauchgasstrom, im vorliegenden Fall ein erster Teil 9 eines Rauchgasstromes 31 zugeführt. Dieser erste Teil 9 ist durch Aufteilung eines eine Rauchgasentschwefelungsanlage 11 verlassenden Rauchgasstromes 31 in diesen ersten Teil 9 des Rauchgasstromes 31 und einem zweiten Teil 10 des Rauchgasstromes 31 entstanden. Die dem ersten Rauchgaswäscher 4 als erstes chemisches Absorptionsmittel 6 zugeführte Natronlauge oder natriumhydroxidhaltige Lösung wird vom Sumpf 12, oder je nach Ausführungsform gegebenenfalls auch einem Quenchbereich, über eine Leitung 13 mit darin angeordneter Pumpe 14 oberhalb der Füllkörperschüttung 5 angeordneten Sprüh- oder Zerstäubungsdüsen 15 zugeführt. In Strömungsrichtung des ersten chemischen Absorptionsmittels 6 vor den Sprüh- oder Zerstäubungsdüsen 15 ist ein Kühler oder Wärmetauscher 16 in der Leitung 13 angeordnet. Über eine Leitung 17 wird dem Kühler oder Wärmetauscher 16 ein Kühlmedium zu- und von diesem wieder fortgeführt. Oberhalb der Sprüh- oder Zerstäubungsdüsen 15 ist in dem ersten Rauchgaswäscher 4 ein Tropfenabscheider 18 angeordnet. In dem ersten Rauchgaswäscher 4 wird der zugeführte erste Teil 9 des Rauchgasstromes im Gegenstrom zu dem durch die Sprüh- oder Zerstäubungsdüsen 15 in den ersten Rauchgaswäscher 4 eingebrachten ersten chemischen Absorptionsmittel 6 (Natronlauge oder natriumhydroxidhaltige Lösung) durch die Füllkörperschüttung 5 zu den Sprüh- oder Zerstäubungsdüsen 15 geführt und den üblichen Mechanismen einer Rauchgaswäsche unterworfen. Nach Durchströmen des Tropfenabscheiders 18 verlässt der erste Teil 9 des Rauchgasstromes dann den ersten Rauchgaswäscher 4. Aufgrund der im ersten Rauchgaswäscher 4 erfolgten Befreiung von SO₂, SO₃, weiteren sauren Gasbestandteilen sowie Staub tritt dann aus dem ersten Rauchgaswäscher 4 ein erster Teil-Rauchgasstrom aus, der als in der ersten Verfahrensstufe 1 gereinigter Rauchgasteilstrom 9' der zweiten Verfahrensstufe 2 zugeführt wird. Damit der den ersten Rauchgaswäscher 4 verlassende gereinigte erste Teil-Rauchgasstrom 9' ausreichend schadstoff- und feststofffrei ist, wird das in den ersten Rauchgaswäscher 4 eintretende Rauchgas soweit herabgekühlt, dass der Rauchgasstrom eine Temperatur von kleiner 50°C, insbesondere eine Temperatur von ca. 40°C aufweist. Dies wird dadurch erreicht, dass mittels des Kühlers oder Wärmetauschers 16 das den Sprüh- oder Zerstäubungsdüsen 15 zugeführte erste chemische Absorptionsmittel 6 auf eine solche Temperatur, nämlich eine Temperatur von kleiner 40°C, insbesondere von ca. 30°C, gekühlt wird, dass das den ersten Rauchgaswäscher 4 verlassende Rauchgas 9' die gewünschte Temperatur aufweist. Das über die Sprühdüsen 15 dem Innenraum des ersten Rauchgaswäschers 4 zugeführte erste chemische Absorptionsmittel 6 sammelt sich zusammen mit den sich im ersten Rauchgaswäscher 4 bildenden Reaktionsprodukten und den an den versprühten und durch Kondensation gebildeten Wassertropfen anhaftenden Staubpartikeln im Sumpf 12 des ersten Rauchgaswäschers 4. Von dort wird das erste chemische Absorptionsmittel 6 über die Leitung 13 im Kreislauf geführt, so dass regelmäßig ausreichend gekühltes erstes chemisches Absorptionsmittel 6 für die Rauchgaswäsche im ersten Rauchgaswäscher 4 zur Verfügung gestellt wird. Bis auf den Kühler oder Wärmetauscher 16 entspricht der erste Rauchgaswäscher 4 einem üblichen als Füllkörperkolonne ausgebildeten Rauchgaswäscher. Anstelle dieses Typs können in der ersten Verfahrensstufe 1 aber auch andere Rauchgaswäschertypen wie Sprühwäscher oder Strahlwäscher oder Venturiwäscher Verwendung finden. Wichtig ist lediglich, dass eine Kühlung des zugeführten und gegebenenfalls rezirkulierten ersten chemischen Absorptionsmittels 6 vorgesehen ist.
Wie aus der Ausführungsform nach 3 ersichtlich ist, kann anstelle des in der Leitung 13 angeordneten Kühlers 16 aber auch ein Kühler 16a innerhalb eines ersten Rauchgaswäschers 4a angeordnet sein, so dass hier eine Kühlung des Rauchgasstromes 9 nicht unmittelbar durch das zugeführte oder rezirkulierte erste chemische Absorptionsmittel 6, sondern mittels des innerhalb des ersten Rauchgaswäschers 4a angeordneten Kühlers oder Wärmetauschers 16a erfolgt. Natürlich ist auch eine Kombination von innen angeordnetem Kühler oder Wärmetauscher 16a und in einer Zuführleitung 13, 13a angeordnetem Kühler 16 möglich.
Nach Durchlaufen der ersten Verfahrensstufe 1 sind aus dem ersten Teilrauchgasstrom 9' die bei der Verbrennung von fossilen Brennstoffen, insbesondere bei der Verbrennung von Kohle entstehenden Schadstoffe und Staub soweit abgetrennt und reduziert, dass dieser nun unmittelbar und direkt einer Behandlung zur CO₂-Abscheidung und Entfernung in der zweiten Verfahrensstufe 2 zugeführt werden kann. Die den ersten Teilrauchgasstrom 9' führende Leitung 19 mündet daher in einen zweiten Rauchgaswäscher 20 ein, in welchem der Teilrauchgasstrom 9' mit einem zweiten chemischen Absorptionsmittel 21 behandelt, d. h. gewaschen wird. In dem zweiten Absorber oder Rauchgaswäscher 20 wird der erste Teilrauchgasstrom 9' einer Aminwäsche unterzogen. Es ist aber auch möglich, an dieser Stelle eine Pottaschewäsche mit Kaliumkarbonatlösung oder eine Ammoniakwäsche mit wässriger Ammoniaklösung durchzuführen. In der zweiten Verfahrensstufe wird als zweites chemisches Absorptionsmittel 21 eine Monoethanolamin(MEA)-Lösung einer Zuführleitung 22 zugeführt. Anstelle des Monoethanolamin oder in Mischung damit kann aber auch Methyldiethanolamin(MDEA), Diethanolamin, Diisopropylamin und/oder Diglykolamin als zweites chemisches Absorptionsmittel 21 eingesetzt werden. Wie von üblichen Aminwäschen her bekannt, wird in dem zweiten Absorber oder Rauchgaswäscher 20 das zweite chemische Absorptionsmittel 21 oberhalb von Füllkörperschüttungen 23 im Gegenstrom zum dritten Teilrauchgasstrom 9' eingedüst sowie unter Zwischenschaltung einer Regenerationsstufe 24 im Kreislauf geführt. In der Kreislaufleitung 22 sind üblicherweise eine Pumpe 25, ein Wärmetauscher 26 und ein Kühler 27 angeordnet. Der den zweiten Absorber oder Rauchgaswäscher 20 verlassende Rauchgasstrom 9'' ist nach Durchlaufen des zweiten Rauchgaswäschers 20 CO₂-frei und kann als CO₂-freies Abgas mithilfe eines Rauchzuges 28 in die Atmosphäre abgegeben werden. Das CO₂ wird mithilfe der Regenerationseinrichtung 24 einer weiteren Verwendung, sei es Lagerung oder Weiterverarbeitung, zugeführt. Im übrigen tritt aus der Regenerationseinrichtung 24 lediglich Abluft 29 aus. Bei der in dem einen Tropfenabscheider 30 aufweisenden zweiten Absorber oder Rauchgaswäscher 20 in der zweiten Verfahrensstufe 2 durchgeführten Aminwäsche handelt es sich um eine übliche Aminwäsche. Um diese aber mit ausreichenden Betriebs- und Standzeiten als Bestandteil einer Rauchgasbehandlung für das insbesondere bei fossil befeuerten, speziell kohlebefeuerten, Großkraftwerken entstehende Rauchgas einsetzen zu können, ist das dieser zweiten Verfahrensstufe zugeführte Rauchgas in der ersten Verfahrensstufe 1 erfindungsgemäß weitestgehend von die Rauchgaswäsche in der zweiten Verfahrensstufe 2 beeinträchtigenden Schad- und Feststoffen befreit worden. Hierzu wird erfindungsgemäß eine Rauchgaswäsche mit Natronlauge oder natriumhydroxidhaltiger Lösung als erstem chemischen Absorptionsmittel 6 eingesetzt, wobei in dieser Stufe 1 gleichzeitig eine Kühlung des durch diese erste Verfahrensstufe 1 geführten Rauchgasstromes 31, 9, 10 erfolgt. Dies wird durch Einbau eines Kühlers 16a oder Wärmetauschers im ersten Absorber 4, 4a, 36 oder ersten Rauchgaswäscher, der in direktem Kontakt mit dem Rauchgasstrom tritt oder durch Kühlung (Kühler 16) des ersten chemischen Absorptionsmittels 6, das mit dem Rauchgasstrom in Kontakt tritt, erreicht.
Weiterhin sieht die Ausführungsform gemäß 1 eine der ersten Verfahrensstufe 1 vorgeschaltete dritte Verfahrensstufe 3 vor, in welcher die Rauchgasentschwefelungsanlage 11 mit einem dritten (chemischen) Absorber oder Rauchgaswäscher angeordnet ist. Dieser Rauchgasentschwefelungsanlage 11 wird das aus der Brennkammer eines fossil befeuerten, insbesondere kohlebefeuerten Kraftwerkes stammende Rauchgas als Rauchgasstrom 31 zugeleitet. In der Rauchgasentschwefelungsanlage 11 wird wie bei derartigen Anlagen üblich eine kalziumhaltige, beispielsweise CaCO₃-haltige, Lösung als drittes chemisches Absorptionsmittel 32 im Kreislauf geführt und versprüht. Aus der Rauchgasentschwefelungsanlage 11 werden Abwasser 33 und Gips 34 abgezogen. Mit der Rauchgasentschwefelungsanlage 11 steht der erste Rauchgaswäscher 4 über eine Leitung 35 in Verbindung, so dass aus dem Sumpf 12 des ersten Rauchgaswäschers 4 ein Teil des ersten chemischen Absorptionsmittels 6 bzw. des im Sumpf 12 aus dem ersten chemischen Absorptionsmittel 6 und den Reaktionsprodukten gebildeten Gemisches der Rauchgasentschwefelungsanlage 11 zugeführt und dem dortigen dritten chemischen Absorptionsmittel 32 zugemischt wird.
Der die Rauchgasentschwefelungsanlage 11 verlassende Rauchgasstrom wird danach in den ersten Teilrauchgasstrom 9 und den zweiten Rauchgasstrom 10 aufgeteilt. In nicht dargestellter Weise durchströmt dann der zweite Rauchgasstrom 10 parallel zum ersten Teilrauchgasstrom 9 ebenfalls eine erste Verfahrensstufe 1 mit einem parallel zum ersten Absorber oder Rauchgaswäscher 4 angeordneten weiteren ersten Absorber oder Rauchgaswäscher, dessen Rauchgasabgasstrom dann beispielsweise als dritter oder vierter Rauchgasteilstrom entweder dem zweiten Absorber oder Rauchgaswäscher 20 in der zweiten Verfahrensstufe 2 zugeführt oder einem parallel dazu angeordneten weiteren zweiten Rauchgaswäscher zugeführt wird. Je nach Menge und Anfall des Rauchgases ist es aber auch möglich, auf die Aufteilung in ersten Teilstrom 9 und zweiten Teilstrom 10 zu verzichten und das gesamte aus der Rauchgasentschwefelungsanlage 11 austretende Rauchgas 31 dem ersten Rauchgaswäscher 4 der ersten Verfahrensstufe 1 und dem zweiten Rauchgaswäscher 20 der zweiten Verfahrensstufe 2 zuzuführen und dort von Schadstoffen, in der zweiten Verfahrensstufe CO₂, weitestgehend zu befreien.
Mithilfe der in der ersten Verfahrensstufe 1 vorgesehenen Rauchgaswäsche mit Kühlung des Rauchgasstromes auf eine Temperatur von kleiner gleich 50°C, insbesondere ca. 40°C, lässt sich auch ein sogenanntes „CO₂ Capture Ready"-Kraftwerk konzipieren, d. h. es wird ein Kraftwerk mit einer Rauchgasbehandlung vorgesehen, die das Rauchgas soweit vorbereitet, dass gewünschtenfalls daran unmittelbar ohne weitere Maßnahmen eine Rauchgasbehandlungsstufe anschließen kann, mit welcher CO₂ aus dem Rauchgas auch noch entfernbar ist.
Die Ausführungsform nach der 2 unterscheidet sich von der Ausführungsform nach der 1 lediglich dadurch, dass als erster Absorber oder Rauchgaswäscher ein Strahlwäscher 36 Verwendung findet, bei welchem – wie bei Strahlwäschern üblich – der Rauchgasstrom 9 und das eingedüste erste chemischen Absorptionsmittel 6 im Gleichstrom geführt werden. Der weitere Unterschied besteht darin, dass der zweite Absorber oder Rauchgaswäscher der zweiten Verfahrensstufe 2 als Sprühwäscher oder Sprühturmwäscher 37 und nicht mehr als Waschkolonne oder Füllkörperkolonne 20 ausgebildet ist. Da im Übrigen die weiteren Vorrichtungselemente zur Ausführungsform nach 1 identisch sind, sind diese mit denselben Bezugszeichen auch in 2 versehen.
Die Ausführungsform nach der 3 unterscheidet sich von den Ausführungsformen nach der 1 und 2 dadurch, dass dort lediglich die ersten Verfahrensstufe 1 und die zweite Verfahrensstufe 2 dargestellt sind. Die dritte Verfahrensstufe 3 ist nicht dargestellt, kann, muss aber nicht, ebenfalls vorhanden sein. Während die zweite Verfahrensstufe 2 als Aminwäsche wie bei der Ausführungsform nach der 1 ausgelegt ist, unterscheidet sich der erste Absorber oder Rauchgaswäscher 4a von dem der 1 und 2 im Wesentlichen lediglich dadurch, dass dort ein Kühler oder Wärmetauscher 16a innerhalb des Absorbers oder Rauchgaswäschers 4a angeordnet ist und somit den im ersten Rauchgaswäscher oder Absorber 4a strömenden Rauchgasstrom 9 kühlt. Ferner ist die zur Rauchgasentschwefelungsanlage 11 der nicht dargestellten dritten Verfahrensstufe führende Leistung 35 als Abzweigung von der das erste Absorptionsmittel 6 im Kreislauf führenden Leitung 13a ausgebildet.
In nicht dargestellter Weise kann die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. Anlage zur Behandlung eines Rauchgasstromes mit einem Staubfilter, beispielsweise einem Elektronassfilter, sowie einer Entstickungsvorrichtung, insbesondere einer katalytisch und selektiv wirkenden Entstickungseinrichtung, ausgestattet sein. Vorzugsweise befindet sich der Staubfilter in Strömungsrichtung des Rauchgasstromes vor der dritten Verfahrensstufe 3 und befindet sich die Entstickungsanlage in Strömungsrichtung des Rauchgasstromes hinter der zweiten Verfahrensstufe 2. Grundsätzlich ist es aber möglich, dass die staubfilternde Behandlung, d. h. der Staubfilter, vor einer der Verfahrenstufen 1 bis 3 und die Entstickungsbehandlung, d. h. die Entstickungsvorrichtung, vor oder hinter einer der Verfahrensstufen 1 bis 3 angeordnet ist.
Mittels der ersten Verfahrensstufe 1 sowie der gegebenenfalls vorgeschalteten Rauchgasentschwefelungsanlage 11 und zugeordneten Staubfiltern und Entstickungsanlagen ist der in der Brennkammer eines fossil befeuerten, insbesondere kohlebefeuerten Großkraftwerks zur Dampferzeugung anfallende Rauchgasstrom 31 in kontinuierlicher Fahrweise behandelbar und einer Behandlung zur Abtrennung von Schadstoffen und Feststoffen, insbesondere Staub, zuführbar. Ebenso kann dann in kontinuierlicher Fahrweise anschließend eine CO₂-Abtrennung unmittelbar anschließen, da in der ersten Verfahrensstufe 1 das Rauchgas soweit aufbereitet und weitestgehend von Schadstoffen und Staub gereinigt wird, dass damit insbesondere die Standzeiten und Wirkungsweise einer Aminwäsche nicht mehr negativ beeinträchtigt wird. Neben den Bestandteilen SO₂ und SO₃ wird in der ersten Verfahrensstufe 1 auch HCl, HF, teilweise CO₂ sowie Staub und Quecksilber mit der Waschflüssigkeit bzw. dem ersten chemischen Absorptionsmittel 6 bzw. der im Kreislauf geführten Waschflüssigkeit abgeschieden.
Die erste Verfahrensstufe 1 sowie gegebenenfalls die zweite Verfahrensstufe 2 und die dritte Verfahrensstufe 3 sowie die gewünschtenfalls einen Staubfilter und eine Entstickungsanlage aufweisende weitere Vorrichtungen und Anlagen eignen sich für die Behandlung jedweder bei der Verbrennung entstehender Abgase, können also Kraftwerken, Hüttenwerksanlagen oder Anlagen zur Düngemittelherstellung nachgeschaltet oder in solche integriert sein.
Das die erste Verfahrensstufe 1 verlassende Rauchgas weist insbesondere einen Druck von ungefähr 1 bar, eine Temperatur von kleiner gleich 50°C, einen SO₂-Gehalt von kleiner 10 ppm sowie eine Staubbelastung von kleiner gleich 10 mg/m³ auf.
Ein beispielhafter Verfahrensablauf sieht wie folgt aus:
Ein Rauchgasstrom 31 von ca. 1.800.000 m³/h [N. tr.] wird von einem 800 MW Steinkohlekessel mit einer Temperatur von 120°C und mit einem Gehalt an SO_x von 3600 mg/m³ [N. tr.], an HF von 13 mg/m³ [N. tr.] und an Staub von 20 mg/m³ [N. tr.] und einer Zusammensetzung aus CO₂ 14%, H₂O 8,5% O₂ 4%, Ar 0,9% und Rest N₂ einem Kalksteinwaschprozess in einer Rauchgasentschwefelungsanlage 11 zugeführt. Hier werden SO₂, SO₃, HCL, HF und Staub abgeschieden. Danach weist der Rauchgasstrom 9, 10 eine Temperatur von ca. 50°C und Gehalte an SOx (SO₂ und SO₃) von Ca. 100 mg/m³ [N. tr.], an HCL von < 5 mg/m³ [N. tr.], an HF von < 1 mg/m³ [N. tr.] und an Staub von < 10 mg/m³ [N. tr.] auf. In der Rauchgasentschwefelungsanlage 11 werden in einem offenen Sprühabsorber pro Stunde ca. 40.000 m³ Waschflüssigkeit (Dichte ca. 1,15 kg/m³, CaO₃ ca. 2,3% der Feststoffe, Verbrauch: CaO₃/S = ca. 1,03) umgewälzt. Von dieser Suspension werden ca. 90 m³/h zu Gipsentwässerung 34 ausgeschleust, wovon ca. 10 m³ als Abwasser 33 ausgeschleust werden. Wasser verdampft in Absorbern 11, so dass in Summe ein Prozesswasserverbrauch von 90 m³/h entsteht. Dieser wird zum Teil durch frisches Prozesswasser aufgefüllt, teils aus der Abflut nachgeschalteter Anlagen befriedigt. Ein solcher Sprühabsorber 11 weist einen Durchmesser vom ca. 15 m und ein Sumpfvolumen von ca. 3.500 m³ auf.
Nach dieser dritten Verfahrensstufe 3 wird der Rauchgasstrom 9, 10 in einer ersten Verfahrensstufe 1 einer NaOH-Wäsche im ersten Absorber oder Rauchgaswäscher 4, 4a, 36 zugeführt, der als Füllkörperkolonne(n), Sprühwäscher, Strahlwäscher oder Venturiwäscher angeführt sein kann, wobei dessen Umlauflösung (erstes chemisches Absorptionsmittel 6) auf ca. 30°C gekühlt wird.
Die Umlaufmenge an erstem chemischen Absorptionsmittel 6 beträgt gesamt ca. 6.000 m³/h. Es wird ein Kühlwasserstrom von ca. 1.300 m³/h bei 25°C Vorlauftemperatur benötigt. Der NaOH-Verbrauch beträgt ca. 230 kg. In diesem ersten Absorber oder Rauchgaswäscher 4, 4a, 36 wird der Gehalt an Schadstoffen weiter vermindert. Der austretende Rauchgasstrom 9' weist eine Temperatur von ca. 40°C, und einen Gehalt an SO_x von < 5 mg/m³ [N. tr.], an HCL von « 1 mg/m³ [N. tr.], an HF von « 1 mg/m³ und an Staub von < 1 mg/m³ [N. tr.] auf. Die Abflut 35 dieses Prozesses von ca. 70 m³/h wird der Rauchgasentschwefelungsanlage 11 zugeführt. Beim Einsatz von Füllkörperkolonnen als erstem Absorber oder Rauchgaswäscher 4, 4a, 36 wird der Prozess im vorliegenden Beispiel in zwei Stränge 9, 10 unterteilt, so dass zwei Füllkörperkolonnen von ca. 14 m Durchmesser vorhanden sind, die jeweils im Gegenstrom betrieben werden.
Nach dieser ersten Verfahrensstufe 1 werden in einer zweiten Verfahrensstufe 2 ebenfalls in zwei Strängen die Rauchgasströme zwei im Gegenstrom als Füllkörperkolonnen (anstatt Füllkörperkolonnen können auch andere Reaktortypen verwendet werden, z. B. Stahlwäscher, Venturiwäscher oder Sprühturmabsorber) betriebenen zweiten Ansorbern oder Rauchgaswäschern 20 von 14 m Durchmesser zur CO_2- Abscheidung zugeleitet. Diese werden mit einer wässrigen Monoethanolaminlösung 21 von ca. 28 Gew.-% MEA (ca. 7 Mol MEA pro Liter Lösung) als zweitem chemischen Absorbtionsmittel betrieben. Dieser Lösung können zur Aktivierung auch andere Stoffe wie Piperazin zugemischt sein, oder es wird eine piperazinaktivierte K₂CO₃-Lösung im Molverhältnis 1 zu 2 verwendet (z. B. 5 Mol/l K₂CO₃, 2,5 Mol/l Piperanzin in Wasser). Um in dieser Verfahrensstufe 2 eine Abscheidung von ca. 90% des im Rauchgas enthaltenen CO₂ zu erreichen, wird eine Gesamtumlaufmenge von ca. 6.700 m³/h MEA-Lösung benötigt, wenn man eine Beladungsdifferenz des Absorbens von ca. 50% voraussetzt, die in der zugehörigen Regenerationseinrichtung 24 eingestellt wird.
In der zweiten Verfahrensstufe 2 können unterschiedliche Strategien gefahren werden, um den Energieverbrauch zu minimieren. Der regenerierte MEA-Lösungsstrom 22 kann zusätzlich gekühlt 22, 27 werden, um die mögliche Beladung der Lösung zu erhöhen. Der Umlaufstrom wird kontinuierlich über einen Wärmetauscher 26 zur Regeneration und zur Rezirkulation gefahren. Das in der Regeneration gewonnene CO₂ wird verdichtet und verflüssigt (ca. 494 t/h) und kann der Deponierung oder anderen Zwecken zugeführt werden.
So entsteht ein Reingas 9'' von ca. 1.575.000 mg/m³ [N. tr.] nach einem 800 MW Steinkohlekessel, das eine Temperatur von < 50°C und Gehalte an SO_x von « 5 mg/m³ [N. tr.], an HCL von « 1 mg/m³ [N. tr.], an HF von « 1 mg/m³ [N. tr.] und an Staub von « 1 mg/m³ [N. tr.] sowie eine Zusammensetzung aus CO₂ 1,4%, H₂O 10%, O₂ 4%, Ar 0,9% und einem restlichen Anteil N₂ aufweist.

Claims

Verfahren zur Abtrennung von Schadstoffen aus einem bei der Verfeuerung eines fossilen Brennstoffs, insbesondere Kohle, in einer Brennkammer, vorzugsweise der Brennkammer eines Kraftwerkes, entstehenden Rauchgasstrom (31) in mindestens einer, vorzugsweise mehreren Verfahrensstufen (1, 2, 3), wobei in einer ersten Verfahrensstufe (1), in mindestens einem ersten Absorber (4, 4a, 36) oder Rauchgaswäscher eine Rauchgaswäsche mittels dem Rauchgasstrom (31, 9, 10) zugeführter Natronlauge oder einer natriumhydroxidhaltigen Lösung als einem ersten chemischen Absorptionsmittel (6) durchgeführt wird, wobei zumindest ein Teil der Natronlauge oder natriumhydroxidhaltigen Lösung in dieser ersten Verfahrensstufe (1) außerhalb des Rauchgasstromes (31, 9, 10) zum Ort der Zuführung dieses chemischen Absorptionsmittels (6) zum Rauchgasstrom (31, 9, 10), vorzugsweise im Kreislauf, rückgeführt (13) wird, dadurch gekennzeichnet, dass das erste chemische Absorptionsmittel (6) im Verlauf seiner Rückführung (13) vor Erreichen des Ortes der Zuführung zum Rauchgasstrom (31, 9, 10) außerhalb des Rauchgasstromes (31, 9, 10) gekühlt (16) wird und/oder der Rauchgasstrom (31, 9, 10) innerhalb des ersten Absorbers (4, 4a, 36) oder Rauchgaswäschers mittels eines darin angeordneten Kühlers oder Wärmetauschers gekühlt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste chemische Absorptionsmittel (6) mittels zumindest einer außerhalb eines den Rauchgasstrom (31, 9, 10) führenden Bereiches des ersten Absorbers (4, 4a, 36) oder Rauchgaswäschers angeordneten Leitung (13) rückgeführt und in deren Verlauf gekühlt (16) wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste chemische Absorptionsmittel (6) mittels eines, vorzugsweise in der Leitung (13) angeordneten, Kühlers (16) oder Wärmetauschers gekühlt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rauchgaswäsche in einer ersten Verfahrensstufe (1) in einem oder mehreren Sprühwäscher (4a) oder Strahlwäscher(n) (36) oder Venturiwäscher(n) oder einer oder mehreren Füllkörperkolonne(n) (4) durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der ersten Verfahrensstufe (1) zugeführte Rauchgasstrom (31) aufgeteilt und ein erster Teil (9) in der ersten Verfahrensstufe (1) einem ersten Sprühwäscher (4a) oder Strahlwäscher (36) oder Venturiwäscher oder einer ersten Füllkörperkolonne (4) und eine zweiter Teil (10) in der ersten Verfahrensstufe (1) parallel einem dritten Sprühwäscher oder Strahlwäscher oder Venturiwäscher oder einer dritten Füllkörperkolonne zugeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das in der ersten Verfahrensstufe (1) rückgeführte erste chemische Absorptionsmittel (6) auf eine Temperatur von ≤ 40°C, vorzugsweise von ≤ 35°C, gekühlt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rauchgasstrom (31) oder jeder der Teilströme (9, 10) in der Rauchgaswäsche der ersten Verfahrensstufe (1) auf eine Temperatur von ≤ 50°C, insbesondere von ≤ 45°C, gekühlt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rauchgasstrom (31) oder der erste (9) und der zweite Teil (10) des Rauchgasstromes (31) in einer der ersten Verfahrensstufe (1) nachfolgenden zweiten Verfahrensstufe (2) einer Behandlung mit einem zur ersten Verfahrensstufe unterschiedlichen, zweiten chemischen Absorptionsmittel (21), insbesondere einer Aminwäsche, vorzugsweise einer Wäsche mit Alkanolaminlösung, bevorzugt Monoethanolamin (MEA)-Lösung (21), oder einer Pottaschewäsche mit Kaliumkarbonatlösung oder einer Ammoniakwäsche mit wässriger Ammoniaklösung und/oder mit einer mindestens zwei der vorstehenden Lösungen in Mischung enthaltenden Lösung unterworfen wird/werden.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein piperazinhaltiges zweites chemisches Absorptionsmittel verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein regeneratives zweites chemisches Absorptionsmittel (21) verwendet wird und dieses nach Durchlaufen einer Regenerationsbehandlung (24) in der zweiten Verfahrensstufe (2) in den Rauchgasstrom (31) oder den ersten Teil (9, 9') und den zweiten Teil des Rauchgasstromes rückgeführt und vor Zuführung in den Rauchgasstrom (31, 9') gekühlt (27) wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Rauchgaswäsche in der zweiten Verfahrensstufe (2) in einem oder mehreren Sprühwäscher(n) oder Strahlwäscher(n) oder Venturiwäscher(n) oder einer oder mehreren Füllkörperkolonne(n) (37) durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8–11, dadurch gekennzeichnet, dass der der zweiten Verfahrensstufe (2) zugeführte Rauchgasstrom (31) oder Teilrauchgasstrom (9') aufgeteilt und ein dritter Teil in der zweiten Verfahrensstufe (2) einem zweiten Sprühwäscher (20) oder Strahlwäscher oder Venturiwäscher oder einer zweiten Füllkörperkolonne (37) und ein vierter Teil in der zweiten Verfahrensstufe (2) parallel einem vierten Sprühwäscher oder Strahlwäscher oder Venturiwäscher oder einer vierten Füllkörperkolonne zugeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rauchgasstrom (31) in einer der ersten Verfahrensstufe (1) vorhergehenden dritten Verfahrensstufe (3) einer Rauchgasentschwefelungsbehandlung (11), insbesondere einer Rauchgaswäsche mit einem kalziumhaltigen dritten chemischen Absorptionsmittel (32), vorzugsweise unter Bildung von Gips (34), unterworfen wird
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rauchgaswäsche der ersten Verfahrensstufe (1) ein wasserdampfgesättigter Rauchgasstrom (31, 9, 10) zugeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil des in der ersten Verfahrensstufe (1) verwendeten ersten chemischen Absorptionsmittels (6) dem dritten chemischen Absorptionsmittel (32) in der dritten Verfahrensstufe (3) zugemischt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der die dritte Verfahrensstufe (3) verlassende Rauchgasstrom (31), vorzugsweise unter Aufteilung in den ersten (9) und den zweiten Teil (10) des Rauchgasstromes direkt der ersten Verfahrensstufe (1) zugeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der die erste Verfahrenstufe (1) verlassende Rauchgasstrom (9'), vorzugsweise unter Aufteilung in den dritten oder vierten Teilrauchgasstrom, direkt der zweiten Verfahrensstufe (2) zugeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der gesamte oder Teile des geteilten Rauchgasstrom(es) (31, 9, 10, 9') jeweils einer zumindest der ersten oder zweiten oder dritten Verfahrensstufe (1, 2, 3) vorhergehenden staubfilternden Behandlung, vorzugsweise mittels eines Elektrofilters, unterworfen wird/werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der gesamte oder Teile des aufgeteilten Rauchgasstrom(es) (31, 9, 10, 9') jeweils einer zumindest der ersten oder zweiten oder dritten Verfahrensstufe (1, 2, 3) vorhergehenden oder nachfolgenden Entstickungsbehandlung, vorzugsweise mittels eines, insbesondere katalytischen, selektiven Verfahrens, unterworfen wird/werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren kontinuierlich, insbesondere bei gleichzeitigem Betrieb von erster, zweiter und dritter Verfahrensstufe (1, 2, 3) durchgeführt wird.
Vorrichtung zur Abtrennung von Schadstoffen aus einem bei der Verfeuerung eines fossilen Brennstoffes, insbesondere Kohle, in einer Brennkammer, vorzugsweise der Brennkammer eines Kraftwerkes, entstehenden Rauchgasstrom (31, 9, 10), umfassend einen ersten Absorber (4, 4a, 36) oder Rauchgaswäscher mit im ersten Absorber (4, 4a, 36) oder Rauchgaswäscher im Rauchgasstrom (31, 9, 10) angeordneter Sprüh- oder Zerstäubungsvorrichtung (15), die Natronlauge oder eine natriumhydroxidhaltige Lösung (6) dem Rauchgasstrom (31, 9, 10) als ein erstes Absorptionsmittel (6) zuführt, und eine außerhalb des ersten Absorbers (4, 4a, 36) oder Rauchgaswäschers angeordnete Leitung (13), die mit dem Innenraum des ersten Absorbers (4, 4a, 36) oder Rauchgaswäschers derart in Leitungsverbindung steht, dass dadurch zumindest ein Teil des ersten Absorptionsmittels (6), vorzugsweise im Kreislauf, zu der Sprüh- oder Zerstäubungsvorrichtung (15) rückführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass in der Leitung (13) und/oder im ersten Absorber (4, 4a, 36) oder Rauchgaswäscher im Rauchgasstrom (31, 9, 10) in Strömungsrichtung des Rauchgasstromes (31, 9, 10) oder des rückgeführten ersten Absorptionsmittels (6) vor der Sprüh- oder Zerstäubungsvorrichtung (15) ein Kühler (16, 16a) oder Wärmetauscher angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass in der Leitung (13) ein Kühler (16) oder Wärmetauscher angeordnet ist
Vorrichtung nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (2) parallel geschaltete erste Absorber (4, 4a, 36) oder Rauchgaswäscher aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die erste(n) Absorber (4, 4a, 36) als Sprühwäscher oder Strahlwäscher oder Venturiwäscher oder Füllkörperkolonne ausgebildet ist/sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mindestens einen dem ersten Absorber (4, 4a; 36) oder Rauchgaswäscher nachgeschalteten zweiten Absorber (20, 37) oder Rauchgaswäscher mit Mitteln zur Rauchgaswäsche aufweist, in welchem dem Rauchgasstrom (31, 9, 10, 9') ein zweites, zum ersten Absorptionsmittel (6) unterschiedliches Absorptionsmittel (21), insbesondere eine Alkanolaminlösung, insbesondere eine Monoethanolamin (MEA)-Lösung, oder eine Kaliumcarbonatlösung oder eine wässrige Ammoniaklösung zuführbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüchen 1–25, dadurch gekennzeichnet, dass dem zweiten Absorber (20, 37) oder Rauchgaswäscher eine Absorptionsmittelregenerationseinheit (24) zugeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21–26, dadurch gekennzeichnet, dass dem ersten Absorber (4, 4a; 36) oder Rauchgaswäscher eine Rauchgasentschwefelungsanlage (11) vorgeschaltet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21–27, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen Staubfilter und/oder eine Entstickungsvorrichtung umfasst.
Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21–28 zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1–20.
Medium oder Mediensatz enthaltend oder umfassend Daten- und/oder Zeichensätze und/oder Zeichnungen, die in wiedergebbarer Form und/oder lesbarer Form ein Verfahren zur Abtrennung von Schadstoffen aus einem bei der Verfeuerung eines fossilen Brennstoffs, insbesondere Kohle, in einer Brennkammer, vorzugsweise der Brennkammer eines Kraftwerkes, entstehenden Rauchgasstrom (31) in mindestens einer, vorzugsweise mehreren Verfahrensstufen (1, 2, 3), wobei in einer ersten Verfahrensstufe (1), in mindestens einem ersten Absorber (4, 4a, 36) oder Rauchgaswäscher eine Rauchgaswäsche mittels dem Rauchgasstrom (31, 9, 10) zugeführter Natronlauge oder einer natriumhydroxidhaltigen Lösung als einem ersten chemischen Absorptionsmittel (6) durchgeführt wird, wobei zumindest ein Teil der Natronlauge oder natriumhydroxidhaltigen Lösung in dieser ersten Verfahrensstufe (1) außerhalb des Rauchgasstromes (31, 9, 10) zum Ort der Zuführung dieses chemischen Absorptionsmittels (6) zum Rauchgasstrom (31, 9, 10), vorzugsweise im Kreislauf, rückgeführt (13) wird, ganz oder teilweise beschreiben und/oder wiedergeben und/oder beinhalten, bei welchem das erste chemische Absorptionsmittel (6) im Verlauf seiner Rückführung (13) vor Erreichen des Ortes der Zuführung zum Rauchgasstrom (31, 9, 10) außerhalb des Rauchgasstromes (31, 9, 10) gekühlt (16) wird und/oder der Rauchgasstrom (31, 9, 10) innerhalb des ersten Absorbers (4, 4a, 36) oder Rauchgaswäschers mittels eines darin angeordneten Kühlers oder Wärmetauschers gekühlt wird.
Medium oder Mediensatz nach Anspruch 30, enthaltend oder umfassend Daten- und/oder Zeichensätze und/oder Zeichnungen, die in wiedergebbarer Form und/oder lesbarer Form ein Verfahren nach einem der Ansprüche 2–20 ganz oder teilweise beschreiben und/oder wiedergegeben und/oder beinhalten.
Medium oder Mediensatz enthaltend oder umfassend Daten- und/oder Zeichensätze und/oder Zeichnungen, die in wiedergebbarer Form und/oder lesbarer Form eine Vorrichtung zur Abtrennung von Schadstoffen aus einem bei der Verfeuerung eines fossilen Brennstoffes, insbesondere Kohle, in einer Brennkammer, vorzugsweise der Brennkammer eines Kraftwerkes, entstehenden Rauchgasstrom (31, 9, 10), umfassend einen ersten Absorber (4, 4a, 36) oder Rauchgaswäscher mit im ersten Absorber (4, 4a, 36) oder Rauchgaswäscher im Rauchgasstrom (31, 9, 10) angeordneter Sprüh- oder Zerstäubungsvorrichtung (15), die Natronlauge oder eine natriumhydroxidhaltige Lösung (6) dem Rauchgasstrom (31, 9, 10) als ein erstes Absorptionsmittel (6) zuführt, und eine außerhalb des ersten Absorbers (4, 4a, 36) oder Rauchgaswäschers angeordnete Leitung (13), die mit dem Innenraum des ersten Absorbers (4, 4a, 36) oder Rauchgaswäschers derart in Leitungsverbindung steht, dass dadurch zumindest ein Teil des ersten Absorptionsmittels (6), vorzugsweise im Kreislauf, zu der Sprüh- oder Zerstäubungsvorrichtung (15) rückführbar ist, ganz oder teilweise beschreiben und/oder wiedergeben und/oder beinhalten, bei welcher in der Leitung (13) und/oder im ersten Absorber (4, 4a, 36) oder Rauchgaswäscher im Rauchgasstrom (31, 9, 10) in Strömungsrichtung des Rauchgasstromes (31, 9, 10) oder des rückgeführten ersten Absorptionsmittels (6) vor der Sprüh- oder Zerstäubungsvorrichtung (15) ein Kühler (16, 16a) oder Wärmetauscher angeordnet ist.
Medium oder Mediensatz nach Anspruch 32, enthaltend oder umfassend Daten- und/oder Zeichensätze und/oder Zeichnungen, die in wiedergebbarer Form und/oder lesbarer Form eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22–28 ganz oder teilweise beschreiben oder wiedergeben oder beinhalten.
Medium oder Mediensatz enthaltend oder umfassend Daten- und/oder Zeichensätze und/oder Zeichnungen, die in wiedergebbarer Form und/oder lesbarer Form die Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21–28 zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1–20 ganz oder teilweise beschreiben oder wiedergeben oder beinhalten.
Verwendung eines Datenträgers oder Mediums oder Mediensatzes zur Speicherung und/oder Wiedergabe von Daten- und/oder Zeichensätzen und/oder Zeichnungen in wiedergebbarer und/oder lesbarer Form, die ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1–20 und/oder eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21–28 ganz oder teilweise beschreiben und/oder wiedergeben und/oder beinhalten, insbesondere als Basis zur Anwendung eines Verfahrens mit den Merkmalen nach einem der Ansprüche 1–20 und/oder zur Herstellung einer Vorrichtung mit den Merkmalen nach einem der Ansprüche 21–28.