DE1619880B2

DE1619880B2 - Verfahren zur desorption einer aktivkohleadsorptionszone

Info

Publication number: DE1619880B2
Application number: DE19671619880
Authority: DE
Inventors: Zensuke Hishinuma Yukio Hitachi Tamura (Japan)
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1966-09-21
Filing date: 1967-09-20
Publication date: 1971-09-09
Also published as: DE1619880A1; US3473297A

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur veranschaulichten Ausführungsbeispiele näher er-

Desorption einer Aktivkohleadsorptionszone, welche läutert; darin zeigt

beim Entschwefeln von Abgasen mit Schwefeloxyden F i g. 1 eine schematische Darstellung eines Ausbeladen wurde, in einem System, bestehend aus einer führungsbeispiels der Verbrennungsabgas-Entschwefe-Schwefeloxyd-Adsorptionszone, einer Waschwasser- 5 lungsanlage zur Durchführung des Verfahrens gemäß Desorptionszone und einer Adsorptionsmittel- der Erfindung,

trocknungszone, bei dem die Zonen in bestimmten F i g. 2 eine schematische Darstellung, ähnlich

Zeitabständen ihre Funktionen wechseln und so die F i g. 1, eines anderen Ausführungsbeispiels einer

Adsorption und die Desorption der Schwefeloxyde solchen Verbrennungsabgas - Entschwefelungsanlage

und die Trocknung des Adsorptionsmittels in ver- io und

schiedenen Zonen des Gesamtsystems gleichzeitig F i g. 3 ein Diagramm zur Erläuterung der Abdurchgeführt werden.: hängigkeit der eingeführten Wassermenge von der Zeit.

Die Abgase können aus Öfen einer Gasturbine, In F i g. 1 ist ein Wassertank 11 in vier Abteilungen eines Dampfkessels oder aus anderen industriellen A, B, C und D unterteilt, und der Vorgang des Wa-Öfen stammen. Es geht dabei vor allem um die Art 15 schens von Aktivkohle mit Wasser wird zuerst unter und Weise, in der Wasser zur Desorption verwendet Verwendung des Wassers in dem Teil B begonnen, wird. Betrachtet man das Adsorptionsmittel in einer Tn diesem Fall wird das Wasser in dem Teil B vor dem bestimmten Stellung (die folgende Beschreibung wird Waschvorgang durch Öffnen eines Ventils 15 und unter der Voraussetzung gegeben, daß Aktivkohle Betätigung einer Pumpe 18 durch ein Rohr 21 in verwendet wird), durchläuft es einen Arbeitszyklus, 20 einen Tank 19 übertragen und dort gespeichert. Das der aus Adsorption, Wasserwäsche, Desorption und in dem Tank 19 gespeicherte Wasser wird in eine Trocknung in der genannten Reihenfolge besteht, Waschwasser- und Desorptionszone Z für eine bewobei Schwefligsäure (SO₂) und Schwefelsäuregas stimmte Zeitdauer eingelassen, und dann wird das (SO₃) wiederholt adsorbiert und desorbiert werden. Einlassen von Wasser für eine Zeit unterbrochen und Wenn die Aktivkohle z. B. in einer Stellung ist, wo 25 das Wasser so lange im Tank 19 gespeichert. In dieser sie in die Waschwasser- und Desorptionszone eintritt, Weise wird Wasser stoßweise in die Zone Z einzirkuliert darin kein Gas, sondern Wasser, welches gelassen.

von einer Wasserzuführpumpe geliefert wird, wird auf Ein solches stoßweises Einlassen von Wasser erdie Aktivkohle gegossen, um die Schwefelsäure aus möglicht es, Wasser im Tank 11 in den Tank 19 zu der Aktivkohle herauszuwaschen. Ein größerer Teil 30 überführen, ohne die Pumpe 18 abzustellen, und des Schwefligsäuregases, welches in den Abgasen dadurch eine große Wassermenge in einer kurzen vorhanden ist, wird durch die Aktivkohle in der Form Zeitdauer anzuliefern, ohne die Kapazität der Pumpe der Schwefelsäure adsorbiert, weil das Schwefligsäure- 18 groß zu machen und ohne die Pumpe häufig in gas (SO₂) durch den in den Abgasen anwesenden Gang zu setzen und anzuhalten, d. h. ohne eine VerSauerstoff (O₂) durch die katalytische Wirkung von 35 anlassung, die Pumpe unter schwierigen Bedingungen Aktivkohle, z. B. nach der Formel arbeiten zu lassen.

Das Wasser wird den Aktivkohlebetten in der Waschwasser- und Desorptionszone stoßweise, wie

SO₂ -f- V₂ O₂ = SO₃ beschrieben, für eine Zeitdauer von jeweils 1 bis

40 10 Minuten zugeführt. Nach Vollendung des Waschvorganges wird die Pumpe 18 für eine Zeitdauer von

zu Schwefelsäuregas (SO₃) oxydiert wird und das so 20 bis 40 Minuten stillgesetzt, um eine Dehydrierung

gebildete Schwefelsäureanhydrid mit Wasser zu der feuchten Aktivkohle zu ermöglichen.

Schwefelsäure reagiert. Das Wasser wird nach dem Die Abhängigkeit zwischen der zugeführten Wasser-Waschen der Aktivkohle durch ein Abführrohr in 45 menge und der Zeit ist in F i g. 3 dargestellt, in welcher

einen Ablaßtank eingeführt. L die Zeitdauer des Wassereinlassens, M die Zeit-

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein dauer, während der kein Wasser eingelassen wird, verbessertes Verfahren zur Desorption einer Aktiv- und N die Zeitdauer bezeichnet, in welcher das Wasserkohleadsorptionszone in einem solchen System unter einlassen völlig abgestellt wird, so daß das in dem Verwendung von Waschwasser anzugeben, bei welchem 50 Adsorbens enthaltene Wasser mittels Tropfens entinsbesondere der Wasserdurchsatz pro Zeit erhöht fernt werden kann und die Pumpe 18 noch arbeitet, und gleichzeitig der Wasserverbrauch für die De- bis der Tank 19 völlig mit Wasser gefüllt ist.
sorption gesenkt werden. Außerdem ist dabei anzu- Durch stoßweises Gießen von Wasser auf die Aktivstreben, die Abgastemperatur beim Eintritt in die kohle in der Waschwasser- und Desorptionszone Z Adsorptions- und Desorptionszone passend einzustellen 55 in der beschriebenen Weise kann die Menge der mit und unter Ausnutzung des Wärmeinhalts der Abgase einer bestimmten Wassereinheit zu desorbierenden die Temperatur des Waschwassers für die Desorption Schwefeloxyden erhöht werden. Dies ist auf folgende geeignet zu steuern sowie den Nebengehalt der Gründe zurückzuführen:
entschwefelten Gase zu senken. Die durch die Aktivkohle adsorbierten Schwefel-

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der ein- 60 oxyde sind gleichmäßig in der Aktivkohle verteilt,

gangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, und es kann angenommen werden, daß das Waschen

daß in die Waschwasser-Desorptionszone stoßweise der Aktivkohle mit Wasser nur geeignet sein wird,

Wasser eingeführt wird. die Schwefeloxyde an der Oberfläche der Aktivkohle

Vorzugsweise ist das einzuführende Wasser schwefel- zu desorbieren, und daß die im Innern der Aktivkohle säurehaltig und wird in seiner Zusammensetzung 65 vorhandenen Oxyde nicht entfernt werden. Indessen

fortlaufend von einer hohen Schwefelsäure- zu einer treten die im Inneren der Aktivkohle vorhandenen

niedrigeren Schwefelsäurekonzentration verändert. Schwefeloxyde infolge von Diffusion laufend an die

Die Erfindung wird an Hand der in der Zeichnung gewaschene Oberfläche der Aktivkohle, und so wäscht

das der Oberfläche der Aktivkohle zugeführte Wasser auch die von innen an die Oberfläche tretenden Schwefeloxyde aus. Doch ist die Geschwindigkeit einer solchen Diffusion allgemein so gering, daß die Desorption der Schwefeloxyde nicht mit gutem Wirkungsgrad erreicht werden kann, auch wenn Wasser kontinuierlich auf die Aktivkohle gegossen wird.

Eine Diffusion von Schwefeloxyden in Richtung auf die Oberfläche der Aktivkohle findet auch nach dem Beenden des Wasserzuführens statt, und infolgedessen steigt die Schwefeloxydkonzentration an der Oberfläche der Aktivkohle und wird möglicherweise die gleiche wie im Inneren der Aktivkohle. Daher ist es vorzuziehen, der Aktivkohle Wasser wiederholt stoßweise in solchen Zeitabständen zuzuführen, daß durch Diffusion der Schwefeloxyde aus dem Inneren der Aktivkohle an die Oberfläche die Schwefeloxydkonzentration an der Oberfläche der Aktivkohle die gleiche wie im Inneren der Aktivkohle werden un d so der Auswaschwirkungsgrad einer Einheitsmenge von Wasser beim Desorbieren der auf und in der Aktivkohle vorhandenen Schwefeloxyde verbessert werden kann.

Das Bezugszeichen N im Diagramm nach F i g. 3 stellt die Zeitdauer dar, während der eine Entwässerung der feuchten Aktivkohle durchgeführt wird. Dieser Vorgang ist nicht nur für das Trocknen der feuchten Kohlebetten wirkungsvoll, welche von der Wasserwasch- und Adsorptionszone zu der Adsorptionsmittel-Trocknungszone bewegt wurden, sondern auch um der Aktivkohle selbst willen.

Wenn der Tank 19 mit Wasser gefüllt ist, wird das Wasser zum Zutritt zur Aktivkohle in der Entschwefelungseinrichtung 31 durch Öffnen der Ventile 20 und 17 und Schließen der Ventile 12, 13, 16 herausgelassen, und das sich ergebende Waschwasser wird vom Boden der Entschwefelungsreinichtung in die Abteilung A im Wassertank 11 durch ein Rohr 32 abgelassen. Die Entschwefelungseinrichtung kann von gleicher Konstruktion sein, wie sie in einer schwebenden Anmeldung beschrieben ist, die von den Anmeldern unter dem Titel »Vorrichtung zum Entfernen von Schwefeloxyden aus Abgasen« eingereicht wurde. Wenn das Wasser in dem Teil B des Wassertanks 11 bis zu einem bestimmten Niveau verbraucht ist, wird Wasser im Teil C nach Öffnen der Ventile 13 und 16 und Schließen des Ventils 17 zum Waschen der Aktivkohle verwendet. In diesem Fall wird das sich ergebende Waschwasser im Teil B gespeichert. In gleicher Weise wird, wenn das Wasser im Teil C bis zu einem bestimmten Betrag abgenommen hat, nach Öffnung der Ventile 12 und 14 und Schließen der Ventile 13 und 16 Wasser im Teil D verwendet und das sich ergebende Waschwasser in den Teil C überführt. Dem Teil D des Wassertanks wird durch ein Wasserzuführrohr 33 über eine Heizeinrichtung 34 Wasser zugeführt. Die Heizeinrichtung 34 benutzt als Heizquelle den Abgasdampf oder heißes Abwasser von der zugehörigen Wärmekraftanlage, wie z. B. die Abgase einer Turbine oder das aus der Turbine stammende heiße Abwasser.

Der Wassertank 11, welcher in der Darstellung nach F i g. 1 in vier Teile A, B, C und D unterteilt ist, muß in zwei oder mehr Teile unterteilt sein, und die Kapazität jedes Teils muß größer sein als die Wassermenge, die zu einer Zeit in die Zone Z eingelassen wird. Wie es sich versteht, ist die Schwefelsäurekonzentration im Wassertank 11 im Teil A größer als im Teil B, im Teil B größer als im Teil C und im Teil C größer als im Teil D, und die Schwefelsäurekonzentration in dem Teil D ist die gleiche wie die in dem Wasser, welche der Aktivkohle zuzuführen ist.

Das im Teil A gespeicherte Waschwasser, welches die höchste Schwefelsäurekonzentration aufweist, wird mittels einer Pumpe 36 durch ein Rohr 35 herausgepumpt und nach Passieren eines Filters 37 einer Neutralisierungsanlage zwecks Entfernen oder einer Schwefelsäure-Erzeugungsanlage oder einer Ammoniumsulfat-Erzeugunsanlage zugeführt, je nachdem, wofür es verwendet werden soll. Statt dessen kann, wie F i g. 1 zeigt, das Waschwasser in einen Blitzverdampfer 38 geführt werden, um es dem Wärmeaustausch mit Dampf auszusetzen, von dort zu einem Kondensator 39 laufen, um bei 40 darin erwärmt zu werden, und in den Blitzverdampfer 38 zurückzukehren, um den Wassergehalt unter vermindertem Druck zu verdampfen und konzentrierte Schwefelsäure herzustellen.

Der in dem Blitzverdampfer 38 erzeugte Dampf wird durch das vom Filter 37 kommende Waschwasser kondensiert, und das sich so ergebende Wasser wird durch Rohre 42,44 mittels einer Pumpe 43 dem Wiederumlauf im Wassertank 11 zur Wiederverwendung zugeführt. Die zur Kondensation des Waschwassers in dem Kondensator 39 erforderliche Wärme wird durch den Kondensatorteil der oder eines Teils der Exhaustergase oder Dampfextraktion von der Turbine in der angeschlossenen Wärmekraftanlage geliefert.

Statt dessen kann ein unabhängiger Kondensator getrennt vorgesehen werden.

Die einen Dampfkessel 1 verlassenden Abgase werden durch eine Leitung 2, einen Vorerhitzer 3 und eine Leitung 4 in einen Staubsammler 5 geführt, und nach Entfernen des Staubes daraus werden sie in ein Rohr 6 geleitet, das zur Entschwefelungsanlage führt. Die Abgase im Rohr 6 werden durch ein Gebläse 7 unter Druck gesetzt und über eine Leitung 8 in eine Leitung 10, die zur Trocknungszone führt, und eine Leitung 9 gefördert, die zur Desorptionszone führt. Die Abgase, die in die Leitung 10 eintreten, werden in die Trocknungszone Y der Entschwefelungsanlage eingeführt, wo sie zum Trocknen der Aktivkohle verwendet werden, welche infolge des Wasserwasch- und Desorptionsvorganges feucht ist. Da in diesem Falle die Abgase, die die Aktivkohle trocknen, gleichzeitig einen Teil des Schwefligsäuregases abgeben, soweit es durch die Aktivkohle adsorbiert wird, enthalten die Abgase, die die Trocknungszone verlassen, eine geringe Menge Schwefligsäuregas und mehr Wasser.

Die die Trocknungszone verlassenden Abgase werden durch ein Gebläse 52 unter Druck gesetzt und durch ein Rohr 55 zusammen mit frischen Abgasen, welche in die Leitung 55 durch die Leitung 9 und eine Leitung 54 eintreten, in eine Desorptionszone X in der Entschwefelungsanlage überführt, wobei die Strömungsgeschwindigkeit durch einen Dämpfer 53 reguliert wird. Die Strömungsgeschwindigkeiten in der Leitung 10, die zur Trocknungszone, und in der Leitung 9, -die zur Desorptionszone führt, werden durch den Dämpfer 53 entsprechend den Betriebsbedingungen in der Entschwefelungsanlage reguliert.

Dann strömen die Abgase, deren Schwefligsäuregasgehalt mittels Adsorption durch die Aktivkohle in der Adsorptionszone X in der Entschwefelungsanlage 31 entfernt ist, durch eine Leitung 56 und werden mit den in einem Nebenrohr 57 strömenden

Abgassn vereinigt. Das Nebenrohr 57 ist mit einsm Dämpfer 58 versehen, welcher während des normalen Betriebs des Dampfkessels geschlossen ist, jedoch beim Anstellen oder Abstellen des Dampfkessels oder wenn die Entschwefelungsanlage zufällig zum Stillstand kommt oder repariert wird, geöffnet wird. Eine Leitung 59 ist mit einer Nebslentfernungsanlage 60 verbunden, um den Nebel in den Abgasen vor ihrem Entweichen in die Atmosphäre durch einen Kamin 61 zu entfernen.

Entsprechend dem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung, welches in F i g. 2 dargestellt ist, werden die durch die Leitung 8 strömenden Abgase auf eine Leitung 62 und eine Leitung 63 verteilt, und die Strömungsgeschwindigkeiten in den verschiedenen Leitungen werden durch einen Dämpfer 64, der in der Leitung 62 angeordnet ist, reguliert. Die durch die Leitung 63 strömenden Abgase werden zwecks Kühlung in einen Wärmeaustauscher 65 und dann durch eine Leitung 65 in die Leitung 62 geführt und dort mit den Abgasen vereinigt, die durch die Leitung 62 strömen. Die so vereinigten Abgase werden weiter vereinigt mit Abgasen, die in einer Leitung 67 strömsn, und endlich in die Adsorptionszone X in der Entschwefelungsanlage 31 eingeführt.

Die Hochtemperaturabgase werden mit den Niedrigtemperaturabgasen in der beschriebenen Weise gemischt, um so die Temperatur der Abgase, die in die Adsorptionszone Xeintreten, auf unter 100 bis 130⁰C einzustellen, und zwar ist dies erforderlich, weil Schwefligsäuregas in den Abgasen von Aktivkohle am wirkungsvollsten bei einer Temperatur unter 100 bis 130⁰C adsorbiert wird. Die die Adsorptionszone X verlassenden Abgase werden in eine Leitung 68 geführt und, nachdem sie durch ein Gebläse 70 komprimiert sind, welches in einer Leitung 69 angebracht . st, zum Erhitzen in den Wärmeaustauscher 65 geleitet ^aund danach durch eine Leitung 71 in dh Trocknungszone Y eingeführt. Diese Abgase, die zum Trocknen der Aktivkohle verwendet werden sollen, enthalten im wesentlichen kein Schwefeloxyd, da sie vorher durch die Adsorptionszone geleitet wurden. Die in die Adsorptionszone einzuführenden Abgase sollten im wesentlichen kein Wasser enthalten.

Dann werden die die Trocknungszone F verlassenden Abgase in eine Leitung 72 geführt und mit den Abgasen vereinigt, die in einer Nebenleitung 73 strömen, welche von der Leitung 68 abgezweigt ist. Die so vereinigten Abgase strömen durch eine Leitung 74 und von da durch die Leitung 59. Die Leitung 73 weist einen darin angebrachten Dämpfer 75 auf, der die Strömungsgeschwindigkeiten der Abgase reguliert, die von der Leitung 68 durch die Leitungen 73 und 69 strömen.

Der Wärmeaustauscher 77 ist am Rohr 21 vorgesehen, um das Wasser, welches in den Tank 19 eingespeist wird, zu erhitzen, wodurch das der Aktivkohle zuzuführende Wasser in der Waschwasser- und Desorptionszone Z auf einer Temperatur von 70 bis 95° C gehalten wird. Durch die Verwendung des heißen Wassers kann die für die Extraktion von Schwefeloxyden aus der Aktivkohle erforderliche Zeit drastisch verkürzt werden, und dementsprechend ist es möglich, die Schwefeloxyde mit einer geringen Wassermenge zu desorbieren. Wenn z. B. die Extraktion von Schwefeloxyden unter Verwendung von Wasser mit einer Temperatur von 20⁰C einerseits und Wasser mit einer Temperatur von 80°C andererseits durchgeführt wird und die übrigen Bedingungen gleichgehalten werden, ist die Menge der mit dem Wasser von 8O⁰C extrahierten Schwefeloxyde um etwa 40°/₀ größer als die mit Wasser von 20⁰C in der gleichen Zeit extrahierte Menge.

Der Wärmeaustauscher 77 verwendet als seine Wärmequelle die Abgase, die den Staubsammler 5 in der Leitung 4 verlassen und dorthin durch eine Nebenleitung 76 geführt werden, und die gekühlten Abgase, die den Wärmeaustauscher 77 verlassen, werden in die Leitung 67 geführt.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Desorption einer Aktivkohleadsorptionszone, welche beim Entschwefeln von Abgasen mit Schwefeloxyden beladen wurde, in einem System, bestehend aus einer Schwefeloxyd-Adsorptionszone, einer Waschwasser-Desorptionszone und einer Adsorptionsmitteltrocknungszone, bei dem die Zonen in bestimmten Zeitabständen ihre Funktionen wechseln und so die Adsorption und die Desorption der Schwefeloxyde und die Trocknung des Adsorptionsmittels in verschiedenen Zonen des Gesamtsystems gleichzeitig durchgeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß in die Waschwasser-Desorptionszone (Z) stoßweise Wasser eingeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das einzuführende Wasser schwefelsäurehaltig ist und in seiner Zusammensetzung fortlaufend von einer hohen Schwefelsäure- zu einer niedrigeren Schwefelsäurekonzentration verändert wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen