DE2141075C3 - Verfahren zur adsorptiven Entfernung von Schwefeloxiden aus Abgasen - Google Patents

Description

Es ist bekannt, Schwefeloxide aus Abgasen durch Adsorption an körnigen, kohlenstoffhaltigen Materialien, insbesondere speziellen Koksen und Aktivkohlen dadurch zu entfernen, daß das Adsorptionsmittel in einem Schacht von oben senkrecht oder schräg nach unten geführt, am unteren Ende mit Hilfe von Schleusenvorrichtungen ausgetragen und während der Wanderung quer zur Bewegungsrichtung vom Abgas durchströmt wird. Das ausgetragene Ad-Sorptionsmaterial wird nach einem der bekannten Verfahren regeneriert und im Kreislauf, ergänzt durch frisches Material, in den Adsorber zurückgeführt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, bei diesem Verfahren zur Adsorption von Schwefeloxiden an körnigem, kohlenstoffhaltigem Material das Gesamtvolumen des benötigten Adsorptionsmaterials bei gleichbleibendem mittleren Entschwefelungsgrad des Abgases und bei einer erhöhten SCh-Beladung des Adsorptionsmaterials bedeutend zu verkleinern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Anteil des Abgases, der den oberen Teil eines ersten Reaktors durchströmt hat, direkt abgeführt wird und der Anteil des Abgases, der den unteren Teil dieses ersten Reaktors durchströmt hat, durch einen zweiten Wanderschichtreaktor geführt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren eröffnet die Möglichkeit, die mittlere SCh-Beladung des körnigen Adsorptionsmaterials wesentlich zu erhöhen und damit eine bessere Ausnutzung des Adsorptionsmaterials zu erzielen. Außerdem kann der Regenerierungsteil der vollständigen Entschwefelungsanlage entsprechend dem gegenüber einer einstufigen Arbeitsweise bei gleichbleibendem Entschwefelungsgrad bedeutend verkleinerten Gesamtvolumen an benötigtem Adsorptionsmaterial kleiner ausgelegt werden. Es hat sich nämlich gezeigt, daß bei der erfindungsgemäßen Aufteilung in jeweils zwei Abgasströme das Gesamtvolumen der Adsorber aller Entschwefelungsstufen kleiner ist als das bei einstufiger Arbeitsweise benötigte Adsorbervolumen, wobei jeder nachgeschaltete Wanderschichtreaktor kleiner als der vorgeschaltete Reaktor sein kann. ⁶S

Von Fall zu Fall kann es für die Erzielung guter' Ergebnisse erforderlich sein, wenn zwischen dem 1. und dem 2. Reaktor ein oder mehrere Reaktoren geschaltet sind, die in gleicher Weise wie der 1. Reaktor arbeiten, wobei die aus dem oberen Teil der Reaktoren abziehenden Gase als entschwefeli abgeführt und die aus dem unteren Teil abziehenden Gase dem nachgesehalieien Reaktor zugeführt werden.

Bei der Aufteilung der Abgasströme erhält man gute Ergebnisse, indem man dafür sorgt, daß der Anteil des aus dem oberen Teil eines Reaktors abgeführten Gases 30 bis 90 Volumprozent des Gesamtgasstroms beträgt. Dieser Volumprozent-Anteil richtet sich im wesentlichen nach dem Schwefeloxid-Gehalt des Abgases, seiner Strömungsgeschwindigkeit, dem Adsorptionsvermögen des Adsorptionsmaterials und seiner Wanderungsgeschwindigkeit sowie dem Durchmesser der Wanderschicht. Jedenfalls soll die Trennung zwischen dsm oberen und dem unteren Teil der Reaktoren so gewählt werden, daß aus dem oberen Teil des Reaktors ein Abgas mit dem jeweils gewünschten Entschwefelungsgrad abgezogen wird. Dementsprechend kann die Höhe des oberen Teils eines Reaktors 30 bis 9O°/o, vorzugsweise 40 bis 7O°/o, der Gesamthöhe der Wanderschicht betragen.

Bei der Entschwefelung der Abgase in mehreren Entschwefelungsstufen kann eine unterschiedliche SCh-Austrittskonzentration in den einzelnen Entschwefelunjsstufen auftreten. Um in diesem Falle einen gleichbleibenden mittleren Entschwefelungsgrad zu erzielen, werden die entschwefelten Abgasströme über eine Sammelleitung abgeführt.

Das erfindungsgemäße Verfahren sei an Hand eines in der anliegenden Zeichnung dargestellten, zu seiner Durchführung geeigneten Adsorbers näher erläutert.

Gemäß der Figur besitzt der Schacht 1 zwei gegenüberliegende perforierte Wände 2 und 3, an die je ein Kasten 4 und S mit Gaseintritts- und Gasaustrittsstutzen 6 und 7 angeschlossen ist. Das Adsorptionsmateria! durchwandert den Schacht 1 von oben nach unten. Die Abgase werden durch den Stutzen 6 und die perforierte Wand 2 sowie quer zur Wanderrichtung des Adsorptionsmaterials durch den Schacht 1 geführt, den sie durch die zweite perforierte Wand 3 in den Kasten 5 verlassen.

Innerhalb des Kastens 5 befindet sich eine Trennwand 8, die die durch die perforierte Wand 3 hindurchgetretenen Abgase in zwei Ströme aufteilt. Der den oberen Teil des Schachts 1 verlassende Strom Vi wird durch die Trennwand 8 direkt dem Gasaustrittsstutzen 7 zugeführt, während der den unteren Teile des Schachts 1 verlassende Abgasstrom V2 aus dem Kasten 5 unmittelbar in den zweiten Schacht 9, der gleichfalls zwei gegenüberliegende perforierte Wände 10 und 11 und einen an die Wand 11 angeschlossenen Kasten 12 mit Gasaustrittsrohr 13 besitzt, durch die perforierte Wand 10 eintritt. Auch den Schacht 9 durchwandert das Adsorptionsmaterial von oben nach unten. Die Abgase verlassen den Schacht 9 durch die perforierte Wand 11 und den Kasten 12 und werden durch das Gasaustrittsrohr 13 in dem Gasaustrittsstutzen 7 zusammengeführt.

Beispiel 1

Eine Abgasmenge von 100 000 NmVh eines Kohlekraftwerks mit der SCh-Konzentration von 2000 ppm und der Abgastemperatur von 125° C wird in der ersten Stufe einem Wanderschichtreaktor von 238 m³ zugeführt. Das austretende Abgas wird so aufgeteilt, daß 70% des eintretenden Rauchgases direkt abge-

führt werden, wobei der Entschwefelungsgrad dieser Abgasmenge 90% beträgt. Die restlichen 30% des Rauchgases werden einem zweiten Wanderschichtreaktor mit einem Adsorptionsvolurnen von 67 m³ zugeführt. Das austretende Abgas ist zu 90% entschwefelt. Die Gasverweilzeit im ersten Wanderschichtreaktor beträgt 6 see, die Koksverweilzeit 20 h und die erreichte SCh-Beladung 6,1% SOa. In der zweiten Stufe wird bei einer Gasverweilzeit von 4 see und einer Koksverweilzeit von 40 h eine SOi-Beladung von 8,5 Gewichtsprozent SO2 erreicht. Das Gesamtvolumen der ersten und zweiten Stufe beträgt 305 m³; die mittlere SCh-Beladung beträgt 6,8 Gewichtsprozent SO2, die mittlere Koksverweilzeit beträgt 26 h und der Gesamtenischwefelungsgrad 90%.

Wird zum Vergleich die gleiche Abgasmenge mit der SCh-Konzentration von 2000 pprr und 125° C unter Verwendung eines einstufigen Wanderschichtreaktors mit einem kohlenstoffhaltigen Adsorptionsmaterial zu 90% entschwefelt, so wird ein Adsorptionsvolumen von 500 m³ Koks benötigt, wobei die Koksverweilzeit im Wanderschichtreaktor 26 h beträgt. Die mittlere SCh-Beladung des kohlenstoffhaltigen Materials beträgt 4 Gewichtsprozent SO2.

Beispiel 2

Wird das Abgas eines kohlengefeuerten Kraftwerks von 100 000 NmVh und der SCh-Konzcntration von 1000 ppm mit einer Abgastemperatur von 125° C in einem zweistufigen Wanderschichtreaktor insgesamt zu 80% entschwefelt, so hat der erste Wanderschichtreaktor ein Adsorptionsvolumen von 155 m³, wobei 75% des eintretenden Abgases direkt abgeführt werden und dieses Abgas einen mittleren Entschwefelungsgrad von 80% aufweist. In die zweite Stufe treten 25% des gesamten Abgasvolumens der ersten Stufe ein, und bei einem Koksvolumen von 35 m³ wird ein Entschwefelungsgrad von 70% erreicht. Die Gasverweilzeit in der ersten Stufe beträgt 4 see, die Koksverweilzeit 50 h und die mittlere SO2-Beladung beträgt 10 Gewichtsprozent SO2. Die Gasverweilzeit in der zweiten Stufe beträgt 4 see, die Koksverweilzeit 50 h und die mittlere SCh-Beladung 8%. Das Gesamtvolumen des Adsorptionsmaterial in der ersten und zweiten Stufe ergibt sich zu 190 m³, wobei ein Gesamtentschwefelungsgrad von 80%, eine mittlere Beladung des kohlenstoffhaltigen Materials von 9,5% bei einer Koksverweilzeit von 50 h erreicht wird.

Wird zum Vergleich das gleiche Abgas unter Verwendung eines Wanderschichtreaktors zu 80% entschwefelt, benötigt man dazu ein Adsorptionsvolumen von 380 m³, wobei die Koksverweilzeit 50 h beträgt. Die mittlere SCh-Beladung des kohlenstoffhaltigen Materials ist dann 5 Gewichtsprozent SO2.

Beispiel 3

Eine Abgasmenge von 100 000 Nm-Vh eines Kohlekraftwerks mit der SO2-Konzentration von 1000 ppm und einer Abgastemperatur von 125° C wird in der ersten Stufe einem Wanderschichtreaktor von 155 m³ Adsorptionsvolumen zugeführt. Die Anströmfläche des Wanderschichtreaktors beträgt 155 m² und die durchströmte Schichtliefe 1 m. Die aus dem Wanderschichtreaktor austretenden 100 000 Nm³/Abgase werden so aufgeteilt, daß die 50% des Abgases, die den oberen Teil der Wanderschicht verlassen, direkt zum Kamin abgeführt werden und die 50% des Abgasvolumens, die die untere Hälfte des Wanderschichtreaktors verlassen, einer zweiten Stufe zugeführt werden. Die zweite Stufe isi ebenfalls als Waiidersehichtreaklor ausgeführt unil hat ein Adsorptionskoksvolumen von 55 m³, wobei die Anströmfläche 55 m² und die durchströmte Schichttiefe 1 m beträgt. Der erste Wanderschichtreaktor ist so ausgelegt, daß die Gasverweilzeit in der Koksschüttung 4 see beträgt und die Koksverweilzeit im Reaktor 50 h. Die 50% des Gesamtabgasvolumens des oberen Teils des Wanderschichtreaktors, die direkt zum Kamin abgeführt werden, sind unter diesen Bedingungen zu 92% entschwefelt. Die unteren 50% des Gesamtabgasvolumens durchströmen die zweite Stufe des Wanderschichtreaktors mit einer Gasverweilzeit von 3 see, wobei die Koksverweilzeit 50 h beträgt. Das die zweite Stufe verlassende Abgas wird unter diesen Bedingungen zu 86% entschwefelt. Die mittlere Beladung an SO2 im ersten Wanderschichtreaktor beträgt 10%; die mittlere Beladung an SO2 im zweiten Wanderschichtreaktor beträgt 6 Gewichtsprozent. Das Gesamtreaktorvolumen der ersten und zweiten Stufe beträgt zusammen 210 m³ Adsorptionskoks; die mittlere Beladung des Gesamtadsorptionskoksvolumens beträgt 8% und die mittlere Koksverweilzeit liegt bei 35 h. Der Gesamtentschwefelungsgrad liegt unter diesen Bedingungen bei 92%.

Wird zum Vergleich unter den vorgenannten Bedingungen ein einstufiger Wanderschichtreaktor betrieben, so beträgt das miniere Adsorptionskoksvolumen 450 m³, bei einer mittleren vergleichbaren Gasverweilzeit von 5,5 see und einer mittleren Kokswandergeschwindigkeit von 35 h, sowie einem Entschwefelungsgrad von 92% bei einer mittleren Beladung an SO2 des Adsorptionskokses von 3,5 Gewichtsprozent.

Beispiel 4

Das Abgas eines kohlegefeuerten Kraftwerks von 100 000 Nm-Vh mit der SCh-Konzentration von 1000 ppm und einer Temperatur von 125° C wird einem Wanderschichlreaktor mit einem Koksvolumen von 155 m³ zugeführt, wobei die Anströmfläche 155 m² und die durchströmte Schichttiefe 1 m beträgt. Von der Gesamtrauchgasmenge, die aus dem Wanderschichtreaktor austritt, werden 30%, die den oberen Teil des Reaktors verlassen, direkt zum Krmin abgeführt und die restlichen 70% des unteren Teils des Reaktors einem zweiten Wanderschichtreaktor mit einem Koksvolumen von 80 m^:>, bei einer Anströmfläche von 80 m² und einer durchströmten Schichttiefe von 1 m zugeführt. Im ersten Wanderschichtreaktor werden bei einer Gasverweilzeit von 4 see und einer Koksverweilzeit von 50 h die 30% des Gesamtabgasvolumens des oberen Teils des Wanderschichtreaktors zu 97% entschwefelt; das Abgas, das dem zweiten Wanderschichtreaktor zugeführt *vird und mit 3 see Gasverweilzeit durch den zweiten Wanderschichtreaktor strömt, wobei die Koksverweilzeit 20 h beträgt, wird zu 93% entschwefelt. Die mittlere Beladung des Adsorptionskokses in dem ersten Wanderschichtreaktor beträgt 10 Gewichtsprozent SO2 und die mittlere Beladung im zweiten Wanderschichtreaktor 6 Gewichtsprozent SO2. Das Gesamtkoksvolumen der ersten und zweiten Stufe zusammen beträgt 235 m³, die mittlere Verweilzeit des Adsorptionskokses 29 h und die mittlere BeIa-

dung des Adsorptionskokses 7,2 Gewichtsprozent SOj. Der Gesamtentschwcfclungsgrad beträgt 97¹VO.

Beispiel 5

Das Abgas eines kohlegefeuerten Kraftwerks von 100 000 NmVh mit der SOj-Konzcntration von 1000 ppm und einer Temperatur von 120"C wird einem Wanderschicht reaktor mit einem KoksvoUimcn von 155 m³ zugeführt, wobei die Anströmflädic 155 m² und die durchströmte Schichttiefc 1 m beträgt. Von der Gesamtrauchgasmenge, die aus dem Wanderschichtreaktor austritt, werden 9O°/o, die den oberen Teil des Reaktors verlassen, direkt zum Kamin abgeführt und die restlichen 10⁰Z_n des unteren Teils des Reaktors einem zweiten Wandcrschichtrcaktor mit einem Koksvolumen von 20 nv\ bei eine: Anströmfläche von 20 m² und einer durchströmter Schichttiefe von 1 m zugeführt. Das Gesamtkoksvolumen der ersten und zweiten Stufe zusammen beträgt 175 nv\ die mittlere Vcrweilzeit des Adsorptionskokses 55 h und die mittlere Beladung des Adsorptionskokses 6 Gewichtsprozent SO2. Der Gesamtentschwefelungsgrad beträgt 72%.

Wird zum Vergleich unter den vorgenannten Be dingungen ein einstufiger Wanderschichtreaktor be trieben, so beträgt das mittlere Adsorptionskoksvo lumcn 335 m-¹ bei einer mittleren Kokswanderge schwindigkeit von 40 h und einem Entschwefelungs grad von 72% bei einer mittleren Beladung an SO

»5 des Adsorptionskokses von 5 Gewichtsprozent.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zur adsorptiven Entfernung von Schwefeloxiden aus außerdem Wasserdampf und Sauerstoff enthaltenden Abgasen, bei dem die Abgase quer durch die innerhalb von Reaktoren von oben nach unten wandernde Schicht aus körnigen, kohlenstoffhaltigen Adsorptionsmitteln geführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil des Abgases, der den oberen Teil eines ersten Reaktors durchströmt hat, direkt abgeführt wird und der Anteil des Abgases, der den unteren Teil dieses ersten Reaktors durchströmt hat, durch einen zweiten Wanderschichtreaktor geführt wird.