DE2157831B2 - Vorrichtung zum entfernen von schwefeloxiden aus abgasen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Entfernen von Schwefeloxiden aus Abgasen, bei der mehrere Desulfurierungseinheitcn vorgesehen sind, die jeweils aus einer oberen, mit einem Sprühverteiler für Wasser versehenen Kammer, einer Adsorberschicht und einer unteren, mit einer Leitung zum Abziehen der Desorptionslösung versehenen Kammer bestehen, und bei der eine Sprühvorrichtung zum Besprühen der Abgase mit verdünnter Schwefelsäure vorgesehen ist.

Derartige Anlugen dienen beispeilsweise zur Desulfurierung von Abgasen aus Dampfkesseln, Wärmekraftwerken, Gasturbinen oder Anlagen der Eisenverhüttung oder -verarbeitung.

Eis sind bereits Verfahren zur Entfernung von Schwefelverbindungen aus Abgasen bekannt, bei denen mit Aktivkohleschichten gepackte Türme verwendet werden. Bei einem dieser Verfahren werden die Aktivkohleteilchen in den Desulfurierungsturm eingeblasen oder eingestreut und mit den zu entschwefelnden Abgasen in Kontakt gebracht; zur Entfernung der adsorbierten Schwefeloxide von den Aktivkohleteilchen wird ein Desorptionsgas verwendet. Bei einem anderen Verfahren ist eine Mehrzahl von parallelen Aktivkohletürmen vorgesehen, von denen jeweils einige für die Adsorption verwendet werden, während die restlichen Türme eine Desorptionsbehandlung erfahren. Ferner ist es bereits bekannt. Wasser als Desorptionsmittel zu verwenden sowie die Trocknung der ausgewachsenen Adsorber mit Abgas oder einem anderen geeigneten Gas vorzunehmen.

Die in Seisan Kenkyu, Nr. 20 (2), Seite 66, beschriebene Adsorptionsmethode sieht vor. daß Gas, das aus einem Boiler austritt, nach Abtrennung vom fcintciligcn Staub durch einen Staubsammler einer Absorptions/Desorptions-Vorrichtung, die mit aktiviertem Kohlenstoff zur Reinigung gefüllt ist, zugeführt und danach in die Atmosphäre abgegeben wird.

Ein Teil des austretenden Gases wird zum Trocknen des aktivierten Kohlenstoffs verwendet, wobei sich das durchtretende Gas mit dem aus dem Boiler austretender. Gas vereinigt und erneut im Kreislauf in der Absorptions/Desorptions-Vorrichtung geführt wird. In den verschiedenen Türmen folgen periodisch Absorptions-, Trocknungs- und Waschslufe aufeinander.

Aus Staub-Reinhalt. Luft, 1969, Seite 101, ist eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt, bei der das Einsprühen der Dünnsäure in den Abgasstrom in nachteiliger Weise innerhalb eines gesonderten Aggregats stattfindet.

Aus der DT-AS 1288564 ist eine Vorrichtung zur Wiedergewinnung flüchtiger Lösungsmittel bekannt, bei der die an einer Aktivkohleschicht absorbierten Lösungsmittel mit Wasserdampf ausgetrieben werden, der anschließend mit den Lösungsmitteldämpfen kondensiert werden muß, wozu eine unter der Absorberschicht vorgesehene Kühlschlange dient, von der her die Flüssigkeit in den Sumpf der Säule flici.it.

DerDT-OSl 619880(US-PS 3473247) ist zu entnehmen, daß bei kontinuierlichen Anlagen mit Absorptionseinheiten zweckmäßigerweise mehrere Einheiten parallel vorzusehen sind, von denen jeweils einige turnusmäßig regeneriert werden können.

Die DT-OS I 669314 zeigt schließlich eine Sprühvorrichtung in einer unteren Kammer einer Absorptionseinheit, mit der Wasser zur Kühlung der Aktivkohleteilchen einer langsam in der Einheit von oben nach unten bewegten Kohlepackung eingesprüht wird. Die so gekühlten Kohleteilchen werden dann am unteren Ende des Turmes an ein Fördermittel abgegeben und zum oberen Ende zurückgebracht.

Ziel der Erfindung ist nun eine Vorrichtung zum Entfernen von Schwefeloxiden aus Abgasen, die einfach in der Konstruktion ist, weniger Platz benötigt als bekannte Vorrichtungen und mit geringeren Kosten betrieben werden kann.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die möglichst weitgehende und günstige Desulfurierung des Abgases, indem Temperatur und Feuchtigkeit des in die Adsorptionsschicht geleiteten Gases so kontrolliert werden, daß die Wirksamkeit der Schwefeloxidadsorption durch die Schicht möglichst hoch ist. Weiterhin sollen Temperatur und Feuchtigkeit des Abgases während der Behandlung in der Anlage so kontrolliert werden, daß das behandelte Gas ohne Schwierigkeit einfach über den Schornstein abgegeben werden kann. Dabei soll Wasser als ein Desorptionsmittel zur Entfernung der vom Adsorber aufgenommenen Schwefeloxide vorgesehen und die auf diese Weise erhaltene Schwefelsäure zweckmäßig weiter aufkonzentriert werden.

Gemäß der Erfindung wird mithin eine optimale Entfernung von Schwefelverbindungen aus dem Abgas angestrebt.

Zur Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe wird nun eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 vorgesehen, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die untere Kammer mit einer Einlaßdüse für die Abgase und die obere Kammer mit einer Leitung zur Abgabe der behandelten Abgase versehen sind und daß die Sprühvorrichtung zum Besprühen der Abgase mit verdünnter Schwefelsaure im oberen Teil der unteren Kammer angeordnet ist.

Diese und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden Be-

Schreibung einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung hervorgehen, die sich auf die Zeichnungen bezieht. Es zeigt

Fig. 1 ein Fließbild für eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 2 einen Teil der Vorrichtung gemäß Fig. 1 in vergrößertem Maßstab, und

Fig. 3 einen Schnitt längs 111-111 durch die in Fig. 2 gezeigte Desulfunerungseinheit.

Wie in Fig. I gezeigt ist, gelangen die Abgase eines Dampfkessels 12 durch Leitungen oder Kanäle 14 und 16 (mit Ventil 28) zu einem Schornstein 18, über den sie abgegeben werden. Zur Entfernung der im Abgas enthaltenen Schwefeloxide werden nun die Gase über eine von der Leitung 14 abzweigende Leitung 20 (mit Ventil 3<») zu den unteren Kammern 50, 52 und 54 der Desulfurierungseinheiten 22, 24 und 26 geleitet. Die gezeigte Anordnung umfaßt nur drei Desalfurierungseinheitcn; es ist jedoch klar, daß gemäß der Erfindung irgendeine beliebige Anzahl von Desulfurierungseinheiten vorgesehen werden kann. Für die kontinuierliche Abgasbehandlung dürfte es lediglich hinderlich sein, wenn nur eine einzige Desulfurierungseinheit vorgesehen wird.

Von der Leitung 20 zweigen drei Leitungen 32, 34 und 36 mit Ventilen 38, 40 und 42 ab, über die der zu den Desulfurierungseinheiten gelangende Gasstrom gesteuert verteilt wird. Alternativ kann die Strömung der Gase durch Heranziehung der Strö mungswiderstände der Desulfurierungseinheiten kontrolliert werden.

In den Desulfurierungseinheiten 22, 24 und 26 sind Adsorptionsmittelschichten 44, 46 und 48 angeordnet. Die oberen Kammern der Einheiten 22, 24 und 26 sind mit oberen Leitungen 62, 64 und 66 verbunden, die zu einer gemeinsamen oder Hauptleitung 68 führen, die mit der Leitung 16 zur Abgabe der behandelten Gase in Verbindung steht.

Die unterhalb der Adsorptionsmittelschichten 44, 46 und 48 vorgesehenen unteren Kammern 50, 52 und 54 der Desulfurierungseinheiten 22, 24 und 26 sind über Leitungen 70, 72, 74, 76, 78 bzw. 80 mit den Speicherkammern 82 bzw. 84 in Verbindung. Die Desorptions- bzw. Desu'ifurierungsflüssigkeit - wie Wasser (bzw. wäßrige Schwefelsäure) in vorliegendem Fall - wird durch eine in Leitungen 90. 92 und 94 aufspaltende Leitung 88 mittels einer Pumpe 86 (oder aus einer Wasserleitung) in die oberen Kammern 56, 58 und 60 geschickt. Das Wasser wäscht die Schwefeloxidc aus den Adsorberschichten der Desulfuriei uiigscinheiten in deren untere Kammern 50. 52 und 54, von wo aus Schwefeloxide enthaltendes Wasser zur Speicherkammer 82 durch die Rückführungsleitungen 70, 72 und 74 zurückkehrt.

Es ist zu bemerken, daß Gas und Wasser nicht gleichzeitig in die Desulfurierungseinheiten eingeführt werden und daß das Desorptions- oder Desuifurierungswasser nicht in diejenige Desulfurierungseinheit eingeführt wird, in die gerade Gase geleitet werden, sondern in diejenige Einheit, in die gerade keine Gase eingeleitet werden. Das heißt, bei der vorliegenden Ausführungsform strömen Gase und Wasser nicht gleichzeitig durch dieselbe Einheit. Selbstverständlich können jedoch auch die Gase zu einem gewissen geringen Ausmaß mit Wasser gemischt werden, ohne daß dadurch der Rahmen der Erfindung verlassen wird.

Ui-im Retrieb wird bevorzugt, daß eine der Einheiten eine Desorption erfährt, während die beiden anderen Einheiten als Adsorptionseinheiten arbeiten. Wenn mehr als zwei Einheiten in Adsorption betrieben werden, wird vorzugsweise eine von ihnen in Trocknung der Schwefeloxidadsorptionsschicht mit den strömenden Gasen betrieben. Dabei kann man das Einsprühen von Schwefelsäurelösung in die untere Kammer dieser Einheit unterbrechen.

Die in der Speicherkammer gesammelte schwache Schwefelsäure wird über eine Leitung 98 mit einer Pumpe 96 in eine Leitung 100 geschickt, die sich in drei Leitungen. 102, 104 und 106 verzweigt, die mit Verteilern 108,110 und 112 am oberen Ende der unteren Kammern 50, 52 und 54 verbunden sind. In der Zeichnung wird der Verteiler 110 in Sprühtätigkeit gezeigt, während die anderen beiden abgestellt gezeigt sind. Die in die untere Kammer 50 der Einheit 22 durch die Leitung 32 eingeführten Gase werden durch die Adsorberschicht 44 geschickt, deren Desorption gerade beendet ist, um die Schicht 44 zu trocknen und im Gas enthaltene Schwefeloxide durch die Adsorptionsmittelschicht 44 aufnehmen zu lassen. Danach tritt der Verteiler 108 in Sprühtätigkeit. Das heißt, der Verteiler 108 wird verzögert bzw. intermittierend bei einem geeigneten Zeitintervall abhängig von der Menge des adsorbierenden Mittels in der Adsorberschicht, dem Durchfluß der in die Einheit eingeführten Abgase oder den Abmessungen der Einheit in Tätigkeit gesetzt. Schwefelsäurelösung 120, 122 in den unteren Kammern 50 und 52 fließt durch die Leitungen 76 und 78 in die Speicherkammer 84 und wird darin gelagert und bei Bedarf mit einer Pumpe 114 in die Leitung 'U)O eingeführt.

In der Speicherkammer 84 gesammelte aufkonzentrierte Schwefelsäure wird mit einer Pumpe 116 in eine Leitung 118 geschickt und abgeführt, wie weiter unten näher beschrieben wird.

Wie man aus Fig. 2 entnimmt, ist eine Sprühvorrichtung bzw. Sprühdüse 124 im oberen Teil der unteren Kammer 50 der Desulfurierungseinheit 22 angeordnet und mit der Leitung 100 in Verbindung. Unmittelbar unterhalb der Sprühdüse 124 ist ein Verteiler 108 angeordnet, der, wie in Fig. 3 gezeigt ist, eine Mehrzahl paralleler Kanäle transversal und im rechten Winkel zur Achse der Sprühdüse 124 aufweist, so daß die Schwefelsäurelösung gleichmäßig von der Sprühdüse 124 her in die untere Kammer 50 eingesprüht werden kann. Koksstücke 126 von größerem Durchmesser sind über dem Verteiler 108 ange-' ordnet und darüber wiederum ist die Adsorptionsmittelschicht 44 wie eine Aktivkohleschicht angeordnet.

Der Verteiler 108 hat eine Doppelfunkliun, indem

er für die Sprühverteilung der Schwefelsäurelösung sorgt und außerdem die Adsorptionsmittelschicht

. (Aktivkohle) trägt. Diese Anordnung ist vorteilhaft, da die Konstruktion der Einheit so vereinfacht und der Strömungswiderstand für die Abgase vermindert werden kann.

Im unteren Kammerraum können geeignete Füll-

i materialien, wie 7,6 cm Stab- bzw. Polringe 136 aus Porzellan, wie in Fig. 2 gezeigt ist, vorgesehen sein.

Diese Anordnung ist vorteilhaft, da so die Höhe der unteren Kammer 50 vermindert weiden kann.

Die Abgase werden in die untere Kammer 50 durch

i einen gebogenen Windkasten 128 und damit verbundene Einlaßdüsen i30, die zur unteren Kammer hin offen sind, eingeführt.

Wie vorstehend beschrieben wurde, wird die in der

Speicherkammer 84 gesammelte schwache Schwefelsäurelösung mit einer Pumpe 114 durch die Leitung und die Sprühdüse 124 zum Verteiler 108 gepumpt, von dem sie gleichmäßig in die untere Kammer hinein verteilt wird. Die versprühte Lösung wird mit den vom Boden der unteren Kammer 50 her aufwärts bewegten Abgasen in Kontakt gebracht, wobei die Temperatur der versprühten Lösung bis zum Siedepunkt bzw. bis zur Sättigungstemperatur zunimmt. Ein Teil der versprühten Losung verdampft dabei und gelangt mit den Abgasen durch die Koksschicht 126 und die Aktivkohle-Adsorptionsschicht 44 in die obere rmer 56 der Einheit.

Diese Dampfbildung spielt eine wichtige Rolle und ihr kommen drei Hauptfunktionen zu:

- Die erste besteht im Einengen der Schwefelsäurelösup.g. Bei bekannten Anlagen erfordert die Aufkonzentrierung der Schwefclsäurelösung spezielle Apparaturen, beispielsweise Tauchverbrennungsanlagen. Gemäß der Erfindung kann nun diese Aufkonzentrierung in der unteren Kammer 50 unmittelbar unterhalb der Aktivkohle-Adsorptionsschicht 44 erfolgen in der Weise, daß sowohl die Einengung der Schwefelsäurelösung als auch die Ad- bzw. Absorption der Schwefeloxide durch die Aktivkohle in der gleichen Einheit erreicht werden können.

- Die zweite Funktion besteht in der Einführung von Wasser in das Abgas. Wenn trockene Abgase direkt in die Aktivkohleschicht eingeführt werden, ist die Adsorptionswirkung nicht so groß. Wenn jedoch der Wassergehalt der Abgase, der im allgemeinen in der Gegend von 10% liegt, um 2 bis 5% in der oben beschriebenen Weise durch Entwicklung von Dampf erhöht wird, kann die Wirksamkeit der Adsorption von Schwefeloxiden stark verbessert werden, da das enthaltene Wasser chemische Wirkungen der Schwefeloxidanlagerung an die Aktivkohle begünstigt.

- Die dritte Funktion besteht in der Kühlung der Aktivkohleschicht 44, insbesondere in ihrem unteren Teil.

Kondensierte bzw. aufkonzentrierte Schwefelsäurelösung wird durch die mit einem Ventil 132 (Fig. 2) versehene Leitung 76 zur Speicherkammer 84 hin abgezogen und durch die Pumpe 114 über die mit einem Ventil 134 versehene Leitung 100 zur Sprühdüse 124 gepumpt, um dort vermittels des Verteilers 108 gleichmäßig in die untere Kammer 50 hinein versprüht zu werden. Auf diese Weise wird die Konzentration der Schwefelsäure zunehmend erhöht, wobei sie in der vorstehend beschriebenen Weise im Kreislauf rückgeführt wird. Es ist so möglich, die Konzentration der Schwefelsäurelösung über 65% zu erhöhen.

In der oberen Kammer 56 der Einheit 22 ist ein Sprühverteiler 138 für Desorpüonswasser angeordnet, dem das Desorptionswasser von einer Sprühdüse 140 zugeleitet wird, die wiederum mit der Zweigleitung^) (Fig. 1) in Verbindung ist. Das Desorptionswasser wird zur Entfernung der von der Aktivkohleschicht 44 adsorbierten Schwefelverbindungen in der oben beschriebenen Desorptionsphase versprüht. Zur Kontrolle der Schwefelsäureströmung ist in der Leitung 70 ein Ventil 136 vorgesehen.

Bei der mit Aktivkohle für die Dcsulfurierung arbeitenden Vorrichtung wird bevorzugt, daß die Temperatur des Abgases unmittelbar vor seiner Einführung in die Aktivkohleschicht 44 so hoch wie möglich ist im Hinblick auf die Diffusion bzw. Verteilung des Gases am Auslaß. Andererseits wird die Temperatur des Gases am Einlaß unter Berücksichtigung der Wirksamkeit der Adsorption und des Verbrauchs an Aktivkohle durch Oxidation vorzugsweise unter 130 bis 150° C gehalten. Ein Kompromiß kann durch Erniedrigung der Temperatur des Gases auf etwa 130 bis 150° C erreicht werden, indem man das eingeführte Abgas mit der Schwefelsäurelösung in Kontakt bringt. So kann beispielsweise durch Kontrolle der Gastemperatur auf einen Bereich von 150 bis 130° C bei Einführung in die Aktivkohleschicht 44 die Schwefeloxidadsorptionswirkung stark verbessert und die abgegebene Wärme mit Vorteil zum Einengen der Schwefelsäure ausgenutzt werden.

Ausführungsbeispiel für den Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung:

Abgas mit einer Temperatur von 150° C und einen Durchfluß von 420000 NmVStd wird mit der im Kreislauf rückgeführten Schwefelsäurelösung im unteren Teil der Aktivkohleschicht in Kontakt gebracht zur Verminderung der Temperatur auf 133° C, bevor das Gas in die Aktivkohleschicht eingeführt wird. Die Konzentration der zugelieferten Schwefelsäure, d. h. der Lösung in der Speicherkammer 82 liegt bei etwa 20% und die Schwefelsäurelösung wird mit einer Geschwindigkeit von 6300 kg/Std in den Kreislauf der Schwefelsäurelösung zugeliefert. Infolge der Auf konzentrierung durch den Kontakt mit den Abgasen und die Zulieferung von verdünnter Schwefelsäurelösung wird die Konzentration der Schwefelsäure in der Speicherkammer 84 bei etwa 65% aufrechterhalten und die Lösung kann mit einer Geschwindigkeit von 1,94C kg Std abgezogen werden. Die Höhe der unterer Kammer 50 beträgt ungepackt 1,2 m und gepackt mi Füllmaterialien, wie 7.6 cm Stabringen, 0,5 m.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   !. Vorrichtung zum Entfernen von Schwefeloxiden aus Abgasen, bei der mehrere Desulfierungseinheiten vorgesehen sind, die jeweils aus einer oberen, mit einem Sprühverteiler für Wasser versehenen Kammer, einer Adsorberschiciit und einer unteren, mit einer Leitung zum Abziehen der Desorptionslösung versehenen Kammer bestehen, und bei der eine Sprühvorrichtung zum Besprühen der Abgase mit verdünnter Schwefelsäure vorgesehen ist, dadurch gekennzeichne t, daß die untere Kammer (50,52, 54) mit einer Einlaßdüse (130) für die Abgase und die obese Kammer (56, 58, 60) mit einer Leitung (62, 64, 66) zur Abgabe der behandelten Abgase versehen sind und daß die Sprühvorrichtung (124) zum Besprühen der Abgase mit verdünnter Schwefelsäure im oberen Teil der unteren Kammer angeordnet ist.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß unmittelbar unter der Sprühvorrichtung (124) ein eine Mehrzahl von parallelen Kanälen aufweisender Verteiler (108) angeordnet ist.