DE2645384A1 - Verfahren zur herstellung von gereinigtem schwefeloxiddampf - Google Patents
Verfahren zur herstellung von gereinigtem schwefeloxiddampfInfo
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Description
Priorität: v.14.Oktober 1975 in USA
Serial No.: 621 701
Es gibt einen ständig steigenden Bedarf an Energie in allen Teilen der Welt. Eines der Probleme, das mit der Gewinnung
von Energie verbunden ist, ist die daraus resultierende Bildung von umweltverschmutzenden Stoffen. Einer der hauptsächlichen
umweltverschmutzenden Stoffe ist Schwefel, der in unterschiedlichen Konzentrationen in Kohle und Öl vorhanden ist.
Es wurden viele Versuche unternommen, Schwefel aus öl über eine Hydroraffinierung und ähnliche Methoden zu entfernen. Diese Techniken
arbeiten gut, solange das öl nicht einen zu hohen Gehalt an Metall und feinteiligen Stoffen enthält, die die Hydroraffinierung
komplizieren. Anstrengungen, Kohle zu entschwefeln, sind
' Wiesbaden, Konto-Nr. 276807
bis heute nicht in gewerblichem Maßstab erprobt. Der bevorzugte Weg, Schwefelverunreinigungen aus einigen Schwerölen und den
meisten Kohlearten zu entfernen f besteht darin, den Brennstoff
zu verbrennen und die Schwefeloxide aus dem Rauchgas zu entfernen .
Viele Verfahren sind bekannt für die Entfernung von Schwefeloxiden
aus Rauchgasen. Eine der interessantesten Methoden, die für die gewerbliche Entfernung von Schwefeloxiden aus Rauchgasen
vorgeschlagen wurden, ist das Shell-Rauchgasentschwefelungsverfahren
(SFGD-Verfahren). In diesem Verfahren wird ein trockenes
Akzeptormaterial verwendet, um Schwefeloxide aus Rauchgas herauszufangen. Das Akzeptormaterial wird periodisch mit einem
Regeneriergas regeneriert, gewöhnlich mit einem Gas, das 50 % oder mehr H„ enthält, und es werden relativ konzentrierte Schwefeloxide
in dem Abgas der Regenerierung gewonnen. Der Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, daß das Akzeptormaterial
trocken ist, so daß die Komplikationen und Abgabeprobleme, die mit feuchten Gaswäschersystemen verbunden sind, vermieden werden.
Einige Konstruktionen von SFGD-Reaktoren sehen einen parallelen Durchgang von Rauchgas entlang der Oberfläche des Akzeptormaterials
vor. Dies vermeidet eine Verstopfung des Akzeptors mit feinteiligen Stoffen.
Der Nettoeffekt des SFGD-Verfahrens besteht darin, sehr verdünnte
Schwefeloxide, hauptsächlich SO^, in einem Sauerstoff
und feinteilige Stoffe enthaltenden Strom zu nehmen und einen relativ stärker konzentrierten Strom von S02~Gas in einer sauer-
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stoffreien Atmosphäre zu produzieren. Typische S02~Konzentrationen
in Rauchgasen können im Bereich von einigen ppm bis zu 1 Volumenprozent liegen. Diese Gase werden bei der Regenerierung
der Akzeptormaterialien konzentriert und gewonnen und produzieren so ein Regeneriergas, das etwa 2 bis 10 Volumenprozent
SO2 enthält. Wenn man das bevorzugte Regenerationsmaterial, nämlich Wasserstoff, verwendet, kann die Konzentration
an SO2 bis zu etwa 10 % mit sehr reinem Wasserstoff sein. Wasserstoff, wie er in Raffenerien produziert wird und
nur etwa 50 Mol-% Wasserstoff enthält, kann auch verwendet
werden, und in diesen Fällen enthält das Abgas der Regeneration nur etwa 2 bis 5 Mol-% SO2. Dieses SO2 ist noch ziemlich verdünnt
und nicht allgemein eine annehmbare Beschickung für eine Clauss-Anlage, die SO2 in Schwefel umwandelt. Um die Reinheit
des SO2 zu erhöhen und auch die Schwankungen der S02-Konzentration,
welche durch das für das Akzeptormaterial verwendete cyclische Regenerierverfahren verursacht wird, auf ein Minimum
herabzusetzen, wird ein Absorber-Ausstreifer verwendet, um konzentriertes SO2 zu produzieren.
Leider muß man die cyclische Natur der Regenerierung noch in dem Abstromabsorber-Ausstreifer vorsehen, der verwendet wird,
um das Abgas der Regenerierung zu reinigen.
Da·der Absorber-Ausstreifer ein sehr notwendiges Teil einer
SFGD-Anlage ist, worin sehr hohe Konzentrationen an SO2 erforderlich
sind, und da die Ausstreifsäule in dem Absorber-Ausstreifer einen wesentlichen Teil des gesamten Anlagenbedarfs
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des SFGD-Verfahrens ausmacht, war das uneffiziente Arbeiten des Absorber-Ausstreifers, das durch cyclische Schwankungen
in der Konzentration des Abgases der Regenerierung verursacht wurden, ein wesentliches Problem.
Das SFGD-Verfahren ist natürlich bekannt und bildet keinen Teil der Erfindung. Eine allgemeine Diskussion des SFGD-Verfahrens
findet sich in dem Artikel "New Tool Combats SO2 Emissions", The Oil and Gas Journal, Oktober 29, 1973, Seite
Dem durch cyclischen Betrieb des Absorber-Ausstreifers verursachten Problem wurden von den Entwicklern des Verfahrens weitere
Studien gewidmet. In der US-PS 3 764 665, auf die hier Bezug genommen wird, ist eine wichtige Verbesserung im Betrieb
des Absorber-Ausstreifers beschrieben. Grundsätzlich bestand die Verbesserung darin, eine große Pufferzone zwischen dem
Absorber und dem Ausstreifer vorzusehen. Die Funktion der Pufferzone bestand darin, einen großen Haltebehälter zu haben,
der die Konzentrationsschwankungen angereicherter Flüssigkeit aus dem Absorber dämpft. Somit kommt zu dem Ausstreifer auf diese
Weise ein Strom von fast konstanter Zusammensetzung. Eine andere beschriebene Alternative war die Verwendung einer kleineren
Pufferzone mit Veränderung im Fluß der angereicherten Flüssigkeit von der Pufferzone zu dem Ausstreifer auf der Grundlage
der S02~Konzentration in der angereicherten Flüssigkeit. Der
Fluß von angereicherter Flüssigkeit zu dem Ausstreifer wird dabei so eingestellt, daß man die S02~Produktion in dem Abgas
aus dem Ausstreifer konstant hält.
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Die in dieser Patentschrift vorgeschlagene Verbesserung war damals zwar ein wesentlicher Fortschritt, brachte aber noch
keine vollständige Lösung des Problems. Die Verwendung einer sehr großen Pufferzone oder eines sehr großen Haltebehälters
bedeutete, daß ein sehr großer Kessel erforderlich war, um eine merkliche Verbesserung des Betriebs zu bekommen. Da die
übliche Zeit der Regenerierung des Äkzeptormaterials 30 bis 100 Minuten beträgt, ist der Versuch, eine Pufferzone vorzusehen,
analog der Anbringung eines Schwungrades auf einer Einzylindermaschine, die mit 1 U/30 Min. arbeitet. Ein Schwungrad
ist in der Lage, Tastimpulse zu dämpfen, doch muß es ein übermäßig großes Schwungrad sein. Ein anderer Nachteil einer
Verwendung einer großen Pufferzone besteht darin, daß diese
den Ausstreifer zwingt, nach der mittleren H~S-Konzentration
zu arbeiten. Somit erfolgt das leichteste Ausstreifen mit den am stärksten angereicherten Lösungen, die das meiste SO9 enthalten.
Die Funktion des Ausstreifers ist die, SO2 in dem Kopfdampf zu konzentrieren und einen S02-freien Strom zu bekommen.
Wenn sehr wenig SO2 in dem Gas vorliegt, das zu dem Absorber
überführt wird, ist sehr wenig SO« in der angereicherten Flüssigkeit aus dem Absorber, der Strom ist noch verarmt. Vermischen
von Strömen, die angereichert und verarmt an SO2 sind,
führt zu einem wesentlichen Entropieverlust in dem System. Wenn sehr viel SO2 in dem Gas ist, das zu dem Absorber geführt
wird, wird in ähnlicher Weise die angereicherte Flüssigkeit aus dem Absorber eine sehr hohe SO.,-Konzentration haben. Vermischen
dieses konzentrierten Stromes mit dem relativ verdünnten Strom in der Pufferzone steigert ebenfalls die Entropie
des Systems. - 6 -
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De Alternativlehre in diesem Patent, nämlich das Variieren
des Flusses zu dem Ausstreifer um eine konstante S02-Produktion
zu gewährleisten, hat auch seine Nachteile. Bei dieser Arbeitsweise ist der Fluß zu dem Absorber am geringsten, wenn die SO0-Konzentration
in der absorbierenden Flüssigkeit am höchsten ist. Wenn nicht viel SO2 in dem Regenerationsabgas vorhanden
ist, sind in ähnlicher Weise sehr große Ströme erforderlich, um eine konstante SO„-Produktion in dem Ausstreiferabgas zu halten.
Dies führt auch zu großen Strömen an ausgestreifter Flüssigkeit zurück zu dem Absorber, wenn das Erfordernis an ausgestreifter
Flüssigkeit in dem Absorber wegen der niedrigen S02~Konzentration
in dem Gas am niedrigsten ist. Ein anderes Problem, das durch Variieren der Fließgeschwindigkeiten verursacht wird, besteht
darin, daß die mechanische Konstruktion des Absorbers wegen der größeren Variation der Fließgeschwindigkeiten, die
toleriert werden muß, komplizierter ist.
Es wurde nun ein Weg gefunden, einen Betrieb des Absorber-Ausstreifers
zu gestatten, bei dem die Produktion von S0„-Gas aus dem Ausstreifer konstant ist und die Flüssigkeitsfließgeschwindigkeiten
durch den Absorber und den Ausstreifer ebenfalls konstant sind. Außerdem sind die das S02~Ausstreifen aus der angereicherten
Flüssigkeit erforderlichen Anlagen und Vorrichtungen wesentlich weniger, als sie für bekannte Verfahren beschrieben
sind. Speziell wird man in die Lage versetzt, den Absorber-Ausstreifer nach dem Verfahren der Erfindung mit nur
etwa den halben Anlagenkosten gegenüber dem Stand der Technik zu betreiben.
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Die vorliegende Erfindung liefert ein Verfahren zur Produktion eines gereinigten Schwefelcxiddampfstromes durch Ausstreifen
von Schwefeloxiden aus einem schwefeloxidhaltigen Absorbensstrom
in einem Ausstreifer, worin die Konzentration an Schwefeloxiden in dem Absorbens cyclisch von einem niedrigen Wert
(verarmtes Absorbens) zu einem hohen Wert (angereichertes Absorbens) sich verändert und das Absorbens in einer Pufferzone
von ausreichendem Volumen bezüglich des Absorbensflusses angesammelt wird, so daß die Schwefeloxidkonzentration des Absorbens
in der Pufferzone ungeachtet periodischer Fluktuationen der Schwefeloxidkonzentration im Absorbensstrom im wesentlichen
konstant ist, und dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß man als Ersatz für die Pufferzone eine angereichertes Absorbens
haltende und eine verarmtes Absorbens haltende Einrichtung vorsieht, zu der angereichertes Absorbens haltenden Einrichtung
das angereicherte Absorbens führt, zu der verarmtes Absorbens haltenden Einrichtung das verarmte Absorbens führt
und zu dem Ausstreifer^bsorbens aus der angereichertes Absorbens haltenden Einrichtung führt.
Bei einer anderen Ausführungsform liefert die vorliegende Erfindung
ein Verfahren zur Entfernung von SO» aus Gasgemischen mit einem festen Akzeptor für SO2, bei dem der feste Akzeptor
periodisch mit einem Regeneriergas regeneriert wird, das ein Regenerationaabgas mit einer periodisch variierenden S02~Konzentration
produziert, wenigstens ein Teil des Regenerationsabgases in einem Absorber mit einem SO2-selektiven flüssigen
Absorbens behandelt wird, wobei ein im wesentlichen S02-freies
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Regenerationsabgas und ein angereichertes Absorbens mit einer
periodisch variierenden S02~Konzentration produziert werden,
dieses Absorbens einer Pufferzone von ausreichendem Volumen bezüglich des Absorbensflusses geführt wird, so daß die SO2-Konzentration
des Absorbens in der Pufferzone während der Regenerationsperiode des festen Akzeptors im wesentlichen konstant
bleibt, und angereichertes Absorbens von der Pufferzone abgezogen
und zu einer Ausstreifzone geführt wird, worin Erhitzen des angereicherten Absorbens SO2 daraus austreibt und flüssiges
Absorbens regeneriert, und dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß man als einen Ersatz für die Pufferzone
eine erste Einrichtung unter Ansammlung von Absorbens, das eine relativ hohe Konzentration an SO2 enthält, und eine zweite
Einrichtung unter Ansammlung von Absorbens, das eine relativ niedrige Konzentration an SO2 enthält, vorsieht und zu der
Ausstreifzone wenigstens einen Teil des in der ersten Einrichtung angesammelten Absorbens überführt.
Die Zeichnung zeigt ein Fließschema einer Ausführungsform
nach der Erfindung, die bevorzugt ist, wenn Wasser als schwefel-
dioxid-selektives flüssiges Absorbens verwendet wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird das Regenerationsabgas
vorzugsweise zunächst unter Bildung eines Kondensats gekühlt oder abgeschreckt, wonach das gekühlte Abgas mit oder ohne
Komprimierung mit einem flüssigen Absorbens behandelt bzw. in Berührung gebracht wird. Das Regenerationsabgas wird gekühlt,
um Wasserdampf zu entfernen, welcher gewöhnlich in solchen Ab-
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gasen vorhanden ist. Das Abschrecken oder Kühlen des Gasstromes gestattet, daß der Wasserdampf als Wasser entfernt wird. Wenn
das Absorbens Wasser ist, kann das Kondensat mit kühlem komprimiertem
Abgas vor der Behandlung mit flüssigem Absorbens vermischt werden. Ein Teil des gebildeten Kondensats kann auch verwendet
werden, um das Regenerationsabgas durch Einspritzen in flüssiger Form in das Regenerationsabgas vorzukühlen.
Außer Wasser können auch andere geeignete flüssige Absorbentien verwendet werden. Diese sollten eine hohe Selektivität für
Schwefeldioxid und eine hohe Absorptionskapazität besitzen. Vorzugsweise sollten sie eine niedrige Selektivität für Kohlendioxid
haben. Gute Absorbentien müssen auch leicht regenerierbar sein, und zwar entweder durch Erhitzen oder durch Veränderung
im Druck. Einfaches Erhitzen von Absorbens zu seiner Regenerierung ist bevorzugt. Beispiele bevorzugter Absorbentien sind
etwa N-ifethy!pyrrolidon, Dimethylanilin, SuIfolan, SuIfonel
(d.h. ein Gemisch von Sulfolan, Aminen und Wasser) und dergleichen
.
Das absorbierte Schwefeldiodix wird aus dem Absorbens durch Erhitzen
in einer Ausstreifzone ausgetrieben. Wenn Wasser das Absorbens ist, kann ein direktes Einspritzen von Wasserdampf
in die Säule Wärme und Dampf zum Ausstreifen liefern. Wenn Wasser nicht das Absorbens ist, dann sollte irgendeine indirekte
Form des Wärmeaustausches verwendet werden.
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Das Verfahren nach der Erfindung wird in der Weise durchgeführt, daß die Flüssigkeit aus dem Absorber zu einen Haltebehälter
für angereicherte Absorberflüssigkeit geschickt wird, wenn, und nur wenn eine wesentliche SO„-Konzentration in der absorbierenden
Flüssigkeit vorliegt. In jenen Betriebsperioden, in denen wenig SO2 in der absorbierenden Flüssigkeit absorbiert
ist, wird die Flüssigkeit aus dem Absorber zu einem Behälter für verarmtes Absorbens geschickt. Die Bestimmung, ob Flüssigkeit
von dem Absorber entweder zu dem Behälter für angereichertes oder verarmtes Absorbens geschickt v/erden sollte, kann
entweder auf Grund tatsächlicher Analyse in einer Eigenschaft der den Absorber verlassenden Flüssigkeit, wie beispielsweise
der SCU-Konzentration, durchgeführt v/erden, oder sie kann auf
Grund einer Analyse eines in das Verfahren eintretenden Stromes erfolgen, wie auf Grund der SO2-Konzentration des Regenerationsabgases. Der pH-Wert der Absorbensflüssigkeit kann auch verwendet
werden, doch ist er kein bevorzugtes Kontrollschema, da nur eine sehr geringe Veränderung im pH-Wert auftritt und diese
Ströme alle zu konzentriert sind, um den pH-Wert eine sehr wirkungsvolle Kontrollvariable sein zu lassen. Alternativ kann der
Betrieb mit der Regenerierfolge synchronisiert werden. Wenn eine typische Regenerierung 1 Stunde dauert, wäre es somit
möglich, durch örtliches Testen zu bestimmen, daß 2 Minuten nach Beginn der Regerierfolge eine wesentliche SO~-Konzentration
im Regenerationsabgas auftritt. Dies produziert wesentliche
S02~Konzentrationen in Flüssigkeit aus dem Absorber innerhalb
5 Minuten nach Beginn der Regenerierung, so daß 5 Minuten nach Beginn einer Regenerierung Flüssigkeit aus dem Absorber zu
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dem Behälter für angereichertes Absorbens geschickt wird. 35 Minuten nach Beginn der Regenerierung wird nur eine sehr
geringe SO^-Konzentration erzeugt, und an diesem Punkt wird
somit Flüssigkeit von dem Absorber zu dem Behälter für verarmtes Absorbens geschickt.
Die Flüssigkeit zu dem Absorber sollte flüssig aus dem Ausstreifer ausgestreift werden. Die Flüssigkeit aus dem Behälter
für verarmtes Absorbens kann auch verwendet werden, doch ist diese nicht ganz so wirksam wie ausgestreifte Flüssigkeit.
Wenn mehrere absorbierende Ströme verwendet werden, sollte die ausgestreifte Flüssigkeit der oberste Strom oder reines Absorbens
sein. Der Flüssigkeitsfluß zu dem Absorber kann konstant sein oder alternativ kann er etwas gesteigert werden, wenn die
SC>2"Konzentration des Regenerationsgases ansteigt. Jede dieser
Arbeitsweisen ist günstiger zur Herabsetzung von SO^-Emissionen
als die Arbeitsweise gemäß der US-PS 3 764 665, bei der der Fluß zu dem Ausstreifer und dem Absorber abnimmt, wenn die SO2 -Konzentration
ansteigt.
Das Regenerationsabgas wird vorzugsweise mit dem flüssigen Absorbens bei einer niedrigen Temperatur behandelt, um ein
maximales Einfangen von SO2 zu fördern. Die Temperatur sollte
nicht zu niedrig sein,- da dies hohe Kosten für das Wiedererhitzen dieser Flüssigkeit verursachen würde, wenn letztere in
den Ausstreifer eintritt. Geeignete Absorptionstemperaturen liegen im Bereich zwischen 10 und 60 C, vorzugsweise zwischen
25 und 50°C.
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709816/104 5
Der während der Absorptionsstufe angewendete Druck liegt allgemein
zwischen 1 und 10 atm absolut, vorzugsweise zwischen 1,3 und etwa 6,5 atm. Höhere Drücke fördern das Einfangen
von SC>2 aus dem Gas, doch machen sie auch etwas teurere Kessel,
die diesem Druck widerstehen, und etwas größere Pumpkosten erforderlich.
Das Akzeptormaterial, das zum Einfangen des SO~-Gases aus dem
Rauchgas verwendet wird, ist nicht ein kritischer Teil der vorliegenden Erfindung. Es wird angenommen, daß alle festen
Akzeptormaterialien, die einer cyclischen Regenerierung unterliegen, zur Durchführung der vorliegenden Erfindung von Vorteil
sind. Das beste derzeit bekannte Material besteht aus Kupferoxid auf einem Tonerdeträger. Der Vorteil dieses Materials besteht
darin, daß es mit Schwefeldioxiden bei 300 bis 500°C, d.h. bei Temperaturen, die bei Rauchgasen auftreten, reagiert
und auch bei etwa dergleichen Temperatur regeneriert werden kann. Das verwendete Regeneriergas ist vorzugsweise Wasserstoff oder
ein Gemisch von Wasserstoff und anderen Gasen. Oftmals ist Wasserstoff im Gemisch mit leichten Kohlenwasserstoffen, wie Methan
und Äthan, vorhanden und wird als solches aus Wirtschaftlichkeitsgründen verwendet. Wasserdampf wird häufig zu dem Regeneriergas
zugesetzt, um eine Temperaturkontrolle zu bekommen und ein Verkoken des Katalysators infolge der Anwesenheit von Kohlenwasserstoffen
in dem Reduktionsgas auf ein Minimum herabzusetzen.
Das von dem Ausstreifer der vorliegenden Erfindung produzierte SO2 -GaS ist gewöhnlich reiner als 90 Mol-%. Es kann als solches
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709816/104S
verwendet oder einer weiteren Behandlung zur Umwandlung in Schwefel unterzogen v/erden. Eine übliche Behandlung zur Umwandlung
von SO9 in Schwefel ist die, einen Teil oder das gesamte
Gas zu H9S zu reduzieren. In der Clauss-Anlage werden das H9S
und SO9 unter Bildung von elementarem Schwefel umgewandelt,
doch sind Einzelheiten des Clauss-Verfahrens allgemein bekannt, so daß eine weitere Diskussion hierüber nicht erforderlich ist.
Nachfolgend wird das Verfahren nach der Erfindung an Hand der Zeichnung weiter erläutert.
Die gezeigte Ausführungsform ist besonders brauchbar, wenn
Wasser das Absorbens ist. Die verschiedenen Wasserdampferzeugungs-
und Wärmegewinnungssysteme sind wahlweise gezeigt. Im allgemeinen machen Anlagen mit großem Maßstab höher entwickelte
Wärmegewinnungssysteme attraktiv, während Anlagen kleinen Maßstabes
nicht die Kapitalkosten für eine verbesserte Wärmerückgewinnung verkraften können.
Zur Erleichterung des Verständnisses der Zeichnung wird jeder numerierte Strom seinerseits beschrieben. Die Zusammensetzung
und Bedingungen eines jeden Stromes sind in den beigefügten Tabellen gezeigt. Die Tabellen sind in zwei Teile unterteilt,
ein Teil zeigt den Betrieb einige Minuten in der Regenerierphase (SCU-angereicherte Phase), und der andere Teil zeigt den
Betrieb am Ende des Regenerierzyklus (SC^-verarmte Phase). Der
Fluß der Ströme ist natürlich nicht konstant auf einem dieser Werte, doch repräsentieren sie die Art der Ströme, die während
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709 8 16/1045
der cyclischen Regenerierung des Akzeptormaterials auftreten. So liegt die SO^-Konzentration im Bereich von 0 bis etwa 8
Mol-% bei dem ankommenden Gas.
Regenerationsabgas wird über Leitung 1 zu dem Wasserdampfgenerator
101 geführt. Wasser wird dem Wasserdampfgeneratpr 101 über Leitung 25 zugegeben, während produzierter Wasserdampf
über Leitung 26 abgezogen wird. Dieser Strom hat eine Temperatur von 399 C (750 F), was hoch genug ist, um brauchbaren
Wasserdampf zu erzeugen, was die Angabe des Wasserdampfgenerators in der Zeichnung zeigt. Ein Wasserdampfgenerator
ist nicht erforderlich, doch ist er hoch erwünscht, um die Wärme in diesem Strom wiederζugewinnen. Leitung 2 führt
gekühltes Gas von dem Wasserdampfgenerator 1 zu der Abkühlsäule 102. Die Abkühlsäule 102 kühlt rasch das heiße Gas und
kondensiert Wasserdampf in dem Regenerationsgas. Diese Stufe
konzentriert nicht nur das SO2 durch Entfernung des Wasserdampf
Verdünnungsmittels, sondern macht den Strom durch Kühlen auch weniger korrodierend. Es wäre möglich, auch einen Wärmeaustauscher
oder einen Kühlrippen-Ventilatorkühler an Stelle des Kühlturmes 102 zu verwenden, doch wären die ersten in dem
Wärmeaustauscher gebildeten Tropfen von Wasser und S0„ extrem
korrodierend. Es ist auch schwierig, genügend Wärmeaustauscherfläche vorzusehen, um diesen Strom schnell auf eine niedrige
Temperatur abzukühlen. Demnach ist ein Abkühlturm der billigste und beste Weg, den Strom zu kühlen. Diese Abkühlsäule kann so
konstruiert sein, daß sie entweder im Gegenstrom oder Gleich-
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709816/104 S
strom arbeitet. Die Leitung 3 entfernt nichtkondensiertes Gas, das die Masse des in das System eintretenden SO2 enthält, am
Kopf des Abkühlturmes 102 und führt es in den Absorber 103.
Wasser tritt in den Abkühlturm 102 über Leitungen 4 und 5 ein. Die Leitung 4 gibt einen Wasserfluß zu der Spitze des Abkühlturmes,
während die Leitung 5 einen Abkühlstrom auf niedriger Höhe zuführt. Am Boden des Abkühlturmes 102 gesammelte Flüssigkeit
wird über Leitung 6 entfernt, geht durch den Kühler 108 und wird dann über Leitung 7 zur Lagerung( gewöhnlich in
einem Lagerbehälter für verarmtes Absorbens 104 entfernt. Wasser wird von dem Behälter 104 für verarmtes Absorbens abgezogen
und über Leitung 28 zu den Leitungen 4 und 5, die oben diskutiert wurden, geschickt, um den Abkühlbedarf zu decken. Wasser
aus dem Behälter 104 für verarmtes Absorbens wird ebenfalls über Leitungen 28, 8 und 10 in den Absorber 103 an einer mittleren
Stelle desselben geführt. Leitung 9, die die Leitungen 5 und 10 miteinander verbindet, liefert eine Konzentrationskontrolle für das Absorbens in dem Behälter 104 für verarmtes
Absorbens.
Das meiste von dem verarmten Absorbens tritt an der Spitze des Absorbers 103 über Leitung 11 ein. Der Rest tritt an einem
mittleren Abschnitt des Absorbers 103 über Leitung 10 ein. Nicht in dem Absorber Iu3 absorbiertes Material wird über
Leitung 12 entfernt und vorzugsweise zu dem das Rauchgas liefernden Ofen geschickt, so daß irgendwelche restlichen Schwefelverbindungen
wieder absorbiert werden können.
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709816/104S
Angereicherte Flüssigkeit aus dem Zibsorber 103 wird über
Leitung 13 entfernt und über die Leitungen 14 und 16 zu dem Behälter 104 mit verarmtem Absorbens oder über Leitung 15
zu dem Behälter 105 mit angereichertem Absorbens befördert. Angereichertes Absorbens, Wasser mit darin gelösten S0~-
Mengen verläßt den Kessel 105 über Leitung 17 und wird dem oberen Teil des Ausstreifers 106 zugeführt. Etwas angereicherte
Flüssigkeit wird über die Leitungen 18 und 19 mit heißer abgestreifter Flüssigkeit mit dem Wärmeaustauscher 110 wärmeausgetauscht
und in der Mitte des Ausstreifers 106 eingespritzt.
S02-angereichertes Gas wird über Leitung 20 aus dem
Absorber 106 gewonnen. Der Wärmeeingang, der zum Ausstreifen erforderlich ist, wird dem Wärmeaustauscher 108 mit kondensierendem
Wasserdampf in Leitung 27 zugeführt, /vusgestreifte
Flüssigkeit vom Boden des Ausstreifers 106 wird über Leitung gewonnen, mit der Beschickung zu der Ausstreifkolonne in dem
Wärmeaustauscher 110 wärmeausgetauscht und einem Kühlrippen-Ventilatorkühler 109 über Leitung 22 zugeführt. Nach der Reinigungskühlung
in dem Kühlrippengebläsekühler wird ausgestreifte Flüssigkeit über Leitung 23 entfernt und entweder zur Lagerung
über Leitung 24 geschickt oder über Leitung 11 zu dem Absorber zurückgeführt. Bei dieser Ausfuhrungsform erfolgt die Regelung
des Flusses vom Boden des Absorbers 103 entweder zu dem Behälter 104 mit verarmtem Absorbens oder zu dem Behälter 105 mit angereichertem
Absorbens mit Hilfe einer SG^-Analysatorkontrolleinrichtung.
Wenn eine große Menge an SO« in dem Regenerationsgas
vorliegt, dann öffnet sich das Ventil 50, schließt sich das Ventil 52 und fließt die angereicherte Lösung über Leitungen
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70981 6/1 045
13 und 15 zu äem Behälter 105 für angereichertes Absorbens.
Wenn die S02~Konzentration in der angereicherten Flüssigkeit
von dem Absorber unterhalb eines vorbestimmten Wertes liegt,
dann schließt sich das Ventil 50, öffnet sich das Ventil 51 und fließt angereicherte Flüssigkeit über die Leitungen 13,
14 und 16 in den Behälter 104 für verarmtes Absorbens. Der Fluß zu dem Abkühlturm 102 wird vorzugsweise konstantgehalten,
da das ankommende Gas immer heiß ist und immer die Möglichkeit des Vorhandenseins einiger Spuren von SO2 besteht, so daß es
erwünscht ist, diesen Strom abzuschrecken und abzukühlen.
Der Spiegel in dem Behälter 104 wird durch Zuführung von verarmtem
Absorbens zu dem Absorber 103 geregelt, wenn der Spiegel in dem Behälter 104 zu hoch wird. Der Spiegel in dem Behälter
105 wird nicht konstantgehalten, sondern man läßt ihn schwanken. Der Behälter 105 sammelt und entläßt periodisch Absorbens,
welches hohe Konzentrationen an SO2 enthält. Somit werden
Schwankungen in der S02~Konzentration in dem ankommenden Gasstrom
als steigender und fallender Flüssigkeitsspiegel in dem Behälter 105 ausgeglichen. Dies gestattet den Betrieb des
Ausstreifers 106 mit einem konstanten Flüssigkeitsfluß von fast konstanter Zusammensetzung.
Die bekannten Verfahren haben fast identische Fließströme, doch sind die Kessel 104 und 105 in einem einzigen Kessel
vereinigt, was ein viel größeres Gesamtvolumen mit sich bringt als die Summe der Volumina der Behälter 104 und 105. Wenn die
Behälter 104 und 105 vereinigt wurden, müßte der Ausstreifer
106 etwas größer sein und würde das Doppelte an Einrichtungen
703816/104 5 -18-
-α,
wie der Ausstreifer der vorliegenden Erfindung verbrauchen. Der Grund für diese wesentliche Einsparung an Anlagekosten
besteht darin, daß der Ausstreifer nach der vorliegenden Erfindung mit einem konstanten Fluß relativ konzentrierter angereicherter
Flüssigkeit arbeitet und nicht mit einem reagierenden Fluß relativ verdünntem Absorbens.
Die Einsparungen an Anlagen betragen etwa 50 %, wenn man nur
den /ibsorber-Ausstreiferabschnitt betrachtet. Die Einsparungen
an Anlagen in dem Gesamtverfahren sind noch bedeutsamer. Ein SFGD-Verfahren, das nach der vorliegenden Erfindung arbeitet,
erfordert nur etwa 85 % der Ausrüstungen, die bei dem SGFD-Verfahren erforderlich sine, das ohne die Vorteile der vorliegenden
Erfindung arbeitet.
- 19 -
j81 6/ 1 045
SO^-angereicherte Phase
Druck "
Strom psig Temp, F MMBTU/HR H-
Strom psig Temp, F MMBTU/HR H-
Mol/hr Methan Äthan Propan n~ CO9
H2°
gesamt lbs/hr
1 | ο | 6. | 750 |
2 | 5. | 350 | |
3 | OO | 5. | 130 |
4 | —» | 30. | 115 |
5 | 30.· | 115 | |
6 | 40. | 190 | |
7 8 |
1 CD |
30. 30. |
' 115 115 |
9 | 30. | 115 | |
10 | cn | 30. | 115 |
11 | 30. | 115 | |
12 | 5. | 120 | |
13 | 30. | 129 | |
14 | 30. | 129 | |
15 | 5. | 129 | |
16 | 5. | 115 | |
17 | 40. | 129 | |
18 | 40. | 129 | |
19 | 30. | 210 | |
20 | 5. | 130 | |
21 | 50. | 235 | |
22 | 0. | 210 | |
23 | 30. | 115 | |
24 | 30. | 115 | |
25 | 175. | 80 | |
26 | 150. | 365 | |
27 | 250. | 407 | |
28 | 30. | 115 | |
21.21
17.68
0.66
5.58
5.58
28.17
11.92
6.67
0.0
6.67
10.12
0.37
19.60
5.87
13.73
17.79
9.45
4, 9,
,28 ,28 0.24 34.73 29.72 10.91 0.80 0.06 • 3.59
18.77 17.82
2.2
2.2.
2.2.
2.2
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0 46.0 0.0 46.0 0.0 46.0
2.2
0.0
0.0
0.0 46.0
0.1
0.1
0.0
0.0
.1
.1
.1
0.0
77.9
77.9
0.3
77.6
77.6
0.5
53.4
24.2
24.2
77.4
53.4
24.2
24.2
77.4
0.2
0.0
0.0
0.3
792.7
792.7
18.0
5632.0
5632.0
12038.7
12038.7
6732.6
0.0
6732.6
10221.6
6.1
16966.1
5931.3
11034.
17970.
7596,
3438.
3438.
9.8
11025.0
11025.0
11025.0
803.4
175.7
175.7
886.0
17996.6
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161.0
5632,
5632,
12038.9
12038.9
6732.7
0.0
.1 .1
6732.7
10221.7
71.4
17043.9
5931.6
11112.3
17970.6
7650.0
34 62.3
3462.
87,
11025,
11025,
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17996.9
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21337.1
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7391.8
101382.3
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709816/104S
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ORIGINAL INSPECTED
Claims (13)
- Patentansprüche\Γ) Verfahren zur Herstellung eines gereinigten Schwefeloxiddampfstromes durch Ausstreifen von Schwefeloxiden aus einem schwefeloxidhaltigen Absorbensstrom in einem Ausstreifer, worin die Schwefeloxidkonzentration im Absorbens cyclisch von einem niedrigen Wert (verarmtes Absorbens) zu einem hohen Wert (angereichertes Absorbens) wechselt, und Ansammlung des Absorbens in einer Pufferzone von ausreichendem Volumen bezüglich des Absorbensflusses, so daß die Schwefeloxidkonzentration des Absorbens in der Pufferzone ungeachtet periodischer Fluktuationen der Schwefeloxidkonzentration im Absorbensstrom im wesentlichen' konstantjgehalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Ersatz für die Pufferzone eine Auffangeinrichtung für angereichertes Absorbens und eine Auffangeinrichtung für verarmtes Absorbens verwendet wird, daß der Auffangeinrichtung für angereichertes Absorbens das angereicherte Absorbens und der Auffangeinrichtung für verarmtes Absorbens das verarmte Absorbens zugeführt wird und daß dem Ausstreifer Absorbens von der Auffangvorrichtung für angereichertes Absorbens zugeführt wird.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Absorbens Wasser verwendet wird.
- 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das angereicherte Absorbens in dem Ausstreifer durch direktes Einspritzen von Wasserdampf ausgestreift wird. _ 22 -709816/1045ORIGINAL INSPECTED
- 4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwefeloxidkonzentration durch Messung des SO2-Gehaltes des Absorbens bestimmt wird.
- 5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Absorbens nit wenigstens 3 Hol-% SO^ als angereichertes Absorbens verwendet wird.
- 6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5 zur Entfernung von SO2 aus Gasgemischen mit einem festen Akzeptor für SO2, wobei der feste Akzeptor periodisch mit einem Regeneriergas unter Bildung eines Regenerationsabgases mit einer periodisch sich verändernden SO2-Konzentration regeneriert wird, wenigstens ein Teil des Regenerationsabgases in einem Absorber mit einem SO2~selektiven flüssigen Absorbens behandelt und dabei ein im wesentlichen S0„-freies Regenerationsabgas und ein angereichertes Absorbens mit einer sich periodisch verändernden SO2-Konzentration gebildet wird, das Absorbens zu einer Pufferzone mit derartigem Volumen bezüglich des Absorbensflusses, daß die S02-Konzentration des Absorbens in der Pufferzone während der Regenerierperiode des festen Akzeptors im wesentlichen konstant$gehalten wird, geführt wird und angereichertes Absorbens aus der Pufferzone abgezogen und zu einer Ausstreifzone überführt wird, worin ein Erhitzen des angereicherten Absorbens SO2 daraus austreibt und flüssiges Absorbens regeneriert, dadurch gekennzeichnet, daß als Ersatz für die Pufferzone eine erste Einrichtung zur Ansammlung von Absorbens, das eine relativ hohe S02~Konzentration enthält, und eine zweite Einrichtung zur Ansammlung von Absorbens, das eine relativ niedrige SO2-709816/104 5Konzentration enthält, vorgesehen ist und zu der Ausstreifzone wenigstens ein Teil des in der ersten Einrichtung angesammelten Absorbens überführt wird,
- 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Absorbens Wasser verwendet wird.
- 8. Verfahren nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Regeneriergas ein hochtemperiertes, mit Wasserdampf verdünntes reduzierendes Gas verwendet wird und das Regenerationsabgas auf eine Temperatur gekühlt wird, bei der ein wesentlicher Teil des darin enthaltenen Wasserdampfes vor dem Eintritt in den Absorber kondensiert.
- 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Regenerationsabgas in einem Kühlturm gekühlt wird und die Kühlflüssigkeit Absorbens aus der zweiten Einrichtung umfaßt, die Absorbens mit einer relativ niedrigen S02~Konzentration ansammelt.
- 10. Verfahren nach Anspruch 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Regenerationsabgas mit dem flüssigen Absorbens bei einer Temperatur von 10 bis 60 C unter einem Druck von 1 bis 10 atm in Berührung tritt.
- 11. Verfahren nach Anspruch 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die SO2""Konzentration mit einer Stabilisiereinrichtung bestimmt wird.709816/104S
- 12. Verfahren nach Anspruch 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß Absorbens rait mindestens 3 Mol-% SO2 in der ersten Einrichtung angesammelt wird.
- 13. Verfahren nach Anspruch 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Absorbensfluß zu der ersten und zweiten Einrichtung unter Ansammlung von Absorbens mit einem Zeitgeber geregelt wird, der synchron mit der periodischen Regenerierung des festen Akzeptors arbeitet und die Zyklen weiterschaltet.709816/104S
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8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |