DE2943130A1

DE2943130A1 - Verfahren zur entfernung unerwuenschter gasfoermiger bestandteile aus heissen abgasen

Info

Publication number: DE2943130A1
Application number: DE19792943130
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dr.-Ing. 8022 Grünwald Linde
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 1978-11-09
Filing date: 1979-10-25
Publication date: 1981-05-07
Also published as: US4294590A; CA1124639A

Description

LINDE AKTIENGESELLSCHAFT

(H 1164) H 79/085

24.10.1979 El/bd 10

Verfahren zur Entfernung unerwünschter gasförmiger Bestandteile aus heißen Abgasen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entfernung unerwünschter gasförmiger Bestandteile aus heißen, bei der Verbrennung kohlenstoffhaltiger Brennstoffe anfallenden Abgasen, gemäß Patentanmeldung P 28 48 721.0.

Das dort beschriebene Verfahren, das beispielsweise bei der Rauchgasentschwefelung angewandt wird, ist relativ komplex und gerade deshalb in mancher Hinsicht noch verbesserungsfähig. So kann es unter Umständen von Vorteil sein, die Bereitstellung erhitzter Verbrennungsluft unabhängig von der durch Wäsche erfolgenden Reinigung der Abgase betreiben zu können. Eine derartige Abkoppelung der Lufterhitzung ist etwa dann erwünscht, wenn im Reinigungsteil der Anlage Unregelmäßigkelten auftreten und der Reinigungsteil deshalb oder auch aus anderen Gründen abgeschaltet werden muß, ohne daß dabei die Bereitstellung erhitzter Verbrennungsluft unterbrochen werden darf.

Der Erfindung liegt demzufolge die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte Verfahren mit erhöhter Anpas-

Foftn. 5729 7.78

130019/0287

-A-

29A3130

sungsfähigkeit auszustatten, wobei neben dem verfahrenstechnischen auch der mit diesem eng verbundene apparative Bereich zu berücksichtigen ist.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Wärmeaustausch im oberen sowie dem daran anschließenden unteren Temperaturbereich jeweils in gesonderten Regeneratoren durchgeführt wird.

Die Verfahrensweise gemäß der Erfindung empfiehlt sich insbesondere dann, wenn im oberen und unteren Temperaturbereich unterschiedliche Gasströme erwärmt werden, wie es beim eingangs genannten Verfahren im allgemeinen der Fall ist. So wird bei der Rauchgasentschwefelung im oberen Temperaturbereich Luft erhitzt, im unteren Temperaturbereich kaltes gereinigtes Rauchgas erwärmt. Die erfindungsgemäße Verfahrensweise ermöglicht die oben geforderte Entkoppelung von Lufterhitzung und Rauchgaswäsche und gestattet zudem eine flexible Gestaltung des Regeneratorteils. So können in den beiden Temperaturbereichen unterschiedliche Anzahlen von Regeneratoren zum Einsatz kommen, deren Konstruktion und Schaltung jeweils an die besonderen Anforderungen angepaßt sind.

Im oberen Temperaturbereich des Wärmeaustausches wird es im allgemeinen weniger auf die Erzielung eines optimalen Austauschwirkungsgrades ankommen, da der Hauptteil der höhersiedenden Bestandteile, insbesondere das Wasser, erst im unteren Temperaturbereich auskondensiert,und somit zum Zwecke der Erzielung einer vollständigen Rücksublimation erst dort auf die Einhaltung möglichst geringer Temperaturdifferenzen Wert zu legen ist. Demnach brauchen im oberen Temperaturbereich an die Gleichmäßigkeit der Strömungsgeschwindigkeit über dem Querschnitt einer Regeneratorschüttung weniger

Form. 5729 7.78

130019/0287

hohe Anforderungen gestellt zu werden als im unteren. Im oberen Temperaturbereich kann daher mit vergleichsweise größeren Schüttungsdurchmessern - bezogen auf die Schüttungshöhe - gearbeitet werden, woraus eine Vergrößerung des Regeneratorquerschnitts und eine Verkleinerung der Regeneratoranzahl resultiert.

Eine bevorzugte Möglichkeit für den Regeneratoraufbau besteht darin, daß jeder dem oberen Temperaturbereich zugeordnete Regenerator zwei in axialer Richtung hintereinander angeordnete, durch eine Trennwand voneinander getrennte Schüttungen aufweist. Ein derartiger Regenerator wird dann so betrieben, daß die eine Schüttung jeweils von dem abzukühlenden Abgas und die andere gleichzeitig von der anzuwärmenden Luft durchströmt wird, wobei die Schüttungen periodisch zwischen dem Abgas und der Luft umgeschaltet werden. In einem einzigen Regeneratorgehäuse sind somit beide Schaltphasen funktionell vereint, so daß bei einer Abnahme der Abgasmenge ein Regenerator nach dem anderen abgeschaltet werden kann, und schließlich ein einziger Regenerator ausreicht, der die geforderte Funktion jedoch voll erfüllt. Ebenso gut ist es möglich, die gesamte Anlage von vornherein darauf abzustellen, daß im oberen Temperaturbereich des Wärmeaustausches lediglich mit einem einzigen Regenerator der beschriebenen Konstruktion und Betriebsweise gearbeitet wird.

Für den unteren Temperaturbereich können Paare von jeweils zwei axial hintereinander angeordnete Schüttungen aufweisenden, periodisch zwischen den abzukühlenden und den anzuwärmenden Gasströmen umzuschaltenden Regeneratoren verwendet werden, wobei die beiden Schüttungen eines jeden Regenerators in jeweils entgegengesetzten Richtungen entweder von der Mitte her

Form. 5729 7.78

130019/0287

zu den Enden hin oder umgekehrt durchströmt werden. Somit liegen in jedem Regeneratorgehäuse zwei strömungsmäßig parallelgeschaltete Schüttungen vor. Der Druckverlust bezüglich der gesamten einen Regenerator durchströmenden Gasmenge ist damit auf die Hälfte reduziert. Bezüglich der Strömungsrichtung kann so vorgegangen werden, daß der mit dem im oberen Temperaturbereich vorgekühlten Abgas beaufschlagte Regenerator eines jeden Paares von der Mitte zu den Enden hin und der andere, mit dem anzuwärmenden Gasstrom beaufschlagte Regenerator von den Enden zur Mitte hin durchströmt wird.Da die warmen bzw. heißen Partien des Regenerators sich somit in dessen Mitte befinden, kann die Wärmeabstrahlung nach außen in günstiger Weise gering gehalten werden.

Das oben geschilderte Verfahren unter Anwendung der Regeneratoren kann insbesondere zur Entfernung von Schwefeldioxid aus feuchten, Schwefeltrioxid enthaltenden Rauchgasen herangezogen werden. Es ist dann zweckmäßig, die bei der Vorkühlung im oberen Temperaturbereich aus Wasser und Schwefeltrioxid gebildete Schwefelsäure vor Eintritt des vorgekühlten Rauchgases in den unteren Temperaturbereich vom Rauchgas abzutrennen. Dabei handelt es sich im allgemeinen nur um geringe Schwefelsäuremengen, die sich als Oberflächenschicht auf den Füllkörpern der Regenerator-* schüttung niederschlagen. Diese Schwefelsäuremengen werden dann von der anzuwärmenden Luft problemlos weggeführt. Es ist weiterhin zweckmäßig, die abzukühlenden und zu reinigenden Rauchgase nicht bereits vor Eintritt in., den oberen, sondern erst vor Eintritt in den unteren Temperaturbereich des Wärmetausches zu verdichten, da die Verdichtung bei niedrigen Temperaturen weniger Energie erfordert. Die Verdichtung an sich ist von Vorteil, da sie eine Verkleinerung der Regeneratoren ermöglicht.

Form. 5729 7.78

130019/0287

Das Verfahrensschema der Erfindung zeigt eine Ausführungsform des Regeneratorteils einer Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Es sind im wesentlichen drei Regeneratoren 9, 10, 11 dargestellt, wobei der Regenerator 9 dem oberen, die Regeneratoren 10 und 11 dem unteren Temperaturbereich des Wärmetausches zugeordnet sind. Alle dargestellten Regeneratoren sind mit je zwei Schüttungen 12, 13 bzw. 14, 15 und 16, 17 versehen, die im Falle des Regenerators 9 durch eine feste Trennwand 42 voneinander getrennt sind, während im Falle der Regeneratoren 10 und 11 keine solchen Trennwände existieren. Die Schüttungen des Regenerators 9 dienen außer zur Vorkühlung des durch eine Leitung 1 herangeführten, zu reinigenden heißen Rauchgases noch zur Abtrennung der aus Wasserdampf und Schwefeltrioxid gebildeten Schwefelsäure durch Auskondensieren und anschliessende Rücksublimation in die anzuwärmende Luft.

Das durch !»eitung 1 herangeführte heiße Rauchgas gelangt durch ein geöffnetes Ventil 18 in den die Schüttungen enthaltenden Halbraum des Regenerators 9. Das Rauchgas wird dort vorgekühlt und verläßt den Regenerator durch eine Leitung 20, um durch ein geöffnetes Ventil 21 zum Verdichter 8 zu gelangen, der beispielsweise ein Gebeläse sein kann. Die in der Figur dargestellten Ventile 19, 39, 37, 40 sowie 41 sind geschlossen. Währenddessen dient die im anderen Halbraum des Regenerators 9 befindliche Schüttung 13, die zuvor durch heißes Rauchgas aufgeheizt wurde, zum Erwärmen von durch eine Leitung 2 herangeführter, in einem Verdichter 7 verdichteter Luft. Diese gelangt zunächst über eine Leitung 35 und ein geöffnetes Ventil 36 in den entsprechenden Halbraum und wird nach Durchströmen der Schüttung 13 in erhitztem Zustand über ein geöffnetes Ventil 38 und eine

Form. 5729 7.73

130019/0287

Leitung 4 abgeführt. Sie dient dann teilweise als Verbrennungsluft und teilweise als Heizmedium für die Absorptionskälteanlage .

Das vorgekühlte, vorgereinigte Rauchgas gelangt nach Verdichtung im Verdichter 8 durch eine Leitung 22 und ein geöffnetes Ventil 23 in den Innenraum des Regenerators 10, und zwar zwischen die dort angeordneten beiden Schüttungen 14 und 15. Diese Schüttungen werden unter weiterer Abkühlung des Rauchgases und Auskondensieren höhersiedender Bestandteile, wie insbesondere Kohlendioxid, in entgegengesetzter Richtung jeweils zu den Enden des Regenerators hin durchströmt, wobei sich die Schüttungen entsprechend erwärmen. Das so endgültig abgekühlte Rauchgas gelangt durch geöffnete Ventile 25 und 26 in eine Leitung 6, die zur anschließenden Tieftemperaturwäsche zum Zwecke der Schwefeldioxidabtrennung führt. Durch eine Leitung 3 wird in der Tieftemperaturwäsehe gereinigtes, kaltes Rauchgas herangeführt, um durch geöffente Ventile 29 und 30 in den Regenerator 11 zu gelangen und dort die beiden zuvor erwärmten Schüttungen 16 und 17 von den Regeneratorenden zur Mitte hin zu durchströmen. Das so rückgewärmte Rauchgas verläßt den Regenerator 11 in der Mitte und gelangt zusammen mit rücksublimiertem Wasserdampf über ein geöffnetes Ventil 33 in eine Leitung 5, die zum Kamin führt, über den das gereinigte Rauchgas abgeblasen werden kann. In der dargestellten Schaltperiode sind die Ventile 34, 31, 32, 28, 27 und 24 geschlossen.
30

Die Schüttungen des Regenerators 9 werden periodisch zwischen dem heißen Rauchgas und der zu erwärmenden Luft umgeschaltet. Dies geschieht mittels der Ventile 18, 19, 21 und 40 sowie 36, 37, 38 und 39. Die Strömungsrichtung wechselt von Periode zu Periode. Beide Schüttungen werden jedoch immer in derselben Richtung durchströmt.

Form. 5729 7.7S

130019/0287

29A3130

Die beiden Regeneratoren 10 und 11 des zum unteren Temperaturbereich des Wärmetausches gehörenden Regeneratorpaares werden ebenfalls periodisch umgeschaltet, jedoch muß dies nicht im selben Rhythmus wie bei den Schüttungen des Regenerators 9 geschehen. Im Unterschied zum Regenerator 9 erfolgt im unteren Temperaturbereich die Umschaltung nicht zwischen den Schüttungen desselben Regenerators, sondern vielmehr zwischen den Regeneratoren selbst, so daß die beiden Schüttungen eines Schüttungspaares 14, 15 bzw. 16, 17 immer von demselben Medium durchströmt werden und derselben Schaltperiode angehören. Beim Umschalten werden im unteren Temperaturbereich anstelle der bisher offenen und nunmehr zu schließenden Ventile 23, 25, 26 sowie 29, 30 und 33 die bisher geschlossenen Ventile 24, 27, 28 sowie 31, 32 und 34 geöffnet.

Das Rauchgas wird durch Leitung 1 beispielsweise mit einer Temperatur von 150 ⁰C herangeführt, in der jeweiligen Schüttung des Regenerators 9 auf ca. 50 ⁰C vorgekühlt und im Verdichter 8 unter Erwärmung auf 90 ⁰C von ca.

Ätmosphärendruck auf etwa 1,65 bar verdichtet. Die zu erwärmende Luft wird im Verdichter 7 auf beispielsweise 1,1 bar verdichtet und in der entsprechenden Schüttung des Regenerators 9 auf 140 ⁰C erhitzt. Das über Leitung 5 abgeführte, durch den Kamin abzublasende gereinigte Rauchgas hat im geschilderten Falle eine Temperatur von etwa 85 ⁰C.

Bei Störungen in der Tieftemperaturwäsche kann der obere Temperaturbereich des Wärmeaustausches vom unteren Temperaturbereich abgekoppelt werden. Zu diesem Zwecke wird bei geschlossenen Ventilen 33 und 34 das Ventil 41 geöffnet,so daß das vorgekühlte Rauchgas ohne weitere Kühlung abgeleitet werden kann, und zwar direkt in die Atmosphäre oder beispielsweise in eine Ersatzreinigungs-

Form. 5729 7.78

130019/0287

1 anlage, die nicht so hohen Ansprüchen genügt wie die Tieftemperaturwäsche. Durch Schließen eines nicht dargestellten Ventiles am Eingang des Verdichters 8 kann auch dieser strömungsmäßig abgetrennt werden.

Form. 5729 7.78

13 0019/0287

Claims

(H 1164) H 79/085

Patentansprüche El/bd ^c 24.10.1979

Cls Verfahren zur Entfernung unerwünschter gasförmiger Bestandteile aus heißen, bei der Verbrennung kohlenstoffhaltiger Brennstoffe anfallenden Abgasen durch Wäsche mit einem physikalisch wirkenden Absorptionsmittel bei Temperaturen unterhalb von 0 ⁰C, wobei

Ig der Kältebedarf der Wäsche durch eine Absorptionskälteanlage gedeckt wird, die heißen Abgase vor Einführung in die Wäsche in umschaltbaren Regeneratoren im indirekten Wärmeaustausch mit anzuwärmenden Gasströmen abgekühlt und im oberen Temperaturbereich des Wärmeaustausches als anzuwärmende Gasströme bei der Verbrennung benötigte Verbrennungsluft sowie ein zusätzlicher, nach seiner Erwärmung als Heizgas zum Betreiben der Absorptionskälteanlage zu nutzender Luftstrom verwendet werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeaustausch im oberen sowie dem daran anschließenden unteren Temperaturbereich jeweils in gesonderten Regeneratoren durchgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, 3Q daß jeder dem oberen Temperaturbereich zugeordnete Regenerator zwei in axialer Richtung hintereinander angeordnete, durch eine Trennwand voneinander getrennte Schüttungen aufweist, deren eine jeweils von dem abzukühlenden Abgas und deren andere gleichzeitig von der anzuwärmenden Luft durchströmt wird, und die Schüttungen periodisch zwischen dem Abgas und der Luft umgeschaltet werden.

Form. 5729 7.78

130019/0287

ORIGINAL INSPECTED
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für den unteren Temperaturbereich Paare von jeweils zwei axial hintereinander angeordnete Schüttungen aufweisenden, periodisch zwischen den abzukühlenden und den anzuwärmenden Gasströmen umzuschaltenden Regeneratoren verwendet werden, wobei die beiden Schüttungen eines jeden Regenerators in jeweils entgegengesetzten Richtungen entweder von der Mitte her zu den Enden hin oder umgekehrt durchströmt werden. 10
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der mit dem im oberen Temperaturbereich vorgekühlteiAbgas beaufschlagte Regenerator eines jeden Paares von der Mitte zu den Enden hin und der andere, mit dem anzuwärmenden Gasstrom beaufschlagte Regenerator von den Enden zur Mitte hin durchströmt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 zur Entfernung von Schwefeldioxid aus feuchten, Schwefeltrioxid enthaltenden Rauchgasen, dadurch gekennzeichnet, daß die im oberen Temperaturbereich des Wärmeaustausches vorgekühlten, von der dabei aus Wasser und Schwefeltrioxid gebildeten Schwefelsäure befreiten Rauchgase vor Eintritt in den unteren Temperaturbereich verdichtet werden.

Form. 5729 7.7S

130019/0287