DE2944536A1

DE2944536A1 - Verfahren und vorrichtung zum entfernen von schwefeldioxid aus rauchgasen

Info

Publication number: DE2944536A1
Application number: DE19792944536
Authority: DE
Inventors: Edward Lewis Biedell; Robert John Ferb
Original assignee: Research Cottrell Inc
Current assignee: Research Cottrell Inc
Priority date: 1978-11-06
Filing date: 1979-11-05
Publication date: 1980-05-22
Also published as: US4250152A; DE2944536C2

Description

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Research-Cottrell Inc., Somerset County, New Jersey, U.S.A.

Verfahren und Vorrichtung zum Entfernen von Schwefeldioxid aus Rauchgasen

1. November 1979

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Research-Cottrell Inc.

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Diese Erfindung bezieht sich auf ein neuartiges Doppelkreislaufsystem zur Entfernung von Schwefeldioxid aus Rauchgasen, das praktisch vollständige Kalk- oder Kalksteinausnutzung erreicht und darüber hinaus hohe Schwefeldioxid-Entfernungswirkung, verbunden mit ausgezeichneter Korrosionskontrolle, erzielt.

Das Waschen von Rauchgasen aus Kesselanlagen mit Aufschlämmungen von Kalkstein (CaCO,) oder Branntkalkprodukten (CaO, Ca(OH)₂) ist eine bekannte, einfache Methode, um Schwefeldioxid (SO₂) aus Rauchgasen zu entfernen. Diese Methode erfordert jedoch im Betrieb Frischwasser und steigert deshalb den Gesamtwasserverbrauch der Anlage. Da geeignete Wasserqualität einer Anlage oft nur in begrenzter Menge zur Verfugung steht, ist es notwendig, daß das Waschen der Gase nur ein Minimum an gutem Frischwasser verbraucht.

In Rauchgasentschwefelungsanlagen benötigt man Frischwasser, um zwei Arten von Wasserverlusten zu kompensieren:

1· Verdampfungsverluste, die beim Sättigen der einströmenden Gase mit Wasserdampf entstehen und

2. Wasserverluste, die mit den Abfallprodukten der Deponie zugeführt werden, wobei diese Abfallprodukte aus feuchten, unreagierten Kalkprodukten und Hydraten von Calciumsulfit bzw. -sulfat bestehen.

Der Gesamtfrischwasserbedarf der Anlage kann deshalb herabgedrückt werden, indem diese Wasserverluste reduziert werden.

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Allgemein gelangt Frischwasser ins Schwefeldioxid-Entfernungssystem auf mehrere Arten:

1. Wasser, das mit. dem Reaktanden eintritt,

2. Wasser von den Suspensionspumpen(dichtungen),

3. Waschwasser zum Abspülen von Feststoffablagerungen, die sich auf den Tropfenabscheidern bilden,

4. Quencherwasser, das hauptsächlich die Verdampfungsverluste kompensiert.

Das meiste Frischwasser, das zugeführt werden muß, ist entweder Tropfenabscheider-Waschwasser oder Quencherwasser. Das Tropfenabscheider-Waschwaseer muß von ziemlich hoher Güte sein, um nicht zur Feststoffablagerung beizutragen, die es ja entfernen soll. Sein Feststoffgehalt und pH-Wert muß sich innerhalb bestimmter Grenzen halten. Das Quencherwasser kann jedoch von erheblich geringerer Qualität sein.

Ein bereits bekanntes Verfahren, die Prozeßwasserverluste bzw. den Prozeßfrischwasserbedarf zu minimieren ist, die Gaswäsche im geschlossenen Kreislauf zu betreiben. Beim geschlossenen Kreislauf wird die vom Gaswasch-System ausgeschiedene Suspension teilweise entwässert und man erhält zwei neue Ströme: einen, der viele Feststoffe enthält und zur Abraumhalde geht und einen, der aus Wasser geringer Qualität besteht, der in

25 die Gaswaschanlage zurückgeleitet wird.

Der Gebrauch dieses im Kreislauf geführten Wassers kann den Gesamtfrischwasserbedarf um bis zu 50 X reduzieren. Jedoch muß man beachten, daß das im Kreislauf geführte Wasser an Sulfaten gesättigt ist und das birgt die Gefahr von Verkrustungen in der Rauchgasentschwefe-

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lungsanlage. Außerdem werden Verunreinigungen, vor allem korrosive Chloride, innerhalb der Entschwefelungsanlage im geschlossenen Kreislauf aufkonzentriert. Diese Verunreinigungen erzwingen die Anwendung seltener, teurer Baumaterialien und schließen oft die Anwendung eines geschlossenen Einfachkreislaufsystems in einer Entschwefelungsanlage aus.

Es ist bereits eine Lösung für diese Probleme vorgeschlagen, nach der das Verfahren in zwei Kreisläufen betrieben wird, und zwar trennt man die⁴ Tropfenabscheider, die kein rezirkuliertes Wasser aufnehmen können, von der Verdampfungszone im Prozeß, die Quencherwasser benötigt. Anschließend wird das ganze im Kreislauf geführte Wasser in den Quencher-Verdampfungs-Kreislauf geschickt und keines zum Kreislauf, der die Tropfenabscheider und die Hauptabsorptionszonen enthält. Diese vorliegende Erfindung fügt diesem bestehenden System eine weitere Verfahrensstufe hinzu, die selektiv bestimmte Feststoffe abtrennt und die verblei-

20 bende Flüssigkeit im Quencher im Kreislauf führt.

Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen eingehender beschrieben, wobei

Zeichnung 1 ein vereinfachtes Fließschema der Anlage ist.

Zeichnung 2 ist ein Einblick in einen Mehrstufen-25 Quencher-Absorptionsturm gemäß der Erfindung.

Zeichnung 3 ist ein vergrößerter Längsschnitt eines Hydrozyklons, der erfindungsgemäß eingesetzt wird.

Zeichnung 4 ist ein Querschnitt aus Zeichnung 3 entlang der Linie 4

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Bezugnehmend auf Zeichnung 1 bezeichnet 10 allgemein einen Teil der Erfindung, der den Mehrstufen-Quencher-Absorptionsturm 12 einschließt, der eingehender bei der Besprechung der Zeichnung 2 behandelt wird. Dieser Turm 12 umfaßt einen Quencher 14 und einen Absorber 16. Die Pfeile 18a, b und c bezeichnen jeweils den Gasstrom zum Quencher 14, vom Quencher 14 zum Absorber 16 und den SO_-befreiten Rauchgasstrom.

Das System umfaßt weiter den Absorbertank 20, den Quenchertank 22 und das Entwässerungssystem 24, verbunden mit dem Hydrozyklon 24a, das in den Zeichnungen 3 und 4 gezeigt ist, weiter eine Absorptionstrennvorrichtung 26, die Pumpen 28, 30 und 32, die jeweils eine Pumpenwasserdichtung 34a, b und c aufweisen.

Die Hauptleitungen der Anlage für Suspensionen sind:

Leitung 36 vom Absorbertank 20 zur Pumpe 28; Leitung 38 verbindet die Pumpe 28 mit dem Absorber 16; die Leitung 40 geht vom Absorbejrtank 20 zur Pumpe 30," von der die Leitung 42 zum Absorber 16 führt; die Leitung 44 ist eine Abzweigung von Leitung 42 und führt zur Absorptionstrennvorrichtung 26; Leitung 46 verbindet den Absorber 16 mit dem Absorbertank 20; die Tropfenabscheiderwaschwasserleitung 48 zum Mehrstufen-Absorptionsturm 12; die Leitung 50 ist die Zuleitung für die Reaktionskomponenten zum Absorbertank 20; die Uberlaufleitung 52 führt von der Absorptionstrennvorrichtung 26 zum Absorbertank 20; die Ablaufleitung 54 kommt von der Absorptionstrennvorrichtung "26 und führt ebenso zum Quencher-Tank 56, wie die Überlaufleitung vom Absorptionstank 20; die Leitung 58 vom Quenchertank 22 zur Pumpe 32; die Leitung 60 verbindet die Pumpe 32 mit dem Quencher 14; die Quencherabflußleitung 62 geht vom Quencher 14 zum Quenchertank 22; die Leitung 64 verbindet den Ablauf vom Quenchertank 22 mit dem Entwässe-

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rungssystem 24; die Leitung 66 geht vom Entwässerungssystem 24 zum Quenchertank 22 und die Leitung 68 verbindet das Entwässerungssystem 24 mit dem Abfluß. Zeichnung 2 zeigt, daß der Mehrstufen-Absorptionsturm 12 eine senkrechte Umhüllung 70 mit einer Rauchgaseinlaßöffnung 72 am unteren Ende und oben eine Rauchgasauslaßöffnung 73 für das von SO₂ befreite Rauchgas hat. Unterhalb der Rauchgaseinlaßöffnung 72 befindet sich ein Sumpf 74, der mit einem Rührwerk 76 versehen ist. Vom Sumpf 74 aus führt die Abflußleitung 62 zum Quenchertank 22.

Nach Zeichnung 2 weist der Absorptionsturm 12 eine Quencherzone 14 und eine Absorberzone 16 auf. Die Quencherzone 14 umfaßt eine Vielzahl von Rohren 80, die an Leitung 6O angeschlossen sind. Jedes dieser Rohre 80 hat zahlreiche Sprüheinrichtungen 82. In der Anlage fließen im Quencher 14 die Rauchgase vorzugsweise wirbelartig langsam nach oben, nachdem sie durch den Einlaß 72 schräg eingeleitet worden sind. Zwischen der Quencherzone 14 und der Absorberzone 16 befindet sich eine schüsselartige Gas-Flüssigkeits — Trennvorrichtung 84. Diese Trennvorrichtung 84 sammelt sowohl das Wasser der Tropfenabscheider als auch die Absorptionssuspension und leitet sie über die Leitung 46 zurück zum Absorbertank 20. Oberhalb dieser schüsselartigen Trennvorrichtung 84 befinden sich zahlreiche Rohre 86 bzw. 86a, die beide mit den Leitungen 42 und 38 verbunden sind, die die primären und sekundären Absorberzufuhrleitungen darstellen.

Beide Rohrleitungen 86 und 86a sind mit einer Vielzahl von Sprüheinrichtungen 88 versehen und zwischen den Rohren 86 und 86a ist eine dicht gepackte Schicht 90. Oberhalb der oberen Rohrleitung 86 a sind der untere Tropfenabscheider 92 und der obere Tropfenabscheider

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angeordnet. Waschwasser wird dem unteren Tropfenabscheider 92 durch Rohre 96 mit Sprühvorrichtungen 98 zugeführt. Der obere Tropfenabscheider 94 ist ebenfalls mit einer Waschvorrichtung mit Rohren 100 und Sprühvorrichtungen 102 versehen.

Zeichnungen 3 und 4 zeigen, daß der Hydrozyklon 24a einen tangentialen Einlaß 104 hat, durch den die zu entwässernde Suspension über die Leitung 64 zugeführt wird. Die im Hydrozyklon 24a ankommende Lösung geht durch den Einlaß 104 und beginnt um den oberen überlauf stutzen 106 zu rotieren. Die rotierende Lösung konzentriert sich beim Abwärtsfließen durch die Konusform 108. Der Konuswinkel gegen die Abflußöffnung 110 beträgt ca. 10°. Der Abfluß erfolgt durch die Leitung

68. Die teilweise geklärte Suspension tritt aufwärts durch den überlaufstutzen 106 durch den Hals 112 zur Leitung 66 aus, um zurück zum Quenchertank 22 zu fliesen. Die Leitungen 64 und 68 sind mit Hydrozyklonventilen 104'und 106'versehen.

Die zentrifugale Trennkraft des Hydrozyklons bewirkt eine sehr effektive und selektive Anreicherung von Calciumsulfat im Ablauf, während im Überlauf andere Suspensionsteilchen zurück in das Quencherzufuhrsystem geführt werden. Die Effektivität des Hydrozyklons ermöglicht praktisch einen quantitativen Kalksteinumsatz in dem Rauchgasentschwefelungsprozeß, wie später eingehend beschrieben wird.

Bezugnehmend auf die Zeichnungen dieser Erfindung umfaßt das Doppelkreislaufsystem einen Quencherkreislauf A, in dem praktisch alle Verdampfungsverluste stattfinden und einen Absorberkreislauf B (der auch die Tropfenabscheider 92 und 94 umfaßt), wobei das Gas zuerst durch den Quencherkreislauf, dann durch den Absorberkreislauf

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geleitet wird. Der Reagenzfluß wird im Gegenstrom zum Gasfluß geführt. Der Reagenzfluß geht zuerst durch den Absorberkreislauf. Feststoffe werden auf folgende Weise aus dem System entfernt: Feststoffe der Reaktion zwischen dem Calciumreagenz und Schwefeldioxid als auch etwas unreagiertes Reagenz werden vom Absorptionskreislauf B dem Quencherkreislauf mit etwas Wasser zugeführt. Die Feststoffe werden dann durch den Quencherkreislauf A zirkuliert, wo weitere Reaktionsprodukte gebildet werden und die Konzentration des unreagierten Reagenzes abnimmt. Die Feststoffe werden dann vom Quencher dem Entwässerungssystem 24 zugeleitet und enden schließlich auf der Abraumhalde.

Frischwasser wird dem Absorptionskreislauf auf folgende Arten zugeführt:

1. Wasser durch Reagenzzufuhrleitung 50,

2. Wasser von den Suspensionspumpendichtungen 34 c und

3. als Tropfenabscheiderwaschwasser bei 48

Frischwasser kommt in den Quencherkreislauf als:

1. reines Wasser von den Suspensionspumpendichtungen 34a,

2. Wasser, das im Quencherkreislauf zirkuliert von 66, das hauptsächlich die Verdampfungsverluste ersetzt und

3. Wasser, das vom Absorptionskreislauf überläuft mit seinen Feststoffen durch die Leitung 54.

Falls das ?um Prozeßablauf erforderliche Wasser im Quencher gleich der Menge des aus dem Sulfitschlammentwässerungssystem gewonnenen Wassers ist, so ist die beste Ausnutzung des Wassers erreicht. Jedoch steht der

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Quencher-Prozeßwasserbedarf in direktem Zusammenhang mit dem Volumen des behandelten Rauchgases. Das rezirkulierte Wasser ist direkt in bezug zu setzen zu dem Volumen des behandelten Gases und der Schwefeldioxidkonzentration im Gas. Deshalb gibt es auch nur eine exakte Schwefeldioxidkonzentration für ein bestimmtes behandeltes Gasvolumen, bei dem die Prozeßerfordernisse für Quencherfrischwasser im Gleichgewicht sind mit dem Wasser, das im Prozeß im Kreislauf geführt wird. Daraus folgt, daß es viele Betriebsbedingungen gibt, wo das rezirkulierte Wasser entweder im Überschuß vorhanden ist oder nicht ausreicht, um den Quencherwasserbedarf zu erfüllen.

Für die Betriebsfälle, wo das rezirkulierte Wasser den Quencherwasserbedarf überschreitet, muß das Wasser, das den Absorberkreislauf verläßt, reduziert werden, damit alles rezirkulierte Wasser dem Quencherkreislauf zugeführt werden kann. Wenn man so verfährt, wird kein rezirkuliertes Wasser dem Absorptionskreislauf, speziell der Tropfenabscheider-Waschanlage, zugeführt. Während man einen geschlossenen Kreislauf beibehält.

Für diejenigen Betriebsbedingungen, wo das rezirkulier te Wasser in geringerer Menge anfällt; als dem Quencherwasserbedarf entspricht, ist es wünschenswert, die Wässermenge des Absorptionskreislaufes zu steigern. Das Wasser, das dazu benötigt wird, wird dem Prozeß als Tropfenabscheider-Waschwasser zugegeben, wobei außerdem das Ziel einer maximalen Tropfenabscheider-Waschwassermenge erreicht wird im Verhältnis zum Gesamtprozeßwas-

30 serbedarf.

In beiden Fällen ist es wünschenswert, die Wassermenge verändern zu können, die den Absorberkreislauf verläßt, ohne den Betrieb des Absorberkreislaufs zu stören.

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Dies wird erreicht durch den Gebrauch eines Feststoff-Flüssigkeit-Trennungsgeräts, vorzugsweise einem Hydrozyklon 24a. Der Hydrozyklon 24a verarbeitet einen Teil der Absorberkreislaufsuspension und erzeugt zwei Ströme: einen hochkonzentrierten Feststoffstrom und einen niedrig konzentrierten Feststoffstrom. Jeder der beiden Ströme kann mit einer entsprechenden Menge unbehandelter Absorptionskreislaufsuspension zusammengeführt werden, um einen Strom zu erzeugen, der die Feststoffe in richtiger Menge mit sich führt, zusammen mit einer beliebigen Menge Wasser, die den beiden Strömen zugemischt werden kann. Mit dieser Näherung ist ein weiterer Bereich an Feststoffgehalten im Absorptionskreislauf ablauf strom erzielbar.

Für diese Betriebsbedingungen, wo das rezirkulierte Wasser den Quencherwasserbedarf überschreitet, wird ein hochkonzentrierter Feststoffstrom mit unbehandelter Absorptionssuspension gemischt, um den Gesamtbedarf an Wasser zu reduzieren, der den Absorptionssuspensionsablauf begleitet. Für die Betriebsbedingung, wo das rezirkulierte Wasser weniger ist als der Quencherwasserbedarf, wird ein Strom geringer Feststoffdichte mit unbehandelter Absorptionssuspension gemischt, um den Gesamtbetrag an Wasser zu steigern, das den Absorptions-

25 suspensionsablauf begleitet.

Weil die Betriebsbedingungen der Anlage sich ständig ändern (z.B. Belastung und SO^-Gehalt), ändern sich auch die Bjldungsgeschwindigkeiten an Feststoffen im Absorptionskreislauf und damit auch der Wasserbedarf, der dem Quencherkreislauf mit diesen Feststoffen zugeführt wird. Um es dem Feststoff-Flüssigkeits-Trennsystem zu ermöglichen, sofort auf die Prozeßbedingungen in bezug auf Wasser- bzw. Feststoffbedarf anzusprechen, wird ein Schwefeldioxid-Massenflußsianal 110 heranaezo-

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gen. Dieses Signal wird einem nicht dargestellten Kontrollinstrument eingegeben, das das Volumen der zu behandelnden Gasmenge und die Konzentration an Schwefeldioxid abstimmt auf das Verhältnis von wiedergewonnenem Wasser als auch auf das Verhältnis von Absorptionskreislauffeststofferzeugung und es bestimmt daraus das Verhältnis von behandelter zu unbehandelter Absorptionssuspension. Dieses Kontrollinstrument bestimmt auch, ob der hochkonzentrierte oder der niedrigkonzentrierte Feststoffstrom mit unbehandelter Absorptionssuspension gemischt werden soll. Mit diesem Kontrollschema kann deshalb der Quencherkreislauf die benötigte Wassermenge vom Absorptionskreislauf bekommen,und zwar unter allen Betriebsbedingungen.

Der Hauptvorteil, ein Hydrozyklon 24a zu benutzen, besteht darin, daß das Hydrozyklon eine chemische Abtrennung und nicht nur eine physikalische aufgrund der Teilchengröße herbeiführt. Die Komponenten, die dem Hydrozyklon 24a über Leitung 64 zugeführt werden, ent-

20 halten normalerweise:

CaSO₄.2H₂O Gips,
CaSO₃.1/2HpO Calciumsulfit, CaCO₃ Kalkstein und gelegentlich

Ca(OH)₂ Kalkhydrat, 25 Kalksteinverunreinigungen, Flugaschepartikel und

abgeblätterte Teilchen der Vertrustungen im Absorptionssystem.

Testergebnisse zeigen, daß bei geeigneter Einstellung des Hydrozyklons, hautsächlich über die Zufuhr und die Drosselventile 104'und 106', die chemische Zusammensetzung des Überlaufs und Ablaufs kontrolliert werden kann. Da bekanntlich dife Trennung von der Teilchengröße

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und Dichteunterschieden abhängt, ist es das Prinzip dieser Erfindung, daß die chemische Zusammensetzung des Ablaufs und Überlaufs bestimmt werden kann.

Diese Möglichkeit, die chemische Zusammensetzung im System kontrollieren zu können, ergibt mehrere sehr wichtige Resultate. Erstens kann die Abtrennung kontrolliert werden, wenn man (Ca(OH)₂ oder fein gemahlenen Kalkstein (CaCO₃) als SO₂-Entfernungsmittel benutzt, weil praktisch das gesamte SO_-Ertfernungsmittel (Ca(OH)- bzw. CaCO₃) nicht in den Hydrozyklonablauf gelangt, der schließlich der Anlage entzogen wird. Dies erhöht die Umsetzung des SO₂-Entfernungsmittels und damit seine Ausnützung im Entschwefelungsprozeß ganz beträchtlich. Die Kosten dieser Stoffe betragen 10 bis 30 % der Betriebsausgaben der Entschwefelungsanlage und diese Erfindung schraubt ihren Verbrauch um 20 % zurück und erniedrigt damit die Gesamtbetriebskosten um bis zu 6 %.

Wenn man ein Hydrozyklon in die Anlage einbaut, kann man zweitens, aufgrund der Fähigkeit, die chemische Zusammensetzung der beiden Ströme kontrollieren zu können, den Gipsgehalt des Hydrozyklonablaufs auf Spitzenwerte steigern, wenn man ein "in-situ"-Oxidationssystem benutzt oder wenn natürliche hohe Sulfitoxidation gegeben ist. Diese Verfahrensweise ergibt ein Abfallprodukt mit hocherwünschten Entwässerungs-, Misch- und Abraumeigenschaften. Außerdem ergibt sich die Möglichkeit, kleinere Gipskristalle und auch unoxidiertes CaSO₃.1/2HpO in der Anlage im Kreislauf zu führen, solange bis sie oxidiert bzw. herangewachsen sind. Diese Möglichkeit, gezielt den gewünschten Gips abzutrennen, gestattet auch unaufwendige Oxidationsmethoden, da eine vollständige Oxidation und möglichst große Kristallgröße nicht direkt, in der Oxidationsanlage

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erreicht werden müssen.

Die Wirkungsweise des Hydrozyklons im System der Erfindung wird an folgenden Beispielen veranschaulicht. In den Beispielen gab es nur Kontrollmöglichkeiten, den Druck am Hydrozyklon (Durchflußrate) und das Verhältnis Überlauf zu Ablauf zu verändern. Diese Bedingungen werden durch die zwei Drosselventile lO4'und 106' variiert, die sich am Ein- und Auslaß des Hydrozyklons befinden. Um einen möglichst hohen Peststoffgehalt im Ablauf zu erzielen, wurde in vier Testläufen (7-10 Tabelle 1) ein Filter unter dem Auslaß 68 des Hydrozyklons angebracht.

Insgesamt wurden 11 Testläufe durchgeführt. Die Durchflußraten des Überlaufs und Ablaufs wurden jedesmal mit einem geeichten Eimer und einer Stoppuhr gemessen. Der Druckverlust im Hydrozyklon wurde gemessen und Analysen von pH-Wert und *-Feststoffgehalt des Überlaufs und Ablaufs wurden an Ort und Stelle durchgeführt. Weitere Proben wurden zu Analysezwecken filtriert und eine Be-Stimmung der Partikelgrößenverteilung wurde durchgeführt. Die höchste Feststoffgehaltkonzentration, die im Ablauf unter reproduzierbaren Bedingungen erzielbar ist, enthält 61 * getrocknete Feststoffe. 87,6 * Feststoffgehalt, die im 1. Lauf erhalten wurden, konnten in späteren Versuchen nicht mehr erreicht werden. Die Feststoff konzentrationen im Überlauf scheinen von den Prozeßbedingungen unabhängig zu sein, da sie eng um einen Mittelwert von 4,05 % Feststoffgehalt schwanken.

Gefilterte Überlauf- und Ablaufproben jedes Laufs wurden zur thermo grav imetrischen Analyse ins Labor geschjckt, um die Sulfat- und Sulfitkonzentrationen zu bestimmen. Außerdem wurde der säureunlösliche Rückstand und der Glühverlust bestimmt. Eine Zusammenfassung der

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Ergebnisse wird in Tabelle II gezeigt. Die Zusammensetzung des AblaufSchlamms ist hochinteressant, wobei die Gipskonzentration darin überraschend hoch ist und nur geringfügig (+ 5 %) um einen Mittelwert von 95,93 * schwankt. Der säureunlösliche Rückstand betrug im Ablauf durchschnittlich 3,8 %, was beweist, daß wenig oder kein Sulfit oder unreagierter Kalkstein vorhanden ist. Der Gesamtalkaligehalt der Proben, die einen hohen pH-Wert haben, bestätigen dies.

Die Überlaufproben enthielten einen bedeutenden Anteil an Ruß, wie der relativ hohe Glühverlust von 25,96 % andeutet. Die Zusammensetzung des Überlaufs teilt sich durchschnittlich in 39,8 % Sulfat und 58,87 X Säureunlösliches auf.

Die Teilchengrößenverteilung der unfiltrierten Proben wurde durch feuchte Siebanalyse bestimmt. Praktisch 100 * der Teilchen des Überlaufs waren kleiner als 44 μ was dem engstmaschigen vorhandenen Sieb entspricht. Der Ablauf hatte eine sich über einen größeren Bereich erstreckende Teilchengrößenverteilung mit bis zu 19 % im Bereich 44 - 74 μ , obwohl über 80 * immer feiner als 44 μ waren.

Die Übermenge an Sulfat im Ablauf erklärt sich aus der Wirkungsweise eines Hydrozyklons. Das Hydrozyklon wirkt aufgrund der Zentrifugalkraft auf kleinere Teilchen geringerer Dichte auftrennend von größeren Teilchen höherer Dichte im ankommenden Schlamm. Das Calciumsulfatteilchen ist das größte anwesende Teilchen und trennt sich deshalb leicht ab und bildet die überwiegende Menge des Ablaufs, während die kleineren Teilchen die Hauptmenge des Überlaufs bilden.

Die Größenordnung an Sulfatkonzentration im Ablauf war

C 3 O= 0 21 / Θ¹7 21

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unerwartet. 96 X Gipsgehalt wurde durchschnittlich für alle Läufe, unabhängig von der Zufuhr (enthält normalerweise höchstens 7O % Sulfat), beobachtet. Man fand, daß die Sulfatkonzentration sich direkt proportional zur Feststoffkonzentration des Ablaufs verhält, wobei maximal 98 * Gips erhalten werden, aber wobei sich auch ,relativ wenig bei einem Feststoffgehalt über 55 % verändert .

Die erkannte Abwesenheit von unreagiertem Kalkstein im Ablauf setzt voraus, daß der Kalkstein zurück ins Entschwefelungssystem geleitet wird, und zwar aus dem Hydrozyklon-Überlauf. Laboranalysen für Gesamtalkali im Ablaufschlamm der Läufe 9 und 11 bestätigen den geringen Kalksteingehalt (0 - 1,29 %), auch bei hohem pH-Wert der Suspension. Daraus folgt, daß eine hohe Kalksteinausnutzung erreicht werden kann bei praktisch jedem gewünschten Entschwefelungsgrad wegen der sehr wirksamen Abtrennung des unreagierten Kalksteins im Hydrozyklon. Ebenso scheint die Schlammaufkonzentrierungsfähigkeit des Hydrozyklons unabhängig vom pH-Wert der Suspension zu sein.

Die Sulfatkonzentration und der Prozentsatz an Feststoffen im Hydrozyklonablaufschlamm ist eine Funktion des Verhältnisses der Flußraten von überlauf zu Ablauf. Die erhaltene Uberlaufmenge ist dem Druckabfall im Hydrozyklon proportional.

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Tabelle 1 Ergebnisse des Hydrozyklonleistungstests

Lauf Nr.	Durchfl; 1/m. Überlauf	lßrate .η. Ablauf	Verhältnis Über-/Ablauf	Druckverlust im Hydrozyklon mm Ht	% Festste i Überlauf	ffgehalt Ablauf
1	58,U	12,68	4>58	12Z.0	4,9	(87,6)^a)
2	56,93	13,66	4,17	1189	4,0	61,0
3	35,77	i6.5C	2,16	936	4,7	41,3
4	23,66	30,32	0,78	688	4,0	26,7
5	2,95	52,65	0,056	388	3,7	19.6
6	51,67	21,61	2,39	1179	3,9	42,7
7	36,22	10,94	3,31	1200	3,9	A7,1
8	o,o^b)	16,01	0,0	2079	—	24,3
9	48,11	20,36	2,36	1045	3,8	41,7
10	54,70	9,05	6,05	1179	3,7	59,2
11	43.61	20,67	2,11	1200	3,9	31,6

a) Scheinbar irrtümliches Ergebnis

b) Überdruck am Überlauf

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Tabelle 2 Ergebnisse der thermogravimetrischen Analyse

Lauf Nr.	% CaSir Überlauft	.2H₉O Ablauf	% säureunlös Überlauf	1.	Rückstand Ablauf	% Glühverlust überlauf
1	41,57	97,77	58,15		1,50	26,5
2	39,18	97,72	61,49		4,47	28,9
3	47,78	97,34	58,49		3,44	26,5
4	43,96	96,28	53,05		3,02	25,6
5	22,94	90,79	76,22		9,83	34,2
6	32,49	96,52	66,33		1,89	22,8
7	38,23	96,52	60,35		1,58	22,3
8	—	92,08	—		8,08
9	43,01	94,37	52,16		2,83	24,1
10	46,83	97,31	49,15		1,85	22,7
11	42,05	98,58	53,30		3,28	26,9
Mittel wert	39,80	95,93	58,87		3,80	25,96

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Die folgenden Beispiele, als Fall 1 und Fall 2 bezeichnet, für Gasströme, die jeweils hohen und mittleren Schwefelgehalt besitzen, erläutern eingehender die vorliegende Erfindung.

5 Annahmen Fälle 1 und 2

1. Wirksamkeit des Absorptionsturms = 90 % Wirksamkeit des Quenchers = 30 % Wirksamkeit der Absorptionszone = 85,71 %

2. Kalksteinausnutzung = 95 % 3. Kalksteinreinheit = 95 %

4. Keine Flugasche wird in den Suspensionsströmen aufgenommen

5. Erzwungene Oxidation im Quencher zu 95 Mol-% Gips

6. 80-prozentige Feststoffentnahme zum Abraum (gänzlieh geschlossener Kreislauf)

Fall 1

hoher Schwefelgehalt 3000 ppm
Absorptionsmittelzufuhr: Feststoffgehalt = 25,33 %

Fall 2

20 mittlerer Schwefelgehalt 1500 ppm Absorptionsmittelzufuhr: Feststoffgehalt = 15,34

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Ströme in den Fällen 1 und 2

18a einströmendes Gas

18b Gas (in der Entschwefelungsanlage)

18c ausströmendes Gas

50 Absorptionsmittelzufuhr

34c Primärabsorber Pumpendichtwasser

34b Sekundärabsorber Pumpendichtwasser

48 Tropfenabscheider Waschwasser

38 Primäre Absorptionsmittelzufuhr

42 Sekundäre Absorptionsmittelzufuhr

44 Absorptionsmittelauftrennzufuhr

52 Absorptionsmittelauftrennüberlauf

54 Absorptionsmittelauftrennablauf

56 Absorptionstanküberlauf

56' Suspensionszufuhr vom Absorber zum Quencher

34a Quencherpumpendicht.wasser

66 Wasser vom Klärbecken (Abraum)

60 Quenchersuspensionszufuhr

64 Ablauf ins Entwässerungssystem

68 Ablauf in Kanalisation

EL Verdampfungsverluste

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- TM. -

ο ο ro

Gasströme

Fall 1	einströmendes Gas - 18a	ka Mol/h	ppm
	ka/h	19.56Ο 3.060 765 77 2.Ο4Ο	767.000 120.000 30.000 3.000 8O.OOO
No °² SO, H₂O	547.676 134.650 24.482 4.897 36.722	25.502	1.000.000
total	748.427

	aesättiates	Gas	- 18b	ppm
	ka/h		ka Mol/h	730.447 115.135 26.188 2.0OO 126.230
^N2. CO₂ s8« H₂O	547.676 135.660 22.446 3.428 60.847		19.56Ο 3.Ο83 701 53,5 3.38ο	1.000.000
total	770.Ο57		26.778

	entweichendes	Gas - 18c	ppm
	ka/h	ka Mol/h	732.423 117.161 23.558 287 126.571
°² so H„0	547.676 137.680 20.130 490 60.847	19.560 3.129 629 7,65 3.38Ο	1.000.000
total	766.823	26.705,65

O, 881 kg/m"

138°C

Dichte

Temp.

Druck 14,9 mm Hg

MG 29,348

Durchflußmenge 235.967 1/sec

Dichte 1,132 kg/m

Temp. 52°C

Druck 9,3 mm Hg

MG 28,757

Durchflußmenge 188.774 1/sec

1,123 kq/πΓ

52°C

Dichte

Temp.

Druck 5,6 mm Hq

MG 28,71

Durchflußmenge 189.694 1/sec

Research-Cottrell Inc.

1.11.1979

Flüssigkeitsströme Fall 1

Strom Nr.	kg/h CaCO₃	kgA CaSO₃.1/2H₂O	kg/h CaSO..2H_o0	Inertstoffe	kg/h Wasser	kg/h Total	l/min Total	% Feststoffe	ppm Chlorid
50	7.248	O	0	381	14.170	21.799	288	35	1.000
34c	O	O	0	0	2.268	2.268	37,8	0	1.000
34b	O	O	0	0	1.134	1.134	18,9	0	1.000
48	O	O	0	0	10.347	10.347	170	0	1.000
38	124.175	229.258	61.473	17.821	3.894.544	4.327.271	68.135	10	1.023
42	51.739	95.524	25.614	7.425	1.622.727	1.803.029	28.390	10	1.023
44	3.754	6.930	1.858	539	117.735	130.816	2.060	10	1.023
52	1.609	2.970	796	231	106.522	112.128	1.817	5	1.023
54	2.145	3.960	1.062	308	11.213	18.688	242	40	1.023
56	513	947	254	73	16.089	17.876	272	10	1.023
56'	2.658	4.907	1.316	382	27.301	36.564	515	25,33	1.023
34a	O	0	0	0	1.701	1.701	28,4	0	9-525
66	O	0	0	0	67.380	67.380	1.124	0	9-525
60	10.804	13.238	335.399	11.371	2.101.266	2.472.078	37.850	15	9.525
64	362	444	11.251	382	70.490	82.929	1.268	15	9.525
68	362	444	11.251	382	3.110	15.549	144	80	9.525 iß
EL	O	0	0	0	24.124	24.124	401	0	je·*·

Research-Cottrell Inc.

1.11.1979

Gasströme

Fall 2	einströmendes	Gas - 18a	ppm
	ke/h	ke Mol/h	767.000
N	545.516	19-483	120.000
C(L	134.118	3.048	30.000
°2	24-385	762	I.500
SO₉	2.439	38	81.000
Η_Λϋ	37.264	2.070	1.000.000
total	743.720	25.401

N.
0.

sf

total

ees'attietes Gas - 18b ke/h 1 ke Mol/h

545.516
134.621

23.884
1.707

61.743

767.471

19.483

3.O59

746

26,7 3.430

26.745

728.460

114.394

128.250

1.000.000

	entweichendes ke/h	Gas - 18c ke Mol/h	ppm
N₉ ⁰Z² SO₉ H^O	545.516 135.627 23.823 244 61.743	19.483 3.083 744 3,8 3.430	728.499 115.267 27.833 142 128.259
total	766.953	26.743	1.000.000

Dichte Temp.

Druck

Durchflußmenee

Dichte Temp.

Druck

Durchflußmenge

0,876 kg/m³ 138⁰C

14,9 mm Hg 29.279 235-967 1/sec

Dichte	1,129 kg/m"
Temp.	52°C
Druck	9,3 mm Hg
MG	28,696
Durchflußmenge	188.774 1/sec

1,123 kg/m³ °

,1 52°C

5,6 mm Hg 28,618 189.694 1/sec

Research-Cottrell Inc.

1.11.1979

β» ca ο ο

Flüssigkeltsströme Fall 2

Strom Nr.	kg/h CaCO-	kg/h CaSO-.1/2H₂O	kg/h CaSO^.2H₂O	kg/h Inertstoffe	kg/h Wasser	kg/h Total	l/min Total	% ' Feststoffe	ppm Chlorid
50	3.610	0	0	190	7.056	10.856	144	35	1.000
34c	0	0	0	0	2.268	2.268	37,8	0	1.000
34b	0	0	0	0	1.134	1.134	18,9	0	1.000
48	0	0	0	0	15.316	15.316	254	0	1.000
38	110.364	203.783	54.652	15.847	3.461.817	3.846.463	60.565	10	1.012
42	27.591	50.946	13.663	3.962	865.454	961.616	15.141	10	1.012
44	1.075	1.985	533	154	33.720	37.467	590	10	1.012
52	46I	851	228	66	3O.5I0	32.116	522	5	1.012
54	614	1.134	304	88	3.210	5.350	68	40	1.012
56	709	1.310	351	107	22.258	24.730	390	10	1.012
56'	1.324	2.444	655	190	25.467	30.080	458	15,34	1.012
34a	0	0	0	0	1.134	1.134	18,9	0	1.000
66	0	0	0	0	33.557	33.557	560	0	I6.64O
60	8.645	10.599	268.305	9.100	1.681.013	1.977.662	30.282	15	16.640
64	181	221	5.603	190	35.106	41.301	632	15	16.640 ,
68	181	221	5.603	190	1.549	7.744	72	80	16.640
EL	0	0	0	0	24.479	24.479	409	0

CjO cn

Research-Cottrell Inc. 1.11.1979

Bereiche an Feststoffaehalten

Strom

Name des Stromes

%-Gehaltsbereich an Feststoffen

Fall 1

(schwefelreich)

Fall 2
(mittlerer Schwefelgehalt)

52

Absorptionsmittelauf trennüber lauf

3 -

54

Absorptionsmittelauf trennablauf

10 - 50

40

56

Absorptionstank
überlauf

5-15

10

Suspensionszufuhr vom Absorber zum Quencher

3 - 5O

25,33

15,34

Leerseite

Claims

Patentansprüche

) Vorrichtung zum Entfernen von Schwefeldioxid aus Rauchgas, gekennzeichnet durch einen Rauchgasquencher, einen Rauchgaswäscher; Einrichtungen, um das Gas nacheinander erst durch den Quencher, danach durch den Wäscher zu leiten; Einrichtungen, um das Gas nacheinander erst im Wäscher, danach im Quencher mit der wäßrigen Alkalisuspension reagieren zu lassen; Entwässerungseinrichtungen zur Behandlung von Teilen der nicht-durchreagierten Alkalisuspension, die einen 0 Hydrozyklon mit Ableitungen für eine Fraktion schwerer bzw. leichter Teilchen aufweisen und Einrichtungen, mit denen die leichten Teilchen in die Alkalisuspension zum Quencher geleitet werden.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadyrch gekennzeichnet, daß am Hydrozykloneinlaß und am Ablauf der schweren

Teilchen Kontrollventile vorgesehen sind.
3. Verfahren zum Entfernen von Schwefeldioxid aus Rauchgas, gekennzeichnet durch folgende Maßnahmenkombination:

a) Abschrecken mit anschließendem Reinigen des heißen Rauchgases mittels einer wäßrigen alkalischen Suspension;

b) Trennung des teilweise verbrauchten Alkalireagenzes aus der Absorptionsstufe;

c) Auftrennung des gesammelten teilweise verbrauchten Alkalireagenzes in eine schwere und eine leichte

Fraktion;

d) Zurückführen der leichten Fraktion in der Absorptionsstufe;

e) Einführung der schweren Fraktion in die Quencherflüssigkeit;

030021/0722

ORIGINAL INSPECTED

Research-Cottrell Inc. " i '"':": 1.13.1979

f) Getrenntes Auffangen des Flüssigkeitsablaufs aus dem Quencher;

g) Ein Teil der Quencherflüssigkeit wird mittels zentrifugaler Kräfte in eine leichte und eine

5 schwere Fraktion aufgetrennt;

h) Rückführung der leichten Fraktion aus g) in den Quencher-Flüssigkeitskreislauf und

i) Ausführen der schweren Fraktion aus g).
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die alkalische Suspension aus Wasser und Branntkalk

oder Kalkstein besteht.
5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die schwere Fraktion der Stufe g) hauptsächlich aus Calciumsulfat besteht.
6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die leichte Fraktion der Stufe g) hauptsächlich aus Calciumsulfit und Wasser besteht.

030021/0722