DE3430960C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der Konzentration der Aufschlämmung in einem Absorptionsturm gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Heutzutage liegt das Schwergewicht der Abgasentschwefelungssysteme bei Entschwefelungsanlagen, die nach dem sogenannten Naßkalk-Verfahren arbeiten, bei dem das Abgas durch die Verwendung von CaCO₃ oder Ca(OH)₂ als Absorptions­ mittel entschwefelt wird. Dabei gewinnt man den Schwefel in Form von Calciumsulfit oder Calciumsulfat (Gips).

Beispielsweise ist dieses Verfahren beschrieben in der DE-OS 27 08 919 und der DE-OS 29 08 322.

Bei der DE-OS 27 08 919 sollen speziell die festen Bestandteile aus der Waschlösung während der Abgasbehandlung entfernt werden. Hierzu ist ein Eindickungsbehälter vorgesehen, aus dem die festen Bestandteile als Unterlauf und die klare Lösung als Überlauf abgezogen wird.

Die Fig. 1 zeigt eine Entschwefelungsanlage, die im Prinzip mit dem Verfahren gemäß der zweiten OS vergleichbar ist, und anhand dieser Figur soll der Stand der Technik und allgemein dessen Nach­ teile erläutert werden.

Abgas, das SO₂ enthält, wird in den Absorptionsturm 2 eingeleitet. Im unteren Bereich des Absorptionsturmes 2 ist ein Tank 3 enthalten, der eine Aufschlämmung mit einer Ca-Verbindung enthält. Die Aufschlämmung wird durch eine Bewegungseinrichtung 4 in Bewegung gehalten, um zu verhindern, daß sich Festteilchen absetzen.

Die die Ca-Verbindung enthaltene Aufschlämmung wird in den oberen Bereich des Turmes 2 geleitet, und zwar durch eine Zirkulationspumpe 5. Dort wird es eingesprüht und tritt durch den gesamten Turm hindurch - in Kontakt mit dem Abgas - bis es wieder in den Tank 3 gelangt. Das Abgas, aus dem das SO₂ durch den Kontakt mit der Aufschlämmung entfernt worden ist, wird durch einen Dunstabscheider 6 als gereinigtes Gas 7 abgeleitet.

Andererseits wird dem Tank 3 eine Aufschlämmung zu­ geführt, die CaCO₃ oder Ca(OH)₂ enthält und zwar durch die Leitung 8 in einer Menge, die dem zu ab­ sorbierenden SO₂ entspricht.

Die Aufschlämmung, die Calciumsulfit aus der Absorption des SO₂ enthält, wird durch die Leitung 9 einer Oxidationssäule 10 zugeführt, Luft 12 wird durch einen Blasenerzeuger 11 am Boden der Oxidations­ säule zugeführt. Schweflige Säure gelangt durch 13 in die Säule. Hierdurch wird Calciumsulfit wie auch CaCO₃ oder Ca(OH)₂ zu Gips oxidiert.

Die Gipsaufschlämmung gelangt von der Oxidationssäule 10 durch die Leitung 14 in den Eindicker 15 und die erhaltene konzentrierte Gipsaufschlämmung wird durch die Leitung 16 einem Tank 17 und mittels einer Pumpe 18 dem Zentrifugalseparator 19 zugeführt, wo man Gips 20 erhält. Das Filtrat gelangt in den Tank 21 und dann durch die Pumpe 22 und die Leitung 23 in den Eindicker 15.

Die überstehende Flüssigkeit in dem Eindicker 15 erreicht durch die Leitung 24 den Tank 25 und kann für die Einstellung der Absorption benutzt werden oder mittels der Pumpe 26 entfernt werden.

Eine derartige Anlage wurde unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten untersucht. Dabei ergab sich durch Analyse der experimentellen Daten der Reaktions­ geschwindigkeit zwischen den Kristallen des CaCO₃ oder Ca(OH)₂ und dem SO₂, der Oxidationsgeschwindig­ keit der Calciumsulfitbildung bei der SO₂ Absorption, der Absetzgeschwindigkeit des Gipses, daß die benannte Verfahrensweise "eine Operation in einer Stufe" mit ihren individuellen Schritten verbessert werden kann. Insbesondere ergab sich, daß Durch­ führungsschritte, wie die Absorption und die Oxidation des SO₂, das Absetzen und Konzentrieren des Gipses und die Wiedergewinnung der überstehenden Flüssig­ keit zusammen in einem Absorptionsturm ausgeführt werden kann, wenn eine Steuerung oder Kontrolle der Aufschlämmungskonzentrationen erfolgt.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, für das eingangs­ genannte Verfahren eine derartige Steuerung der Konzentration einer Ca-Verbindung in der Aufschlämmung zu schaffen.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Vorzugsweise Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung soll mit ihren Vorteilen nunmehr anhand der Zeichnungen erläutert werden. Dabei zeigt

Fig. 1 eine bekannte Abgasentschwefelungsanlage nach dem Naßkalk-Verfahren; und

Fig. 2 schematisch die erfindungsgemäße Naßab­ gasentschwefelung.

Die Fig. 1 wurde vorstehend bereits erläutert, so daß nachfolgend gleich auf die Fig. 2 eingegangen wird.

Das SO₂ enthaltene Abgas wird in den Absorptionsturm 102 eingeleitet. In dieser Fig. 2 werden die Ab­ sorptionsaufschlämmung und das Abgas im parallelen Fluß miteinander in Kontakt gebracht. Es kann aber auch das Gegenströmungsverfahren nach der Fig. 1 benutzt werden.

Das Parallelströmungsverfahren ist jedoch vorteil­ hafter, weil die Wirksamkeit der Oxidationsreaktion zum Gips - wie nachfolgend beschrieben - besser ist.

Im unteren Bereich des Absorptionsturmes 102 ist ein Tank vorgesehen, der die Aufschlämmung auf­ nimmt, in der eine Ca-Verbindung suspendiert ist. Die Aufschlämmung wird durch eine Bewegungseinrichtung 104 bewegt, so daß das Absetzen von Festteilchen ver­ hindert wird.

Die Aufschlämmung mit der suspendierten Ca-Verbindung wird dem oberen Bereich des Turmes zugeführt und zwar durch eine Zirkulationspumpe 105, wird dort ver­ sprüht und fällt durch den Turm hindurch, während es in Berührung gelangt mit dem Abgas. Am Ende ge­ langt sie in den Tank 103. Das Abgas, aus dem das SO₂ durch den Kontakt mit der Aufschlämmung entfernt worden ist, wird durch den Nebeleliminator 106 als gereinigtes Gas 107 abgegeben.

Andererseits wird dem Tank 103 durch die Pulver­ leitung 108 CaCO₃ oder Ca(OH)₂ in Pulverform zugeführt und zwar in einer Menge, die der zu absorbierenden SO₂-Menge entspricht. Es ist auch möglich, das als Absorbtionsmittel dienende CaCO₃ oder Ca(OH)₂ als Wasseraufschlämmung dem Tank 103 zuzuführen.

Das Calciumsulfit, das durch die Absorption des SO₂ im Absorbtionsmittel gebildet wird, wird durch den im Abgas enthaltenen Sauerstoff zu Gipskristallen oxidiert, weil die Aufschlämmung im Gas-Flüssigkeits­ bereich des Parallelflußsystems sauer gehalten wird.

Wenn jedoch der Sauerstoffgehalt im Abgas gering ist, dann wird ein Sauerstoff enthaltendes Gas durch eine Luftdüse 109 eingeblasen, so daß aus dem absorbierten SO₂ Gips gebildet werden kann.

Bei dieser beschriebenen Verfahrensweise enthält die Aufschlämmung der Ca-Verbindung Gipskristalle, suspen­ diert in dem Tank 103 und diese Aufschlämmung wird durch den Auslaß 110 und die Pumpe 119 dem Separator 111 zugeführt, in dem ein Gipskuchen erhalten wird. Das Filtrat wird über die Leitung 113 in den Tank 103 zurückgeleitet.

In dem Tank 103 ist eine Trennwand 114 vorgesehen, die sich vom Flüssigkeitsspiegel bis in einen un­ teren Bereich der Aufschlämmung erstreckt und diese Trennwand dient dazu, eine Flüssigkeitskammer 115 zu bilden, die von der bewegten Aufschlämmung ge­ trennt ist.

Die Trennwand 114 besitzt ein offenes unteres Ende, so daß die bewegte Aufschlämmung hierdurch in die Flüssigkeitskammer 115 eintreten kann.

Wie sich aus der Fig. 2 ergibt, ist eine Prallplatte 116 vorgesehen, wodurch erreicht wird, daß die überstehende Flüssigkeit durch die Bewegung der Aufschlämmung nicht gestört wird.

Die überstehende Flüssigkeit in der Flüssigkeits­ kammer 115 tritt durch den Auslaß 117 und die Pumpe 118 aus. Das Filtrat aus der Leitung 113 gelangt von einem oberen Bereich in einen unteren Bereich im unteren Teil der Flüssigkeitskammer 115, um zu ver­ hindern, daß Gipskristalle aufsteigen. Der Auslaß 110 für die Aufschlämmung ist so angeordnet, daß die Gipskristalle sich absetzen und an der geneigten Platte, die am Ende des Tanks 103 im unteren Bereich der Flüssigkeitskammer vorgesehen ist, sich nieder­ schlagen.

Durch diese Maßnahme wird die Konzentration der Gips­ kristalle in der Aufschlämmung, die durch die Pumpe 119 abgezogen wird, hoch, woraus sich eine Energie­ einsparung für den Flüssigkeitstransport ergibt.

Bei Naßabgasentschwefelungsanlagen wird üblicher­ weise eine große Menge Wasser benötigt. Beispielsweise wird durch die Waschdüsen 121 Waschwasser zugeführt, um eine Ansammlung von Kristallen der Ca-Verbindung im Nebel, der im Abscheider 106 gesammelt wird, zu verhindern, wodurch wiederum der Durchflußquerschnitt für das Gas nicht verringert werden kann oder es wird für die Pumpen der Anlage Dichtungswasser ver­ braucht. Dieses Wasser stört die Konzentration der im Tank 103 befindlichen Aufschlämmung, Veränderun­ gen der Konzentration der Aufschlämmung machen die Steuerung der Abgasentschwefelungsanlage instabil, bringen Ablagerungsprobleme usw. Diese Probleme sind bisher nicht lösbar gewesen. Gerade bei der Naßabgasentschwefelung mit einer Aufschlämmung, die eine Ca-Verbindung enthält, ist die Verhinderung der Bildung von Ablagerungen ein nachhaltiges Problem.

Wie Untersuchungen ergeben haben, sind diese Probleme auf die Veränderungen der Konzentration der Auf­ schlämmung durch zutretendes Wasser, zurückzuführen.

Diese Veränderungen der Konzentration wurden mit dem erfindungsgemäßen Verfahren verhindert. Insbesondere kann die Konzentration der Ca-Verbindung in der Auf­ schlämmung der Naßabgasentschwefelungsanlage genau gesteuert werden, indem zwei Verfahrensweisen gleich­ zeitig und willkürlich ohne eine Verzögerung des An­ sprechens durchgeführt werden und zwar ein Verfahren, bei dem die Entfernung der suspendierten Kristalle der Ca-Verbindung enthaltenen Aufschlämmung aus dem Tank erfolgt und durch ein Verfahren, bei dem die überstehende Flüssigkeit, die eine niedrige Konzentra­ tion von Kristallen der Ca-Verbindung aufweist, abgeführt wird.

Durch die erfindungsgemäße Lösung können die vor­ stehend erwähnten guten Ergebnisse erreicht werden bei gleichzeitiger Vereinfachung der Anlage.

Die Erfindung soll nachfolgend noch an einem Bei­ spiel erläutert werden, wobei die Anlage nach Fig. 2 benutzt worden ist.

Der Tank 103 mit der Gipskristalle enthaltenden Aufschlämmung besitzt eine Abmessung von 1000 mm × 2000 mm mit einer Tiefe für die Flüssigkeit von 2000 mm.

Durch Verwendung einer Zirkulationspumpe 105 werden 50 m³/h Aufschlämmung im oberen Bereich des Absorp­ tionsturms 102 versprüht. Im Turm befinden sich Gitter. 3000 Nm³/h Abgas wurden im Parallelstrom be­ handelt und es erfolgte eine Entschwefelung von 1200 ppm SO₂ am Einlaß auf 60 ppm SO₂ aus Auslaß.

Als Absorbtionsmittel wurde durch die Leitung 108 CaCO₃ Pulver dem Tank 103 zugeführt und zwar in einer Menge entsprechend dem zu absorbierenden SO₂.

Im Inneren des Tanks 103 war eine ringförmige Trenn­ platte 114 angeordnet mit einem Innendurchmesser von 400 mm und einer Höhe 2500 mm. Am unteren Ende war sie offen. Die überstehende Flüssigkeit wurde aus der Flüssigkeitskammer 115 abgezogen. In geringen Mengen enthielt die überstehende Flüssigkeit in der Leitung 117 Feststoffe. Wenn jedoch die Durchfluß­ rate der überstehenden Flüssigkeit und die Durch­ flußrate der Aufschlämmung am Auslaß 110 mit einem Mikrocomputer eingestellt bzw. gesteuert werden, dann kann die Konzentration der Ca-Verbindung in der im Tank befindlichen Aufschlämmung im gewünschten Konzentrationsbereich von 1 bis 35 Gew.-% gehalten werden.

Bei diesem Versuch hatten die Feststoffe, die nach dem Separator 111 austraten, eine Zusammensetzung von 97 Gew.-% CaSO₄ · 2 H₂O, 0,5 Gew.-% CaCO₃ und 2,5 Gew.-% andere Bestandteile, bestanden also im wesentlichen aus Gips, während Calciumsulfat nicht gefunden wurde.

Während der Durchführung wurde keine Luft durch die Düse 109 dem Tank zugeführt.

Wenn der Gas-Flüssigkeits-Kontakt im Parallelstrom in einem Gitterturm durchgeführt wird, wird das SO₂, das im oberen Bereich des Absorptionsturmes durch den im Abgas enthaltenen Sauerstoff, der durch die Gitter nach unten tritt, oxidiert.

Es war also keine Oxidation mit Luft im Tank 103 notwendig.

Während des Testes konnte die Konzentration der Aufschlämmung in dem gewünschten Bereich gehalten werden, obwohl Wasser aus den Düsen 121 und aus den Pumpen hinzutrat.

Eine Oxidationssäule, Eindicker, Filtrattanks, Tanks für die überstehende Flüssigkeit und Pumpen, Ventile sowie Meßinstrumente für diese Einrichtungen, wie sie bei herkömmlichen Anlagen notwendig sind, entfallen, so daß die erfindungsgemäße Anlage und die Handha­ bung wesentlich vereinfacht ist.

Claims (3)

1. Verfahren zur Steuerung der Konzentration der Aufschlämmung in einem Absorptionsturm, in dem ein SO₂-haltiges Abgas mit einer eine Ca-Verbindung enthaltenden Aufschlämmung in Kontakt gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine Flüssigkeitskammer (115) im Aufschlämmtank (103) im unteren Teil des Absorptionsturms (102) so gebildet wird, daß sie mit der Aufschlämmung in Verbindung steht, daß die Aufschlämmung in dieser Flüssigkeitskammer in wenigstens zwei Aufschlämmungen unterschiedlicher Konzentrationen getrennt wird, wobei eine Aufschlämmung höherer und eine Aufschlämmung niedrigerer Konzentration abgezogen werden und die Abzugsraten eingestellt werden und durch eine im Aufschlämmungstank (103) befindliche Einrichtung (104) die Aufschlämmung bewegt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitskammer (115) durch eine in dem Aufschlämmtank (103) angeordnete Trennwand (114) gebildet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufschlämmung vom unteren Teil der Flüssigkeitskammer (115) abgezogen wird und nach Abtrennung von Gips das Filtrat in den oberen Bereich des unteren Teils der Flüssigkeitskammer (115) zurückgeführt wird.