DE3723381A1 - Process for removing dust and fly ash as well as sulphur oxides and nitrogen oxides from flue gases - Google Patents

Abstract

To remove dust and fly ash as well as sulphur oxides and nitrogen oxides from flue gases, the flue gases are conditioned and passed through a plurality of moving beds of granular carbon-containing sorbents. For improved utilisation of the sorbents, dust and fly ash are removed from the flue gases by a first moving bed, the first moving bed being composed of sorbents which have been taken off from a second moving bed. Sulphur oxides are only removed from the flue gases freed from dust and fly ash by a second moving bed. The second moving bed is formed from sorbents which have been taken off from a third moving bed. By means of the third moving bed, nitrogen oxides and further sulphur oxides are removed from the flue gases which are substantially freed from sulphur oxides and to which has been added a mixture of gaseous ammonia, pure gas and air. The process according to the invention, as a result of the conditioning of the flue gases, leads to an increase in the service life of the sorbents by 100% or more, an increase in the loading of the sorbents by 90% or more and to a diminution of the plant required for carrying out the process. By the use of preloaded sorbents for dedusting, this can also be carried out particularly economically, especially since multiple use of the sorbents results in a significant reduction in operating costs.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entfernen von Staub und Flugasche sowie Schwefeloxiden und Stickstoffoxiden aus Rauchgasen unter Zugabe von gasförmigem Ammoniak. Dabei werden die Rauchgase bei Temperaturen zwischen 60 und 560°C quer durch mehrere Wanderschichten aus körnigen kohlenstoffhaltigen Adsorptionsmitteln geleitet. In einer Wanderschicht wird ein Teil der Schwefeloxide adsorptiv und in einer folgenden Wanderschicht werden die Stickstoffoxide katalytisch zu Stickstoff reduziert und weitere Schwefeloxide abgeschieden.The invention relates to a method for removing dust and fly ash as well as sulfur oxides and nitrogen oxides Flue gases with the addition of gaseous ammonia. In doing so the flue gases at temperatures between 60 and 560 ° C across through several layers of granular carbonaceous Adsorbents directed. In a shift layer, a Part of the sulfur oxides adsorptive and in a following The nitrogen oxides migrate catalytically Reduced nitrogen and separated further sulfur oxides.

Ein derartiges Verfahren ist allgemein bekannt und beispielsweise in VDI-Berichte Nr. 391, 1980, Seite 303 ff. unter dem Titel "Simultane Entfernung von SO₂ und NO_x unter den Bedingungen der Rauchgasreinigung von Kraftwerken" von Dr.-Ing. E. Richter, Dr.-Ing. K. Knoblauch und Prof. Dr.rer.nat. H. Juntgen beschrieben.Such a method is generally known and, for example, in VDI Report No. 391, 1980, page 303 ff. Under the title "Simultaneous Removal of SO ₂ and NO _x Under the Conditions of Flue Gas Cleaning of Power Plants" by Dr.-Ing. E. Richter, Dr.-Ing. K. Knoblauch and Prof. Dr.rer.nat. H. Juntgen.

Vor der eigentlichen Entschwefelung und Entstickung von Rauchgasen mittels eines Sorptionsmediums, in einem Oberflächenfilter, Tiefenfilter, Adsorptionsfilter, Absorptionsfilter oder Katalysator, ist es in allen Fällen erforderlich, die Rauchgase von Staub und Flugasche zu befreien. Dazu wurden bisher Zyklone, Elektrofilter oder Schlauchfilter eingesetzt. Mit bei Altanlagen noch im Einsatz befindlichen Zyklonen können die Emissionsgrenzwerte nur schwer oder nicht eingehalten werden. Die dabei anfallenden Reststaubkonzentrationen sind zu hoch für nachgeschaltete Rauchgasreinigungsanlagen, da sie entweder das Wertprodukt REA-Cips stark beeinträchtigen oder Schüttgutfilter und Katalysatoren verstopfen bzw. durch Abrasion schädigen. Nur durch sehr teuere und technisch aufwendige Elektrofilter können diese Nachteile vermieden werden. Mit Schlauchfiltern können zwar auch die erforderlichen Grenzwerte eingehalten und auch unterschritten werden, wobei Schlauchfilter jedoch den Nachteil haben, daß sie ein bedeutendes Investitionsvolumen erfordern. Des weiteren werden höhere Betriebskosten durch teuere Filtermedien und durch die Höhe des zu überwindenden Druckverlustes verursacht.Before the actual desulfurization and denitrification of Flue gases using a sorption medium, in one Surface filters, depth filters, adsorption filters, Absorption filter or catalyst, it is in all cases required to remove the flue gases from dust and fly ash to free. So far, cyclones, electrostatic filters or Bag filter used. Still in use with old systems  Cyclones located in the area can only meet the emission limit values with difficulty or not complied with. The resulting Residual dust concentrations are too high for downstream Flue gas cleaning systems as they are either the product of value Heavily affect REA-Cips or bulk filters and Clogging catalysts or damaging them through abrasion. Just through very expensive and technically complex electrostatic precipitators these disadvantages are avoided. With bag filters can the required limit values were also observed and also are below, but bag filters have the disadvantage have that they require a significant investment. Furthermore, higher operating costs are caused by expensive Filter media and by the amount to be overcome Pressure loss caused.

Auch wenn die bekannten Filtersysteme eine hohe Betriebssicherheit aufweisen, ergeben sich bei extremen Betriebssituationen Probleme. So wird zum Beispiel beim Rußblasen unter Einsatz von Zyklonen oder Spannungsdurchschlägen bei E-Filtern oder Beschädigungen an Filterschläuchen für kurze Betriebszeiten und bei allen Systemen einheitlich ab einer bestimmten Grenzkorngröße kontinuierlich Staub nicht bzw. nur unzureichend abgeschieden. Hierdurch ergeben sich in nachgeschalteten Anlagen, insbesondere in Schüttgutfiltern ein Anstieg der Druckverluste, eine vorzeitige Belegung aktiver Oberflächen und schließlich sogar einer Verstopfungsgefahr. Die Schüttgutfilter haben hierdurch geringere Standzeiten und folglich auch eine geringere Beladung des Adsorptionsmittels.Even if the known filter systems have a high Operational reliability result in extreme Operating situations problems. For example, the Sootblowing using cyclones or Breakdowns in the case of e-filters or damage Filter bags for short operating times and for all Systems uniformly from a certain grain size limit continuous dust not or only insufficiently separated. This results in downstream systems an increase in pressure losses, particularly in bulk material filters, a premature occupancy of active surfaces and finally even a risk of constipation. The bulk material filters have this means shorter downtimes and consequently one lower loading of the adsorbent.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zu einem Verfahren zu gelangen, mit dem es möglich ist, die Beladung des Sorptionsmittels zu steigern und dennoch die Investitionen und Betriebskosten für eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens zu senken.The invention has for its object to a method with which it is possible to load the Increase sorbent and yet the investment and Operating costs for a plant to carry out the method to lower.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird von einem Verfahren ausgegangen, das im Oberbegriff des Anspruchs 1 beschrieben ist und erfindungsgemäß vorgeschlagen, nach den im kennzeichnenden Teil desselben angegebenen Merkmalen zu verfahren.To solve this task, a process is assumed that is described in the preamble of claim 1 and proposed according to the invention, according to the in the characterizing part to proceed with the same specified characteristics.

Wird erfindungsgemäß zunächst aus den Rauchgasen mittels einer ersten Wanderschicht Staub und Flugasche entfernt, was beispielsweise durch ein Festfilterbett von 4 cm bis 25 cm Tiefe erfolgen kann, wird dadurch eine kontinuierliche Oberflächen- und Tiefenfiltration des Feststoffanteiles herbeigeführt.According to the invention, first of all from the flue gases by means of a first walking layer of dust and fly ash removed what for example with a fixed filter bed from 4 cm to 25 cm Depth can be made continuous Surface and depth filtration of the solids content brought about.

Dadurch, daß der ersten Wanderschicht Adsorptionsmittel aufgegeben werden, die aus einer zweiten Wanderschicht abgezogen wurden, erreicht man mit bereits beladenem Sorptionsmittel eine zusätzliche Expositionszeit gegenüber den gasförmigen Schadstoffen und damit eine höhere Beladung. Die bessere Ausnutzung des Sorptionsmittels wird also dadurch erreicht, daß es zusätzlich als Entstaubungsfiltermedium verwendet wird und dabei eine höhere Adsorptionsbeladung erfährt. The fact that the first migration layer adsorbent be given up from a second hiking layer have been subtracted, you can reach with already loaded Sorbent an additional exposure time to the gaseous pollutants and thus a higher load. The This means better utilization of the sorbent achieved that it is also used as a dedusting filter medium is used and a higher adsorption load experiences.  

Nach einem weiteren Verfahrensschritt werden sodann die von Staub und Flugasche befreiten Rauchgase mittels der zweiten Wanderschicht vom wesentlichsten Teil der Schwefeloxide befreit. Die Adsorptionsbeladung läßt sich dabei gezielt verstärken, wenn in an sich bekannter Weise eine Konditionierung der Rauchgase derart erfolgt, daßAfter a further process step, the Dust and fly ash freed smoke gases using the second Migration layer of the most essential part of the sulfur oxides exempted. The adsorption load can be targeted reinforce if in a manner known per se The flue gases are conditioned in such a way that

• - der Schwefelsäuretaupunkt bereits möglichst bei der Entfernung von Staub und Flugasche unterschritten wird und/oder- The sulfuric acid dew point if possible at the Removal of dust and fly ash is undershot and or
• - ein oder zwei Reaktionspartner im Überschuß vorhanden sind, was das chemische Gleichgewicht und die Reaktionskinetik, z. B. der Reaktion 2 SO₂ + O₂ + 2 H₂O → 2 H₂SO₄auf die Produktseite hin verschiebt bzw. beschleunigt und/oder- One or two reactants in excess are what the chemical balance and the Reaction kinetics, e.g. B. the reaction 2 SO₂ + O₂ + 2 H₂O → 2 H₂SO₄ shifted or accelerated to the product side and or
• - dem Adsorptionsvorgang ein Absorptionsvorgang von Schadstoff in einer adsorbierten Fluidschicht auf der Oberfläche des Sorbenskornes überlagert wird, wodurch auch die Diffusion und somit das Freiwerden von Sorptionsplätzen beschleunigt wird und/oder- The adsorption process an absorption process of Pollutant in an adsorbed fluid layer on the Surface of the sorbent grain is superimposed, whereby also the diffusion and thus the release of Sorption places is accelerated and / or
• - die Temperatur zur Verbesserung der Adsorption gesenkt wird.- Reduced the temperature to improve the adsorption becomes.

Werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren diese Bedingungen eingehalten, ist es möglich, die Massenübergangszone der Schadstoffe drastisch zu verringern und gleichzeitig kostengünstigere Sorbensmittel geringerer spezifischer Oberfläche oder kleinere Entschwefelungsfilter einzusetzen, um die gleiche bzw. eine bessere Sorbensausnutzung zu erzielen.Are these conditions in the method according to the invention adhered to, it is possible to enter the mass transition zone of the Reduce pollutants drastically and at the same time cheaper sorbents lower specific Surface or smaller desulfurization filter to use to achieve the same or better sorbent utilization.

Die von Wanderschicht zu Wanderschicht abgezogenen bzw. erneut wieder aufgegebenen Sorbensmittel können körnige Aktivkohle, Aktivkoks und insbesondere auch basische, aktive kohlenstoffhaltige Sorbensmittel, wie Braunkohlenkoks, sein.Subtracted from hiking layer to hiking layer or again reapplied sorbents can be granular activated carbon, Activated coke and in particular also basic, active carbonaceous sorbents, such as lignite coke.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die optimale Nutzung von Sorbensmitteln in Kombination mit einer Aerosol-Abscheidung, Entschwefelung und Entstickung. Zur Erzielung optimaler Betriebsbedingungen kann die Konditionierung der Rauchgase mit Heißdampf, mit Sprühnebel oder mit Kombinationen von Heißdampf und Sprühnebel und/oder auch mit Kaltluft erfolgen.The method according to the invention enables optimal use of sorbents in combination with a Aerosol separation, desulfurization and denitrification. To Achieving optimal operating conditions can Conditioning the flue gases with superheated steam, with spray mist or with combinations of superheated steam and spray and / or also with cold air.

Aus der ersten Wanderschicht kann das mit Staub und Flugasche beladene Sorbensmittel über eine Differenzdruckregelung kontinuierlich oder diskontinuierlich ausgetragen und von Staub und Flugasche befreit werden, um sodann mindestens teilweise der ersten Wanderschicht wieder aufgegeben zu werden.From the first layer of hiking, this can be done with dust and fly ash loaded sorbent via a differential pressure control discharged continuously or discontinuously and dust and fly ash are freed, then at least partially to be given up on the first shift.

Um die Rauchgase von Staub und Flugasche hinreichend zu befreien, reicht es aus, wenn nach einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens die Stärke der ersten Wanderschicht wesentlich kleiner gehalten wird als die Stärke jeder der nachfolgenden Wanderschichten.To adequately reduce the smoke of dust and fly ash exempt, it is sufficient if, according to an embodiment of the inventive method the strength of the first  Hiking layer is kept much smaller than the starch each of the subsequent walking layers.

Durch Versuche konnte nachgewiesen werden, daß beispielsweise eine Stärke der ersten Wanderschicht von ca. 8 cm in der Lage ist, eine kontinuierliche Oberflächen- und Tiefenfiltration des in den Rauchgasen enthaltenden Feststoffanteiles zu übernehmen.Experiments have shown that, for example a thickness of the first hiking layer of approx. 8 cm is a continuous surface and depth filtration of the in the flue gases containing solid content.

Claims (4)

1. Verfahren zum Entfernen von Staub und Flugasche sowie Schwefeloxiden und Stickstoffoxiden aus Rauchgasen unter Zugabe von gasförmigem Ammoniak, wobei die Rauchgase bei Temperaturen zwischen 60 und 560°C quer durch mehrere Wanderschichten aus körnigen kohlenstoffhaltigen Adsorptionsmitteln geleitet werden und in einer Wanderschicht ein Teil der Schwefeloxide adsorptiv entfernt wird, worauf in einer folgenden Wanderschicht die Stickstoffoxide katalytisch zu Stickstoff reduziert und weitere Schwefeloxide abgeschieden werden, dadurch gekennzeichnet, daß

• - aus den Rauchgasen mittels einer ersten Wanderschicht Staub und Flugasche entfernt werden,
• - der ersten Wanderschicht Adsorptionsmittel aufgegeben werden, die aus einer zweiten Wanderschicht abgezogen werden,
• - aus den von Staub und Flugasche befreiten Rauchgasen mittels der zweiten Wanderschicht Schwefeloxide entfernt werden,
• - der zweiten Wanderschicht Adsorptionsmittel aufgegeben werden, die aus einer dritten Wanderschicht abgezogen werden,
• - aus den weitgehend von Schwefeloxiden befreiten und mit einem Gemisch aus gasförmigem Ammoniak und Reingas versetzten Rauchgasen mittels der dritten Wanderschicht Stickstoffoxide und weitere Schwefeloxide entfernt werden.

1. A process for removing dust and fly ash as well as sulfur oxides and nitrogen oxides from flue gases with the addition of gaseous ammonia, the flue gases being passed at temperatures between 60 and 560 ° C across several layers of granular carbonaceous adsorbent and part of the sulfur oxides in a traveling layer is removed by adsorption, whereupon the nitrogen oxides are catalytically reduced to nitrogen in a subsequent shift layer and further sulfur oxides are separated, characterized in that

• - dust and fly ash are removed from the flue gases by means of a first walking layer,
• adsorbents which are drawn off from a second migration layer are added to the first migration layer,
• - Sulfur oxides are removed from the flue gases freed from dust and fly ash by means of the second traveling layer,
• adsorbents are added to the second hiking layer, which are drawn off from a third hiking layer,
• - Nitrogen oxides and further sulfur oxides are removed from the flue gases largely freed from sulfur oxides and mixed with a mixture of gaseous ammonia and pure gas by means of the third traveling layer.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den Rauchgasen Wasser oder Luft oder Sauerstoff oder ein daraus gebildetes Gemisch vor dem Eintritt in die erste Wanderschicht und/oder vor dem Eintritt in eine der nachfolgenden Wanderschichten zugegeben wird und die Rauchgastemperatur über den Schwefelsäuretaupunkt eingestellt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the Flue gases water or air or oxygen or one of them formed mixture before entering the first Hiking shift and / or before entering one of the subsequent hiking layers is added and the Flue gas temperature above the sulfuric acid dew point is set. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die aus der ersten Wanderschicht abgezogenen Adsorptionsmittel von Staub und Flugasche befreit werden und mindestens teilweise der ersten Wanderschicht wieder aufgegeben werden.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the deducted from the first hiking layer Adsorbents are freed from dust and fly ash and at least partially the first hiking layer again be abandoned. 4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke der ersten Wanderschicht wesentlich kleiner gehalten wird als die Stärke jeder der nachfolgenden Wanderschichten.4. The method according to at least one of claims 1 to 3, characterized in that the strength of the first Hiking layer is kept much smaller than that Strength of each of the following hiking layers.