DE69618498T2

DE69618498T2 - Verfahren zur Entschwefelung von Schwefeldioxid enthaltenden Abgasen

Info

Publication number: DE69618498T2
Application number: DE69618498T
Authority: DE
Inventors: Kazushige Kawamura; Haruo Nishino; Yoshio Ogawa
Original assignee: Chiyoda Corp; Chiyoda Chemical Engineering and Construction Co Ltd
Current assignee: Chiyoda Corp; Chiyoda Chemical Engineering and Construction Co Ltd
Priority date: 1995-05-30
Filing date: 1996-05-29
Publication date: 2002-10-02
Anticipated expiration: 2016-05-30
Also published as: KR960040434A; RU2103052C1; TW307693B; HUP9601463A3; TR199600449A2; EP0745420B1; JP3734291B2; HU9601463D0; ES2170203T3; EP0745420A1; US5837213A; CN1142409A; JPH08323130A; AU5453496A; CA2177309C; BG100611A; CN1087966C; MY138133A; HUP9601463A2; PL314519A1

Description

Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entschwefelung von Schwefeldioxid enthaltenden Abgasen durch Kontakt mit einer Absorptionsflüssigkeit.
Ein Entschwefelung-Verfahren ist bekannt, in dem Gas schwefliger Säure (Schwefeldioxid) enthaltende Abgase in einen Pool einer Absorptionsflüssigkeit, die in einem Reaktionsgefäß enthalten ist, durch eine Mehrzahl von Gasdispergierleitungen (Einblasrohre), welche sich jeweils vertikal nach unten von einem Zwischenblech in die Absorptionsflüssigkeit erstrecken und eine periphere Seitenwand aufweisen, die mit, einer Vielzahl von Gaseinblaslöchern an einem niedrigeren Teil davon bereitgestellt werden, eingeblasen werden, so daß die Abgase durch Kontakt mit der Absorptionsflüssigkeit entschwefelt werden und wobei das so erhaltene entschwefelte Gas zu einem oberen Raum geleitet wird, der zwischen dem Zwischenblech und dem Flüssigkeitsstand der Absorptionsflüssigkeit festgelegt ist, und aus dem Reaktionsgefäß ausgetragen wird (JP-B-3-70532 und JP-A-3-72913 und EP-A-0396375).
Das bekannte Verfahren hat jedoch die Probleme, daß relativ hohe Kosten zum Betrieb des Verfahrens und zum Aufbau der Vorrichtung dafür erforderlich sind und daß das Verfahren nicht in der Lage ist, auf stabile Art und Weise über einen langen Zeitraum durchgeführt zu werden.
Es ist deshalb die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahrfahren bereitzustellen, welches Schwefeldioxid enthaltende Abgase bei geringen Betriebskosten auf eine stabile Art und Weise entschwefeln kann.
Um die verhergehende Aufgabe zu erfüllen, wird ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Entschwefelung von Schwefeldioxid enthaltenden Abgasen bereitgestellt, wobei die Abgase in einen Pool einer gerührten Absorptionsflüssigkeit, die in einem Reaktionsgefäß enthalten ist und einen Flüssigkeitsstand hat, durch eine Mehrzahl von Gasdispergierleitungen, die sich jeweils vertikal nach unten von einem Zwischenblech in die Absorptionsflüssigkeit erstrecken und die jeweils eine periphere Seitenwand aufweisen, die mit einer Vielzahl von Gaseinblaslöchern an einem niedrigeren Teil davon bereitgestellt werden, eingeblasen werden, so daß die Abgase durch Kontakt mit der Absorptionsflüssigkeit entschwefelt werden und das so erhaltene entschwefelte Gas zu einem oberen Raum geleitet wird, der zwischen dem Zwischenblech und dem Flüssigkeitsstand der Absorptionsflüssigkeit festgelegt ist, dadurch gekennzeichnet,
daß die Gaseinblaslöcher jede der Gasdispergierleitungen im wesentlichen horizontal ausgerichtet sind;
daß jeweils zwei benachbarte Gaseinblaslöcher jede der Gasdispergierleitungen so voneinander mit einem Zwischenraum getrennt angeordnet sind, daß, wenn jedes der beiden Gaseinblaslöcher als ein Kreis mit derselben Fläche wie deren Fläche angesehen wird, der Abstand P in Metern zwischen den Schwerpunkten der beiden benachbarten Gaseinblaslöcher die folgende Bedingung erfüllt:
1,15 ≤ P/D ≤ 6
wobei D der Durchmesser in Metern eines der beiden Kreise, welcher kleiner ist als der andere, ist;
daß die maximale Geschwindigkeit Vmax in Metern/Sekunde der durch jedes der Gaseinblaslöcher strömenden Abgase, so reguliert wird, daß die folgenden Bedingungen erfüllt sind:
4,5S ≤ Y ≤ 24S
0,05 m ≤ Y ≤ 1,0 m
0,005 m ≤ S ≤ 0,06 m
wobei Y den Druck in Metern der Säulenhöhe der Absorptionsflüssigkeit der Abgase darstellt, der zum Durchführen der Entschwefelung erforderlich ist, und S einen Wert in Metern darstellt, der durch Dividieren des dynamischen Drucks der Abgase, die durch das Gaseinblasloch mit der maximalen Geschwindigkeit Vmax eingeblasen werden, durch die Dichte der Absorptionsflüssigkeit, erhalten wird;
daß die Gasdispergierleitungen so angeordnet sind, daß der Mindestabstand LI in Metern zwischen zwei benachbarten Dispergierleitungen die folgende Bedingung erfüllt.
1,5 ≤ LI/S ≤ 10,0
wobei S die vorstehend angegebene Bedeutung hat; und
daß die Gaseinblaslöcher jede der Gasdispergierleitungen so gelegen sind, daß der mittlere Abstand LII in Metern zwischen dem Flüssigkeitsstand der Absorptionsflüssigkeit in dem Zustand, in welchem keine Gase dort hineingeblasen werden, und dem Mittelpunkt jedes der Gaseinblaslöcher die folgende Bedingung erfüllt:
2 ≤ LII/S ≤ 20
wobei S die vorstehend angegebene Bedeutung hat.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nun mit Bezug auf die dazugehörigen Zeichnungen beschrieben, wobei gilt:
Fig. 1 ist eine Vorderquerschnittsansicht, die schematisch eine Ausführungsform einer Entschwefelungsvorrichtung zeigt, die zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist;
Fig. 2 ist eine Abwicklungsvorderansicht, die schematisch eine Ausführungsform der Gaseinblaslöcher-Anordnung eines Einblasrohres zeigt;
Fig. 3 ist eine Fig. 2 ähnliche Ansicht, die eine andere Ausführungsform der Gaseinblaslöcher-Anordnung eines Einblasrohres zeigt;
Fig. 4 ist eine Fig. 1 ähnliche Vorderquerschnittsansicht, die schematisch eine andere Ausführungsform einer Entschwefelungsvorrichtung zeigt, die zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist; und
Fig. 5 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen dem zur Entschwefelung erforderlichen Druck der Abgase und dem S-Wert zeigt.
Mit Bezug zuerst auf Fig. 1 wird eine Entschwefelungsvorrichtung allgemein mit 1 bezeichnet, die zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet, ist. Die Vorrichtung 1 weist ein Gehäusebauteil 2 auf, in welchem ein erstes und zweites Zwischenblechbauteil 3 und 14 zum Trennen des Innenraumes davon in eine erste, unterste Kammer 4, eine zweite Zwischenkammer 5 und eine dritte, oberste Kammer 15 angeordnet sind. Jedes der Zwischenblechbauteile 3 und 14 kann ein horizontales Blech oder ein Blech sein, das sich allmählich oder stufenweise neigt. Ein sich neigendes Blech wird allgemein als Zwischenblechbauteil 14 verwendet.
Die erste Kammer 4 enthält einen Pool einer Absorptionsflüssigkeit L, so daß ein oberer Raum B über bem Flüssigkeitsstand LS der Absorptionsflüssigkeit L festgelegt ist.
Eine Gaseinlaßöffnung 6 wird in der zweiten Kammer 5 zum Einbringen der zu behandelnden Abgase in die zweite Kammer 5 bereitgestellt. Eine Mehrzahl von Gasdispergierleitungen (Einblasrohre) 7 sind am Zwischenblech 3 und sich vertikal nach unten in die erste Kammer 4 erstreckend befestigt, so daß die Abgase, die in die zweite Kammer 5 eingebracht werden, · durch die Einblasrohre 7 in die Absorptionsflüssigkeit L eingeblasen werden. Jedes der Einblasrohre 7 weist eine pheriphere Seitenwand auf, die mit einer Mehrzahl von horizontal ausgerichteten Gaseinblaslöchern 8 an einem niedrigeren Teil davon bereitgestellt werden.
Mit W wird ein Flüssigkeitsstand der Absorptionsflüssigkeit L in dem Zustand bezeichnet, in welchem den Einblasrohren 7 keine Gase zugeführt werden. Die Gaseinblaslöcher 8 befinden sich unterhalb des Flüssigkeitsstands W. Folglich werden die den Einblasrohren 7 zugeführten Abgase durch die Gaseinblaslöcher 8 in die Absorptionsflüssigkeit L eingeblasen, so daß eine Schicht A einer Gas- Flüssigkeits-Mischphase auf der Oberfläche der Absorptionsflüssigkeit gebildet wird. Die Schwefeldioxid enthaltenden Abgase werden in der Absorptionsflüssigkeit L in dieser Schicht A der Gas-Flüssigkeits-Mischphase absorbiert. Die durch Kontakt mit der Absorptionsflüssigkeit L entschwefelten Abgase, strömen dann in den oberen Raum B über dem Flüssigkeitsstand LS. Die Absorptionsflüssigkeit L kann eine wäßrige Gipsaufschlämmung, die ein Absorptionsmittel, wie eine Calciumverbindung, z. B. Kalkstein oder gelöschter Kalk, sein.
Ein oder mehrere Steigrohre 16 werden zur Verbindung der ersten und dritten Kammer 4 und 15 bereitgestellt. Die dritte Kammer 15 weist eine Gasaustragöffnung 9 an einem oberen Teil davon auf. Folglich strömt das entschwefelte Gas im oberen Raum B nach oben sowie in die horizontale Richtung. Während des Strömens des entschwefelten Gases im oberen Raum B wird ein größerer Teil des Nebels und der darin enthaltenen festen Teilchen durch die Schwerkraft und durch Kollision mit den Einblasrohren 7 daraus abgetrennt. Das entschwefelte Gas, aus welchem solche Flüssigkeit und festen Teilchen getrennt worden sind, wird durch die Steigrohre 16 in eine dritte Kammer 15 geleitet. Der Gasstrom nach oben wird folglich in einen horizontalen Gasstrom umgewandelt und wird aus der dritten Kammer 15 durch die Auslaßöffnung 9 ausgetragen.
Während des Durchtritts des entschwefelten Gases durch die dritte Kammer 15 werden die mitgerissene Flüssigkeit und mitgerissenen festen Teilchen getrennt und auf dem Zwischenblech 14 gesammelt. Eine Waschflüssigkeit, wie eine Gips enthaltende wäßrige Aufschlämmung, die Absorptionsflüssigkeit, aus welcher der Gips abgetrennt wird, Wasser oder Meerwasser wird der dritten Kammer 15 aus einer Leitung 17 zugeführt, um die Ablagerungen auf dem Zwischenblech 14 zu entfernen, und wird durch die Austragleitung 18 ausgetragen.
Vorzugsweise beträgt vom Standpunkt der Wirtschaftlichkeit und Effizienz der Trennung des Nebels und der festen Teilchen die mittlere Steiggeschwindigkeit des entschwefelten Gases im oberen Raum B 0,5-5 m/s, stärker bevorzugt 0,7-4 m/s. Die mittlere Steiggeschwindigkeit beruht hierauf der horizontalen Querschnittsfläche des oberen Raums B, ausschließlich der Querschnittsflächen der Einblasrohre 7 und dergleichen Strukturen, welche keine Durchtritte für das entschwefelte Gas bereitstellen. Die mittlere horizontale Geschwindigkeit des entschwefelten Gases im oberen Raum B beträgt aus Gründen der Bildung der stabilen Schicht A der Gas- Flüssigkeits-Mischphase vorzugsweise 8 m/s oder weniger, stärker bevorzugt 6 m/s oder weniger. Die mittlere horizontale Geschwindigkeit beruht auf der vertikalen Querschnittsfläche des oberen Raums B an einer Stelle neben dem Steigrohr 16.
Die Geschwindigkeit des durch die Steigrohre 16 nach oben strömenden entschwefelten Gases beträgt aus Gründen wirksamer Trennung des Nebels und der festen Teilchen und der Wirtschaftlichkeit vorzugweise 6-20 m/s, stärker bevorzugt 8-15 m/s.
Das in die dritte Kammer 15 eingebrachte entschwefelte Gas trifft auf deren obere Wand und wird horizontal geleitet. Folglich werden die mitgerissene Flüssigkeit und mitgerissenen festen Teilchen in der dritten Kammer 15 durch Aufprall und durch die Schwerkraft getrennt. Die mittlere horizontale Geschwindigkeit des entschwefelten Gases in der dritten Kammer beträgt aus Gründen wirksamer Trennung dieser Teilchen vorzugsweise 10 m/s oder weniger, stärker bevorzugt 8 m/s oder weniger. Die mittlere horizontale Geschwindigkeit beruht auf der vertikalen Querschnittsfläche der dritten Kammer an einer Stelle, die horizontal mit einem Zwischenraum von 2 m getrennt von der Auslaßöffnung 9 angeordnet ist.
Jedes der Einblasrohre 7 kann jede gewünschte Querschnittsform, wie eine kreisförmige Form, eine polygonale (dreieckige, quadratische oder hexagonale) Form oder eine rechteckige (Trog-)Form aufweisen. Die an der peripheren Seitenwand jedes Einblasrohres 7 erzeugten Gaseinblaslöcher 8 können jede gewünschte Form, wie eine kreisförmige, dreieckige, rechteckige, hexagonale, schlitz- oder sternenförmige Form aufweisen. Wenn gewünscht, können die Einblaslöcher 8 in zwei oder mehr Gruppierungen angeordnet sein, wie in Fig. 3 gezeigt. Es ist bevorzugt, daß der equivalente Innendurchmesser DP der Einblasrohre 7 die folgende Bedingung erfüllt:
2DH ≤ DP ≤ 12DH, stärker bevorzugt 3DM ≤ DP ≤ 10DH,
wobei DH den equivalenten Durchmesser des Gaseinblaslochs 8 darstellt. Allgemein beträgt der equivalente Innendurchmesser DP 25-300 mm, vorzugsweise 50-300 mm. Der equivalente Durchmesser DH des Einblaslochs 8 beträgt allgemein 3-100 mm, vorzugsweise 5-50 mm.
Die equivalenten Durchmesser DP und DH sind wie nachfolgend definiert:
DP = 4SP/LP
wobei SP die horizontale Querschnittsfläche der Innenseite des Einblasrohres 7 an einer Stelle darstellt, an welcher die Gaseinblaslöcher 8 bereitgestellt werden, und LP stellt die periphere Innenlänge des Gaseinblasrohres 7 an derselben Stelle wie vorstehend dar, und
DH = 4SH/LH
wobei SH die Fläche des Gaseinblaslochs 8 darstellt und LH die periphere Innenlänge des Gaseinblaslochs 8 darstellt.
Das untere offene Ende jedes der Einblasrohre 7 kann jede gewünschte Form aufweisen und kann zum Beispiel horizontal, schräg, gerillt oder gewellt sein.
Der mittlere axiale Abstand Lax zwischen dem Mittelpunkt (Geometrieschwerpunkt) des Gaseinblaslochs und dem unteren Ende des Einblasrohres 7 ist vorzugsweise so eingestellt, daß fast keine Abgase durch das untere offene Ende des Einblasrohres geleitet wird, oder daß mit anderen Worten der Flüssigkeitsstand der Absorptionsflüssigkeit L immer im Einblasrohr 7 vorhanden ist. Dies kann durch Einstellen des Abstands Lax auf 3S bis 8S, vorzugsweise 4S bis 7S erreicht werden, wobei S einen Wert darstellt, der durch Dividieren des dynamischen Drucks der Abgase, die durch das Gaseinblasloch mit der maximalen Geschwindigkeit Vmax eingeblasen werden, durch die Dichte der Absorptionsflüssigkeit L, erhalten wird.
Ein bevorzugtes Einblasrohr 7 ist ein Kunststoffzylinder mit einem Innendurchmesser von 25-300 mm und bereitgestellt mit einer Mehrzahl von mit gleichem Zwischenraum voneinander getrennt angeordneten runden Löchern mit einem Durchmesser von 5-100 mm.
Das Steigrohr 16 kann jede gewünschte Querschnittsform, wie eine kreisförmige, quadratische oder rechteckige Form, aufweisen.
Es ist wichtig, daß jeweils zwei benachbarte Gaseinblaslöcher 8 jede der Gasdispergierleitungen 7 mit einem Zwischenraum mit solch einem Abstand voneinander getrennt angeordnet sein sollten, daß, wenn jedes der beiden Gaseinblaslöcher 8 als ein Kreis mit derselben Fläche wie die Fäche des Lochs 8 angesehen wird, der Abstand P, wie vorstehend definiert, die folgende Bedingung erfüllt:
1,15 ≤ P/D ≤ 6 vorzugsweise 1,2 ≤ P/D ≤ 5,
wobei D die vorstehend angegebene Bedeutung hat.
Die Fig. 2 und 3 stellen Beispiele der Gaseinblaslöcher-Anordnung dar.
Wenn das P/D-Verhältnis kleiner als 1,15 ist, ist die Entschwefelungsrate beträchtlich niedriger, weil die Abgasströmungen, die durch getrennte Einblaslöcher eingeblasen werden, leicht vereinigt werden. Die Strahlströmungen aus benachbarten Einblaslöchern stören sich nämlich gegenseitig, so daß die Schicht A der Gas-Flüssigkeits-Mischphase (Schicht der Schaumphase) unstabil wird. Ein P/D- Verhältnis von unter 1,15 ist auch nachteilig bei der Herstellung und Wartung des Einblasrohres 7. Auf der anderen Seite bewirkt ein zu großes P/D-Verhältnis über 6 eine Verringerung der Volumeneffizienz, so daß es ungünstigerweise erforderlich ist, eine großformatige Vorrichtung zu verwenden.
Er ist auch wichtig, daß die maximale Geschwindigkeit Vmax in Metern/Sekunde der durch jedes der Gaseinblaslöcher 8 strömenden Abgase so reguliert wird, daß die folgenden Bedingungen (1)-(4) erfüllt sind:
(1) Y ≥ 4,5S, vorzugsweise Y ≥ 6,5S
(2) Y ≤ 24S, vorzugsweise Y ≤ 22S
(3) 0,05 m ≤ Y ≤ 1,0 m
(4) 0,005 m ≤ S ≤ 0,06 m
wobei Y und S die vorstehend angegebene Bedeutung haben.
Der zur Entschwefelung erforderliche Druck der Abgase (der Druck hinsichtlich der Säule der Absorptionsflüssigkeit; Einheit: m) wird definiert durch:
Y = T + LII
wobei T einen Wert darstellt, der durch Dividieren des Druckverlusts (Einheit: logF/m²) der Abgase, die durch das Gaseinblasloch 8 strömen, durch die Dichte ρII (Einheit: kg/m³) der Absorptionsflüssigkeit L erhalten wird, und LII den mittleren Abstand zwischen dem Schwerpunkt des Gaseinblaslochs 8 und dem Flüssigkeitsstand W der Absorptionsflüssigkeit in dem Zustand darstellt, in welchem keine Gase in das Einblasrohr 7 hineingeblasen werden. Mit anderen Worten, der Druck Y ist ein Wert, der durch Dividierendes Drucks (Einheit: logF/m²), der erforderlich ist, damit die dem Einblasrohr 7 zugeführten Abgase durch das Gaseinblasloch 8 zum oberen Raum B strömen, durch die Dichte ρII, (Einheit: kg/m³) der Absorptionsflüssigkeit L erhalten wird.
Praktisch liegt der Wert T im Bereich zwischen 2,5S und 4S (wobei S die vorstehend angegebene Bedeutung hat) und hängt von der Form des Gaseinblaslochs 8 und der Strömungsgeschwindigkeit der Abgase ab. Weil in der vorliegenden Erfindung LII/S zwischen 2 und 20 liegt, vorzugsweise zwischen 4-18, wie nachstehend beschrieben, wird der Druck Y wie folgt ausgedrückt:
Y = T + LII = (2,5 bis 4)S + (2 bis 20)S = (4,5 bis 24)S
die maximale Geschwindigkeit Vmax und der S-Wert haben die folgende Beziehung:
S = (dynamischer Druck beider maximalen Geschwindigkeit Vmax)/ (Dichte ρII der Absorptionsflüssigkeit) = (ρI · Vmax · Vmax/2G)/ρII = Vmax² · ρI/2GρII
wobei ρI die Dichte (kg/m³) der Abgase darstellt, ρII die Dichte (kg/m³) der Absorptionsflüssigkeit darstellt und G die Schwerebeschleunigung (9,8 m/s) darstellt.
Fig. 5 zeigt das Verhältnis zwischen dem S-Wert und dem Druck Y bei verschiedenen Entschwefelungsraten Z. Der hier verwendete Begriff "Entschwefelungsrate Z" ist wie folgt definiert:
Z = (1 - Qout/Qin) · 100 (%)
wobei Qout die Strömungsgeschwindigkeit des Schwefeldioxids darstellt, das im gereinigten Gas enthalten ist, das durch die Auslaßöffnung 9 ausgetragen wird, und Qin, die Strömungsgeschwindigkeit des Schwefeldioxids darstellt, das in den Abgasen enthalten ist, die durch die Einlaßöffnung 6 eingebracht werden. Wie in Fig. 5 gesehen wird, gibt es einen Mindestwert des Drucks Y bei einer bestimmten Entschwefelungsrate Z. Es ist bevorzugt, daß der S-Wert so ausgewählt wird, daß Y bei der gewünschten Entschwefelungsrate minimal ist. Wenn zum Beispiel eine Entschwefelungsrate Z von 90% gewünscht ist, wird der S-Wert von etwa 0,017 m bevorzugt verwendet. Wenn eine Entschwefelungsrate Z von 70% gewünscht ist, beträgt der S-Wert vorzugsweise etwa 0,009 m. Wenn die Entschwefelung durchgeführt wird, während die gewünschte Entschwefelungsrate zwischen 99% und 70% alternierend verschoben wird, wird der S-Wert vorzugsweise auf 0,035 m gesetzt, welcher den Mindestdruck Y bei der 99%-Entschwefelungsrate bereitstellt und welcher die vorstehenden Bedingungen (1)-(4) bei der 70% -Entschwefelungsrate erfüllt. Sobald der S-Wert bestimmt ist, wird die maximale Geschwindigkeit Vmax gemäß der vorstehend beschriebenen Formel bestimmt:
S = Vmax² · ρI/2GρII.
Die Anzahl der Einblasrohre 7 und die Gesamtfläche der Öffnungen der Gaseinblaslöcher 8 in jeder der Einblasrohre 7 werden dann auf Grundlage der maximalen Geschwindigkeit Vmax bestimmt.
Die Anordnung der mit dem Zwischenblech 3 verbundenen Einblasrohre 7 ist nicht besonders beschränkt, solange der Abstand LI zwischen zwei benachbarten Einblasrohren 7 die folgende Bedingung erfüllt:
1,5 ≤ LI/S ≤ 10,0, vorzugsweise 2 ≤ LI/S ≤ 8,
wobei S dieselbe vorstehend angegebene Bedeutung hat. Der Abstand LI in Metern ist der Mindestabstand von der Außenfläche eines Einblasrohres 7 zur Außenfläche des Einblasrohres 7, welches sich am dichtesten von allen befindet. Wenn das LI/S-Verhältnis kleiner als 1,5 ist, ist die Entschwefelungsrate beträchtlich niedriger, weil die Strahlströmungen aus den beiden Einblasrohren 7 sich gegenseitig stören, so daß die Schicht A der Gas-Flüssigkeits-Mischphase unstabil wird. Auf der anderen Seite bewirkt ein zu großes LI/S-Verhältnis über 10 eine Verringerung der Volumeneffizienz, so daß es erforderlich ist, eine großformatige Vorrichtung zu verwenden.
Der Abstand LI beträgt allgemein 0,05-0,6 m, vorzugsweise 0,075-0,45 m, und ist so ausgewählt, daß die Erfordernis für das vorstehende LI/S-Verhältnis erfüllt ist. Aus Gründen einer zunehmenden Menge der Abgase, die pro Flächeneinheit des Zwischenblechs 3 behandelt wird, ist es bevorzugt, daß der Abstand LI so klein wie möglich ist. Der S-Wert wird gemäß der vorstehend beschriebenen Gleichung bestimmt. In dieser Beziehung liegt die maximale Geschwindigkeit Vmax im Bereich von 8-35 m/s, beträgt die Dichte ρI der Abgase 0,91-1,2 kg/m³ und beträgt die Dichte ρII der Absorptionsflüssigkeit 1000-1300 kg/m³. Aus Grinden der Verringerung der Betriebskosten (Entschwefelungskosten) der Entschwefelungsvorrichtung ist es wünschenswert, daß der S-Wert so klein wie möglich ist, obwohl vom Standpunkt der Baukosten ein zu kleiner S-Wert nicht wünschenswert ist. Durch Verringern der Geschwindigkeit der durch die Gaseinblaslöcher strömenden Abgase, nämlich durch Vergrößern des equivalenten Durchmessers DH der Gaseinblaslöcher oder durch Erhöhen der Anzahl der Gaseinblaslöcher, kann der S-Wert klein gemacht werden. Wie vorher beschrieben, beträgt der equivalente Durchmesser DH des Einblaslochs 8 allgemein 3-100 mm.
Es ist auch wichtig, daß die Gaseinblaslöcher 8 jedes der Einblasrohre 7 so gelegen sind, daß der mittlere Abstand LII zwischen dem Flüssigkeitsstand W der Absorptionsflüssigkeit L in dem Zustand, in welchem keine Gase in das Einblasrohr 7 eingeblasen werden, und der Mittelpunkt jedes der Gaseinblaslöcher 8 die folgende Bedingung erfüllt:
2 ≤ LII/S ≤ 20
vorzugsweise 4 ≤ LII/S ≤ 18, stärker bevorzugt 6 ≤ LII/S ≤ 16, wobei S die vorstehend angegebene Bedeutung hat.
Wenn das LII/S-Verhältnis kleiner als 2 ist, versagen die Abgase, ausreichend mit der Absorptionsflüssigkeit L in Berührung zu kommen, so daß die Entschwefelungseffizienz verringert ist. Wenn das LII/S-Verhältnis 20 übersteigt, werden die Blasen der Abgase vereinigt und wachsen während des Durchtritts durch die Absorptionsflüssigkeit L in der Größe, so daß die Effizienz des Flüssigkeits-Gas- Kontakts verringert ist. Die Tiefe LII beträgt allgemein 0,05-0,9 m, vorzugsweise 0,075-0,75 m.
Wenn der S-Wert groß ist oder wenn die Tiefe LII groß ist, ist der Druck Y der Abgase hoch und die Entschwefelungsrate steigt an. Jedoch steigen die Betriebskosten, welche vom Druck Y abhängen, wenn der Druck Y steigt. Wenn das LII/S- Verhältnis im vorstehend beschriebenen Bereich gehalten wird, ist es möglich, den Druck Y der den Einblasrohren zugeführten Abgase auf einem niedrigen Stand zu halten. Folglich ist es möglich, die zur Entschwefelung erforderliche Energie zu sparen und die Entschwefelungskosten zu verringern.
Durch Einstellen der Tiefe LII, um die vorstehend beschriebenen Bedingungen 4,5S ≤ Y ≤ 24S (Fig. 5) und 2 ≤ LII/S ≤ 20 zu erfüllen, kann der zur Entschwefelung erforderliche Druck Y bei jeder gewünschten Entschwefelungsrate Z verringert werden. Die in Fig. 5 gezeigten Kurven sind Beispiele, in welchen nur die gewünschte Entschwefelungsrate Z variiert, wird, während die anderen Parameter, wie der Innendurchmesser der Einblasrohre, die Strömungsgeschwindigkeit der Abgase pro Einblasrohr, der pH-Wert der Absorptionsflüssigkeit und die Konzentration des Schwefeldioxids in den Abgasen, konstant gehalten werden. Die Form und Anordnung jeder Kurve variiert mit diesen Parametern.
Wie vorher beschrieben, sollte der S-Wert 0,005 m ≤ S ≤ 0,06 m betragen. Der geeignete S-Wert variiert jedoch in Abhängigkeit von der gewünschten Entschwefelungsrate Z, wie in Fig. 5 gesehen. Wenn die Entschwefelungsvorrichtung unter verschiedenen Betriebsbedingungen betrieben wird, ist es ratsam, den S-Wert auf einen hohen Wert zu setzen, so daß die Entschwefelung mit einem geringen Energieverbrauch durchgeführt werden kann.
Das LII/S-Verhältnis ist ein wichtiger Parameter zur Regulierung der Leistung der Entschwefelungsvorrichtung und stellt ein wirksames Mittel zur Durchführung der Entschwefelung bei einer gewünschten Entschwefelungsrate Z mit minimalen Betriebskosten dar. Die Tiefe LII kann durch Verändern des Flüssigkeitsstands W verändert werden. Durch Regulieren der Menge der Absorptionsflüssigkeit L im Reaktor oder durch Regulieren der Menge des oxidierenden Gases, wie Luft, das durch eine Leitung 12 dem Pool der Absorptionsflüssigkeit L zugeführt wird, kann der Flüssigkeitsstands W verändert werden, um eine geeignete Tiefe LII bereitzustellen.
Um die Entschwefelung wirksam durchzuführen, ist es erforderlich, die Absorptionsflüssigkeit L mit einen oder mehreren Rührern 10 zu rühren. Der Rührer 10 kann aus einer Drehweile 10', die sich vertikal oder schräg in die Kammer 4 erstreckt, und einem oder mehreren Blättern oder Propellern bestehen, die an der Spitze der Drehwelle 10' zum Rotieren damit befestigt sind. In diesem Fall ist es bevorzugt, daß das Rühren der Absorptionsflüssigkeit mit einem oder mehreren Rührern durchgeführt wird, die aus Gründen des Erhaltens einer besonders stabilen Entschwefelungsrate mit einer Antriebsgesamtleistung von 0,05- 0,2 kW, stärker bevorzugt 0,08-0,15 kW, pro 1 m³ der Absorptionsflüssigkeit betrieben werden.
Vorzugsweise wird das Rühren so durchgeführt, daß eine Hauptumlaufströmung (gezeigt durch den Pfeil R in Fig. 1) in der gerührten Absorptionsflüssigkeit L erzeugt wird. Die Hauptströmung wird von zufällig vorkommenden Strömungen begleitet. In Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 11 eine Zuführleitung für Absorptionsmittel mit einer Einspritzdüse, aus welcher das Absorptionsmittel in die Hauptumlaufströmung R eingespritzt wird. Das Absorptionsmittel diffundiert schnell in die Absorptionsflüssigkeit L ein und wird der Schicht A der Gas- Flüssigkeits-Mischphase rasch zugeführt. Wenn gewünscht, kann das Absorptionsmittel durch eine Mehrzahl von Leitungen 11 zugeführt werden. Das Absorptionsmittel kann in die Hauptumlaufströmung R bei einer Position stromaufwärts oder stromabwärts des Rührerblatts 10 zugeführt werden.
Die Einspritzdüse des Absorptionsmittels weist allgemein einen Durchmesser von 20-100 mm, vorzugsweise von 25-75 mm auf Vorzugsweise werden für schnelles einheitliches Dispergieren des Absorptionsmittels in die Absorptionsflüssigkeit L und zum Verhindern eines örtlichen Ansteigens des pH-Werts und der Ablagerung von Kesselstein an den Wänden der Einblasrohre eine Vielzahl der Düsen verwendet. Eine Düse wird vorzugsweise pro 20-500 m³, stärker bevorzugt 30-300 m³ der Absorptionsflüssigkeit L verwendet. Das Absorptionsmittel wird in einer Menge von 0,5-20 kg*mol/Stunde, vorzugsweise 1-10 kg*mol/Stunde pro Düse eingespritzt.
Ein Teil der Absorptionsflüssigkeit L wird durch eine Leitung 13 aus der Kammer 4 ausgetragen, um den Gipsgehalt in der Absorptionsflüssigkeit L unter einer vorherbestimmten Menge zu halten. Wenn gewünscht, kann ein Teil der ausgetragenen Flüssigkeit zum Entfernen des Gipses behandelt werden, mit dem Absorptionsmittel gemischt und durch die Leitung 11, zur ersten Kammer 4 zurückgeführt werden. Die Menge des in die zurückführende Absorptionsflüssigkeit eingetragenen Absorptionsmittels ist vorzugsweise so, daß aus Gründen des Verhinderns eines örtlichen Ansteigens des pH-Werts im Bereich neben den Gaseinblaslöchern 8 das molare Verhältnis MG/MA des darin enthaltenen Gipses (CaSO&sub4;·2H&sub2;O) zum Absorptionsmittel im Bereich von 0,1-20, stärker bevorzugt von 1-10 liegt. Die Ausfällung feiner Gipskristalle oder feiner CaCO&sub3;-Kristalle wird nämlich unterdrückt. Ferner wachsen sie, auch wenn solche feinen Kristalle erzeugt werden, zu großen Kristallteilchen, so daß das Verstopfen der Gaseinblaslöcher 8 oder das Ablagern von Kesselstein an der Wand der Einblasrohre 7 verhindert werden kann.
Wenn gewünscht, kann ein Teil der Absorptionsflüssigkeit L zur Kammer 5 zurückgeführt werden und in diese eingesprüht werden, um die darin eingetragenen Abgase zu kühlen und zu waschen.
Das vorstehend beschriebene oxidierende Gas, das durch die Leitung 12 zugeführt wird, wird vorzugsweise in die Hauptumlaufströmung R bei einer Position stromabwärts des Rührerblatts 10 eingespritzt. In der Schicht A der Gas- Flüssigkeits-Mischphase findet die folgende Reaktion statt, um das in den Abgasen enthaltene Schwefeldioxid als Gips zu fixieren:
SO&sub2; + CaCO&sub3; + 1/2O&sub2; + H&sub2;O → CaSO&sub4;·2H&sub2;O↓ + CO&sub2;↑
Um die Entschwefelungsrate Z zu verbessern, ist es erforderlich, daß die vorstehende Reaktion in der Schicht A der Gas-Flüssigkeits-Mischphase effizient abläuft. Es ist bevorzugt, daß das oxidierende Gas in solch einer Menge in die Absorptionsflüssigkeit L eingebracht wird, daß das molare Verhältnis des Sauerstoffs im oxidierenden Gas zum Schwefeldioxid der Abgase 0,5-6, stärker bevorzugt 1-5 beträgt.
Fig. 4 stellt eine andere Ausführungsform der Entschwefelungsvorrichtung dar, in welcher ähnliche Komponententeile mit denselben Bezugszeichen bezeichnet worden sind. In dieser Ausführungsform wird der Innenraum des Gehäusebauteils 2 durch ein Zwischenblechbauteil 3 in eine erste, untere Kammer 4 und eine zweite, obere Kammer 5 geteilt. Die erste Kammer 4 enthält einen Pool einer Absorptionsflüssigkeit L, so daß über dem Flüssigkeitsstand LS der Absorptionsflüssigkeit Lein oberer Raum B festgelegt wird. Zu behandelnde Abgase werden durch eine in der zweiten Kammer 5 bereitgestellte Gaseinlaßöffnung 6 eingetragen und durch eine Vielzahl von Einblasrohren 7, die am Zwischenblech 3 befestigt sind, und eine Mehrzahl von horizontal ausgerichteten Gaseinblaslöchern 8, die an einer unteren Stelle jedes der Einblasrohre 7 angeordnet sind, in einen Pool der Absorptionsflüssigkeit L eingeblasen.
Die durch Kontakt mit der Absorptionsflüssigkeit L entschwefelten Abgase strömen dann in den oberen Raum B über dem Flüssigkeitsstand LS. Vorzugsweise beträgt die mittlere Steiggeschwindigkeit der entschwefelten Gase im oberen Raum B 0,5-5 m/s, stärker bevorzugt 0,7-4 m/s, während die mittlere horizontale Geschwindigkeit der entschwefelten Gase im oberen Raum B vorzugsweise 8 m/s oder weniger, stärker bevorzugt 6 m/s oder weniger beträgt. Während des Strömens der entschwefelten Gase in den oberen Raum B wird ein größerer Teil des Nebels und der darin enthaltenen festen Teilchen durch die Schwerkraft und durch Kollision mit den Einblasrohren 7 daraus abgetrennt. Die entschwefelten Gase, aus welchen solche Flüssigkeit und festen Teilchen getrennt worden sind, wird durch die Auslaßöffnung 9 ausgetragen.
Das folgende Beispiel wird die vorliegende Erfindung weiter veranschaulichen.
1000 ppm Schwefeldioxid enthaltende Abgase wurden gemäß des Verfahrens der vorliegenden Erfindung unter den folgenden Bedingungen behandelt:
Reaktor: 13 m · 13 m · 10 m (Höhe)
Maximale Strömungsgeschwindigkeit der Abgase: 1000000 m³/Stunde
Bereich der Strömungsgeschwindigkeit der Abgase: 50-100% (gleichmäßig betrieben)
Entschwefelungsrate Z: 90%
Dichte der Abgase ρI: 1,1 kg/m³
Dichte der Absorptionsflüssigkeit ρII: 1100 kg/m³
Einblasrohr (Querschnitt: kreisförmig)
Durchmesser DS: 0,15 m
Abstand zwischen benachbarten Einblasrohren LI: 0,15 m
Anzahl: 1390
Gaseinblasloch (kreisförmig)
Durchmesser DH: 0,03 m
Anzahl: 12
Abstand zwischen benachbarten Löchern P: 0,0393 m
Mittlerer Abstand LII: 0,2 m
Maximale Geschwindigkeit Vmax: 24,2 m/s
S-Wert: 0,03 m
Druck Y: etwa 0,28 m der Säulenhöhe der Absorptionsflüssigkeit.
Es wurde gefunden, daß die Entschwefelungsbehandlung mit minimalen Kosten, einschließlich Installation und Aufbaukosten und Betriebskosten, durchgeführt wird.

Legende zu den Figuren:

A Schicht der Gas-Flüssigkeits-Mischphase
B oberer Raum
D Durchmesser
L Absorptionsflüssigkeit
LS Flüssigkeitsstand
P Abstand zwischen den Schwerpunkten benachbarter Gaseinblaslöcher
R Hauptumlaufströmung
S S-Wert
W Flüssigkeitsstand
Y Druck
Z Entschwefelungsrate
1 Entschwefelungsvorrichtung
2 Gehäusebauteil
3 erstes Zwischenblech(bauteil) (Fig. 1); Zwischenblech(bauteil) (Fig. 4)
4 unterste Kammer (Fig. 1); erste, untere Kammer (Fig. 4)
5 Zwischenkammer (Fig. 1); zweite, obere Kammer (Fig. 4)
6 Gaseinblasöffnung (Fig. 1); Gaseinlaßöffnung
7 Gasdispergierleitungen; (Gas-)Einblasrohre
8 Gaseinblaslöcher
9 Gasaustragöffnung (Fig. 1); Auslaßöffnung
10 Rührer
10' Drehwelle
11 Zuführleitung für Absorptionsmittel mit Einspritzdüse; Mehrzahl von Leitungen
12 Leitung
13 Leitung
14 zweites Zwischenblech(bauteil)
15 dritte, oberste Kammer
16 Steigrohre
17 Leitung
18 Austragleitung

Claims

1. Verfahren zur Entschwefelung von Schwefeldioxid enthaltenden Abgasen, wobei die Abgase in einen Pool einer gerührten Absorptionsflüssigkeit, die in einem Reaktionsgefäß enthalten ist und einen Flüssigkeitsstand hat, durch eine Mehrzahl von Gasdispergierleitungen, die sich jeweils vertikal nach unten von einem Zwischenblech in die Absorptionsflüssigkeit erstrecken und die jeweils einem periphere Seitenwand aufweisen, die mit einer Vielzahl von Gaseinblaslöchern an einem niedrigeren Teil davon bereitgestellt werden, eingeblasen wird, so daß Abgase durch Kontakt mit der Absorptionsflüssigkeit entschwefelt werden und das so erhaltene entschwefelte Gas zu einem oberen Raum geleitet wird, der zwischen dem Zwischenblech und dem Flüssigkeitsstand der Absorptionsflüssigkeit festgelegt ist, dadurch gekennzeichnet,

daß die Gaseinblaslöcher jede der Gasdispergierleitungen im wesentlichen horizontal ausgerichtet sind;

daß jeweils zwei benachbarte Gaseinblaslöcher jede der Gasdispergierleitungen so voneinander mit einem Zwischenraum getrennt angeordnet sind, daß, wenn jedes der beiden Gaseinblaslöcher als ein Kreis mit derselben Fläche wie deren Fläche angesehen wird, der Abstand P in Metern zwischen den Schwerpunkten der beiden benachbarten Gaseinblaslöcher die folgende Bedingung erfüllt:

1,15 ≤ P/D ≤ 6

wobei D der Durchmesser in Metern eines der beiden Kreise, welcher kleiner ist als der andere, ist;

daß die maximale Geschwindigkeit Vmax in Metern/Sekunde der durch jedes der Gaseinblaslöcher strömenden Abgase, so reguliert wird, daß die folgenden Bedingungen erfüllt sind:

4,5S ≤ Y ≤ 24S

0,05m ≤ Y ≤ 1,0 m

0,005 m ≤ S ≤ 0,06 m

wobei Y den Druck in Metern der Säulenhöhe der Absorptionsflüssigkeit der Abgase darstellt, der zum Durchführen der Entschwefelung erforderlich ist, und S einen Wert in Metern darstellt, der durch Dividieren des dynamischen Drucks der Abgase, die durch das Gaseinblasloch mit der maximalen Geschwindigkeit Vmax eingeblasen werden, durch die Dichte der Absorptionsflüssigkeit, erhalten wird;

daß die Gasdispergierleitungen so angeordnet sind, daß der Abstand LI in Metern zwischen zwei dichtesten Dispergierleitungen die folgende Bedingung erfüllt:

1,5 ≤ LI/S ≤ 10,0

wobei S die vorstehend angegebene Bedeutung hat; und

daß die Gaseinblaslöcher jede der Gasdispergierleitungen so gelegen sind, daß der mittlere Abstand LII in Metern zwischen dem Flüssigkeitsstand und der Absorptionsflüssigkeit in dem Zustand, in welchem keine Gase dort hineingeblasen werden, und der Mittelpunkt jedes der Gaseinblaslöcher die folgende Bedingung erfüllt:

2 ≤ LII/S ≤ 20

wobei S die vorstehend angegebene Bedeutung hat.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Bereich 3 die folgenden Bedingungen erfüllt:

6,5S ≤ Y ≤ 22S

0,05 m ≤ S ≤ 1,0 m

0,005 m ≤ S ≤ 0,06 m

wobei Y und S die vorstehend in Anspruch 1 angegebenen Bedeutungen haben.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei der Mindestabstand LI im Bereich von 0,05-0,6 m liegt und der mittlere Abstand LII im Bereich von 0,05- 0,9 m liegt.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Menge der Absorptionsflüssigkeit im Reaktionsgefäß so reguliert wird, daß das Verhältnis LII/S im Bereich von 2 bis 20 liegt.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Luft in die Absorptionsflüssigkeit in einer Menge eingeblasen wird, so daß das Verhältnis LII/S im Bereich von 2 bis 20 liegt.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Rühren der Absorptionsflüssigkeit mit einem oder mehreren Rührern, die mit einer Antriebsgesamtleistung von 0,05-0,2 kW pro 1 m³ der Absorptionsflüssigkeit betrieben werden, durchgeführt wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mittlere Steiggeschwindigkeit der entschwefelten Abgase im oberen Raum 0,5-5 m/s beträgt und die mittlere horizontale Geschwindigkeit der entschwefelten Abgase im oberen Raum 8 m/s oder weniger beträgt.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jede der Gasdispergierleitungen einen equivalenten Durchmesser von 25-300 mm aufweist und jedes der Gaseinblaslöcher einen equivalenten Durchmesser von 3-100 mm aufweist.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die entschwefelten Abgase im oberen Raum durch wenigstens ein Steigrohr in eine Kammer, die in einem oberen Teil des Reaktionsgefäßes festgelegt ist, eingeleitet werden und aus dem Reaktionsgefäß durch eine in der Kammer bereitgestellte Austragöffnung ausgetragen werden.

10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die mittlere horizontale Geschwindigkeit der entschwefelten Abgase in der Kammer 10 m/s oder weniger beträgt.