DK170605B1 - Fremgangsmåde til rensning af afgangsgas - Google Patents

Description

i DK 170605 B1

Den foreliggende opfindelse angår en fremgangsmåde til behandling af afgangsgas indeholdende urenheder omfattende et eller flere sure oxider af svovl, nitrogen, carbon og halogen og sure halogenforbindelser, hvilken afgangs-5 gas har en temperatur, der er større end gassens fortætningspunkt, hvorved afgangsgassen bringes i kontakt med vand og aske indeholdende alkalimetalforbindelser, fortrinsvis natrium- og kaliumforbindelser, og jordalkalime-talforbindelser, således at afgangsgassen vaskes og 10 syrerne, som er dannet ved de i afgangsgassen indeholdte urenheders kontakt med opslæmningens vand, omsættes med oxider, hydroxider og carbonater af alkali- og jordalka-limetallet i opløsningen, hvorved der dannes en opløsning indeholdende opløste alkali- og jordalkalimetalsalte og 15 et bundfald af uopløselige alkali- og jordalkalimetalsalte.

Bortrensning af urenheder i afgangsgas er generelt dyr, idet der opnås væsentlige miljømæssige men kun få eller 20 slet ingen økonomiske fordele, medmindre det ved rensningen er muligt at omdanne materialer, der ellers ville være spildmaterialer, til nyttige produkter. Anlægsomkostningerne er store. Endvidere udgør de til rensningen anvendte materialer, f.eks. oxider, carbonater og hydroxid-25 er af alkali- og eller jordalkalimetaller, en yderligere omkostning, ligesom deponering af reaktionsprodukterne, især hvis disse indeholder giftige komponenter, fra reaktionen mellem rensningsmaterialer og afgangsgas yderligere forøger omkostningerne.

30

Et stigende antal kedelanlæg fyres ved forbrænding af biologiske materialer (i det følgende kollektivt betegnet "biomasse") herunder træ, tørv eller rester fra afgrøder.

I disse anlæg produceres kun få eller ingen svovloxider, 35 og der kræves og foretages derfor ingen rensning af de gasformige komponenter i afgangsgassen. På den anden side indeholder den i sådanne anlæg producerede aske væsentli DK 170605 B1 2 ge mængder alkali- og jordalkalimetalsalte, der sædvanligvis forekommer som oxider eller, hvis de er befugtede og/eller reageret med carbondioxid, som hydroxider eller carbonater, eventuelt som hydratiserede salte.

5

Det har vist sig, at aske fra kedelanlæg, hvor alkali- og jordalkalimetaloxider, -hydroxider og/eller -carbonater udgør en væsentlig del af asken, kan anvendes i stedet for ovennævnte sædvanlige materialer til rensning af af-10 gangsgas, hvorved et produkt, der ellers ville være et spildprodukt, kan anvendes til erstatning for materialer, der er dyre i indkøb.

På tale som anvendelige materialer kommer aske fra for-15 brændingsanlæg for industrielt eller kommunalt affald, indeholdende kalium eller natrium eller andre opløselige salte, der ved opløsning i vand danner en basisk opløsning (med stor pH-værdi) og efter genindvinding fra opløsningen tilvejebringer en økonomisk fordel.

20 I det følgende betegnes den ved den her omhandlede fremgangsmåde anvendelige aske, der fremkommer ved brænding af biomasse og industrielle eller kommunale spild- eller andre biprodukter, med den generiske term "aske".

25

Desværre skal den uopløselige del af reageret aske sædvanligvis stadig fjernes som spildprodukt, f.eks. er den uanvendelig til andet brug i forbindelse med de fleste kedelanvendelsesmuligheder. Spildproduktet er imidlertid 30 ikke længere et basisk materiale og kan i de fleste tilfælde deponeres som benignt almindeligt fyldmateriale el- ^ ler i visse landfyldninger anvendes som dækmateriale.

Hvis spildproduktsammensætningen og transportomkostnin-gerne tillader det, er dette produkt endvidere anvende-35 ligt som udgangsmateriale i cementovne. I visse andre situationer, som ved den her omhandlede fremgangsmåde, er den uopløselige del af rensematerialet anvendeligt til DK 170605 B1 3 fremstilling af calciumsulfat eller gips eller som mineralfyldstof.

Hvis det anlæg, der producerer asken, ikke selv har en 5 kedel, der producerer en afgangsgas med stort svovlindhold, som skal renses, kan asken transporteres til andre kedelanlæg, der måtte have et sådant problem eller til anlæg, hvor anvendelse af et brændstof med højere svovlindhold kunne frembyde en økonomisk fordel. Da aske fra 10 biomassemateriale i almindelighed indeholder kalium og andre alkali- og jordalkalimetalsalte, der kan genindvindes under anvendelse af varmen fra afgangsgassen eller andre spildmateriale, kan de resulterende alkali- eller jordalkalimetalsalte udgøre et værdifuldt bi-produkt ved 15 processen.

Ifølge opfindelsen tilvejebringes en hidtil ukendt fremgangsmåde til rensning af afgangsgas, hvilken fremgangsmåde er af den i krav l's indledning anførte art, og som 20 er ejendommelig ved det i krav l's kendetegnende del angivne .

De for tiden foretrukne fremgangsmåder omfatter et eller flere af følgende trin: strømmen af afgangsgas bringes i 25 kontakt med opslæmningen, idet strømmen føres gennem op slæmningen, opløsningen af alkali- og jordalkalimetalsalte separeres fra det udfældede materiale og uopløste bestanddele; opløsningen af alkali- og jordalkalimetalsalte samt det udfældede materiale og de uopløste komponenter 30 overføres til et separationssystem, i hvilket saltopløsningen separeres fra det udfældede materiale og de uopløste komponenter; den separerede saltopløsning føres gennem en varmeveksler, hvor opløsningen udtrækker varme fra strømmen af afgangsgas, inden denne bringes i kontakt 35 med opslæmningen; strømmen af afgangsgas afkøles til af-fugtning af denne inden kontakttrinnet; saltopløsningen anvendes til afkøling og affugtning af strømmen af af- 4 DK 170605 B1 gangsgas; varmen fra strømmen af afgangsgas anvendes til fjernelse af vand fra saltopløsningen, idet varmen delvis skaffes fra en eller flere af følgende kilder: (A) den varme afgangsgas, (B) den latente fordampningsvarme fra 5 eventuel fugt i strømmen af afgangsgas, (C) hydratise- ringsreaktionen mellem aske og vand, og (D) kompression * af gassen inden kontakttrinnet.

I det følgende beskrives opfindelsen nærmere under hen-10 visning til tegningen, som skematisk viser et anlæg til udøvelse af den her omhandlede fremgangsmåde.

Som vist pumpes en opslæmning, som ved positionen 8 kommer fra en (ikke vist) aske/vand-blandetank, via et rør 15 10 ind i en behandlingstank 12 sammen med supplerende vand, der indføres via en indgang 14 fra en passende (ikke vist) kilde. Herved fremstilles en fortyndet opslæmning 16. Asken køres ind fra en kilde, f.eks. et genereringsanlæg, der fyres med biomasse, eller et forbræn-20 dingsanlæg, der fyres med spildmateriale. Afgangsgas fra en cementovn, et forbrændingsanlæg eller en kedel (ikke vist) indeholdende et eller flere oxider af svovl, nitrogen, carbon og/eller halogenforbindelser, herunder halogenoxider, går ind i en varmeveksler 22 via en indgang 25 18, og den udgår som en afkølet afgangsgas. Kondenseret vand fra afgangsgassen opsamles i en varmeveksler 22 og overføres til behandlingstanken 12 via et rør 44. Afgangsgassen bevæger sig derpå videre til en kompressor 20 via et rør 23, og via et rør 24 overføres den til forde-30 lingsrør 26, der er anbragt ved bunden af behandlingstanken 12. For at undgå udfældning af fast materiale på bun-den af behandlingstanken 12, kan opslæmningen omrøres eller recirkuleres ved hjælp af passende organer, f.eks. en recirkulationspumpe 27.

Afgangsgassen bobler gennem opslæmningen 16 af aske og vand og passerer ud gennem tankens Øvre del som renset 35 DK 170605 B1 5 afgangsgas 28. Opslæmningen 16, der er en blanding af behandlet fast materiale, vand og opløste materialer, pumpes med en pumpe 32 via et rør 30 til en udfældningstank 34, hvor det udfældede faste materiale 36 pumpes ud med 5 en pumpe 38, medens vandet 37, som indeholder opløste salte, pumpes til varmeveksleren 22, hvor det afkøler den indførte afgangsgas. Vandet fra saltopløsningen 37 afdampes og udføres til atmosfæren via et rør 40, men vandet kan også afdampes og derpå kondenseres til en væske, så-10 ledes at man genvinder den latente varme, som kan genanvendes. Saltene fra saltopløsningen 37 koncentreres og/eller udfældes og udtages fra varmeveksleren via et rør 42. De kationiske komponenter i de udtagne salte er i hovedsagen calcium, kalium, magnesium og natrium. De an-15 ioniske komponenter i saltene er i hovedsagen sulfat, carbonat og nitrat. Den aktuelle sammensætning af saltene vil afhænge af den oprindelige sammensætning af den aske, som behandles, samt af sammensætningen af afgangsgassen.

20 Aske fra biomasse-forbrændingssystemer kan indeholde uforbrændt carbon, eventuelt flydende i vand. Den her omhandlede proces kan om ønsket modificeres som vist i figuren til fjernelse af carbon. Vandet 37 Indeholdende uforbrændt carbon pumpes fra udfældningstankens overflade 25 til filtrering eller anden behandling til fjernelse af carbon, og genindføres derefter i processen. Om nødvendigt kan opløsningen indeholdende opløste alkali- og jordalkalimetalsalte fjernes gennem et ledningssystem (ikke vist) til bortfiltrering eller anden bortrensning 30 af partikelformigt materiale i et apparat til fjernelse af sådant materiale. Opløsningen ledes derefter til varmeveksleren 22.

Den kendte varmeveksler 22 tjener både som varmeveksler-35 og krystallisationsenhed. Den udtrækker varme fra afgangsgassen og anvender denne varme, herunder latent varme fra kondenseringen af vandet i afgangsgassen, til af- 6 DK 170605 dampning af vand.

Hele systemet er sammensat af velkendte dele, der er kombineret under anvendelse af kendt teknik. F.eks. kan 5 behandlingstanken typisk have et volumen på 3.800.000 1 og være forsynet med organer til omrøring og gasforde- ; ling. Udfældningstanken han have et volumen på 380.000 1.

Begge tanke kan være konstrueret af rustfrit stål eller andet egnet materiale, f.eks. gummi, der kan tåle stærkt 10 alkaliske eller sure opløsninger.

Det fundamentale funktionsprincip ved opfindelsen er forening og omsætning af to strømme af spildmateriale, der er fremstillet under brændeprocessen, til tilvejebringel-15 se af gensidig neutralisation af spildmaterialerne. Den ene strøm af spildmateriale er de gasser og gasformige oxider, der danner sure vandige opløsninger, og den anden det partikelformige materiale, nemlig aske fra et forbrændingsanlæg, der fyres med biomasse eller industrielt 20 eller kommunalt affald, der fører til dannelse af basiske vandige opløsninger.

Efter delvis opløsning i vand reagerer de to spildmaterialer indbyrdes under gensidig neutralisation. Når der 25 er tale om aske, åbner processen mulighed for reaktion eller fjernelse af de basiske komponenter. Det herved dannede neutrale faste materiale er derpå egnet til deponering som ufarligt spildprodukt. Samtidig renses den gennem opslæmningen i behandlingstanken gående afgangsgas 30 for en betydelig andel af halogenforbindelserne samt svovl-, nitrogen- og halogenoxiderne, idet der dannes salte af disse komponenter.

35 DK 170605 B1 7

EKSEMPEL

Afgangsgas f.eks. fra en kedel føres via en ledning 18 ind i varmeveksleren 22 ved hjælp af kompressoren 20 med 3 5 en hastighed på 6000 m /min. Afgangsgassen har en variabel sammensætning, men indeholder omtrent 10% vand, 15% carbondioxid, 65% nitrogen, 10% oxygen og 500-1000 dpm nitrogenoxid og 100-1000 dpm svovldioxid. I varmeveksleren 22 afkøles afgangsgassen, og der udkondenseres vand, 10 hvilket fører til en strømningsvolumenformindskelse. Derefter udtages afgangsgassen med kompressoren 20 via et rør 23, idet den føres frem til fordelingsrørene 26 via røret 24, hvorefter den reagerer med opslæmningen 16, hvor halogenforbindelser, svovl-, nitrogen- carbon- og 15 halogenoxider omsættes.

Asken indføres i behandlingstanken 12 med en hastighed på 7200-10.800 kg per h (tørvægt). Der tilsættes vand, således at der fås en fortyndet opslæmning indeholdende op 20 til 95% vand. Opslæmningens vandindhold bestemmes af begyndelseskoncentrationen af alkali- og jordalkalimetal-salte eller andre metalsalte i asken og af den ønskede koncentration af disse salte i det resterende materiale.

25 Efter reaktion med afgangsgassen pumpes opslæmningen af den behandlede aske til udfældningstanken 34 med en hastighed på ca. 760 1/min. I denne tank udfældes det faste materiale under dannelse af en opslæmning bestående af ca. 35% vand og 65% fast materiale under en vandig opløs-30 ning af de under behandlingen opløste opløselige salte.

Den vandige opløsning pumpes via udgangen 37 til varmeveksleren 22 med en hastighed på ca. 760 1/min, hvor den anvendes til afkøling af afgangsgassen, idet der afdampes vand fra opløsningen under dannelse af salte som bipro-35 dukt. Eventuelt svømmende carbon kan fjernes som ovenfor beskrevet. Biprodukterne i form af salte, som fjernes via røret 43, fremstilles i en mængde på ca. 5-20 ton pr dag 8 DK 170605 B1 og omfatter kaliumsulfat, kalciumcarbonat og andre salte med kationiske komponenter herunder kalium, calcium, magnesium og natrium samt anioniske komponenter omfattende carbonat, sulfat og nitrat. En del af nitratet oxiderer 5 sulfit til sulfat.

10 15 20 25 30 « 35

Claims (5)

1. Fremgangsmåde til behandling af afgangsgas indeholden-5 de urenheder omfattende et eller flere sure oxider af svovl, nitrogen, carbon og halogen og sure halogenforbindelser, hvilken afgangsgas har en temperatur, der er større end gassens fortætningspunkt, hvorved afgangsgassen bringes i kontakt med vand og aske indeholdende alka-10 limetalforbindelser, fortrinsvis natrium- og kaliumforbindelser, og jordalkalimetalforbindelser, således at afgangsgassen vaskes og syrerne, som er dannet ved de i afgangsgassen indeholdte urenheders kontakt med opslæmningens vand, omsættes med oxider, hydroxider og carbonater 15 af alkali- og jordalkalimetaller i opløsningen, hvorved der dannes en opløsning indeholdende opløste alkali- og jordalkalimetalsalte og et bundfald af uopløselige alka li- og jordalkalimetalsalte, kendetegnet ved, at der tilberedes en basisk, vandig askeopslæmning, at 20 bundfaldet, der i det væsentlige består af uopløselige materialer, som er dannet ved afgangsgassens omsætning med den vandige askeopslæmning, isoleres, og at den for bundfald befriede opløsning inddampes, hvorved de opløselige alkali- og jordalkalimetalsalte indvindes i fast 25 form, før den vaskede afgangsgas udledes i atmosfæren.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at den ved inddampning af den for bundfald befriede opløsning opnåede vanddamp kondenseres til opnåelse af 30 destilleret vand, som eventuelt recirkuleres.

3. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at varmen delvis til inddampning af opløsningen stammer fra en eller flere af følgende kilder: den varme 35 afgangsgas, den latente fordampningsvarme af et eventuelt vandindhold i strømmen af afgangsgas, hydratiseringsreak-tionen mellem aske eller materiale og vand, og kompressi- 10 DK 170605 B1 on af gassen inden kontakttrinnet.

4. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at den basiske opslæmning og afgangsgassen bringes i 5 kontakt ved at lade gasstrømmen boble igennem opslæmningen.

5. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at strømmen af afgangsgas, før den bringes i kontakt 10 med opslæmningen, afkøles, således at varme bortledes derfra og anvendes til inddampning af den for bundfald befriede opløsning. 15 20 25 30 Ί 35