FI80616B - Foerfarande foer avlaegsning av svaveldioxid fraon heta roekgaser. - Google Patents

Description

1 80616

Menetelmä rikkidioksidin poistamieeke 1 kuumista savukaasuista Tämä keksintö kohdistuu menetelmään rikkidioksidin ja muiden kaasumaisten rikkiyhdisteiden poistamiseksi kuumista savukaasuista, jotka on saatu polttamalla rikkipitoista polttoainetta kattilassa tai sentapaisessa.

Ennestään tunnetaan lukuisia menetelmiä rikkipitoisten polttoaineiden polton yhteydessä syntyvien kaasumaisten rikkiyhdisteiden ja erityisesti rikkidioksidin poistamiseksi savukaasuista. Menetelmät rikkidioksidin poistamiseksi kuumista savukaasuista voidaan karkeasti jakaa kolmeen ryhmään, nimittäin kuiviin, puolikuiviin ja märkämenetelmiin.

Kuivissa menetelmissä alennetaan kattilan savukaasujen rikkidioksidipitoisuutta syöttämällä kattilan polttotilaan kalsium-oksidia, ka 1 s\umkarbonaattia tai jotakin muuta alkalista yhdistettä. Leiju-uunissa, jossa on kiertopeti, voidaan kalkki-lisäyksellä alentaa savukaasujen rikkidioksidipitoisuutta jopa 90 %:lla, kun kattila toimii kemiallisten reaktioiden kannalta parhaimmalla mahdollisella lämpötila-alueella, nimit-o tain 800-1000 C:ssa. Näin absorboitunut rikkidioksidi poistuu kattilasta ientopdlyn mukana kipsin muodossa.

Muissa kattiloissa, joissa on käytettävä edellä mainittua korkeampia lämpötiloja ja joissa lisäaineen viipymä on polt-totapahtuman luonteesta johtuen lyhyt, on odotettavissa, että savukaasujen rikkidioksidipitoisuuden aleneminen jää olennaisesti alhaisemmaksi, suuruudeltaan n. 50 %:ksi tai alle, joten kuivamenetelmää ei sen vuoksi ole tuotannollisessa mittakaavassa sovellettu tällaisiin kattiloihin.

Toisaalta on tunnettua, että savukaasujen rikkidioksidipitoisuutta voidaan alentaa erilaisilla kattilan ulkopuolisilla absorptiomenetelmi1lä. Eräs tällainen sinänsä tunnettu mene- 2 80616 telmä on nk spray-menetelmä, jossa kattilasta tulevat savukaasut johdetaan erilliseen reaktoriin, johon erityisten suut-timier läpi suihkutetaan pieninä pisaroina ka Isiumhydroksidin vesilietettä. Reaktori on tyypillisesti suurehko astia, jossa savukaasujen nopeuden annetaan laskea ja vesiliete suihkutetaan ylhäältä alaspäin astian yläosasta. Peaktorin lämpötila o on talloin n. 5C-80 C ja kalsiumhydroksidm vesilietteen suihkutuksen säätö on erittäin tärkeää, silla liian isot pisarat jaavat märkinä reaktorin pohjalle. Kai slumhydroksidin vesilietteen sakeurf pyritään pitämään niin korkeana, että savukaasujen sisältämä lämpö riittää haihduttamaan reaktoriin tulevan veden niin. että absorptiotuote saadaan Kuivan jauheen muodossa talteen. Tällaisella puolikuivalla menetelmällä on mahdollista poistaa rikkidioksidista jopa 90 % Menetelmän haittapuolina mainittakoon euuttimen tukkeitumisherkkyye, ylimääräinen kai 3iumhydroksidin vesilietteen valmistus- ja annoste.1 ula111elsto , joka nostaa investointikustannuksia sekä pisarakoon säätovaιkeudet suihkutuksessa.

Oy Tampella Ab:n kehittämässä nk. LIFAC-prosessisea edellä mainitut. epäkohdat on eliminoitu sillä, että rikkidioksidin poistamisen kannalta epäaktiiviset kalsium- ja magnesiumokei-dit aktivoidaan vasta in situ savukaasuissa vedellä tai vesihöyryllä, jolloin ne muuttuvat vastaaviksi hydroksideiksi ja reagoivat rikkidioksidin kanssa kiinteäksi sul f aat. t i / sul f i 11 -tl-seoksekei, joka voidaan sen jälkeen tehokkaasti poistaa savukaasuista fysikaalisilla erotusmenetelmillä, kuten sähkö-suotimilla tai 1etkusuotimi 1la. Syöttämällä absorptioaine jauheena erikseen polttotilaan tai suoraan reaktiovyöhykkeeseen sitä ei tarvitse syöttää lietteenä euuttimen kautta, jolloin vältytään suuttimien tukkeutumiselta ja ylimääräisten vesilietteen valmistus- ja annostelulaitteiden käytöltä. Mikäli absorptiotuote halutaan ottaa talteen olennaisesti kuivana jauheena, käytetään ruiskutuksessa vettä vain sen verran, että savukaasujen lämpöenergia ja reaktiolämpö kykenee haihduttamaan sen höyryksi.

3 80616

Ennestään tunnetussa märkamenetelmäesä taas rikkipitoiset savukaasut johdetaan pesuriin, jossa savukaasuja pestään alka-1 i pi t o l se 1.1 a liuoksella. Tähän tarkoitukseen on erityisen käyttökelpoinen Oy Tampella Ab:n kehittämä kaaeupeeuri <FI-patentti 58443), joka käsittää täytekappa1ee1la täytetyn tornin, jonka alaosaan on yhdistetty pestävän kaasun tulojohto ja pesunesteen poistojohto ja jonka yläosaan on yhdistetty pestyn kaasun poistojohto ja pesunesteen jakelujärjestelmä. Valitsemalla täytekappalekerroksen korkeuden ja läpimitan suhde sopivaksi ja käyttämällä pesurin koko poikkipinta-alalle jaettua valutusjärjestelmää ilman suihkusuuttimia, on aikaansaatu täytekappaletorni, jolla voidaan käsitellä hyvinkin suuria savukaasumääriä.

Kaikissa edellä mainituissa menetelmissä on omat etunsa ja haittansa. Markamenetelman haittana on mm. se, että käytetty abaorptioaine, tavallisesti natriumhydroksidi, on kallis, minkä lisäksi tuotteena saadaan natriumsu1 faattί1iuosta, jota on jatkokäsίte1tävä natriumsulfaatin saamiseksi kiinteään muotoon. Märkämenetelmän suurin etu on sillä aikaansaatava korkea reduktioaste , so. sillä saadaan rikkidioksidi poiste-luksi savukaasuista hyvinkin tarkkaan. Lisäksi sillä saadaan loputkin pölyt poistetuksi savukaasuista, kun markäpesuri sijoitetaan sahköeuotimen tai 1 etkusuotimen jälkeen. Kuivan ja puolikuivan menetelmän haittana on märkämenetelmään verrattuna alhainen reöuktioaste, jota voidaan nostaa lisäämällä kalkkiy1imäaräa, mikä kuitenkin lisää erotettavaa pölymäärää ja tuottaa suuria määriä jätettä. Näiden menetelmien etuna taas on se, että saadaan kuivaa tuotetta, jota ei tarvitse jatkokäsite 1lä, minkä lisäksi adsorbenttina käytetty kalkki on halpaa.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on nyt aikaansaada menetelmä rikkidioksidin poistamiseksi kuumista savukaasuista, jossa menetelmässä on edellä mainittujen sinänsä tunnettujen menetelmien edut, muttei niiden haittoja. Tarkoituksena on 4 80616 lisäksi aikaansaada menetelmä, jonka investointi- ja käyttökustannukset ovat kohtuulliset. Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on siten aikaansaada menetelmä rikkidioksidin poistamiseksi kuumista savukaasuista, jotka on saatu polttamalla rikkipitoista ainetta kattilassa, jossa menetelmässä kattilaan tai sitä seuraavaan reaktiovyöhykkeeseen syötetään rikkidioksidin kanssa kiinteäksi tuotteeksi reagoivaa ainetta, jäähdydetään kuumia savukaasuja reaktiovyöhykkeessä syöttämällä siihen korkeintaan niin paljon vettä kuin kuumat savukaasut kykenevät haihduttamaan ja erottamalla olennaisesti kuivat kiinteät tuotteet jäähtyneistä savukaasuista, te. menetelmä, jossa kohtuullisella kalkkiylimäärällä saadaan korkea reduktioaste ja rikkipitoiset reaktiotuotteet erotetuiksi savukaasuista kuivana ja kiinteänä jätteenä, jota ei tarvitse enää jatkokäsitellä.

Esillä oleva keksintö perustuu puolikuivan ja märkämenetelmän yhdistelmään, jossa jäähtyneet ja suodatetut savukaasut vielä pestään alkalisella vesiliuoksella jäljelle jääneen rikkidioksidin ja pölyn poistamiseksi savukaasuista ja jossa osa kiertävästä pesuliuoksesta johdetaan kattilaan tai reaktio-vyöhykkeeseen veden haihduttamiseksi tästä liuoksesta, jolloin lopputuotteena saadaan kuiva ja kiinteä natrium- ja kal-slumsulfaatti/sulfiit in seos, mikäli rikkidioksidin kanssa kiinteäksi tuotteeksi reagoivana aineena on käytetty kalkkia tai kalkkikiveä ja alkalisena vesiliuoksena natriumhydroksi-din vesiliuosta.

Esillä olevan keksinnön mukaisella menetelmällä voidaan reaktio-olosuhteita reaktiovyöhykkeessä säätää lämpötilan ja käytetyn kalkkiy1imäärän suhteen optimaalisiksi, koska reduktio-astetta ei tarvitse keinotekoisesti nostaa vaan lopullinen reduktioaste saavutetaan yksinkertaisesti pesemällä kuivasta polynerottimesta tulevat savukaasut pienellä määrällä alkalista vesiliuosta jäljelle jääneen rikkidioksidin ja pölyn poistamiseksi savukaasuista. Pesurista poistettua pesuliuosta 5 80616 ei tarvitse erikseen jatkokäsitellä vaan se johdetaan joko kattilaan tai suoraan reaktlovyohykkeeseen, jossa sen sisältämä vesi haihtuu jäähdyttäen savukaasuja ja mahdollisesti aktivoiden savukaasuissa olevan kaleiumoksidin kalsiumhydrok-eidikei, joka reagoi in situ savukaasuissa olevan rikkidioksidin kanssa. Koska pesuriin tulevista savukaasuista on jo pääosa rikkidioksidista poistettu, ei pesurissa tarvitse käyttää kuin hyvin vähän kallista alkalia, jolla kuitenkin reduktio-aste saadaan nostetuksi yhtä korkealle kuin märkäkalkkikivi-tai sitten regeneratiivisillä prosesseilla ja lisäksi loputkin pölyt poistetuiksi savukaasuista ennen niiden johtamista piippuun.

Keksinnön mukaisella menetelmällä voidaan rikkidioksidin kanssa kiinteäksi tuotteeksi reagoivan aineen ja rikkidioksidin välinen reaktio reaktiovyöhykkeessä suorittaa niin korkeassa lämpötilassa (alhaisemmalla reduktioasteella), että kaasuja ei tarvitse enää lämmittää uudestaan ennen niiden johtamista sähkösuotimeen tämän korrodoitumisen estämiseksi.

Keksintöä selostetaan alla lähemmin viitaten oheiseen piirustukseen, joka esittää kaaviomaisesti esillä olevan keksinnön mukaisen menetelmän toteuttamiseen soveltuvaa laitteistoa.

Piirustuksessa on kattila yleisesti merkitty viitenumerolla 1. Kattilan 1 polttotilaan syötetään poltettavaa rikkipitoista ainetta 4, yleensä esilämmitettyä, happipitoista kaasua 5 ja kalsium-, magnesiumoksidia tai edullisesti -karbonaattia 6 ylimäärin polttotilasea syntyvään rikkidioksidikaasuun nähden. Sanalla "ylimäärin” tarkoitetaan tässä yhteydessä sitä, että kalsium-, magnesiumoksidin tai -karbonaatin sisältämän kalsiumin, magnesiumin tai kalsiumin ja magnesiumin määrä on suurempi kuin mitä teoriassa reaktiokaavan mukaan tarvittaisiin reagoimaan kaiken polttotilaan syötetyn rikin kanssa. Keksinnön mukaisessa menetemässä Ca/S-moolisuhde voidaan pitää suhteellisen matalana, arvossa noin 2.

6 80616

Kattilaan syötetty karbonaatti hajoaa kattilassa oksidiksi ja hiilidioksidiksi. Oksidi puolestaan voi reagoida rikkidioksidin kanssa muodostaen ensin sulfiittia ja sen jälkeen hapet-tueseaan sulfaattia. Lyhyen kattilassa viipymisajan vuoksi vain osa oksidista ehtii reagoida rikkidioksidin kanssa reaktion kannalta riittävän korkeassa lämpötilassa, jonka vuoksi kattilan polttot1lasta poistuu savukaasukanavaa 7 pitkin palamiajätettä sisältäviä kalsium- ja/tai magnesiumoksidipi-toisia savukaasuja 8, jotka vielä sisältävät adsorboitumatonta rikkidioksidia. Jauhemaista oksidia voidaan lisäksi tai vaihtoehtoisesti syöttää suoraan savukaasukanavaan 7 tai eitä seu-raavaan reaktoriin 2. Savukaasujen 8 lämpötila on käytännössä sen verran alhainen, että kalsium- ja/tai magnesiumoksidin ja rikkidioksidin reaktio tapahtuu suhteellisen heikosti ja oksideja voidaan niissä olosuhteissa pitää rikin poiston kannalta suhteellisen epäaktiivieina. Savukaasuilla 8 voidaan kuitenkin lämmönvaihtimessa 12 lämmittää kattilaan 1 syötettävää ilmaa 5.

Kattilan 1 polttotilasta tulevat kalsium- ja/tai magnesiumok-sidipitoiset, rikkidioksidia sisältävät savukaasut 8 johdetaan tämän jälkeen reaktoriin, joka on yleisesti merkitty viitenumerolla 2. Kalsium- ja/tai magnesiumoksidin aktivoimiseksi savukaasuihin suihkutetaan reaktorissa 2 vesiliuosta 9', jonka vesi reagoi vasta muodostuneen, natiivin kalsium-ja/tai magnesiumoksidin kanssa muodostaen vastaavaa erittäin reaktiivista hydroksidia. Hydroksidi puolestaan reagoi in situ savukaasuissa 8 jäljellä olevan rikkidioksidin kanssa muodostaen vastaavaa sulfiittia, joka edelleen hapen läsnäollessa ainakin osittain hapettuu vastaavaksi sulfaatiksi. Reaktoriin 2 syötetyn veden 9 määrä säädetään min pieneksi, että savukaasujen 8 lämpö riittää haihduttamaan sen. Tällöin kuiva pölymäinen reaktiotuote voidaan poistaa muun pölyn tavoin tavanomaisessa pölynerottimessa 3, kuten sähkö- tai pussisuo-timessa, josta savukaasut 11 johdetaan edelleen pesuriin 13 ja erotettu pöly 10 otetaan talteen.

7 80616

Ennen pesuna 13 voidaan eavukaasuihin syöttää vettä putkesta 16 ja itse pesurissa 13, joka edullisesti on FI-patentissa 58443 selostettua tyyppiä, pestään savukaasuja kiertävällä pesuliuokse1la 9, jota valutetaan pesurin koko poikkipinta-alalle. Lisaksi pesuriin syötetään hieman tuoretta lipeä-liuosta 15 ja puhtaat savukaasut 14 poistetaan pesurin 13 yläosasta ja johdetaan piippuun. Osa kiertävästä pesuliuok-eesta 9 erotetaan ja johdetaan putkessa 9' reaktoriin 2, jossa peeuliuoksen sisältämä vesi haihtuu ja reagoi savukaasujen 8 mukana tulevan kalsium- ja/tai magneslumoksidin kanssa vastaavaksi hyvin reaktiiviseksi hydroksidiksi.

Keksinnön mukaisen menetelmän toteuttamiseksi esitetty laite on sekä investointi- että käyttökustannuksiltaan edullinen ja sillä saavutetaan hyvin korkea rikkidioksidin reduktioaste pienellä kalkkiy1imäärä1lä ja ilman, että kallista natrium-hydroksidia 15 tarvitsee lisätä kovinkaan paljon. Pölynerot-timesta 3 tulevan jätteen määrä on myöskin kohtuullinen ja se saadaan talteen kuivana pölynä 10, jota ei tarvitse haihduttaa eikä kiteyttää eikä siten välttämättä jatkokäeitellä.

Esimerkki

Keksinnön mukaisen menetelmän vertailemiseksi edellä mainittuun LIFAC-prosessiin suoritettiin koeajo piirustuksessa esitetyllä laitteistolla ja kaikissa muissa suhteissa samanlaisella laitteistolla, paitsi että pesuri 13 oli jätetty pois ja reaktoriin 2 syötettiin pelkästään vettä.

Molemmissa menetelmissä syötettiin kattilaan (800 MW^) kalkkia sekä hiiltä, jonka määrä oli 110 tn/h ja rikkipitoisuus 1, 5 paino-%, jolloin kattilasta saatiin savukaasua, jonka SOo- 3 o £ pitoisuus oli 3000 mg/m ja lämpötila 130 C. Aktivoinnin jäi-

O

keen savukaasujen lämpötila oli 70 C, jossa lämpötilassa kaasut johdettiin sähkösuotimeen. Rikkidioksidin erotusasteeksi β 80616 pyrittiin kummassakin menetelmässä saamaan 87 %, mikä useimmissa tapauksissa on riittävä ja tavalliset normit täyttävä.

Tähän rikkidioksidin erotusasteeseen pääsemiseksi jouduttiin tekniikan tason mukaisessa LIFAC-prosessissa kattilaan syöttämään suuna määriä kalkkia, 20 tn/h, jolloin vastaavasti saatiin paljon tuhkaa.

Keksinnön mukaisessa menetelmässä sähkösuctimen jälkeiseen pesuriin syötettiin lipeän vesiliuosta 0,4 tn/h (100 %:ksi lipeäksi laskettuna), jolloin kattilaan ei tarvinnut syöttää enää kuin 10 tn/h kalkkia. Tällä kalkkimäärä1la saatiin 70 % rikkidioksidista poistetuksi savukaasuista ja loput 17 * poistettiin pesurissa pienellä määrällä lipeää. Samalla tuhkan määrä pieneni huomattavasti. Tässä prosessissa osa pesurin kiertoliuoksesta johdettiin reaktoriin, jossa liuoksen o o vesi haihtui jäähdyttäen savukaasut 130 C:sta 70 C:een samalla reagoiden savukaasuissa olevan CaO:n kanssa erittäin aktiiviseksi Ca(OH>2:ksi.

Alan ammattilaiselle on selvää, että pesuliuos voidaan myös syöttää kattilaan pesuliuoksen sisältämän veden haihduttamiseksi höyryksi, joka kuitenkin savukaasujen mukana reaktoriin tullessaan reagoi CaO:n kanssa Ca(OH)2:ksi samalla aktivoiden tämän. Keksinnön kannalta on siten yhdentekevää johdetaanko haihdutettava pesuliuos kattilaan vai suoraan reaktoriin.

Claims (2)

9 80616

1. Menetelmä rikkidioksidin poistamiseksi kuumista savukaasuista (8), jotka on saatu polttamalla rikkipitoista ainetta (4> kattilassa (1), syöttämällä kattilaan tai sitä seu-raavaan reaktiovyöhykkeeseen (2) rikkidioksidin kanssa kiinteäksi tuotteeksi reagoivaa ainetta (6), jäähdyttämällä kuumia savukaasuja (8) reaktiovyöhvkkeessä (2) syöttämällä siihen korkeintaan niin paljon vettä kuin kuumat savukaasut kykenevät haihduttamaan ja erottamalla (3) olennaisesti kuivat kiinteät tuotteet (10) jäähtyneistä savukaasuista, tunnettu siitä, että näin saadut savukaasut (11) pestään (13) alkaneella vesiliuoksella (15) jäljelle jääneen rikkidioksidin ja pölyn poistamiseksi savukaasuista ja osa (9') kiertävästä pe-suliuoksesta (9) johdetaan kattilaan (1) tai reaktiovyöhyk-keeseen (2) veden haihduttamiseksi täetä liuoksesta.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että reaktiovyöhykkeeseen (2) johdetaan niin suuri osa (9') kiertävästä pesuliuoksesta (9), että siinä oleva vesimäärä riittää kuumien savukaasujen (8) jäähdyttämiseen ja niissä olevan rikkidioksidin kanssa reagoivan aineen aktivoimiseen. 10 8061 6 PaAffltXrftY