DE2743267C2

DE2743267C2 - Vorrichtung zur Entschwefelung von Abgasen

Info

Publication number: DE2743267C2
Application number: DE2743267A
Authority: DE
Inventors: Shinichi Kawasaki Kanagawa Shimizu; Kouichi Yokohama Kanagawa Tamura; Hiroshi Yanagioka
Original assignee: Chiyoda Chemical Engineering and Construction Co Ltd
Current assignee: Chiyoda Chemical Engineering and Construction Co Ltd
Priority date: 1976-09-29
Filing date: 1977-09-27
Publication date: 1984-05-03
Also published as: DE2743267A1; JPS5344483A; US4099925A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Entschwefelung von Abgasen durch Kontakt eines Schwefeldioxid enthaltenden Abgases mit einer Absorptionsflüssigkeit, wobei das Schwefeldioxid von der Absorptionsflüssigkeit absorbiert und gleichzeitig von einem sauerstoffhaltigen Gas oxidiert und von einem fixierenden Reagens in der Absorptionsflüssigkeit fixiert wird. Diese Vorrichtung weist einen Kessel, der eine waagerecht angeordnete perforierte Platte mit einem Überlauf für Absorptionsflüssigkeit, einen unter der perforierten Platte mündenden Abgaseinführungsabschnitt, einen Abgasauslaß, Einführ- und Ausführeinrichtungen für Absorptionsflüssigkeit und eine Einführeinrichtung für fixierendes Reagens auf.

Bei der Rauchgas-Naßentschwefelung wurde die Methode, Schwefeldioxid zu absorbieren und gleichzeitig mit Hilfe eines sauerstoffhaltigen Gases zu oxidieren, seit Beginn der Entwicklung als eines der besten Systeme angeschen. Ein Problem bei der Realisierung dieses Systems bestand darin, den Sauerstoff zu absorbieren, da dieser eine geringere Absorptionsgeschwindigkeit als Schwefeldioxid besitzt. Aus diesem Grund wurde herkömmlicherweisc bei Rauchgas in kleiner Menge oder bei Rauchgas mit einer niedrigen Schwefeldioxidkonzentration, wie etwa 100 ppm, ein sauerstoffhaltiges Gas in das Rauchgas eingeblasen, um eine Absorption und Oxidation durch den direkt in dem Rauchgas enthaltenen Sauerstoff zu bewirken, während bei Rauchgas in großer Menge eine praktische Methode zur Anwendung dieses Prinzips bislang nicht realisiert werden konnte.

Aus der DE-OS Ib 69 319 ist eine Vorrichtung zur Entschwefelung von Abgasen durch Kontakt mit Ammoniakgas bekannt. Dieses vereinigt sich mit dem Schwefeldioxid zu Ammoniumsulfit, das in einer über einer perforierten Platte liegenden Wasserschicht aus dem Abgas herausgelöst wird. Diese Vorrichtung führt nicht zu einer gleichzeitigen Oxidation von Schwefeldioxid zu Schwefeltrioxid und eruibt somit als Endprodukt nicht das erwünschte Ammoniumsulfat, sondern das gewerblich als solches nicht verwertbare Ammonium.sulfit. Dieses müßte durch separate Oxidation noch in das Sulfat überführt werden, was einen zusätzlichen Apparate- und Vorrichtungsaufwand darstellt.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe bestand somit darin, eine Vorrichtung zu bekommen, in der gleichzeitig mit der Absorption des Schwefeldioxids dessen Oxidation zu Schwefeltrioxid erfolgt, so daß man als Produkt das erwünschte Sulfat bekommt.

Diese Aufgabe läßt sich überraschenderweise mit einer Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art lösen, die dadurch gekennzeichnet ist, daß an der perforierten Platte nach unten ragende Flüssigkeitssteigleitungen (5) angeordnet sind, wobei Einführleitungen (4) für sauerstoffhaltiges Gas unterhalb der öffnungen der unteren Enden der Flüssigkeitssteigleitungen (5) münden.

Vorzugsweise ist im Abstand oberhalb der perforierten Platte wenigstens eine Prallplatte vogesehen. Die perforierte Platte kann zweckmäßig ein Netz, ein Gitter oder eine Siebplatte sein.

Gemäß der Erfindung steigt die Absorptionsflüssigkeit in der unteren Zone des Kessels durch das in die Flüssigkeitssteigleitungen eingeblasene sauerstoffhaltige Gas nach oben und bildet eine Biasenschicht mit dem getrennt eingeführten Abgas, wie z. B. Rauchgas, und dem sauerstoffhaltigen Gas auf der perforierten Platte (3). Diese Blasenschicht gestattet die gleichzeitige Absorption und Oxidation von Schwefeldioxid.

Die Flüssigkeitssteigleitungen (5) führen das sauerstoffhaltige Gas auf die perforierte Platte (3) unabhängig von dem Rauchgas und lassen die Absorptionsflüssigkeit in der unteren Zone des Behälters auf die perforierte Platte (3) steigen, wodurch die Konzentrationen an Reaktionsprodukt gleichmäßig gehalten werden. Im Falle, daß oberhalb der perforierten Platte (3) Prallplatten (6) vorgesehen sind, dienen diese dazu, auf der perforierten Platte (3) die Flüssigkeit mit aus dem sauerstoffhaltigen Gas absorbiertem Sauerstoff mit der Flüssigkeit zu vermischen, die aus dem Rauchgas absorbiertes Schwefeldioxid enthält.

In der Zeichnung bedeuten

F i g. 1 und F i g. 3 Längsschnitte zweier Ausführungsformen der Vorrichtung nach der Erfindung und

F i g. 2 einen Schnitt entlang der Linie H-Il in F i g. 1.

In F i g. 1 ist ein Rauchgas-Einführabschnitt (2) wie ein Ring entlang der periphercn Wand eines Kessels (1) vorgesehen. Das Rauchgas gelangt von dem Rauchgas-Einführabschnitt (2) unter die perforierte Platte (3), welcher über der Flüssigkeit des Kessels (1) vorgesehen ist. Andererseits wird ein sauerstoffhaliiges Gas von den Einführlcilungcn (4) mit öffnungen unter den Flüssigkeitssteigleitungen (5) in diese cingeblasen.

Das sauerstoffhaltige Gas läßt die Absorptionsflüssigkeit, die in der unteren Zone des Kessels (I) steht, auf die perforierte Platte (3) steigen. Dort bilden das sauerstoff haltige Gas und ein Teil der Absorptionsflüssigkeit Blasen, und die restliche Absorptionsflüssigkeit verteilt sich über die perforierte Platte (3). Das unter die perforierte Platte (3) geführte Rauchgas steigt durch die Löcher der perforierten Platte (3) und bildet mit der Absorptionsflüssigkeil, die durch Jk- Flüssigkeitssteigleitungcn (5) aufgestiegen ist, eine zusammenhängende Blasenschicht auf der perforierten Platte (3). Die Blasen des sauersloflhahigcn fiases treffen au! die Prallplatte:; (6) und werden in einei Rauehgasblasensthicht divergiert, so daß die Flüssigkeit mit dann absorbiertem Sauerstoff und die Flüssigkeit mit dann absorbiertem Schwefeldioxid in der Blascnschich· auf der perforierten Platte (3) vollständig miteinander vermischt werden und

gleichzeitig miteinander reagieren. Die Blasen gehen über einen Überlauf (7) und werden entschäumt, um eine klare Flüssigkeit zu ergeben. Diese Absorptionsflüssigkeit fällt in eine Flüssigkeitsablaufzone (S) und gelangt von dort in die untere Zone und sodann zu den Einlaßöffnungen der Flüssigkeitssteigleitungen (5). Sie wird also durch die Flüssigkeitssteigleitungen (5) zirkuliert, um die Konzentrationen der Reaktionsprodukte in dem Kessel (1) gleichmäßig zu halten. Ein SO3 bindendes Reagens, wie beispielsweise Ammoniakgas, wird in den Kessel (1) aus Einführleitungen (9) eingespeis t, um in der Flüssigkeit dispergiert und von ihr absorbiert zu werden. Das Reaktionsprodukt, wie beispielsweise Ammoniumsulfat, wird aus einer Austragdüse (10) abgezogen, die eine Oberlaufeinrichtung für Absorptionsflüssigkeit ist und allgemein verwendet wird, um den Flüssigkeitsspiegel in dem Kessel konstant r.u halten. Das entschwefelte Rauchgas wird aus einem Auslaß (11), der oben vorgesehen ist, entfernt.

In der Vorrichtung nach der Erfindung sind die Flüssigkeitssteigleitungen (5) so vorgesehen, daß die Höhe Ader Flüssigkeitssäule der Flüssigkeitssteigleitungen über dem Flüssigkeitsspiegel, unter der perforierten Platte 100 bis 150 mm ist. Dieses Mittel erleichtert die Einführung und Dispergierung des Rauchgases. In einer Vorrichtung ohne Raum unter der perforierten Platte muß Rauchgas gegen einen Flüssigkeitsdruck, besonders in dem Rauchgaseinführabschnitt, eingeführt werden, so daß ein großer Druckabfall in dem Rauchgas unvermeidlich ist. Außerdem ist es überflüssig, besondere Leitungen innerhalb des Kessels vorzusehen, uü; Gas unter der perforierten Platte zu dispergieren. Das Rauchgas braucht an dem Rauchgaseinführabschnitt keinen großen Druck zu haben. Dieses Mittel ist daher sehr wirksam für die Behandlung eines großen Rauchgasvolumens.

Die Höhe des Überlaufes (Hobcrhui) über der perforierten Platte, der vorgesehen ist, um den Flüssigkeitsdruckabgleich zwischen der Blasenschicht auf der perforierten Platte und der Flüssigkeitsablaufzone zu halten, braucht lediglich größer als die Höhe entsprechend dem Druckunterschied zwischen dem Flüssigkeilsdruck Hr in Millimetern Wassersäule auf der perforierten Platte und der Höhe h der Flüssigkeitssteigleitungen über dem Flüssigkeitsspiegel in Millimetern Wassersäule zu sein, wie durch die folgende Formel gezeigt wird:

Daher kann auch die Überlaufhöhe bzw. Wehrhöhe entsprechend den Flüssigkeitssteigleitungen gesenkt werden. Im allgemeinen ist es aber bevorzugt, daß die Höhe des Überlaufes oder Wehrs 50 bis 80% der Höhe der gebildeten zusammenhängenden Blasenschicht ist.

Die Beziehung zwischen der Menge an sauerstoffhaltigem Ga;; pro Zeiteinheit V[mV/i] und der Menge an durch die Flüssigkeitssteigleilungen aufsceigender Flüssigkeit pro Zeiteinheit Qm'/h] wird durch die folgende Formel ausgedrückt:

I =

4.20 /ι

Int 10.33
To.33

y. η

k I.l'l/ici./ in 1'''"1/L-IiI. /; ilic I loht,- der in Metern und hs die Untertauchtiefe der Flüssigkeitssteigleitungen in Metern bedeutet.

Im allgemeinen wird bei den Flüssigkeitssteigleitungen das Untertauchverhältnis δ durch ö = h/(h + hs) auegedrückt, und es ist bekannt, daß die Effizienzbeziehung η = ί(ν, ö) ist. Wenn daher V und ό so ausgewählt werden, daß η konstant gemacht wird, läßt sich ό direkt bestimmen. Die Schwefeldioxidkonzentration in dem Rauchgas ist proportional der Menge an sauerstoffhalti gern Gas V, wenn die Rauchgasmenge konstant ist. Aus diesem Grund ist die Zirkulationsmenge Q der Absorptionsflüssigkeit proportional der Schwefeldioxidkonzentration, und die Konzentrationen des Reaktionsproduktes, wie von Ammoniumsulfat, in dem Kessel werden gleichmäßig gehalten, ungeachtet der Schwefeldioxidkonzentration. Daher sind bei dem Rauchgas mit hoher Schwefeldioxidkonzentration Hilfseinrichtungen, wie Pumpen, für die Flüssigkeitszirkulation nicht erforderlich, somit kann die Vorrichtung nach der Erfindung leicht einen weiten Bereich von Schwefeldioxidkonzentrationen in Rauchgasen verarbeiten und gestattet einen Betrieb lediglich durch Einblasen eines sauerstoffhaltigen Gases und Einführen eines Rauchgases oder anderen Abgases, ohne daß irgendwelche anderen Mittel zur Flüssigkeitszirkulation erforderlich sind.

Da Flüssigkeitssteigleitungen verwendet werden, kann in der Vorrichtung nach der Erfindung auch eine Absorptionsflüssigkeit mit darin suspendiertem Feststoff, wie einem solchen, welcher Schwefeldioxidgas absorbiert und bindet, verwendet werden.

Wenn die Absorptionsflüssigkeit eine wäßrige Lösung ist, kann beispielsweise NaOH sowie Ammoniak als bindendes Reagens verwendet werden, um die

r. Produktion von NajSO* als Nebenprodukt bei der Entschwefelung zu gestatten. Wenn die Absorptionsflüssigkeit eine Suspension ist, kann diese Apparatur für das Ammoniumsulfatverfahren verwendet werden, bei dem Ammoniumsulfat unter Ausfällung als Kristalle

■in konzentriert und suspendiert wird. Diese Ammoniumsulfatkristallisation kann leicht erreicht werden, indem man den Kesselboden konisch ausbildet und Lufteinblasdüsen für das Rühren vorsieht.

F i g. 3 zeigt eine vereinfachte experimentelle Ausfüh-

⁴"' rungsform der Erfindung, bei Jer nur eine Flüssigkeitssteigleitung 5 und eine Flüssigkeitsablaufzone 8 exzentrisch in einem einzelnen Kessel vorgesehen sind und eine Austragdüse 10 mit einer Pumpe 13 am Boden des Kessels 1 vorgesehen ist. Die Bezugszeichen der

"' betreffenden Teile sind die gleichen wie in Fig. 1. Das nachfolgende Beispiel verwendet die in F i g. 3 gezeigte Apparatur.

Beispiel

■ > Der Durchmesser der zylindrischen Apparatur betrug 800 mm, und der Flüssigkeitsspiegel lag in einer Höhe von 1350 mm. Die Flüssigkeitssteigleitung 5 hatte eine Länge von 1000 mm und einen Durchmesser von 18 mm. Die Flüssigkeitsablaufzone 8 hatte eine Höhe von

w 650 mm vom Flüssigkeitsspiegel aus. und der Überlauf oder das Wehr hatte eine Höhe von 200 mm von der perforierten Platte 3 aus. Der Abstand zwischen dem flüssigkeitsspiegel und der perforierten Platte betrug 150 mm. Der Anteil der Öffnungen in der perforierten

^Λ> Plane lag bei 7"/», und der Lochdurchmesser lag bei 10 mm. Die Prallplatte 6 war JOO mm oberhalb der perforierten Platte angebracht.

l.tifi wurde in die FHissigkeitsstcigleiuing 5 aus tier

Einführleitung 4 mit 16 NmVh eingcblasen und andererseits wurde das Rauchgas, das 1280 ppm SO > und 3% O.> enthielt, aus den; Einführabsehnitt 2 für Rauchgas mit 980NmVh eingeblasen. Außerdem wurde Ammoniakgas durch die Einführleitung 9 mit 25 NmVh eingeführt, um den pH-Wert der Absorptionsflüssigkeit auf i einzustellen.

Entschwefeltcs Gas (mit einem Gehalt von 10 bis 20 ppm SO..) wurde aus dem Auslaß 11 entfernt. Industriewasser wurde aus der Wasserzuführdiise 12 zugeführt, um die Ainmoniunisulfatkonzentraiion und den Flüssigkeitsspiegel einzustellen. Die Absorptionsflüssigkeit wurde durch die Austragdüse 10 mit Hilfe der Pumpe 13 abgezogen. Die abgezogene Menge an Absorpiionsflüssigkeil lag bei 31 I/Std. und die Ammoniumsulfatkon/entration bei 2OGewichts-ⁿ/o. Der Gesamtdruckabfall des Rauchgases betrug 500 mm Wassersäule, und die Höhe der Blasenschicht war 700 mm.

Dies zeigt, daß die Absorption und Oxidation von Schwefeldioxid gleichzeitig mit einer sehr kompakten Vorrichtung und der gleichen Menge an oxidierender Luft wie üblich durchgeführt werden kann, daß das Reaktionsprodukt, wie beispielsweise Ammoniumsulfat. auch konzentriert werden kann und daß bei niedrigem Druckverlust eine hohe Entschwefelungsleistung erreicht werden kann.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Naßentschwefelung von Abgasen mit einem Kessel, der eine waagerecht angeordnete perforierte Platte mil einem Überlauf für Absorptionsflüssigkeit, einen unter der perforierten Platte mündenden Abgaseinführungsabschnitt, einen Abgasauslaß, Einführ- und Ausführeinrichtungen für Absorptionsflüssigkeit und eine Einführeinrichtung für fixierendes Reagens aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß an der perforierten Platte (3) nach unten ragende Flüssigkeitssteigleitungen (5) angeordnet sind, wobei Einführleitungen (4) für sauerstoffhaltiges Gas unterhalb der öffnungen der unteren Enden der Flüssigkeitssteigleitungen (5) münden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Abstand oberhalb der perforierten Platte (3) wenigstens eine Prallplatte (6) vorgesehen ist.