DE3603365C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur gleichzeitigen Behandlung von SO₂, SO₃ und Staub gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus der DE-OS 24 48 413 ist ein Verfahren zum Reinigen von heißen Gasströmen, die feste und gasförmige Bestandteile enthalten, bekannt. Hierbei wurden die Gasströme zunächst abgekühlt und dann gewaschen, wobei der pH-Wert der Auswaschlösung zur Zugabe von CaCO₃ oder Kalk eingestellt wird. Die Aufschlämmung wird in den Gasstrom des Trockenabscheiders eingesprüht und die entstehenden Feststoffteilchen werden in diesem abgeschieden.

Eine weitere nach dem Naßkalkprozeß arbeitende Anlage ist z. B. in der japanischen Patentanmeldung 63 117/1982 beschrieben.

Im folgenden soll nun Bezug genommen werden auf eine Abgas-Entschwefelungsanlage, die das Naßkalkverfahren benutzt und die im industriellen Maßstab verwendet worden ist. Diese ist in Fig. 2 dargestellt.

Abgas 1, das beispielsweise von einem kohlebefeuerten Kessel kommt, wird beispielsweise in einer Entstickungsvorrichtung, einem Lufterhitzer und einem Trockenstaubsammler behandelt, und das Abgas 1, das sowohl Staub, der durch den Trockenstaubabscheider hindurchgegangen ist, wie auch SO₃ und SO₂ enthält, wird dann dem Absorptionsturm 2 zugeführt.

Im unteren Bereich des Absorptionsturmes 2 ist ein Tank 3 vorgesehen, der eine Aufschlämmung aufnimmt, in der Calciumkomponenten suspendiert sind, und ferner ist ein Rührer 4 vorgesehen in dem Tank 3, der die Aufschlämmung umrührt, um dadurch ein Abscheiden von festen Stoffen zu vermeiden.

Die Aufschlämmung, in der die Calciumverbindung suspendiert ist, wird dem oberen Bereich des Turmes 2 durch eine Zirkulationspumpe 5 zugeführt und dann in den Turm 2 eingesprüht, wobei es dann abwärts fließt und so in Kontakt mit dem Abgas gebracht wird und schließlich in den Tank 3 zurückgelangt. Das Abgas, aus dem SO₂ entfernt worden ist, und zwar durch den Kontakt mit der Aufschlämmung, wird als gereinigtes Gas 7 durch einen Dunstabscheider 6 abgeführt.

Die Aufschlämmung aus CaCO₃ und Ca(OH)₂ wird in den Tank 3 geleitet, und zwar über die Leitung 8, und diese Aufschlämmung, die Calciumsulfit enthält, das durch die SO₂-Absorption entstanden ist, wird dem Oxidationssturm 10 über die Leitung 9 zugeführt.

In dem Oxidationssturm 10 wird Luft 12 durch einen Luftblasenerzeuger 11, der am Boden des Turmes 10 angeordnet ist, eingeblasen und durch die Leitung 13 wird Schwefelsäure in den Turm eingeblasen, so daß das Calciumsulfit oxidiert wird zu Gips und das nicht umgesetzte CaCO₃ oder Ca(OH)₂ wird ebenfalls in Gips umgewandelt. Die Gips-Aufschlämmung gelangt aus dem Oxidationsturm 10 in einen Eindicker 15 über die Leitung 14 und die auf diese Weise konzentrierte Gips-Aufschlämmung wird dann einem Zentrifugalabscheider 19 über die Leitung 16, einem Tank 17 und einer Pumpe 18 zugeführt. In dem Abscheider 19 wird Gips 20 gebildet und das Filtrat wird an den Tank 21 weitergeleitet und gelangt dann zurück zum Eindicker 15 über die Pumpe 22 durch die Leitung 23.

Die im Eindicker 15 vorhandene überstehende Lösung wird in den Tank 25 über die Leitung 24 geleitet und wird dann teilweise z. B. zur Regulation des Absorptionsmittels in der Abgas-Entschwefelungs-Anlage benutzt, während gleichzeitig die überschüssige Lösung abgeführt wird.

Entsprechend diesem in Fig. 2 dargestellten Verfahren wird der Staub (der durch den Trockenstaubabscheider) mit dem Abgas 1 hindurchgegangen ist, durch die Absorptionslösung aufgenommen und ist schließlich im Gips 20 enthalten, so daß dies zwangsläufig die Qualität des Gipses beeinträchtigt. Um den Staub aus dem Abgas zu entfernen muß ein Kühlstaub-Entfernungsturm vorgesehen sein, und zwar stromaufwärts von dem Absorptionsturm. Ein derartiges System ist in der Praxis weitverbreitet und bspw. in der japanischen Veröffentlichung 10 838/1977 und 12 026/1976 beschrieben.

Die Nachteile dieser herkömmlichen Verfahren bestehen darin, daß zusätzlich die Notwendigkeit zur Anordnung eines Abkühl-Staubentfernungsturmes besteht, damit der Staub nicht in den Gipfs gelangt. Aus der Fig. 2 ist es offensichtlich, daß die Oxidationsstufe bspw., die Fällung und die Konzentration von Gips sowie auch die Wiedergewinnung der überstehenden Flüssigkeit getrennt notwendig sind, und darüber hinaus sind sie zusätzlich aufwendig, so daß das ganze Verfahren unwirtschaftlich ist. Ein wesentlicher Nachteil ist aber darin zu sehen, daß eine Ablaufbehandlung notwendig ist, und dies ist der größte Nachteil bei der Naßbehandlung von Abgas.

Da im Abgas Verunreinigungen wie Staub, HCl und HF enthalten sind, die durch die Absorptionslösung aufgenommen werden und mit der Drainage abgeschieden werden, und zwar über einen anderen Weg als der Gips, ist eine Abflußbehandlung auf jeden Fall notwendig, obwohl - und dies sei an dieser Stelle erwähnt - dies in vielen Beschreibungen von bestehenden Anlagen nicht erwähnt wird.

Weitere erhebliche Nachteile bei den herkömmlichen Prozessen sind darin zu sehen, daß das im Abgas enthaltene SO₃ nicht entfernt werden kann, obwohl das SO₂ absorbiert und entfernt wird.

SO₃ entsteht durch die Oxidation eines Teiles des Schwefels bei der Verbrennung. In früheren Jahren wurde oft eine Denitrierung benutzt und bei der sekundären Denitrierungsreaktion wurden 0,5 bis 4% des SO₂ oxidiert, so daß dadurch die Menge an SO₃ anstieg. Daraus folgt, daß das Abgas etwa 5 bis 50 ppm SO₃ enthält, und zwar in Abhängigkeit von dem Schwefelgehalt des Brennstoffes.

Wenn die Temperatur des Abgases verringert wird durch einen Wärmeaustauscher, bspw. einen Lufterhitzer, dann kondensiert das SO₃ und es bildet sich Schwefelsäurenebel und dieser lagert sich an dem mitgerissenen Staub an. Die Folge davon ist, daß der Staub sauer ist und zu einer Korrosion im Trockenstaubabscheider führt. Aus dem SO₃-Gas, das durch den Trockenabscheider hindurchgeht, wird ein Schwefelsäurenebel, und zwar durch die Temperaturabsenkung in dem Entschwefelungsteil, aber dieser auf diese Weise gebildete Schwefelsäurenebel besteht aus sehr feinen Teilchen. Daher ergibt sich, daß ein Teil dieses Nebels durch den Kamin aus der Anlage abgeführt wird und dies führt zu einem sauren Rauch oder weißen Rauch bzw. es tritt eine Korrosion des Wärmetauschers auf, der der Entschwefelungsanlage nachge­ schaltet ist.

In der Praxis ist daher nunmehr ein Verfahren angewandt worden, bei dem NH₃ eingeführt wird in das Abgas, das aus dem Auslaß des kohlebefeuerten Austauschers kommt und es bildet sich als Reaktionsprodukt (nachfolgend als NH₃-SO₃-Reaktionsprodukt bezeichnet) aus SO₃ und NH₃ wie bspw. saures Ammoniumsulfat (NH₄HSO₄) oder Ammoniumsulfat (NH₄)₂SO₄ und das auf diese Weise erzeugte NH₃-SO₃-Reaktionsprodukt wird in einem Staubsammler stromabwärts aufgefangen ("Mitsubishi Heavy Industries Technical Bulletin", Vol. 10, No. 5, 1973, Seite 211 bis 218).

Wenn jedoch dieses Verfahren dazu benutzt wird SO₃ aus einem Abgas zu entfernen, das eine große Staubmenge enthält, bspw. wenn es aus einem kohlebefeuerten Kessel kommt, dann ergeben sich die folgenden Nachteile.

Sowohl das Reaktionsprodukt NH₃-SO₃ sowie auch der Staub werden in dem Staubabscheider gesammelt und die Behandlung des Staubes, der einen großen Anteil dieses NH₃-SO₃-Reaktionsproduktes enthält, wird schwierig.

Daher wird der Staub, der von einem derartigen kohlebefeuerten Kessel ausgestoßen wird effektiver dazu benutzt, Flugaschezement zu erzeugen oder es wird für die Wiedergewinnung zurückgestellt, aber im ersten Fall wird durch das Mischen mit Wasser ein NH₃-Geruch erzeugt, während im zweiten Fall der NH₃-Geruch und eine Abgabe in das Grundwasser auftreten kann, und in diesem Fall problematisch wird.

Handelt es sich um Abgas von einem schwerölbefeuerten Kessel, wie er jetzt in Gebrauch kommt, dann ist die Staubmenge geringer als bei dem Abgas aus einem kohlebefeuerten Kessel und auf diese Weise ist die Behandlung des Staubes, der das NH₃-SO₃-Reaktionsprodukt enthält, relativ einfach. Enthält das Abgas jedoch eine große Staubmenge, dann wird die Behandlung des Staubes, wie vorstehend erwähnt, schwierig.

Kann bei der Behandlung von Abgas aus einem kohlebefeuerten Kessel NH₃ nicht benutzt werden, dann lagert sich der Schwefelsäurenebel an den gesammelten Staub an, und zwar im Trockenstaubabscheider, wie vorstehend beschrieben, so daß die effektive Benutzbarkeit des Staubes beeinträchtigt wird. Aus all dem ergibt sich also, daß die Behandlung von Abgas, das Staub und SO₃ sowie zusätzlich SO₂ enthält, bisher mit keinem rationellen Verfahren möglich geworden ist.

Das herkömmliche Naßkalk-/Gips-Entschwefelungsverfahren weist im übrigen die folgenden Nachteile auf:

• 1. Das Beiprodukt Gips ist durch Staubverunreinigung verunreinigt.
• 2. Um ein staubfreies Beiprodukt Gips zu erhalten, muß ein Kühlstaub-Entfernungsturm vorgesehen sein.
• 3. Im Zuge der Absorption von SO₂ muß getrennt ein weiterer Schritt, nämlich die Oxidation, vorgesehen sein mit einer Fällung und Konzentration des Gipses und einer Wiedergewinnung der überstehenden Flüssigkeit.
• 4. Es ist eine Behandlung des Abflusses notwendig, der Verunreinigungen aus dem Abgas und dgl. enthält, und schließlich
• 5. das im Abgas enthaltene SO₃ wird in einen Schwefelsäurenebel umgewandelt, der aus feinen Partikeln besteht, durch die Absenkung der Gastemperatur in der Entschwefelungsanlage, und ein derartig entstandener Nebel kann nicht entfernt werden.

Als Ergebnis ist daher festzustellen, daß der Nebel zu einem sauren oder weißen Rauch führt und zu einer Korrosion des verwendeten Materials. Darüber hinaus lagert sich der Schwefelsäurenebel auch an den Staub an, und zwar im Trockenstaubsammler, der stromaufwärts der Entschwefelungsanlage vorgesehen ist, und dadurch wird die effektive Benutzung des Staubes erschwert.

Beim Versuch, die oben beschriebenen Nachteile auszuräumen, wurden intensive Versuche durchgeführt, und zwar hinsichtlich der Reaktion von CaCO₃- oder Ca(OH)₂- Kristallen mit SO₂, der Oxidationsreaktion vom Calciumsulfit, das durch Absorption von SO₂ entstanden ist und schließlich der Abscheidungsrate von Staub und Gips, und hieraus wurde das erfindungsgemäße Verfahren entwickelt.

Zusammenfassend ergibt sich, daß die vorliegende Erfindung nicht davon ausgeht, ein Verfahren in einem Prozeß zu benutzen, sondern es wird die SO₂-Absorption, die Oxidation, die Fällung und die Konzentration des Gipses sowie die Abtrennung des Staubes und die Wiedergewinnung der überstehenden Flüssigkeit in einem Verfahren im Absorptionsturm und einem Tank im Absorptionsturm durchgeführt. Charakterisiert ist die Erfindung im wesentlichen dadurch, daß die Aufschlämmung, die hauptsächlich Gipspartikel enthält und eine Aufschlämmung, die hauptsächlich Staub enthält, separat aus dem Absorptionslösungstank entnommen werden. Dies bedeutet, daß die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Behandlung von Abgas offenbart, das SO₂, SO₃ und Staub enthält, wobei der Gips und der Staub separat gewonnen werden, und im einzelnen enthält das Verfahren den Zusatz eines Alkali zu der Aufschlämmung, die hauptsächlich Staub enthält, um daraus eine alkalische Staubaufschlämmung zu bilden, Einsprühen der auf diese Weise gebildeten alkalischen Staubaufschlämmung in ein Hochtemperaturabgas auf der Stromaufwärtsseite eines Trockenstaubkollektors, um daraus trockene Festteilchen zu bilden, in denen das SO₃ aus dem Abgas enthalten ist und schließlich Führen des Abgases durch einen Trockenstaubsammler, so daß die trockenen Feststoffe in dem Staub gesammelt werden.

Der feine Staub, der durch den Trockenstaubabscheider hindurchgeht, wird in eine Staubaufschlämmung umgewandelt und dann zur Trocknung verdampft, so daß als Ergebnis die feinen Partikel des Staubes agglomerieren zu größeren Körnern. Diese größeren Körner aus Staub werden dann dem Trockenstaubsammler zugeführt und durch diesen nunmehr entfernt. Auf diese Weise ergibt sich erfindungsgemäß der sehr große Vorteil, daß sowohl eine Bindung, wie auch eine Neutralisation des SO₃ gleichzeitig bewerkstelligt wird. Schließlich kann der Ausfluß der Entschwefelungsanlage sehr gut benutzt werden für die Bindung und die Neutralisation des SO₃, so daß das Verfahren einer herkömmlichen Abgas-Entschwefelung sehr vereinfacht werden kann. Als weiterer Vorteil ist anzusehen, daß sich mit diesem Verfahren ein staubfreies Nebenprodukt, Gips, erhalten läßt.

Die Erfindung soll nun anhand der Zeichnungen erläutert werden, wobei

Fig. 1 ein Flußschema einer Ausführung der Erfindung zeigt,

Fig. 2 eine schematische Ansicht einer Entschwefe­ lungseinrichtung nach dem Naßkalkverfahren, wie sie im industriellen Maßstab bekannt ist und

Fig. 3 ein Gleichgewichtsdiagramm, das die Zusammenhänge zwischen dem Taupunkt des Schwefelsäurenebels und der Konzentration an SO₃-Gas zeigt.

Zunächst soll die Erfindung nun beschrieben werden anhand der Fig. 1.

Das Abgas aus einem kohlebefeuerten Kessel 88 wird über die Leitung 90 in eine Denitrierungsanlage 91 überführt, in der das NO _x aus dem Abgas entfernt wird. Einschließlich des in der Denitrierungsanlage 91 gebildeten SO₃ ist die Konzentration an SO₃-Gas in dem Abgas in der Leitung 92 in einem Bereich von 5 bis 50 ppm. Dieses Abgas wird dann zu einem Lufterhitzer geführt, in dem es von 300 bis 400° C auf 130 bis 180° abgekühlt wird, um entsprechende Wärme zu gewinnen. Daraus folgt, daß in dem Lufterhitzer 94 ein Teil des SO₃ kondensiert am Taupunkt und daß hierdurch ein Schwefelsäurenebel entsteht. Aus der Fig. 3, die die Zusammenhänge zwischen dem Taupunkt des Schwefelsäurenebels und der Konzentration an SO₃-Gas aufzeigt, ergibt sich, daß dann, wenn die Temperatur des Gases hoch ist, kein Taupunkt erreicht wird, auch wenn die Konzentration an SO₃ hoch ist. Daher verbleibt das meiste SO₃-Gas in dem Abgas am Auslaß des Lufterhitzers 94.

Der Schwefelsäurenebel, der am Taupunkt kondensiert ist, lagert sich an den Staub um, so daß dieser sauer wird und zu einer Korrosion des Materials der Abgasbehandlungsanlage führt sowie auch der stromabwärts gelegenen Leitungen.

Um diese Korrosion zu verhindern wird eine alkalische Aufschlämmung, die nachfolgend beschrieben werden soll, durch wenigstens eine der Sprühdüsen 96, 93, 89 eingesprüht, um das SO₃-Gas zu entfernen und den Schwefelsäurenebel zu neutralisieren und zu verfestigen. Wird die Alkali-Aufschlämmung durch diese Sprühdüsen 89, 93, 96 eingesprüht, dann steigt die Alkalität des Staubes an, so daß auch wenn die Schwefelsäurenebel sich stromabwärts an den Staub anlagern die Säuerung des Staubes vorteilhaft unterbunden werden kann.

Anschließend verläßt das Abgas den Lufterhitzer 94 und wird über die Leitung 95 einem Trockenstaubsammler 98 zugeführt, in dem der größte Teil des Staubes aus dem Abgas entfernt wird. Die Konzentration des Staubes im Abgas liegt bei etwa 10 g/m³N am Einlaß des Trockenstaubsammlers 98 und bei etwa 500 mg/m³N am Auslaß dieses Trockenstaubsammlers.

Anschließend wird das Abgas über die Leitung 99 in den Wärmetauscher 100 eingeführt, in dem es von etwa 140° C auf etwa 80° C abgekühlt wird, um Wärme zu gewinnen. Bei herkömmlichen Prozessen wird bei dieser Stufe SO₃ in Schwefelsäurenebel verwandelt und die Korrosion des Materials sowie die Entstehung von saurem Rauch oder weißem Rauch findet in Verbindung damit statt. Bei der vorliegenden Erfindung jedoch wurde das SO₃ neutralisiert und gebunden sowie mit dem Staub gesammelt in den Trockenstaubabscheider 98, so daß diese Beeinträchtigungen nicht entstehen können.

Anschließend wird das Abgas, das etwa 500 mg/cm³N Staub enthält und etwa 1500 ppm SO₂ dem Absorptionsturm 102 durch die Leitung 101 zugeführt.

Fig. 1 zeigt, daß das Abgas in Berührung mit einer Ab­ sorptionsaufschlämmung gebracht wird, und zwar in der Weise, die als Parallelfluß bekannt ist, aber es ist auch möglich in einem Gegenfluß Gas/Flüssigkeit wie im in Fig. 2 gezeigten Verfahren durchzuführen. Im unteren Teil des Absorptionsturmes 102 ist ein Tank 103 vorgesehen zur Aufnahme der Aufschlämmung, in der Calciumverbindungen gelöst sind. Wie sich aus der Fig. 1 ergibt wird die Aufschlämmung in dem Tank 103 durch Trennplatten 122 und 123 getrennt, wobei diese Platten auch entbehrlich sind. Insbesondere in dem Fall, wenn die Teilerplatten vorgesehen sind, dann wird die Aufschlämmung durch den Rührer 104 umgerührt, um eine Ausfällung von Festteilchen zu verhindern. Sind diese Platten nicht vorhanden, dann können Luftblasen die Aufschlämmung umrühren und auf diese Weise kann die Umrühreinrichtung entbehrlich sein.

Die Aufschlämmung, in der die Calciumverbindungen suspendiert sind, wird dem oberen Teil des Turmes 102 durch eine Zirkulationspumpe 105 zugeführt und dort in den Turm 102 eingesprüht. Während sie abwärts fließt, kommt sie in Kontakt mit dem Abgas und gelangt schließlich in den Tank 103 zurück.

Das Abgas, aus dem SO₂ durch den Kontakt mit der Aufschlämmung entfernt worden ist, wird dem Wärmetauscher 100 über den Nebelabscheider 106 und die Leitung 107 zugeführt, und nachdem die Temperatur angehoben worden ist, wird es als gereinigtes Gas in die Atmosphäre abgegeben. Das gereinigte Gas in der Leitung 107 enthält etwa 100 ppm oder weniger SO₂ und 50 mg/m³ oder weniger Staub, wobei dies zeigt, daß SO₂ und Staub durch die Absorptionsflüssigkeit entfernt worden sind. Gleichzeitig sind HCl und HF, die in einigen Zehntel ppm in dem Abgas enthalten sind, durch die Absorptionsaufschlämmung entfernt worden.

In den Tank 103 wird über eine Pulverzuführungsleitung 108 pulverförmiges CaCO₃ oder Ca(OH)₂ zugeführt in Abstimmung mit der Menge an zu absorbierendem SO₂. CaCO₃ oder Ca(OH)₂ dient als Absorptionsmittel, das dem Tank 103 auch in Form einer Aufschlämmung suspendiert in Wasser zugeführt werden kann.

Das Calciumsulfit, das durch die Absorption vom SO₂ mit dem Absorptionsmittel gebildet worden ist, kann oxidiert werden, und zwar mit dem Sauerstoff, der in dem Abgas enthalten ist, so daß eine Umwandlung in Gipskristalle erfolgt, weil die Aufschlämmung sauer gehalten wird in dem Parallelfluß Gas/Flüssigkeit der Kontaktzone. Da jedoch nach wie vor Sulfit enthalten ist, wird Luft durch eine Luftdüse 109 zugeführt, um die Oxidation zu beschleunigen und die Bildung von Gips zu bewirken.

In der Absorptionslösung in dem Tank 103 enthält die Aufschlämmung hauptsächlich Gipskristalle und den Staub, der durch die Absorptionslösung aufgenommen wurde. Bei diesem Staub in dem Tank 103 handelt es sich um Staub, der durch die vorstehend erwähnte Trockenstaubsammeleinrichtung nicht zurückgehalten worden ist, d. h. er besteht aus feinen Partikeln, die einen sehr geringen Durchmesser von weniger als einem µm aufweisen. Dies steht im Gegensatz zu den Gipskörnern, die etwa einen Durchmesser von 50 µm besitzen, so daß die erstgenannten unterschiedlich in ihren physikalischen Eigenschaften wie bspw. der Absetzungsrate oder dgl. sind. Die vorliegende Erfindung nutzt nun diese physikalischen Unterschiede aus durch eine Abtrennung der Aufschlämmung, die hauptsächlich Gipskörner enthält und der Aufschlämmung, die im wesentlichen den Staub enthält. Hierzu wird die Aufschlämmung durch einen Auslaß 110 und eine Pumpe 119 einem Separator 111 zugeführt, in dem ein Gipskuchen erhalten werden kann, aber es hat sich gezeigt, daß dann, wenn ein Filtertuch geeigneter Art ausgewählt wird und auch die Zuführungsgeschwindigkeit der Aufschlämmung in geeigneter Weise eingestellt wird, daß dann die Aufschlämmung, die hauptsächlich den Staub in feinen Partikeln enthält, über die Leitung 113 abgezogen werden kann, so daß ein Gipskuchen 112 erhalten wird, der kaum Staub enthält. In der Leitung 113 befindet sich jedoch zusätzlich zu dem Staub Gips, und es hat sich gezeigt, daß die Konzentration dieses Gipses in der Praxis kaum eingestellt werden kann. Die vorliegende Erfindung nutzt die Differenzen der Absetzungsrate von Staub und Gips aus, und damit ergibt sich eine Möglichkeit, eine Aufschlämmung abzuziehen, die hauptsächlich den Staub enthält, und zwar durch die Leitung 117.

Die Teileinrichtung 114 ist so angeordnet, daß sie sich von der Oberfläche der Aufschlämmung in dem Tank 103 in Richtung zum Boden dieses Tanks erstreckt, so daß auf diese Weise eine Flüssigkeitskammer 115 gebildet wird, die von der Aufschlämmung getrennt ist, die umgerührt wird. Das untere Ende der Trennung 114 ist offen, so daß die Aufschlämmung, die durch den Umrührer 103 gerührt wird und die Lösung in der Abtrennung 114 ausgetauscht werden können. Wie sich weiter aus der Fig. 1 ergibt, ist eine Sperre 116 vorgesehen, so daß die Aufschlämmung, die hauptsächlich Staub enthält, in der Flüssigkeitskammer 115 nicht durch die Turbulenzen der umgerührten Flüssigkeit zerstört wird. Die Aufschlämmung, die hauptsächlich den Staub enthält, und die sich in der Flüssigkeitskammer 115 befindet, wird anschließend durch den Auslaß 117 und eine Pumpe 118 abgezogen. Die Aufschlämmung, die durch die Leitung 113 zurückkommt, wird in die Flüssigkeitskammer 115 im unteren Bereich in Abwärtsrichtung eingeführt, so daß hierdurch ein Aufsteigen der Gipskristalle verhindert wird. In der Schrägplatte 120 ist eine Auslaßöffung 110 vorgesehen, wobei diese Schrägplatte den Boden der Flüssigkeitskammer 115 bildet, an dem sich die Gipskristalle niederschlagen und konzentrieren. Durch diese Schrägplatte 120 wird die Konzentration der Gipskristalle in der Aufschlämmung, die durch die Pumpe 119 abgezogen werden, erhöht, wobei gleichzeitig eine gesonderte Energie für die Beförderung der Flüssigkeit eingespart werden kann. Auf der anderen Seite enthält die Aufschlämmung, die durch die Pumpe 118 abgeführt wird, hauptsächlich den Staub, und in dieser Aufschlämmung befinden sich ebenso gelöste Komponenten wie bspw. HCl und HF in Form von CL⁻- und F⁻-Ionen aus dem Abgas. Es ist überflüssig zu sagen, daß dann, wenn eine gesättigte Lösung erreicht worden ist, die Gipskomponenten auch in Lösung gehen. In früheren Tagen hat man, um eine derartige Ansammlung von Verunreinigungen zu vermeiden, diese aus dem System abgeführt und daher ist eine Abflußbehandlung notwendig gewesen, um eine sekundäre Umweltverschmutzung zu verhindern. Bei der vorliegenden Erfindung jedoch wird das Entschwefelungsmittel wie bspw. Ca(OH)₂ oder CaCO₃ in der Aufschlämmung benutzt, die hauptsächlich den Staub enthält oder alternativ ein Alkali wie Na₂CO₃ oder NaOH, das durch die Zuführungsleitung 124 zugeführt und in das Hochtemperaturgas mit 130 bis 180° C durch Sprühdüsen 96 in der Leitung 95 eingesprüht wird. Durch dieses Sprühverfahren wird das SO₃-Gas entfernt und der Schwefelsäurenebel neutralisiert, um ein festes trockenes Material zu erhalten, das hauptsächlich den Staub enthält. Dieses trockene feste Material besteht im wesentlichen aus feinem Staub, der durch den Trockenstaubsammler 98 hindurchgegangen ist, aber da der durch die Verdampfung getrocknete Staub ein größeres Korn aufweist, kann er anschließend durch den Trockenstaubsammler 98 abgetrennt werden. Dieser Vorteil läßt sich durch die vorliegende Erfindung erreichen, und daraus ergibt sich, daß dadurch, daß der feine Staub, der allein durch den Trockenstaubabscheider nicht herausgetrennt werden kann, durch die Kombination des Sammlers mit der Naßabgas-Entschwefelung möglich ist, wobei auf diese Weise der Trockenstaubsammler wesentlich wirtschaftlicher arbeitet als bei herkömmlichen Fällen. Weitere besondere Vorteile der vorliegenden Erfindung sind darin zu sehen, daß es möglich ist, SO₃ und die Neutralisation sowie Fixierung der Schwefelsäurenebel zu erreichen, so daß auf diese Weise eine Abflußbehandlung, wie sie bei herkömmlichen Methoden notwendig ist, vermieden werden kann.

Die alkalische Aufschlämmung, die im wesentlichen hauptsächlich den Staub enthält, wird in das Hochtemperaturgas eingesprüht, und zwar durch selektive Benutzung von Sprühdüsen 93, 89 abweichend von den vorstehend erwähnten Sprühdüsen 96 in Abhängigkeit von der SO₃-Konzentration im Abgas. Dies bedeutet, um den größten Teil des SO₃-Gases auf den Taupunkt zu bringen in dem Lufterhitzer 94, wird die Aufschlämmung durch die Sprühdüse 93 gesprüht und die Temperatur des Abgases am Auslaß des Lufterhitzers 94 wird abgesenkt auf einen Wert, auf dem kaum noch SO₃-Gas in dem Abgas enthalten ist.

Um zu verhindern, daß eine Korrosion durch die niedrige Alkalität des Staubes auftritt sowie durch die Anlagerung der Schwefelsäurenebel an den Staub kann die Sprühdüse 89 zusammen mit der Sprühdüse 93 benutzt werden. Bei der Naßabgas-Entschwefelung kann das Wasser und/oder das Dichtungswasser für die Pumpen durch eine Waschdüse 120 geführt werden, so daß ein Verstopfen des Gasdurchlasses durch eine Adhäsion oder Ablagerung von Calciumverbindungskristallen in dem Nebel, der in dem Abscheider 106 abgetrennt wird, vermieden wird, und auf diese Weise wird eine große Menge des Wassers hierin benutzt. Da das benutzte Wasser zur Erzielung einer Turbulenz in der Aufschlämmung im Tank 103 benutzt wird, wird es als überschüssiger Ablauf abgezogen. Im Fall, daß dieser Überschuß zu groß ist, kann es in die Sprühdüsen 89, 93, 96 eingeführt werden, um auf diese Weise die Sprühtrocknungsbehandlung vorzunehmen. Das Alkali kann durch die Leitung 194 in einer Menge zugeführt werden, die notwendig ist, um die Schwefelsäurenebel zu neutralisieren.

Die Sprühdüse 89 wird benutzt, wenn bspw. ein Nebenreaktionsprodukt wie ein S₂O₆-Ion, das bei hoher Temperatur aufgeschlossen werden kann, behandelt wird, und diese Düse 89 wird dann nicht benutzt, wenn im Gegenteil zu dem obigen Komponenten wie Cl oder F behandelt werden sollen, die sich in diesem System aufgrund der hohen Temperatur sammeln. Darüber hinaus ist es zweckmäßig, in diesen Fällen die Sprühdüsen 96 und/oder 93 zu benutzen.

Beispiele

Die Erfindung wurde ausgeführt unter Benutzung einer Vorrichtung oder Anlage gemäß Fig. 1.

Der Tank 103 zum Sammeln der Aufschlämmung, die Gipskristalle enthielt, hatte eine Querschnittsgröße von 2000 × 2000 mm und eine Tiefe von 2000 mm. Die Aufschlämmung wurde im oberen Teil eines Absorberturmes 102 eingesprüht, und zwar mit einer Durchflußmenge von 60 m³/Std. mittels einer Zirkulationspumpe 105, wobei der Absorptionsturm 102 mit einem Gitter versehen war.

Ein Abgas wurde teilweise durch einen Auslaß eines kohlebefeuerten Kessels 88 mit einer Menge von 4000 m³N/Std. abgezogen und in den Absorptionsturm 102 durch die Leitung 90, eine Denitrierungsanlage 91 durch die Leitung 92, einen Lufterhitzer 94 durch die Leitung 95 und einen elektrischen Staubabscheider (EP) 98 zum Versuch und einen Wärmetauscher 100 geführt. Die Einstellung erfolgte so, daß die Staubkonzentration im Abgas am Einlaß des EP in einem Bereich von etwa 10 bis 15 g/m³N lag, so daß der Staubgehalt des Abgases am Auslaß in einem Bereich von etwa 500 mg/m³N liegen sollte.

Das Abgas am Einlaß des Absorptionsturmes 102 enthielt 1500 ppm SO₂.

Ein Absorptionsmittel, das CaCO₃-Pulver enthielt, wurde dem Tank 103 durch die Leitung 108 zugeführt, und zwar in Abstimmung mit der Menge des absorbierten SO₂ und die Strömungsrate des Absorptionsmittels wurde genau kontrolliert, so daß der pH der Aufschlämmung, die zu versprühen war, am oberen Teil des Absorptionsturmes 102 in einem geeigneten Bereich von 4,5 bis 6,0 lag. Im Tank 103 waren Teilerplatten 122 und 123 vorgesehen, um einen Volumenanteil der Aufschlämmung in dem Tank abzuteilen in im wesentlichen zwei Teile, wobei die zirkulierende Aufschlämmung, die beim Aufnehmen von SO₂ absank, in Berührung mit Luftgasen gebracht wurde und dabei in Richtung auf die Zirkulationspumpe 105, wie mit Pfeilen angedeutet, bewegt wurde.

Für die Versuche waren im Tank 103 vier zylinderförmige Trennungen 114 (Länge 1500 mm, Innendurchmesser 100, 200, 300 und 400 mm) mit einem offenen Bodenende angeordnet.

Ein zylindrischer oberer Deckel ist mit der Leitung 117 direkt mit der Saugpumpe 118 verbunden und die aus der Flüssigkeitskammer 115 abgezogene Aufschlämmung wurde geprüft, während die abgesaugte Menge in geeigneter Weise durch die Pumpe 118 eingestellt wurde. Die Konzentration der Feststoffteilchen in der Aufschlämmung, die über die Leitung 117 abgezogen wurde, wurde eingestellt auf 0,2 bis 3 Gew.-% durch Wechsel innerhalb eines Bereiches von 0,1 bis 3 m/Std. der durchschnittlichen Aufstiegsgeschwindigkeit der Aufschlämmung in der Flüssigkeitskammer 115, die durch die zylindrischen Wände 114 definiert bzw. gebildet wurde. Es stellte sich heraus, und zwar unter Anwendung eines Mikroskopes, daß die Aufschlämmung im wesentlichen sphärischen Staub enthielt, und daß dann, wenn die Aufsteiggeschwindigkeit der Aufschlämmung hoch war, die Menge an gemischten Gipskörnern zunahm. Während der Experimente variierte die Konzentration des im Abgas enthaltenen SO₂ in der Leitung 107 mit dem pH der zirkulierenden Aufschlämmung, aber es lag in einem Bereich von 10 bis 100 ppm und die Konzentration an Staub betrug im Durchschnitt 30 mg/m³N. Im stetigen Zustand hatte der durch den Abtrenner 111 gewonnene Gips eine hohe Reinheit von 97 Gew.-% oder mehr bezogen auf das Trockengewicht und es bestätigte sich, daß der Staub selektiv über die Leitung 117 abgezogen werden kann. Während des Verfahrens wurde Luft in den Tank 103 durch die Luftdüsen 109, die in dem Tank angeordnet waren, eingeblasen, und zwar mit einer Zuführungsgeschwindigkeit von 50 bis 600 m³N/Std., aber bei einer Zuführungsrate von 250 m³N/Std. oder mehr erreichte die Konzentration des Sulfits einen unteren Wert von weniger als 1 mmol/l. Im Bereich von weniger als 250 m³N/Std. nahm die Konzentration an löslichen schwefligen Ionen auf 1 mmol/l oder mehr zu entsprechend der Verringerung der Zuführungsgeschwindigkeit der Luft. Zu dieser Zeit begann der pH-Wert der Absorptionslösung zu fallen und die Auflösungsrate des CaCO₃-Pulvers nahm ab mit dem Ergebnis, daß die Konzentration an nicht umgewandeltem CaCO₃ zunahm. Aus diesem Grunde war es notwendig, Luft einzublasen, und zwar mit einer Zuführungsgeschwindigkeit von 50 m³N/Std. oder mehr.

Darüber hinaus konnte die Konzentration der Gipskörner in dem Tank 103 auf einem geeigneten Wert in einem Bereich von 1 bis 35 Gew.-% gehalten werden, und zwar durch Einstellung der Zuführungsrate der Aufschlämmung, die durch die Öffnung 110 abgegeben wurde. Schließlich wurde Ca(OH)₂ der Aufschlämmung zugesetzt, die im wesentlichen festen Staub enthielt und die über die Leitung 117 durch die Pumpe 118 abgezogen wurde, so daß die Aufschlämmung alkalisch wurde. Danach wurde die alkalische Aufschlämmung mittels der Sprühdüse 96 in die Leitung 95 gesprüht, durch die das Abgas mit einer Temperatur von 170° C strömte. Die Zuführungsgeschwindigkeit der versprühten Aufschlämmung betrug 50 l/Std., die Temperaturabsenkung des Abgases betrug etwa 10° C und die Aufschlämmung wurde in Form von trockenen Feststoffen in dem EP 98 gesammelt. Die Konzentration an SO₃-Gas in der Leitung 95 betrug 10 ppm, aber nachdem Ca(OH)₂ durch die Leitung 124 zugeführt wurde, und zwar in einer Menge fünfmal soviel wie das enthaltene SO₃-Gas, sank die Konzentration an SO₃ in der Leitung 99 auf 1 ppm oder weniger ab, und es wurde auf diese Weise nachgewiesen, daß das SO₃ neutralisiert und fixiert wurde, zusammen mit dem Staub in dem EP 98.

Anschließend wurde die Aufschlämmung in die Leitung 92 eingesprüht, in der das Abgas mit einer Temperatur von 350° C strömte, und zwar durch die Sprühdüsen 93 anstatt der Sprühdüse 96. In diesem Fall betrug die Konzentration an SO₃ im Abgas in der Leitung 99 1 pm oder weniger und auch, wenn die Zuführungsgeschwindigkeit von Ca(OH)₂, das zugesetzt wurde durch die Leitung 124, sich verringerte, blieb die Konzentration an SO₃ in der Leitung 99 bei 1 ppm oder weniger. Auch hiermit wurde bestätigt, daß das SO₃ neutralisiert und fixiert wurde bei einer Zuführungsgeschwindigkeit von Ca(OH)₂ äquivalent zum SO₃.

Durch Anwendung der vorliegenden Erfindung kann vorteilhaft ein Kühl- und Staubentfernungsturm eingespart werden sowie ein Oxidationsturm, ein Eindicker, ein Filtrattank und ein Tank für die überstehende Flüssigkeit, die bei üblichen Abgas-Entschwefelungsanlagen notwendig ist, und zusätzlich sind Pumpen, Ventile und entsprechende Meßeinrichtungen für diese Einrichtungen überflüssig. Darüber hinaus ist die Abflußbehandlung, die bei den meisten Verfahren wie bei dem Naßabgasentschwefelungsverfahren erhebliche Schwierigkeiten bringt, unnötig, so daß die Behandlung insgesamt sich wesentlich vereinfacht. Da darüber hinaus bei der vorliegenden Erfindung das Beiprodukt Gips und der Staub direkt und getrennt aus dem Absorptionslösungstank entnommen werden kann, wird ein sehr hoch qualitativer Gips erhalten, und da die Aufschlämmung, die den Staub enthält alkalisch gemacht wird und dann in das Abgas gesprüht wird stromaufwärts des Trockenstaubabscheiders, kann der Staub in feste trockene Teilchen übergeführt werden zusammen mit dem SO₃ und kann auf diese Weise sehr effektiv durch den Trockenstaubsammler abgeschieden werden.

Claims (6)

1. Verfahren zur gleichzeitigen Behandlung von SO₂, SO₃ und Staub enthaltenden Abgasen, bei dem das Abgas durch einen Trockenstaubsammler geleitet wird, und das Gas dann einer Absorptionseinrichtung zugeführt wird, die Kalziumhydroxid und/oder Kalziumcarbonat als Absorptionsmittel für SO₂ und den Staub benutzt, der durch den Trockenstaubabscheider hindurchgegangen ist, dadurch gekennzeichnet, daß in die der Absorptionseinrichtung zuzuführende Absorptionslösung zur Oxidation und Gipsbildung Luft eingeblasen wird, daß ein Teil der Absorptionslösung als eine Aufschlämmung abgetrennt wird, die hauptsächlich Gipskörner und eine Aufschlämmung, die hauptsächlich den Staub enthält, und zwar durch Ausnutzung der unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften der Staub- und Gipspartikel in der Aufschlämmung, daß aus der Aufschlämmung, die hauptsächlich Gipskorn enthält, das Beiprodukt Gips abgetrennt wird, daß der Aufschlämmung, die hauptsächlich Staub enthält, ein Alkali zugesetzt wird, diese Aufschlämmung dann stromaufwärts des Trockenstaubsammlers in das Abgas zur Bildung SO₃ enthaltender trockener Festteilchen eingesprüht wird, und die entstandenen Feststoffe zusammen mit dem Staub durch den Trockenstaubsammler gesammelt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgas aus einem kohlebefeuerten Kessel stammt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgas in den Trockenstaubabscheider durch eine Denitrierungseinrichtung und einen Lufterhitzer eingeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufschlämmung, die hauptsächlich Staub enthält und zu der ein Alkali zugesetzt worden ist, in das Abgas zwischen dem Lufterhitzer und dem Trockenstaubabscheider eingesprüht wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufschlämmung, die hauptsächlich Staub enthält und der ein Alkali zugesetzt worden ist, in das Abgas zwischen dem Lufterhitzer und der Denitrierungseinrichtung eingesprüht wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufschlämmung, die hauptsächlich Staub enthält und der ein Alkali zugesetzt worden ist, in den kohlebefeuerten Kessel eingesprüht wird.