FI78846B - Foerfarande foer avlaegsnande av gasformiga svavelfoereningar och svaveldioxid ur roekgaser i en panna. - Google Patents

Description

Menetelmä kaasumaisten rikkiyhdisteiden ja rikkidioksidin poistamiseksi kattilan savukaasuista 1 78846 Tämä keksintö kohdistuu menetelmään kaasumaisten rikkiyhdisteiden ja erityisesti rikkidioksidin poistamiseksi rikkipitoisia polttoaineita polttavan kattilan, kuten hiili-pöly tai öljykattilan savukaasuista.

Ennestään on tunnettua alentaa kattilan savukaasujen rikkidioksidipitoisuutta syöttämällä kattilan polttotilaan kal-siumoksidia, kalsiumkarbonaattia tai jotakin muuta alkalista yhdistettä. Leiju-uunissa, jossa on kiertopeti, voidaan kalkkilisäyksellä alentaa savukaasujen rikkidioksidipitoisuutta jopa 90 %:lla, kun kattila toimii kemiallisten reaktioiden kannalta parhaimmalla mahdollisella lämpötila- o alueella, nimittäin 800-1000 C:ssa. Näin absorboitunut rikkidioksidi poistuu kattilasta lentopölyn mukana kipsin muodossa.

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

Toisaalta on tunnettua, että savukaasujen rikkidioksidipitoisuutta voidaan alentaa erilaisilla kattilan ulkopuolisilla absorptiomenetelmillä. Eräs tällainen sinänsä tunnettu menetelmä on nk. spray-menetelmä, jossa kattilasta tulevat savukaasut johdetaan erilliseen reaktoriin, johon erityisten suuttimien läpi suihkutetaan pieninä pisaroina kalsiumhyd-roksidin vesilietettä. Reaktori on tyypillisesti suurehko astia, jossa savukaasujen nopeuden annetaan laskea ja vesi- 2 78846 lietettä suihkutetaan astian yläosasta alaspäin. Reaktorin o lämpötila on tällöin n. 50-80 C ja kalsiumhydroksidin vesilietteen suihkutuksen säätö on erittäin tärkeää, sillä liian isot pisarat jäävät märkinä reaktorin pohjalle. Kalsiumhydroksidin vesilietteen sakeus pyritään pitämään niin korkeana, että savukaasujen sisältämä lämpö riittää haihduttamaan reaktoriin tulevan veden niin, että absorptiotuote saadaan kuivan jauheen muodossa talteen. Menetelmällä on mahdollista poistaa rikkidioksidista jopa 90 %. Menetelmän haittapuolina mainittakoon suuttimen tukkeutumisherkkyys, ylimääräinen kalsiumhydroksidin vesilietteen valmistus-ja annostelulaitteisto, joka nostaa investointikustannuksia sekä pisarakoon säätövaikeudet suihkutuksessa.

Tämän keksinnön tarkoituksena on aikaansaada menetelmä kaasumaisten rikkiyhdisteiden, kuten rikkidioksidin poistamiseksi kattilan savukaasuista, jolla menetelmällä kaasumaiset rikkiyhdisteet saadaan muunnetuksi kaasuista helposti erotettaviksi kiinteiksi rikkiyhdisteiksi ja siten tehokkaasti poistetuksi kattilan savukaasuista yksinkertaisella ja taloudellisella tavalla.

Keksinnön pääasialliset tunnusmerkit ilmenevät oheisista patenttivaatimuksista.

Esillä olevan keksinnön mukaisessa menetelmässä syötetään kaasumaisten rikkiyhdisteiden ja erityisesti rikkidioksidin kanssa reagoiva hydroksidi ja vesi prosessiin erikseen jolloin vältetään lietteen valmistuskäsittely ja etenkin syöt-tövaikeudet, niin että a) jauhemaista alkali- ja/tai maa-alkalimetallihydrok-sidia syötetään poltettavan rikkipitoisen aineen ja happi-pitoisen kaasun lisäksi kattilaan, b) kattilaan ja/tai savukaasuihin suihkutetaan erikseen vettä ja/tai höyryä ja lopuksi li 3 78846 c) alkali- ja/tai maa-alkalimetallisulfaattia, sekä mahdollisesti -sulfiittia sisältävä kiintoaine erotetaan kaasuista.

Keksinnön perusajatuksena on siis se, että hydroksidi syötetään kattilaan jauheena ja aktivoidaan vasta in situ savukaasuissa vedellä ja/tai vesihöyryllä, jolloin se reagoi rikkidioksidin kanssa sulfaatti/sulfiittiseokseksi, joka voidaan sen jälkeen tehokkaasti poistaa savukaasuista tavanomaisilla fysikaalisilla pölynerotusmenetelmillä.

Jauhemaista hydroksidia syötetään kattilan polttotilaan polttoaineen rikkipitoisuuden mukaan siten, että alkali-ja/tai maa-alkalimetallin määrä on reaktiokaavan mukaisessa moolisuhteessa vähintään rikkiä vastaava määrä, edullisesti kuitenkin suurempi kuin reaktioon tarvittava määrä. Syöttämällä hydroksidia jauheena erikseen polttotilaan voidaan käyttää yksinkertaisia esim. pneumaattisia syöttölaitteita, jolloin vältytään suuttimien tukkeutumiselta ja ylimääräisten vesilietteen valmistus- ja annostelulaitteiden käytöltä. Vastaavasti veden ja höyryn syöttö suuttimien kautta on yksinkertaista ja helppoa.

Veden tai höyryn syöttö savukaasuihin tapahtuu käytännössä o lämpötila-alueella 50-800 C, edullisesti kuitenkin lämpö- o tila-alueella 90-200 c. Mikäli absorptiotuote halutaan ottaa talteen kuivana jauheena, käytetään ruiskutuksessa vettä vain sen verran, että savukaasujen lämpöenergia kykenee haihduttamaan sen höyryksi.

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

4 78846

Piirustuksessa on kattila yleisesti merkitty viitenumerolla 1. Kattilan 1 polttotilaan syötetään poltettavaa rikkipitoista ainetta 4, happipitoista kaasua 5 ja jauhemaista kalsium- ja/tai magnesiumhydroksidia 6 edullisesti ylimäärin polttotilassa syntyvään rikkidioksidikaasuun nähden. Sanalla "ylimäärin" tarkoitetaan tässä yhteydessä sitä, että hydroksidin sisältämän kalsiumin, magnesiumin tai kalsiumin ja magnesiumin määrä on suurempi kuin mitä teoriassa reaktio-kaavan mukaan tarvittaisiin reagoimaan kaiken polttotilaan syötetyn rikin kanssa.

Kattilaan syötetty hydroksidi dehydratoituu ensin kattilassa oksidiksi. Oksidi puolestaan voi reagoida rikkidioksidin kanssa muodostaen ensin sulfiittia ja sen jälkeen hapet-tnessaan sulfaattia. Lyhyen kattilassa viipymisajan vuoksi vain osa oksidista ehtii reagoida rikkidioksidin kanssa reaktion kannalta riittävän korkeassa lämpötilassa, jonka vuoksi kattilan polttotilasta poistuu savukaasukanavaa 7 pitkin palamisjätettä ja vesihöyryä sisältäviä kalsium-ja/tai magnesiumoksidipitoisia savukaasuja 8, jotka vielä sisältävät absorboitumatonta rikkidioksidia.

Savukaasujen 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 epäaktii-visina. Savukaasujen lämpötilan aletessa oksidit voivat reagoida takaisin hydroksidiksi savukaasuissa olevan vesihöyryn kanssa. Näin ollen on edullisempaa syöttää jauhemainen hydroksidi suoraan savukaasukanavaan 7 tai sitä seuraa-vaan reaktoriin 2. Savukaasuilla voidaan lisäksi lämmön-vaihtimessa 12 lämmittää kattilaan 1 syötettävää ilmaa 5.

Kattilan 1 polttotilasta tulevat kalsium- ja/tai magnesiu-moksidi- sekä mahdollisesti -hydroksidipitoiset, rikkidioksidia sisältävät savukaasut johdetaan tämän jälkeen reakto- 5 78846 riin, joka on yleisesti merkitty viitenumerolla 2. Oksidin ja/tai hydroksidin aktivoimiseksi savukaasuihin suihkutetaan kuitenkin reaktorissa 2 vettä tai lisää vesihöyryä, joka reagoi kalsium- ja/tai magnesiumoksidin kanssa muodostaen vastaavaa hydroksidia aktivoiden sen sekä savukaasuissa jo mahdollisesti olevan hydroksidin. Hydroksidi puolestaan reagoi savukaasuissa 8 jäljellä olevan rikkidioksidin kanssa muodostaen vastaavaa sulfiittia, joka edelleen hapen läsnä ollessa ainakin osittain hapettuu vastaavaksi sulfaatiksi. Reaktoriin 2 syötetyn veden 9 määrä säädetään niin pieneksi, että savukaasujen 8 lämpö riittää haihduttamaan reaktoriin 2 syötetyn veden. Tällöin olennaisesti kuiva pölymäinen reaktiotuote voidaan poistaa muun pölyn tavoin tavanomaisessa pölynerottimessa 3, josta savukaasut 11 johdetaan edelleen piippuun 13 ja erotettu pöly 12 johdetaan mahdolliseen jatkokäsittelyyn .

Veden lisäysjärjestys ei ole mitenkään kriittinen ja siten voidaan esimerkiksi vesi tai höyry syöttää kattilaan tai vasta kattilan jälkeen joko savukaasukanavaan tai sitä seu-raavaan reaktoriin.

Esillä olevan keksinnön mukaisen menetelmän lisäetuina mainittakoon, että menetelmää voidaan soveltaa minkä tyyppisellä polttolaitteella hyvänsä varustettuun kattilaan. Kattilan koko ei ole rajoittava tekijä eikä kalsium- ja/tai magnesiumhydroksidia ole tarpeen kierrättää polttotilassa, jolloin vältytään kalliilta kiertopetiratkaisulta hankaline kierrätyslaitteineen ja samalla kiertopetiratkaisun haittapuolena olevalta ylimääräiseltä, sen toimintaperiaatteesta johtuvalta pölyltä ja pölyn erottamiselta. Tunnettuun spray-menetelmään verrattuna on veden tai höyryn suihkuttaminen reaktoriin 2 lisäksi huomattavasti yksinkertaisemmin ja helpommin toteutettavissa kuin suuttimia tukkeavaa ja hankalasti sekoitettavaa lietettä käytettäessä.

6 78846

Keksintöä selostetaan alla lähemmin esimerkkien avulla. Esimerkki 1

Hiilipölykattilaan, jonka teho on 600 MW, syötetään täydellä kapasiteetilla ajettaessa 70 tn/h hiiltä, jonka rikkipitoisuus on 1,4 %. Palamisilmaa syötetään ylimäärin niin, että happipitoisuus savukaasuissa on 4 %.

Kalsiumhydroksidia, jonka kalsiumhydroksidipitoisuus on 90 %, syötetään kattilaan tietyssä vaihtelevassa suhteessa siihen rikkimäärään nähden, joka tulee polttoaineen mukana kattilaan. Teoreettinen ekvivalenttimäärä on noin 2,5 tn/h p.o. kalsiumhydroksidia.

Savukaasuihin suihkutetaan kalsiumhydroksidia ja vettä ja/-tai höyryä joko savukanavassa tai erillisessä savukanavan jälkeen olevassa reaktorissa.

Energiataloudellisesti edullisinta on lisätä savukaasujen kosteutta suihkuttamalla niihin vettä kaikkien lämmöntal-teenottopintojen jälkeen erillisessä reaktorissa.

Savukaasujen kosteuden lisääminen tekee kalsiumhydroksidis-ta erittäin reaktiivisen, jolloin se nopeasti reagoi savukaasujen sisältämien rikin oksidien kanssa. Mitä kosteampia savukaasut poistuessaan ovat, sitä tehokkaammin rikkidioksidi tulee poistettua savukaasuista. Energiataloudellisesti on kuitenkin edullista toimia niin, että kemiallisissa reaktioissa vapautunut lämpö riittää haihduttamaan lisätyn vesimäärän. Mikäli halutaan nostaa savukaasujen loppulämpö-tilaa se tehdään joko ulkopuolisella lämmöllä tai lämpimällä savukaasuvirralla.

Tulokset on esitetty alla olevassa taulukossa, josta ilmenee prosentuaalisesti kuinka paljon rikkidioksidia saatiin poistetuksi savukaasuista, kun kattilaan syötettiin esillä olevan keksinnön mukaisesti vaihtelevia määriä kalsiumhyd- 7 78846 roksidia, jonka määrä on ilmoitettu jauhemaisen kalsiumhyd-roksidin kalsiumpitoisuuden ja kattilaan syötetyn polttoaineen rikkipitoisuuden moolisuhteina. Savukaasujen lämpötilat on mitattu välittömästi ennen veden tai höyryn syöttökohtaa, o paitsi 800 C:ssa jossa vesi tai höyry on syötetty suoraan kattilaan.

. B)

Ca/S Savukaasun Savukaasun SO - 2 lämpötila lämpötila reduktio, 2 o A) o 0,48 800 C 108 C 42 % o o 0,52 50 C 65 C 56 % 1,52 202 C 74 C 77 % o o 1,56 90 C 68 C 82 % O o 2,20 200 C 72 C 87 % 2,22 120 C 62 C 96 % o o 2,3 110 C 68 C 93 % o o 2,5 90 C 66 C 97 % 4,1 800 C 110 C 72 % o o 4,0 120 C 68 C 98 % A) veden tai höyryn syöttö kattilaan B) Välittömästi ennen veden syöttökohtaa

Esimerkki 2

Esimerkin 1 mukaiseen kattilaan syötetään vastaavissa toimintaolosuhteissa kalsium-magnesiumhydroksidia, jossa on kalsiumhydroksidia 45 %, magnesiumhydroksidia 45 % ja epäpuhtauksia 10 %. Kalsium-magnesiumhydroksidia ja vettä ja/-tai höyryä syötetään savukaasuihin joko kattilassa tai kattilan jälkeen olevassa erillisessä reaktorissa.

Kosteuden lisääminen tekee erityisesti kalsiumhydroksidista erittäin reaktiivisen, jolloin se nopeasti reagoi savukaasujen sisältämien rikin oksidien kanssa. Mikäli kalsiumhyd-roksidin sisältämän kalsiumin moolisuhde rikkiin on vähin- 8 78846 tään 1, tapahtuu reaktio pääasiassa kalsiumhydroksidin ja rikin oksidien välillä ja magnesiumhydroksidi hitaampana läpäisee reaktiovyöhykkeen olennaisesti sellaisenaan.

Claims (5)

9 78846

1. Menetelmä kaasumaisten rikkiyhdisteiden, kuten rikkidioksidin poistamiseksi kattilan savukaasuista, tunnettu siitä, että a) jauhemaista alkali- ja/tai maa-alkaiimetal1ihydroksidia (6) syötetään poltettavan rikkipitoisen aineen (4) ja happipitoi sen kaasun (5) lisäksi kattilaan (1), b) kattilaan (1) ja/tai savukaasu!hi n (8) suihkutetaan erikseen (2) vettä (9) ja/tai höyryä ja lopuksi c) reaktiotuloksena saatua alkali- ja/tai maa-alkaiimetal 1 i sul faattia , sekä mahdollisesti -sulfiittia sisältävä kiintoaine (12) erotetaan (3) kaasuista (11).

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että jauhemaista hydroksidia (6) syötetään ylimäärin savukaasuissa olevaan rikkiin nähden.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että veden (9) ja/tai höyryn suihkuttaminen suoritetaan savukaasujen (8) lämpötilan ollessa 50-800°C, edullisesti 90-200°C.

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että savukaasulhi n (8) suihkutetaan korkeintaan niin paljon vettä (9), kuin savukaasujen ja reaktioiden tuottama lämpöenergia kykenee haihduttamaan.

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että syötettävä hydroksidi on kalsiumhydr-oksidia tai kaisium-magnesiumhydroksidi n seosta.