FI91364B - Menetelmä ja laitteisto kaasumaisia epäpuhtauksia sisältävien prosessikaasujen puhdistamiseksi - Google Patents

Description

Menetelmä ja laitteisto kaasumaisia epäpuhtauksia sisältä vien prosessikaasujen puhdistamiseksi

Keksinnön kohteena on menetelmä kaasumaisia epäpuh-5 tauksia sisältävien prosessikaasujen, kuten esimerkiksi rikkidioksidia sisältävien savukaasujen puhdistamiseksi, jossa menetelmässä prosessikaasu saatetaan kosketuksiin siinä olevien kaasumaisten epäpuhtauksien kanssa reagoivan, kiintoaineen muodossa olevan reagenssin kanssa 10 kaasumaisten epäpuhtauksien saattamiseksi reagoimaan ja muodostamaan kiinteän pölymäisen tuotteen, jolloin kiintoaineen muodossa olevaa reagenssia jauhetaan prosessi-kaasuvirrassa reaktion aikana sen tehostamiseksi ja muodostunut pölymäinen reaktiotuote poistetaan prosessi-15 kaasuista jauhatuksen jälkeen.

Edelleen keksinnön kohteena on laitteisto menetelmän toteuttamiseksi, johon laitteistoon kuuluu välineet prosessikaasun ja reagenssin johtamiseksi kosketukseen toistensa kanssa ja jauhin, jossa reagenssia jauhetaan 20 samanaikaisesti.

Polttoprosesseissa ja prosessiteollisuudessa syntyy erilaisia kaasuja, jotka usein sisältävät haitallisia kaasumaisia epäpuhtauksia kuten rikkidioksidia, rikkitrioksi- • · . dia sekä fluori- ja kloorivetyhappoa jne. Näiden poistami- • · · 25 seen ja erityisesti voimateollisuuden savukaasujen rikin • · ♦ *· 1: oksidien poistamiseen on kehitetty erilaisia menetelmiä ja «·« laitteita, jotka perustuvat kalkin käyttöön eri tavoin.

• · Näissä tyypillinen periaate on saattaa rikin oksidit kos- • ·♦ : ketuksiin kalsiumoksidipartikkeleiden kanssa niin, että ne 30 reagoisivat muodostaen kalsiumsulfiittia ja sulfaattia.

··· Eräässä tunnetussa menetelmässä kalkki syötetään • ♦ · · kattilan tulipesään kalsiumkarbonaattina, jossa se palaa • # kalsiumoksidiksi ja sen jälkeen kattilan savukaasut johde taan reaktoriin, jossa niihin ruiskutetaan vettä kai- • · · *...1 35 siumoksidin muuttamiseksi kalsiumhydroksidiksi ja siten • ♦ • · · • · · • · · 2 reaktion aikaansaamiseksi. Tätä vastaava ratkaisu on esitetty myös FI-kuulutusjulkaisussa 84435, jossa savukaasui-hin lisätään reagenssia ja sen jälkeen savukaasut johdetaan vastaavalla tavalla kostutusreaktoriin. Tässä ratkai-5 sussa kaasusta erotettuja hiukkasia palautetaan takaisin reaktoriin riittävän hiukkastiheyden aikaansaamiseksi. Edelleen on tunnettua puhdistaa tällaisia kaasuja ruiskuttamalla puhdistusreaktoriin kalkkia tai kalsiumhydroksidia vesiliuoksena tai lietteenä niin, että lopputuloksena on 10 savukaasuissa pölymäistä kuivaa reaktiotulosta, joka voidaan helposti erottaa savukaasuista suotimen avulla.

On myös tunnettua puhdistaa tällaisia kaasuja käyttämällä märkäpesua, jolloin kaasut johdetaan kalkkiliet-teen tai vastaavan absorptiolietteen läpi.

15 Tunnetuilla ratkaisuilla saadaan aikaan kohtuulli sen hyviä puhdistustuloksia, mutta niiden vaatimat laitteistot ovat varsin monimutkaisia ja kalliita. Niissä puhdistus perustuu siihen ajatukseen, että absorptioaine syötetään valmiiksi jauhettuna tai lietettynä kaasuvirtaan. 20 Tällöin absorptioainepartikkeleilla kaasumolekyylien sitomiseen käytettävissä oleva vapaa aktiivinen reaktiopinta-ala rajoittuu absorptioainepartikkeleiden ulkopinta-alaan. Lisäksi merkittävä osa partikkelien vapaasta aktiivisesta • · · reaktiopinnasta katoaa reagenssiaineen alkuperäisen jauha- • · · 25 tuksen jälkeisessä prosessissa ennen kaasuvirtaan syöttöä, • · • · · *. 1: koska hienojakoiset reagenssihiukkaset ovat agglomeroitu- neet. Agglomeroitumisesta seuraa se, että reagenssiaineen • · J/.j hiukkastiheys sekä lietepisaratiheys ja tästä johtuen myös vapaan aktiivisen reaktiopinta-alan määrä ei ole prosessi-30 kaasuvirrassa korkea suhteessa poistettaviin kaasumolekyy-leihin. Näin ollen poistettavien kaasumolekyylien sitoutu- ···· minen reagenssiainepartikkeleihin vaatii suhteellisen pit- • · · kän ajan, mikä aiheuttaa sen, että tarvittavien laitteiden ♦ • 1 koko on suunnattoman suuri. Edelleen niissä puhdistus pe- • · · 35 rustuu siihen ajatukseen, että kaasujen ja absorptioaineen • · • ♦ · m ♦» • · · 3 täytyy olla vaikuttamassa toisiinsa suhteellisen pitkän reaktioajan, mikä aiheuttaa sen, että tarvittavien laitteiden koko on täysin riippuvainen lasketusta reaktioajas-ta. Kuitenkaan näillä menetelmillä ei saada riittävän hy-5 vää puhdistustulosta kohtuullisilla kustannuksilla, koska hyötysuhteen merkittävä parantaminen edellyttää laitteelta pitempiä viipymäaikoja ja siten vastaavasti merkittävästi suurempikokoisia laitteita.

Tämän keksinnön tarkoituksena on saada aikaan sel-10 lainen menetelmä ja laitteisto haitallisia kaasumaisia epäpuhtauksia sisältävien prosessikaasujen, kuten savukaasujen puhdistamiseksi, joilla saadaan helposti ja luotettavasti suhteellisen pienikokoisella laitteistolla hyvä puhdistustulos.

15 Keksinnön mukaiselle menetelmälle on olennaista, että prosessikaasuun ja reagenssiin lisätään vettä reaktion tehostamiseksi, että prosessikaasu ja reagenssi sekä vesi saatetaan kosketuksiin keskenään vain reagenssin jauhatuksen yhteydessä lyhyeksi ajaksi ja että vettä syöte-20 tään vain sellainen määrä, että reaktion lopputuloksena on kuiva pölymäinen reaktiotuote.

Keksinnön mukaiselle laitteistolle on ominaista, ...^ että laitteistoon kuuluu välineet veden syöttämiseksi pro- , .·. sessikaasun ja reagenssin sekaan jauhimessa, kun prosessi- • · , 25 kaasu ja reagenssi johdetaan jauhimen läpi.

* · ·

Keksinnön olennainen ajatus perustuu siihen, että • · · *·*:φ savukaasut, reagenssi ja vesi saatetaan hetkellisesti jau- • · '♦ *! hatuksessa mahdollisimman tehokkaasti keskenään kosketuk- • · · '.· * siin, jolloin reaktiivisen pinnan lisääntyminen saa aikaan 30 nopean reaktion, jonka seurauksena saadaan aikaan erittäin H' hyvä puhdistustulos. Tämä tehdään keksinnön olennaisen ajatuksen mukaisesti niin, että kaasut johdetaan samanaikaisesti reagenssin, kuten rikkidioksidin poistossa kai- ♦ · ... kin, ja veden kanssa jauhimelle, jossa ne sekoittuvat ja * 35 asettuvat toistensa kanssa kosketuksiin välittömästi kai- • · • · ♦ · • · ♦ · ♦ · 4 kin jauhautuessa, jolloin kaikkien läsnäollessa rikin ja kalkin sekä veden väliset reaktiot tapahtuvat lähes välittömästi. Syötettäessä vettä keksinnön edullisen toteutus-muodon mukaisesti vain sen verran, että reaktiossa ylijää-5 nyt vesi pystyy haihtumaan savukaasujen lämmön vaikutuksesta, on lopputuloksena olennaisesti kuivia pölymäisiä reaktiotuloksia sisältävä savukaasu, josta epäpuhtaudet voidaan poistaa suotimen avulla.

Keksinnön olennainen ajatus perustuu siihen, että 10 reagenssiaineen jauhatus tapahtuu edullisimmin savu- kaasuvirrassa, jolloin poistettavat kaasumolekyylit, rea-genssi ja vesi reagoivat muutaman sekunnin murto-osan jopa muutaman mikrosekunnin kuluessa jauhatuksesta. Tällöin reagenssiaineen vapaa aktiivinen reaktiopinta-ala on mak-15 simaalisesti käytettävissä, koska agglomeroitumista ei ennätä tapahtua. Tällä menetelmällä saadaan aikaan hyvin korkea reagenssipartikkelitiheys, jolloin korkeaan puhdis-tusasteeseen tarvittava kokonaisreaktioaika on lyhyt.

Keksinnön etuna on se, että sekoitettaessa kaasut, 20 vesi ja reagenssi, kuten kalkki, jauhimessa, on seurauksena se, että reagenssin jauhautuessa pienemmäksi siitä koko ajan paljastuu uutta aktiivista pintaa, jolloin lopputu- ... loksena on erittäin hyvä reaktiohyötysuhde. Edelleen kek- • · sinnön etuna on, että laitteisto eli tarvittava jauhin on » · 1**. 25 suhteellisen pienikokoinen verrattuna erilaisiin veden- • · ' / suihkutus- ja pesurireaktoreihin, koska jauhimen avulla • · · ··· tarvittava reaktioaika on murto-osa näiden tunnettujen . *: ratkaisujen tarvitsemasta reaktioajasta ja viiveajasta.

»· · : Edelleen keksinnön etuna on, että prosessiin voidaan käyt- 30 tää suhteellisen karkeata reagenssimateriaalia, koska se jauhautuu jauhimessa joka tapauksessa pienemmäksi, minkä ·»« ’·*· seurauksena säästetään jauhatuskustannuksia.

» ' . Keksintöä selostetaan lähemmin oheisissa piirustuk- • · · · ’ / sissa, joissa ···* 35 kuvio 1 esittää kaavamaisesti keksinnön mukaista • · • · # 1 # 5 menetelmää ja siihen käytettävää laitetta ja kuvio 2 esittää keksinnön avulla saavutettuja tuloksia poistettaessa rikkidioksidia kattilan savukaasuista.

5 Kuviossa 1 prosessikaasu, kuten esimerkiksi savu kaasu johdetaan kanavaa 1 pitkin jauhimelle 2. Samanaikaisesti laitteistoon syötetään sinänsä tunnetuilla syöttövä-lineillä reagenssi kuten esimerkkinä tässä tapauksessa rikkidioksidin poistossa kalkki ja vesi kanavia 3 ja vas-10 taavasti 4 pitkin, jolloin ne sekoittuvat jauhimessa kaasujen kanssa. Rikkipitoisia savukaasuja puhdistettaessa tapahtuu prosessissa seuraavat reaktiot: (1) CaO + H20 - Ca(0H)2 15 (2) Ca(0H)2 + S02 - CaSOj + H20 (3) CaS03 + 0 , 5 02 - CaS04

Reagenssina savukaasujen rikkidioksidin poistossa voi käyttää myös muita alkalisesti reagoivia kiintoaineita 20 kuten esimerkiksi sammutettua kalkkia Ca(0H)2, kalsiumkar-bonaattia CaC03, dolomiittia CaMg(C03)2, kalsiumpitoista lentotuhkaa, alumiinioksidia ja oksidihydraattia A1(0H)0 jne. Jauhimesta 2 savukaasut ja pölymäiset reaktiotulokset » · poistuvat poistokanavaan 5, josta ne johdetaan pölynerot- • · Γ1. 25 timelle 6. Pölynerottimella 6, joka voi olla mikä tahansa * 1 » ’1 [1 tunnettu suodin, pöly erotetaan savukaasuista, jotka joh- • · · detaan ulos ja erotettu pöly poistetaan kanavan 7 kautta.

“. 1: Keksinnön toimintaa selostetaan tarkemmin seuraa- : vissa esimerkeissä, joiden tulokset on esitetty käyrinä 30 kuviossa 2: ·# ♦ • · · · *:1. Esimerkki 1: • · · * . Raskasta polttoöljyä, joka sisältää 1,7% rikkiä, ···· poltettaessa syntyvä rikkidioksidipitoinen savukaa- ···1 35 su, jonka lämpötila on välillä 80 - 220°C johdetaan • · • ♦ • ♦ • » ♦ · ♦ • » 6 kanavaa 1 pitkin jauhimelle 2. Jauhimelle syötetään samanaikaisesti kalsiumoksidia kanavaa 3 käyttäen Ca/S-moolisuhdetta 1,0 - 4,0. Jauhimelle syötetään myös vettä kanavaa 4 pitkin. Vesimäärä säädetään 5 syötetyn kalkkimäärän perusteella käyttäen vähin tään H20/Ca0-moolisuhdettta 1,0. Käytettäessä Ca/S-moolisuhdetta 2,0 ja teoreettista vesimäärää saavutetaan n. 70 %:n rikkidioksidin erotusaste. Lisättäessä jauhimelle syötettävää vesimäärää vastaamaan 10 H20/Ca0-moolisuhdetta arvoon 2,0 rikkidioksidin erotusaste paranee n. 85 %:iin. Lisättäessä Ca/S-moolisuhdetta arvoon 3,0 rikkidioksidin erotusta paranee n. 95 %:iin H20/Ca0-moolisuhteen ollessa edelleen 2,0. Savukaasut ja jauhimella syntyneet 15 kuivat reaktiotuotteet poistuvat jauhimelta 2 pois tokanavaa 5 pitkin pölynerottimelle 6, mistä ne erotetaan kuivana tuotteena kanavan 7 kautta.

Esimerkki 2: 20 Poltossa syntyneisiin savukaasuihin injektoidaan kalkkia. Kalkki ja rikkidioksidipitoiset kaasut johdetaan yhdessä savukanavaa 1 pitkin jauhimelle ... 2. Savukaasuihin injektoidaan kalsiumoksidia kana- .·. vassa 3 käyttäen Ca/S-moolisuhdetta 1,0 - 4,0. Jau- ψ · : 25 himelle syötetään lisäksi vettä kanavasta 4. Vesi määrä säädetään syötetyn kalkkimäärän perusteella • * · käyttäen vähintään H20/Ca0-moolisuhdetta 1,0. Käy- • * ]· tettäessä Ca/S-moolisuhdetta 2,0 ja teoreettista • · * * vesimäärää saavutetaan n. 70 %:n rikkidioksidin 30 erotusaste. Lisättäessä jauhimelle syötettävää ve- *·* simäärää vastaamaan H20/CaO-moolisuhdetta arvoon Γ: 2,0 rikkidioksidin erotusaste paranee n. 85 %:iin.

Lisättäessä Ca/S-moolisuhdetta arvoon 3,0 rikki- 9 .. dioksidin erotusaste paranee n. 95 %:iin H20/Ca0- y 35 moolisuhteen ollessa edelleen 2,0. Savukaasut ja * ♦ 9 9 9· 7 jauhimella syntyneet kuivat reaktiotuotteet poistuvat jauhimelta poistokanavaa 5 pitkin pölynerotti-melle 6, mistä ne erotetaan kuivana tuotteena kanavaa 7 pitkin.

5

Kuten esimerkit osoittavat, on keksinnön mukaisella menetelmällä saatu erittäin hyviä puhdistustuloksia käyttäen jauhimena desintegraattorityyppistä jauhinta. Desin-tegraator-jauhin on yksinkertainen ja luotettava sekä 10 keksinnön kannalta edullinen sovellutusmuoto, missä on kaksi vastakkaisiin suuntiin pyörivää jauhinrengasta. Jau-hautuminen tapahtuu materiaalin iskeytyessä jauhimen kehällä sijoitettuihin iskupintoihin. Kun savukaasut kulkevat jauhatuksen alaisena olevan materiaalin läpi, jauhau-15 tuessaan rikkoontuneet kalsiumsulfiitti/-sulfaattihiukka-set paljastavat uuden aktiivisen reagenssipinnan, mikä reagoi veden läsnäollessa nopeasti rikin kanssa.

Menetelmän mukaisessa ratkaisussa voidaan käyttää, kuten esimerkitkin osoittavat, varsin pieniä kalkkimääriä 20 vastaaviin käytössä oleviin tunnettuihin menetelmiin verrattuna ilman, että se olennaisesti vaikuttaa reagointitu-lokseen ja siten puhdistuskykyyn. Samoin lopputuloksena on ;··, kuiva tuote, jonka käsittely pölynerottimessa on yksinker- täistä ja helppoa eikä lietettä tai muuta vastaavaa hanka- • » • ; 25 lasti käsiteltävää materiaalia synny. Laitteisto ei tar- vitse erillistä kostutus/pesureaktoria, joka on paitsi I". kallis, myös suurikokoinen. Siten keksinnön mukaisen lait- ; · teiston investointikustannukset ovat varsin pienet. Lait- ' * teiston toimintaa on myös helppo säntää, koska renk- 30 tionopeus ja siten viiveaika ovat pieniä ja lopput;u Loksen säätö voidaan tehdä pelkästään reagenssin ja veden määrien : i säädöllä. Keksinnön mukainen laitteisto on myös helposti asennettavissa nykyisiin voimalaitoksiin tai muihin kemiallisiin prosesseihin, koska sen vaatima tila on p i · ·: i i " h» ja sen tarvitsema käyttoteho on suhteellisen pieni.

8

Edellä selityksessä ja piirustuksessa on keksintöä esitetty vain esimerkinomaisesti eikä sitä ole millään tavalla rajoitettu siihen. Jauhimena voidaan käyttää mitä tahansa sopivaa jauhinta, jolla reagenssipartikkelit kuten 5 esimerkiksi kalkkipartikkelit ja muodostuneet sulfidi/sul-faattipartikkelit saadaan jauhetuksi pienemmäksi ja siten reaktiiviseksi. Käytännön kannalta desintegraatorjauhin on eräs edullinen ratkaisu, koska siinä jauhaminen ja sekoittaminen tapahtuvat helposti samanaikaisesti ja vesi, rea-10 genssi ja prosessikaasut saadaan hyvin ohueksi kerrokseksi, missä reaktioetäisyydet ovat pienet ja siten reaktio voi tapahtua nopeasti.

·· • · « · ·· • » ·· ··· • · ·· ·· • · • · « «·· • · • · ♦ ψ 9 »»· # # ♦ * · ·♦ ··· #

Claims (11)

3

1. Menetelmä kaasumaisia epäpuhtauksia sisältävien prosessikaasujen, kuten esimerkiksi rikkidioksidia sisältävien savukaasujen puhdistamiseksi, jossa menetelmässä pro-sessikaasu saatetaan kosketuksiin siinä olevien kaasumaisten epäpuhtauksien kanssa reagoivan, kiintoaineen muodossa olevan reagenssin kanssa kaasumaisten epäpuhtauksien saattamiseksi reagoimaan ja muodostamaan kiinteän pölymäisen tuotteen, jolloin kiintoaineen muodossa olevaa reagenssia jauhetaan prosessikaasuvirrassa reaktion aikana sen tehostamiseksi ja muodostunut pölymäinen reaktiotuote poistetaan prosessikaasuista jauhatuksen jälkeen, tunnettu siitä, että prosessikaasuun ja reagenssiin lisätään vettä reaktion tehostamiseksi, että prosessikaasu ja reagenssi sekä vesi saatetaan kosketuksiin keskenään vain reagenssin jauhatuksen yhteydessä lyhyeksi ajaksi ja että vettä syötetään vain sellainen määrä, että reaktion lopputuloksena on kuiva pölymäinen reaktiotuote.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, t u n- ^ . n e t t u siitä, että reagenssina käytetään metallioksi- • ♦ . dia, edullisesti kalsiumoksidia, joka jauhatuksessa reagoi syötetyn veden kanssa muodostaen hydroksidia, joka edelleen • · · ** *· reagoi prosessikaasuissa olevien kaasumaisten epäpuhtauksi- ...:* en kanssa. :.’*i

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, : tunnettu siitä, että kiintoaineen muodossa oleva reagenssi ja vesi sekä prosessikaasu johdetaan jauhatukseen erillisiä kanavia pitkin. • ·

4. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kiintoaineen muodossa oleva • · reagenssi johdetaan jauhatukseen prosessikaasujen mukana ja että vesi johdetaan jauhatukseen erillistä kanavaa pit- : kin.

• ·« .·. : 5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen mene- • »* » · ie telmä, tunnettu siitä, että reaktioon johdetaan vettä vähintään kemiallisen reaktion mukaan laskettu veden minimimäärä ja että vettä johdetaan reaktioon korkeintaan niin paljon, että prosessikaasut jäähtyvät ns. märkälämpö-tilaan.

6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että prosessikaasut johdetaan jauhatukseen korkeintaan 200°C lämpötilassa ja että prosessikaasut poistetaan jauhatuksesta niiden märkälämpö-tilaa korkeammassa lämpötilassa.

7. Laitteisto patenttivaatimuksen 1 mukaisen menetelmän toteuttamiseksi, johon laitteistoon kuuluu välineet presessikaasun ja reagenssin johtamiseksi kosketukseen toistensa kanssa, ja jauhin, jossa reagenssia jauhetaan samanaikaisesti, tunnettu siitä, että laitteistoon kuuluu välineet veden syöttämiseksi prosessikaasun ja reagenssin sekaan jauhimessa, kun prosessikaasu ja reagenssi johdetaan jauhimen läpi.

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että jauhin on desintegraattorityyppinen . jauhin. • «

9. Patenttivaatimuksen 7 tai 8 mukainen laitteisto, • f • · · ’···’ tunnettu siitä, että siihen kuuluu erillinen veden- • · · *· 1! syöttökanava veden johtamiseksi jauhimelle.

10. Jonkin patenttivaatimuksen 7-9 mukainen lait- • · teisto, tunnettu siitä, että siihen kuuluu syöttö-::: välineet reagenssin syöttämiseksi suoraan jauhimelle.

11. Jonkin patenttivaatimuksen 7-9 mukainen lait-teisto, tunnettu siitä, että siihen kuuluu syöttö- • · välineet reagenssin syöttämiseksi prosessikaasuun ennen • · · jauhinta. • · · • · • · • · · • · • • 1 1