Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anlage, die dazu
bestimmt ist, Wärme aus der Verbrennung eines Brennstoffs zu
erzeugen, der insbesondere Schwefel und Stickstoff enthält, bei
verminderten Emissionen von Schwefeloxiden.
Gemäß verschiedener Publikationen ist es bekannt, die
Emissionen der Schwefeloxide und insbesondere von Schwefeldioxid, die
aus einem Kessel der genannten Art stammen, zu vermindern.
Klassischerweise umfassen diese Kessel eine Brennkammer,
wenigstens eine Konvektionsaustauscherzone, eine
Entschwefelungskammer, die wenigstens ein Injektionsmittel eines
Absorbens umfaßt und mit einer ersten Austauscherzone mit
Konvektion in Verbindung steht, eine erste Trennkammer, die mit dieser
ersten Konvektionsaustauscherzone verbunden ist, wobei die
Trennzone wenigstens einen Ausgang für das verbrauchte
Absorptionsmittel und einen Ausgang für die von Verunreinigungen
befreiten Gase umfaßt.
Schließlich offenbart die französische Patentanmeldung
A-2.636.720 einen sogenannten entschwefelnden Kessel, der eine
Entschwefelungskammer umfaßt, die zwischen einer Brennkammer
(anströmseitig) und einer Wärmerückgewinnungskammer
(abströmseitig) angeordnet ist, wobei das ganze den Vorteil kompakt zu
sein aufweist, da die Entschwefelungskammer zwischen die
Brennkammer und die Wärmerückgewinnungskammer integriert ist.
Die Patentanmeldung EP-A-0 463 957 stellt (Dokument) gemäß
Artikel 54(3)EPÜ eine Verbesserung der vorgenannten Anmeldung
dar, da sie, um die Temperatur in der Entschwefelungskammer
konstant zu halten, unabhängig von den Veränderungen des
Funktionsverhaltens und des Kessels, eine Rezyklierung eines Teils
des verwendeten Absorptionsmittels gegen den Eingang der
Entschwefelungs- und Rezyklierungskammer vorsieht, wobei diese
Rezyklierung im übrigen durchsatzgeregelt ist.
Das in diese Kessel injizierte Absorptionsmittel besteht im
wesentlichen aus einem kalkhaltigen Material, das nach der
partiellen Schwefelung oder Sulfurierung zu einem
Speicherbehälter geführt wird.
Ebenso betrifft das Dokument EP-A-0 129 273 ein Verfahren, um
insbesondere in den Rauchgasen vorhandene Schwefeloxide zu
extrahieren, wobei als Absorptionsmittel kalkhaltige Materialien
verwendet werden.
Dieser Typ von sogenanntem entschwefelnden Kessel führt also
zur Produktion nicht vernachlässigbarer Mengen kalkhaltigen
verbrauchten Absorptionsmittels, d.h. eines, das entsulfatiert
ist. Hierbei kann die Menge an abgewiesenem Absorptionsmittel,
wie man leicht versteht, Probleme bei der Lagerung bieten.
Die kalkhaltigen Absorptionsmittel können jedes Jahr mehrere
Millionen, sogar mehrere zehn Millionen Tonnen zu lagernder
Abfälle, darstellen, somit ein Problem des
Ablagererungsvolumens bilden. Im übrigen können diese Absorptionsmittel bei
ihrer Lagerung naß werden, ausgelaugt werden und darum diese
metallischen Verunreinigungen, die sie einschließen, freisetzen
und so eine Verunreinigung der frei beweglichen Schichten
hervorrufen.
Im übrigen ist durch die EP-A-0 254 402 ein Verfahren zur
Entschwefelung bekannt, wonach die Adsorptionspartikel sämtlich
nach Durchgang in einem Desorber rezykliert werden.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es insbesondere, die
genannten Probleme zu beheben und im übrigen den Einfang der
Schwefeloxide bei niedrigerer Temperatur als in bereits
bekannten Systemen zu ermöglichen.
Diese Ziele werden erreicht dank einer Installation des oben
in der Beschreibung definierten Typs, der erfindungsgemäß
umfaßt:
- ein Mittel zur Regenerierung des verbrauchten
Absorptionsmittels, das mit reduzierenden Agenzien arbeitet,
- Mittel, die dazu bestimmt sind, das Absorptionsmittel
und/oder die Regenerierungsgase, die aus diesem
Regenerationsmittel stammen, zu behandeln.
- ein Mittel, das dazu bestimmt ist, das verbrauchte aus der
ersten Trennkammer (13) stammende Absorptionsmittel
aufzuteilen in einen ersten Teil zur Entschwefelungskammer (6) und
einen anderen Teil zum Regenerierungsmittel (32), und
- ein Mittel (45, 30; 48; 49), das dazu bestimmt ist, zur
Entschwefelungskammer das regenerierte Absorptionsmittel zu
rezyklieren, das direkt oder indirekt aus dem Regenerierungsmittel
stammt und
- daß das Absorptionsmittel im wesentlichen aus einem
magnesiumhaltigen regenerierbaren Absorptionsmittel gebildet ist.
Vorzugsweise umfaßt die Anlage nach der Erfindung im übrigen
ein Zwischenspeicherungsmittel für das verbrauchte
Absorptionsmittel.
Insbesondere wird die Entschwefelungskammer zwischen zwei
Konvektionsaustauscherzonen zwischengeschaltet.
Vorteilhaft umfaßt das Regenerierungsmittel für das
verbrauchte Absorptionsmittel wenigstens einen ersten Ausgang für
Regenerierungsgase und einen zweiten für die regenerierten
Feststoffe bestimmten Ausgang, wobei der zweite Ausgang mit einem
Eingang für das Zwischenlagerungsmittel oder auch mit der
Entschwefelungskammer verbunden sein kann.
Bevorzugt ist das Regenerierungsmittel für das verbrauchte
Absorptionsmittel vom Typ mit fluidisiertem Bett und umfaßt eine
Vielzahl von Eingängen für ein reduzierendes Gas, die dazu
bestimmt sind, dieses reduzierende Gas über den gesamten
Querschnitt des Bettes zu verteilen.
Vorzugsweise umfaßt das Mittel zur Zwischenlagerung des
Absorptionsmittels wenigstens einen ersten Ausgang, der mit
einem Eingang dieses Regenerierungsmittels für das
Absorptionsmittel verbunden ist.
Im übrigen kann das Zwischenlagerungsmittel für das
Absorptionsmittel einen zweiten Ausgang umfassen, der mit diesem
Injektionsmittel für das Absorptionsmittel in dieser
Entschwefelungskammer verbunden ist.
Nach einem anderen Merkmal der Erfindung umfaßt die
Installation eine zweite Trennkammer, die mit diesen
Regenerierungsgasen gespeist ist, die aus diesem Regenerierungsmittel stammen
und mit wenigstens einem ersten Ausgang für Gase verbunden
ist, die von dem größten Teil der Absorptionsmittelpartikel
befreit wurden, sowie einen zweiten Ausgang für das
regenerierte feste Absorptionsmittel.
Die Erfindung wird besser verständlich beim Lesen der
nachstehenden Beschreibung, die erläuternd, aber nicht als begrenzend
mit bezug auf die einzige beiliegende Figur gegeben wird.
Diese Figur stellt eine Installation nach der Erfindung dar,
die eine längliche bevorzugt vertikale Brennkammer 1 umfaßt,
in der ein Brennstoff verbrannt werden kann, der insbesondere
Schwefel enthält.
Der Brennstoff kann beispielsweise ein Erdölrückstand, ein
schwefelhaltige Verbindungen umfassendes Gas oder auch eine
Kohle sein.
Die Brennkammer ist ausgestattet mit wenigstens einem Brenner
wie 2, der bevorzugt im unteren Teil der Kammer 1 angeordnet
ist. Ein Teil der durch die Brenner bei der Verbrennung
erzeugten Energie wird vorzugsweise auf einen
Wärmeaustauscherkreis vermittels Austauscherrohren 3 übertragen, die nahe den
Wandungen der Brennkammer 1 angeordnet sind.
So liegt die Temperatur der gasförmigen Abströme in der
Brennkammer im allgemeinen zwischen 800 und 2000 ºC.
Eine Öffnung 400, die im oberen Teil der Brennkammer
angeordnet ist, sorgt für die Verbindung mit einer ersten
Konvektionsaustauscherzone 4.
Die Zone 4, die eine Wandung 401 gemeinsam mit der Brennkammer
1 umfaßt, wird durchsetzt durch die Verbrennungsrauchgase, die
in einer absteigenden vertikalen Bewegung sich befinden.
Austauscher 5 sind vorzugsweise in der Zone 4 derart angeordnet,
daß die Temperatur der gasförmigen Abströme in Höhe des
Ausgangs 61 dieser Austauscherzone 4 sich zwischen 400 und 800 ºC
befindet.
Ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen: die
Konvektionsaustauscherzone 4 kann mit sämtlichen dem Fachmann bekannten
Mitteln ausgestattet sein, und die es ihm ermöglichen, eine
konstante Temperatur am Austritt dieser Zone 4 unabhängig von
der Gasmenge, die durchgeht, aufrecht zu erhalten.
Der Ausgang 61 der Konvektionsaustauscherzone 4 befindet sich
auch am Eintritt in eine Entschwefelungskammer 6. Benachbart
dem Austritt 61, d.h am unteren Teil der
Entschwefelungskammer, sind Absorptionsmittelinjektoren 8 befestigt. Diese
Injektoren sind dazu bestimmt, das Absorptionsmittel in
geeigneter Weise zu injizieren, um eine schnelle Verteilung des
Absorptionsmittels im zu behandelnden Rauchgasstrom zu erhalten.
Die Granulometrie des Absorptionsmittels liegt beispielsweise
zwischen 0,1 und 200 Mikrometer, bevorzugt zwischen 1 und 20
Mikrometer.
Die Wände der Entschwefelungskammer 6 können Membranrohre
umfassen. Im übrigen können Unregelmäßigkeiten, sogenannte
Singularitäten 50, am unter Teil der Entschwefelungskammer 6
angeordnet sein, um die Turbulenz und das Absorptionsmittel
gemischt mit den zu behandelnden Rauchgasen zu begünstigen.
Die Injektion des Absorptionsmittels wird bevorzugt
pneumatisch durch irgendein bekanntes Mittel über eine spezifische
Leitung 30 durchgeführt.
Das turbulente Gemisch dursetzt also die Entschwefelungskammer
6 von unten nach oben mit einer Geschwindigkeit derart, daß
die Gesamtheit des Absorptionsmittels zum Ausgang der Kammer 6
mitgerissen wird.
Der Ausgang 62 der Entschwefelungskammer 6 befindet sich also
bevorzugt am oberen Teil der Entschwefelungskammer.
Die Verweilzeit der Gase in der Entschwefelungskammer kann
zwischen 0,1 und 4 Sekunden, bevorzugt zwischen 0,5 und 1,5
Sekunden betragen.
Das Gemisch geht dann in eine zweite
Konvektionsaustauscherzone 9, in der es in eine vertikale Abwärtsbewegung versetzt
wird.
Die zweite Konvektionsaustauscherzone 9 ist beispielsweise
ausgestattet mit einem oder mehreren Austauschern 10 von dem
Fachmann bekannten Typ, um das Gemisch zu kühlen.
Im unteren Teil der zweiten Konvektionsaustauscherzone 9 kann
im übrigen ein Abzug 11 für die Feststoffe vorgesehen sein,
die gegebenenfalls in der zweiten Konvektionsaustauscherzone
sedimentiert sind.
Am Ausgang aus der Konvektionsaustauscherzone 9 wird der
größere Teil der Rauchgase über eine geeignete Leitung 12 zum
Eingang 131 einer Einheit 13 mitgerissen, die dazu bestimmt
ist, die Feststoffe von den Gasen zu trennen, auch
"Entstauber" genannt. Diese an sich bekannte Einheit 13 kann
beispielsweise ein Manschettenfilter oder ein elektrostatisches
Filter sein, in dem die Partikel verbrauchten
Absorptionsmittels gesammelt werden, während die ausströmenden Gase, die vom
größeren Teil ihrer Verunreinigungsmittel befreit sind, über
eine Leitung 14 abgezogen werden, beispielsweise über einen in
die Atmosphäre gehenden Kamin.
Die gerade beschriebene Anlage und das zugeordnete
Arbeitsverfahren bilden bei einigen Modifikationen Teil des Standes der
Technik, wie er oben in der Beschreibung definiert wurde.
Im Unterschied hierzu ist erfindungsgemäß das verwendete
Absorptionsmittel im wesentlichen ein regenerierbares
Absorptionsmittel, bevorzugt magnesiumhaltig. Die Kapazität des
Absorptionsmittels zu seiner Regenerierung bringt zahlreiche
kurz in der Beschreibungseinleitung angeführte Vorteile mit
sich, die im folgenden genauer dargelegt werden.
Selbstverständlich erfordert diese Charakteristik eine gewisse
Auslegung der Vorrichtung, wie sie jetzt vorgestellt wird.
Der Ausgang der Trenneinheit 13 auf der Seite des verbrauchten
Absorptionsmittels kann zwei Leitungen 132, 133 umfassen, die
in einen Zwischenlagerbehälter 16 münden.
Von diesem trichterartigen Lagerbehälter 16 aus kann ein Teil
des verbrauchten Absorptionsmittels direkt zu dem oder den
Injektoren 8 der Entschwefelungskammer 6 über eine Leitung 45,
dann über die Jnjektionsleitung 30 geschickt werden. Die
Injektion über die Leitung 30 wird bevorzugt pneumatisch unter
Hilfe von Dampf oder Wasserdampf durchgeführt.
Das Absorptionsmittel durchläuft somit einen neuen
Absorptionszyklus, indem es sich von neuem mit den zu behandelnden
Rauchgasen in Höhe der Entschwefelungskammer 6 mischt.
Ein anderer Teil des aus dem trichterartigen
Zwischenagerbehälter 16 austretenden Absorptionsmittels wird im übrigen über
zwei aufeinanderfolgende Leitungen 46 und 31 zu einer
Regeneriervorrichtung 32 geleitet. Ein Schieberventil kann
vorzugsweise auf jeder der Leitungen 45, 46 angeordnet sein, um die
Menge verbrauchten (oder sulfatierten) Absorptionsmittels zu
regeln.
Der Zwischenspeicherbehälter 16 ist jedoch für die Erfindung
nicht unerläßlich. Eine Aufteilung der Absorptionsmittelmenge
kann am Austritt der Trenneinheit 13 vorgesehen sein, um das
Absorptionsmittel gleichzeitig zur Entschwefelungskammer 6 und
zur Regeneriervorrichtung 32 zu leiten.
Die Regeneriervorrichtung 32 arbeitet beispielsweise im
dichten Wirbelbett, wie jetzt erwähnt wird. Das sulfatierte
Absorptionsmittel wird sogar in das Innere des fluidisierten
Bettes oder Wirbelbettes über eine Tauchlanze 34 eingeführt.
Das Wirbelbett arbeitet bevorzugt bei einer Temperatur in der
Größenordnung von 650 ºC.
Die Energie, die notwendig ist, diese Temperatur aufrecht zu
erhalten, wird über elektrische Heizelemente 36 erhalten, die
um die das Wirbelbett einschließende Wanne angeordnet sind. Es
ist jedoch für einen guten Ablauf der Reaktion im Innern des
Wirbelbettes wichtig, daß eine spezifische Temperatur in der
Reaktionszone aufrecht erhalten wird.
Das reduzierende Regenerierungsgas kann in Höhe des Bodens der
Wanne über eine Leitung 51 und einen Wärmeaustauscher 38
eingeführt werden, der zur Vorwärmung des Gases bestimmt ist. Ein
Diffusor 33 ermöglicht es, dieses Gas über den gesamten
Querschnitt des Wirbelbettes gleichförmig zu verteilen.
Die verwendeten reduzierenden Agenzien sind beispielsweise
Wasserstoff, sulfurierter Wasserstoff, Erdgas, Raffineriegase
.... Das reduzierende Regenerierungsgas kann in einem chemisch
inerten Gas verdünnt sein.
Am Ausgang aus dem Regenerator, das heißt nach Durchgang durch
das Wirbelbett 32 werden die Gase, die Schwefelwasserstoff
und/oder Schwefeldioxid umfassen und die insgesamt oder Teil
des regenerierten Absorptionsmittels sowie das
Restreduktionsmittel enthalten über eine Leitung 37 abgezogen und gehen
durch den Wärmeaustauscher 38, wo sie gekühlt werden.
Die so gekühlten Gase werden zu einer Trenneinheit (oder
Entstauber) 41 geleitet, der einerseits das regenerierte
Absorptionsmittel über eine erste Leitung 43 und andererseits von
Absorptionspartikeln befreite Regenerationsgase über eine
zweite Leitung 42 abzieht.
Das regenerierte Absorptionsmittel kann durch die erste
Leitung 43 zum Zwischenlagerbehälter 16 geführt werden. Auch kann
man im Rahmen der Erfindung vorsehen, das regenerierte
Absorptionsmittel direkt zur Entschwefelungskammer 6, wie durch die
gestrichelte Leitung 48 dargestellt, einleiten.
Eine andere Extraktion des regenerierten Absorptionsmittels
kann realisiert werden dank einer Abzugsleitung 47, die vom
Boden des Schalenbehälters der Regenerationsvorrichtung 32
ausgeht. Das auf diesem Niveau abgezogene Absorptionsmittel
kann in den Zwischenspeicherbehälter dank einer geeigneten
Leitung 44 zurückgeleitet werden. Dieses Absorptionsmittel
kann ebenfalls direkt zur Entschwefelungskammer 6 über eine
Leitung 49 (strichpunktiert in der Figur dargestellt)
zurückgeleitet werden.
Was die von den Partikeln regenerierten Absorptionsmittels
befreiten Regenerationsgase angeht, die aus der zweiten
Trenneinheit 41 stammen, so können diese zu einer (nicht
dargestellt) Behandlungseinheit geschickt werden, die dazu bestimmt
ist, den Schwefel und/oder die Schwefelderivate zu trennen und
zu gewinnen.
Nach Abtrennung der schwefelhaltigen Elemente kann das Gas
wieder in die Regeneriervorrichtung 32 dank einer Leitung 39
eingeführt werden, welche dieses Gas direkt in den
Schalenbehälter führt, oder indem es durch den Wärmeaustauscher 38
geht
Aus Vorstehendem ergibt sich, daß die magnesiumhaltigen
Absorptionsmittel abwechselnd Absorptionszyklen und
Regenerierzyklen ausführen können. Versuche haben gezeigt, daß sie
zwischen 500 und 50000 Zyklen durchführen können, bevor sie
definitiv entsorgt werden. Die Zurückweisung des verbrauchten
Absorptionsmittels wird also um einen Faktor 500 bis 50000
bezogen auf einen entschwefelnden Kessel vermindert, der kein
magnesiumhaltiges Absorptionsmittel verwendet, was beachtlich
ist.
Die sehr geringen zurückzuweisenden Mengen an verbrauchten
Absorptionsmittel ermöglichen es, eine Verglasung der Rückstände
vor der definitiven Ablagerung in Betracht zu ziehen. Es ist
auch möglich, diese Metalle durch eine geeignete feuchte
Behandlung rückzugewinnen. Diese möglichen Behandlungen des
verbrauchten Absorptionsmittels, die einfach und leicht
kontrollierbar sind, vermindern also in beachtlicher Weise die
Gefahren einer Verunreinigung der phreatischen Schichten.
Im übrigen ermöglicht die Verwendung magnesiumhaltiger
Absorptionsmittel es, die Schwermetalle wie Vanadium, Nickel, Chrom,
Mangan, Chrom, Kobalt, Zink, die in den Rauchgasen eingefangen
wurden, zu konzentrieren.
Andererseits kann der durch die Verbrennung erzeugte Schwefel
als solcher (dank einer Clauseinheit) gewonnen und später
wieder aufbereitet, d.h. aufgewertet werden.
Schließlich ist der zusätzliche energetische durch die
Verwendung regenerierbare Absorptionsmittel erzeugte
Energieverbrauch zwischen 0,2 und 2 % der Gesamtleistung des Kessels
anzusetzen.
Die Regeneriervorrichtung 32 kann auch keine Wanne, die als
Wirbelbett arbeitet, sondern beispielsweise ein Drehofen sein.