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.