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Dokumentenidentifikation DE102005041794A1 08.03.2007
Titel Verfahren und Vorrichtung zum Entfernen von Schwefeldioxid aus einem trockenen Gasstrom
Anmelder BASF AG, 67063 Ludwigshafen, DE
Erfinder Bogenstätter, Thomas, Dr., 67098 Bad Dürkheim, DE;
Gmeiner, Wolfgang, Dr., 67125 Dannstadt-Schauernheim, DE;
Fattinger, Volker, Dr., Arlesheim, CH;
Jaeger, Walter, 51766 Engelskirchen, DE
Vertreter Patentanwälte Isenbruck Bösl Hörschler Wichmann Huhn, 68165 Mannheim
DE-Anmeldedatum 02.09.2005
DE-Aktenzeichen 102005041794
Offenlegungstag 08.03.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 08.03.2007
IPC-Hauptklasse B01D 53/50(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse B01D 53/18(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entfernung von Schwefeldioxid aus einem trockenen Gasstrom, welches folgende Schritte umfasst:
(a) Zumischen einer Wasserstoffperoxid enthaltenden Flüssigkeit in den Gasstrom, wobei sich aus dem Wasserstoffperoxid und dem Schwefeldioxid Schwefelsäure bildet, und
(b) Kondensieren, Absorbieren oder Aerosolabscheidung der gebildeten Schwefelsäure.
Die zugemischte, Wasserstoffperoxid enthaltende Flüssigkeit ist innerhalb von weniger als 0,3 s so mit dem trockenen Gasstrom vermischt, dass die zugemischte Flüssigkeit im Gasstrom im Wesentlichen homogen verteilt ist. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Entfernung von Schwefeldioxid aus einem trockenen Gasstrom, welche mindestens eine Zerstäuberdüse zur Zugabe der Wasserstoffperoxid enthaltenden Flüssigkeit und einen in Strömungsrichtung des Gasstromes hinter der mindestens einen Zerstäuberdüse angeordneten Filter oder Aerosolabscheider umfasst, wobei jeweils auf einer Querschnittsfläche von 300 bis 350 cm2 mindestens eine Zerstäuberdüse angeordnet ist.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entfernen von Schwefeldioxid aus einem trockenen Gasstrom. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Notwendig ist das Entfernen von Schweldioxid aus trockenen Gasströmen, da durch den Gesetzgeber immer höhere Anforderungen an zulässige Schwefeldioxid (SO2)- und Schwefeltrioxid (SO3)-Emissionen in Gasströmen, die an die Umgebung abgegeben werden, festgelegt werden.

Die Entfernung von SO3 erfolgt derzeit z.B. durch Absorption mit ca. 98-prozentiger Schwefelsäure. Mit dem Gasstrom mitgerissene Schwefelsäureaerosole können mit Hilfe eines Filters aus dem Gasstrom entfernt werden. Hierzu werden im Allgemeinen Kerzenfilter, die aus einzelnen Filterkerzen bestehen, eingesetzt.

Das im Gasstrom enthaltene SO2 wird jedoch nicht durch die Schwefelsäure absorbiert. Aus diesem Grund muss das SO2 durch ein anderes Verfahren aus dem Gasstrom entfernt werden. Ein bekanntes Verfahren zur Entfernung von SO2 ist die chemische Absorption in einer Wasserstoffperoxid (H2O2)-Lösung mit einer Konzentration im Bereich von 10 bis 40 g H2O2/l. Eine derartige chemische Absorption ist z. B. in VDI-Berichte Nr.730, 1989, Seiten 331 bis 347 beschrieben. Hierbei wird das SO2 enthaltende Rohgas in einem zweistufigen Füllkörperwäscher mit der H2O2-haltigen Waschlösung in Kontakt gebracht. Der zweistufige Füllkörperwäscher wird in Gegenstrom betrieben und verfügt über zwei getrennte Flüssigkeitskreisläufe. Das Rohgas tritt im unteren Teil des Wäschers ein. Die H2O2 enthaltende Lösung wird mit einem Schwefelsäure-Flüssigkeitskreislaufstrom zu einer H2O2-haltigen Waschlösung gemischt und durch ein Berieselungssystem auf eine obere Füllkörperpackung aufgegeben. Die H2O2-haltige Waschlösung mit dem darin absorbierten und zu H2SO4 abreagierten SO2 läuft in einen Zwischensumpf. Aus dem Zwischensumpf wird die H2O2-haltige Waschlösung als Schwefelsäure-Flüssigkeitskreislaufstrom entnommen, erneut mit der H2O2 enthaltenden Lösung gemischt und auf die obere Füllkörperpackung aufgegeben. Die aus der oberen Füllkörperpackung abtropfende Lösung enthält neben Schwefelsäure auch nicht abreagiertes H2O2. Aus dem Zwischensumpf läuft ein Teil der Lösung in den unteren Teil des Wäschers und tropft dort auf die untere Füllkörperpackung. Hier reagiert das verbleibende H2O2 mit dem Schwefeldioxid aus dem Rohgas zu Schwefelsäure. Die durch die untere Füllkörperpackung laufende Flüssigkeit wird in einem Sumpf gesammelt. Aus dem Sumpf wird saubere Schwefelsäure abgezogen. Ein Teil der Schwefelsäure wird in einem Flüssigkeitskreislauf auf die untere Füllkörperpackung aufgegeben. Das so gereinigte Rohgas enthält nur noch so geringe Mengen an Schwefeldioxid, dass das Gas an die Umgebung abgegeben werden kann.

Eine weitere aus dem Stand der Technik bekannte Möglichkeit, Schwefeldioxid aus trockenen Gasströmen zu entfernen, besteht darin, den Gasstrom durch ein Katalysatorbett zu leiten. In Gegenwart des Katalysators wird das Schwefeldioxid zu Schwefeltrioxid oxidiert. Das so entstandene Schwefeltrioxid kann dann mit Schwefelsäure aus dem Gasstrom gewaschen werden. Hierbei wird aber kein Gehalt an SO2 erreicht, der im Bereich von weniger als 50 bis 100 ppm liegt.

Schwefeldioxidhaltige Abgase fallen z. B. bei der Herstellung von Schwefelsäure aus Schwefel an. Hierbei wird Schwefel zunächst zu Schwefeldioxid oxidiert. Das Schwefeldioxid wird in einem weiteren Schritt zu Schwefeltrioxid oxidiert. Das Schwefeltrioxid wird in Schwefelsäure absorbiert. Die Säurekonzentration wird über eine Wasserzugabe eingestellt. Der Schwefeldioxid-Umsatz bei diesem Verfahren beträgt ca. 99,5 bis 99,8 Prozent. Nicht umgesetztes SO2 wird an die Umgebung abgegeben. Ein derartiges Verfahren zur Herstellung von Schwefelsäure ist z. B. in Schwefel Schwefeldioxid Schwefelsäure, Sonderdruck aus Ullmann Enzyklopädie der technischen Chemie für die Lurgi Gesellschaften, 1982, beschrieben.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein alternatives Verfahren zur Reduzierung der SO2-Emissionen bereitzustellen.

Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Entfernen von Schwefeldioxid aus einem trockenen Gasstrom, welches folgende Schritte umfasst:

  • (a) Zumischen einer Wasserstoffperoxid enthaltenden Flüssigkeit in den Gasstrom, wobei sich aus dem Wasserstoffperoxid und dem Schwefeldioxid Schwefelsäure bildet und
  • (b) Kondensieren, Absorbieren oder Aerosolabscheidung der gebildeten Schwefelsäure,
wobei die zugemischte, Wasserstoffperoxid enthaltende Flüssigkeit innerhalb von weniger als 0,3 s so mit dem trockenen Gasstrom vermischt ist, dass die eingespritzte Flüssigkeit im Gasstrom im Wesentlichen homogen verteilt ist.

„Im Wesentlichen homogen verteilt" bedeutet dabei, dass die Menge der eingespritzten Flüssigkeit im Gasstrom über den Strömungsquerschnitt an jedem Punkt um maximal 10 Prozent von einer mittleren Konzentration abweicht.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die zugemischte, Wasserstoffperoxid enthaltende Flüssigkeit innerhalb von weniger als 0,03 s so mit dem trockenen Gasstrom vermischt, dass die zugemischte Flüssigkeit im Gasstrom im Wesentlichen homogen verteilt ist.

Der Schwefeldioxid enthaltende, trockene Gasstrom kann beispielsweise aus einer reinen Schwefelverbrennung, Verbrennung schwefelhaltiger Stoffe oder der Röstung von schwefelhaltigen Erzen stammen. Vorzugsweise wird das erfindungsgemäße Verfahren jedoch auf Gasströme angewandt, die aus der Herstellung von Schwefelsäure stammen.

Das im Gasstrom enthaltene So2 wird üblicherweise an einem Katalysator zu SO3 oxidiert und dann als H2SO4 oder Oleum absorbiert. Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise auf Gasströme angewandt, die eine SO2-Konzentration von weniger als 1 Vol.-% aufweisen, um die Emissionen im Abgasstrom zu reduzieren.

Die Wasserstoffperoxid enthaltende Flüssigkeit, die dem Gasstrom zugemischt wird, enthält im Allgemeinen bis zu 60 Gew.-% Wasserstoffperoxid, vorzugsweise enthält die zugemischte Flüssigkeit 20 bis 60 Gew.-% Wasserstoffperoxid.

Die Temperatur des trockenen Gasstromes ist vorzugsweise so hoch, dass die zugemischte Flüssigkeit im Gasstrom zumindest teilweise verdampft. Bevorzugt liegt die Temperatur des Gasstromes im Bereich von 20 bis 140°C, bevorzugt im Bereich von 30°C bis 140°C.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird dem Gasstrom zusätzlich Schwefelsäure zugegeben. Die zugegebene Schwefelsäure ist vorzugsweise mindestens 90%ig, mehr bevorzugt mindestens 95%ig und insbesondere mindestens 98%ig. Die Schwefelsäure kann entweder zusätzlich zum Wasserstoffperoxid in der zugemischten Flüssigkeit enthalten sein oder davon getrennt dem Gasstrom zugegeben werden. Wenn die Schwefelsäure in der Wasserstoffperoxid enthaltenden Flüssigkeit enthalten ist, wird die Schwefelsäure vorzugsweise erst unmittelbar vor der Zumischung der Flüssigkeit in den Gasstrom zugegeben.

Eine schnelle und homogene Verteilung der Flüssigkeit im Gasstrom wird vorzugsweise dadurch erreicht, dass die Flüssigkeit über Zerstäuberdüsen in den Gasstrom eingedüst wird. Eine schnelle Vermischung der Flüssigkeit mit dem Gasstrom innerhalb von weniger als 0,3 s ist erforderlich, damit sich das Wasserstoffperoxid nicht zersetzt, bevor dieses mit dem Schwefeldioxid reagiert hat.

Bei getrennter Zugabe der Wasserstoffperoxid enthaltenden Flüssigkeit und der Schwefelsäure wird auch die Schwefelsäure vorzugsweise über Zerstäuberdüsen in den Gasstrom eingedüst.

Als Zerstäuberdüse eignet sich dabei jede dem Fachmann bekannte Düsenform. Die Zerstäubung erfolgt dabei entweder durch hohe Geschwindigkeit der zu zerstäubenden Flüssigkeit, wobei die hohe Geschwindigkeit z. B. durch eine entsprechende Querschnittsverengung der Düse oder auch durch schnell rotierende Düsenbauteile erzeugt wird. Derartige Düsen mit schnell rotierenden Düsenbauteilen sind zum Beispiel Hochrotationsglocken. Eine weitere Möglichkeit, die Flüssigkeit zu zerstäuben, besteht darin, zusätzlich zur Flüssigkeit einen Gasstrom durch die Zerstäuberdüse zu leiten. Die Flüssigkeit wird mit dem Gasstrom mitgerissen und dadurch in feine Tröpfchen zerstäubt. Für eine sehr feine Zerstäubung eignen sich insbesondere Zerstäuberdüsen, bei denen durch einen Gasstrom die Flüssigkeit zerstäubt wird, oder Düsen mit relativ kleiner Bohrung, die einen entsprechend hohen Flüssigkeitsdruck erfordern.

Wenn die Schwefelsäure und die das Wasserstoffperoxid enthaltende Flüssigkeit getrennt dem Gasstrom zugegeben werden, sind die Zerstäuberdüsen vorzugsweise so angeordnet, dass sich die Sprühkegel miteinander vermischen. Vorzugsweise sind die Zerstäuberdüsen dabei so angeordnet, dass sich die Zerstäuberdüsen, mit denen die Schwefelsäure zugegeben wird, mit den Zerstäuberdüsen, mit denen die das Wasserstoffperoxid enthaltende Flüssigkeit zugegeben wird, abwechseln.

Im Allgemeinen werden alle Zerstäuberdüsen in einer Ebene angeordnet. Es ist jedoch auch möglich, z. B. die Zerstäuberdüsen, mit denen die das Wasserstoffperoxid enthaltende Flüssigkeit zugegeben wird, in einer Ebene anzuordnen und die Zerstäuberdüsen, mit denen die Schwefelsäure zugegeben wird, in einer weiteren, zur ersten Ebene versetzten Ebene anzuordnen. Die Zerstäuberdüsen sind vorzugsweise ringförmig angeordnet, wobei der Abstand zwischen zwei Zerstäuberdüsen im Allgemeinen nicht größer als ca. 20 cm sein sollte. Somit ist auf einem Strömungsquerschnitt von weniger als 320 cm2 mindestens eine Zerstäuberdüse angeordnet. Neben der ringförmigen Anordnung der Zerstäuberdüsen ist auch jede beliebige andere geordnete oder ungeordnete Anordnung der Zerstäuberdüsen denkbar. Jedoch ist auch hier darauf zu achten, dass der Abstand zwischen zwei Zerstäuberdüsen ca. 20 cm nicht überschreitet, so dass auch bei nicht ringförmig angeordneten Zerstäuberdüsen auf einem Strömungsquerschnitt von 300 bis 350 cm2 jeweils mindestens eine Zerstäuberdüse angeordnet ist.

Eine nahezu vollständige Umsetzung des im Gasstrom enthaltenen Schwefeldioxides wird dadurch erzielt, dass die Menge des zugegebenen Wasserstoffperoxides vorzugsweise dem 1,0 bis 2,5-fachen der stöchiometrisch notwendigen Menge zur Umsetzung des gesamten im Gasstrom enthaltenen Schwefeldioxides entspricht. Eine nahezu vollständige Umsetzung bedeutet dabei, dass der Schwefeldioxid-Gehalt im Gasstrom nach der Umsetzung maximal 200 ppm, vorzugsweise maximal 100 ppm beträgt.

Die bei der Umsetzung des Schwefeldioxids mit dem Schwefelwasserstoffperoxid entstehende Schwefelsäure kondensiert im Gasstrom aus. Hierdurch bilden sich Tröpfchen, die dann aus dem Gasstrom abgetrennt werden können. Die Abtrennung erfolgt z. B. mit einem Filter oder einem Aerosolabscheider. Als Filter eignet sich jeder Filter, mit dem sich Aerosoltröpfchen aus einem Gasstrom abtrennen lassen. Bevorzugt als Filter sind Kerzenfilter, die aus nebeneinander angeordneten Filterkerzen bestehen. Der Filter wird vorzugsweise so ausgewählt, dass dieser zumindest eine Abscheideleistung von 100% für Partikel mit einer Partikelgröße von mindestens 3 &mgr;m und von mehr als 95% für Partikel mit einer Partikelgröße von mehr als 1 &mgr;m aufweist. Geeignete Filter sind zum Beispiel solche, die entsprechend der Herstellerangaben eine Abscheideleistung von 100% für Partikel mit einer Partikelgröße von mehr als 1 &mgr;m und von 98% für Partikel mit einer Partikelgröße von mehr als 0,5 &mgr;m aufweisen. Ein weiterer geeigneter Filter weist laut Herstellerangaben z.B. eine Abscheideleistung von 100% für Partikel mit einer Partikelgröße von mehr als 3 &mgr;m und eine Abscheideleistung von 95% für Partikel mit einer Partikelgröße von mehr als 1 &mgr;m auf. Als Material für die Filter eignet sich jedes Material, das gegen die auftretenden Temperaturen stabil ist und welches nicht von der entstehenden Schwefelsäure angegriffen wird. Bevorzugte Materialien sind zum Beispiel Glaswolle, Polypropylen oder Polyesterfasern. Besonders bevorzugt für die Abtrennung von Schwefelsäure ist Glaswolle.

Neben dem Filter können zur Abtrennung der Schwefelsäure auch übliche, dem Fachmann bekannte Aerosolabscheider eingesetzt werden. Solche Aerosolabscheider sind z. B. Gewirke oder Gestricke. Auch können als Aerosolabscheider Füllkörperpackungen mit Flüssigkeitsumlauf analog der H2SO4-Absorber verwendet werden. Als Flüssigkeit für den Flüssigkeitsumlauf eignet sich zum Beispiel Schwefelsäure. Auch diese Aerosolabscheider müssen aus einem Material gefertigt sein, welches gegen die auftretenden Temperaturen stabil ist und welches nicht von der Schwefelsäure angegriffen wird.

Um eine verbesserte Vermischung des Gasstromes mit der das Wasserstoffperoxid enthaltenden Flüssigkeit zu erzielen, wird der Gasstrom nach der Zugabe der das Wasserstoffperoxid enthaltenden Flüssigkeit in einer bevorzugten Ausführungsform durch einen Turbulenzerzeuger geführt. Als Turbulenzerzeuger eignet sich dabei jeder dem Fachmann bekannte Turbulenzerzeuger, z. B. an der Kanalwand angebrachte Rippen oder Stäbe, die in einem beliebigen Winkel quer zur Strömungsrichtung des Gases angeordnet sind, unregelmäßige Gestricke oder Gewirke oder beliebige, handelsübliche Turbulatoren. Bevorzugte Turbulenzerzeuger sind Gestricke aus Glasfaser.

In einer weiteren Ausführungsform wird der Schwefeldioxid enthaltende trockene Gasstrom vor der Zugabe der das Wasserstoffperoxid enthaltenden Flüssigkeit über eine Absorberpackung geführt. In der Absorberpackung wird im Allgemeinen ebenfalls im Gasstrom enthaltenes Schwefeltrioxid aus dem Gasstrom entfernt. Die Entfernung des Schwefeltrioxides erfolgt durch Absorption in Schwefelsäure. Hierzu wird die Absorberpackung mit Schwefelsäure berieselt, so dass sich auf den einzelnen Packungselementen ein Schwefelsäurefilm ausbildet. Als Packung eignet sich z. B. eine strukturierte Packung oder eine Füllkörperpackung. Als Werkstoff für die strukturierte Packung oder die Füllkörper ist jeder Werkstoff geeignet, der gegen die auftretenden Temperaturen stabil ist und nicht von der Schwefelsäure zersetzt wird. Bevorzugter Werkstoff für die strukturierte Packung oder die Füllkörper ist Keramik.

Neben der Anordnung der Absorberpackung vor der Zugabestelle der das Wasserstoffperoxid enthaltenden Flüssigkeit ist es auch möglich, zuerst die das Wasserstoffperoxid enthaltende Flüssigkeit dem Gasstrom zuzugeben und anschließend den Gasstrom über die Absorberpackung zu führen.

Eine weitere Verbesserung der Vermischung der zugemischten, Wasserstoffperoxid enthaltenden Flüssigkeit im Gasstrom kann dadurch erzielt werden, dass die Geschwindigkeit des Gasstromes vor der Zugabe der das Wasserstoffperoxid enthaltenden Flüssigkeit erhöht wird. Die Erhöhung der Geschwindigkeit des Gasstromes wird vorzugsweise durch eine Verengung des Strömungsquerschnittes erzeugt. Die Verengung des Strömungsquerschnittes kann dabei kontinuierlich oder in Form einer plötzlichen Querschnittsverengung ausgeführt sein. Bevorzugt ist hier eine kontinuierliche Verengung des Strömungsquerschnittes. Eine geeignete Geometrie, in der die Geschwindigkeit entsprechend erhöht wird, weist z. B. ein Venturirohr auf. Wenn zusätzlich zur Querschnittsverengung ein Turbulenzerzeuger eingesetzt wird, ist dieser vorzugsweise im engsten Querschnitt angeordnet.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Entfernung von Schwefeldioxid aus einem trockenen Gasstrom nach dem oben beschriebenen Verfahren. Die Vorrichtung umfasst mindestens eine Zerstäuberdüse zur Zugabe der das Wasserstoffperoxid enthaltenden Flüssigkeit und einen in Strömungsrichtung des Gasstromes hinter der mindestens einen Zerstäuberdüse angeordneten Filter- oder Aerosolabscheider, wobei jeweils auf eine Querschnittsfläche von 315,16 cm2 mindestens eine Zerstäuberdüse angeordnet ist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird vorzugsweise in Strömungsrichtung des Gases nach einer Absorberpackung angeordnet, in der gegebenenfalls im Gas enthaltenes Schwefeltrioxid ausgewaschen wird. Im Bereich des Gaseintrittes ist in der erfindungsgemäß ausgeführten Vorrichtung ein kegelstumpfförmiger Abschnitt angeordnet. In dem kegelstumpfförmigen Abschnitt verengt sich der Strömungsquerschnitt des Gases, wodurch die Strömungsgeschwindigkeit erhöht wird.

In einer bevorzugten Ausführungsform befindet sich die mindestens eine Zerstäuberdüse, mit der die das Wasserstoffperoxid enthaltende Flüssigkeit in den Gasstrom zugegeben wird, im Bereich des engsten Querschnittes des kegelstumpfförmigen Einsatzes.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die erfindungsgemäße Vorrichtung so ausgeführt, dass der Strömungsquerschnitt im Bereich der mindestens einen Zerstäuberdüse kleiner ist als der Strömungsquerschnitt an der Gaseintrittsstelle. Besonders bevorzugt ist, dass der Strömungsquerschnitt in Strömungsrichtung von der Gaseintrittsstelle bis zur Zerstäuberdüse stetig abnimmt. Durch die stetige Abnahme des Strömungsquerschnittes wird gewährleistet, dass sich keine Polpunkte im Gasstrom befinden, an denen sich Wirbel ausbilden, in denen kein Gasaustausch erfolgt.

Vorzugsweise erfolgt die Zugabe der das Wasserstoffperoxid enthaltenden Flüssigkeit vor dem Bereich des engsten Querschnittes. Durch die weitere Querschnittsabnahme nach der Zugabe der Wasserstoffperoxid enthaltenden Flüssigkeit wird die Geschwindigkeit des Gasstromes weiter erhöht und dadurch die Vermischung verbessert. Zusätzlich ist es möglich, der mindestens einen Zerstäuberdüse einen Turbulenzerzeuger nachzuschalten, durch welchen die Turbulenz des Gasstromes vergrößert wird, wodurch sich ebenfalls die Vermischung von Gasstrom und Wasserstoffperoxid enthaltender Flüssigkeit verbessert. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Turbulenzerzeuger im Bereich des geringsten Querschnittes in Strömungsrichtung vor dem Filter oder Aerosolabscheider angeordnet.

Die Vorrichtung ist vorzugsweise so ausgebildet, dass der Strömungsquerschnitt nach der Zugabe der das Wasserstoffperoxid enthaltenden Flüssigkeit stetig oder in Form einer plötzlichen Erweiterung zunimmt, bevor der Gasstrom den Filter oder Aerosolabscheider erreicht. Durch die Zunahme des Strömungsquerschnittes wird die Geschwindigkeit des Gasstromes verringert und gleichzeitig die Turbulenz erhöht. Auf Grund der erhöhten Turbulenz erfolgt eine verbesserte Durchmischung von Flüssigkeit und Gas. Durch die Verringerung der Strömungsgeschwindigkeit wird vermieden, dass durch Tropfenmitriss aus dem Filter oder Aerosolabscheider Schwefelsäure aus der Vorrichtung abgegeben wird.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung näher beschrieben.

Die einzige Figur zeigt eine erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung zur Entfernung von Schwefeldioxid aus einem trockenen Gasstrom.

Eine Vorrichtung 1 zur Entfernung von Schwefeldioxid aus trockenen Gasströmen umfasst ein Gehäuse 2, in welchem der Gasstrom strömt.

Bei der in der Figur dargestellten Ausführungsform durchströmt der Gasstrom, dessen Strömungsrichtung mit einem Pfeil 3 dargestellt ist, zunächst eine Absorberpackung 4. In der Absorberpackung 4 wird gegebenenfalls im Gasstrom enthaltenes Schwefeltrioxid mit Hilfe von Schwefelsäure ausgewaschen. Hierzu wird die Schwefelsäure über eine Schwefelsäurezuleitung 5, in der sich auf der der Absorberpackung 4 zugewandten Seite Auslassöffnungen befinden, zugeführt. Neben der hier dargestellten Ausführungsform, bei der die Schwefelsäure über Öffnungen in der Schwefelsäurezuleitung 5 zugeführt wird, ist es auch möglich, die Schwefelsäure zum Beispiel mittels Zerstäuberdüsen auf der Absorberpackung zu verteilen. Auch jede andere, dem Fachmann bekannte Möglichkeit, die Schwefelsäure zuzuführen, ist denkbar.

Nachdem der Gasstrom die Absorberpackung passiert hat, tritt dieser in die Vorrichtung 1 zur Entfernung von Schwefeldioxid ein. Im Eintrittsbereich ist ein kegelstumpfförmiger Abschnitt 6 ausgebildet, der von dem Gasstrom durchströmt wird. Der kegelstumpfförmige Abschnitt 6 ist dabei so angeordnet, dass der Strömungsquerschnitt beim Durchströmen des kegelstumpfförmigen Abschnittes 6 abnimmt. Durch die Abnahme des Strömungsquerschnittes nimmt die Geschwindigkeit des Gases zu.

Im kegelstumpfförmigen Abschnitt 6 sind Zerstäuberdüsen 7 angeordnet. Die Zerstäuberdüsen befinden sich vorzugsweise auf einer Ringleitung 8. Über die Ringleitung 8 wird den Zerstäuberdüsen 7 eine wasserstoffperoxidhaltige Flüssigkeit zugeführt. Die wasserstoffperoxidhaltige Flüssigkeit wird über die Zerstäuberdüsen 7 in den Gasstrom zugemischt. Bei der hier dargestellten Ausführungsform wird die wasserstoffperoxidhaltige Flüssigkeit über einen Zulauf 9 der Ringleitung 8 zugeführt. Weiterhin kann über einen zweiten Zulauf 10 der Ringleitung Schwefelsäure zugegeben werden, die ebenfalls über die Zerstäuberdüsen 7 in den Gasstrom zugemischt wird. Nachdem die wasserstoffperoxidhaltige Flüssigkeit und gegebenenfalls die Schwefelsäure dem Gasstrom zugemischt wurden, strömt dieser durch einen Turbulenzerzeuger 11. Durch den Turbulenzerzeuger 11 wird die Turbulenz im Gasstrom vergrößert und damit die Durchmischung des Gasstromes mit der zugemischten Flüssigkeit verbessert. In Strömungsrichtung hinter dem Turbulenzerzeuger 11 endet der kegelstumpfförmige Abschnitt 6, der im Gehäuse 2 aufgenommen ist, wodurch sich der Strömungsquerschnitt vergrößert. Hierdurch wird die Turbulenz verstärkt und damit eine zusätzliche Durchmischung des Gases mit der darin enthaltenden Flüssigkeit erzielt. Zusätzlich nimmt durch die Querschnittsvergrößerung die Strömungsgeschwindigkeit des Gases ab.

Oberhalb des Turbulenzerzeugers 11 ist ein Filter 12 angeordnet. Im Filter 12 wird Schwefelsäure, die als Aerosoltröpfchen im Gasstrom vorliegt, abgetrennt. Die Schwefelsäure entsteht dabei zum einen durch Reaktion des Schwefeldioxides mit dem Wasserstoffperoxid, zum anderen ist die dem Gasstrom über die Zerstäuberdüsen 7 zugemischte Schwefelsäure sowie als Aerosol aus der Absorberpackung 4 mit dem Gasstrom mitgeführte Schwefelsäure darin enthalten. In der in der Figur dargestellten Ausführungsform ist der Filter 12 ein Kerzenfilter. Dieser besteht aus mehreren Filterkerzen 13. Anstelle des Kerzenfilters ist jedoch auch jeder beliebige andere, dem Fachmann bekannte Filter, mit dem sich Tropfen aus einem Gasstrom abtrennen lassen, einsetzbar. Anstelle des Filters 12 kann auch ein Aerosolabscheider eingesetzt werden.

Die von Filter 12 aus dem Gasstrom abgetrennte Schwefelsäure tropft von Filter 12 ab und wird in einem Schwefelsäurepool 14, der den kegelstumpfförmigen Abschnitt 6 umgibt, gesammelt. Ein Teil der der im Schwefelsäurepool 14 enthaltenen Schwefelsäure wird über einen Ablauf 15 entnommen. Ein anderer Teil der Schwefelsäure wird über eine Leitung 16, in der sich eine Pumpe 17 befindet, dem zweiten Zulauf 10 zugeführt und dann über die Ringleitung 8 und die Zerstäuberdüsen in den Gasstrom eingesprüht. Über einen Schwefelsäurezulauf 18, der in die Leitung 16 mündet, kann bei Bedarf weitere Schwefelsäure ergänzt werden.

Der von Schwefeldioxid gereinigte Gasstrom strömt nach dem Abtrennen der Schwefelsäure über eine Auslassöffnung 19 aus der Vorrichtung 1 und kann dann z. B. über einen Kamin an die Umgebung abgegeben werden.

Vergleichsbeispiel

In eine Gasleitung mit einem Durchmesser von 1400 mm wurde eine Druckluftzerstäuberdüse eingesetzt. Über die Druckluftzerstäuberdüse wurde eine wässrige Wasserstoffperoxid-Lösung mit einem Wasserstoffperoxid-Gehalt von 30 Gew.-% in die Gasleitung eingedüst. Durch die Gasleitung strömten 50.000 m3/h Prozessgas mit einer Temperatur von etwa 50°C. Das Prozessgas setzte sich zusammen aus 2.075 kmol/h N2, 134 kmol/h O2, 0,39 kmol/h SO2 und weniger als 60 mg/Nm3 SO3. Die Menge der über die Druckluftzerstäuberdüse zugeführten wässrigen Wasserstoffperoxid-Lösung betrug 50 l/h.

Es wurde keine Reduzierung der Schwefeldioxid-Emission im Abgas festgestellt.

Beispiel 1

In einem Venturirohr mit einem Innendurchmesser von 150 mm auf einer Länge von 500 mm, der über eine Länge von 200 mm auf einen Innendurchmesser von 50 mm konisch eingeschnürt und anschließend über eine Länge von 400 mm wieder auf einen Innendurchmesser von 150 mm erweitert wird und sich von dem Auslass daran ein 1300 mm langer Abschnitt mit einem Durchmesser von 150 mm anschließt wurde kurz vor der Stelle, an der der Durchmesser des Rohres abnimmt, eine Luftzerstäuberdüse mit einem Düsendurchmesser (Bohrung) von 0,4 mm angeordnet. Über die Luftzerstäuberdüse wurde eine wässrige Wasserstoffperoxid-Lösung mit einem Gehalt von 30 Gew.-% Wasserstoffperoxid in den Gasstrom eingedüst. Durch das Venturirohr strömten ca. 100 m3/h eines trockenen Gasstromes, der 580 mg SO3/Nm3 enthielt. Die Temperatur des Gasstromes lag bei ca. 50°C. Die Menge der zugegebenen wässrigen Wasserstoffperoxid-Lösung betrug 100 ml/h. Im Bereich des engsten Querschnittes war Stahlwolle als Turbulenzerzeuger eingesetzt. Am Ende des Venturirohres wurde ein Schwefeldioxid-Gehalt von 380 mg SO2/Nm3 gemessen. Im Laufe des Versuches hat der SO2-Gehalt kontinuierlich abgenommen. Nach 6 Stunden wurde ein Schwefeldioxid-Gehalt von 230 mg SO2/Nm3 gemessen.

Beispiel 2

Es wurde ein Versuch unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 durchgeführt, jedoch wurden 180 ml/h wässriger Wasserstoffperoxid-Lösung zugegeben und der Anteil an SO2 im Gasstrom lag bei 480 mg/Nm3. Zu Beginn des Versuches wurde am Ende des Venturirohres ein Schwefeldioxid-Gehalt von 208 mg SO2/Nm3 gemessen, nach einer Versuchsdauer von 6 Stunden lag der Schwefeldioxid-Gehalt unterhalb der Nachweisgrenze.

1
Vorrichtung
2
Gehäuse
3
Strömungsrichtung des Gases
4
Absorberpackung
5
Schwefelsäurezuleitung
6
kegelstumpfförmiger Abschnitt
7
Zerstäuberdüsen
8
Ringleitung
9
Zulauf
10
zweiter Zulauf
11
Turbulenzerzeuger
12
Filter
13
Filterkerze
14
Schwefelsäurepool
15
Ablauf
16
Leitung
17
Pumpe
18
Schwefelsäurezulauf
19
Auslassöffnung


Anspruch[de]
Verfahren zum Entfernen von Schwefeldioxid aus einem trockenen Gasstrom, welches folgende Schritte umfasst:

(a) Zumischen einer Wasserstoffperoxid enthaltenden Flüssigkeit in den Gasstrom, wobei sich aus dem Wasserstoffperoxid und dem Schwefeldioxid Schwefelsäure bildet und

(b) Kondensieren, Absorbieren oder Aerosolabscheidung der gebildeten Schwefelsäure,

dadurch gekennzeichnet, dass die zugemischte, Wasserstoffperoxid enthaltende Flüssigkeit innerhalb von weniger als 0,3 s so mit dem trockenen Gasstrom vermischt ist, dass die zugemischte Flüssigkeit im Gasstrom im Wesentlichen homogen verteilt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zugemischte, Wasserstoffperoxid enthaltende Flüssigkeit innerhalb von weniger als 0,03 s so mit dem trockenen Gasstrom vermischt ist, dass die zugemischte Flüssigkeit im Gasstrom im Wesentlichen homogen verteilt ist. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zugemischte Flüssigkeit im Gasstrom zumindest teilweise verdampft. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zugemischte Flüssigkeit 20 bis 60 Gew.-% Wasserstoffperoxid und 40 bis 80 Gew.-% Wasser enthält. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass dem Gasstrom zusätzlich Schwefelsäure zugegeben wird. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwefelsäure in der Wasserstoffperoxid enthaltenden Flüssigkeit enthalten ist. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wasserstoffperoxid enthaltende Flüssigkeit und die Schwefelsäure getrennt dem Gasstrom zugegeben werden. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wasserstoffperoxid enthaltende Flüssigkeit und gegebenenfalls die Schwefelsäure über Zerstäuberdüsen in den Gasstrom eingedüst werden. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei getrennter Zugabe der Schwefelsäure und der Wasserstoffperoxid enthaltenden Flüssigkeit die Zerstäuberdüsen so angeordnet sind, dass sich die Sprühkegel miteinander vermischen. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass auf einem Strömungsquerschnitt von 300 bis 350 cm2 mindestens eine Zerstäuberdüse angeordnet ist. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge des zugegebenen Wasserstoffperoxids dem 1,0 bis 2,5-fachen der stöchiometrisch notwendigen Menge zur Umsetzung des gesamten im Gasstrom enthaltenen Schwefeldioxides entspricht. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die bei der Reaktion des Schwefeldioxids mit dem Wasserstoffperoxid gebildete Schwefelsäure in einem Filter oder Aerosolabscheider aus dem Gasstrom abgetrennt wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasstrom nach der Zugabe der Wasserstoffperoxid enthaltenden Flüssigkeit durch einen Turbulenzerzeuger geführt wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der trockene, Schwefeldioxid enthaltende Gasstrom vor der Zugabe der Wasserstoffperoxid enthaltenden Flüssigkeit durch eine Absorberpackung strömt, in der gegebenenfalls zusätzlich enthaltenes Schwefeltrioxid aus dem Gasstrom entfernt wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit des Gasstromes vor der Zugabe der Wasserstoffperoxid enthaltenden Flüssigkeit erhöht wird. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhöhung der Geschwindigkeit durch eine Verengung des Strömungsquerschnittes erzeugt wird. Vorrichtung zur Entfernung von Schwefeldioxid aus einem trockenen Gasstrom nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16, welche mindestens eine Zerstäuberdüse zur Zugabe der Wasserstoffperoxid enthaltenden Flüssigkeit und einen in Strömungsrichtung des Gasstromes hinter der mindestens einen Zerstäuberdüse angeordneten Filter oder Aerosolabscheider umfasst, wobei jeweils auf einer Querschnittsfläche von 300 bis 350 cm2 mindestens eine Zerstäuberdüse angeordnet ist. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungsquerschnitt im Bereich der mindestens einen Zerstäuberdüse kleiner ist als der Strömungsquerschnitt an der Gaseintrittsstelle. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungsquerschnitt in Strömungsrichtung von der Gaseintrittsstelle bis zur mindestens einen Zerstäuberdüse stetig abnimmt. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungsquerschnitt in Strömungsrichtung vor dem Filter oder Aerosolabscheider stetig oder in Form einer plötzlichen Erweiterung zunimmt. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens einen Zerstäuberdüse ein Turbulenzerzeuger nachgeschaltet ist. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Turbulenzerzeuger im Bereich des geringsten Querschnittes in Strömungsrichtung vor dem Filter oder Aerosolabscheider angeordnet ist.






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