DE60319738T2 - Verfahren zum entfernen von so2 aus abgasen durch reaktion mith2o2 - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entfernung von SO₂ aus Abgas durch Reaktion mit H₂O₂.
• Es ist seit mehr als 30 Jahren bekannt, dass SO₂ aus Abgas durch Kontaktieren des Abgases in einem Absorptionsturm mit zirkulierender, verdünnter Schwefelsäurelösung, die H₂O₂ enthält, entfernt werden kann, wobei SO₂ in der Lösung gelöst und zu H₂SO₂ oxidiert wird, wie in der Publikation 2164e von Lurgi/Südchemie AG, August 1989 beschrieben. Die zirkulierende Lösung enthält typischerweise 30–60% H₂SO₄ und 0,1–0,5% H₂O₂. Die Absorption wird typischerweise bei Temperaturen von 50–80°C in der zirkulierenden Lösung durchgeführt. H₂O₂ wird entweder als konzentrierte wässrige Lösung von H₂O₂ der zirkulierenden Säure zugefügt oder es wird durch Elektrolyse eines Seitenstroms der zirkulierenden Säure hergestellt. Die hergestellte Säure wird aus der zirkulierenden Säure ausgeschleust.
• Das bekannte Verfahren erfordert üblicherweise die Installation eines Aerosolfilters mit niedriger Filtriergeschwiendigkeit stromabwärts des Absorptionsturms, um Schwefelsäure-Aerosol (Säurenebel) zu entfernen, damit die Emissionsvorschriften bezüglich Säurenebel, welche weniger als 5 mol ppm H₂SO₄ in dem Rauchgas erfordern, eingehalten werden können. Feiner Säurenebel (Aerosol), der in dem Abgas anwesend sein kann, wird in dem Absorptionsturm nicht wirksam entfernt. Feiner Säurenebel wird auch durch Reaktion zwischen dem aus der absorbierenden Flüssigkeit verdampftem SO₂ und H₂O₂ in dem Absorptionsturm selber gebildet.
• Es ist ein Nachteil des bekannten Verfahrens, dass es die Installation sowohl eines Absorptionsturmes als auch eines Nebelfilters mit niedriger Filtriergeschwindigkeit erfordert.
• Im Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung wird SO₂ aus Abgasen durch Reaktion mit H₂O₂ ohne Verwendung eines Absorptionsturmes entfernt, indem eine Lösung von H₂O₂ in Wasser oder verdünnter Schwefelsäure oberhalb eines Aerosolfilters mit niedriger Filtriergeschwindigkeit oder eines elektrostatischen Nassabscheiders (WESP) in das Abgas versprüht wird.
• Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist in 1 gezeigt. Eine Lösung von 0,1–30% H₂O₂ in Leitung 1 wird durch die Sprühdüsen 3 in einen Strom von Abgas in Leitung 2, enthaltend typischerweise 100–1000 ppm SO₂ bei einer Temperatur von typischerweise im Bereich von 50–120°C, versprüht. Die Düsen sind in Kanal 4 angeordnet, so dass der Sprühnebel gleichmäßig in dem Gasstrom oberhalb des Nebelfilters 5, in welchem das Gas parallel durch eine Anzahl Filterpatronen 6 mit niedriger Geschwindigkeit geführt wird, verteilt wird. Eine gleichmäßige Verteilung der Tröpfchen in dem Gas ist für das Verfahren wünschenswert und die gleichmäßigste Verteilung der Tröpfchen wird durch Verwendung von Druckluftdüsen erreicht, die sehr kleine Tröpfchen erzeugen. In dem Verfahren gebildete H₂SO₄ sammelt sich in den Filterelementen oder Patronen aus denen es durch Leitung 7 abgezogen wird. Die überwiegende oder die gesamte Masse der Tröpfchen verdampft bevor das Gas in die Filterpatronen eintritt, wobei das meiste H₂O₂ verdampft und in der Gasphase unter Bildung von Schwefelsäure-Aerosol reagiert. Es ist jedoch nicht notwendig, dass die Tröpfchen vollständig verdampfen bevor das Gas in die Filterelemente eintritt. Die Reaktion zwischen SO₂ und H₂O₂ wird vervollständigt und das thermische Gleichgewicht in den Nebelfilterelementen eingestellt, ohne dass die Wirksamkeit der SO₂ Entfernung vermindert wird.
• Somit dient die Einspritzung der wässrigen H₂O₂ Lösung zwei Zwecken:
  Zum ersten fügt es dem Abgas die Menge H₂O₂ zu, welche zur Erreichung der erwünschten Umsetzung von SO₂ in H₂SO₄ durch die Reaktion H₂O₂ + SO₂ = H₂SO₄ benötigt wird. Der überwiegende Teil der Umwandlung findet durch Reaktion zwischen SO₂ und verdampftem H₂O₂ in der Gasphase unter Bildung von Säurenebel oder zwischen in den Tröpfchen gelöstem SO₂ und H₂O₂ statt. Die Reaktion wird in dem Aerosolfilter, in welchem zurückbleibendes SO₂ absorbiert wird und mit dem in der verdünnten Schwefelsäure, welche das Fasermaterial benetzt, verbleibenden H₂O₂ vervollständigt.
• Zum zweiten kühlt das in der Lösung enthaltene Wasser das Abgas in Leitung 2 durch Verdampfung der Tröpfchen ab, wobei das Abgas auf die für die Filterelemente oder -patronen gewünschte Temperatur abgekühlt wird, typischerweise auf eine Temperatur zwischen 50 und 70°C. Die Konzentration an H₂SO₄ in der hergestellten Säure entspricht der Gleichgewichtskonzentration an H₂SO₄ bei der tatsächlichen Temperatur und dem H₂O Partialdruck in der Gasphase.
• Es kann bis zu 98% SO₂-Entfernung erreicht werden, bei typischerweise etwa 95%-iger Nutzung des H₂O₂.
• Beispiel
• Ein Abgasstrom von 1000 Nm³/h bei 100°C enthält 200 ppm SO₂ + 10% H₂O und hat eine Temperatur von 100°C. 96%-ige Entfernung des SO₂ wird gewünscht. Ein Aerosolfilter ist für einen Betrieb bei miximal 70°C vorgesehen. Ein Betrieb bei 67–70°C wird gewählt, um die höchst mögliche Säurekonzentration und einen niedrigen Gehalt an verbleibendem H₂O₂ in der hergestellten Säure zu erreichen.
• Das Verfahren wird wie folgt durchgeführt: 15,7 kg/h Wasser enthaltend 2,0 Gew.-% H₂O₂ wird in das Abgas eingespritzt, wobei das Abgas auf 65–70°C im thermischen Gleichgewicht gekühlt wird. Der Nebelfilter ist 75 mm dick und hat einen Fließquerschnitt von 2,5 m². Der Durchmesser der Fasern beträgt etwa 8 μm. Unter diesen Bediengungen durchgeführte Versuche zeigen, dass etwa 96% des SO₂ entfernt wird, wobei 1,7 kg/h 50%-ige H₂SO₄ mit etwa 500 ppm H₂O₂ erzeugt werden. Das behandelte Gas enthält weniger als 2 ppm H₂SO₄ und der Gehalt an H₂O₂ liegt unterhalb der Nachweisgrenze.

Claims (3)

1. Verfahren zum Entfernen von SO₂ aus Abgasen, die eine Temperatur von 30–1500°C aufweisen und 0,001–1 Vol-% SO₂ enthalten, wobei das SO₂ ohne Verwendung eines Absorptionsturmes durch Versprühen einer wässrigen H₂O₂ Lösung in das Abgas stromauf eines Aerosolfilters, der die hergestellte Schwefelsäure aus dem Abgas entfernt, zu H₂SO₄ oxidiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, in welchem das Abgas durch Verdampfen von Wasser gekühlt wird, welches in der Lösung enthalten ist, die in das Abgas stromauf des Filters versprüht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, in welchem ein elektrostatischer Nassabscheider anstelle des Aerosolfilters verwendet wird.