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Wolf-Rüdiger Naß, Römerstr. 437, 4130 Moers,
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Helmuth Theilacker, Rathausstr. 15, 6200 Wiesbaden =======~==========================================
Verfahren und Vorrichtung zum Entschwefeln von Feststoffe enthaltenden Substanzen.
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Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren zum Entschwefeln von Feststoffe
enthaltenden Substanzen, insbesondere Kohle, bei dem die Substanz mechanisch zerkleinert
und mit Kalk vermischt weiterverarbeitet wird.
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Luftverunreinigungen wirken sich zunehmend auf die Umwelt aus. Zu
den wichtigen Verunreinigern gehört Schwefeldioxid, das im beträchtlichen Mengen
emittiert wird, z. B. aus Schornsteinen von Kraftwerken zur Stromerzeugung. Schwefeldioxid
geht leicht in Schwefeltrioxid über oder bildet aufgrund seiner guten Wasserlöslichkeit
schweflige Säure. Dadurch werden erhebliche Bauwerks-und
Umweltschäden
hervorgerufen. Da die Emission von Schwefeldioxid in hohem Maße bei der Verbrennung
von Kohle z. B. beim Kraftwerksbetrieb zur Stromerzeugung erfolgt, ist das Entschwefeln
im Zusammenhang mit dem Verbrennungsprozeß der Kohle bekannt. Dazu wird Kalk verwendet,
der der zermahlten Kohle beigemischt und zusammen mit dieser in die Brennkammer
eingeblasen wird.
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Während der Aufheizung bzw. während des Verbrennungsprozesses reagiert
der Kalk mit dem Schwefel unter Bildung von Gips, der nach Erreichen bzw. Überschreiten
der Sintertemperatur ausfällt und aus der Brennkammer entfernt werden kann. Die
auf diese Weise erreichte Entschwefelung übersteigt jedoch nicht die Größenordnung
von 65%. Auch das bekannte Einblasen von Kalk oberhalb des Brennraums führt nicht
zu einer erheblichen Steigerung des Entschwefelungsgrades.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der
eingangs genannten Art so zu verbessern, daß der Entschwefelungsgrad von Feststoffe
enthaltenden Substanzen gegenüber den bekannten Entschwefelungsverfahren erheblich
gesteigert wird.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Substanz/ Kalk-Gemisch
vor seiner Weiterverarbeitung für eine ausgewählte Reaktionszeit auf einer ausgewählten
Reaktionstemperatur gehalten wird.
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Die Feststoffe enthaltenden Substanzen können beliebiger Art sein.
Unter einem Feststoff wird dabei jeder Stoff verstanden, der einer Formänderung
von außen einen gewissen Widerstand entgegensetzt, so daß eine mechanische Zerkleinerung
möglich ist. Es kommen als derartige Substanzen also auch z. B. Olschiefer oder
Schlämme in Frage.
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Wesentlich für die Erfindung ist, daß das Substanz-Kalk-Gemisch bei
zú einer Entschwefelung geeigneten Reaktionsbedingungen gehalten wird, ohne daß
die Reaktionszeit durch den Weiterverarbeitungsprozeß bestimmt wird. Infolgedessen
können sich die durch die mechanische Zerkleinerung der Feststoffe bewirkten Eigenschaften
und die Eigenschaften des Kalks bei der ausgewählten Reaktionstemperatur optimal
zUr Entschwefelung auswirken. Erst danach erfolgt die Weiterverarbeitung, beispielsweise
eine Abspeicherung eines Kohle-Kalk-Gemisches oder dessen Verbrennung zur Stromerzeugung.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Substanz und der Kalk in einen
Desintegrator gegeben und gemeinsam aktiviert werden.
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Mechanische Zerkleinerung kann bekanntlich auf vielfältige Weise
erfolgen, z. B. durch Kugelmühlen oder ähnlich wirkende Mahlaggregate. Die Mahlfeinheit
ist aber begrenzt, da das Mahlgut zum Agglomieren neigt.
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Infolgedessen hat das Mahlgut nach gewisser Mahldauer nicht mehr als
einen bestimmten geringen Prozentsatz von Teilchen unter einer bestimmten Feinheit
von z. B.
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100 ßm. -Die Mahlfeinheit bzw. die Teilchengröße ist aber wegen der
damit verbundenen Oberflächenvergrößerung einer der wesentlichen Faktoren zUr Steigerung
der Reaktionsfähigkeit eines Stoffes. Ein weiterer Faktor ist der Aktivierungsgrad,
also die Anreicherung von Energie im Stoff durch die mechanische Bearbeitung bzw.
Zerkleinerung. Eine derartige Aktivierung, die gemeinhin mit Änderungen im Kristallgitteraufbau
durch mechanische Einwirkung beim Zerkleinern erklärt wird, hat z. B. erhöhte Reaktionsfähigkeit
des betreffenden Stoffes zur Folge. Beides leistet der Desintegrator, nämlich einen
höheren Feinheits- und einen höheren Aktivierungsgrad.
Beispielsweise
werden Körnungen von 1 Fm erreicht, was mit bekannten Vorrichtungen wirtschaftlich
nicht möglich ist. Der Aktivierungsgrad von Stoffen gleicher Korngröße hat sich
bei mit einem Desintegrator aktivierten Stoffen als wesentlich größer herausgestellt.
Als Desintegrator wird beispielsweise die in der DE-OS 30 34 849 beschriebene Vorrichtung
verwendet. Vorteilhaft ist insbesondere, daß die Substanz, also z. B. die Kohle
und der Kalk gemeinsam behandelt werden. Die Zerkleinerung erfolgt infolgedessen
in gleichem Maße, also bei z.B.
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für Kohle und Kalk durch das Gemisch festgelegten gleichen Desintegrationsbedigungen.
Durch getrennte Des integration und Aktivierung gegebene Probleme werden damit vermieden.
Außerdem erfolgt zugleich die bestmögliche Durchmischung, so daß besondere Durchmischungsprobleme
vermieden werden.
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Mit Kohle als zu entschwefelnder Substanz beträgt die Raktionstemperatur
ca. 6000C bis 8000C. Reaktionsumfang und Reaktionsgeschwindigkeit der beteiligten
Stoffe können der Reaktionstemperatur entsprechend optimal gestaltet werden.
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Das aktivierte Kohle/Kalk-Gemisch wird zur Weiterverarbeitung in
eine Verbrennungskammer gefördert.
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Durch dieses Verfahren erfolgt die Entschwefelung vor der Brennkammer.
Der Verbrennungsprozeß wird durch die Entschwefelung nicht belastet. Es erfolgt
eine rückstandslose Verbrennung. Dabei ist es möglich, mit entschwefeltem Brennstoff
zu arbeiten. Der Entschwefelungsgrad ist optimal. Durch die Desintegration wurden
die flüchtigen Bestandteile der Substanzen bzw.
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der Feststoffe bzw. der Kohle freigesetzt und sind damit hochreaktionsfähig,
wie auch das verbleibende feinkörnige Gut.
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Die Förderung und die Erwärmung des aktivierten Kohle/Kalkgemischs
erfolgt durch Rauchgas. Rauchgas ist als Produkt des Verbrennungsprozesses praktisch
sauerstofffrei und eignet sich daher besonders zum Transport des den Desintegrator
verlassenden Kohle/ Kalk-Gemischs, welches durch seine flüchtigen Bestandteile in
der Gefahr steht, bei Zufuhr von Sauerstoff zu verbrennen bzw. zú explodieren. Zugleich
wird die Abwärme des Rauchgases genutzt, um die Erwärmung auf die gewünschte Raktionstemperatur
zu erzielen, soweit diese nicht bereits durch die bei der Des integration entstehende
Wärme erreicht wurde. Praktisch wird also das durch die Desintegration eine Temperatur
von etwa 2000C aufweisende Kohle/Kalk-Gemisch auf ca. 6000C bis 8000C erwärm, so
daß die Entschwefelungsreaktionen gesteigert werden können. Nach der Entschwefelung
des Gemischs wird es mit seinen Gasen in die Brennkammer gefördert und dort erfolgt
die Versinterung und damit Ausfällung des bei der Entschwefelung entstandenen Gipses.
Die Erwärmung des aktivierten Kohle/Kalk-Gemischs kann auch durch andere Abwärme
der Brennkammer erfolgen, auch unter Zwischenschaltung von z. B. Wärmetauschern.
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In Ausgestaltung der Erfindung wird das aktivierte Substanz/Kalk-Gemisch
von flüchtigen Bestandteilen befreit und abgespeichert. Die flüchtigen Bestandteile
können gegebenenfalls verwertet werden und das abgespeicherte Gemisch kann zu gegebener
Zeit einem weiteren Verarbeitungsprozeß unterworfen werden, z. B.
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der Verbrennung.
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Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Vorrichtung zum Entschwefeln
von Feststoff enthaltenden Substanzen, insbesondere Kohle, mit einem mechanischen
Zerkleinerer,
mit einer Mischvorrichtung zum Vermischen der Substanz mit Kalk, und mit einer Fördereinrichtung
für das Substanz/Kalk-Gemisch.
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Der Aufgabe liegt die Erfindung zugrunde, eine Vorrichtung der vorbeschriebenen
Art so zu verbessern, daß sie eine wesentlich wirksamere Entschwefelung gestattet.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Fördereinrichtung eine temperatur- und
verweilzeitgeregelte Reaktionskammer für das zerkleinerte Substanz/ Kalk-Gemisch
zugeordnet ist.
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Für die Erfindung ist wesentlich, daß eine Reaktionskammer vorhanden
ist, deren Regelung die erforderlichen Temperaturen und Verweilzeiten gewährleistet,
um das jeweils behandelte Substanz/Kalk-Gemisch in vorbestimmter geeigneter Weise
zu beeinflussen, damit die Entschwefelungsprozesse im gewünschten Umfang ablaufen.
Diese Reaktionskammer kann die Fördereinrichtung selbst sein, also z. B. die zwischen
dem Zerkleinerer und einer Vorrichtung zur Weiterverarbeitung vorhandene Förderstrecke.
Die Reaktionskammer kann auch der Zerkleinerer bzw. Desintegrator zumindest teilweise
selbst sein, sofern er genügend temepraturfest ist.
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Als mechanische Zerkleinerer kommen Vorrichtungen infrage, die die
zu entschwefelnde Substanz in genügendem Umfang feinmahlen und/oder aktivieren.
Insbesondere ist kolonnenweises Arbeiten denkbar, bei dem also bekannte Zerkleinerer
hintereinander geschaltet arbeiten, wenn das noch wirtschaftlich vertretbar ist.
Vorteilhafterweise ist der mechanische Zerkleinerer jedoch ein Desintegrator, der
die oben beschriebenen wirtschaftlichen Möglichkeiten eröffnet.
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Bei einer Entschwefelungsvorrichtung für Kohle als zu entschwefelnder
Substanz ist der Reaktionskammer eine Verbrennungskammer eines Kraftwerks nachgeordnet
und als Förderrichtung ist eine Rauchgasförderstrecke vorhanden. Mit einer derartigen
Vorrichtung kann Kohle verbrannt werden, ohne daß die bisher bekannten Restmengen
an Schwefel bzw. Schwefeldioxid in Kauf genommen werden müßten, wobei zur Vereinfachung
Rauchgas zur Förderung des Brennstoffs benutzt wird.
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Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Blockfließbildes
erläutert. Ein Rohmaterial, z. B. Kohle und ein Zusatzmaterial, z. B.
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Kalk werden in einen Desintegrator gegeben, dort zerkleinert und aktiviert
und einer Reaktionskammer zugeführt, die einer Verbrennungsanlage vorgeschaltet
ist. Die Reaktionskammer und die Verbrennungsanlage sind durch eine Förderstrecke
miteinander verbunden.
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Zur Förderung zwischen der Reaktionskammer und der Verbrennungsanlage
dient Rauchgas, das mit der Rauchgaszuleitung dem Rauchgas des Schornsteins der
Verbrennungsanlage entnommen wird. Statt der Verbrennung kann auch eine Feststoffabspeicherung
und eine Entfernung flüchtiger Bestandteile erfolgen.
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