DE69406704T2

DE69406704T2 - Verfahren zur gleichzeitigen Absorption von Schwefeloxide und Herstellung von Ammoniumsulfat

Info

Publication number: DE69406704T2
Application number: DE69406704T
Authority: DE
Inventors: Gregory N Brown; Eli Gal; Michael L Mengel; Abdus Saleem
Original assignee: General Electric Environmental Services Inc
Current assignee: Marsulex Environmental Technologies LLC
Priority date: 1993-03-22
Filing date: 1994-03-18
Publication date: 1998-06-04
Anticipated expiration: 2014-03-19
Also published as: CA2116949A1; CN1041895C; CN1093015A; EP0620187B1; GR3025613T3; TW295573B; US5362458A; JPH06271303A; DE69406704D1; JP3507545B2; ES2108937T3; CA2116949C; EP0620187A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein verbessertes Verfahren zum Enfernen von Schwefeloxiden aus Schwefeloxid enthaltenden Gasen und mehr im besonderen auf ein verbessertes Verfahren zur gleichzeitigen Absorption von Schwefeldioxid und Herstellung von Ammoniumsulfat aus Schwefeldioxid enthaltendem Gas.
Die Kontrolle der Schwefeldioxid-Emission aus solchen Quellen, wie mit fossilen Brennstoffen geheizten Boilern, Hütten, Schwefelsäure-Anlagen, Pulpe- und Papier-Mühlen und ähnlichen, wird in vielen Ländern vom Gesetz gefordert, um die ernstliche Schädigung der Umwelt und Gesundheit zu mildern, die mit Schwefeldioxid verbunden ist. Das am meisten praktizierte Verfahren zur Schwefeldioxid-Kontrolle beruht auf dem Kontakt von Kalkstein oder Kalk in Form einer wässerigen Aufschlämmung mit Rauchgasen. In den meisten Fällen wird das Nebenprodukt entweder als Masse zur Landauffüllung entsorgt oder in Gips umgewandelt, um diesen bei der Herstellung von Wandplatten und Zement einzusetzen. In wenigen Fällen wurden andere alkalische Reagenzien, wie Natriumverbindungen, Magnesiumverbindungen und Ammoniak, unter Rückgewinnung brauchbarer Nebenprodukte, wie reinem Schwefeldioxid, Schwefelsäure und Schwefel, eingesetzt.
Ammoniak und ammoniakalische Waschlösungen sind für die Entschwefelung von Rauchgas ebenfalls gut bekannt. In der US-PS 4,690,807, die durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit hier aufgenommen wird, werden Gase, die mindestens ein Schwefeloxid enthalten, mit wässerigem Ammoniak behandelt, und es wird Ammoniumsulfat in einem einzelnen Kessel hergestellt, der einen Absorptionsturm und ein Flüssigkeits-Reservoir einschließt. Das bzw. die Schwefeloxid/e werden durch Kontakt des Gases mit einer wässerigen Lösung von Ammoniumsulfat aus Schwefeloxiden enthaltenden Gasen entfernt. Während das Schwefeloxidgas, wie Schwefeldioxid, durch die Ammoniumsulfat-Lösung absorbiert wird, wird sie sauer. Die saure Lösung in der US-PS 4,690,807 wird durch Injektion von Ammoniak in die Ammoniumsulfat-Lösung neutralisiert, um ein erwünschtes pH-Niveau aufechtzuerhalten, das einen zu starken Ammoniakverlust verhindert. Ein oxidierendes Medium, wie Luft, wird in die neutralisierte Ammoniumsulfat-Lösung, die das absorbierte Schwefeloxidgas enthält, injiziert, was zur Bildung von Ammoniumsulfat führt. Das Ammoniumsulfat- Produkt kann als eine Suspension von Ammoniumsulfat-Kristallen als eine gesättigte und/oder als eine weniger als gesättigte Lösung abgezogen werden. In der US-PS 4,690,807 kann gewonnenes Ammoniumsulfat weiter umkristallisiert und/oder entwässert und getrocknet werden, um es leichter zu handhaben und zu lagern.
Es ist allgemein bekannt, daß bei Verfahren, die von der Oxidationsrate abhängen, das Verfahren um so wirtschaftlicher ist, je höher die Oxidationsrate ist. Es wurde festgestellt, daß die Oxidationsrate von Ammoniumsulfit/bisulfit, das durch Absorption von Schwefeldioxid in Ammoniumsulfat-Lauge und Reaktion mit Ammoniak gebildet wird, von der Konzentration des Ammoniumsulfats in der Lauge abhangt, und daß die Oxidationsrate mit zunehmender Konzentration abnimmt. Obwohl die Entfernung von Schwefeldioxid aus Rauchgas und die gleichzeitige Ammoniumsulfat-Herstellung im System und Verfahren der US-PS 4,690,807 effizient sind, ist es immer erwünscht und vorteilhaft, die Effizienz beim Auswaschen von Gasen zu verbessern. Es wäre daher vorteilhaft, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Entfernung von Schwefeloxiden aus Gasen bei gleichzeitiger Herstellung von Ammoniumsulfat zu schaffen, bei denen die Oxidationsrate durch Verringern der Konzentration des Ammoniumsulfates, das zum Absorbieren der Schwefeloxidgase benutzt wird, erhöht wird.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Um diese und andere Vorteile zu erzielen und gemaß dem Zweck der Erfindung, wie er hier verkörpert und allgemein beschrieben ist, wird ein verbessertes Verfahren und System zur Entfernung von Schwefeloxiden aus Schwefeloxid enthaltendem Gas geschaffen. Die Effizienz der Schwefeloxid-Entfernung aus Rauchgas wurde durch Absorption von Schwefeldioxid und Oxidation von Ammoniumsulfit in einer verdünnten Ammoniumsulfat-Lösung oder -Lauge verbessert. Die resultierende, verdünnte Ammoniumsulfat-Lauge wird in einem Vorwaschkessel verdampft, um eine gesättigte, wässerige Ammoniumsulfat-Lauge herzustellen, die Suspensionen von Ammoniumsulfat- Kristallen enthält.
Heißes, Schwefeldioxid und gegebenenfalls HCl und HF enthaltendes Rauchgas wird mit gesättigter, wässeriger Ammoniumsulfat-Lauge in einem Vorwäscherkessel in Kontakt gebracht, der für einen innigen Kontakt des heißen Rauchgases mit der gesättigten, wässerigen Ammoniumsulfat-Lauge sorgt. Der Vorwaschkessel wird mit verdünnter, wässeriger Ammoniumsulfat- Lauge aus einem Schwefeldioxid-Absorptionskessel beschickt. Das heiße Rauchgas wird in dem Vorwaschkessel abgekühlt und mit Wasserdampf gesättigt. Sind HCl und HF vorhanden, werden diese auch im Vorwäscher entfernt. Der pH der Vorwäscher-Lauge ist gering (z.B. pH von etwa 0,5 bis 3,0), und deshalb wird wenig Schwefeldioxid im Vorwäscher entfernt.
Nach Entfernen der mitgerissenen Laugentröpfchen in einer Vorrichtung zur Feuchtigkeitsentfernung wird das abgekühlte Gas in ein Schwefeldioxid-Absorptionsgefaß eingeführt, in dem Schwefeldioxid mit verdünnter, wässeriger Ammoniumsulfat-Lauge aus dem Gas entfernt wird. Das absorbierte Schwefeldioxid wird mit Ammoniak in der Lauge unter Bildung von Ammoniumsuffit umgesetzt, das durch injiziertes, Sauerstoff enthaltendes Gas, vorzugsweise Luft, oxidiert wird, um Ammoniumsulfat zu bilden. Ammoniak wird mit der Oxidationsluft zusammen eingeführt, oder Ammoniak und Luft können separat injiziert werden. Der Schwefeldioxid-Absorptionskessel sorgt für einen innigen Kontakt zwischen dem Schwefeldioxid tragenden Gas und der verdünnten, wässerigen Ammoniumsulfat-Lauge.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Schwefeloxid enthaltendes, heißes Gas mit einer gesättigten, wässerigen Ammoniumsulfat-Lauge, die suspendierte Ammoniumsulfat-Kristalle enthält, in einem Vorwäscher-Kessel in Berührung gebracht, um Wasser durch adiabatisches Abkühlen des Gasstromes zu verdampfen, wodurch zusätzliche Ammoniumsulfat-Kristalle und ein vorgewaschenes Gas erzeugt werden, das Schwefeloxid und Wasserdampf enthält. Im Schwefeloxid enthaltenden Gasstrom vorhandenes HCl und/oder HF wird im Vorwäscher entfernt. Die gesättigte, wässerige Ammoniumsulfat-Lauge, durch die das Schwefeloxid enthaltende Gas geleitet worden ist, wird in einem Vorwäscher-Reservoir gesammelt. Die gesättigte, wässerige Ammoniumsulfat- Lauge, durch die das Schwefeloxid enthaltende, heiße Gas im Vorwäscher-Kessel geleitet worden ist, ist gesättigte, wässerige Ammoniumsulfat-Lauge, die vom Vorwäscher-Reservoir umgewälzt wurde, und gesättigte, wässerige Ammoniumsulfat-Lauge, in der Ammoniumsulfat-Kristalle suspendiert sind, wird aus dem Vorwäscher-Reservoir zur Gewinnung von Ammoniumsulfat-Produkt entfernt. Das Schwefeloxid und Wasserdampf enthaltende, vorgewaschene Gas wird durch einen Entfeuchter geleitet, um mitgerissene, gesättigte, wässerige Ammoniumsulfat-Lauge und darin suspendierte Ammoniumsulfat-Krist,alle zu entfernen. Das Schwefeloxid und Wasserdampf enthaltende, vorgewaschene Gas wird vom Entfeuchter weggeführt und mit verdünnter, wässeriger Ammoniumsulfat-Lauge in einem Schwefeloxid-Absorber in Kontakt gebracht, um verdünnte, wässerige Ammoniumsulfat-Lauge, in der Schwefeloxid absorbiert ist, und ein gewaschenes Gas herzustellen. Das verdünnte, wässerige Ammoniumsulfat mit darin absorbiertem Schwefeloxid wird in einem Absorber-Reservoir gesammelt. Ammoniak wird in die verdünnte Ammoniumsulfat-Lauge, in der Schwefeloxidgas absorbiert ist, eingeleitet, und es wird ein sauerstoffhaltiges Gas in die verdünnte, wässerige Ammoniumsulfat-Lauge, in der Schwefeloxid absorbiert ist, im Absorber-Reservoir eingeleitet, wodurch in der verdünnten Ammoniumsulfat-Lauge, die im Absorber-Reservoir enthalten ist, durch die Reaktion des absorbierten Schwefeloxidgases mit Ammoniak und dem sauerstoffhaltigen Gas Ammoniumsulfat gebildet wird. Das verdünnte, wässerige Ammoniumsulfat, mit dem das Schwefeloxid enthaltende, vorgewaschene Gas im Schwefeloxid-Absorber in Berührung gebracht wird, wird aus verdünnter, wässeriger Ammoniumsulfat-Lauge gebildet, die vom Absorber-Reservoir zurückgeführt wird, und gewaschenes Gas wird aus dem Schwefeloxid-Absorber abgezogen.
In gewissen Aspekten der vorliegenden Erfindung werden Ammoniumsulfat-Kristalle aus der gesättigten, wässerigen Ammoniumsulfat-Lauge, in der Ammoniumsulfat-Kristalle suspendiert sind, nach der Entfernung der Lauge aus dem Vorwäscher-Reservoir abgetrennt, und gegebenenfalls wird die gesättigte, wässerige Ammoniumsulfat-Lauge, aus der Ammoniumsulfat-Kristalle entfernt worden sind, in den Vorwäscher und/oder das Vorwäscher-Reservoir zurückgeführt. In einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Ablaßstrom aus gesättigter, wässeriger Ammoniumsulfat-Lösung gegebenenfalls aus dem Vorwäscher entfernt und zur Entfernung von Verunreinigungen, Chloriden und/oder Fluoriden, die entweder aus dem Gas stammen oder als Reaktionsprodukte aus anderen im Gas vorhandenen Komponenten gegenwärtig sind, behandelt. In anderen Aspekten der vorliegenden Erfindung wird verdünnte Ammoniumsulfat-Erganzungslösung aus dem Absorber-Reservoir zu der gesättigten, wässerigen Ammoniumsulfat-Lauge im Vorwäscher hinzugegeben, und gegebenenfalls wird verdünnte, wässerige Ammoniumsulfat-Lauge, die aus dem Absorber-Reservoir abgezogen ist, zum Waschen des Entfeuchters zwischen dem Vorwäscher und dem Absorber benutzt, bevor sie zu der gesättigten, wässerigen Ammoniumsulfat- Lauge hinzugegeben wird. In einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird Ergänzungswasser zu der verdünnten, wässerigen Ammoniumsulfat-Lauge im Absorber hinzugegeben.
Hier sind, der Bequemlichkeit halber, Schwefeloxide allgemein als Schwefeldioxid bezeichnet. Das Schwefeloxidgas kann aber auch andere Komponenten enthalten, einschließlich Gasen, die mit Ammoniumsulfat reagieren, z.B. Chlorwasserstoff, Fluorwasserstoff und ähnliche und deren Mischungen.
Das Ammoniumsulfat-Produkt kann direkt oder gemischt mit anderen Düngemitteln als ein Düngemitel eingesetzt werden.
Es sollte klar sein, daß sowohl die obige allgemeine Beschreibung als auch die folgende detaillierte Beschreibung beispielhaft und erläuternd sind, und daß sie eine weitere Erklärung der Erfindung, wie sie beansprucht ist, geben sollen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Die beigefügte Zeichnung, die einen Teil dieser Beschreibung bildet, veranschaulicht die Erfindung, und sie dient, zusammen mit der Beschreibung, zur Erklärung der Vorteile und Prinzipien der Erfindung. In der Zeichnung zeigen:
Figur 1 eine graphische Darstellung der Oxidationsrate von Ammoniumsulfit in Abhängigkeit von der Ammoniumsulfat-Konzentration in Lösung,
Figur 2 in schematischer Form eine Schwefeldioxid-Quelle, einen Schwefeldioxid-Vorwäscher, einen Ammoniumsulfat-Kristall-Separator, eine Schwefeldioxid-Absorptionseinheit und eine Entsorgung gewaschenen bzw. gereinigten Gases,
Figur 3 eine graphische Darstellung der Konzentration von Schwefeldioxid im Einlaßgas in Abhängigkeit von der Ammoniumsulfat-Konzentration im Schwefeldioxid-Absorber bei zwei verschiedenen Temperaturen des Einlaßgases.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

In der vorliegenden Erfindung werden Gase, die mindestens ein Schwefeloxid enthalten, in einem Schwefeloxid-Absorber (Absorptionskessel) zur Entfernung des Schwefeloxides daraus behandelt, indem man sie mit einer zerstäubten, vernebelten (in Form von Tröpfchen oder anderen geeigneten Form verdünnten, wässerigen Ammoniumsulfats in Berührung bringt, um wässeriges Ammoniumsulfat mit darin absorbierten Schwefeloxiden und ein gewaschenes bzw. gereinigtes Gas zu bilden. Das verdünnte, wässerige Ammoniumsulfat, in dem die Schwefeloxide absorbiert sind, wird in einem Reservoir gesammelt, das hier allgemein als ein Absorber-Reservoir bezeichnet ist. Ammoniak wird in das verdünnte, wässerige Ammoniumsulfat, in dem Schwefeloxidgas absorbiert ist, eingeführt. Das Ammoniak kann in das wässerige Ammoniumsulfat an verschiedenen Punkten im Absorber eingeführt werden, doch wird es vorzugsweise im Absorber-Reservoir und/oder in dem System eingeführt, das die verdünnte, wässerige Ammoniumsulfat-Lauge vom Absorber-Reservoir in die Waschzone für das verdünnte, wässerige Ammoniumsulfat im Absorptionskessel zirkulieren läßt oder zurückführt. Das Ammoniak verringert die Azidität der verdünnten, wässerigen Ammoniumsulfat-Lauge, in der Schwefeldioxid absorbiert ist. Die mit Ammoniak behandelte, verdünnte, wässerige Ammoniumsulfat-Lauge, die eine verringerte Azidität aufweist, wird hier als neutralisierte, verdünnte, wässerige Ammoniumsulfat-Lauge bezeichnet.
Ein oxidierendes Gas, allgemein ein sauerstoffhaltiges Gas, wie Luft, wird in die verdünnte, wässerige Ammoniumsulfat-Lauge, in der Schwefeldioxid absorbiert ist, im Absorber-Reservoir eingeleitet, wodurch im Reservoir durch die Reaktion des absorbierten Schwefeloxidgases mit dem Ammoniak und dem Sauerstoff im sauerstoffhaltigen Gas Ammoniumsulfat gebildet wird.
Das verdünnte, wässerige Ammoniumsulfat, mit dem die Schwefeloxide enthaltenden Gase im Schwefeloxid-Absorber in Kontakt gebracht werden, wird aus verdünnter, wässeriger Ammoniumsulfat-Lauge gebildet, die aus dem Absorber-Reservoir entfernt (zurückgeführt) und durch geeignete Einrichtungen, wie Pumpen, durch geeignete Leitungen, wie Rohre, umgewälzt wird. Gereinigtes Gas wird aus dem Schwefeloxid-Absorber abgezogen und verdünntes, wässeriges Ammoniumsulfat vom Schwefeloxid-Absorber wird im Absorber-Reservoir gesammelt, von dem es abgezogen und einem Vorwäscher als Ammoniumsulfat-Lauge zum Ergänzen zugeführt wird. Die verdünnte, wässerige Ammoniumsulfat-Lauge wird aufgrund der Verdampfung von Wasser im Vorwäscher gesättigt.
Vor dem Einführen des Gases in den Schwefeloxid-Absorber, zur Entfernung von Schwefeloxid daraus, wird das Gas in einem Vorwäscher-Kessel, der den Gasstrom adiabatisch kühlt, was schließlich zur Herstellung einer konzentrierten oder gesättigten, wässerigen Ammoniumsulfat- Lauge führt, in der aufgrund der Verdampfung von Wasser der gesättigten, wässerigen Ammoniumsulfat-Lauge Ammoniumsulfat-Kristalle suspendiert sind, vorgewaschen. Heißes, Schwefeloxid enthaltendes Gas wird mit einer gesprühten, vernebelten (in Form von Tröpfchen) oder anderen geeigneten Form gesättigten, wässerigen Ammoniumsulfats im Vorwäscher-Kessel in Kontakt gebracht, und ein gekühltes, vorgewaschenes Gas, das Schwefeloxid und Wasserdampf enthält, wird aus dem Vorwäscher-Kessel abgezogen und durch einen Vorwäscher-Entfeuchter geführt, um mitgerissene, wässerige gesättigte Ammoniumsulfat-Lauge, die Kristalle enthält, daraus zu entfernen, bevor man das vorgewaschene Gas, das Schwefeloxid und Wasserdampf enthält, dem Schwefeloxid-Absorber zuführt. Wegen der Entfernung von Wasserdampf im vorgewaschenen Gasstrom konzentriert der Vorwäscher die gesättigte, wässerige Ammoniumsulfat-Lauge und verursacht die Kristallisation von Ammoniumsulfat und die Bildung einer gesättigten, wässerigen Ammoniumsulfat-Lösung, in der Ammoniumsulfat-Kristalle suspendiert sind, im Vorwäscher.
Die gesättigte, wässerige Ammoniumsulfat-Lauge, in der Ammoniumsulfat-Kristalle suspendiert sind, wird in einem Reservoir gesammelt, das hier allgemein als ein Vorwäscher-Reservoir bezeichnet ist.
Das gesättigte, wässerige Ammoniumsulfat, mit dem die Schwefeloxide enthaltenden, heißen Rauchgase im Vorwäscher-Kessel in Kontakt gebracht werden, wird aus gesättigter, wässeriger Ammoniumsulfat-lauge mit darin suspendierten Ammoniumsulfat-Kristallen gebildet, die aus dem Vorwäscher-Reservoir entfernt (rückgeführt) und durch geeignete Einrichtungen, wie Pumpen, durch geeignete Leitungen, wie Rohre, umgewälzt wird. Gesättigte, wässerige Ammoniumsulfat- Lauge, aus der Wasserdampf durch Kontakt mit dem heißen Gas entfernt worden ist, wird im Vorwäscher-Reservoir gesammelt, von dem aus es als gesättigtes, wässeriges Ammoniumsulfat mit darin suspendierten Ammoniumsulfat-Kristallen abgezogen wird, und die Ammoniumsulfat- Kristalle können als ein Produkt gewonnen werden.
Die gesättigte, wässerige Ammoniumsulfat-Lauge kann im Bereich der Abzugszone durch irgendeine geeignete Rühreinrichtung, wie einen oder mehrere Rührer, geruhrt werde. Durch Rühren bzw. Bewegen der gesättigten, wässerigen Ammoniumsulfat-Lösung in der Abzugszone wird eine Aufschlämmung von Ammoniumsulfat-Kristallen in der gesättigten, wässerigen Ammoniumsulfat-Lauge aufrechterhalten, und das Absetzen von Ammoniumsulfat-Kristallen am Beden des Vorwäscher-Reservoirs wird verhindert. Die gesättigte, wässerige Ammoniumsulfat-Lauge, in der Ammoniumsulfat-Kristalle suspendiert sind, kann aus der Abzugszone in irgendeiner geeigneten Weise, wie durch eine Pumpe oder durch ein Mittel zur Entfernung mittels Schwerkraft bei oder nahe dem Beden des Vorwäscher-Reservoirs, entfernt werden. In der gesättigten, wässerigen Ammoniumsulfat-Lauge enthaltene Kristalle können leicht durch, z.B., Filtration entfernt werden. Weiter kann das Produkt klassiert, umkristallisiert und/oder entwässert und getrocknet werden, um es leichter zu handhaben und zu lagern.
In einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die gesättigte, wässerige Ammoniumsulfat-Lauge mit darin suspendierten Ammoniumsulfat-Kristallen vom Vorwäscher zu einer Klassiervorrichtung überführt; grobe Ammoniumsulfat-Kristalle werden in der Klassiervorrichtung aus der Lauge abgetrennt; die Lauge, die kleinere Kristalle aus Ammoniumsulfat enthält als die groben Kristalle, wird zum Vorwäscher-Kessel oder dem Vorwäscher-Reservoir zurückgeführt.
Obwohl es keine spezielle Grenze hinsichtlich der Größe der in der Klassiervorrichtung, z.B., einem Hydroclon, abgetrennten Teilchen gibt,, kann der Fachmann die erwünschte Größe der Ammoniumsulfat-Kristalle, die aus der gesättigten, wässerigen Ammoniumsulfat-Lauge mit darin suspendierten Ammoniumsulfat-Kristallen abgetrennt werden, leicht auswählen. Obwohl es keine Absicht gibt, durch die spezielle Größe der aus der Lauge abgetrennten Ammoniumsulfat-Kristalle eingeschränkt zu werden, können grobe Kristalle allgemein als solche mit einer Größe von mehr als, z.B., etwa 300 µm definiert werden. Die Kristalle aus Ammoniumsulfat mit einer Teilchengröße von weniger als der der groben Kristalle, d.h., die Kristalle enthält, die, z.B., kleiner als 300 µm sind, kann in den Vorwäscher-Kessel oder das Vorwäscher-Reservoir zurückgeführt werden.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung wird leicht in eier kontinuierlichen Weise ausgeführt. Rauchgas oder irgendein anderes Schwefeloxid enthaltendes Gas von irgendeiner Quelle, aus dem vorzugsweise Staub und andere Teilchen entfernt worden sind, wird in den Vorwäscher eingeführt und im Gegenstrom zu der gesättigten, wässerigen Ammoniumsulfat-Lauge geleitet. Das gekühlte, vorgewaschene bzw. vorgereinigte Gas tritt durch einen Vorwäscher-Entfeuchter aus dem Vorwäscher-Kessel aus, wird in einer kontinuierlichen Weise in den Schwefeloxid-Absorptionskessel eingeführt, wo es im Gegenstrom zu der verdünnten, wässerigen Ammoniumsulfat-Lauge geleitet wird. Gewaschenes bzw. gereinigtes Gas strömt kontinuierlich aus dem Absorptionskessel und wird durch geeignete Mittel, z.B. durch einen Stapel, vorzugsweise nachdem das gereinigte Gas durch einen Entfeuchter gegangen ist, um verdünnte, wässerige Ammoniumsulfat-Lauge daraus zu entfernen, abgezogen. Im allgemeinen wird das Gas kontinuierlich durch den Einsatz eines oder mehrerer Gebläse, z.B. induzierter Gasgebläse, durch das System bewegt.
Während das Gas kontinuierlich durch den Vorwäscher und den Absorber geführt wird, werden die entsprechenden Laugen darin kontinuierlich in gesprühter, vernebelter oder anderer Form zurückgeführt, die zur Schaffung eines innigen Kontaktes zwischen dem Gas und der Lauge in dem entsprechenden Gefäß geeignet ist, und verdünnte, wässerige Ammoniumsulfat-Lauge kann kontinuierlich aus dem Absorber abgezogen und dem Vorwäscher zugeführt werden, während gesättigtes, wässeriges Ammoniumsulfat mit Ammoniumsulfat-Kristallen darin, kontinuierlich aus dem Vorwäscher abgezogen wird.
Die Laugen-Niveaus werden im Vorwäscher-Kessel und im Reservoir sowie im Schwefeloxid-Absorptionskessel und -reservoir durch geeignete Mittel aufrechterhalten. In einem Aspekt der Erfindung neigt das Laugen-Niveau im Vorwäscher-Kessel und/oder Reservoir aufgrund der Verdampfung von Wasser und des Abziehens von Produkt-Lauge mit darin enthaltenen Ammoniumsulfat-Kristallen zum Sinken. Um dieser Neigung entgegenzuwirken und im Vorwäscher-Kessel ein konstantes Laugen-Niveau aufrechtzuerhalten, wird eine geeignete Menge verdünnter, wässeriger Ammoniumsulfat-Lösung aus dem Absorber-Reservoir abgezogen und zu dem Vorwäscher-Reservoir hinzugegeben. Da dieses Abziehen das Laugen-Niveau im Absorber-Reservoir absenkt, wird eine geeignete Menge Ergänzungswasser zum Absorberkessel oder Absorber-Reservoir hinzugegeben, um eine konstantes Laugen-Niveau aufrechtzuerhalten. Die genaue Konzentration von Ammoniumsulfat, die im SO&sub2;-Absorptionskessel aufrechterhalten werden kann, ist eine Funktion der Menge von SO&sub2;, die absorbiert und zu Ammoniumsulfat oxidiert ist, und der Menge des Wassers, die zum Absorberkessel hinzugegeben wird. Da die Menge des Wassers, die zum Absorberkessel hinzugegeben wird, gleich der Menge der Lauge ist, die abgezogen und zum Vorwäscher- Kessel hinzugegeben wird, um Verluste aufgrund von Verdampfung zu ergänzen, ist der kontrollierende Faktor für die Menge zulässigen Wassers die Verdampfungsrate. Die Verdampfungsrate ist eine Funktion der Temperatur des heißen Gases, das in den Vorwäscher-Kessel eintritt. Figur 3 zeigt die Wirkung der SO&sub2;-Konzentration und der Gastemperatur auf die Konzentration von Ammoniumsulfat, die in der Lauge des Absorberkessels aufrechterhalten werden kann.
Ergänzungswasser wird vorzugsweise über den Absorber-Entfeuchter im Absorptionskessel zum Absorberkessel hinzugegeben, wo irgendwelche Abscheidungen an den Schaufeln des Absorber-Entfeuchters abgewaschen werden, und in den Absorberkessel fallen. In ähnlicher Weise wird die aus dem Absorberkessel abgezogene, verdünnte, wässerige Ammoniumsulfat-Lauge zuerst dazu benutzt, den Vorwäscher-Entfeuchter zu waschen, bevor sie als Ergänzungslauge zu dem Vorwäscher-Kessel hinzugegeben wird.
Bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung ist es kritisch, daß die wässerige Ammoniumsulfat-Lauge sowohl im Absorberkessel als auch im Absorber-Reservoir als eine verdünnte, wässerige Ammoniumsulfat-Lauge aufrechterhalten wird, um die Oxidations-Wirksamkeit des in der Lauge absorbierten Schwefeldioxids zu verbessern. Dies wird dadurch erzielt, daß man verdünnte, wässerige Ammoniumsulfat-Lauge aus dem Absorber entfernt und Ergänzungswasser hinzugibt und dadurch eine verdünnte Konzentration des Ammoniumsulfates in der Absorberlauge aufrechterhält, was zu einer maximalen oder nahezu maximalen Oxidation von Schwefeldioxid führt, wie sie, z.B., aus der graphischen Darstellung der Figur 1 bestimmt wird. Wie in Figur 1 gezeigt, demonstriert das Testen in einer wässerigen Ammoniumsulfat-Lösung aus Ammoniumsulfit/ bisulfit, daß die Oxidationsrate von der Konzentration von Ammoniumsulfat in der Lauge abhängt. Wie in Figur 1 ersichtlich, wird bei Erreichen der Sättigungs-Konzentration von Ammoniumsulfat, z.B. oberhalb etwa 40 Gew.-% Ammoniumsulfat in der wässerigen Lauge, die Oxidationsrate in mM/l/min beträchtlich verringert. Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zur Schwefeldioxid-Absorption und raschen Oxidation in verdünnter, wässeriger Ammoniumsulfat-Lösung in einer Absorbereinheit mit Konzentrierung der verdünnten Ammoniumsulfat-Lauge in einer Vorwäscher-Einheit.
Bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung enthält die gesättigte, wässerige Ammoniumsulfat-Lauge allgemein etwa 45 Gew.-% bis etwa 50 Gew.-% Ammoniumsulfat in Wasser, und verdünnte, wässerige Ammoniumsulfat-Lösung enthält allgemein weniger als die für die Sättigung erforderlich Menge an Ammoniumsulfat. In bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung enthält verdünnte, wässerige Ammoniumsulfat-Lösung oder -Lauge jedoch etwa 35 Gew.-% oder weniger Ammoniumsulfat in Wasser. Obwohl es keine untere Grenze hinsichtlich der Konzentration verdünnte, wässeriger Ammoniumsulfat-Lösung oder -Lauge gibt, gibt es im allgemeinen wenig oder keinen Vorteil bei dem Einsatz einer verdünnten, wässerigen Ammoniumsulfat- Lauge mit einer Konzentration von weniger als 5 Gew.-%, bevorzugter etwa 15 Gew.-% Ammoniumsulfat in Wasser. In den am meisten bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird die verdünnte, wässerige Ammoniumsulfat-Lauge bei einer Konzentration von etwa 10 Gew.- % bis 35 Gew.-% Ammoniumsulfat in Wasser gehalten.
Im Vorwäscher-Reservoir gibt es eine Neigung der gesättigten, wässerigen Ammoniumsulfat-Lauge zur Übersättigung, was das Wachstum von Ammoniumsulfat-Kristallen gestattet, und, wie oben angegeben, werden diese Kristalle entweder kontinuierlich oder intermittierend aus der gesättigten, wässerigen Ammoniumsulfat-Lauge entfernt. Das Vorwäscher-Reservoir wirkt wie ein Kessel für das Wachstum von Ammoniumsulfat-Kristallen und für die Umkehrung der Übersättigung der Ammoniumsulfat-Lauge.
Wie oben ausgeführt, kann das heiße Rauchgas auch Chlorwasserstoff- und/oder Fluorwasserstoff-Gase enthalten. Sind diese Gase im heißen, Schwefeloxid enthaltenden Rauchgas vorhanden, dann werden sie im Vorwäscher-Kessel entfernt und bilden Ammoniumsalze. Diese Salze können entweder zusammen mit dem Ammoniumsulfat-Produkt oder separat entfernt werden, indem man einen Ablaßstrom aus Ammoniumsulfat-Lauge aus dem Vorwäscher entnimmt.
Allgemein schließt die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung für die gleichzeitige Entfernung von Schwefeloxidgas aus heißen, Schwefeloxid enthaltenden Gasen und die Produktion von Ammoniumsulfat eine Vorwäscher-Einheit oder einen -Turm mit einem damit verbundenen, geeigneten Vorwäscher-Reservoir sowie eine Schwefeloxid-Absorptionseinhit oder einen -Turm ein, mit dem ein geeignetes Absorptions-Reservoir verbunden ist. Das Vorwäscher-Reservoir hat eine Zone zum Abziehen von Ammoniumsulfat-Produkt. Ein Staubkollektor oder eine andere Einrichtung zur Entfernung von Teilchen wird üblicherweise stromauf des Vorwäscher-Kessels angeordnet. Es sind Einrichtungen vorhanden, um Gas vom Staubkollektor zum Vorwäscher-Kessel und vom Vorwäscher-Kessel zum Schwefeloxid-Absorptionskessel oder -Turm mit Einrichtungen für die Entfernung gereinigten Gases, zu leiten. Es sind Einrichtungen vorhanden, um verdünnte, wässerige Ammoniumsulfat-Lauge vom Absorber-Reservoir zum Vorwäscher-Reservoir zu leiten und zur Zugabe von Ergänzungswasser zur Absorber-Einheit.
Die Vorwäscher-Einheit kann von irgendeiner geeigneten Bauart sein, die das Waschen heißer Schwefeloxid-Gase mit einer gesättigten, wässerigen Ammoniumsulfat-Lauge gestattet und einen Vorwäscher-Kessel, ein Vorwäscher-Reservoir, einen Vorwäscher-Entfeuchter, Einrichtungen zum Ablassen oder Abziehen gesättigter, wässeriger Ammoniumsulfat-Lauge mit darin suspendierten Ammoniumsulfat-Kristallen aus dem Vorwäscher-Reservoir, Einrichtungen zum Einführen verdünnter, wässeriger Ammoniumsulfat-Lösung, Einrichtungen zum Inberührungbringen eines Gases mit gesättigter Ammoniumsulfat-Lauge im Vorwäscher, Einrichtungen zum Zurückführen gesättigter, wässeriger Ammoniumsulfat-Lauge vom Vorwäscher-Reservoir in Kontakt mit dem Gas im Vorwäscher, Einrichtungen zum Lenken heißen, Schwefeloxid enthaltenden Gases in einer Richtung im Gegenstrom zur Strömung gesättigter, wässeriger Ammoniumsulfat-Lauge im Vorwäscher und Einrichtungen zum Rühren oder Bewegen der gesättigten, wässerigen Ammoniumsulfat- Lauge im Vorwäscher-Reservoir einschiießt. Der Vorwäscher-Kessel und das Vorwäscher-Reservoir können eine einzige Einheit sein, bei der das Vorwäscher-Reservoir im Boden eines Vorwäscher- Kessels angeordnet ist, oder das Vorwäscher-Reservoir kann ein vom Vorwäscher-Kessel separater Kessel oder Tank sein und durch geeignete Mittel ddait verbunden sein, um das Fließen gesättigter, wässeriger Ammoniumsulfat-Lösung vom Vorwäscher-Kessel zum Vorwäscher-Reservoir, vorzugsweise mittels Schwerkraft, zu gestatten.
Die Absorber-Einheit kann von irgendeiner geeigneten Bauart sein, die die Absorption von Schwefeloxid-Gasen in einer verdünnten, wässerigen Ammoniumsulfat-Lauge in innigem Kontakt damit gestattet, z.B. in gesprühter oder vernebelter Form, und sie schließt einen Absorberkessel, der mit einem Absorber-Reservoir verbindet, um die Strömung verdünnter, wässeriger Ammoniumsulfat-Lösung vom Absorberkessel zum Absorber-Reservoir zu gestatten, eine Einrichtung zum Inberührungbringen eines Gases mit verdünnter, wässeriger Ammoniumsulfat-Lösung im Absorberkessel, eine Einrichtung zum Rückführen verdünnter, wässeriger Ammoniumsulfat-Lauge vom Absorber-Reservoir zum Kontaktieren des Gases im Absorber, eine Einrichtung zum Dirigieren von Gas, das in den Absorberkessel eintritt, im Gegenstrom zur Richtung des Stromes der verdünnten, wässerigen Ammoniumsulfat-Lauge, eine Einrichtung zum Entfernen verdünnter, wässeriger Ammoniumsulfat-Lauge aus dem Absorber-Reservoir, einen Absorber-Entfeuchter zum Entfernen verdünnter, wässeriger Ammoniumsulfat-Lauge von dem gewaschenen Gas, eine Einrichtung zum Einleiten von Ammoniak und/oder wässerigem Amoniak und Luft in das Absorber-Reservoir, eine Einrichtung zum Entfernen des gewaschenen Gases aus dem Absorberkessel und eine Einrichtung zum Hinzufügen von Ergänzungswasser zur Absorber-Einheit ein. Der Absorberkessel und das Absorber-Reservoir kann eine einzige Einheit oder es können separate Einheiten sein, die miteinander in Verbindung stehen, um den Fluß verdünnter, wässeriger Ammoniumsulfat-Lösung, vorzugsweise durch Schwerkraft, vom Absorberkessel zum Absorber-Reservoir zu gstatten.
Bezugnehmend auf Figur 2 wird ein Schwefeldioxidgas enthaltender, heißer Gasstrom durch einen Boiler 2 erzeugt, der mit Brennstoff von einer Quelle 3 und Luft 4 beschickt wird. Das heiße Schwefeldioxidgas strömt vom Boiler 2 durch einen geeigneten Rauchgas-Kanal 5 zum Staubkollektor 4, wo teilchenförmiges Material in bekannter Weise, z.B. einen Zyklon-Separator und/oder ein Beutel-Gehäuse, entfernt und Asche durch geeignete Trichter bei der Rückgewinnung-Einheit 6 entfernt wird. Das heiße, Schwefeldioxid enthaltende Gas, aus dem Staubteilchen entfernt worden sind, strömt durch einen Gaskanal 7 zum induzierten Gasgebläse 8, das das Gas durch das System treibt. Das heiße, Schwefeldioxid enthaltende Gas strömt vom Gebläse 8 durch den Gaskanal 9 und durch den Gaskanal 32 in den Vorwäscher 10.
Der Vorwäscher 10 weist einen oberen Abschnitt 12, der hier als ein Vorwäscher-Kessel 12 definiert ist, und einen unteren Abschnitt 14 auf, der hier als ein Vorwäscher-Reservoir 14 definiert ist. Das Vorwäscher-Reservoir 14 enthält gesättigte, wässerige Ammoniumsulfat-Lauge 34, die durch eine Pumpe 22 durch eine geeignete Leitung 24 aus dem Vorwäscher-Reservoir 14 entfernt und mittels einer Sprüheinrichtung 16, die im Vorwäscher-Kessel 12 angeordnet ist, in gesprühter oder vernebelter Form zurückgeführt wird. Die Leitung 26 verteilt zurückgeführte, gesättigte, wässerige Ammoniumsulfat-Lauge zu einem (nicht gezeigten) Verteiler, der kontinuierlich die Innenwandungen des Vorwäscher-Kessels 12 mit einem Laugenstrom zum Abwaschen der Vorwäscher- Wandung spült, um den Aufbau festen Materials und von Abscheidungen auf den Wandungen des Kessels zu verhindern. Die Sprüheinrichtung 16 befördert die gesättigte, wässerige Ammoniumsulfat-Lösung 34 in einer Gegenstromrichtung zum Strom des heißen Schwefeldioxidgases, das am Gaskanal 32 in den Vorwäscher 10 eintritt und den Vorwäscher am Gaskanal 36 verläßt, in den Vorwäscher-Kessel 12.
Das heiße, Schwefeldioxid enthaltende Rauchgas, das sich allgemein bei einer Temperatur von etwa 93ºC (200ºF) bis 204ºC (400ºF) befindet, wird im Vorwäscher-Kessel 12 adiabatisch gekühlt. Das Kühlen findet bei einer konstanten Temperatur statt, und die latente Verdampfungswärme absorbiert die Wärme aus dem heißen, Schwefeldioxid enthaltenden Gas, und die Temperatur bleibt konstant. Wasser aus der gesättigten, wässerigen Ammoniumsulfat-Lauge wird Wasserdampf in dem heißen, Schwefeldioxid enthaltenden Gas, und das Schwefeldioxid enthaltende Gas tritt als ein gekühltes, vorgewaschenes Gas, das Schwefeldioxid und Wasserdampf neben anderen Bestandteilen enthält, aus dem Vorwäscher 10 aus. Die Verdampfung von Wasser aus der gesättigten, wässerigen Ammoniumsulfat-Lösung konzentriert die wässerige Ammoniumsulfat- Lösung und verursacht die Bildung von Ammoniumsulfat-Kristallen in der Lauge. Die gesättigte, wässerige Ammoniumsulfat-Lösung mit darin suspendierten Ammoniumsulfat-Kristallen, sammelt sich im Vorwäscher-Reservoir 14 und wird durch die Pumpe 22 durch die Leitung 24 in die Sprüheinrichtung 16 im oberen Abschnitt 12 des Vorwäschers 10, wie oben beschrieben, zurückgeführt. Die Temperatur des vorgewaschen, Schwefeldioxid enthaltenden Gases beträgt, wenn es den Vorwäscher 10 verläßt, etwa 43ºC (110ºF) bis etwa 86ºC (150ºF). Vorgewaschenes Rauchgas im Gaskanal 36 strömt durch einen Vorwäscher-Entfeuchter 20, wo mitgerissene, gesättigte, wässerige Ammoniumsulfat-Lauge, die darin suspendierte Ammoniumsulfat-Kristalle enthält, aus dem vorgewaschenen Gas entfernt wird, und die Lauge und die suspendierten Kristalle werden durch eine geeignete Leitung 38 in das Vorwäscher-Reservoir 14 überführt.
Das aus dem Vorwäscher-Entfeuchter 20 austretende vorgewaschene Gas strömt durch den Gaskanal 75 in den Absorber 40, wo Schwefeldioxid durch Absorption aus dem Gas entfernt wird.
Der Absorber 40 weist einen oberen Abschnitt, der hier als Absorberkessel 42 identifiziert ist, sowie einen unteren Abschnitt 44 auf, der hier als Absorber-Reservoir 44 identifiziert ist. Das Absorber-Reservoir 44 enthält verdünnte, wässerige Ammoniumsulfat-Lauge 48. Rauchgas tritt in den Absorber 40 durch den Gaskanal 75 im unteren Abschnitt des Absorberkessels 42, aber oberhalb des Flüssigkeits-Niveaus der verdünnten, wässerigen Ammoniumsulfat-Lauge 48 ein.
Verdünnte, wässerige Ammoniumsulfat-Lauge 48 wird mittels einer Pumpe 54 vom Absorber-Reservoir 44 durch die Leitung 72 umgewälzt und strömt durch die Leitungen 52 und 50 in die Absorber-Sprüheinrichtung 74, wo die verdünnte, wässerige Ammoniumsulfat-Lauge einen Nebel oder ein Spray bildet, der in einer Richtung den Absorberkessel 42 passiert, die entgegen der Strömung des vorgewaschenen Gasstromes verläuft, der am Gaskanal 75 in den Absorber 40 eintritt und den Absorber 40 am Gaskanal 77 als gewaschenes Gas verläßt.
Die verdünnte, wässerige Ammoniumsulfat-Lauge absorbiert das Schwefeldioxid, und die verdünnte, wässerige Ammoniumsulfat-Lauge mit darin absorbiertem Schwefeldioxid strömt zum Absorber-Reservoir 44, vorzugsweise unter Gravitation, wo sie sich im Reservoir sammelt und vom Absorber-Reservoir 44 zu der Absorber-Sprüheinrichtung 74 umgewälzt wird.
Im Absorber 40 strömt Ammoniakgas von einer Quelle 60 mittels einer geeigneten Pumpe 62 durch die Leitungen 63 und 58 in das Absorber-Reservoir 44. Gleichzeitig gelangt eine Sauerstoffquelle, z.B. Luft, aus der Quelle 60 durch die Leitung 82 in das Absorber-Reservoir 44. Die Reaktion des absorbierten Schwefeldioxids in der verdünnten, wässerigen Ammoniumsulfat-Lauge 48 mit dem Ammoniak und der Luft führt zur Bildung von Ammoniumsulfat.
Verdünntes, wässeriges Ammoniumsulfat 48 wird durch die Leitung 68 vom Absorber- Reservoir 44 mittels einer Pumpe 64 durch die Leitung 46 in den Vorwäscher-Entfeuchter 20 entfernt, und sie strömt danach durch die Leitung 38 in das Vorwäscher-Reservoir 14, wo sie wegen des Verlustes durch Verdampfung und Abziehen von Produkt Ergänzungslauge im Vorwäscher 10 bildet. Während verdünnte, wässerige Ammoniumsulfat-Lauge aus dem Absorber-Reservoir 44 entfernt wird, fügt man Ergänzungswasser aus einer Quelle 78 durch die Leitungen 88 und 89 zum Absorber 40 hinzu, wo es durch entsprechende Spruheinrichtungen 92 und 76 in den Absorberkessel 42 gesprüht wird. Durch diese Leitungen in den Absorberkessel 42 eintretendes Wasser wird vorzugsweise in Verbindung mit einem Nebelbeseitiger 95, d.h., dem Absorber-Entfeuchter 95, benutzt. Gewaschenes Gas tritt aus dem Absorber 40 am Gaskanal 77 aus und kann durch einen wahlweisen Gas-Wiedererhitzer 90 und dann durch den Gaskanal 86 in den Stapel 84 strömen, wo das gewaschene Gas an die Atmosphare abgelassen wird.
Das Vorwäscher-Reservoir 14 ist mit einem oder mehreren Rührern 18 und das Absorber- Reservoir 44 ist mit einem oder mehreren Rührern 70 ausgerüstet, um die Bewegung der Lauge in den entsprechenden Reservoirs aufrechtzuerhalten.
Obwohl dies nicht gezeigt ist, kann das Vorwäscher-Reservoir 14 ein vom Vorwäscher-Kessel 12 separater Tank oder eine separate Einheit sein, und das Absorber-Reservoir 44 kann eine vom Absorberkessel 42 separate Einheit oder ein separater Tank sein, solange geeignete Einrichtungen für das Fließen der Laugen von den Kesseln zu den entsprechenden Reservoiren vorhanden sind.
Gesättigte, wässerige Ammoniumsulfat-Lauge mit darin suspendierten Ammoniumsulfat- Kristallen kann verschiedenen Einrichtungen bzw. Mitteln ausgesetzt werden, die die Ammoniumsulfat-Kristalle aus der gesättigten, wässerigen Ammoniumsulfat-Lauge abtrennen, wenn sie aus dem Vorwäscher-Reservoir 14 durch die Leitung 28 entfernt wird. Wie in Figur 2 gezeigt, wird eine Pumpe 30 benutzt, um die Ammoniumsulfat-Kristalle enthaltende Lauge durch die Leitung 138 zur Einheit 100, zur Rückgewinnung von Produkt, zu befördern. Die Ammoniumsulfat-Kristalle enthaltende Lauge fließt in eine primäre Entwässerungs-Vorrichtung, z.B. ein Hydroclon bzw. Hydrozyclon 120. Das Hydroclon 120 und die Unterströmung 122, die die Masse der Ammoniumsulfat-Kristalle enthält, wird weiter in einer Zentrifuge 123 entwässert, die einen Ammoniumsulfat-Kristallkuchen erzeugt, der etwa 2% Feuchtigkeit enthält. Der Kuchen wird dann zu einem (nicht gezeigten) Kompaktor/Granulator geführt, gefolgt von einem Trockner 124 oder direkt in einen Trockner 124, um trockenes Ammoniumsulfat-Produkt zu erzeugen. Das getrocknete Ammoniumsulfat-Produkt 126 wird gelagert, während die gesättigte, wässerige Ammoniumsulfat-Lauge, die feine Teilchen und Kristalle enthält, durch die Leitung 136 zum Rückführtank 128 strömt. Die bei der Zentrifugeneinheit 123 entfernte Lauge strömt aufgrund der Wirkung der Pumpe 142 durch Leitung 140 in den Rückführtank 128. Gegebenenfalls kann ein kleiner Ablaßstrom 143 abgezogen werden, um irgendwelche Verunreinigungen aus dem System zu spülen. Wie erwünscht, wird die gesättigte, wässerige Ammoniumsulfat-Lauge, die durch Rührer 132 im Rückführtank 128 in einem bewegten Zustand gehalten wird, daraus durch Pumpe 130 entfernt und strömt durch Leitungen 134 und 15 in Vorwäscher-Reservoir 14, wo sie zu der gesättigten, wässerigen Ammoniumsulfat-Lauge 34 mit darin suspendierten Ammoniumsulfat-Kristallen hinzugegeben wird.
Luft wird durch irgendein geeignetes Luftinjektions-System, z.B. einen Luftsprüher, der in einem (nicht gezeigten) Netzwerk perforierter Rohre angeordnet ist, wie im Stande der Technik bekannt und in der US-PS 4,690,807 beschrieben ist, in die verdünnte, wässerige Ammoniumsulfat- Lauge im Absorber-Reservoir injiziert.
Wie oben im Detail beschrieben, wird der pH im Absorber-Reservoir 44 aufrechterhalten, um die Azidität des in der verdünnten, wässerigen Ammoniumsulfat-Lauge absorbierten Schwefeldioxids zu vermindern. Der pH der verdünnten, wässerigen Ammoniumsulfat-Lauge im Absorber wird allgemein bei etwa 5 bis 6 gehalten und bevorzugter bei 5,2 bis 5,8. Das Ammoniak, das vorzugsweise in Form gasförmigen Ammoniaks injiziert wird, wird durch irgendein geeignetes, im Stande der Technik bekanntes System in das Absorber-Reservoir 44 injiziert, z.B. durch eine Sprüheinrichtung, die in einem (nicht gezeigten) Netzwerk perforierter Rohre angeordnet ist, wie in der US-PS 4,690,807 beschrieben.
Die folgenden spezifischen Beispiele beschreiben das Verfahren der vorliegenden Erfindung. Sie sollen nur veranschaulichen, und sie sind nicht dahingehend zu verstehen, daß sie die vorliegende Erfindung einschraaken.

Beispiel 1

Dieses Beispiel veranschaulicht nicht das Verfahren der vorliegenden Erfindung, sondern es beschreibt lediglich, wie die Daten fur die graphische Darstellung der Figur 1, die oben detailliert beschrieben wurde, erhalten wurden.
Die Experimente wurden auf einer Prüfmeßbank als eine Untersuchung zur Bestimmung ausgeführt, warum die Oxidationsrate bekannter Verfahren variabel war und in gewissen Fällen unter der allgemein erwarteten Oxidationsrate lag.
Wässerige Lösungen mit 20 ppm Eisen als Eisen(II)ionen-Katalysator und ohne Katalysator mit verschiedenen Ammoniumsulfat-Konzentrationen wurden in mehreren Bechern angeordnet. Natriumsulfit in verschiedenen Konzentrationen wurde zu den wässerigen Ammoniumsulfat-Lösungen (beginnend mit 10.000 ppm Sulfit) hinzugegeben, und der pH wurde mit Schwefelsäure auf einen pH von 5 eingestellt. Die Temperatur wurde bei 54ºC (130ºF) gehalten. Luft wurde in den Becher geblasen und die Rate, mit der das Natriumsulfit verschwand, wurde für jede Probe festgestellt. Die für diese Experimente erhaltenen Daten sind in Figur 1 gezeigt und wurden oben diskutiert.

Beispiele 2 bis 7

Die im folgenden beschriebenen Beispiele wurden in einem Absorber von Pilotanlagengröße, wie in Figur 2 gezeigt, ausgeführt. Die Quelle des Rauchgases stammte von einem Bruch eines Boilerkanals, und die Schwefeldioxid-Niveaus wurden durch den Einsatz eines geeignet bemessenen und mit dem Rauchgas-Kanal verbundenen Schwefeldioxid-Tanks erhöht.
Unter Einsatz einer wässerigen Ammoniumsulfat-Lösung in der Vorrichtung von Figur 2 wurde die Effizienz der Schwefeldioxid-Entfernung bei verschiedenen Schwefeldioxid-Konzentrationen, die in der Tabelle unten in Teilen pro Million (ppm) gezeigt sind, verglichen. Im Falle 1 wurden sechs betriebene Sprühbänke 74 im Absorberkessel 42 benutzt, und im Falle II wurden vier betriebene Spruhbänke 74 im Absorberkessel 42 benutzt. Der pH der verdünnten, wässerigen Ammoniumsulfat-Lauge 48, die im Absorber 40 eingesetzt wurde, ist im Falle II in der folgenden Tabelle gezeigt. Die Menge des in der wässerigen Ammoniumsulfat-Lauge 48 vorhandenen Ammoniumsufflts ist ebenfalls in der folgenden Tabelle gezeigt. TABELLE EFFIZIENZ DER SO&sub2;-ENTFERNUNG UNTER EINSATZ VON AMMONIAK
Aus den Daten in der Tabelle ist ersichtlich, daß die Wirksamkeiten der Schwefeldioxid-Entfernung sehr hoch sind, wenn das Verfahren der vorliegenden Erfindung unter Einsatz von Ammoniak im Absorber benutzt wird. Wie in der obigen Tabelle ersichtlich, variiert die Wirksamkeit der Schwefeldioxid-Entfernung mit der Schwefeldioxid-Konzentration. Weiter erhöht Sulfit (in Form von Ammoniumsulfit) in der Lauge die Entfernungswirksamkeit deutlich. Es gab eine geringe Ammoniak-Abnahme von 0 bis zu 3 ppm bei einem pH-Bereich von 5,2-5,8. Es gab keine Zunahme der Opazität während des Betriebes. Das aus dem Verfahren (als Kristalle) isolierte Ammoniumsulfat- Produkt hatte eine Reinheit von mehr als 99,5% bei einem Feuchtigkeits-Gehalt von weniger als 1,2%, und 90% der Teilchenkristalle hatte eine Teilchengröße von mehr als 300 µm.

Claims

1. Verfahren zum Vetbessern der Absorptionsrate und Oxidationsrate von in einem heißen Gas enthaltenen Schwefeloxid, umfassend die Stufen:

Inberührungbringen des Schwefeloxid enthaltenden Gases zuerst mit einer gesättigten, wässerigen Ammoniumsulfat-Lauge in einem Vorwäscher-Kessel (12), um Wasser durch adiabatisches Abkühlen des Gases zu verdampfen, um eine gesättigte, wässerige Amoniumsulfat-Lauge herzustellen, in der Amoniumsulfat-Kristalle suspendiert sind, und um ein Schwefeldioxid und Wasserdampf enthaltendes, vorgewaschenes Gas herzustellen;

Sammeln der gesättigten, wässerigen Ammoniumsulfat-Lauge mit darin suspendierten Ammoniumsulfat-Kristallen in einem Vorwäscher-Reservoir (14) und Zurückführen der Lauge und der Kristalle vom Vorwäscher-Reservoir (14) zu dem Vorwäscher-Kessel (12) zum Inberührungbringen mit dem Schwefeloxid enthaltenden, heißen Gas;

Entfernen der Ammoniumsulfat-Kristalle aus dem Vorwäscher-Reservoir (14);

Führen des Schwefeloxid und Wasserdampf enthaltenden, vorgewaschenen Gases durch einen Entfeuchter (20), um mitgenommene, wässerige, gesättigte Ammoniumsulfat-Lauge, die Ammoniumsulfat-Kristalle enthält, daraus zu entfernen;

Inberührungbringen des Schwefeloxid und Wasserdampf enthaltenden, vorgewaschenen Gases vom Entfeuchter (20) mit verdünntem, wässerigem Ammoniumsulfat in einem Schwefeloxid- Absorber (40), um eine verdünnte, wässerige Ammoniumsulfat-Lauge mit darin absorbiertem Schwefeloxid und ein gereinigtes Gas herzustellen;

Sammeln der verdünnten, wässerigen Ammoniumsulfat-Lauge, in der Schwefeloxid-Gas absorbiert ist, in einem Absorber-Reservoir (44);

Einführen von Ammoniak in die Schwefeloxid-Gas absorbiert enthaltende, verdünnte Ammoniumsulfat-Lauge;

Einführen eines sauerstoffhaltigen Gases in die verdünnte, wässerige Ammoniumsulfat- Lauge mit darin absorbiertem Schwefeloxid in dem Reservoir (44), wodurch Ammoniumsulfat-Produkt durch rasche Oxidation in der verdünnten, wässerigen Ammoniumsulfat-Lauge im Reservoir (44) durch die Umsetzung des absorbierten Schwefeloxid-Gases mit dem Ammoniak und dem Sauerstoff im sauerstoffhaltigen Gas gebildet wird;

Zurückführen der verdünnten, wässerigen Ammoniumsulfat-Lösung vom Absorber-Reservoir (44) zum Absorber (40), um das Schwefeloxid enthaltende, vorgewaschene Gas in dem Schwefeloxid-Absorber (40) zu kontaktieren und

Abziehen des gereinigten Gases.

2. Verfahren nach Anspruch 1, weiter umfassend die Zugabe von ergänzender, wässeriger Ammoniumsulfat-Lösung zum Vorwäscher-Kessel (12) aus der verdünnten, wässerigen Ammoniumsulfat-Lauge, die aus dem Absorber-Reservoir (44) abgezogen ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, worin die verdünnte, wässerige Ammoniumsulfat-Lauge, die vom Absorber-Reservoir abgezogen ist, vom Absorber-Reservoir (44) dem Entfeuchter (20) vor der Zugabe zum Vorwäscher-Kessel (12) zugeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, weiter umfassend die Zugabe von Ergänzungswasser zu dem Absorber (40).

5. Verfahren nach Anspruch 1, weiter umfassend das Entfernen von Kristallen aus Ammoniumsulfat aus der gesättigten Ammoniumsulfat-Lauge mit darin suspendierten Ammoniumsulfat- Kristallen.

6. Verfahren nach Anspruchs, worin die gesättigte Ammoniumsulfat-Lauge zum Vorwäscher- Kessel (12) oder dem Vorwäscher-Reservoir (14) geführt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, weiter umfassend das Leiten der gesättigten, wässerigen Ammoniumsulfat-Lauge mit darin suspendierten Ammoniumsulfat-Kristallen vom Vorwäscher-Reservoir (10) zu einem Klassierer (120), Abtrennen grober Kristalle von Ammoniumsulfat aus der Lauge und Rückführen der Lauge, die Kristalle aus Ammoniumsulfat mit einer geringeren Teilchengröße als der der groben Kristalle enthält, zum Vorwäscher-Kessel (12) oder dem Vorwäscher-Reservoir (14).

8. Verfahren nach Anspruch 1, worin das Schwefeloxid Schwefeldioxid ist.

9. Verfahren nach Anspruch 1, worin das sauerstoffhaltige Gas Luft ist.

10. Verfahren nach Anspruch 1, worin die Menge des in die verdünnte, wässerigen Ammoniumsulfat-Lauge eingeführten Ammoniaks eine genügende Menge ist, um die Acidität des wässerigen Ammoniumsulfates mit darin absorbiertem Schwefeloxid zu verringern und dadurch eine neutralisierte, verdünnte, wässerige Ammoniumsulfat-Lauge zu bilden.

11. Verfahren nach Anspruch 1, worin die Menge des in die verdünnte, wässerige Ammoniumsulfat-Lauge eingeführten Ammoniaks genügt, um den Ammoniakverlust aus dem verdünnten, wässerigen Ammoniumsulfat zu verhindern.

12. Verfahren nach Anspruch 1, weiter umfassend das Leiten des gereinigten Gases durch einen Entfeuchter (95), um darin eingeschlossene Tröpfchen aus verdünnter Ammoniumsulfat- Lauge zu entfernen.

13. Verfahren nach Anspruch 1, worin das in den Vorwäscher-Kessel (12) eingeführte, heiße Gas HCl, HF oder deren Mischungen enthält, die im Vorwäscher-Kessel (12) entfernt werden.

14. Verfahren nach Anspruch 1, worin die Konzentration des Ammoniumsulfates in der verdünnten, wässerigen Ammoniumsulfat-Lauge bei einer Konzentration von 5 bis 35 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Lauge, aufrechterhalten wird.