DD200550A1 - METHOD FOR THE RADIATION CHEMICAL CONVERSION OF SULFUR DIOXIDE TO SULFUR TRIOXIDE - Google Patents

METHOD FOR THE RADIATION CHEMICAL CONVERSION OF SULFUR DIOXIDE TO SULFUR TRIOXIDE Download PDF

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DD200550A1
DD200550A1 DD23403581A DD23403581A DD200550A1 DD 200550 A1 DD200550 A1 DD 200550A1 DD 23403581 A DD23403581 A DD 23403581A DD 23403581 A DD23403581 A DD 23403581A DD 200550 A1 DD200550 A1 DD 200550A1
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Joachim Boes
Hannelore Krueger
Juergen Leonhardt
Peter Popp
Gudrun Oppermann
Krista Weidig
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Joachim Boes
Hannelore Krueger
Juergen Leonhardt
Peter Popp
Gudrun Oppermann
Krista Weidig
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur strahlenchemischen Umwandlung von SO&ind2! in Gasstroemen, insbesondere in Abgasen, zu SO&ind3! unter Einwirkung elektrischer oder magnetischer Felder. Das entstehende SO&ind3! kann mit Wasser bzw. mit Wasserdampf zu Schwefelsaeure umgesetzt und so aus dem Gasstrom entfernt werden. Durch die Erfindung wird die Aufgabe geloest, sowohl den energetischen Aufwand zu reduzieren als auch die Anforderungen an die Isolationsmaterialien zu vermindern. Das wird erreicht, indem die Staerke des elektrischen bzw. magnetischen Feldes nur so grosz gewaehlt wird, dasz zwar die Primaerrekombination der durch die Strahlung gebildeten Ionenpaare verringert wird und ein Teil der nicht rekombinierenden Elektronen mit SO&ind2-! oder O&ind2-! Molekuelen negative Ionen bildet (die durch nachfolgende Reaktionen zur Erhoehung der Bildungsrate von SO&ind3! beitragen), aber noch keine Anregungen stattfinden. Statt Feldstaerken von einigen Tausend Volt/cm reichen so Feldstaerken bis zu etwa 100 V/cm aus.The invention relates to a method for the radiation-chemical conversion of SO & ind2! in gas grids, especially in exhaust fumes, to SO & ind3! under the influence of electrical or magnetic fields. The resulting SO & ind3! can be reacted with water or steam to sulfuric acid and so removed from the gas stream. The invention solves the problem of both reducing the energy expenditure and reducing the requirements placed on the insulation materials. This is achieved by selecting the strength of the electric or magnetic field only to such an extent that, although the primary recombination of the ion pairs formed by the radiation is reduced and some of the non-recombining electrons with SO &sub2; or O & ind2-! Molecular negative ions form (which contribute to increasing the formation rate of SO & ind3! By subsequent reactions), but no suggestions take place yet. Instead of field strengths of a few thousand volts / cm, field strengths of up to about 100 V / cm are sufficient.

Description

-,-234035 0-, - 234035 0

Verfahren zur strahlenchemischen Umwandlung von Schwefeldioxid zu SchwefeltrioxidProcess for the radiation chemical conversion of sulfur dioxide to sulfur trioxide

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur strahlenchemischen Umwandlung von Schwefeldioxid in Gasströmen, insbesondere in Abgasen, zu Schwefeltrioxid unter der Einwirkung elektrischer oder magnetischer Felder. Das entstehende Schwefeltrioxid kann mit Wasser bzw. Wasserdampf zu Schwefelsäure umgesetzt und so aus dem Gasstrom entfernt werden.The invention relates to a process for the radiation chemical conversion of sulfur dioxide in gas streams, in particular in exhaust gases, to sulfur trioxide under the action of electrical or magnetic fields. The resulting sulfur trioxide can be converted with water or steam to sulfuric acid and thus removed from the gas stream.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Es sind Verfahren zur strahlenchemischen Umwandlung von Schwefeldioxid in Schwefeltrioxid bekannt bzw. vorgeschlagen worden, die sich sowohl auf die Umwandlung von Schwefeldioxid in wäßrigen Systemen als auch die Oxidation von Schwefeldioxid in das Gasphase beziehen. So wird ein katalytisches Verfahren beschrieben (DE-OS 2 442 748), bei dem die schwefeldioxidhaltigen Abgase ungekühlt in Schwefelsäure mit einem Mangangehalt von 0,0003 bis 0,03 % bei Anwesenheit von Luft oder Sauerstoff gelöst und mit Röntgenstrahlung behandelt werden. Es wird eine schwefeldioxidfreie Schwefelsäure erhalten. Die Nachteile dieses Verfahrens bestehen darin, daß ein erheblicher energetischer Aufwand infolge der Durchleitung der Abgase durch den mit flüssigkeit gefüllten Reaktor entsteht.Methods have been proposed for the chemical conversion of sulfur dioxide into sulfur trioxide, which relate both to the conversion of sulfur dioxide in aqueous systems and the oxidation of sulfur dioxide into the gas phase. Thus, a catalytic process is described (DE-OS 2,442,748), in which the sulfur dioxide-containing exhaust gases are uncooled dissolved in sulfuric acid with a manganese content of 0.0003 to 0.03 % in the presence of air or oxygen and treated with X-radiation. There is obtained a sulfur dioxide-free sulfuric acid. The disadvantages of this method are that a considerable energy expenditure arises as a result of the passage of the exhaust gases through the liquid-filled reactor.

In der Gasphase wird meist die gleichzeitige BeseitigungIn the gas phase is usually the simultaneous elimination

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von Schwefeldioxid und von Stickoxiden angestrebt. So wurde z. B. vorgeschlagen (US-PS 3 869 362), das Gas, das Stickoxide und Schwefeldioxid enthält (im Verhältnis von 0,1 bis 3,0), mit ionisierender Strahlung oder ultraviolettem Licht zu behandeln.sought by sulfur dioxide and nitrogen oxides. So z. For example, it is proposed (U.S. Patent 3,869,362) to treat the gas containing nitrogen oxides and sulfur dioxide (in the proportion of 0.1 to 3.0) with ionizing radiation or ultraviolet light.

In Abhängigkeit vom Verhältnis der Stickoxide zum Schwefeldioxid können Denitrierungs- und Entsohwefelungsraten bis zu 100 % erreicht werden. Es wird angegeben, daß bei einer Gas-Depending on the ratio of nitrogen oxides to sulfur dioxide, denitration and desulphurisation rates of up to 100 % can be achieved. It is stated that in the case of a gas

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geschwindigkeit von 10 ir . h , einer Gastemperatur von 150 0C, einem Sauerstoffgehalt von 3 # und einer 4,5 Sekunden dauernden Bestrahlung mit Elektronen (6,45 . 10 Gy/s) bei einem Gemisch von 1000 ppm Schwefeldioxid und 990 ppm Stickstoffdioxid 100#ige Umwandlung beider Schadstoffe erzielt werden kann.speed of 10 ir. h, a gas temperature of 150 ° C., an oxygen content of 3 # and a 4.5 second irradiation with electrons (6.45.10 Gy / s) with a mixture of 1000 ppm sulfur dioxide and 990 ppm nitrogen dioxide 100 # conversion of both Pollutants can be achieved.

Zur Verbesserung der Energieausbeute der strahlenchemischen Reaktion werden oft Zusätze, wie Ammoniak, Chlordioxid, Ozon, Silikongummi, Polybutadien u. a. eingesetzt, mit deren Hilfe eine Verdoppelung der G-Werte erzielt werden kann. Schließlich wurde noch vorgeschlagen (DD-WP B 01 D/219 999), die strahlenchemische Behandlung des schwefeldioxidhaltigen Gasstromes mit dem Anlegen eines elektrischen Feldes hoher Stärke zu kombinieren. Dadurch werden die durch die Bestrahlung im Gas erzeugten freien Elektronen auf eine solche Energie beschleunigt, daß sie bei ihrer Wanderung zur Anode Feldenergie in inelastischen Stoßen an die Gasmoleküle abgeben und damit gewünschte Radikale bilden, aber noch nicht in der Lage sind, merklich zu ionisieren. Die dabei entstehenden reduktionsfähigen Radikale des Schwefeldioxids bewirken eine Vergrößerung der Umwandlungsrate gegenüber dem feld— freien Betrieb. Der energetische Wirkungsgrad dieses Verfahrens liegt günstiger als der anderer bekannter strahlenchemischer Schwefeldioxidoxidationen. !Nachteilig sind Jedoch die benötigten hohen Feldstärken von einigen Tausend Volt pro cm, die sehr hohe Anforderungen an die Isolationsmateri— alien stellen, und die Forderung nach Hochspannungsq.uellen hoher Leistung·To improve the energy yield of the radiation-chemical reaction are often additives such as ammonia, chlorine dioxide, ozone, silicone rubber, polybutadiene u. a. used, with the help of a doubling of G-values can be achieved. Finally, it has been proposed (DD-WP B 01 D / 219 999) to combine the radiation-chemical treatment of the sulfur dioxide-containing gas stream with the application of an electric field of high strength. As a result, the free electrons generated by the irradiation in the gas are accelerated to such an energy that they emit in their migration to the anode field energy inelastic collisions with the gas molecules and thus form desired radicals, but are not yet able to ionize noticeably. The resulting reducible radicals of sulfur dioxide cause an increase in the conversion rate compared to field-free operation. The energy efficiency of this method is more favorable than that of other known radiation-chemical sulfur dioxide oxidations. However, the disadvantages are the required high field strengths of a few thousand volts per cm, which place very high demands on the insulation materials, and the requirement for high-voltage, high-power circuits.

Ziel der ErfindungObject of the invention

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Das Ziel der Erfindung besteht darin, diesen Aufwand bei der strahlenchemischen Umwandlung von Schwefeldioxid zu Schwefeltrioxid zu vermindern.The object of the invention is to reduce this expense in the radiation chemical conversion of sulfur dioxide to sulfur trioxide.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das strahlenchemische Verfahren zur Umwandlung von Schwefeldioxid zu Schwefeltrioxid in Gasströmen in Gegenwart elektrischer Felder so zu verändern, daß sowohl der energetische Aufwand reduziert als auch die Anforderungen an- die Isolationsmaterialien vermindert werden.The invention has for its object to change the radiation-chemical method for the conversion of sulfur dioxide to sulfur trioxide in gas streams in the presence of electric fields so that both the energy costs reduced and the requirements to the insulation materials are reduced.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur strahlenchemischen Umwandlung von Schwefeldioxid in Schwefeltrioxid in Gasströmen in Gegenwart elektrischer Felder ist dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke des angelegten elektrischen (oder magnetischen) Feldes so gewählt wird, daß die Primärrekombination der durch die Strahlung gebildeten Ionenpaare verringert wird und ein Teil der nicht rekombinierenden Elektronen mit Schwefeldioxidoder Sauerstoffmolekülen negative Ionen bildet (die durch Nachfolgereaktionen zur Erhöhung der Bildungsrate von Schwefeltrioxid beitragen), aber noch keine Anregungen stattfinden.The inventive method for the chemical conversion of sulfur dioxide in sulfur trioxide in gas streams in the presence of electric fields is characterized in that the strength of the applied electric (or magnetic) field is chosen so that the primary recombination of the ion pairs formed by the radiation is reduced and part of non-recombining electrons with sulfur dioxide or oxygen molecules form negative ions (which contribute to increasing the rate of formation of sulfur trioxide by successor reactions), but no stimuli are yet to take place.

Der energetisohe Wirkungsgrad des vorgeschlagenen Verfahrens liegt günstiger als im Falle der bekannten Verfahren, da sowohl weitgehend der auf Ionisationsprozesse entfallende Anteil von Strahlungsenergie entfällt als auch auf Anregungen durch das angelegte elektrische bzw«, magnetische Feld verzichtet werden kann. Die aufzuwendende Energie verteilt sich auf die zur Erzeugung von freien Elektronen notwendige Strahlungsenergie und auf die zur Trennung der Ladungsträger erforderliche (niedrige) Feldenergie. Feldstärken im Bereich bis zu etwa -100 Volt pro cm reichen so im allgemeinen bereits aus«, Dabei kann die Feldstärke konstant gehalten, aber auchThe energetisohe efficiency of the proposed method is more favorable than in the case of the known method, since both substantially accounts for the proportion of radiation energy attributable to ionization and can be dispensed with suggestions by the applied electrical or, magnetic field. The energy to be expended is distributed between the radiation energy necessary for the generation of free electrons and the (low) field energy required for the separation of the charge carriers. Field strengths in the range of up to about -100 volts per cm are generally sufficient. "The field strength can be kept constant, but so can

_ 234035 0_ 234035 0

- 4 während des Betriebes verändert werden.- 4 are changed during operation.

Da die Zahl der freien Elektronen im System für die Wirksamkeit der Nachfolgeprozesse (Bildung negativer Ionen des Schwefeldioxids bzw. des Sauerstoffs) eine entscheidende Rolle spielt, ist es vorteilhaft, zusätzlich (oder evtl. auch anstelle von Elektronenbeschleunigern) kalte und/oder thermische Elektronenemitter einzusetzen.Since the number of free electrons in the system plays a decisive role for the efficiency of the subsequent processes (formation of negative ions of sulfur dioxide or of oxygen), it is advantageous to additionally (or possibly also instead of electron accelerators) use cold and / or thermal electron emitters ,

Das Verfahren läßt sich auch für die Beseitigung von Stlckoxiden, Halogenen, Halogenkohlenwasserstoffen und anderen elektronegativen Komponenten aus Gasgemischen verwenden»The process can also be used for the elimination of nitrogen oxides, halogens, halogenated hydrocarbons and other electronegative components from gas mixtures »

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß durch den Einsatz der geringen Feldstärken die Anforderungen an die Isolationsmaterialien gering sind und keine Hochspannungsquellen hoher Leistung eingesetzt werden müssen.The advantage of the method according to the invention is that the requirements of the insulation materials are low due to the use of low field strengths and no high-voltage sources of high power must be used.

Ausführungsbeispielembodiment

In den Rauchgaskanal eines Wärmekraftwerkes wird eine Serie von Elektroden, die planparallel in einem Abstand von 3 cm zueinander angeordnet sind, eingebracht. Mittels dieser Elektroden wird ein elektrisches Feld angelegt, dessen Stärke zwischen 10 und 50 V/cm liegt. Eine Quelle ionisierender Strahlung (Elektronenbeschleuniger) ist so angebracht, daß die Einstrahlung der ionisierenden Teilchen (Elektronen) vertikal zu den Elektroden, also In die Zwischenräume zwischen den Elektroden, erfolgt. Diese Strahlung erzeugt in dem Abgas eine Grundionisation. Ein Teil der nicht r.ekombinierenden Elektronen bildet bei Anwesenheit von Schwefeldioxid und Sauerstoff durch Elektronenanlagerung negative Ionen, die dann die Erhöhung der Schwefeltrioxidbildungsrate bewirken. Das entstehende Schwefeltrioxid wird sofort mit Wasserdampf zu Schwefelsäure umgesetzt und in geeigneter Weise abgeschieden·In the flue gas duct of a thermal power plant, a series of electrodes, which are arranged plane-parallel at a distance of 3 cm from each other, introduced. By means of these electrodes, an electric field is applied whose strength is between 10 and 50 V / cm. A source of ionizing radiation (electron accelerator) is arranged so that the irradiation of the ionizing particles (electrons) takes place vertically to the electrodes, ie into the interstices between the electrodes. This radiation generates a basic ionization in the exhaust gas. Part of the non-combining electrons forms negative ions in the presence of sulfur dioxide and oxygen by electron attachment, which then cause the increase in the sulfur trioxide formation rate. The resulting sulfur trioxide is immediately reacted with water vapor to form sulfuric acid and precipitated in a suitable manner.

Claims (4)

-5-234035 .0 Erfindungsansprfloh-5-234035 .0 Invention Request 1. Verfahren zur strahlenchemischen Umwandlung von Schwefeldioxid in Schwefeltrioxid in Gasströmen in Gegenwart elektrischer Felder, dadurch gekennzeichnet, daß. der Gasstrom durch ein elektrisches oder magnetisches Feld geleitet und gleichzeitig bestrahlt wird, wobei die Feldstärke so gewählt wird, daß die Primärrekombination der durch die
Strahlung gebildeten Ionenpaare verringert wird und ein
Teil der nicht rekombinierenden Elektronen mit Schwefeldioxid- oder Sauerstoffmolekülen negative Ionen bildet, aber noch keine Anregungen stattfinden.
1. A process for the chemical conversion of sulfur dioxide in sulfur trioxide in gas streams in the presence of electric fields, characterized in that. the gas stream is passed through an electric or magnetic field and irradiated simultaneously, the field strength being chosen so that the primary recombination of the. By the
Radiation formed ion pairs is reduced and a
Part of the non-recombining electrons with sulfur dioxide or oxygen molecules forms negative ions, but still no suggestions take place.
2. Verfahren nach Punkt 1, daduroh gekennzeichnet, daß die
Feldstärke des elektrischen Feldes zwischen 10 und -100
V/cm beträgt.
2. The method according to item 1, daduroh in that the
Field strength of the electric field between 10 and -100
V / cm is.
3. Verfahren nach Punkt Λ und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldstärke konstant gehalten wird.3. Method according to point Λ and 2, characterized in that the field strength is kept constant. 4« Verfahren nach Punkt 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldstärke verändert wird.4 «method according to item 1 and 2, characterized in that the field strength is changed.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT387158B (en) * 1987-04-03 1988-12-12 Zebinger Hans Dipl Ing Device for the purification of exhaust gases

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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AT387158B (en) * 1987-04-03 1988-12-12 Zebinger Hans Dipl Ing Device for the purification of exhaust gases

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