AT389825B

AT389825B - Verfahren und sorptionsbett zur trockenen abgas- oder abluftreinigung

Info

Publication number: AT389825B
Application number: AT110488A
Authority: AT
Inventors: Ralf Dr Lindbauer; Franz Dipl Ing Mair
Original assignee: Waagner Biro Ag
Priority date: 1988-04-29
Filing date: 1988-04-29
Publication date: 1990-02-12
Also published as: ATA110488A

Description


   <Desc/Clms Page number 1> 
 



   Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur trockenen Reinigung von mindestens 2   Vol.% 02-hältigem   Abgas oder Abluft mittels Simultanabbindung von SOx und   NOx   sowie anderer saurer und/oder oxidierbarer Schadgase, wie vorzugsweise HCI, HF, CO und   gasförmige   Kohlenwasserstoffe, durch nahstöchiometrisch eingebrachte pulvrige oder körnige Sorbentien, mit einer mittleren Korngrösse von höchstens 125   pm   bei einer Temperatur zwischen 30 und 130  C, sowie ein Sorptionsbett und eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens. 



   Es ist bekannt, Schadgase mittles Sorbentien (DE-OS 32 35 559) zu binden, wobei das Sorbens überstöchiometrisch eingeblasen und das relativ unbeladene, aber doch unbrauchbare Sorbens deponiert wird. Die Folge sind relativ grosse Deponien, die ein gewisses Unbehagen mit sich bringen. Um diese Nachteile abzubauen, wurde (DE-OS 33   22 159)   vorgeschlagen, die verbrauchten Sorbentien aufzubereiten und nochmals zu verwenden. 



  Dies führt zu einem grösseren verfahrenstechnischen Aufwand, der den wirtschaftlichen Erfolg mindert. 



   Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gestellt, die Sorbentien besser auszunützen, gegebenenfalls verwertbar zu machen und so den benötigten Deponieraum zu reduzieren. Bisher wurde immer die Kurzzeitwirkung der Sorbentien in Betracht gezogen. Langfristig zeigt aber das Sorbens im Abgasstrom durch Aktivierung und Abgabe von Radikalen ein ganz anderes chemisches Verhalten, sodass es im Niedertemperaturbereich bei Vorhandensein von geringen Mengen Sauerstoff und mehrerer unterschiedlicher Schadgase im Abgas zu einer Oxidation der Schadgase, also zu einer Sulfat-bzw. Nitratbildung, ja sogar einer Umwandlung von CO in   C02   bzw. Abbau von Kohlenwasserstoffen kommt, wobei das Sorptionsmittel schon in einer Stufe in hohem Masse ausgenützt wird. Ein gewisser begrenzender Effekt ist durch die Karbonatisierung des Sorptionsmittels gegeben, da auch C02 gebunden wird.

   Es ist ferner ein Ziel der Erfindung, eine Entkarbonatisierung der Sorbentien zu erreichen, die letzten Endes zu einer Vorabscheidung von sauren Schadgasbestandteilen, also   SO-, HC1   und HF, in der Brennkammer führt, um die Endstufe zu entlasten und den Gesamtabscheidegrad zu verbessern. Das erfindungsgemässe Verfahren   ermöglicht   somit die trockene Sorption des am schwierigsten abzuscheidenden NO bis auf relativ geringe NOx-Werte, wie sie in der in der Beschreibung angeführten Tabelle angegeben sind, die weit unter den derzeit geltenden gesetzlichen Bestimmungen liegen. 



   Das vorliegende erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass das Sorbens trocken nahstöchiometrisch in das ausgebreitete Sorptionsbett eingebracht und im verbrauchten Zustand abgeführt wird, wobei das Verhältnis kg   Abgas/h   zu kg Sorbens im ausgebreiteten Sorptionsbett kleiner gleich 500 h-l ist und die Sorbentien zur Abbindung der Schadgase oxidierende Radikale, insbesondere OH*, abgeben, sodass im 
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 Nitrat/Nitritgemisch nachweisbar ist Insbesondere beträgt die mittlere Verweilzeit des Sorbens im Sorptionsbett mindestens 20 min und des Gases bei einer relativen Feuchtigkeit von kleiner gleich 99, 9 % im Sorptionsbett mindestens 0, 1 s.

   Das erfindungsgemässe Sorptionsbett zur Durchführung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass das Sorptionsbett in einer Mindeststärke von 2 mm, vorzugsweise 20 mm, zumindest teilweise im zu reinigenden Abgasstrom angeordnet ist. Die   erfindungsgemässe   Anordnung zur Durchführung des Verfahrens, insbesondere zur Erreichung der erweiterten Aufgabenstellung, ist dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einer Brennkammer und dem Kamin einer Abgasleitung, insbesondere von einem Saugzuggebläse, im Temperaturbereich zwischen 30 und 130  C ein Sorbens enthaltender Reaktor, dem frisches Sorbens zugeführt wird, vorzugsweise mit angeschlossenem Filter, dem teilweise verbrauchtes Sorbens entnommen wird, angeordnet ist, dass für das teilweise verbrauchte Sorbens eine Rückführungsleitung in die Brennkammer vorgesehen ist,

   in welches das Sorbens teilweise reaktiviert und weiter mit Schadgasen beladen wird und dass nach Durchlaufen eines Reaktionsweges in der Abgasleitung ein Abscheider, insbesondere vor Erreichen des Reaktors, für das beladene Sorbens angeordnet ist. 



   Die Erfindung ist in den angeschlossenen Fig. 1 bis 3 beispielsweise und schematisch dargestellt und durch eine Tabelle, die auf Langzeitversuchen beruht, in mehreren Beispielen praxisnahe illustriert. 



   In Fig. 1 ist ein Schaltbild der erfindungsgemässen Anlage dargestellt, wobei in einer Brennkammer (1), welche beispielsweise als Dampfkesselmüllverbrennungsanlage ausgebildet ist, ein schadgashältiges Abgas erzeugt wird, welches u.   a.     SO,,, HC1, HF, NO,,, unverbrannte   Kohlenwasserstoffe und/oder Kohlenmonoxid enthalten kann. Dieses Abgas wird durch eine Abgasleitung (3) nach seiner Abkühlung über ein Saugzuggebläse (8) einem Kamin (2) zugeführt. Erfindungsgemäss ist nun im Temperaturbereich des Abgases zwischen 30 und 130  C ein Sorbens enthaltender Reaktor (4) vorgesehen, dem direkt oder über das zu reinigende Abgas über die Leitung (10) frisches Sorbens in einem nahstöchiometrischen Verhältnis zur erzielten Abscheideleistung zugeführt wird.

   Der Reaktor (4) kann, wie in Fig. 2 dargestellt, als Fliessbettreaktor sogar mit zirkulierender Wirbelschicht ausgebildet sein, wobei in einem Abscheider (5) die Trennung des teilweise beladenen Sorbens vom Abgasstrom vor dem Eintritt in das Saugzugebläse durchgeführt wird. Bei einem Fliessbettreaktor mit zirkulierender Wirbelschicht wird ein Teil des abgeschiedenen Sorbens über die Leitung (13) wieder dem Fliessbett zugeführt, während bei einer stationären Wirbelschicht das ausgetragene Material als verbraucht anzusehen ist und über die Leitung (12) abgeführt bzw. einer Deponie zugeführt wird.

   Da aber das Sorbens im Abgasstrom auch teilweise karbonatisiert, kann das verbrauchte Sorbens beispielsweise über die Leitung (6) den 

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 über ein Rezirkulationsgebläse (9) wieder zurück in die Brennkammer geführt werden, wo das karbonatisierte Sorbens abgespalten und aufnahmefähig für Chloride, Fluoride und Sulfite gemacht wird. Dieses nachbeladene Sorbens wird nun in einem zweiten Abscheider (7), insbesondere vor dem Reaktor (4), aus dem Abgasstrom zusammen mit dem Flugstaub entfernt. In Fig. 3 ist ein weiterer Reaktortyp schematisch dargestellt, der als Festbettreaktor bezeichnet werden kann. Bei diesem Reaktortyp ruht das Sorbens auf einer Tragschicht (14) und wird vom Abgasstrom an diese Tragschicht angepasst.

   Zur Vermeidung von unerwünschten Gassenbildungen wird das Sorbens zumindest diskontinuierlich gerührt bzw. rezirkuliert oder durch Druckluftstösse aufgelockert. 



  Kennzeichen für den Reaktortyp ist der relative grosse Sorbensinhalt des Reaktors, der beispielsweise den Stundenoder Tagesbedarf an Sorptionsmittel enthält, wobei das jeweils verbrauchte Sorbens in einem nahstöchiometrischen Verhältnis zu-bzw. abgeführt wird. Es ergibt sich dabei eine relativ lange Aufenthaltszeit des Sorbens im Reaktor, sodass die Schadgasteile in das Innere des Kornes diffundieren können, wobei durch die Wasserabgabe des Sorbens infolge der Umwandlung eine gewisse innere Reaktion ermöglicht wird, die als oxidierende Radikale in Erscheinung treten, und die Bildung von chemisch beständigen Salzen wie Sulfate und 
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   Die Reaktionen können etwa so beschrieben werden, dass sich beim Einsatz von Ca (OH) 2 und NaHC03 unbeständige, aber reaktionsfreudige Zwischenverbindungen und OH* (Radikale) bei Anwesenheit von Schadgasen und ausreichender Kontaktmöglichkeit jedoch gleichzeitig 
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 bilden. Hierauf erfolgt im weiteren am alkalischen Reststoff die chemische Fixierung   ("Chemisorption")   
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 wobei sich die altbekannten Summenformeln unter teilweiser Sauerstoffeinbindung ergeben. 



   So zeigte sich bei einer Staubanalyse der verbrauchten Sorbentien, dass die meisten Schadstoffe durch Sulfatbildung bzw. Nitratbildung abgebunden sind, und nur ein geringer Teil in an sich bekannter Weise als Sulfite bzw. Nitrite vorliegen. Durch die Abgabe von oxidierenden Radikalen wie OH* ist natürlich das Sorbens auf Hydrogenkarbonate bzw. Hydroxide hauptsächlich eingeschränkt, sodass hauptsächlich Speisesoda,   Ca (OH)    und   Mg (OH) 2   oder auch organische Sorbentien wie beispielsweise Harnstoff mit den verschiedensten Zusätzen bzw. Verunreinigungen und auch deren Mischungen untereinander Verwendung finden können. Die Sorbentien sollen feingemahlen sein, wobei als obere Korngrösse 125   pm   zu betrachten sind. 



   In der nachstehenden Tabelle sind Versuchsergebnisse mit mehreren Sorbentien in unterschiedlicher Korngrösse und auch in unterschiedlichen Reaktortypen angegeben, wobei darauf hingewiesen wird, dass die Sorbentien jeweils trocken Verwendung gefunden haben. Als wichtiger kennzeichnender Wert wurde ferner das Verhältnis kg Abgas/h zu kg im Reaktor bzw. Sorbensbett vorhandenen Sorbens angegeben, woraus ersichtlich ist, dass im Reaktor ein Tages- bzw. Wochenvorrat an Sorbens vorhanden ist, sodass Schwankungen im Schadgasgehalt, wie sie beispielsweise bei Müllverbrennungsanlagen vorkommen, durch die erfindungsgemässe Reinigungsanlage problemlos aufgenommen werden können und die Steuerung der frisch zugeführten Sorbentien praktisch dem Mittelwert entsprechend erfolgen kann.

   Ein weiterer wesentlicher kennzeichnender Teil ist die niedere Temperatur, bei der die Sorption durchgeführt wird, die das lange Anhalten der   Reaktivität   der Sorbentien   erklärt.   



   Diese   Ad- bzw. Chemisorption-Massnahmen   fördern auch die Einbindung von Schwermetallen z. B. in Form von Metallchloriden, Metallhalogeniden. Wesentlich ist auch, dass bei dem beschriebenen Verfahren die Schadgase zum höchstoxidierten Produkt (Nitrat, Sulfat) oxidiert werden, sodass im Abfall sehr wenig Nitrit und Sulfit gefunden wird und NO bzw.

   N02 unter der Sichtbarkeitsgrenze von 45 ppm emittiert werden, wobei Entstickungsgrade von 80 % erreicht werden. 

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 Versuchsergebnisse 
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<tb> 
<tb> Material <SEP> Komgrösse <SEP> Feststoff- <SEP> Druckver- <SEP> Schicht- <SEP> Verhältnis <SEP> kg <SEP> Ab- <SEP> C <SEP> (Mindest) <SEP> Abscheidegrad <SEP> Maximaler <SEP> N02dichte <SEP> lust <SEP> höhe <SEP> gas/h <SEP> kg/Sorbens <SEP> SOX <SEP> NOX <SEP> Gehalt <SEP> Kaminein-
<tb>  m <SEP> kg/m3 <SEP> mbar <SEP> mm <SEP> h-1 <SEP> % <SEP> % <SEP> tritt <SEP> ppm
<tb> 1.

   <SEP> Festbett
<tb> NaHC03
<tb> fein <SEP> 15 <SEP> 540 <SEP> 25 <SEP> 23 <SEP> 4, <SEP> 9 <SEP> 92 <SEP> 80 <SEP> 80 <SEP> 45
<tb> NaHC03
<tb> fein <SEP> 15 <SEP> 540 <SEP> 40 <SEP> 31 <SEP> 3, <SEP> 0 <SEP> 95 <SEP> 90 <SEP> 85 <SEP> 35
<tb> NaHC03
<tb> grob <SEP> 100 <SEP> 1270 <SEP> 20 <SEP> 29 <SEP> 1, <SEP> 5 <SEP> 104 <SEP> 85 <SEP> 75 <SEP> 60
<tb> NaHC03
<tb> grob <SEP> IM <SEP> 1270 <SEP> 12 <SEP> 10 <SEP> 4, <SEP> 2 <SEP> 96 <SEP> 65 <SEP> 50 <SEP> 90
<tb> Ca <SEP> (OH) <SEP> 5 <SEP> 470 <SEP> 60 <SEP> 26 <SEP> 4, <SEP> 3 <SEP> 108 <SEP> 60 <SEP> 50 <SEP> 20
<tb> je <SEP> 50% <SEP> 
<tb> NaHCOgfein
<tb> Ca <SEP> (OH) <SEP> 2 <SEP> 15 <SEP> - <SEP> 5 <SEP> 505 <SEP> 55 <SEP> 30 <SEP> 4, <SEP> 0 <SEP> 103 <SEP> 85 <SEP> 80 <SEP> 40
<tb> Mg <SEP> (OH)2 <SEP> 10 <SEP> 310 <SEP> 50 <SEP> 22 <SEP> 4,1 <SEP> 88 <SEP> 65 <SEP> 60 <SEP> 20
<tb> 2.

   <SEP> stationäres <SEP> Wirbelbett
<tb> NaHC03 <SEP> 100 <SEP> 890 <SEP> 7 <SEP> 45 <SEP> 1,5 <SEP> 99 <SEP> 90 <SEP> 80 <SEP> 30
<tb> 3. <SEP> zirkulierendes <SEP> Wirbelbett
<tb> NaHCO3 <SEP> 15 <SEP> 50 <SEP> 1, <SEP> 5 <SEP> 4200 <SEP> 2, <SEP> 2 <SEP> 94 <SEP> 90 <SEP> 85 <SEP> 40
<tb>

Claims

PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zur trockenen Reinigung von mindestens 2 Vol.% 02-hältigem Abgas oder Abluft mittels Simultanabbindung von SOx und NOx sowie anderer saurer und/oder oxidierbarer Schadgase, wie vorzugsweise HCI, HF, CO und gasförmige Kohlenwasserstoffe, durch nahstöchiometrisch eingebrachte pulvrige oder körnige Sorbentien mit einer mittleren Korngrösse von höchstens 125 lam bei einer Temperatur zwischen 30 und 1300 C, dadurch gekennzeichnet, dass das Sorbens trocken nahstöchiometrisch in das ausgebreitete Sorptionsbett eingebracht und im verbrauchten Zustand abgeführt wird, wobei das Verhältnis kg Abgas/h zu kg Sorbens im ausgebreiteten Sorptionsbett kleiner gleich 500 h'-ist und die Sorbentien zur Abbindung der Schadgase oxidierende Radikale, insbesondere OH*, abgeben,

sodass im abgeführten Reaktionsprodukt das abgeschiedene SOx des Abgases zu mehr als 85 % als Sulfat im Sulfat/Sulfitgemisch und das abgeschiedene NOx des Abgases zu mehr als 80 % als Nitrat im Nitrat/Nitritgemisch nachweisbar ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine mittlere Verweilzeit des Sorbens im Sorptionsbett von mindestens 20 min und des Gases bei einer relativen Feuchtigkeit von kleiner gleich 99, 9 % im Sorptionsbett von mindestens 0, 1 s eingehalten wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Verwendung von NaHC03 als Sorbens das Verhältnis kg Abgas/h zu kg Sorbens im Sorptionsbett bei einer mittleren Korngrösse von kleiner gleich 65 J. U1l kleiner als 100 h-l, insbesondere kleiner als 10 h-l, eingestellt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Verwendung von feingemahlenem NaHC03 EMI4.1 Reaktionsprodukt, insbesondere zum Abbau des carbonisierten Anteils, in die Brennkammer zur Vorabscheidung von sauren Schadstoffen, insbesondere von Chloriden, Fluoriden und SOx eingeblasen wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgas vor dem Eintritt in das Sorptionsbett entstaubt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das in der Niedertemperaturstufe Verwendung findende Sorptionsmittel teilweise bereits als Sorbens in die Brennkammer eingeblasen, dort teilweise gebrannt und teilweise mit Schadtstoffen beladen wird und dem Niedertemperatur-Sorptionsbett zur Reaktion mit den restlichen Schadgasen zugeführt wird.

10. Sorptionsbett zur Durchführung des Verfahrens nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Sorptionsbett in einer Mindeststärke von 2 mm, vorzugsweise 20 mm, zumindest teilweise im zu reinigenden Abgasstrom angeordnet ist.

11. Sorptionsbett nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das vom Sorbensmittel erfüllte Reaktorvolumen bei einem stationären Fliess- oder Wirbelbett eine Feststoffdichte von mindestens 200 kg/m3 aufweist. <Desc/Clms Page number 5>

12. Sorptionsbett nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Feststoffdichte im vom Sorbensmittel erfüllten Reaktorvolumen bei einem Festbettfilter mindestens 300 kg/m3 beträgt und dass vorzugsweise im Sorptionsbett, insbesondere Auflockerungseinrichtungen wie vorzugsweise Krälwerke oder Düsen für Druckluftstösse, zur Einhaltung eines maximalen Druckabfalles von 0, 02 bar angeordnet sind.

13. Sorptionsbett nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Sorptionsbett als zirkulierende Wirbelschicht ausgebildet ist, bei der das vom Sorbensmittel erfüllte Reaktionsvolumen eine Feststoffdichte von mindestens 10 kg/m3 aufweist.

14. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einer Brennkammer (1) und dem Kamin (2) einer Abgasleitung (3), insbesondere vor einem Sauggebläse (8), im Temperaturbereich zwischen 30 und 130 C ein Sorbens enthaltender Reaktor (4), dem frisches Sorbens zugeführt wird, vorzugsweise mit angeschlossenem Filter (5), dem teilweise verbrauchtes Sorbens entnommen wird, dass für das teilweise verbrauchte Sorbens eine Rückführungsleitung (6) in die Brennkammer (1) vorgesehen ist, in welcher das Sorbens teilweise reaktiviert und weiter mit Schadgasen beladen wird, und dass nach Durchlaufen eines Reaktionsweges in der Abgasleitung (3) ein Abscheider ( (5) und/oder (7)), insbesondere vor Erreichen des Reaktors (4),

für das zumindest teilweise mit Schadgasen beladene Sorbens angeordnet ist.