AT395543B - Verfahren zur behandlung eines abgasstroms - Google Patents

Description

AT 395 543 B

Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung eines Abgasstroms, der als Schadstoffe wenigstens einen aus der Gruppe der sauren Oxide von Schwefel, Stickstoff, Kohlenstoff und Halogene und der sauren Halogenverbindungen enthält und eine Temperatur hat, die den Taupunkt des Gases übersteigt, wobei der AbgasstrommitWasserundAsche.dieAlkalimetallverbindungen.insbesondereNatrium-undKaliumverbindungen, S und Erdalkalimetallverbindung enthält, derart in Kontakt gebracht wird, daß der Abgasstrom gewaschen wird und die sich aus den im Abgasstrom befindlichen Schadstoffen mit dem Wasser der Aufschlämmung bildenden Säuren mit Oxiden, Hydroxiden und Carbonaten von Alkali* und Erdalkalimetallen der Aufschlämmung reagieren, wobei eine Lösung von gelösten Alkali- und Erdalkalimetallsalzen und ein Niederschlag von unlöslichen Alkali- und Erdalkalimetallsalzen gebildet wird. 10 Das Auswaschen von Verunreinigungen aus Abgasen ist im allgemeinen kostspielig, ist ein großer Gewinn für die Umwelt aber ein geringer oder gar keiner für die Wirtschaft, wenn es nicht möglich ist, im Zuge der Reinigung Produkte, die andernfalls Abfall wären, in nützliche Produkte umzuwandeln. Die Kosten der Anfangsausstattung sind hoch. Weiters sind die Materialien für die Reinigung, wie Oxide, Hydroxide oder Carbonate der Alkali-und/oder Erdalkalimetalle laufende Ausgaben. Außerdem folgen weitere Kosten aus der Beseitigung der bei der 15 Reaktion der Reinigungsmaterialien mit dem Abgas erhaltenen Reaktionsprodukte, insbesondere, wenn die Produkte toxische Komponenten enthalten.

Es gibteine steigende Zahl von Kesselanlagen, die durch Verbrennungbiologischen Materials (hier im folgenden „Biomasse“), einschließlich Holz, Torf oder Emterückstände, betrieben werden, wo keine oder geringe Produktion von Schwefeloxiden auftritt und daher keine Reinigung der gasförmigen Anteile des Abgases notwendig ist und 20 durchgeführtwird.AndererseitsenthältdieAscheausdiesenBetriebenbedeutendeAlkali-undErdalkalimetallsalzc. die üblicherweise in Form des Oxids oder, wenn befeuchtet und/oder mitKohlendioxid umgesetzt wird, als Hydroxid oder Carbonat vorliegen, oder vielleicht als hydratisierte Salze.

Es wurde festgestellt, daß die Asche aus Kesselanlagen, bei der Alkali- und Erdalkalimetalloxide, -hydroxidc und/oder -carbonate einen bedeutenden Anteil darstellen, in einem Verfahren zur Reinigung von Abgas anstelle der 25 herkömmlichen Materialien, auf die vorstehend Bezug genommen wurde, verwendet werden kann, wodurch ein Produkt, das andernfalls Abfall wäre, als Ersatz für teures Material eingesetzt wird, das sonst gekauft werden muß.

Auch andere Materialien sind für diesen Zweck verwendbar. Industrielle oder kommunale Abfälle, Asche aus MüllverbrennungsanlagenoderNebenprodukte,dieKalium-oderNatrium-oderanderelöslicheSalzeenthalten,dic. wenn sie in Wasser gelöst werden, eine basische (hoher pH-Wert) Lösung ergeben und die, wenn sie aus dem Abfall 30 oder Nebenprodukt zurückgewonnen werden, wirtschaftliche Vorteile bieten, sind ebenfalls geeignet

In der folgenden Beschreibung und in den Ansprüchen werden Asche, erhalten aus der Verbrennung der Biomasse, und industrielle oder kommunale Abfälle oder andere Nebenprodukte, die für das hier beschriebene und beanspruchte Verfahren nützlich sind, kollektiv mit dem Gattungsbegriff „Asche“ bezeichnet

Unvorteilhafterweise muß der unlösliche Anteil der umgesetzten Asche noch immer als Abfall beseitigt werden, 35 z. B. wird er in den meisten Kesselanlagen für keinen anderen Zweck verwendbar sein. Das Abfallmaterial wird jedoch kein kaustisches Material mehr sein und sollte in den meisten Fällen als gewöhnliche Aufschüttung oder in manchen Landaufschüttungen als Deckmaterial verwendbar sein. In manchen Fällen, wo die Zusammensetzung des Rückstandes und die Transportkosten dies erlauben, kann es auch als Roheinspeisung für Zementöfen verwendet werden, bi manchen anderen Situationen konnte der unlösliche Anteil des Reinigungsmaterials, wie das derzeit ist, 40 für die Herstellung von Calciumsulfat oder Gips oder als Gesteinsmehl verwendet werden.

In Fällen, da die Anlage, in der die Asche anfällt, nicht selbst eine Kesselanlage umfaßt, die Abgas mit hohem Schwefelgehalt produziert, das gereinigt werden muß, könnte die Asche zu anderen Kesselanlagen transportiert werden, die ein solches Problem haben, oder zu Anlagen, bei denen die Verwendung von Brennmaterial mit höherem Schwefelgehaltein wirtschaftlicherGewinn wäre. Da dieausBiomasse erhaltene Asche im allgemeinen Kalium- und 45 andere Alkali* und Erdalkalimetallsalze enthält, die unter Verwendung der Wärme des Abgases oder anderer Abwärmequellen zurückgewonnen werden können, können die resultierenden Alkali- und Erdalkalimetallsalze wertvolle Nebenprodukte des Verfahrens sein.

Gemäß dieser Erfindung wird nun bei einem Verfahren der eingangs definierten Art vorgeschlagen, daß eine basische wäßrige Asche-Aufschlämmung bereitgestellt wird, daß der Niederschlag, der im wesentlichen aus durch 50 die Reaktion des Abgasstromes mit der wäßrigen Asche-Aufschlämmung gebildeten unlöslichen Stoffen besteht, isoliert wird, und daß die vom Niederschlag befreite Lösung eingedampft wird, wobei die löslichen Alkali- und Erdalkalimetallsalze in fester Form gewonnen werden, bevor man den gewaschenen Abgasstrom in die Atmosphäre entläßt

Gegenwärtig bevorzugte Verfahren schließen einen oder mehrere der folgenden Schritte ein: In-Kontakt-Bringen 55 des Abgasstromes mit der Aufschlämmung, indem man diesen durch die Aufschlämmung leitet; Abtrennen der Lösung der Alkali- und Erdalkalimetallsalze vom Niederschlag und den ungelösten Bestandteilen; Transferieren der Lösung der Alkali- und Erdalkalimetallsalze und des Niederschlages und der ungelösten Bestandteile in ein -2-

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Trennsystem, in dem die Salzlösung vom Niederschlag und den ungelösten Bestandteilen abgetrennt wird; Durchleiten der abgetrennten Salzlösung durch einen Wärmetauscher, in dem dem Abgasstrom Wärme entzogen wird, ehe letzterer mit der Aufschlämmung in Kontakt kommt; Kühlen des Abgasstromes zur Entfeuchtung vor dem Kontaktierungsschritt; Verwendung der Salzlösung zum Kühlen oder Entfeuchten des Abgasstromes; Verwendung der Wärme aus dem Abgasstrom, um Wasser aus der Salzlösung zu entfernen und Erhalten der Wärme zum Teil aus (A) dem heißen Abgas des Stromes, (B) der latenten Verdampfungswärme der im Abgasstrom enthaltenen Feuchtigkeit, (C) der Hydratationsreaktion zwischen Asche und Wasser und (D) dem Komprimieren des Gases vor dem Kontaktierungsschritt.

Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung der derzeit bevorzugten Ausführungsform zusammen mit den beigelegten Zeichnungen aufgezeigt.

Die Zeichnung ist eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Durchführung der Erfindung.

Eine Aufschlämmung aus Asche und Wasser, die bei (8) aus einem nicht gezeigten Mischtank für Asche und Wasser austritt,wird über dieLeitung(10)indenBehandlungstank(12) zusammen mitzusätzlichem Wasser aus dem Einlaß (14) aus einer geeigneten, nicht gezeigten Quelle gepumpt, um eine verdünnte Aufschlämmung (16) zu bilden. Die Asche wird aus einer Quelle wie einem Kraftwerk, das mit Biomasse befeuert wird, oder einer Müllverbrennungsanlage,diemit Abfallmaterial befeuert wird,hergebracht. Abgas auseinem Zementofen,einerMüllverbrennungsanlage oder einem Kessel (nicht gezeigt), das eines oder mehrere der Oxide von Schwefel, Stickstoff, Kohlenstoff und/oder Verbindungen der Halogene und ihre Oxide enthält, tritt über den Einlaß (18) in den Wärmetauscher (22) ein, aus dem es als gekühltes Abgas austritt. Kondensierte Feuchtigkeit aus dem Abgas wird im Wärmetauscher (22) gesammelt und über die Leitung (44) in den Behandlungstank (12) geleitet Das Abgas geht dann über die Leitung (23) zum Kompressor (20) und wird über Leitung (24) zu den Verteilerröhien (26) am Boden des Behandlungstanks (12) geleitet. Um das Absetzen der Feststoffe am Boden des Behandlungstanks (12) zu verhindern, kann die Aufschlämmung gerührt oder mit geeigneten Mitteln umgewälzt werden, beispielsweise mittels einer Umwälzpumpe (27).

Das Abgas perlt durch die Aufschlämmung (16) aus Asche und Wasser, um an der Oberseite des Tanks als gereinigtes Abgas (28) zu entweichen. Die Aufschlämmung (16) als eine Mischung von behandeltem Feststoff, Wasser und gelösten Materialien wird mit der Pumpe (32) über die Leitung (30) in den Absetztank (34) gepumpt, wo die abgesetzten Feststoffe (36) mit Hilfe der Pumpe (38) abgepumpt werden, und daß mit den gelösten Salzen beladene Wasser (37) zum Wärmetauscher (22) gepumpt wird, um die Kühlung des eintretenden Abgases zu bewirken. Das Wasser aus der Salzlösung (37) wird verdampft und über dieLeitung (40)in die Atmosphäre entlassen, oder das Wasser wird verdampft und dann zu Flüssigkeit kondensiert, um die latente Wärme für die Wiederverwendung zu gewinnen. Die Salze aus der Salzlösung (37) werden konzentriert und/oder ausgefällt und über die Leitung (42) aus dem Wärmetauscher gesammelt. Die kationischen Komponenten der gesammelten Salze sind im wesentlichen Calcium, Kalium, Magnesium und Natrium. Die anionischen Komponenten der Salze sind im wesentlichen Sulfat, Carbonat und Nitrat Die tatsächliche Zusammensetzung der Salze wird von der Anfangszusammensetzung der zu behandelnden Asche und der Zusammensetzung des Abgases abhängen.

Asche aus Systemen, die Biomasse verbrennen, kann unverbrannten Kohlenstoff enthalten, der in manchen Fällen im Wasser schweben wird. Das illustrierte Verfahren kann auf Wunsch modifiziert werden, wie in der Figur gezeigt um die Entfernung des Kohlenstoffes zu erlauben. Wasser (37), das unverbrannten Kohlenstoff enthält, wird von der Oberfläche des Behandlungstanks gepumpt um gefiltert oder anders behandelt zu werden, um den Kohlenstoff zu entfernen, und wird dann in den Prozeß zurückgeführt Falls erforderlich, kann die Lösung, die gelöste Alkali- und Erdalkalimetallsalze enthält über eine nicht gezeigte Rohrleitung entfernt werden, um filtriert oder anders in einer Teilchenentfemungsvorrichtung von Teilchen gereinigt zu werden. Die Lösung wird dann zum Wärmetauscher (22) gebracht.

Der Wärmetauscher ist eine zwei Zwecken dienende Wärmetauscher-Kristallisations-Einheit bekannter Art die dem Abgas Wärme entzieht und diese Wärme einschließlich der latenten Wärme aus der Kondensation der Feuchtigkeit im Abgas für die Verdampfung von Wasser verwendet.

Das gesamte System ist aus bekannten Teilen hergestellt, die nach Standardmethoden kombiniert sind. Z. B. kann der Behandlungstank typischerweise ein Volumen von 3 800 0001 haben und mit Gasverteilungs- und Rührvorrichtungen versehen sein; der Absetztank kann ein Volumen von 380 0001 haben, wobei beide aus rostfreiem Stahl konstruiert sind, oder aus anderen geeigneten Materialien, wie Gummi, die stark alkalische oder saure Lösungen aushalten.

Das Arbeitsprinzip der Erfindung ist die Rekombination und Reaktion von zwei Abfallprodukten, die bei Verbrennung anfallen, um gegenseitige Neutralisation der Abfälle zu bewirken. Ein Abgasstrom umfaßt die Gase und gasförmigen Oxide, die in Wasser saure Lösungen bilden, und der andere ist teilchenförmiges Material, nämlich Asche aus Biomasse oder industriellen oder kommunalen Abfallverbrennungsanlagen, die in Wasser basische Lösungen »gibt. -3-

Claims (5)

1. AT 395 543 B Nach teilweiser Auflösung in Wasser, reagieren die beiden Abfälle miteinander, um einander zu neutralisieren. Im Falle der Asche bietet das Verfahren die Reaktion oder Entfernung der kaustischen Komponenten, wodurch der Rückstand als neutraler Feststoff zurückbleibt, der für Beseitigung als nicht gefährlicher Abfall geeignet ist. Gleichzeitig wird das Abgas, das durch die Aufschlämmung im Behandlungstank geht, von einem bedeutenden 5 Anteilder Verbindungen der Halogene undderOxidedesSchwefels,Stickstoffs und der Halogenedurch Salzbildung dieser Komponenten gereinigt Beispiel: Abgas aus z. B. einem Kesselkann überdieLeitung (18) mit einer Geschwindigkeit von6000nr pro Minute vom 10 Kompressor (20) zum Wärmetauscher (22) geführt werden. Das Abgas hat variable Zusammensetzung, kann aber in etwa 10 % Wasser, 15 % Kohlendioxid, 65 % Stickstoff, 10 % Sauerstoff und 500bis 1000 ppm Stickoxide und 100 bis 1000ppm Schwefeldioxid «ithalten. Im Wärmetauscher (22) wird das Abgas gekühlt und Wasser kondensiert, was zu einer Verminderung des Durchflußvolumens führt Das Abgas wird dann durch den Kompressor (20) durch die Leitung (23) zur Weiterleitung durch die Leitung (24) zu den Verteilungsröhren (26) gebracht und mit der 15 Aufschlämmung (16) reagieren gelassen. Asche kann in den Behandlungstank (12) beispielsweise mit einer Geschwindigkeit von 8 bis 12 Tonnen, insbesondere 7200 bis 10 800 kg pro Stunde, Trockengewicht, zugeführt werden. Wasser wird zugesetzt um eine verdünnte Aufschlämmung mit bis zu 95 % Wassergehalt zu bilden. Der Wassergehalt der Aufschlämmung wird über die Anfangskonzentration an Alkali- und Erdalkalimetallsalzen oder anderen Metallsalzen in der Asche und dem 20 erwünschten Grad der Entfernung dieser Salze aus dem Rückstand bestimmt Nach der Reaktion mit dem Abgas wird die Aufschlämmung der behandelten Asche mit einer Geschwindigkeit von etwa 7601 pro Minute in den Absetztank (34) gepumpt In diesem Tank setzen sich die Feststoffe ab, um eine Aufschlämmung von etwa 35 % Wasser und 65 % Feststoffe zu ergeben, unter einer Lösung von Wasser undlöslichen Salzen, die während der Behandlung gelöst werden. Die Wasserlösung wird durch den Auslaß (37) mit etwa 7601 25 proMinutezumWärmetauscher(22)gepumpt,umKühlungdesGasstromeszubewirkenundWasserzuverdampfen, um die Nebenprodukt-Salze zu ergeben. Schwebender Kohlenstoff kann wie vorher erklärt entfernt werden. Die Nebenprodukt-Salze, die über die Leitung (42) entfernt werden, werden mit einer Geschwindigkeit von etwa 5 bis 20 Tonnen, insbesondere4500 bis 18 000 kg pro Tag gebildet Diese Nebenprodukt-Salze schließen Kaliumsulfat, Calciumcarbonat, und andere Salze mit kationischen Komponenten einschließlich Kalium, Calcium, Magnesium 30 und Natrium und anionischen Komponenten einschließlich Carbonat Sulfat und Nitrat ein. Ein Anteil des Nitrats oxidiert das Sulfit zu Sulfat 35 PATENTANSPRÜCHE 40 1. Verfahren zur Behandlung eines Abgasstroms, der als Schadstoffe wenigstens einen aus der Gruppe der sauren Oxide von Schwefel, Stickstoff, Kohlenstoff und Halogene und der sauren Halogenverbindungen enthält und eine Temperatur hat, die den Taupunkt des Gases übersteigt, wobei der Abgasstrom mit Wasser und Asche, die Alkalimetallverbindungen, insbesondere Natrium- und Kaliumverbindungen, und Erdalkalimetallverbindung ent-45 hält, derart in Kontakt gebracht wird, daß der Abgasstrom gewaschen wird und die sich aus den im Abgasstrom befindlichen Schadstoffen mit dem Wasser der Aufschlämmung bildenden Säuren mit Oxiden, Hydroxiden und Carbonaten von Alkali- und Erdalkalimetallen der Aufschlämmung reagieren, wobei eine Lösung von gelösten Alkali- und Erdalkalimetallsalzen und ein Niederschlag von unlöslichen Alkali- undErdalkalimetallsalzen gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine basische wäßrige Asche-Aufschlämmung bereitgestellt wird, daß der 50 Niederschlag, der im wesentlichen aus durch die Reaktion des Abgasstromes mit der wäßrigen Asche-Aufschlämmung gebildeten unlöslichen Stoffen besteht, isoliert wird, und daß die vom Niederschlag befreite Lösung eingedampft wird, wobei die löslichen Alkali- und Erdalkalimetallsalze in fester Form gewonnen werden, bevor man den gewaschenen Abgasstrom in die Atmosphäre entläßt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der beim Eindampfen der vom Niederschlag befreiten Lösung gewonnene Wasserdampf kondensiert wird, um destilliertes Wasser zu ergeben, das nach Bedarf rückgeführt wird. -4- AT 395 543 B
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärme für das Eindampfen der Lösung aus einer oder mehreren der folgenden Wärmequellen gewonnen wird: Abgasstrom, latente Wärme der beim Kühlen des Gasstroms kondensierten Feuchtigkeit, Hydratationsreaktion zwischen Asche und Wasser und Komprimieren des Gasstroms vor der Umsetzung mit der Aufschlämmung. 5
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das In-Kontakt-Bringen der basischen Aufschlämm ung und des Abgasstroms durch Durchperlenlassen des Gasstroms durch die Aufschlämmung bewirkt wird.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgasstrom vor dem In-Kontakt-Bringen 10 desselben mit der Aufschlämmung derart gekühlt wird, daß Wärme daraus entfernt und gewonnen wird, die zum Eindampfen der vom Niederschlag befreiten Lösung eingesetzt wird. 15 Hiezu 1 Blatt Zeichnung 20 25 30 35 40 45 50 -5- 55