CH676437A5

CH676437A5 -

Info

Publication number: CH676437A5
Application number: CH3440/88A
Authority: CH
Inventors: Garrett Morrison
Original assignee: Passamaquoddy Tribe
Priority date: 1987-09-16
Filing date: 1988-09-15
Publication date: 1991-01-31
Also published as: FI884278A0; ZA886879B; CN1013642B; AU611478B2; DK170605B1; DE3830812A1; IT8867822A0; GR1000575B; NZ225964A; CN1035959A; GR880100612A; PL274651A1; BG49822A3; KR890004760A; DK513988D0; CA1311343C; RO103174B1; YU175288A; BR8804771A; GB2210035A

Description

t

CH676 437A5

2

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auswaschen von Verunreinigungen aus einem Abgasstrom, wobei die im Abgasstrom befindlichen reaktionsfähigen Stoffe zumindest ungefährlich gemacht werden und in manchen Fällen durch die Reaktion in nützliche Stoffe umgewandelt werden.

Das Auswaschen von Verunreinigungen in einem Abgasstrom ist im aligemeinen teuer, hat einen grossen Einfluss auf die Umgebung, aber keinen oder nur einen nur geringen wirtschaftlichen Gewinn, es sei denn, dass durch das Waschen die Verunreinigungen in nützliche Stoffe umgewandelt werden können. Die Kosten für das Erstellen einer solchen Anlage sind hoch. Weiterhin verursachen die beim Waschen verwendeten Materialien, wie Oxyde, Karbonate oder Hydroxyde von Alkali- und/oder Erdalkalimetallen ständige Unkosten. Zusätzlich kommen noch diese Kosten hinzu, die beim Austragen der Reaktionsprodukte, die durch Reaktion der Waschmaterialien mit dem Abgas erzielt werden, ergeben, besonders dann, wenn diese Reaktionsprodukte giftige Anteile enthalten.

Es gibt eine wachsende Anzahl von Dampfkraftanlagen, die durch Verbrennen von biologischen Materialien (im folgenden Biomasse genannt) betrieben werden. Diese biologischen Materialien umfassen Holz, Torf oder Rückstände von Feldfrüchten, wobei bei der Verbrennung dieser Materialien nur wenig oder gar keine Schwefeloxyde entstehen und deshalb auch kein Waschen der gasförmigen Anteile des Abgasstroms nötig ist und auch nicht gemacht wird. Andererseits enthält die bei dieser Verbrennung entstandene Asche im wesentlichen Mengen Alkali-und Erdalkalimetallsalze, die im allgemeinen als Oxyde vorliegen oder, falls befeuchtet und/ oder mit Kohlendioxyd umgesetzt werden, als Hydroxyde oder Karbonate oder vielleicht als hydrati-sierte Salze von diesen.

Man hat herausgefunden, dass die Asche einer Dampfkraftanlage, bei der Alkali- und Erdalkalimetalloxyde, Hydroxyde und/oder Karbonate als wesentliche Bestandteile der Asche anfallen, beim Verfahren zum Waschen von Abgas anstelle der vorerwähnten üblichen Materialien verwendet werden kann, so dass diejenigen Stoffe, die sonst Abfallstoffe sind, für solche teuren Stoffe verwendet werden können, die sonst gekauft werden müssten.

Für diesen Zweck können auch andere Materialien verwendet werden, z.B. Abfälle oder Asche, die Kalium oder Natrium oder andere lösbare Salze aufweisen, die in Wasser gelöst eine basische Lösung (hoher pH-Wert) ergeben und die, wenn sie aus dem Abfall oder der Asche zurückgewonnen werden, einen wirtschaftlichen Nutzen haben.

In der folgenden Beschreibung und in den Ansprüchen wird die Asche aus der Verbrennung von Biomasse wie auch aus der Verbrennung von Indu-strieabfällen oder Kommunalabfällen oder anderen Nebenprodukten beim nachfolgend erläuterten Verfahren durch den allgemeinen Ausdruck «Asche» bezeichnet.

Bis heute können die im Abfall, z.B. bei den meisten Dampfkraftanlagen anfallenden unlösbaren

Anteile der umgesetzten AsGhe leider noch nicht für irgendwelche Zwecke verwendet werden. Das Abfallmaterial braucht jedoch weiterhin kein ätzendes Material mehr zu sein und sollte in den meisten Fällen als ungefährliches Füllmaterial und in manchen Fällen sogar als Deckmaterial in der Landschaft verwendet werden können. In manchen Fällen, wo es die Zusammensetzung der Rückstände und die Transportkosten erlauben, soll das Material als Zuschlagstoff in Zementöfen verwendet werden können. In anderen Fällen soll der unlösliche Anteil des zu waschenden Materials als mineralischer Füllstoff oder bei der Herstellung von Calciumsul-fat oder Gips verwendet werden.

In den Fällen, wo die die Asche produzierende Anlage nicht selbst über eine Dampfkraftanlage verfügt, bei der das Abgas mit dem hohen Schwefelgehalt entsteht und ein Waschen erforderlich macht, kann die Asche zu anderen Dampfkraftanlagen transportiert werden, bei denen dieses Problem besteht, oder zu solchen Anlagen, bei denen ein Brennstoff verwendet wird, der einen höheren Anteil an Schwefel aufweist, so dass auf diese Weise ein wirtschaftlicher Nutzen entsteht. Da die aus der Verbrennung von Biomasse entstandene Asche im allgemeinen Kalium- und andere Alkali- und Erdalkalimetallsalze enthält, die durch Verwendung der Wärme aus dem Abgas oder andere Abgaswärme austragbar ist, können die enthaltenen Alkali und Erdalkalimetallsalze ein wertvolles Nebenprodukt des Verfahrens sein.

Beim erfindungsgemässen Verfahren wird ausgegangen von einem Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Das erfindungsgemässe Verfahren ergibt sich aus dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 in Verbindung mit seinem Oberbegriff. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemässen Verfahrens ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen 2 bis 9.

Weitere Einzelheiten und Vorteile des erfindungsgemässen Verfahrens ergeben sich aus der folgenden Detailbeschreibung eines Ausführungsbeispiels einer zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens geeigneten Anlage, die in schematischer Weise in einer Figur dargestellt ist.

Von einem nicht dargestellten Mischtank aus, in dem Asche und Wasser zu einer Suspension gemischt werden, wird diese an der Stelle 8 durch eine Pumpe P über eine Rohrleitung 10 in einen Behandlungstank 12 gepumpt, dem zusätzliches Wasser von einer nicht dargestellten Quelle über einen Ein-lass 14 zugeführt wird, um eine verdünnte Suspension 16 zu erhalten. Die Asche wird von einer Verbrennungsstelle her geliefert, also z.B. einer Anlage, die mit Biomasse arbeitet oder einer Verbrennungsanlage, die mit Kehricht befeuert wird.

Abgas von einem nicht dargestellten Zementofen, einer Verbrennungsanlage oder einer Dampfkraftanlage, wobei dieses Abgas ein oder mehrere der Oxyde an Schwefel, Stickstoff, Kohlenstoff und/oder Verbindungen von Halogenen und ihren Oxyden enthält, wird über einen Einlass 18 einem Wärmeaustauscher 22 zugeführt, aus dem das Gas gekühlt austritt. Flüssigkeit, die aus dem Abgasstrom im Wärmeaustauscher 22 kondensiert, wird

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

2

3

CH676 437 A5

4

gesammelt und dem Behandlungstank 12 über eine Rohrleitung 44 zugeführt. Das aus dem Wärmeaustauscher 22 durch eine Rohrleitung 23 austretende Abgas wird durch einen Kompressor 20 und eine Rohrleitung 24 in Verteilerrohren 26 gefördert, die sich am Boden des Behandlungstanks 12 befinden. Um ein Absetzen der Feststoffe am Boden des Behandlungstanks 12 zu verhindern, kann die Suspension gerührt oder durch eine geeignete Vorrichtung umgewälzt werden, z.B. durch eine Umwälzpumpe 27.

Das Abgas perlt durch die Suspension 16 aus Asche und Wasser und tritt dann oben aus dem Tank 12 als gewaschenes Abgas 28 aus. Die Suspension 16, eine Mischung aus behandelten Feststoffen, Wasser und gelösten Stoffen, wird von einer Pumpe 32 über eine Rohrleitung 30 in einen Absetztank 34 gepumpt, wo sich die Feststoffe absetzen und durch eine Pumpe 38 ausgetragen werden, während das mit gelösten Salzen beladene Wasser 37 in den Wärmeaustauscher 22 gepumpt wird, um das zugeführte Abgas zu kühlen. Aus der Salzlösung 37 wird Wasser verdampft und der entstehende Dampf entweicht durch ein Rohr 40 in die Atmosphäre oder er wird zur Wiedergewinnung der latenten Wärme kondensiert. Die Salze aus der Salzlösung 37 werden konzentriert und/oder ausgefällt und durch eine Rohrleitung 42 aus dem Wärmeaustauscher ausgetragen. Die kationischen Bestandteile der gewonnenen Salze sind in erster Linie Calcium, Kalium, Magnesium und Natrium. Die anionischen Bestandteile der Salze sind in erster Linie Sulfat, Karbonat und Nitrat. Die jeweilige Zusammensetzung der Salze hängt von der ursprünglichen Zusammensetzung der zu behandelnden Asche und von der Zusammensetzung des Abgases ab.

Die Asche, die von einer mit Biomasse betriebenen Verbrennungsanlage stammt, kann unverbrannten Kohlenstoff enthalten, der in manchen Fällen im Wasser flottiert. Die in der Zeichnung dargestellte Anlage kann gewünschtenfalls derart modifiziert werden, indem der Kohlenstoff entfernt werden kann. In diesem Fall wird das den unverbrannten Kohlenstoff tragende Wasser 37 von der Oberfläche des Absetztanks 34 abgepumpt, gefiltert oder auf andere Weise so behandelt, dass der unverbrannte Kohlenstoff abgesondert wird, worauf dann das Wasser in den Prozess zurückgegeben wird. Falls nötig, kann die Suspension, die gelöstes Alkali und Erdalkalimetallsalze enthält, über eine nicht dargestellte Rohrleitung abgezogen und gefiltert oder auf andere Weise gereinigt werden, um die Partikel an einer Partikel-Ausscheidestelle zu entfernen. Die Lösung wird dann dem Wärmeaustauscher 22 zugeführt.

Der Wärmeaustauscher 22 ist eine zwei Zwecken dienende Wärmeaustauscher-Kristallisations-Ein-heit bekannten Typs, die Wärme aus dem Abgasstrom gewinnt und diese Wärme einschliesslich der bei der Kondensation der Feuchtigkeit des Abgases frei werdenden latenten Wärme zum Verdampfen von Wasser nutzbar macht.

Die ganze Anlage kann aus bekannten Komponenten mittels üblicher Verfahren gebaut werden.

Beispielsweise kann der Behandlungstank ein Volumen von 3,8 Millionen Litern haben und mit einer Gasverteilungsvorrichtung sowie einer Rührvorrichtung versehen sein. Der Absetztank kann ein Volumen von etwa 380 000 Litern haben. Beide Tanks können aus nicht rostendem Stahl oder unter Verwendung anderer geeigneter Materialien, wie Gummi, die stark alkalischen oder sauren Lösungen standzuhalten vermögen, hergestellt werden.

Das Grundprinzip, auf dem das vorliegende Verfahren basiert, ist die Rekombination und Reaktion zweier während des Brennens erzeugter Abfälle, um eine gegenseitige Neutralisierung der Abfälle zu bewirken. Der eine Abgasstrom enthält die Gase und gasförmigen Oxyde, die saure Lösungen im Wasser ergeben, und die anderen Partikel, wie Asche aus Biomasse oder Industrie-Verbrennungsanlagen oder städtische Verbrennungsanlagen, durch die die basischen Lösungen im Wasser gebildet werden.

Nach einer teilweisen Lösung im Wasser reagieren die zwei Abfallströme miteinander und neutralisieren einander. Im Fall von Asche bewirkt das Verfahren eine Reaktion oder ein Austragen der kaustischen Komponenten, so dass neutrale Feststoffe verbleiben, die als ungefährlicher Abfall zur Verfügung stehen. Gleichzeitig wird das durch die Suspension im Behandlungstank geleitete Abgas von einem beträchtlichen Teil der Halogene und den Oxyden von Schwefel, Stickstoff und Halogenen befreit, wobei Salze dieser Bestandteile gebildet werden.

Im folgenden wird ein Beispiel beschrieben.

Abgas, z.B. von einer Dampfkraftanlage, wurde mittels eines Kompressors 20 durch eine Rohrleitung 18 mit einem Durchsatz von 6000 m3 pro Minute durch den Wärmeaustauscher 22 gefördert. Die Zusammensetzung des Abgases kann schwanken, es enthält jedoch ungefähr 10% Wasser, 15% Kohlendioxyd, 65% Stickstoff, 10% Sauerstoff und 500 bis 1000 ppm Stickoxyde sowie 100 bis 1000 ppm Schwefeldioxyd. Im Wärmeaustauscher 22 wird das Abgas gekühlt und Wasser aus dem Abgas kondensiert, wodurch der Volumendurchsatz verringert wird. Das Abgas wird dann durch die Rohrleitungen 23 und 24 in die Verteilerrohre 26 gefördert und dann mit der Suspension 16 reagieren gelassen, wobei die Halogene und die Oxyde von Schwefel, Stickstoff, Kohlenstoff und der Halogene reagieren.

In den Behandlungstank 12 wurde Asche, z.B. mit einer Rate von 7200 bis 10 800 kg Trockengewicht pro Stunde eingeführt. Es wurde soviel Wasser zugesetzt, dass sich eine verdünnte Suspension mit bis zu 95% Wassergehalt ergab. Der Wassergehalt der Suspension wird durch die Anfangskonzentration von Alkali und Erdalkalimetallsalzen oder von anderen Metaltsalzen in der Asche bestimmt und ebenfalls vom gewünschten Grad der Austragung dieser Salze aus dem Rückstand.

Nach der Reaktion mit dem Abgas wird die Suspension der behandelten Asche mit einem Durchsatz von ungefähr 760 Litern pro Minute in den Absetztank 34 gepumpt. In diesem Tank setzen sich die Feststoffe unter Bildung einer Suspension aus

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

3

5

CH 676 437 A5

6

ungefähr 35% Wasser und 65% Feststoffen unter einer Lösung aus Wasser und löslichen Salzen, die während der Behandlung gelöst wurden, ab. Die wässrige Lösung wird durch den Auslass 37 mit einem Durchsatz von etwa 760 Litern pro Minute zum Wärmeaustauscher 22 gepumpt, um das Abgas zu kühlen und Wasser unter Erzeugung der Salz-Nebenprodukte zu verdampfen. Wie eingangs erwähnt, kann auch alter im Wässer schwebender Kohlenstoff entfernt werden. Die als Nebenprodukt anfallenden Salze werden durch die Rohrleitung 42 ausgetragen und entstehen in einer Menge von etwa 4500 bis 18 000 kg pro Tag. Die als Nebenprodukt anfallenden Salze enthalten Katiumsulfat, Calciumcarbonat und andere Salze mit kationischen Anteilen einschliesslich Kalium, Calcium, Magnesium und Natrium sowie anionischen Anteilen einschliesslich Karbonat, Sulfat und Nitrat. Ein Teil des Nitrats oxydiert Sulfit zu Sulfat.

Das Verfahren und die Einrichtung, die oben als bevorzugte Ausführungsbeispiele beschrieben wurden, lassen sich selbstverständlich in der verschiedensten Weise abwandeln, ohne den Rahmen der Erfindung zu überschreiten.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Waschen eines Verunreinigungen aufweisenden Abgasstromes einer Dampfkraftanlage, wobei die Verunreinigungen ein oder mehrere saure Oxyde von Schwefel, Stickstoff und Kohlenstoff sowie Verbindungen der Halogene enthalten, um nützliche oder ungefährliche Stoffe zu erhalten, dadurch gekennzeichnet, dass Asche, welche Feststoffe von einem oder mehreren Alkali-und Erdalkalimetallsalzen aufweist, mit Wasser vermischt wird, um eine basische Suspension zu erhalten, und dass dann diese Suspension in Kontakt mit dem Abgasstrom gebracht wird, damit die im Abgasstrom befindlichen Verunreinigungen mit dem Wasser der Suspension reagieren, um Säuren zu bilden, und dass weiterhin eine Reaktion mit den aus der Asche erhaltenen Oxyden, Hydroxyden und Karbonaten von Alkali- und Erdalkalimetallen erfolgt, um eine Suspension von einem oder mehreren folgenden Stoffen zu erhalten: Alkali-und Erdalkalimetallsalzen, die kationische Erdalkalimetall Anteile von Calcium und Magnesium enthalten sowie Alkalime-talt-Anteile und anionische Salz-Anteile sowie Verbindungen der Halogene, sowie einen Niederschlag an Alkali- und Erdalkalimetallsalzen mit den vorhandenen unlöslichen Anteilen der Asche, und dass dann der Abgasstrom, nachdem er in Kontakt mit der Suspension gebracht worden ist, als gewaschenes Abgas abgegeben wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgasstrom dadurch in Kontakt mit der Suspension gebracht wird, indem der Abgasstrom durch die Suspension hindurchgeleitet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Suspension an Alkali- und Erdai-kälimetallsalzen vom Niederschlag der unlöslichen Anteile abgesondert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Suspension an Alkali- und Erdalkalimetallsalzen sowie der Niederschlag der unlöslichen Anteile zu einer Trenneinrichtung gefördert werden, in der die Salzsuspension bzw. Salzlösung vom Niederschlag der unlöslichen Anteile getrennt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die abgesonderte Salzsuspension bzw. Salzlösung durch einen Wärmeaustauscher hindurchgeleitet wird, um Wärme aus dem Abgasstrom zu entnehmen, bevor dieser Abgasstrom in Kontakt mit der Suspension gebracht wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Abgasstrom vor seiner Kontakt-nahme mit der Suspension durch Kühlung Feuchtigkeit entzogen wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Salzlösung zum Abkühlen des Abgasstromes und zum Entfernen von Feuchtigkeit aus diesem verwendet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass Wärme aus dem Abgasstrom dazu verwendet wird, Wasser aus der Salzlösung zu entfernen.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärme jeweils zum Teil aus einem oder mehreren Teilströmen des Abgasstroms, aus der latenten Wärme vom Dampf irgendeiner Feuchtigkeit, die in den Teilströmen des Abgasstroms vorhanden ist, der Hydrierungsreaktion der Asche oder Stoffanteile davon mit dem Wasser und aus einer Verdichtung des Gases vor seiner Kontaktnah-me mit der Suspension gewonnen wird.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

4