DE1596030A1

DE1596030A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Verwertung gasfoermiger und fester Abfallprodukte der Industrie

Info

Publication number: DE1596030A1
Application number: DE19661596030
Authority: DE
Inventors: Guenter Dipl-Ing Dr Rer Anders; Kurt Prof Dr-Ing Habil Schwabe; Klaus Dipl-Ing Dr Rer Wissener
Original assignee: Akademie der Wissenschaften der DDR
Current assignee: Akademie der Wissenschaften der DDR
Priority date: 1966-08-11
Filing date: 1966-08-11
Publication date: 1971-04-29
Also published as: GB1161495A

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Verwertung gasförmiger und fester Abfallprodukte der Industrie

Die Erfindung betrifft ein. Verfahren und eine Vorrichtung zur Verwertung gasförmiger und fester Abfallprodukte der Industrie, wie Abgase und Alteisen.

Hach dem heutigen Stand der Technik werden gasförmige Abfallprodukte im allgemeinen direkt oder unter Zwischenschaltung von Reinigungsverfahren in die Atmosphäre abgeblasen. Die bekannten Reinigungsverfahren, wie beispielsweise das Naßwaschverfahren oder das Reinluft-Verfahren zur Reinigung von schwefeldioxidhaltigen Abgasen, erfordern meist erhebliche Investitions- und Betriebskosten und stellen hinsichtlich ihrer Wirksamkeit keine restlos befriedigenden Lösungswege dar. So ist vor allem in Industriebezirken eine wachsende, oftmals das zulässige Maß überschreitende Verunreinigung der Atmosphäre zu verzeichnen. Besonders erhebliche Schaden treten durch das in den Rauchgasen enthaltene Schwefeldioxid ein, welches in der Kommunalhygiene als Assimilationsgift und korrosionsfordernd in Erscheinung tritt.

Die Erfindung bezweckt eine Verminderung der aufgezeigten nachteiligen Erscheinungen.

109818/0186

BAD

-²- 1596039

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, gasförmige und feste Abfallprodukte chemisch so zu verarbeiten, daß di'ese dabei in hohem Maße beseitigt und/oder wirtschaftlich ausgenutzt werden.

Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß die Abfallprodukte erfindungsgemäß einer galvanischen Zelle zum Zwecke der Umwandlung der chemischen Energie des Prozesses in elektrische Energie zugegeben werden. Die Erfindung sieht im einzelnen vor, daß Rauchgase, SOp-haltige Abgase und Abgase mit oxydierbaren kohlenstoffhaltigen Verbindungen der Anode der galvanischen Zelle zur Oxydation und stickoxidhaltige Abgase der Katode zur Reduktion zugeführt werden, während Abfalleisen als Anode eingesetzt wird.

Die galvanische Zelle zur Verwertung von Rauchgasen, SOg-haltigen Abgasen und Abgasen mit kohlenstoffhaltigen Verbindungen besteht nach der Erfindung aus einer porösen Kohleelektrode, die mit Aluminium-Vanadium oder Aluminium-Molybdän-Spinellen und Platin-Spuren imprägniert ist, einer aktivierten Kohleelektrode als Katode, einem Diaphragma mit hohem Diffusionswiderstand, einem Anolyt aus HgSO. und einem Katolyt aus H₂SO. und HNO₃. Zur Verwertung von stickoxidhaltigen Abgasen und Abfalleisen sieht die Erfindung eine galvanische Zelle vor, deren Katode aus einer porösen gasaktivierten Kohler-

109818/0188 ~ _

BAD ORIG/NAL

elektrode besteht, während als Anode das Abfalleisen und als Elektrolyt MgCIg-Lb*sung oder andere Abfallsolen der Industrie, wie beispielsweise CaCIp, verwendet sind.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß in der vorstehend beschriebenen Zelle zusätzlich ein Diaphragma angeordnet und dem Katolyten HlTOo zugesetzt ist. Als Nebenprodukt wird durch Anwendung dieser Merkmale HITOo erzeugt.

Für die gleichzeitige Verwertung von Rauchgasen, SQplialtigen Abgasen, Abgasen mit kohlenstoffhaltigen Verbindungen und stickoxidhaltigen Abgasen, beinhaltet die Erfindung eine galvanische Zelle, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Anode aus einer porösen Kohleelektrode besteht, die mit Al-V- oder Al-Mo-Spinellen und Platin-Spuren imprägniert ist, daß die Katode aus einer porösen gasaktivierten Kohleelektrode besteht, daß ein Diaphragma angeordnet und HpSO* als Elektrolyt verwendet ist.

Ein v/es ent licher Vorteil der Erfindung besteht darin, daß aus gasförmigen Abfallprodukten der Industrie, zu deren Beseitigung bisher zum Teil erhebliche finanzielle Aufwendungen notwendig waren, elektrische Energie gewonnen werden kann. Der Preis dieser Abfallprodukte, die bisher zum Teil wertlos waren und vielmehr eine lästige Nebenerscheinung darstellten, kann mit "Null" angesetzt

109818/0188 - 4 -

BAD ORIGINAL

werden, Neben der Erschließung einer neuen Elektroenergiequelle wird gleichzeitig die Beläatigung der Bevölkerung durch Schadstoffe auf ein geringes Maß reduziert und werden korroeionsfördernde Stoffe der Atmosphäre nicht mehr zugeführt· Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Möglichkeit beeteht, Abfalleisen und das bei der Düngemittelproduktion anfallende MgOl₂ sowie andere Abfallsolen der Industrie zur Elektroenergieerzeugung heranzuziehen. Das in der galvanischen Zelle in Eisenhydroxid übergehende Alteisen kann in zweckmäßiger Weise in einem Siemens-Martin-Ofen weiterverarbeitet werden. Weiterhin ist es vorteilhaft» daß bei Verwendung von Diaphragmen H₂SO₂, oder ΗΙΓΟ3 ale Hebenprodukt gewonnen werden kann.

Die Erfindung soll nachstehend näher erläutert werden. Dazu dienen neben Ausführungsbeispielen die Figuren 1 ... in denen die Leistungsfähigkeit einzelner galvanischer EelleJ^reranschaulicht ist.
AuBführungebeispiel 1

Induetrieabgase, die geringe Mengen SO₂ enthalten, werden von diesen befreit» indem sie in einer galvanischen Zelle an eine poröse, die Anode darstellende Kohleelektrode geleitet werden, die mit Al-V-Spinellen und Platin-Spuren als Katalysator imprägniert ist. Die Anode ist mit einer Katode kombiniert» der Sauerstoff zugeführt werden muß

109818/0188 - 5 - '

SAD ORIGINAL

und die von einem Katolyten umgeben ist, der aus 7,6 ή H₂SO, und 1n HNOo besteht. Als Anolyt dient 7,6 η H₂SO^. Zwischen den beiden Elektroden ist als Diaphragma eine Kationenaustauschermembran mit hohem Diffusionswiderstand angeordnet. Der Anolyt kann in dem Maße, wie die H₂SO.-Konzentration über 7,6 η ansteigt, abgelassen und mit Wasser auf 7,6 η verdünnt werden. Es wird also neben der Elektronenenergie H₂SO* erzeugt. Zum Katolyten muß in bestimmten Zeitabständen, das heißt nach etwa 1000 Betriebsstunden, HNO^ zugesetzt werden, da ein Teil durch das Diaphragma in den Anolyten wandert. In Pig. I sind für verschiedene SO₂-Konzentrationen im Abgas die erzielbaren Strom-Spannungswerte aufgezeigt. Die Zahlen an den einzelnen Kurven geben jeweils den prozentualen Anteil des SO₂ im Abgas an. Aus Fig.. 1 kann entnommen werden, daß bei einem Gehalt an SO₂ von 2,4 % Stromdichten von 25 mA/cm bei 0,4 V Spannung erzielt werden. Die Werte der Kurven in Fig. 1 entsprechen einer Betriebstemperatur von 25° C, Bei einer Betriebstemperatur von 80° C wird die Leistung der Zelle verdoppelt.

Anstelle der Industrieabgase, die als oxydierbare Komponente nur SO₂ enthalten, kann auch Rauchgas mit zusätzlichen oxydierbaren kohlenstoffhaltigen Verbindungen, wie Methan, Propan oder 00 der beschriebenen galvanischen Zelle zugeführt werden.
Hiermit lassen sich bei einer Betriebstemperatur von

109818/0180 bad ORIGINAL -6-

25° C Stromdichten von 30 mA/om bei 0,4 V erzielen. Bei einer Betriebstemperatur von 50° G betragen die » Werte 50 mA/Cm² und 0,45 V.

Ausführungsbeispiel 2

Zur Verwertung von NOp-haltigen Abgasen, werden diese mit'einem Trägergas, beispielsweise Luft, kontinuierlich in einer galvanischen Zelle einer porösen, gasaktivierten, die Katode darstellenden Kohleelektrode zugeführt, an der die Abgase zum überwiegenden Teil reduziert werden. Nicht reduziertes NO₂ und das nach der chemischen Reaktion

3 NO₂ + H₂O = 2 HNO₃ + NO

sich bildende NO beziehungsweise dessen Oxydationsprodukt NO₂, welches durch die Reaktion des NO mit dem Trägergas entsteht, werden entweder in den Abgaskreislauf zurückgeführt oder in einer gleichartigen nachgeschalteten Anlage reduziert. Die Anode besteht aus Abfalleisen, das Überwiegend in Eisenhydroxyd übergeht, welches dann als Schrott dem Siemens-Martin-Ofen zur Verfügung gestellt werden kann. Als Elektrolyt dient 20 &Lge MgClg-Lösung. Aus dieser Zelle ist es möglich, bei Zimmertemperatur und einer Zellspannung von D,75V eine Stromdichte von 25 mA/öm² zu entnehmen (siehe Fig. 2).

Ausführungsbeispiel 3

Durch Teilung des Elektrolytraumes der Zelle des Ausführungsbeispiels 2 mittels eines Diaphragmas, in einen 108818/0181

BAD ORIGINAL - 7 -

Katoden- und Anodenraum läßt sich die nach der Reaktion 3 KO₂ + H₂O β 2 HHO₃ + KO

entstehende HNOo als Nebenprodukt gewinnen· Hierbei muß dem Katodenraum vor Inbetriebnahme der Zelle 1m HKO^ zugesetzt werden. Bei dieser Zelle liegen die Zellspannungen um 50 v«. 100 mV niedriger, als die der Zelle des Ausführungsbeispiels 2.

Ausführungsbeispiel 4

Die Kombination der im Ausführungsbeispiel 1 beschriebenen Anode mit der Katode des Ausführungsbeispiels 2 ermöglicht die gleichseitige Verwertung you Abgaeen mit oxydierbaren Komponenten und solchen in denen HOp enthalten ist· Als Elektrolyt dient in zweckmäßiger Weise H₂SO,, wobei vorteilhaft ein Diaphragma verwendet wird· Wie im Ausführungsbeispiel 1 fällt in dieser Zelle H₂SO. an. Bei einer Betriebstemperatur von 25° C werden, wie.aus 2?ig. 3 ersichtlich ist, 57 mA/cm bei einer Spannung von 0,4 V erreicht.

BAD ORIGINAL

109818/0186

Claims

Patentansprüche«

1. Verfahren zur Verwertung gasförmiger und fester Abfallprodukte der Industrie, wie Abgase und Alteisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Abfallprodukte einer galvanischen Zelle zum Zwecke der Umwandlung der chemischen Energie des Prozesses in elektrische Energie zugegeben werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Rauchgas, SOp-haltige Abgase und Abgase mit oxydierbaren kohlenstoffhaltigen Verbindungen der Anode der galvanischen Zelle zur Oxydation zugeführt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß siickoxidhaltige Abgase der Katode der galvanischen Zelle zur Reduktion zugeführt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß Abfalleisen als Anode in die galvanische Zelle eingesetzt wird.

5. Galvanische Zelle zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode aus einer porösen Kohleelektrode besteht, die mit Al-V- oder Al-Mo-Spinellen wnd Platin-Spuren imprägniert ist,

_ 2 109818/0186

159603« 5

daß die Katode aus einer"aktivierten Kohleelektrode besteht» daß ein Diaphragma mit einem hohen Diffusionswiderstand zwischen Anode und Katode angeordnet ist und daß als Anolyt H₂S(K und als Katolyt ein Gemisch aus H₂SO, und HNOU verwendet ist.

6. Galvanische Zelle zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1» 3 und 4» dadurch gekennzeichnet, daß die Katode aus einer porösen gasaktivierten Kohleelektrode, die Anode aus Abfalleisen und der Elektrolyt aus MgClg-Iiösung oder anderen Abfallsolen besteht,

7· Galvanische Zelle nach Anspruch ß, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich ein Diaphragma angeordnet und dem Katolyten HHOo zugesetzt ist.

8· Galvanische Zelle zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode aus einer porösen Kohleelektrode besteht, die mit Al-V- oder Al-Ho-Spinellen und Platin-Spuren imprägniert ist, daß die Katode aus einer porösen gasaktivierten Kohleelektrode besteht, daß ein Diaphragma angeordnet und H₂SO* als Elektrolyt verwendet ist.

109818/018S

BAD ORIGINAL