DE19523866A1 - Airborne dust separation process - Google Patents

Airborne dust separation process

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Abstract

The invention pertains to a process for separating and removing flue dust and organic pollutants from flue gases by means of an adsorbent, wherein the flue gases are passed trhough a bed of blast furnace coke produced by coking a carbon-containing material, in particular hard coal, in a coking plant. The used coke can be regenerated at a temperature of 400 to 1000 DEG C or combusted.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Ab­ scheiden und Beseitigen von Flugstäuben und organischen Schadstoffen aus Rauchgasen, wie sie beispielsweise beim Verbrennen von Müll, insbesondere Sondermüll, und Biomassen sowie in Hochofen- und Sinteranlagen sowie anderen Verbrennungsprozessen anfallen, bei denen das Verbrennungsgas Kohlenstoff, Sauerstoff und Chlor ent­ hält.The invention relates to a method for Ab separating and removing fly dusts and organic Pollutants from flue gases, such as, for example when burning waste, especially hazardous waste, and Biomass as well as in blast furnace and sinter plants as well other combustion processes occur in which the Combustion gas carbon, oxygen and chlorine ent holds.

Die betreffenden Rauchgase enthalten neben Flugstaub eine Reihe von organischen, insbesondere aromatischen Flugstäuben wie
polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK)
polychlorierte Biphenyle (PCB)
polychlorierte/polybromierte Dibezodioxine (PCDD)
polychlorierte/polybromierte Dibenzofurane (PCDF),
die wegen ihrer Gesundheitsschädlichkeit und im Hin­ blick auf ihre mangelnde Abbaubarkeit in der Natur und die dadurch bedingte Gefahr einer Abreicherung aus dem Rauchgas abgeschieden werden müssen.The flue gases in question contain a number of organic, in particular aromatic, airborne dusts such as
polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH)
polychlorinated biphenyls (PCB)
polychlorinated / polybrominated dibezodioxins (PCDD)
polychlorinated / polybrominated dibenzofurans (PCDF),
which have to be separated from the flue gas because of their harmfulness to health and their lack of biodegradability in nature and the associated risk of depletion.

Bekannt ist aus der deutschen Patentschrift 34 26 059 ein trockenes Verfahren zum adsorptiven Entfernen mit Hilfe von Aktivkoks oder Aktivkohle, bei dem die Schad­ stoffe im Desorptionsgas bei Temperaturen über 1000°C thermisch zersetzt werden. Dieses Verfahren hat sich an sich bewährt, wenngleich die Verwendung von Aktivkoks und -kohle nicht nur mit Vorteilen verbunden ist. In diesem Zusammenhang sind der verhältnismäßig hohe Preis des Adsorptionsmittels und die Gefahr einer Eigenerwär­ mung sowie der in Folge der verhältnismäßig geringen Härte erhebliche Abrieb zu nennen.It is known from German Patent 34 26 059 a dry process for adsorptive removal with Help from activated coke or activated carbon, in which the harmful substances in the desorption gas at temperatures above 1000 ° C be thermally decomposed. This procedure has changed has proven itself, although the use of activated coke  coal is not only associated with advantages. In in this context are the relatively high price of the adsorbent and the risk of self-heating tion as a result of the relatively small Hardness to call considerable abrasion.

Weiter ist aus der deutschen Patentschrift 36 05 589 ein Verfahren zum Entfernen von Schwefeldioxid und Stickoxiden bekannt, bei dem in einer Aktivkoksschicht als Absorptionsmittel Braunkohlen-Aktivkoks und in fol­ genden Schichten hochwertige Aktivkohle/Aktivkoks ein­ gesetzt werden. Der Braunkohlekoks besitzt jedoch, wie sich im Betrieb gezeigt hat, vor allem den Nachteil, daß er eine zu geringe Härte aufweist und so hohe Abriebsraten mit sich bringt, die zu einer Erhöhung der Staubfracht führen. Diese Ablagen sind daher gegen Flugstaubeintrag aus vorgeschalteten Prozessen sehr empfindlich und durch Verstopfungen, schlechter Durch­ strömung und eine Eigenerwärmung gefährdet.Furthermore, from German patent specification 36 05 589 a method of removing sulfur dioxide and Known nitrogen oxides in which in an activated coke layer as an absorbent lignite activated coke and in fol layers of high quality activated carbon / activated coke be set. However, the brown coal coke has how has shown itself in operation, especially the disadvantage that it is too hard and so high Abrasion rates that lead to an increase in Lead dust load. These filings are therefore against Pigeon dust entry from upstream processes very much sensitive and from constipation, worse through flow and self-heating endangered.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Ad­ sorptionsmittel vorzuschlagen, das die sich aus vorste­ hendem ergebenden Probleme vermeidet und sich in glei­ cher Weise dazu eignet, Flugstäube und organische Schadstoffe aus Verbrennungsabgasen zu entfernen.The invention is therefore based on the object of an ad to propose sorbent, which is made up of avoids the resulting problems and is the same cher way is suitable for airborne dust and organic Remove pollutants from combustion gases.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, die Rauchgase durch ein Bett aus Koks, wie er beispielsweise beim Verkoken von Steinkohlen anfällt und beispielsweise in Hochöfen und Gießereien eingesetzt wird, zu leiten. Er unterscheidet sich in seiner Struktur wesentlich von Braunkohlen-Aktivkoks. Dieser Koks zeichnet sich durch eine hohe Stück- und Abriebfestigkeit aus; er eignet sich daher hervorragend als Adsorptionsmittel von lan­ ger Lebensdauer, weil er sich bei den verschiedenen Transportvorgängen nur wenig verändert und die Staub­ entwicklung dabei gering ist.The solution to this problem is the flue gases through a bed of coke, like the one in Coking of hard coal occurs and for example in Blast furnaces and foundries are used to direct. He differs significantly in structure Lignite activated coke. This coke stands out  a high piece and abrasion resistance; he is suitable therefore excellent as an adsorbent from lan longevity because it is different Transport operations changed little and the dust development is low.

Die Stückgröße des Kokses beträgt vorzugsweise 3 bis 300 mm, wenngleich sich sehr gute Ergebnisse auch bei Teilchengrößen von 5 bis 15 mm oder auch 20 mm erzielen lassen.The piece size of the coke is preferably 3 to 300 mm, although very good results also with Achieve particle sizes of 5 to 15 mm or 20 mm to let.

Die Stückgröße ergibt eine entsprechend hohe Durch­ trittsgeschwindigkeit des Rauchgases und erlaubt daher ein geringeres Reaktorvolumen mit entsprechend niedri­ geren Investitionskosten. Von besonderem Vorteil ist die Eignung des Kokses zum Abscheiden des Flugstaubes, die gleichzeitig ein besseres Abscheiden der organi­ schen Schadstoffe mit sich bringt, weil diese zum Teil mit dem Flugstaub vergesellschaftet sind.The piece size results in a correspondingly high through step speed of the flue gas and therefore allowed a smaller reactor volume with a correspondingly low lower investment costs. Is of particular advantage the suitability of the coke for separating the dust, at the same time a better separation of the organi pollutants because some of them are associated with the dust.

Schließlich besteht bei der Verwendung von Koks als Ad­ sorptionsmittel im Gegensatz zu Aktivkoks und Aktiv­ kohle nicht die Gefahr einer Eigenerwärmung, die im Extremfall zu einem Glimmbrand des Adsorptionsmittels führen kann und demgemäß ein erhebliches Sicherheits­ risiko mit sich bringt. Die vergleichsweise geringe Zündfähigkeit des Kokses erlaubt zudem höhere Adsorp­ tionstemperaturen, was beim Reinigen in aller Regel heißer Rauchgase von großer Bedeutung ist, weil ein Herunterkühlen dann nicht oder zumindest nicht in einem so erheblichen Maße erforderlich ist, wie bei der Ver­ wendung von Aktivkohle und -koks mit maximalen Bett­ temperaturen von 180°C.Finally, when using coke as an ad sorbent in contrast to activated coke and active coal does not pose the risk of self-heating, which Extreme case to a smoldering fire of the adsorbent can lead and accordingly a considerable security brings with it risk. The comparatively small Ignitability of the coke also allows higher adsorb tion temperatures, which is usually the case when cleaning hot flue gas is of great importance because of a Then do not cool down or at least not in one as considerable a measure is required as for the ver  Use of activated carbon and coke with maximum bed temperatures of 180 ° C.

Die rauhe, stark zerklüftete und scharfkantige Oberflä­ che dieses Kokses weist, wie sich in Experimenten her­ ausgestellt hat, ein besonders gutes und hohes Abschei­ devermögen auch für feinste Flugstäube bis zum Aerosol­ bereich auf. Dadurch wird eine besonders gute simultane Abscheidung von Flugstaub, der partiell mit den Organi­ ka belegt ist, durch Adsorption dieser Stoffe am Koh­ lenstoff des Kokses erzielt. Versuche haben bestätigt, daß die Adsorption dieser Stoffe nicht, wie beispiels­ weise bei der Adsorption der in den Rauchgasen enthal­ tenen Gase SO₂, SO₃, HCl, HF, NO sowie weiterer umweltrelevanter Schadgase im Porensystem der Aktivkoh­ len/Kokse erfolgt, sondern an der Kohlenstoff-Oberflä­ che des Kokses. Die vorerwähnten Schadgase werden von Koks nicht adsorbiert und treten daher vollständig aus dem Filterbett aus. Dies kann in bestimmten Abwendungs­ fällen durchaus erwünscht sein, beispielsweise wenn diese Gase nur in niedrigen Konzentrationen im Rauchgas vorliegen und so keine umweltrelevante Bedeutung haben, oder wenn es sinnvoll ist, die Gase erst nach einem er­ findungsgemäßen Koksfilter durch spezielle Verfahren aus den Rauchgasen abzuscheiden.The rough, jagged and sharp-edged surface surface of this coke shows how it can be found in experiments has issued a particularly good and high revocation de ability even for the finest fly dusts up to aerosol area on. This makes a particularly good simultaneous Separation of airborne dust that partially with the organi ka is documented by adsorption of these substances on the Koh coke. Tests have confirmed that the adsorption of these substances is not, for example as the adsorption contained in the flue gases ten gases SO₂, SO₃, HCl, HF, NO and others environmentally harmful gases in the activated carbon pore system len / Kokse takes place, but on the carbon surface surface of the coke. The aforementioned harmful gases are from Coke does not adsorb and therefore escapes completely the filter bed. This can be averted in certain cases would be welcome, for example if these gases only in low concentrations in the flue gas are available and therefore have no environmental relevance, or if it makes sense, the gases only after one coke filter according to the invention by special processes to separate from the flue gases.

Zu einer Reduzierung der Stickoxide kann dem Rauchgas Ammoniak zudosiert werden. Soweit noch SO₂ im Rauchgas vorhanden ist, bildet sich ein staubförmiges Ammonium­ sulfat/Ammoniumhydrogensulfat, das ebenfalls vom Koks abgefiltert werden kann. Hierdurch wird eine relativ einfache und preiswerte Stickoxidabscheidung erzielt, zumal, soweit das Ammoniumhydrogensulfat "klebrig" ist, es gut abgeschieden und aus dem Reaktor abgezogen werden kann.The flue gas can reduce the nitrogen oxides Ammonia are added. So far SO₂ in flue gas is present, a dusty ammonium is formed sulfate / ammonium hydrogen sulfate, also from coke can be filtered. This makes a relative achieved simple and inexpensive nitrogen oxide separation,  especially if the ammonium hydrogen sulfate is "sticky", it well deposited and withdrawn from the reactor can be.

Der Koks zeichnet sich durch eine hohe Härte aus. Da­ durch werden die Verluste durch Bruch und Abrieb in einem durchströmten Wanderbettreaktor, bei dem der Koks nach unten abgezogen wird, minimiert. Der Einsatz die­ ses Adsorbens hat demnach auch einen positiven wirt­ schaftlichen Vorteil. Weiter ist die Empfindlichkeit des Kokses gegen Eigenerwärmung bzw. entstehende Glimm­ brände wesentlich geringer. So wurde in Untersuchungen nachgewiesen, daß die Eigenerwärmung im Porensystem der Aktivkohle beginnt. Die Größe dieser Poren liegt im Angström-Bereich, besonders im Bereich zwischen 20 bis 500 A. Poren dieses geringen Durchmessers fehlen bei Hochofenkoks. Wissenschaftliche Arbeiten belegen, daß die Ursache für die Eigenerwärmung darin begründet ist, daß im engen Porensystem von Aktivkohle/-koks Kohlen­ stoff und Sauerstoff in atomarer Form vorliegen, was im Hochofenkoks nicht nachgewiesen werden konnte. Ursache der Eigenerwärmung ist die Verbindung der C-Atome mit O-Atomen nach der Formel:The coke is characterized by a high hardness. There through the losses due to breakage and abrasion in a flow-through moving bed reactor, in which the coke subtracted down, minimized. The use the This adsorbent also has a positive host economic advantage. The sensitivity is further of the coke against self-heating or smoldering fires much less. So was in investigations demonstrated that self-heating in the pore system of Activated carbon begins. The size of these pores is Angstrom range, especially in the range between 20 to 500 A. Pores of this small diameter are missing Blast furnace coke. Scientific studies show that the reason for self-heating is that in the narrow pore system of activated carbon / coke carbon substance and oxygen are present in atomic form, which in Blast furnace coke could not be detected. root cause self-heating is the connection of the C atoms with O atoms according to the formula:

CA + OA → CO + Wärme;
CA + 2 OA → CO₂ + Wärme.C A + O A → CO + heat;
C A + 2 O A → CO₂ + heat.

Die entstehende Wärme kann eine Eigenerwärmung schon im niedrigen Temperaturbereich ab etwa 50 bis 60°C auslö­ sen. Wegen der beim Hochofenkoks vorliegenden sehr gro­ ßen Poren besteht die Gefahr nicht oder nur in ganz geringem Maße. The heat generated can self-heating in the trigger low temperature range from about 50 to 60 ° C. sen. Because of the very large available in the blast furnace coke There is no or only a large risk of pores to a small extent.  

Der mit Flugstaub und den organischen Schadstoffen beladene Koks wird nach Abzug aus dem Reaktor in einem Sichter vom Flugstaub befreit, dieser wird in einem Filter abgeschieden; er kann danach in den Reaktor zurückgeführt und erneut mit Flugstaub und organischen Schadstoffen beladen werden. Der Koks selbst muß zur Zerstörung der organischen Substanzen dann auf eine hohe Temperatur von 400, vorzugsweise 600 bis 1000°C, gebracht werden. Dies kann auch dadurch geschehen, daß er als Brennstoff im Prozeß selbst eingesetzt wird. Beim Erhitzen werden die anorganischen Schadstoffe zer­ stört und der Koks kann dann wieder als Filtermaterial eingesetzt werden.The one with fly dust and the organic pollutants loaded coke is withdrawn from the reactor in one Sifter freed from the fly dust, this is in one Filter deposited; he can then go to the reactor returned and again with fly dust and organic Pollutants are loaded. The coke itself has to Destruction of the organic substances then on one high temperature of 400, preferably 600 to 1000 ° C, to be brought. This can also be done by the fact that it is used as fuel in the process itself. When heated, the inorganic pollutants are broken down bothers and the coke can then be used again as a filter material be used.

Weitere Vorteile des Einsatzes von Koks gegenüber akti­ vierten Kohlen liegen darin, daß höhere Durchströmungs­ geschwindigkeiten möglich sind. Dies führt zu einem kleineren Bauvolumen der Reaktoren und damit zur Ersparnis von Investitionskosten oder, bei gleicher Baugröße der Reaktoren, zu einem verminderten Druckver­ lust und damit Ersparnis von elektrischer Energie. Wei­ ter ist der Koks wesentlich preiswerter als aktivierte Kohle.Other advantages of using coke over Akti fourth coals are that higher flow speeds are possible. This leads to one smaller construction volume of the reactors and thus for Saving investment costs or, for the same Size of the reactors, to a reduced Druckver lust and thus saving of electrical energy. Wei coke is much cheaper than activated coke Coal.

Claims (7)

1. Verfahren zum Abscheiden und Beseitigen von Flug­ stäuben und organischen Schadstoffen aus Rauch­ gasen, dadurch gekennzeichnet, daß die Rauchgase durch ein Bett aus Koks geleitet werden.1. A method for separating and eliminating flight dust and organic pollutants from smoke gases, characterized in that the smoke gases are passed through a bed of coke. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Koks eine Teilchengröße von 3 bis 300 mm besitzt.2. The method according to claim 1, characterized in that that the coke has a particle size of 3 to 300 mm owns. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Rauchgase mit einer Temperatur von 100 bis 300°C durch das Koksbett geleitet werden.3. The method according to claim 1 or 2, characterized records that the flue gases with a temperature passed from 100 to 300 ° C through the coke bed will. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erschöpfte Koks bei einer Temperatur von 400 bis 1000°C regeneriert oder verbrannt wird.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized characterized in that the exhausted coke at a Temperature regenerated from 400 to 1000 ° C or is burned. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß von Flugstaub und Unterkorn be­ freiter Koks erneut eingesetzt wird.5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized characterized that be from dust and undersize free coke is used again. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem Rauchgas Ammoniak zugesetzt wird.6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized characterized in that ammonia is added to the flue gas becomes. 7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch einen Reaktor mit mehreren Koksschichten und einem Abzug zum schichtweisen Ausschleusen des Kokses.7. Device for carrying out the method one of claims 1 to 6, characterized by  a reactor with several layers of coke and one Deduction to discharge the coke in layers.
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