DE19613376A1

DE19613376A1 - Verfahren zur stofflichen Verwertung von mit organischen Verbindungen beladener Aktivkohle

Info

Publication number: DE19613376A1
Application number: DE19613376A
Authority: DE
Inventors: Johann Ing Zimmermann; Rainer Dr Wiesboeck
Original assignee: Donau Chemie AG
Current assignee: Donau Chemie AG
Priority date: 1995-04-03
Filing date: 1996-04-03
Publication date: 1996-10-10
Anticipated expiration: 2016-04-04
Also published as: ATA59695A; DE19613376C2; AT404354B

Description

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur stofflichen Verwertung von mit organischen Verbindungen, insbesondere organischen Halogenverbindungen, beladener Aktiv kohle.

Für die Entsorgung bzw. die Verwertung von beladener Ak tivkohle stehen derzeit im wesentlichen drei Möglichkeiten zur Verfügung.

1. Deponierung

Bei der Deponierung erfolgt weder eine Nutzung der Wertstoffe, d.i. im wesentlichen die Aktivkohle, noch des Energieinhaltes der Aktivkohle. Die Deponierung stellt lediglich einen Aufschub der sich im allgemeinen mit umweltre levanten Stoffen ergebenden Probleme dar.

2. Thermische Behandlung

Bei der thermischen Behandlung erfolgt eine Nutzung des Energieinhaltes der Aktivkohle in Ver brennungsanlagen. In Abhängigkeit von der Konzentration und der Natur der Beladungen der Aktivkohle kommt es hier zu Problemen auf der Abgasseite. So führen höhere Chloridgehalte an der Aktivkohle von beispielsweise mehr als 2 Gew.-% zu einer star ken Erhöhung der Dioxinkonzentration sowie der Konzentration an flüchtigen Schwermetallen im Abgas und in der Flugasche, die daher nachgeschalteten, apparativ aufwendigen und kosteninten siven Behandlungen unterworfen bzw. entsorgt werden müssen. Die thermische Behandlung stellt keine stoffliche Verwertung dar, und dem daraus erhältlichen energetischen Nutzen steht die Problematik im Zusammenhang mit den Folgeprodukten entgegen.

3. Reaktivierung

In Abhängigkeit von ihrer physikalischen und chemischen Struktur sowie der Beladung können bestimmte Ak tivkohlen thermisch reaktiviert werden. Dabei erfolgt eine Desorption der Beladung bei Temperaturen in der Größenordnung von 800°C. Aufgrund des Abbrandes, welcher mindestens 10 Gew.-% beträgt, eignen sich nur körnige Aktivkohle oder Pellets aus Steinkohle oder Kokosnußschale für dieses Verfahren. Pulver kohle, Aktivkoks oder Aktivkohle aus Braunkohlen können nicht eingesetzt werden. Die desorbierten Produkte müssen ebenfalls einer apparativ aufwendigen und kostenintensiven Behandlung bzw. Entsorgung unterworfen werden. Dieses Verfahren stellt ei ne stoffliche Verwertung der Aktivkohle, jedoch nicht ihrer Beladung dar.

Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Ver fahren zur stofflichen Verwertung von mit organischen Verbin dungen, insbesondere organischen Halogenverbindungen, beladener Aktivkohle bereitzustellen, welches sowohl eine Verwertung der Aktivkohle als auch eine zumindest teilweise Verwertung der Be ladung ermöglicht und worin Aktivkohlen verschiedenster Struk tur und Beschaffenheit eingesetzt werden können. Es ist ein weiteres Ziel dieser Erfindung ein Verfahren bereitzustellen, worin die Bildung umweltrelevanter Stoffe nicht oder nur in einem eingeschränkten Umfang erfolgt.

Aus der DE 42 41 246 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von Calciumcarbid durch Umsetzung einer Kohlenstoffkomponente mit Calciumoxid im elektrischen Lichtbogenofen beschrieben, wo bei man als Kohlenstoffkomponente zerkleinerte Kunststoffab fälle einsetzt, die in Gegenwart von feinteiligem Calciumoxid bei Temperaturen von 600-1400°C im Kammerofen verkokt wurden. Auf diese Weise ist eine praktisch vollständige und umwelt freundliche Verwertung von Kunststoffabfällen möglich, wobei gleichzeitig eine besonders kostengünstige Kohlenstoffkomponen te für den Calciumcarbidprozeß erschlossen wird.

Die vorgenannten Ziele werden erfindungsgemäß durch ein Verfahren erreicht, worin die beladene Aktivkohle mit Calcium oxid und Koks in einem Lichtbogenofen bei Temperaturen von mehr als 1800°C im wesentlichen zum Calciumcarbid und Ofengas, wel ches im wesentlichen aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff besteht, sowie gegebenenfalls anorganischen Halogeniden umgesetzt und das dabei entstehende Ofengas rasch von der Austrittstemperatur auf eine Temperatur von 20°C bis 30°C abgekühlt wird, wobei die Verweilzeit des Ofengases bei Temperaturen von 450°C bis 200°C 0,1 s bis 10 s beträgt.

Unter der Bezeichnung "Aktivkohle" werden in der gesamten Beschreibung sowie in den Patentansprüchen Aktivkohlen ver schiedenster physikalischer und chemischer Struktur verstanden, insbesondere körnige und pulverige Aktivkohlen, Aktivkoks, Gra phit- oder Rußabfälle. Es kann sich dabei sowohl um sogenannte Luftkohlen aus der Luft- und Abgasreinigung als auch um soge nannte Wasserkohlen aus der Wasseraufbereitung handeln. Der prozentuelle Anteil der Beladung kann in Abhängigkeit von der Natur der Beladung und der Aktivkohle sowie von dem vorherge henden Verfahren, worin die Aktivkohle eingesetzt wurde, breit variieren und beträgt im Fall von organischen Halogenverbindun gen beispielsweise durchschnittlich 15 Gew.-%, berechnet auf Basis des Halogens.

Die Aktivkohle und die darauf adsorbierten organischen Verbindungen, insbesondere die organischen Halogenverbindungen, werden mit Calciumoxid und Koks in einem Lichtbogenofen quanti tativ zu schmelzflüssigem Calciumcarbid sowie zu Ofengas, wel ches im wesentlichen aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff besteht, umgesetzt, wobei die gegebenenfalls vorhandenen organischen Halogenverbindungen als anorganisches Halogenid im Carbid ver bleiben. Die Umsetzung kann vereinfacht durch die nachstehende Reaktionsgleichung veranschaulicht werden, worin KW-X für ver schiedene halogenhaltige Kohlenwasserstoffverbindungen steht:

CaO + 3C + KW-X → CaC₂ + CO + H₂ + CaX₂.

Die flüchtigen anorganischen Halogenide, bei welchen es sich z. B. um Alkalichloride sowie um Schwermetallchloride handelt, werden über den Gasstrom ausgetragen.

Das Auftreten von Chloriden im Abgasstrom ist insbesondere im Hinblick auf die Bildung von umweltrelevanten Verbindungen, wie Dioxinen und Furanen, von Bedeutung. Die Bildung derartiger Verbindungen wird insbesondere durch die folgenden Faktoren be günstigt:

- Gastemperaturen von 200°C bis 450°C
- hohe Verweilzeiten bei derartigen Temperaturen
- einen hohen Chloridgehalt im Abgas
- freie Kohlenstoff- oder Kohlenwasserstoffverbindungen
- vorhandene Ansatzmöglichkeiten für Dioxin- und Furanvor läuferverbindungen an Oberflächen von Stäuben.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist die Rekombination von Dioxin- und Furanvorläufern zu den entsprechenden umweltrele vanten Verbindungen praktisch ausgeschlossen. Die einzelnen Werte für die Verweilzeiten bei Temperaturen von 450°C bis 200°C können in Abhängigkeit von der jeweiligen Prozeßführung, bzw. von Parametern, wie dem Gasdurchsatz oder dem Kühlflüssig keitseintrag, innerhalb des beanspruchten Bereiches variieren.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachstehend anhand ei nes Beispieles erörtert.

Das Verfahren wird in einem Carbidofen in Form eines ge deckten Lichtbogenofens mit drei hohlen Söderberg-Elektroden durchgeführt. Zur Calciumcarbidherstellung wird der grobe Hauptanteil der Rohstoffe, Calciumoxid und Koks, üblicherweise über einen Grobmöller eingetragen. Der Feinanteil der Rohstoffe kann durch das Hohlelektrodensystem direkt in das heiße Carbid schmelzbad eingetragen werden.

Als Aktivkohle wird beispielsweise eine Aktivkohle mit ei ner Körnung von 10 mm eingesetzt, welche eine Halogenkohlen wasserstoffbeladung von durchschnittlich 15 Gew.-% enthält.

Im erfindungsgemäßen Verfahren wird die pneumatisch in ei nen Bunker geförderte, mit organischen Verbindungen, insbeson dere organischen Halogenverbindungen, beladene Aktivkohle je nach elektrischer Ofenleistung aus dem Bunker in die Hohlelek trode dosiert. Diese Elektrode ist zur Vermeidung und Erkennung von Blockierungen mit einem konstanten Gasstrom beaufschlagt. Dadurch wird das über die Hohlelektrode zugesetzte Einsatzmate rial, welches die beladene Aktivkohle umfaßt, bei seinem Aus tritt aus der Elektrode sofort in die Lichtbogenzone, die eine Temperatur von mehr als 1800°C besitzt, eingetragen. Bei durch schnittlicher Ofenfahrweise können so etwa 20 Gew.-% des Koks rohstoffes in Form von beladener Aktivkohle eingebracht werden.

Wie bereits vorstehend angeführt, wird die beladene Aktiv kohle im Carbidofen mit dem Calciumoxid und Koks zu schmelz flüssigem Carbid, Ofengas und gegebenenfalls Halogenidverbin dungen umgesetzt. Der entstehende Gasstrom, dessen Hauptanteile Kohlenmonoxid, Wasserstoff und Staub sind, wird mit einem Durchsatz von etwa 1 Nm³/s noch heiß mit einer Temperatur von mindestens 800°C in einen Waschtum mit nachgeschaltetem Desin tegrator in Form eines Naßwäschers geführt und schnell auf 20- 30°C abgekühlt, wobei die Verweilzeit bei Temperaturen von 450°C bis 200°C etwa 1 s beträgt.

Auf diese Weise ist es möglich, mit organischen Verbindun gen beladene Aktivkohle und einen Teil der Beladung einer stofflichen Verwertung zuzuführen und die Konzentration an um weltrelevanten Verbindungen im Abgas auf Werte zu verringern, welche weit unter den für die jeweiligen Verbindungen erlaubten Grenzwerten liegen. Dioxine und Furane werden im Abgas nicht festgestellt.

Claims

1. Verfahren zur stofflichen Verwertung von mit organischen Verbindungen, insbesondere organischen Halogenverbindun gen, beladener Aktivkohle, dadurch gekennzeichnet, daß die beladene Aktivkohle mit Calciumoxid und Koks in einem Lichtbogenofen bei Temperaturen von mehr als 1800°C im we sentlichen zu Calciumcarbid und Ofengas, welches im we sentlichen aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff besteht, so wie gegebenenfalls anorganischen Halogeniden umgesetzt und das dabei entstehende Ofengas von der Austrittstemperatur rasch auf eine Temperatur von 20°C bis 30°C abgekühlt wird, wobei die Verweilzeit des Ofengases bei Temperaturen von 450°C bis 200°C von 0,1 s bis 10 s beträgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beladene Aktivkohle in den Lichtbogenofen durch eine Hohlelektrode zugesetzt wird.