DE19936930A1 - Mercury removed from incinerated waste by combination with sulfur and filtration above dew point temperature of pyrolysis gases - Google Patents
Mercury removed from incinerated waste by combination with sulfur and filtration above dew point temperature of pyrolysis gasesInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Abscheidung von me tallischem Quecksilber aus heißen Prolysegasen von Abfallstoffen.The invention relates to a method and an apparatus for separating me metallic mercury from hot waste gases from waste materials.
Bei der Pyrolyse von Abfallstoffen, hauptsächlich von Hausmüll, entsteht bei der Entgasung ein Pyrolysegas, das neben den Pyrolyseprodukten der Inhaltstoffe der Abfälle noch anorganische Schadstoffe und auch Quecksilber enthält. So entstehen bei der Pyrolyse von Hausmüll bei 500°C als Pyrolyseprodukte Methan, Kohlen monoxid, Wasserstoff, Kohlendioxid und verschiedene Kohlenwasserstoffe. Weiter hin werden noch Schwefelwasserstoff, Ammoniak, Chlorwasserstoff und Schwefel dioxid gebildet. Außerdem wird das in den Abfällen vorhandene Quecksilber freige setzt und erscheint im Pyrolysegas, das reduzierend wirkt, als nullwertiges Queck silber bzw. als metallisches Quecksilber, (Hg(0)).The pyrolysis of waste materials, mainly household waste, results in the Degassing a pyrolysis gas, which in addition to the pyrolysis products of the ingredients of Waste still contains inorganic pollutants and mercury. So arise in the pyrolysis of household waste at 500 ° C as pyrolysis products methane, coal monoxide, hydrogen, carbon dioxide and various hydrocarbons. Next there are also hydrogen sulfide, ammonia, hydrogen chloride and sulfur dioxide formed. In addition, the mercury present in the waste will be released sets and appears in the pyrolysis gas, which has a reducing effect, as zero-value mercury silver or as metallic mercury, (Hg (0)).
Bei der Verwendung des Pyrolysegases in den Kraftwerksfeuerungen stört jedoch dieses Quecksilber erheblich, da die Abgasreinigungsanlagen der Kohle- und Braunkohlekraftwerke nicht auf die Abscheidung von Quecksilber eingerichtet sind. Dies bedeutet, daß das über das Pyrolysegas eingebrachte Quecksilber zu einem erheblichen Anteil emittiert wird, und damit die für Quecksilber geltenden Grenz werte nicht eingehalten werden können.However, using the pyrolysis gas in the power plant fires is a problem this mercury significantly since the exhaust gas purification plants of the coal and Lignite power plants are not set up to separate mercury. This means that the mercury introduced via the pyrolysis gas becomes one significant proportion is emitted, and thus the limit applicable to mercury values cannot be met.
Bei durchoxidierten Gasen aus Abfallverbrennungsanlagen sind inzwischen Verfah ren entwickelt worden, das freigesetzte Quecksilber abzuscheiden. Dies kann, wenn Quecksilber in ionogener Form vorliegt, in der Abgaswäsche erfolgen. Wird die Trockensorption angewandt, dann gibt es die Möglichkeit der Abscheidung von Quecksilber über Aktivkohle, Herdofenkoks oder Zeolithe. Metallisches Quecksilber kann mit geschwefelten Aktivkohlen oder Zeolithen abgeschieden werden. Dies ist möglich, da Schwefel in einem sauerstoffhaltigen Gas als Oxidationsmittel wirkt.Processes are now in place for through-oxidized gases from waste incineration plants developed to separate the released mercury. This can, if mercury is in ionic form, take place in the exhaust gas scrubber. Becomes the dry sorption applied, then there is the possibility of the separation of Mercury over activated carbon, hearth coke or zeolite. Metallic mercury can be separated with sulfurized activated carbon or zeolite. This is possible because sulfur acts as an oxidizing agent in an oxygen-containing gas.
Im Falle der Pyrolyseabgase liegt nun ein reduzierendes System vor, das die Ab scheidung von metallischem Quecksilber erheblich erschwert. Die reduzierenden Bestandteile des Gases sind CO und Wasserstoff, die Hauptkomponenten des Py rolysegases. Hinzu kommt noch die hohe Temperatur des Pyrolysegases, die ebenfalls bei der Abscheidung von metallischem Quecksilber erhebliche Probleme bereitet. Vom chemischen Standpunkt ist davon auszugehen, daß Schwefel zu Schwefelwasserstoff reduziert wird und damit die Abscheidung des metallischen Quecksilbers nicht möglich ist.In the case of pyrolysis waste gases, there is now a reducing system, the Ab separation of metallic mercury is considerably more difficult. The reducing ones Components of the gas are CO and hydrogen, the main components of the Py rolysis gases. Added to this is the high temperature of the pyrolysis gas, the significant problems also with the separation of metallic mercury prepares. From a chemical point of view it can be assumed that sulfur too Hydrogen sulfide is reduced and thus the separation of the metallic Mercury is not possible.
Es besteht daher die Aufgabe, Quecksilber aus heißen Pyrolysegasen, die redu zierend wirkende Stoffe aufweisen, und auch noch einen erheblichen Wasser dampfgehalt haben, oberhalb des Taupunktes des Pyrolysegases sicher, zuverläs sig und in wirtschaftlichem Rahmen abzuscheiden.There is therefore the task of mercury from hot pyrolysis gases, the redu have ornamental substances, and also a considerable amount of water have reliable vapor content above the dew point of the pyrolysis gas to separate sig and economically.
Gelöst wird diese Aufgabe durch das erfindungsgemäße Verfahren nach Anspruch 1 und eine Vorrichtung nach Anspruch 16, 17 und 18. Zur Abtrennung von metalli schem Quecksilber aus heißen Pyrolysegasen von Abfallstoffen kann zuerst das Pyrolysegas aus der Pyrolysevorrichtung entstaubt werden. Dann werden dem staubhaltigem oder entstaubten Pyrolysegas Stoffe zugesetzt, die mit dem metalli schen Quecksilber unter Bildung fester Stoffe reagieren. Diese werden an einem Feinstaubfilter abgeschieden. Eingesetzt werden Schwefel, Kombinationen von Schwefel mit anorganischen Stoffen, Schwefel-abgebende Substanzen, mit Schwe fel dotierte Aktivkohlen, Herdofenkokse, Zeolithe, Bentonite, Trasse, Ziegelmehl, Kieselgur und/oder Aluminiumoxide oder Schwefel und die Aktivkohlen und die an organischen Stoffe für sich allein. Weiterhin werden Schwefelsäure, Fluorwasser stoff und/oder Chlorwasserstoff als Gas oder Flüßigkeit das Pyrolysegas einge bracht, mit dem Pyrolysegas vermischt und mit dem metallischen Quecksilber zur Reaktion gebracht und die entstehenden festen Reaktionsprodukte an Heißgasfil tern, die Temperaturen oberhalb 250 bis 600°C widerstehen, abgeschieden. Wird die Temperatur des Pyrolysegases unter 250°C abgesenkt, dann kann auch ein Gewebefilter, z. B. ein Teflonfilter, eingesetzt werden.This object is achieved by the method according to the invention 1 and a device according to claim 16, 17 and 18. For the separation of metalli chemical mercury from hot pyrolysis gases from waste materials can do that first Pyrolysis gas are dedusted from the pyrolysis device. Then that dusty or dedusted pyrolysis gas added substances that with the metalli mercury to form solid substances. These are on one Fine dust filter separated. Sulfur, combinations of Sulfur with inorganic substances, sulfur-releasing substances, with welding fel doped activated carbon, hearth furnace coke, zeolite, bentonite, route, brick flour, Diatomaceous earth and / or aluminum oxides or sulfur and the activated carbons and the organic substances on their own. Furthermore, sulfuric acid, fluorine water substance and / or hydrogen chloride as the gas or liquid the pyrolysis gas brings, mixed with the pyrolysis gas and with the metallic mercury Bring reaction and the resulting solid reaction products on hot gas fil tern that withstand temperatures above 250 to 600 ° C, deposited. Becomes the temperature of the pyrolysis gas is lowered below 250 ° C, then one can Fabric filter, e.g. B. a Teflon filter can be used.
Das erfindungsgemäße Verfahren besteht also darin, das metallische Quecksilber mit Schwefel zu oxidieren und das entstehende feste Quecksilbersulfid an Filtern abzuscheiden. Die ebenfalls beanspruchte Schwefelsäure, HF und Hcl haben die gleiche Aufgabe, metallisches Quecksilber in eine Festsubstanz, die abscheidbar ist, zu überführen. In diesem Fall handelt es sich dann um Quecksilbersulfat, HgF2 und HgCl2.The method according to the invention thus consists in oxidizing the metallic mercury with sulfur and separating the solid mercury sulfide formed on filters. The sulfuric acid, HF and Hcl, which are also claimed, have the same task of converting metallic mercury into a solid substance that can be separated off. In this case it is mercury sulfate, HgF 2 and HgCl 2 .
Zweckmäßig wird Schwefel hierbei in feinpulvriger Form eingesetzt. Geeignet ist z. B. ein feinverteilter Schwefel mit einer Korngröße von 90% <40 µm.Sulfur is expediently used in fine powder form. Suitable is e.g. B. a finely divided sulfur with a grain size of 90% <40 microns.
Der Schwefel kann für sich allein oder auch in Kombination mit feinpulvrigen anor ganischen Stoffen eingebracht werden. Hierbei hat es sich bewährt, wenn eine Kombination aus Schwefel mit anorganischen Stoffen eingesetzt wird, bei der der Schwefel bei Temperaturen oberhalb 119°C auf die anorganischen Stoffe aufge schmolzen oder aufgesintert wurde. Der Vorteil dieses Verfahrens liegt darin, daß die geringen Schwefelmengen ausreichend mit dem Pyrolysegas durchmischt wer den können und die anorganischen Stoffe die Abscheidung der gebildeten Reak tionsprodukte an den Heißgas- oder Gewebefiltern erleichtern.The sulfur can be used alone or in combination with fine powdered anor ganic substances. It has proven useful here if one Combination of sulfur with inorganic substances is used, in which the Sulfur applied to the inorganic substances at temperatures above 119 ° C melted or sintered. The advantage of this method is that who mixed the small amounts of sulfur sufficiently with the pyrolysis gas and the inorganic substances can separate the formed reak lightening products on the hot gas or fabric filters.
Hierbei kann der Gehalt von Schwefel auf den anorganischen Stoffen im weiten Be reich von 1 bis 60 Gew.-% schwanken. Vorzugsweise werden hierbei Kombinationen von Schwefel mit anorganischen Stoffen verwendet, die einen Schwefelgehalt von 10 bis 30 Gew.-% aufweisen.Here, the content of sulfur on the inorganic substances can be widely range from 1 to 60% by weight. Combinations are preferred of sulfur with inorganic substances that have a sulfur content of Have 10 to 30 wt .-%.
Eine andere erfindungsgemäße Ausführung besteht darin, daß mit Schwefel dotier te Aktivkohlen, Herdofenkokse, Zeolithe, Bentonite, Trasse, anorganische Feinstäu be und/oder Ziegelmehl, die einen Schwefelgehalt von 1 bis 60 Gew.-%, vorzugs weise 10 bis 30 Gew.-% aufweisen, in das Pyrolysegas eingebracht werden. Another embodiment of the invention is that doped with sulfur Activated carbon, hearth furnace coke, zeolite, bentonite, route, inorganic fine dust be and / or brick flour, the sulfur content of 1 to 60 wt .-%, preferred example, have 10 to 30 wt .-%, are introduced into the pyrolysis gas.
Hierbei kann auch so vorgegangen werden, daß Schwefel und Aktivkohle getrennt voneinander oder als Gemisch in das Pyrolysegas eingebracht werden. Auch in diesem Fall erleichterten die feinpulvrigen Zusätze die Abscheidung der entstehen den festen Reaktionsproduktes des Schwefels mit Quecksilber erheblich.This can also be done in such a way that sulfur and activated carbon are separated from each other or as a mixture into the pyrolysis gas. Also in In this case, the fine powdery additives facilitated the separation of the resulting the solid reaction product of the sulfur with mercury considerably.
Anstelle von Schwefel können nach dem erfindungsgemäßen Verfahren auch schwefelabgebende Substanzen eingebracht werden. Es handelt sich hierbei um Substanzen, die bei den Temperaturen des Pyrolysegases den Schwefel elementar abgeben. Bevorzugt werden hierbei Natriumtetrasulfid und Natriumtiusulfat einge setzt. In diesem Falle wird durch die Zersetzung der Substanzen der Schwefel sehr feinteilig abgeschieden und erleichtert damit die Reaktion mit Quecksilber. Auch hier ist die Verwendung der o. a. Filterhilfsmittel förderlich.Instead of sulfur, the process according to the invention can also sulfur-releasing substances are introduced. It is about Substances that elemental to sulfur at the temperatures of the pyrolysis gas submit. Sodium tetrasulfide and sodium tiusulfate are preferred puts. In this case the decomposition of the substances makes the sulfur very finely separated and thus facilitates the reaction with mercury. Also here is the use of the above Filter aids are beneficial.
Die angegebenen Quecksilber-bindenden Stoffe können auch zuammen oder ge trennt mit basischen Stoffen, wie Calciumhydroxid, Branntkalk, Calciumcarbonat, So da, Natriumhydrogencarbonat, Dolomit und/oder Natriumhydroxid in fester oder ge löster oder suspendierter Form verwendet werden. Diese basischen Stoffe binden die sauren Bestandteile des Pyrolysegases, nämlich HCL, HF, SO2 und HCN. Ihre Menge richtet sich nach dem Grad der erwünschten Abscheidung.The specified mercury-binding substances can also be used together or separately with basic substances, such as calcium hydroxide, quicklime, calcium carbonate, so as, sodium hydrogen carbonate, dolomite and / or sodium hydroxide in solid or dissolved or suspended form. These basic substances bind the acid components of the pyrolysis gas, namely HCL, HF, SO 2 and HCN. Their amount depends on the degree of separation desired.
Das erfindungsgemäße Verfahren betrifft auch die Verwendung von Schwefelsäu re, die mit dem metallischen Quecksilber reagiert und ein festes Produkt liefert.The method according to the invention also relates to the use of sulfuric acid re, which reacts with the metallic mercury and delivers a solid product.
Entsprechendes gilt für Fluorwasserstoff und Chlorwasserstoff. Diese können als Gas oder wässrige Säure eingesetzt werden. Die Verwendung von Säuren mit Schwefel liegt im Rahmen der Erfindung.The same applies to hydrogen fluoride and hydrogen chloride. These can be as Gas or aqueous acid can be used. The use of acids with Sulfur is within the scope of the invention.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann in einem weiten Temperaturbereich einge setzt werden. Der untere Temperaturbereich muß oberhalb des Taupunktes des Pyrolysegases liegen. Die obere Temperaturgrenze liegt bei 600°C und ist mate rialbedingt. Bevorzugte Temperaturbereiche liegen im Bereich von 200 bis 550°C, vorzugsweise 350 bis 550°C. Der Siedepunkt von Schwefel liegt bei 444,6°C, so daß im angegebenen Temperaturbereich Schwefel dampfförmig im Gasraum vor liegt.The method according to the invention can be used in a wide temperature range be set. The lower temperature range must be above the dew point of the Pyrolysis gas lie. The upper temperature limit is 600 ° C and is mate due to the rial. Preferred temperature ranges are in the range from 200 to 550 ° C, preferably 350 to 550 ° C. The boiling point of sulfur is 444.6 ° C, see above that in the specified temperature range sulfur in vapor form in the gas space lies.
Wichtig ist, daß aus Quecksilber und den zugesetzten Stoffen Quecksilberverbin dungen entstehen, die bei den vorliegenden Reaktionsbedingungen feste Reak tionsprodukte liefern, die an Feinstaubfiltern abscheidbar sind.It is important that mercury and mercury from the added substances The resulting reac is solid under the present reaction conditions Deliver tion products that can be separated on fine dust filters.
Die Menge der einzusetzenden Quecksilber-abscheidenden Stoffe beträgt das 1- bis 50-fache der stöchiometrisch erforderlichen Menge. Da das Quecksilber nur im µg- bis mg-Bereich vorliegt, sind die einzusetzenden Mengen nicht erheblich. So kann auch mit erheblichen Überschüssen gearbeitet werden.The amount of mercury-separating substances to be used is 1- to 50 times the stoichiometric amount required. Since the mercury is only in the µg to mg range is present, the amounts to be used are not significant. So can also be worked with considerable surpluses.
Wird eine Entstaubung des Pyrolysegases vor der Zugabe der Quecksilber-binden den Stoffe vorgenommen, dann eingen sich hierzu besonders Zyklone, bei ent sprechender Temperatur auch Gewebefilter. Mit der ersten Entstaubung wird eine Entlastung des nachgeschalteten Feinstaubfilters erreicht. Da der hierbei abge schiedene Staub quecksilberfrei ist, kann er ohne Probleme deponiert oder einer weiteren thermischen Behandlung zugeführt werden. Nach der Erstentstaubung werden erst die Reaktionen zwischen metallischem Quecksilber und den quecksil berbindenden Substanzen durchgeführt. Da hierbei Feinstaub entsteht, ist es erfor derlich, ein möglichst wirksames Filter zur Abscheidung von Feinstäuben einzuset zen. Hierzu eignen sich besonders keramische Filter, die gegebenenfalls mit Stäu ben vorbeschichtet werden. Die Filter haben den Feinstaub unter 10 µm abzu scheiden.Dedust the pyrolysis gas before adding the mercury bind made the substances, then especially cyclones, at ent speaking temperature also fabric filter. With the first dedusting, one Relief of the downstream fine dust filter reached. Since the abge separated dust is mercury-free, it can be deposited without any problems or one be subjected to further thermal treatment. After the first dedusting only the reactions between metallic mercury and the mercury binding substances carried out. Since this creates fine dust, it is required necessary to use the most effective filter for the separation of fine dust Zen. Ceramic filters are particularly suitable for this purpose be pre-coated. The filters have less than 10 µm of fine dust divorce.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht aus einer Misch- und Reaktionsstrecke. Hier werden die Quecksilber-bindenden Stoffe eingebracht, durch entsprechende Einbauten mit dem Pyrolysegas vermischt und zur Reaktion gebracht.The device according to the invention consists of a mixing and reaction section. The mercury-binding substances are introduced here by appropriate ones Internals mixed with the pyrolysis gas and reacted.
Die gebildeten festen Quecksilberverbindungen, vornehmlich Quecksilbersulfid, werden nun zusammen mit anderen festen Quecksilberverbindungen und dem noch vorhandenen Feinstaub an einem Filter abgeschieden. Dieser Filterstaub ist queck silberhaltig und wird zweckmäßigerweise deponiert oder unter Tage abgelagert. Durch die vorhergehende weitestgehende Entstaubung fallen nur geringe Mengen an Filterstaub an.The solid mercury compounds formed, primarily mercury sulfide, are now together with other solid mercury compounds and that Existing fine dust is separated on a filter. This filter dust is mercury contains silver and is appropriately deposited or deposited underground. Due to the previous extensive dedusting, only small amounts fall of filter dust.
Das nunmehr von Quecksilberverbindungen gereinigte Pyrolysegas kann in den Kraftwerkskesseln verbrannt werden, ohne daß es zu erhöhten Quecksilberemissio nen kommt.The pyrolysis gas now cleaned of mercury compounds can be in the Power plant boilers are burned without causing increased mercury emissions comes.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann zur Reinigung von Gasen aus der Pyrolyse von organischen Abfällen, Hausmüll, Altreifen, Kunststoffen, Schredderabfällen, Alt holz und ähnlichen Stoffen eingesetzt werden. Entsprechendes gilt für die erfin dungsgemäße Vorrichtung.The process according to the invention can be used to purify gases from pyrolysis of organic waste, household waste, waste tires, plastics, shredder waste, waste wood and similar materials are used. The same applies to inventions device according to the invention.
Aus einer bei Hausmüll-Pyrolyseanlage kommt ein Pyrolysegas, das eine Tempera tur von 500°C aufweist. 1 m3/h wird abgezweigt. Er wies einen Hg(0)-Gehalt von 800 µg/m3 auf. Diesem Gasstrom werden pro Stunde 50 mg mit Schwefel dotierte Aktivkohle zugesetzt. Der Schwefelgehalt betrug 10 Gew.-%. Die Staubabschei dung erfolgte an einem keramischem Heißfilter.A pyrolysis gas with a temperature of 500 ° C comes from a household waste pyrolysis plant. 1 m 3 / h is branched off. It had an Hg (0) content of 800 µg / m 3 . 50 mg of sulfur-doped activated carbon are added to this gas stream per hour. The sulfur content was 10% by weight. The dust was deposited on a ceramic hot filter.
Der Hg-Gehalt konnte auf 10 µg/m3 vermindert werden.The Hg content could be reduced to 10 µg / m 3 .
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