Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur trockenen Reinigung
von Abgasen aus thermischen Prozessen, insbesondere zur Reini
gung von Abgasen aus Sinteranlagen, Hüttenwerken oder sekundär
metallurgischen Schmelzanlagen, bei welchem pulverförmige
Sorbentien unter Verwendung von Koks aus Braunkohle als Sor
bens mit dem Abgasstrom in Kontakt gebracht werden.
Ein solches Verfahren ist beispielsweise in der Zeitschrift
Chemie Ingenieurtechnik 9/95 S. 1208 und 1209 beschrieben.
Verbrennungsabgase aus Müllverbrennungsanlagen und insbesonde
re aus Sinteranlagen sind häufig mit Dioxinen und Furanen
belastet. Insbesondere beim Sinterprozeß bilden sich poly
zyklische und polyhalogenisierte Kohlenwasserstoffe sowie
polyhalogenisierte Dibenzodioxine (PCDD) und polyhalogenisier
te Dibenzofurane (PCDF), die mit dem Abgasstrom aus der Sin
teranlage ausgetragen werden. Diese Schadstoffbelastung ins
besondere bei Abgasen aus metallurgischen Prozessen ist hin
länglich bekannt und beispielsweise auch in vorstehend zitier
ter Veröffentlichung beschrieben. Als Adsorptionsmittel zur
Entfernung von Dioxinen und Furanen aus solchen Abgasen hat
sich insbesondere Braunkohlenkoks als besonders geeignet er
wiesen, da mit Braunkohlenkoks als Sorbens Abscheidungsgrade
bis zu 99,8% erreicht werden können.
Anstelle von Braunkohlenkoks findet häufig zur Feinreinigung
von Abgasen auch Aktivkohle Anwendung.
Es sind jedoch vielfältige Bemühungen bekannt, bei der trocke
nen Abgasreinigung gänzlich auf organische Adsorbentien zu
verzichten bzw. deren Einsatz weitestgehend zu vermeiden.
Beispielsweise ist in der DE 44 03 244 A1 ein Verfahren zur
Reinigung von Verbrennungsabgasen beschrieben, bei dem Queck
silber, Quecksilberverbindungen und polyhalogenisierte Kohlen
wasserstoffe durch Adsorption an Zeolithen aus dem Abgas ent
fernt werden. Dieses Verfahren soll insbesondere gewährlei
sten, daß die Belastung der gereinigten Abgase mit Dioxinen
und Furanen unter einem höchstzulässigen Wert bleibt. Dabei
liegt der in der DE 44 03 244 beschriebenen Erfindung die
Aufgabe zugrunde, die Verwendung von Aktivkohle als Adsorp
tionsmittel wegen der damit einhergehenden Gefahren für die
Betriebssicherheit der Adsorptionsanlagen zu vermeiden. Es
kann dabei als bekannt unterstellt werden, daß beim Einsatz
von organischen Adsorbentien bei der trockenen Abgasreinigung
zusätzliche Maßnahmen zum Brand- und Explosionsschutz erfor
derlich sind.
Das in der DE 44 03 244 beschriebene Verfahren ist jedoch
verhältnismäßig aufwendig, da eine Regenerierung der schad
stoffbelasteten Zeolithe erforderlich ist. Eine solche Regene
rierung erfolgt beispielsweise bei Temperaturen von 800 bis
900°, bei welchen die adsorbierten organischen Schadstoffe
weitestgehend oxidativ zersetzt werden. Der Regenerations
prozeß ist energetisch außerordentlich aufwendig.
In der DE 44 29 027 A1 sind beispielsweise ein Verfahren und
eine Vorrichtung zur Abtrennung von toxischen organischen
Stoffen aus dem Abgas eines Sinterprozesses beschrieben, bei
welchem als staubförmige Sorbentien Tone, Schichtsilikate oder
Diatomeenerde oder Mischungen hiervon mit dem Abgas in einer
Gas-Feststoff-Suspension in Kontakt gebracht werden. Auch der
in der DE 44 29 027 beschriebenen Erfindung liegt die Aufgabe
zugrunde, als Adsorptionsmittel anorganische Materialien zu
benutzen, um die Verwendung von Aktivkohle zu minimieren sowie
die damit einhergehenden Gefahren für die Betriebssicherheit
der Adsorptionsanlagen zu vermeiden. Die Adsorptionswirkung
der im Vergleich mit den Zeolithen billigeren Tone, Schicht
silikate und Diatomeenerde ist eher schlechter als die der
teuren Zeolithe, so daß zur Gewährleistung einer hohen Adsorp
tionsleistung in der DE 44 29 027 vorgeschlagen wird, die im
Abgasstrom enthaltenen Sorbentien sowohl in einem Elektro
abscheider als auch in einem nachgeschalteten Schlauchfilter
durchzuführen, wobei sich auf dem Schlauchfilter eine adsorp
tiv wirksame Filterschicht aufbaut, die die Kontaktwahrschein
lichkeit der Sorbentien mit den im Abgas enthaltenen Schad
stoffen gegenüber einer Führung der Sorbentien in einem Flug
stromreaktor erhöht. Ein solches nachgeschaltetes Schlauchfil
ter ist übrigens auch bei dem in der DE 44 03 244 beschriebe
nen Verfahren vorgeschlagen. Schließlich ist bei dem in der DE
44 29 027 beschriebenen Verfahren die Entsorgung der schad
stoffbelasteten Sorbentien nicht zufriedenstellend gelöst,
dort wird lediglich vorgeschlagen, die aus dem Prozeß aus
tretenden Feststoffe auf einer Deponie zu lagern.
Aus der DE 40 34 498 A1 ist ein Verfahren zur Abtrennung von
Schwermetallen und Dioxinen aus Verbrennungsabgasen unter
Verwendung von Aktivkohle als Adsorbens bekannt, wobei die
Abgase mit dem Adsorbens in einem Wirbelschichtreaktor in
Kontakt gebracht werden. Die Mischung an Sorbentien enthält
neben 1 bis 40 Gew.-% Aktivkohle ein Additiv in Form von Flu
gasche, CaCo3, CaO, Ca(OH)2, Bentonit, Kaolin etc. Hierdurch
wird erreicht, daß eine Beseitigung der Schadstoffe sowohl
durch physikalische als auch durch chemische Bindung erfolgt.
Auch hier soll der Aktivkohleverbrauch möglichst gering sein,
da einerseits die Aktivkohle verglichen mit den hinzugegebenen
Ca-Verbindungen verhältnismäßig teuer ist, andererseits soll
das Additiv als Wärmespeicher zur Vermeidung der Selbstentzün
dung der Aktivkohle wirken. Einerseits ist bei dem in der
DE 40 34 498 beschriebenen Verfahren eine Vorentstaubung der
Abgase erforderlich, bevor diese mit den Adsorbentien in Kon
takt gebracht werden, andererseits ist die mit dem dort be
schriebenen Verfahren erzielbare Reinigungsleistung außer
ordentlich gering, da die in der Sorbentienmischung enthalte
nen Ca-Verbindungen aufgrund ihrer Porenstruktur keine adsorp
tiven Eigenschaften aufweisen, vielmehr finden an diesen che
mische Bindungen statt. Durch die angestrebte Verringerung des
Kohlenstoffanteils im Sorbensgemisch wird daher die Adsorp
tionsleistung drastisch eingeschränkt. Aus dem Grund wird in
der DE 40 34 498 ebenfalls vorgeschlagen, dem Wirbelschich
treaktor einen Gewebefilter zur Abtrennung des Adsorptions
mittels vom Abgas nachzuschalten, da der Gewebefilter den
Vorzug hat, daß im Filterkuchen eine nochmalige adsorptive
Reinigung des Abgases erfolgt. Schließlich ist in dieser
Druckschrift ebenfalls die Entsorgung der verbrauchten Sorben
tien problematisch, diese werden als Sondermüll deponiert.
Aus der DE 42 16 867 A1 ist ein Verfahren zur Gasreinigung
unter Verwendung eines Sorbens bekannt, wobei das Sorbens
Aktivkohle und einen amorphen oxidischen Träger auf der Basis
von SiO2 und Al2O3 umfaßt. Gegebenenfalls kann als kristallines
Material Zeolith enthalten sein. Das Adsorbens liegt in Form
eines gebundenen Granulats vor; das Verfahren geht davon aus,
daß Aktivkohle ungebunden in feinverteilter Form schwierig zu
handhaben sei.
Trotz aller Bemühungen, auf organische Adsorbentien zur troc
kenen Abgasreinigung zu verzichten oder deren Einsatz weitest
gehend zu minimieren, besitzen solche organischen Adsorbentien
nicht von der Hand zu weisende Vorzüge. Einerseits ist deren
Adsorptionsleistung außerordentlich hoch, andererseits ist
eine thermische Nutzung solcher organischen Adsorbentien mög
lich, beispielsweise durch Rückführung dieser in den ther
mischen Prozeß unter Ausnutzung deren Brennwerts oder Heiz
werts. Dabei können die an die Adsorbentien gebundenen organi
schen Schadstoffe oxidativ zersetzt werden. Eine evtl. proble
matische Deponierung der schadstoffbelasteten Sorbentien ent
fällt. Bei der trockenen Abgasreinigung von Sinterabgasen mit
organischen Adsorbentien, insbesondere mit Braunkohlenkoks,
ist man bislang davon ausgegangen, daß Brand- und Ex
plosionsschutz bei der Flugstromadsorption mit einfachen Maß
nahmen zu realisieren sind, ohne eine deutliche Reduzierung
der Adsorptionsleistung in Kauf nehmen zu müssen, wie dies bei
dem vorstehend beschriebenen Verfahren unter Verringerung des
Einsatzes von organischen Adsorbentien der Fall ist. Es wurde
beispielsweise angenommen, daß eine Mischung aus organischen
Sorbentien mit den in den nicht vorentstaubten Abgasen des
Sinterprozesses enthaltenen Stäuben eine Feststoff-Suspension
ergibt, die insgesamt inert ist, so daß die Anforderungen an
den Brand- und Explosionsschutz gewährleistet sind. Es hat
sich nun jedoch herausgestellt, daß dies nicht in allen Fällen
bzw. nicht bei allen Abgaszusammensetzungen der Fall ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
zur trockenen Reinigung von Abgasen aus thermischen Prozessen
bereitzustellen, das trotz Verwendung der in mehrfacher Hin
sicht vorteilhaften organischen Adsorbentien den Anforderungen
hinsichtlich Brand- und Explosionsschutz genügt, wobei gegen
über dem vorstehend beschriebenen Verfahren eine erhöhte Ad
sorptionsleistung gewährleistet sein soll.
Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, ein staub
förmiges Sorbens zu schaffen, das vorstehenden Anforderungen
genügt, bzw. bei einem solchen Verfahren verwendbar ist.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur trockenen
Reinigung von Abgasen aus thermischen Prozessen, insbesondere
zur Reinigung von Abgasen aus Sinteranlagen, Hüttenwerken oder
sekundär metallurgischen Schmelzanlagen, bei welchem pulver
förmige Sorbentien unter Verwendung von Koks aus Braunkohle
als Sorbens mit dem Abgasstrom in Kontakt gebracht werden,
welches sich dadurch auszeichnet, daß weiterhin Zeolithe bzw.
zeolithhaltiges Mineralgestein als oberflächenaktive Bestand
teile in Mischung mit dem Braunkohlenkoks Anwendung finden und
daß das Mischungsverhältnis zwischen Braunkohlenkoks und Zeo
lith bzw. zeolithhaltigem Mineralgestein in Abhängigkeit von
Art, Zusammensetzung und Menge des im Abgas enthaltenen Pro
zeßstaubs so eingestellt wird, daß eine Inertisierung der
Feststoffe gewährleistet ist. Die Erfindung geht dabei davon
aus, daß vor der Reinigung des Abgases keine Vorentstaubung
stattfindet. Die Vorzüge des Verfahrens gemäß der Erfindung
liegen auf der Hand. Zur Adsorption der in den Abgasen enthal
tenen Schadstoffe wird eine Mischung aus Adsorbentien zur
Verfügung gestellt, deren Adsorptionsleistung optimal in Hin
blick auf die sich nach Art, Zusammensetzung und Menge des im
Abgas enthaltenen Prozeßstaubes unterschiedlich gegebenen
Brand- und Explosionsschutzanforderungen ausgewogen ist. Es
erfolgt eine gezielte Einstellung der Mischung des verwendeten
Sorbens mit Hinblick auf die erforderliche Inertisierung der
Feststoffe im Abgasstrom, so daß sichergestellt ist, daß die
Adsorptionsleistung nicht übermäßig beeinträchtigt ist. Von
den bekannten anorganischen Sorbentien bieten Zeolithe oder
zeolithhaltige Mineralien die höchste Adsorptionsleistung, so
daß gegenüber der ausschließlichen Verwendung von organischen
Sorbentien nur eine geringfügig verringerte Gesamtadsorptions
leistung in Kauf genommen werden muß. Das Mischungsverhältnis
ist hinsichtlich Kosten und Adsorptionsleistung optimal auf
die Art, Zusammensetzung und Menge des Prozeßstaubs angepaßt.
Vorzugsweise werden die Sorbentien so in den Abgasstrom gege
ben und von diesem mitgeführt, daß die Adsorption der schädli
chen Inhaltsstoffe des Abgases in Form einer Flugstaubwolke
der in dem Abgasstrom befindlichen Sorbentien erfolgt, wobei
wenigstens ein Teil der schadstoffbeladenen Sorbentien aus den
gereinigten Abgasen abgeschieden wird und die Menge der Sor
bentien, deren spezifische Oberfläche und deren Verweilzeit
im Abgasstrom so eingestellt werden, daß ein im Abgasstrom
nach dem Entfernen der Sorbentien noch verbleibender Rest
gehalt an schädlichen Inhaltsstoffen die zulässige Höchst
grenze nicht überschreitet.
Zweckmäßigerweise werden die schadstoffbelasteten Sorbentien
in den thermischen Prozeß zurückgeführt, beispielsweise können
diese wieder in den Sinterprozeß eingeführt werden, wodurch
eine oxidative Zersetzung der organischen Schadstoffe, wie
beispielsweise Dioxine und Furane erfolgen kann und wobei
gleichzeitig eine teilweise energetische Nutzung der schad
stoffbeladenen Sorbentien selbst erfolgen kann. Je nach Zu
sammensetzung, Art und Menge des Prozeßstoffes kann Braunkoh
lenkoks und Zeolith in einem Mischungsverhältnis von 30 zu 70
bis 70 zu 30 dem Abgasstrom aufgegeben werden.
Da die Adsorptionskapazität auch von der Korngröße des Sorbens
abhängt, ist es zweckmäßig, das Sorbens möglichst feinkörnig,
ggf. staubförmig in den Abgasstrom einzuführen. Die durch
schnittliche Korngröße sollte vorteilhafterweise weniger oder
gleich 0,5 mm betragen, ggf. sogar weniger oder gleich 0,1 mm.
Diese geringe Korngröße hat zudem den Vorteil, daß die Min
destgeschwindigkeit, mit welcher der Abgasstrom durch die
Reaktionsstrecke geführt wird, verhältnismäßig gering sein
kann, beispielsweise nur 5 bis 15 m/sec betragen kann, ohne
daß das Sorbens sich absetzt oder die gleichmäßige Verteilung
desselben über den Querschnitt des Abgasstromes eine merkliche
Verschlechterung erfährt. Aus dem Anfangsgehalt an schädlichen
Inhaltsstoffen und dem nach der Reinigung noch zulässigen
Restgehalt derselben ergibt sich die Verweilzeit der Sorben
tien im Abgasstrom, die erforderlich ist, um das gewünschte
Ergebnis zu erreichen. Da die Verweilzeit abhängt von der
Länge der Reaktionsstrecke und der Strömungsgeschwindigkeit
des Abgases, welche insbesondere bei bestehenden Anlagen nicht
beliebig variiert werden kann, soll durch Variation der Fein
heit der Sorbentien der äußere Stofftransport der Schadstoffe
zum Sorbens verbessert werden, wodurch die gleiche Reinigungs
leistung auch bei geringeren Verweilzeiten in der Reaktions
strecke erreicht werden kann. Die Zugabe der Sorbensmischung
soll vorteilhafterweise entgegen der Abgasströmung ausgerich
tet sein, wodurch auf kürzester Strecke eine effektive Ver
teilung der Koksstaubpartikel im Abgasstrom des Kanalquer
schnitts zu erreichen ist. Ein weiterer Vorteil dieser Aus
führung ist, daß durch die hohen Relativgeschwindigkeiten
zwischen Sorbens und der Abgasströmung die Bedingungen für die
Schadstoffabscheidung wesentlich verbessert werden.
Das Mischungsverhältnis der Sorbentien mit dem im Abgasstrom
enthaltenen Prozeßstaub kann zwischen 5 zu 95 und 95 zu 5
betragen.
Wie bereits vorstehend erwähnt ist eine Vorentstaubung bei dem
Verfahren gemäß der Erfindung weder erforderlich noch er
wünscht. Der im Abgas enthaltene Prozeßstaub kann mit den
Sorbentien gemeinsam in einem Elektrofilter oder Tuchfilter
aus dem Abgasstrom entfernt werden.
Die mit der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird weiterhin
gelöst durch ein staubförmiges Sorbens zur trockenen Reinigung
von Abgas aus thermischen Prozessen, insbesondere zur Reini
gung von Sinterabgasen, mit oberflächenaktiven Substanzen aus
der Gruppe Aktivkohle und/oder Braunkohlenkoks, gekennzeichnet
durch einen staubförmigen inertisierenden Zusatz aus der Grup
pe der Zeolithe. Als nicht inerter Bestandteil in dem Sorbens
kann Braunkohlen-Herdofenkoks Anwendung finden.
Als Zeolithe finden vorzugsweise natürlich vorkommende Zeolit
he Anwendung.
Die durchschnittliche Korngröße der Mischung beträgt zweck
mäßigerweise weniger oder gleich 0,5 mm, vorzugsweise weniger
oder gleich 0,1 mm.
Das Mischungsverhältnis zwischen Braunkohlen-Herdofenkoks und
Zeolithen kann zwischen 30 zu 70 und 70 zu 30 betragen. Die
Erfindung wird nachstehend anhand eines in den Zeichnungen
dargestellten stark vereinfachten Ausführungsbeispiels dar
gestellt. Es zeigen:
Fig. 1 das Fließschema eines Verfahrens zur Abgasreinigung
einer Sinterbandanlage,
Fig. 2 im Querschnitt einen Abschnitt der Reaktionsstrecke
mit darin angeordneten Einblasdüsen für das Sorbens,
Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie III-III in Fig. 2.
Das aus der Sinterbandanlage 1 abgesaugte Prozeßgas 2, welches
mit schädlichen Inhaltsstoffen beladen ist, durchläuft mit
einer Temperatur oberhalb des Taupunkts und einer Geschwindig
keit von beispielsweise 5 bis 15 m/sec eine Reaktionsstrecke
3, in welcher es mit feinverteilten pulverförmigen Sorbentien
in Form einer Mischung von Braunkohlenkoks und Zeolithen in
tensiv vermischt wird. Zu diesem Zweck ist am Beginn der Re
aktionsstrecke 3 eine Zugabeeinrichtung 4 für die Sorbentien
angeordnet. Zur innigen Vermischung und gleichmäßigen Ver
teilung der Sorbentien im Abgasstrom über den Querschnitt der
die Reaktionsstrecke 3 bildenden Leitung werden die Sorbentien
an mehreren Stellen in den Abgasstrom eingetragen.
Die Fig. 2 und 3 zeigen, daß bei dem in der Zeichnung dar
gestellten Ausführungsbeispiel die Sorbentien in wenigstens
einer Ebene der Reaktionsstrecke 3 durch 4 über den Quer
schnitt verteilte Einblasdüsen 14 in den Abgasstrom eingebla
sen werden, und zwar entgegen der Strömungsrichtung 16 dessel
ben. Abweichend von der Darstellung der Zeichnung können die
Sorbentien auch unter einem anderen Winkel zur Strömungsrich
tung 16 bzw. zur Längsachse und/oder in mehreren in Strömungs
richtung hintereinander angeordneten Stellen und/oder Ebenen
der Reaktionsstrecke 3 eingeblasen werden. Wie vorstehend
bereits beschrieben, wird die Mischung der Sorbentien, d. h.
das Mischungsverhältnis Braunkohlenkoks zu Zeolithen so einge
stellt, so daß je nach Art, Menge und Zusammensetzung des im
Abgasstrom enthaltenen Prozeßstaubs eine Inertisierung der
Feststoffe gewährleistet ist.
Nach Passieren der Reaktionsstrecke 3 tritt das Abgas in das
zur Staubabscheidung vorgesehene Elektrofilter 5 ein, dem ein
beispielsweise als Zyklon ausgebildeter Vorabscheider 5 vor
geschaltet ist, in welchem die gröberen Kornfraktionen abge
trennt werden. Die nach dem Vorabscheider 6 verbleibende
Staubfracht wird in den elektrischen Feldern des Elektrofil
ters 5 abgeschieden. Das von Schadstoffen zumindest teilweise
befreite Abgas 7 wird über ein Gebläse abgezogen und in den
Kamin 9 abgegeben. Das im Elektrofilter 5 und ggf. auch im
Vorabscheider 6 abgeschiedene Gemisch aus Prozeßstaub und
Sorbens 10 wird über eine Bandanlage 10 dem Sinterprozeß voll
ständig oder ggf. auch teilweise zugeführt.
Die Reaktionsstrecke 3 kann somit als Flugstromreaktor aufge
faßt werden.
Bei der Rückführung des Gemischs aus Prozeßstaub und mit
Schadstoffen beladenen Sorbentien in den Sinterprozeß findet
eine thermische Zersetzung der Schadstoffe bzw. schädlichen
Inhaltsstoffe statt, die in der Mischung enthaltenen Zeolithe
fallen als Schlacke an.
Bezugszeichenliste
1
Sinterbandanlage
2
Prozeßgas
3
Reaktionsstrecke
4
Zugabeeinrichtung
5
Elektrofilter
6
Vorabscheider
7
Abgas
8
Gebläse
9
Kamin
10
Sorbens
11
Bandanlage
14
Einblasdüsen
15
Strömungsrichtung