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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur trockenen Reinigung von Abgasen
aus thermischen Prozessen, insbesondere zur Reinigung von Abgasen
aus Sinteranlagen, Hüttenwerken
oder sekundär metallurgischen
Schmelzanlagen, bei welchem pulverförmige Sorbentien unter Verwendung
von Koks aus Braunkohle als Sorbens mit dem Abgasstrom in Kontakt
gebracht werden.
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Ein
solches Verfahren ist beispielsweise in der Zeitschrift Chemie Ingenieurtechnik
9/95 S. 1208 und 1209 beschrieben. Verbrennungsabgase aus Müllverbrennungsanlagen
und insbesondere aus Sinteranlagen sind häufig mit Dioxinen und Furanen belastet.
Insbesondere beim Sinterprozeß bilden
sich polyzyklische und polyhalogenisierte Kohlenwasserstoffe sowie
polyhalogenisierte Dibenzodioxine (PCDD) und polyhalogenisierte
Dibenzofurane (PCDF), die mit dem Abgasstrom aus der Sinteranlage
ausgetragen werden. Diese Schadstoffbelastung insbesondere bei Abgasen
aus metallurgischen Prozessen ist hinlänglich bekannt und beispielsweise auch
in vorstehend zitierter Veröffentlichung
beschrieben. Als Adsorptionsmittel zur Entfernung von Dioxinen und
Furanen aus solchen Abgasen hat sich insbesondere Braunkohlenkoks
als besonders geeignet erwiesen, da mit Braunkohlenkoksm als Sorbens Abscheidungsgrade
bis zu 99,8 erreicht werden können.
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Anstelle
von Braunkohlenkoks findet häufig zur
Feinreinigung von Abgasen auch Aktivkohle Anwendung.
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Es
sind jedoch vielfältige
Bemühungen
bekannt, bei der trockenen Abgasreinigung gänzlich auf organische Adsorbentien
zu verzichten bzw. deren Einsatz weitestgehend zu vermeiden.
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Beispielsweise
ist in der
DE 44 03
244 A1 ein Verfahren zur Reinigung von Verbrennungsabgasen beschrieben,
bei dem Quecksilber, Quecksilberverbindungen und polyhalogenisierte
Kohlenwasserstoffe durch Adsorption an Zeolithen aus dem Abgas entfernt
werden. Dieses Verfahren soll insbesondere gewährleisten, 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 Adsorptionsmittel 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 erforderlich sind.
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Das
in der
DE 44 03 244 beschriebene
Verfahren ist jedoch verhältnismäßig aufwendig,
da eine Regenerierung der schadstoffbelasteten Zeolithe erforderlich
ist. Eine solche Regenerierung erfolgt beispielsweise bei Temperaturen
von 800 bis 900°,
bei welchen die adsorbierten organischen Schadstoffe weitestgehend
oxidativ zersetzt werden. Der Regenerationsprozeß ist energetisch außerordentlich
aufwendig.
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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, Schichtsilikate und Diatomeenerde
ist eher schlechter als die der teuren Zeolithe, so daß zur Gewährleistung
einer hohen Adsorptionsleistung in der
DE 44 29 027 vorgeschlagen wird, die
im Abgasstrom enthaltenen Sorbentien sowohl in einem Elektroabscheider
als auch in einem nachgeschalteten Schlauchfilter durchzuführen, wobei
sich auf dem Schlauchfilter eine adsorptiv wirksame Filterschicht
aufbaut, die die Kontaktwahrscheinlichkeit der Sorbentien mit den
im Abgas enthaltenen Schadstoffen gegenüber einer Führung der Sorbentien in einem
Flugstromreaktor erhöht.
Ein solches nachgeschaltetes Schlauchfilter ist übrigens auch bei dem in der
DE 44 03 244 beschriebenen
Verfahren vorgeschlagen. Schließlich
ist bei dem in der
DE 44 29 027 beschriebenen
Verfahren die Entsorgung der schadstoffbelasteten Sorbentien nicht
zufriedenstellend gelöst,
dort wird lediglich vorgeschlagen, die aus dem Prozeß austretenden
Feststoffe auf einer Deponie zu lagern.
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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 Flugasche, CaCo
3, 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 Selbstentzündung 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 beschriebenen verfahren erzielbare Reinigungsleistung außerordentlich
gering, da die in der Sorbentienmischung enthaltenen Ca-Verbindungen
aufgrund ihrer Porenstruktur keine adsorptiven Eigenschaften aufweisen,
vielmehr finden an diesen chemische Bindungen statt. Durch die angestrebte
Verringerung des Kohlenstoffanteils im Sorbensgemisch wird daher
die Adsorptionsleistung drastisch eingeschränkt. Aus dem Grund wird in
der
DE 40 34 498 ebenfalls
vorgeschlagen, dem Wirbelschichtreaktor einen Gewebefilter zur Abtrennung des
Adsorptionsmittels 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
Sorbentien problematisch, diese werden als Sondermüll deponiert.
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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 SiO
2 und Al
2O
3 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.
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Trotz
aller Bemühungen,
auf organische Adsorbentien zur trockenen Abgasreinigung zu verzichten
oder deren Einsatz weitestgehend 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 möglich, beispielsweise
durch Rückführung dieser
in den thermischen Prozeß unter Ausnutzung
deren Brennwerts oder Heizwerts. Dabei können die an die Adsorbentien
gebundenen organischen Schadstoffe oxidativ zersetzt werden. Eine evtl.
problematische Deponierung der schadstoffbelasteten Sorbentien entfällt. Bei
der trockenen Abgasreinigung von Sinterabgasen mit organischen Adsorbentien,
insbesondere mit Braunkohlenkoks, ist man bislang davon ausgegangen,
daß Brand-
und Explosionsschutz bei der Flugstromadsorption mit einfachen Maßnahmen
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.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur trockenen
Reinigung von Abgasen aus thermischen Prozessen bereitzustellen,
das trotz Verwendung der in mehrfacher Hinsicht vorteilhaften organischen
Adsorbentien den Anforderungen hinsichtlich Brand- und Explosionsschutz
genügt,
wobei gegenüber
dem vorstehend beschriebenen Verfahren eine erhöhte Adsorptionsleistung gewährleistet
sein soll.
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Der
Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, ein staubförmiges Sorbens
zu schaffen, das vorstehenden Anforderungen genügt, bzw. bei einem solchen
Verfahren verwendbar ist.
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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 pulverförmige 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 Bestandteile
in Mischung mit dem Braunkohlenkoks Anwendung finden und daß das Mischungsverhältnis zwischen
Braunkohlenkoks und Zeolith 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 enthaltenen
Schadstoffe wird eine Mischung aus Adsorbentien zur Verfügung gestellt,
deren Adsorptionsleistung optimal in Hinblick 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
Gesamtadsorptionsleistung in Kauf genommen werden muß. Das Mischungsverhältnis ist
hinsichtlich Kosten und Adsorptionsleistung optimal auf die Art,
Zusammensetzung und Menge des Prozeßstaubs angepaßt.
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Vorzugsweise
werden die Sorbentien so in den Abgasstrom gegeben und von diesem
mitgeführt,
daß die
Adsorption der schädlichen
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 Sorbentien, deren spezifische
Oberfläche
und deren Verweilzeit im Abgasstrom so eingestellt werden, daß ein im
Abgasstrom nach dem Entfernen der Sorbentien noch verbleibender
Restgehalt an schädlichen
Inhaltsstoffen die zulässige
Höchstgrenze
nicht überschreitet.
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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 schadstoffbeladenen Sorbentien selbst erfolgen
kann. Je nach Zusammensetzung, Art und Menge des Prozeßstoffes
kann Braunkohlenkoks und Zeolith in einem Mischungsverhältnis von
30 zu 70 bis 70 zu 30 dem Abgasstrom aufgegeben werden.
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Da
die Adsorptionskapazität
auch von der Korngröße des Sorbens
abhängt,
ist es zweckmäßig, das
Sorbens möglichst
feinkörnig,
ggf. staubförmig
in den Abgasstrom einzuführen.
Die durchschnittliche Korngröße sollte
vorteilhafterweise weniger oder gleich 0,5 mm betragen, ggf. sogar
weniger oder gleich 0,1 mm.
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Diese
geringe Korngröße hat zudem
den Vorteil, daß die
Mindestgeschwindigkeit, 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 Sorbentien 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 Feinheit der Sorbentien
der äußere Stofftransport
der Schadstoffe zum Sorbens verbessert werden, wodurch die gleiche
Reinigungsleistung auch bei geringeren Verweilzeiten in der Reaktionsstrecke
erreicht werden kann. Die Zugabe der Sorbensmischung soll vorteilhafterweise
entgegen der Abgasströmung
ausgerichtet sein, wodurch auf kürzester
Strecke eine effektive Verteilung der Koksstaubpartikel im Abgasstrom
des Kanalquerschnitts zu erreichen ist. Ein weiterer Vorteil dieser
Ausführung
ist, daß durch
die hohen Relativgeschwindigkeiten zwischen Sorbens und der Abgasströmung die
Bedingungen für
die Schadstoffabscheidung wesentlich verbessert werden.
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Das
Mischungsverhältnis
der Sorbentien mit dem im Abgasstrom enthaltenen Prozeßstaub kann zwischen
5 zu 95 und 95 zu 5 betragen.
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Wie
bereits vorstehend erwähnt
ist eine Vorentstaubung bei dem Verfahren gemäß der Erfindung weder erforderlich
noch erwünscht.
Der im Abgas enthaltene Prozeßstaub
kann mit den Sorbentien gemeinsam in einem Elektrofilter oder Tuchfilter
aus dem Abgasstrom entfernt werden.
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Die
mit der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird weiterhin gelöst durch
ein staubförmiges Sorbens
zur trockenen Reinigung von Abgas aus thermischen Prozessen, insbesondere
zur Reinigung von Sinterabgasen, mit oberflächenaktiven Substanzen aus
der Gruppe Aktivkohle und/oder Braunkohlenkoks, gekennzeichnet durch
einen staubförmigen inertisierenden
Zusatz aus der Gruppe der Zeolithe. Als nicht inerter Bestandteil
in dem Sorbens kann Braunkohlen-Herdofenkoks Anwendung finden.
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Als
Zeolithe finden vorzugsweise natürlich vorkommende
Zeolithe Anwendung.
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Die
durchschnittliche Korngröße der Mischung
beträgt
zweckmäßigerweise
weniger oder gleich 0,5 mm, vorzugsweise weniger oder gleich 0,1 mm.
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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 dargestellt.
Es zeigen:
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1 das
Fließschema
eines Verfahrens zur Abgasreinigung einer Sinterbandanlage,
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2 im
Querschnitt einen Abschnitt der Reaktionsstrecke mit darin angeordneten
Einblasdüsen für das Sorbens,
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3 einen
Schnitt nach der Linie III-III in 2 Das aus
der Sinterbandanlage 1 abgesaugte Prozeßgas 2, welches mit
schädlichen
Inhaltsstoffen beladen ist, durchläuft mit einer Temperatur oberhalb des
Taupunkts und einer Geschwindigkeit 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
intensiv vermischt wird. Zu diesem Zweck ist am Beginn der Reaktionsstrecke 3 eine
Zugabeeinrichtung 4 für
die Sorbentien angeordnet. Zur innigen Vermischung und gleichmäßigen Verteilung
der Sorbentien im Abgasstrom über
den Querschnitt der die Reaktionsstrecke 3 bildenden Leitung
werden die Sorbentien an mehreren Stellen in den Abgasstrom eingetragen.
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Die 2 und 3 zeigen,
daß bei
dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel die Sorbentien
in wenigstens einer Ebene der Reaktionsstrecke 3 durch 4 über den
Querschnitt verteilte Einblasdüsen 14 in
den Abgasstrom eingeblasen werden, und zwar entgegen der Strömungsrichtung 16 desselben.
Abweichend von der Darstellung der Zeichnung können die Sorbentien auch unter
einem anderen Winkel zur Strömungsrichtung 16 bzw.
zur Längsachse
und/oder in mehreren in Strömungsrichtung
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 eingestellt, so daß je
nach Art, Menge und Zusammensetzung des im Abgasstrom enthaltenen
Prozeßstaubs
eine Inertisierung der Feststoffe gewährleistet ist.
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Nach
Passieren der Reaktionsstrecke 3 tritt das Abgas in das
zur Staubabscheidung vorgesehene Elektrofilter 5 ein, dem
ein beispielsweise als Zyklon ausgebildeter Vorabscheider 6 vorgeschaltet
ist, in welchem die gröberen
Kornfraktionen abgetrennt werden. Die nach dem Vorabscheider 6 verbleibende Staubfracht
wird in den elektrischen Feldern des Elektrofilters 5 abgeschieden.
Das von Schadstoffen zumindest teilweise befreite Abgas 7 wird über ein Gebläse 8 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 11 dem Sinterprozeß vollständig oder ggf. auch teilweise
zugeführt.
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Die
Reaktionsstrecke 3 kann somit als Flugstromreaktor aufgefaßt werden.
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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.
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- 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