DE2514198A1 - Verfahren zur beseitigung von abfallstoffen - Google Patents

Verfahren zur beseitigung von abfallstoffen

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DE2514198A1 DE19752514198 DE2514198A DE2514198A1 DE 2514198 A1 DE2514198 A1 DE 2514198A1 DE 19752514198 DE19752514198 DE 19752514198 DE 2514198 A DE2514198 A DE 2514198A DE 2514198 A1 DE2514198 A1 DE 2514198A1
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Description

25U198
LINDE AKTIENGESELLSCHAFT
(EA 257) H 75/19
La/Vo 27.5.1975
Verfahren zur Beseitigung von Abfall Stoffen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beseitigung von Kohlenstoffverbindungen und umweltsehädliehe Substanzen, insbesondere Schwefelverbindungen, enthaltenden Abfallstoffen, durch Verbrennung, wobei das bei der Verbrennung anfallende Rauchgas gekühlt und anschließend einer physikalischen oder chemischen Wäsche zur Abtrennung von im Rauchgas noch enthaltenden Schadstoffen, insbesondere von SO2, unterzogen wird.
Es ist bekannt geworden, flüssige oder feste, organische Verbindungen enthaltende Abfallstoffe zu verbrennen und im Rauchgas neben dem Verbrennungsprodukte CO2 noch enthaltene Schadstoffe, wie z.B. SO2, durch eine physikalische oder chemische
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Wäsche abzutrennen. Solche Verfahren werden z.B. auch in der ZellstoffIndustrie zur Beseitigung der bei der Zellstoffkochung anfallenden Ablauge angewandt (Wochenblatt für Papierfabrikation, 23/24, 1972, Seiten 91Off). Der für die Verbrennung erforderliche Sauerstoff wird hierbei in Form von Luftsauerstoff zugeführt. Da die Konzentration der Schadstoffe in den Rauchgasen und damit auch ihr Partialdruck in der Regel niedrig ist, sind bei diesen bekannten Verfahren an die Rauchgaswäsche und an das verwendete Waschmittel hohe Anforderungen zu stellen, um die Konzentration der Schadstoffe in dem die Wäsche verlassenden Restgas auf ein für die Umweltbelastung gerade noch tolerierbares Mindestmaß abzusenken. Die Wäsche findet daher entweder bei relativ tiefen Temperaturen statt, wozu Jedoch eine energieverzehrende Kühlung erforderlich ist, oder es müssen hochqualifizierte und somit teure Waschmittel verwendet werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein wirtschaftliches Verfahren zur Beseitigung von organische Verbindungen enthaltenden Abfallstoffen zu entwickeln.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Verbrennung der Abfallstoffe unter Zufuhr eines wesentlich stärker als Luft mit Sauerstoff angereicherten Gases erfolgt.
Durch die Verwendung eines wesentlich stärker als Luft mit Sauerstoff angereicherten Gases zur Verbrennung der Abfallstoffe gelingt es, die Konzentration und damit den Partialdruck
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der im Rauchgas enthaltenen Schadstoffe, z.B. des SO2, erheblich zu erhöhen und damit die Voraussetzungen für die anschließende Wäsche des Rauchgases zur Abtrennung der Schadstoffe wesentlich zu verbessern. Dies ist darauf zurückzuführen, daß der Verbrennungsvorgang nunmehr nicht mehr durch zusätzlich mit dem Sauerstoff zugeführten inerten Luftstickstoff belastet wird, der zu einer erheblichen Verdünnung des Rauchgases und somit zu einer wesentlichen Erniedrigung des Partialdrucks der Schadstoffe beiträgt. Es hat sich gezeigt, daß bei Verwendung beispielsweise von reinem Sauerstoff zur Verbrennung der Abfallstoffe die relative Konzentration der Schadstoffe im Rauchgas und somit der Partialdruck in erster Nährung auf etwa den fünffachen Wert ansteigt, wodurch sich die Bedingungen für die anschließende Rauchgaswäsche wesentlich verbessern.
Eine weitere vorteilhafte Steigerung des Partialdrucks der Schadstoffe, wie z.B. des SOp, im Rauchgas läßt sich erreichen, wenn nach einem weiteren Merkmal die Verbrennung der Abfallstoff e unter Überdruck erfolgt* So erhöht sich bei einer Verbrennung der Abfallstoffe unter einem Druck von beispielsweise 10 ata der Partialdruok dtr Schadstoffe im Rauchgas nooh einmal üb etwa da· Zehnfaohe«
Bei dieser daohlage kann al· Waschflüssigkeit Wasser verwendet werden. Die Löslichkeit des Wasser· reicht aus, u« z.B. das nunaehr unter hohen Partialdruok Ib Rauchgas enthaltene
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nahezu vollständig zu adsorbieren. Gegebenenfalls können aber auch MgO oder CaO als Waschmittel verwendet werden. Falls eine Nachwäsche erforderlich ist, können diese Waschmittel ebenfalls benutzt werden.
Ein weiterer Vorteil der Verbrennung der Abfallstoffe unter Überdruck liegt darin, daß der Abhitzekessel, in dem die bei der Verbrennung anfallende Wärmemenge an einen Wärmeträger, z.B. Wasserdampf abgegeben wird, wesentlich kleiner ausgebildet werden kann. Da die Heizfläche im Abhitzekessel proportional zu dem empirischen Paktor
(p. v) *' mit ρ » Druck des Rauchgases
ν » Geschwindigkeit des Rauchgases
verläuft, ergibt sich bei erhöhtem Druck eine Verringerung der erforderlichen Heizfläche zur Abführung der Abhitze.
Zur Kompensation zumindest eines Teiles der zur Verdichtung des Verbrennungssauerstoffs aufzubringenden Energie kann das bei der Wäsche anfallende gereinigte Restgas arbeiteleistend entspannt werden. Hierzu wird es mit Vorteil der Brennkammer einer Gasturbine zugeführt, dort im Wärmeaustausch mit heißen Verbrennungsgasen stark erwärmt und dann zusammen mit diesen in der Turbine arbeiteleistend entspannt. Durch die zusätzliche Entspannung des im wesentlichen aus COo bestehenden Restgases wird die Leistung der Gasturbine erheblich erhöht.
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Als besonders vorteilhaft erwelet es sich, wenn nach einem weiteren Merkmal der Erfindung die organischen Substanzen der Abfallstoffe unter Zufuhr eines stärker als Luft mit Sauerstoff angereicherten Gases nicht zu COp* sondern zunächst nur zu CO verbrannt werden und die weitere Verbrennung des CO zu COp unter Luftzufuhr erst in der Brennkammer der Gasturbine erfolgt. Hierdurch reduziert sich der Sauerstoffbedarf für die unmittelbare Verbrennung der Abfallstoffe um die Hälfte. Außerdem ist die Löslichkeit von CO in dem als Waschmittel benutzten Wasser wesentlich geringer als diejenige von COg· Weiterhin kann das CO nunmehr als billiger Brennstoff für die Gasturbine verwendet werden. Es ergibt sich somit eine erhebliche Einsparung an herkömmlichen Brennstoffen, wie z.B. Erdgas oder leichtem Heizöl, zum Betreiben der Gasturbine.
V/eitere Erläuterungen zu der Erfindung sind dem in der Figur schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel zu entnehmen.
In der Figur ist ein AusfUhrungabeispiel des erfindungegemäßen Verfahrens zur Beseitigung der Ablauge einer Zellstoff abrik dargestellt. Die Ablauge wird über eine Leitung 1 einem Wirbelschichtofen 2 zugeführt und in diesem in Gegenwart von reinem Sauerstoff oder stark mit Sauerstoff angereicherter Luft, welche in einem Kompressor JJ auf den Ofendtmsk: von etwa 10 ata verdichtet und über eine Leitung 4 dem '/r^us.' jh.■■»>.· ;:■
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zugeführt wird, verbrannt. Die Ofentemperatur beträgt etwa 1000° C. Die bei der Verbrennung anfallenden Rauchgase, die in erster Linie aus GO2, CO, Wasserdampf und SO2 und N2 bestehen, werden über eine Leitung 5 aus dem Wirbelschichtofen 2 abgezogen und einem Abhitzekessel 6 zugeführt, in dem sie im Wärmeaustausch mit einem noch zu beschreibenden Wasserkreislauf auf eine Temperatur von etwa 250° C abgekühlt werden. Während zur Verhinderung eines zu hohen Temperaturanstiegs ein Teil des Rauchgases zusammen mit dem im Rauchgas gegebenenfalls auch enthaltenen SO-, über eine Leitung 8 und ein Gebläse 9 in den Wirbelschichtofen 2 zurückgeführt wird, wird der Rest in einem Wärmeaustauscher 9 weiter auf etwa 4 bis 25° C abgekühlt und anschließend über eine Leitung 10 in eine Waschsäule 11 eingespeist, in der unter einem Druck von etwa 10 ata das SO2 aus dem Rauchgas ausgewaschen wird. Als Waschmittel wird Wasser verwendet, welohes über eine Leitung 12 zugeführt, in einem Kühler 15 auf eine Temperatur zwischen 0 und 10° C abgekühlt und dann über eine Leitung 14 in die Waschsäule 11 eingespeist wird. Das Sumpfprodukt der Waschsäule 11, in dem der größte Teil des im Rauchgas enthaltenen SO2 gelöst ist, wird teilweise über eine Leitung 15 dem benötigten Frischwasser zugemischt und zusammen mit diesem in den oberen Bereich der Waschsäule 11 zurückgeführt. Der Rest des Sumpfproduktes wird über eine Leitung 16 aus der Waschsäule 11 abgezogen. Er kann einer hier nicht gezeigten Anlage zur Widergewinnung des SOp zugeführt werden, welches dann als reines Endprodukt zur weiteren Verwendung zur Vu-fügung steht.
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Dadurch, daß die Verbrennung der Ablauge nicht mit Luftsauerstoff, sondern mit reinem oder teilweise reinem Sauerstoff erfolgt, ist das Rauchgas nicht mit einer großen Menge von inertem Stickstoff angereichert. Dies hat zur Folge, daß sich der Partialdruck des SOp im Rauchgas erheblich vergrößert. Eine weitere Steigerung des Partialdruckes wird durch die Verbrennung der Ablauge unter Überdruck erreicht. Es ergibt sich somit, daß durch die erfindungsgemäße Art und V/eise der Verbrennung ein Rauchgas anfällt, das sehr stark mit SO2 angereichert ist. Dies hat den Vorteil, daß die Wäsche zur Abtrennung des SO2 aus dem Rauchgas keine Schwierigkeiten bereitet und als Waschflüssigkeit Wasser verwendet werden kann.
Das Kopfprodukt der Waschsäule 11, eine sehr stark mit CO2 angereicherte Fraktion, wird unter einen Druck von etwa 10 ata im Wärmeaustauscher 9 gegen heiße Rauchgase aus dem Abhitzekessel 6 angewärmt, und über eine Leitung 17 der Brennkammer 13 einer Gasturbine zugeführt. In direktem Wärmeaustausch mit heißen Verbrennungsgasen, die durch die Verbrennung eines über eine Leitung 19 zugeführten Brennstoffe, wie Erdgas oder leichtes Heizöl, in Gegenwart von Luft, welche in einem Kompressor 20 auf etwa 10 ata verdichtet und über eine Leitung 21 der Brennkammer 18 zugeführt wird, entstehen, wird das Kopfprodukt weiter aufgeheizt und dann zusammen mit den Verbrennungsgasen in einer Turbine 22 arbeiteleistend entspannt. Die in der Turbine freigesetzte
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Energie wird teilweise zum Antrieb des Sauerstoffkompressors 3> teilweise zum Antrieb des Luftkompressors 20 und restlich zum Betreiben eines Generators 23 verbraucht. Die in dem arbeitsleistend entspannten Gas noch enthaltene Abwärme wird in einem Wärmeaustauscher 24 an einen Speisewasserkreislauf abgegeben.
Durch die zusätzliche Entspannung des gereinigten Rauchgases in der Turbine 22 gelingt es, einen großen Teil der im Kompressor 3 zur Verdichtung des Sauerstoffs benötigten Energie wieder zurückzugewinnen. Zusätzlich wirkt sich auf die Energiebilanz positiv aus, daß im Kompressor 3 Sauerstoff, also ein Gas mit niedrigem C (C « spezifische Wärme bei konstanten Druck), verdichtet wird und in der Turbine 22 zusätzlich zu den Verbrennungsgas en CO2* also ein Gas mit hohem C , entspannt wird.
Die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren anfallenden Abwärmen werden durch einen Speisewaaserkrelelauf abgeführt. Hierbei wird das Speisewasser unter einem Druck von etwa 130 ata Über eine Leitung 25 der Anlage zugeführt und in Wäreeaustauscher 24 durch Aufnahme der Abwärme des in der Turbine 22 arbeitsleistend entspannten Gases erwärmt. Die weitere Aufheizung des Speisewassers erfolgt in einer Rohrschlange 26 ds· AbhitBekessels 6 durch Aufnähe« des größten Teils der bsi der Verbrennung der Ablauge im Wirbelschichtofen anfallenden Verbrennungswärme. Anschließend passiert das Speisewasser sins in der Brtnnkasswr 10 angeordnete
Rohrschlange 27 und wird in Wäreeauatausoh alt hsiSen Verbrennung* gasen auf eine Endteiiperatur von etwa 5300 C angewäret» Unter
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Λ-
dieser Temperatur wird das Speisewasser nunmehr als überhitzter Sattdampf über eine Leitung 28 aus der Anlage abgezogen und kann für Heizzwecke oder andere Maßnahmen, wie zur Erzeugung von Energie in einer Dampfturbine,weiterverwendet werden.
Durch die Konzeption des Speisewasserkreislaufes gelingt es somit alle im Verfahren anfallenden Abwärmen nutzbar zu machen. Insbesondere braucht die auf relativ niedrigem Temperaturniveau anfallende Abwärme der Gasturbine 22 nicht ungenutzt abgegeben zu werden, wodurch sich die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens erheblich erhöht.
Falls aus irgendwelchen Gründen einmal nicht genügend reiner oder teilweise reiner Sauerstoff für die Verbrennung im Wirbelschichtofen 2 zur Verfügung stehen sollte, kann der Fehlbedarf durch komprimierten Luftsauerstoff gedeckt werden, welcher über eine Leitung 29 vom Ausgang des Kompressors 20 abgezogen und in die Sauerstoffleitung 4 eingespeist wird.
Eine weitere, sich durch besonders große Wirtschaftlichkeit auszeichnende Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, die in der Ablauge enthaltenen organischen Substanzen unter Zufuhr von reinem oder teilweise reinem Sauerstoff im Wirbelschichtofen 2 nicht zu CO2, sondern zunächst nur zu CO zu verbrennen. In diesem Falle erniedrigt sich der Sauerstoff bedarf für die Verbrennung um rund die Hälfte. Außerdem besitzt CO eine wesentlich geringere Löslichkeit im Wasser als CO2, so
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daJ3 sich diese Maßnahme auch für die Wäsche der nunmehr mit CO und SO2 angereicherten Rauchgase günstig auswirkt. Das im Kopf der Waschsäule anfallende CO-haltige Restgas wird erst in der Brennkammer 18 der Gasturbine unter Luftzufuhr zu CO2 verbrannt. Auf diese Weise braucht die Brennkammer nicht mit fremden Energieträgern, wie Erdgas oder leichtem Heizöl, aufgeheizt zu werden. Vielmehr wird hier unmittelbar ein Teil des Heizwertes der im Wirbelschichtofen anfallenden Abfallstoffe verwendet. Da bei der Verbrennung von Kohlenstoff zu CO nur rund 30 % des Brennwertes der Brennung von Kohlenstoff zu COg ausgenutzt werden, kommen die restlichen 70 % erst unmittelbar in der Brennkammer der Gasturbine zum Tragen. Durch diese Variante des erfindungs gemäßen Verfahrene gelingt es somit, auf indirekte Welse einen erheblichen Teil dee Brennwertes eines Abfallstoffes zum Betrei ben einer Gasturbine auszunutzen, nMmlieh rund 70 #, ohne daß die Gasturbine duroh bei der Verbrennung der Abfallstoffe mit anfallende Schadstoffe in Ihrer Wirkungsweise beeinträchtigt würde.
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Claims (1)

  1. 25H198
    LINDE AKTIENGESELLSCHAFT
    (EA 257) -*C- H 75/19
    La/Vo
    -JW" 27.3.1975
    Patentansprüche
    l.\ Verfahren zur Beseitigung von Kohlenstoffverbindungen und umweltschädliche Substanzen, insbesondere Schwefelverbindungen, enthaltende Abfallstoffe durch Verbrennung, wobei das bei der Verbrennung anfallende Rauchgas gekühlt und anschließend einer physikalischen oder chemischen Wäsche zur Abtrennung von im Rauchgas noch enthaltenen Schadstoffen, insbesondere von SO2* unterzogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennung der Abfallstoffe unter Zufuhr eines wesentlich stärker als Luft mit Sauerstoff angereicherten Gases erfolgt.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verbrennung nahezu reiner Sauerstoff verwendet wird*
    3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennung der Abfallstoffβ unter überdruck erfolgt.
    k. Verfahren nach einem der Ansprüohe 1 bia 3# dadurch gekennzeichnet, daß als Waschmittel für die Rauchgaswasehe Wasser verwendet wird.
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    2b H 198
    LINDE AKTIENGESELLSCHAFT
    5· Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn-■ . zeichnet, daß sich an die Rauchgaswasehe eine Nachwäsche unter Verwendung von MgO oder CaO als Waschmittel anschließt.
    6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Rauchgas enthaltenes SO-, abgetrennt und in den Ofen zurückgeführt wird.
    7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das bei der Wäsche anfallende Restgas in der
    Brennkammer einer Gasturbine erwärmt und daraufhin arbeits-Ieistend entspannt wird.
    8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Abwärme der Gasturbine zur Vorwärmung von hochgepumpten Speisewasser herangezogen wird, welches dann unter Aufnahme der bei der Verbrennung der Abfallstoffe anfallenden Abhitze weiter erwärmt und echließlich in der Brennkammer der Gasturbine überhitzt wird.
    9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn zeichnet, daß die in den Abfallstoffen enthaltenen organischen Substanzen lediglich zu CO verbrannt werden, daß das im gereinigten Hestgas der Wäsche enthaltene CO in der Brennkammer der Gaeturbine unter Zufuhr von Luft zu CO2 verbrannt wird und daß das anfallende CO2 in der Turbine arbeitsleistend entspannt wird.
    609842/0058
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