DE2542537C2

DE2542537C2 -

Info

Publication number: DE2542537C2
Application number: DE19752542537
Authority: DE
Inventors: Horst 8763 Klingenberg Langhans
Original assignee: Verfahren zur Abscheidung feinster Stäube aus heißen ProzeBabgasen, insbesondere zur Abscheidung feinster Ruß. teilchen HOBEG Hochtemperaturreaktor- Brennelement GmbH, 6450 Hanau
Priority date: 1975-09-24
Filing date: 1975-09-24
Publication date: 1977-12-01
Also published as: DE2542537B1

Description

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Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren, das es ermöglicht, Staubteilchen in Kornbereichen bis 10-⁸ m, die von sich aus nicht zum Agglomerieren neigen, bei geringer bis sehr hoher Feststoffbeladung aus heißen Prozeßabgasen mittels Fliehkraftentstaubern (Zyklonen) unter Zusatz von Agglomerationshilfen abzuscheiden. Dieses Verfahren wird insbesondere benötigt für die Abscheidung feinster Rußteilchen, die in der Kernenergietechnik bei der Beschichtung von Schwermetallteilchen mit pyrolytischem Kohlenstoff durch thermische Dissoziation von Kohlenwasserstoffen bei sehr hohen Temperaturen entstehen und mit dem Abgas aus dem Wirbelbett-Reaktor als radioaktiv kontaminierte Abfallstoffe ausgetragen werden.

Es ist bekannt, daß Zyklone für staubförmige Stoffe bis zu einem Grenzkorn von ΙΟ-⁵ m, in Ausnahmefällen auch bis 3 χ 10-⁶ m sehr gute Abscheidewirkungsgrade aufweisen, daß jedoch bei feineren Stäuben der Wirkungsgrad stark abfällt. Um solche Stäube wirkungsvoll abzuscheiden, geht man auf andere bekannte Entstaubungsverfahren über, wie z. B. Gaswäscher, feinporige Siebfilter oder Elektrofilter.

Bei den Gaswäschern werden die Staubteilchen durch ein hohes Flüssigkeitsangebot im Abscheideraum vom Flüssigkeitsnebel eingefangen und in den Tröpfchen abgeschieden. Sie liegen nach der Abscheidung als Schlamm bzw. Suspension vor. Bei Gaswäschern werden in der Regel als Sprühtürme ausgebildete Apparate verwendet.

Auch sogenannte Venturiwäscher werden angewendet, führen aber zu einem Rückstau im Abgas und zu sehr feuchtem Abscheidegut.

Diese nassen Auswaschverfahren haben den Nachteil, daß relativ große Flüssigkeitsmengen zum Auswaschen der Staubteilchen benötigt werden und der abgeschiedene Staub als Schlamm vorliegt bzw. sehr feucht ist. Dies kann bei der anschließenden Weiterverarbeitung zu Schwierigkeiten führen, insbesondere bei der Weiterverarbeitung von abgeschiedenen Rußteilchen durch Verbrennung.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, feine Staubpartikeln, insbesondere Rußpartikeln mit einem Kornspektrum von 10-⁸ bis 2xl0"⁷m, die in heißen Prozeßabgasen mit Beladungen von ca. 0,04 bis ca. 030 kg Feststoff je kg Abgas mitgeführt werden und nur sehr schwache Agglomerationsneigung zeigen, in eine solche Konsistenz zu bringen, daß eit.e wirkungsvolle Fliehkraftentstaubung in Zyklonen möglich wird, und das abgeschiedene Gut bei wirtschaftlichem Aufwand rückstandsfrei beseitigt bzw. verbrannt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß dem Abgas bei der Einleitung in einen Zyklon eine Menge von 0,75—1,5 kg einer Flüssigkeit pro kg enthaltenen Staub zur Agglomeration der Staubteilchen eingesprüht wird.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erreicht man auch bei sehr feinen Staubteilchen Abscheidewirkungsgrade von weit über 90%, während ohne Verwendung von Agglomerationshilfen sich Abscheidewirkungsgrade von maximal 25% ergeben.

Der wesentliche Unterschied des erfindungsgemäßen Verfahrens zu den bisher bekannten Auswaschverfahren besteht darin, daß durch das Einsprühen nur minimaler Flüssigkeitsmengen Agglomerationskeime erzeugt werden, an denen sich die Feststoffteilchen anlagern, bis sie eine kritische Größe erreichen und mittels Fliehkraft im Zyklon abgeschieden werden können. Das abgeschiedene Gut ist daher relativ trocken.

Geeignete Agglornerationshilfen sind in die Abgasstrecke eingesprühte Flüssigkeitsnebel, im einfachsten Falle Wasser, Wasserdampf oder Wasser mit Zusätzen zur Senkung der Kohäsionskräfte im Wasser, wie Melasse, Pentaerythrit, Glycose oder Glycerin, welche die Wasserzerstäubung fördern. Bei der Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe zeigte sich, daß speziell mit solchen Additiven versetztes Wasser bestens geeignet ist, insbesondere für eine nach der Abscheidung folgenden Verbrennung des abgeschiedenen Gutes. Die erforderliche Menge des Agglomerationsmittelzusatzes liegt je nach den eingestellten Betriebsparametern zwischen 0,75 und 1,5 kg Flüssigkeit je 1 kg im Abgas mitgeführtem Ruß oder sonstigen Staubpartikeln. Bei Wasser oder wäßrigen Lösungen liegt sie vorzugsweise zwischen 1,0 und 1,5 kg/kg Staub. Niedrigere Flüssigkeitsmengen bewirken eine absinkende Agglomerationsneigung der Partikeln; wesentlich über 1,5 kg hinausgehende Flüssigkeitsmengen führen zu unerwünschten Wandbelegungen in den Zyklonen.

Für Stäube, die bei Wasserzusatz nicht ausreichend agglomerieren, d. h. Stäube, die Wasser oder Wasserlösungen nicht annehmen, ist die Zugabe von organischen Lösungsmitteln, Alkoholen und ölen, wie z. B. Methanol, Isopropanol, Petroleum oder Gasöl empfehlenswert, die in diesem Fall weit bessere Agglomerationsergebnisse liefern als die auf Wasser basierenden Agglomerationshilfen. Die erforderliche Menge an solchen Lösungsmitteln liegt hier bei 0,75 bis 1,1 kg Lösungsmittel/l kg Staub im Abgas. Ihre Anwendung ist jedoch durch eventuelle störende Einflüsse auf den Verfahrensablauf häufig nur bedingt möglich.

Vorzugsweise werden die staubbeladenen Abgase durch mehrere hintereinandergeschaltete Agglomerationszyklone unter Zusatz von Agglomerationshilfen

mit verbessertem Wirkungsgrad abgeschieden, wenn der im I.Zyklon entfernte Staubanteil dem 2.Zyklon zusammen mit dem nicht abscheidbaren Feinnmeil aufgegeben wird, dort weiter agglomeriert ui auf gleiche Weise einer oder mehreren noch folgenden Agglomerationsstufen zugeführt wird, bis die gewünschte Abscheideleistung erreicht wird.

Anwendbar ist diese Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens jedoch nur, wenn übei ein für mehrere Stufen ausreichendes Druckgefälle verfügt werden kann. Bei der Rückführung des Agglomerats zum Feinanteil haben sich Förderschnecken mit geringfügig negativer Steigung von der Aufgabe zum Austrag hin bewährt. Der darin geförderte, !ockere, zur Wiederarflösung neigende Agglomerationsverband i$ tritt, bewirkt durch den Kompressionscharakter solcher Schnecken, in leicht verfestigter Form in den nächsten Zyklon ein.

Die Verwendung flüssiger Agglomerationshilfen bringt zusätzlich einen bei heißen Prozeßabgasen häufig erwünschten Abkühleffekt durch Entzug von Verdampfungswärme aus dem Abgas.

Zur näheren Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens dienen die folgenden Beispiele, wobei das Abgas jeweils aus einem Gemisch von Argon, Wasserstoff, Methan und anderen Kohlenwasserstoffen bestand.

Die Abscheidung erfolgte jeweils im Zeitraum von 20 Minuten, bei einer Betriebstemperatur im Reaktor von 1450⁰C und einer Abgastemperatur von 420°C unmittelbar vor dem Eintritt in die Zyklone. Die Rußbeladung des Abgases, ausgedrückt in kg Feststoff pro kg Abgas, lag jeweils bei einem Verhältnis von 0,276, das gesamte für die Zyklon-Abscheidung in Frage kommende Rußangebot bei 284 g, in einem Korngrößenbereich von IO-⁷ bis 10-⁸ m.

Beispiel 1

Es wurden 2 Zyklone direkt hintereinandergeschaltet und ohne jeden Zusatz von Flüssigkeiten als Agglomerationshilfe betrieben. Von den zur Abscheidung angebotenen 284 g Ruß konnten dabei im Mittel 67,3 g entsprechend einem Wirkungsgrad von 23,7% abgeschieden werden.

Beispiel 2

In der Anordnung gemäß Beispiel 1 wurde dem Abgas mittels einer Einstoff-Drall-Zerstäuberdüse IO°/oige Zuckerlösung im Verhältnis 1,15 kg Lösung/ 1 kg im Abgas mitgeführtem Ruß zugesetzt. Der erzielbare Abscheidegrad lag im Mittel bei 264,7 g abgeschiedenem Ruß von 284 g abscheidbarem, was einem Abscheidewirkungsgrad von 93,2% entspricht.

Beispiel 3

Bei diesem Beispiel wurde wie im Beispiel 2 pro kg Ruß 1,25 kg Zuckerlösung eingedüsl und zusätzlich der im ersten Zyklon abgeschiedene Ruß mit einem Kompressionsschneckenförderer dem zweiten Zyklon wieder zugeführt. Dabei wurde der optimale Abscheidegrad von durchschnittlich 96,1% erreicht, d. h. von 284 g angebotenem Ruß konnten 273 g abgeschieden werden.

Auf die gleiche Weise wie Rußpartikeln können auch andere Staubpartikeln mit dem erfindungsgemäßen Verfahren aus Abgasen abgeschieden werden.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Abscheidung feinster Stäube aus heißen Prozeßabgasen, insbesondere zur Abscheidung feinster Rußteilchen, durch Fliehkraftabscheidung unter Zusatz von Flüssigkeiten in einem oder mehreren hintereinandergeschalteten Zykionen, dadurch gekennzeichnet, daß in das Abgas bei der Einleitung in einen ersten Zyklon eine Menge von 0,75— 1,5 kg einer Flüssigkeit pro kg enthaltenen Staub zur Agglomeration der Staubteilchen eingesprüht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Wasser oder eine wäßrige Lösung als Agglomerationsflüssigkeit in einer Menge von 1,0—1,5 kg pro kg enthaltenen Staub eingesprüht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein organisches chemisches Lösungsmittel in einer Menge von 0,75—1,1 kg pro kg enthaltenen Staub eingespriiht wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der im ersten Zyklon abgeschiedene Staub in einen weiteren Zyklon eingetragen wird, der vom Abgas nach Verlassen des ersten Zyklons durchströmt wird.