DE2636374A1

DE2636374A1 - Verfahren und vorrichtung zur reinigung von abgas

Info

Publication number: DE2636374A1
Application number: DE19762636374
Authority: DE
Inventors: Eiichi Ando; Naoichi Oshida
Original assignee: SATO GIJUTSU KENKYUSHO KK; Shinagawa Furnace Co Ltd
Current assignee: SATO GIJUTSU KENKYUSHO KK; Shinagawa Furnace Co Ltd
Priority date: 1975-08-14
Filing date: 1976-08-12
Publication date: 1977-02-17
Also published as: JPS5238459A; JPS532828B2; DE2636374C2; AU499570B1; US4076504A

Description

Dr. F. Zumstein sen. - Cr. E. Assmann - Cr. R. Koenigsberger Dipl.-Phys. R. Holzbauer - Dipl.-Ing. F. Klingseisen - Dr. F. Zumstein jun.

PATENTANWÄLTE

8 MÜNCHEN 2, PA Dr. Zumateln et al, 8 München 2, BrauhausstraBe 4 BRÄUHAUSSTRASSE 4

TEUEFON: SAMMEL-NR 225341 TELEGRAMME: ZUMPAT TFIFX 529979

6/Li

Case 98113

Kabushiki Kaisha Sato Gijutsu Kenkyusho, Fujisawa Shinagawa Furnace Co.,Ltd., Tokyo

Verfahren und Vorrichtung zur Reinigung von Abgas

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Reinigen von Abgasen von unterschiedlichen Industrieanlagen und Maschinen, die giftige Bestandteile, wie übelriechende Substanzen, unverbrannte Substanzen, brennbare Substanzen usw., enthalten.

Bisher sind mehrere Verfahren zum Reinigen von Abgas entwickelt worden, die entsprechend der Art des zu behandelnden Abgases ausgelegt und abgewandelt worden sind. Diese Verfahren lassen sich in die nachstehenden Gruppen unterteilen: Waschen, Verbrennung, Adsorption, chemische Desodorierung und Bodenzerrüttungsoxydation.

Bei diesen Verfahrensweisen zum Reinigen von Abgasen ergeben sich bei der Verbrennung bessere..Resultate als bei anderen

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POSTSCHECKKONTO: MÜNCHEN 91139-809, BLZ 7OO1O08O · BANKKONTO: BANKHAUS H. AUFHÄUSER KTO.-NR. 397 997, BLZ 70O306CO

Gruppen, und innerhalb der verschiedenen Verbrennungsmethoden ist die direkte Verbrennung effektiver als die katalytische Verbrennung.

Bei der bekannten direkten Verbrennung wird ein Abgas mit Hilfe einer Gas- oder Ölbrennerbefeuerung in einer Brennkammer (Reaktionskammer) erwärmt, und die giftigen Bestandteile in dem Gas werden verbrannt oder thermisch zersetzt. Das hierbei anfallende Heißgas wird zu einem Wärmeaustauscher geleitet, der eine Vorwärmung des ursprünglichen Abgases zur Brennstoffersparnis ermöglicht.

Da die Wärmeersparnisrate jedoch bei metallischen Wärmeaustauschern mit vielen Kanälen, die hierbei meistens angewendet werden, sich auf niedrige Werte, wie 20 bis 45% beläuft, wird unvermeidlich Gas bei relativ hohen Temperaturen von diesen Wärmeaustauschern abgegeben. Wenn darauffolgend SOx und NOx beseitigt und abgeführt werden sollen, muß das Gas mit Hilfe einer Kühleinrichtung abgekühlt werden, bevor es in Naßentschwefelungs- und Denitrierungseinrichtungen eingeleitet wird. Zusätzlich wird der wärmebeständige oder warmfeste Stahl, der für die Auslegung der Wärmeaustauscher benötigt wird, schnell durch die Alkalioxide, Alkalisulfate, Schwefeloxide, Vanadiumoxide und andere erodierende Substanzen erodiert. An den metallischen Flächen abgelagerter Staub bewirkt eine Senkung des Wärmeaustauschwirkungsgrades, und diese Ablagerungen müssen von Zeit zu Zeit bei einer Reinigung beseitigt werden. Wenn das Gas derartige Substanzen enthält, sind bekannte metallische Wärmeaustauscher nahezu ungeeignet.

Um eine maximale Gasreinigungswirkung bei einer direkten Verbrennung erzielen zu können, sollte das Abgas, das die Brennkammer (Reaktionskammer) durchströmt, bei einer optimalen Tem peratur während einer ausreichenden Verweilzeit, die zur Beendigung der Desoßäorierungsreaktion erforderlich ist, belassen

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werden. Aus diesem Grunde muß ein ziemlich großer Innenraum der Brennkammer auf eine beträchtlich hohe Temperatur aufgeheizt und bei dieser Temperatur belassen werden.

Wenn der Wirkungsgrad des Wärmeaustauschers niedrig liegt, nehmen der Brennstoffverbrauch und die Betriebskosten unvermeidbar zu.

Wenn das Gas durch eine Brennerbefeuerung erwärmt wird, bildet die Flamme die von der Brennerdüse ausgeht, einen örtlichen Strom mit extrem hohen Temperaturen in der Brennkammer. Dies zieht meist eine ungleichmäßige Gastemperaturverteilung in der Kammer nach sich.

Die Erfindung zielt darauf ab*, diese Nachteile zu beseitigen.

Erfindungsgemäß zeichnet sich ein Verfahren oder eine Vorrichtung zum Reinigen von Abgas en dadurch aus, daß ein Schachtofen mit Kugeln oder Pellets aus feuerbeständigem oder metallischem Material als Wärmeregenerierungsmedium aufgefüllt ist, daß eine Zone gebildet wird, in der die Kugeln oder Pellets bei gegenseitiger Vermischung sich nach unten bewegen, d.h. eine sogenannte "aktive Bewegungszone", die unterhalb einer vorgegebenen Höhe während der Bewegung nach unten angeordnet ist, daß ein Abgas · in den unteren Abschnitt der aktiven Bewegungszone bei ausreichend hohen Temperaturen eingeleitet wird und durch die Hohlräume des warmen Füllmaterials nach oben strömt, daß das Gas durch die aktive Bewegung der Pellets vermischt und in Bewegung versetzt wird- und Wärme von der Oberfläche der heißen Pellets absorbiert, so daß sich eine gleichmäßige Verteilung der Gas strömung ergibt ,und daß die giftigen Bestandteile in dem Gas während Gasreinigungsreaktionen oxidiert und zersetzt werden,die an den Grenzflächen zwischen Gas und Feststoff vorteilhafterweise ablaufen.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist ein beträchtlicher Vorteil in der Ausnutzung der aktiven Bewegung der Pellets

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in der aktiven Bewegungszone zu sehen. Diese Maßnahme ermöglicht eine gleichmäßige Verteilung der Gastemperatur des Druckes und der Strömung, und zusätzlich ist die für das Gas erforderliche Zeit zum Passieren der Hohlräume des Füllmaterials ausreichend verlängert. Somit können der Wärmeinhalt des Gases und die Reaktionswärme der brennbaren Bestandteile zur Erwärmung der Pellets oder Kugeln effektiv ausgenutzt werden, d.h. diese dienen als Warmeregenerierungsmedium während der Abwärtsbewegung im oberen Teil der "aktiven Bewegungszone", so daß sich der Wärmeaustauschwirkungsgrad und die Wärmeaustauschleistung des Schachtofens wesentlich verbessern lassen. Demzufolge läßt sich der Brennstoffverbrauch für den Ofen auf ein Minimum reduzieren, oder es wird sogar gar kein Brennstoff benötigt, so daß das Verfahren mit extrem niedrigen Betriebskosten ausgeführt weren kann.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung liegt darin, daß ein Flammenrückschlag oder ein Nachbrennen völlig durch die zahlreichen kleinen Poren bzw. Hohlräume in dem Füllmaterial beseitigt werden kann, so daß sich eine wesentlich sicherere Betriebsweise gewährleisten läßt.

Noch ein Merkmal der Erfindung besteht darin, daß der Schachtofen aus drei teilen, einem oberen, einem dazwischen liegenden und einem unteren Schacht zusammengesetzt ist,deren Ofenwände ungefähr in Höhe des Heißgaseinlasses und der Verzweigungsleitungen für den Gasauslaß entsprechend verbunden sind, und daß eine Verbindung mit einer Temperatursteuerkammer mit einer Brennerbefeuerung vorgesehen ist. Die Kammer ist mit dem Schachtofen über eine Heißgasleitung am Oberteil und mit einer Abzweiggasleitung am Bodenteil, wie in den Ausführungsbeispielen beschrieben, verbunden. Durch die Einstellung eines Schiebers, der in der Abzweiggasleitung oder in der Heißgasleitung angeordnet ist, läßt sich die Menge des Heißgases von den abzweigenden Gasauslässen, die durch die Brennerbefeuerung erwärmt wer-

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den und in den oberen Schacht über Heißgaseinlässe eingeleitet wird, einfach regeln, so daß eine optimale Temperaturverteilung im oberen Schacht erzielt wird. Wenn eine derartige · Erwärmung des Gases nicht erforderlich ist, kann die Gesamtmenge des Gases nach unten über die drei Teile des Schachtes bei geschlossenem Schieber strömen.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist darin zu sehen, daß Kugeln bzw. Pellets als Wärmeregenerierungsmedium kontinuierlich vom Ofenboden abgezogen und am Oberteil wieder eingegeben werden. Somit läßt sich auch kontinuierlich der Staub abführen, der in den Ofen mit dem Abgas gelangt ist, so daß sich ein hoher Reinigungsgrad und eine ausgezeichnete Wärmeausnutzung ohne regelmäßige Reinigung des Ofens gewährleisten lassen.

Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung an bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1 ist eine Vertikalschnittansicht einer Einrichtung zum Reinigen von Abgas gemäß der Erfindung;

Fig. 2 ist eine Schnittansicht entlang der Linie II-II in Fig. 1;

Fig. 3 ist eine Schnittansicht entlang der Linie III-III in Fig. 1;

Fig. 4 ist eine Schnittansicht entlang der Linie IV-IV in Fig. 1;

Fig. 5 ist eine Vertikalschnittansicht eines Schachtofens gemäß der Erfindung, anhand welcher die Bewegung der Kugeln bzw. Pellets während einer kontinuierlichen Abwärtsbewegung erläutert ist; und

Fig. 6 ist eine Vertikalschnittansicht einer Ausführungsform einer Einrichtung zum Abführen der Kugeln bzw. Pellets.

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In den Fig. 1 bis 4 sind Schnittansichten des Grundaufbaus einer Vorrichtung zur Reinigung von Abgasen gemäß der Erfindung dargestellt, während in Fig. 5 die Bewegung der Kugeln bzw. Pellets als Wärmeregenerierungsmedium veranschaulicht ist, die in dem Schachtofen enthalten^jsjLnd undsichι kontinuierlich, bewegen. " Der gesamte Schachtofen 2 mit einem runden Querschnitt ist aus drei Teilstücken, einem unteren Schacht 14, einem Zwischenschacht 15 und einem oberen Schacht 16 zusammengesetzt. Der Schachtofen 2 ist mit einem Wärmeregenerierungsmedium 1, wie z.B. Kugeln oder Pellets aus feuerbeständigem Material, wie Metalloxide, Metalle usw, aufgefüllt, die eine ~ Füllstoffsäule 3 bilden. Das dem Boden des Schachtofens 2 zugewandte Ende weist eine gasdichte Verbindung mit einem ersten Abzugstrichter 6 auf, der eine Kugelabzugseinrichtung 5 (z.B. eine Abzugseinrichtung mit einer bekannten Schnecke) und mehrere Abgaseinlässe 7 aufweist, die in entsprechenden Abständen an der Mantelwand angeordnet sind. Der zweite Abzugstrichter 18 mit einer Abzugsschleuse 10 und der dritte Abzugstrichter 20 mit einer Abzugsschleuse 19 sind in Serie zu dem ersten Abzugstrichter 6 geschaltet. Am Oberteil des Schachtofens 2 ist eine Abgasleitung 21 angeschlossen, während im unteren Abschnitt der Leitung 21 bzw. des Abzugschachtes 21 eine Schüttrinne 22 vorgesehen ist, die mit einer Beschickungseinrichtung 8 für die Kugeln bzw. Pellets verbunden ist. Das Wärmeregenerierungsmedium am Boden des Schachtofens 2 wird kontinuierlich über die Abzugseinrichtung 5 für die Pellets in den zweiten Abzugstrichter 18 abgezogen, und daraufhin wird das Wärmeregenerierungsmedium vollständig über dem dritten Abzugstrichter 20 durch wechselweises Öffnen und Schließen der Abzugsschleusen 17 und 19 abgezogen.

Bei einem derartigen Abziehen läßt sich der Gasdruck in dem Ofen während des gesamten AbzugsVorganges konstant halten. Die abgezogenen Kugeln bzw. Pellets werden zu der Beschickungseinrichtung 8 über eine Rezirkulierungseinrichtung 23 geför-

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dert, die beispielsweise als ein Schachtförderer mit Förderkörben oder als Schrägaufzug mit Förderbändern usw. ausgebildet ist, und die Pellets werden kontinuierlich am Oberteil des Schachtofens 2 wiederum eingefüllt.

Um den unteren Abschnitt des Schachtofens 2 ist eine kreisringförmige Abgashauptversorgungsleitung 24 angeordnet und mit den einzelnen Abgaseinlässen 7 über entsprechende Einlaßrohre, die ungefähr radial angeordnet sind, verbunden. Ein Abgas eines bestimmten Industrieunternehmens oder einer Industrieanlage wird in die Abgashauptversorgungsleitung 24 über ein Gebläse 25 und eine Abgasleitung 26 eingespeist. An der Trennungslinie zwischen dem unteren Schacht 14 und dem Zwischenschacht 15 sind mehrere abzweigende Gasauslässe 9 angeordnet, die von der Innenseite zur Außenseite geneigt in der Ofenwand verlaufen. An der Trennungslinie zwischen dem Zwischenschacht 15 und dem oberen Schacht 16 sind ebenfalls einige Heißgaseinlässe 12, die nach oben geneigt sind, angeordnet. Die abzweigenden Gasauslässe 9 und die Heißgaseinlässe 12 sind mit entsprechenden Gashauptleitungen 27 und 28 verbunden, die um die Ofenwand angeordnet sind. Die abzweigende Gashauptleitung 27 und die Heißgashauptleitung 28 sind mit einer einzigen oder einer zweifachen Verzweigungsleitung 29 und einer Heißgasleitung 30 entsprechend ' verbunden. Eine Temperaturregelkammer 11 ist benachbart zu dem Schachtofen 2 angeordnet und mit dem Schacht über eine Abzweig-<gasleitung 29 am Boden und über eine Heißgasleitung 30 am Oberteil verbunden. Eine Klappe 13 ist in der abzweigenden Gasleitung 29 angeordnet, die eine Regelung und Einstellung der Menge eines abzuzweigenden Gasstromes aus den abzweigenden Gasauslässen 9 ermöglicht.

Die Temperaturregelkammer 11 ist ebenfalls mit einem Staubsack 32 mit einer Abzugsschleuse 31 verbunden und mit einer Heizeinrichtung 10 ausgerüstet, die eine Gas- oder Ölbefeuerung aufweist. Wie zuvor beschrieben, wird das Wärmeregenerierungsmedium

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1 kontinuierlich am Boden des Schachtofens 2 abgezogen und kontinuierlich wiederum am Oberteil des Ofens eingeleitet. Die Füllsäule 3 aus dem wärmeregenerierenden Medium des Schachtofens 2 bewegt sich mit einer extrem niedrigen Geschwindigkeit nach Tinten, und die Füllhöhe wird beibehalten. Das Wärmeregenerierungsmedium, das die Füllsäule 3 bildet, bewegt sich auf die folgende Art und Weise. Der Füllbereich 33 in der Nähe des Oberteils des Schachtofens in Fig. 5 wird als sogenannte "inaktive Bewegungszone" bezeichnet, da sich der Füllstoff in diesem Bereich nur längs senkrechten Scherflächen bewegt, die unzählbar in der Füllsäule ausgebildet sind. Oder anders ausgedrückt, die nach unten gerichtete Bewegung des Wärmeregenerierungsmediums kann als sogenannte statische Bewegung in jeder Höhe ohne eine wechselseitige, in Querrichtung gerichtete Durchmischung bezeichnet werden. Unterhalb des Bodens der inaktiven Zone 33 kann sich jedoch das Füllmaterial nach unten längs Scherebenen mit einem bestimmten, nach unten gerichteten Neigungswinkel bewegen, die sich unzählbar in dem Füllstoff, wie mit den Pfeilen gezeigt, ausbilden. Der so gebildete Bereich 4 wird als sogenannte "aktive Bewegungszone¹¹ bezeichnet, da sich in dieser Zone das Wärmeregenerierungsmedium nach unten mit einer aktiven, in Querrichtung gerichteten wechselseitigen Mischbewegung bewegt. Dieser Füllbereich wird als sogenannte "aktive Bewegungszone 4" bezeichnet.

Die Lage der Trennungslinie zwischen der inaktiven und der aktiven Bewegungszone läßt sich quantitativ in Abhängigkeit von den Abmessungen des Ofens, des Schüttgewichts und des inneren Reibungswinkels des Füllstoffes mit Hilfe von "mechanischen Feststoffanalysen" aufgrund des Fülldrucks in dem Schacht bestimmen.

In eine so ausgebildete Einrichtung zur Reinigung von Abgas mit einer Bewegung des Wärmeregenerierungsmediums, wie oben beschrieben, wird ein zu reinigendes Abgas bei niedriger Tem-

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peratur (beispielsweise 10 bis 70⁰C), das beispielsweise Ammoniak, Schwefelwasserstoff, Cyanwasserstoff usw. enthält, am Boden des unteren Schachts 14 über ein Gebläse 25, die Abgasleitung 26, die Abgashauptversorgungsleitung 24 und die Abgaseinlässe 7 eingeleitet. Das Abgas strömt über die Poren bzw. Hohlräume in dem wärmeregenerierenden Medium nach oben in die aktive Bewegungszone 4.

Das Wärmeregenerierungsmedium, das auf eine hohe Temperatur erwärmt worden ist, bewegt sich über die Trennungslinie zwischen dem Zwischenschacht und dem unteren Schacht nach unten. Im unteren Schacht 14 trifft somit das sich nach unten bewegende , auf hohe Temperatur erwärmte Wärmeregenerierungsmedium mit. einer aktiven, gegenseitigen, in Querrichtung gerichteten Mischbewegung auf die nach oben gerichtete Strömung des kalten Abgases aus den Abgaseinlässen 7. Die aktive Bewegung des Wärmeregenerierungsmediums steuert so zu einer gleichmäßigen Temperaturverteilung des Wärmeregenerierungsmediums und der Abgasströmung in jeder Höhe des Schachtabschnitts bei, und gleichzeitig wird dadurch eine gegenseitige Vermischung der Gasströmungen über die zahlreichen Hohlräume in dem Füllstoff bewirkt. Unter diesen Bedingungen erfolgt der Wärmeaustausch zwischen den Oberflächen des regenerierenden Mediums und dem Gas längs einer extrem großen Wärmeaustauschfläche während einer ausreichenden Wärmeaustauschzeit. Demzufolge wird das Abgas während der aufwärts gerichteten Strömungsbewegung in dem unteren Schacht 14 ausreichend vorgewärmt und erreicht in Höhe der abzweigenden Gasauslässe 9 eine Temperatur von ungefähr 650⁰C. Somit werden Teiloxydationen und thermische Zersetzungen einiger giftiger Bestandteile des Abgases schon im unteren Schacht 14 längs der zahlreichen Grenzflächen zwischen dem Gas und dem Wärmeregenerierungsmedium eingeleitet.

An der Trennungslinie zwischen dem unteren Schacht 14 und dem Zwischenschacht 15 kann eine bestimmte Menge an Abgas (die nach Maßgabe einer bestimmten Abgaszusammensetzung bestimmt

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wird) zu der Temperaturregelkammer 11 über abzwei gende Gasauslässe 9> eine Hauptgasabzweigleitung 27 und eine Abzweiggasleitung 29 abgezweigt werden. Der Strömungswiderstand des Füllstoffes in dem Zwischenschacht 15 und die zusätzliche Verstellung der Klappe 13 erleichtern die Ableitung des abzuzweigenden Gases. Das verbleibende Abgas strömt direkt über den Zwischenschacht 15 nach oben, wird weiter oxidiert und weiter thermisch zersetzt.

In der Temperaturregelkammer 11 sammelt sich in dem Staubsack 32 im Abgas suspendierter Staub an. Das abgezweigte Abgas wird erforderlichenfalls auf eine gewünschte Temperatur durch eine Heizeinrichtung 10 erwärmt und am Boden des oberen Schachts 16 über eine Heißgasleitung 30, eine Heißgashauptleitung 28 und Heißgaseinlässe 12 wiederum eingespeist. Im oberen Schacht 16 trifft das Heißgas auf das Abgas und vermischt sich mit diesem, das durch die Hohlräume des Füllstoffs in dem Zwischenschacht 19 durchgeströmt ist. Die Gasmischtemperatur am Boden des oberen Schachts 16 sollte auf ungefähr 800⁰C dadurch geregelt werden, daß die Temperatur des Heißgases in der Temperaturregelkammer 11 geregelt wird. Im oberen Schacht 16 trifft demzufolge das kalte Wärmeregenerierungsmedium, das sich nach unten bewegt und am · Oberteil des Ofens eingegeben wird,auf die nach oben gerichtete Strömung des heßen Gasgemisches. Hierbei wird das kalte, wärmeregenerierende Medium auf ungefähr 800⁰C durch .den Wärmeinhalt des Gases und die bei der exothermen Reaktion anfallende Wärme bei der Zersetzung der giftigen Bestandteile während der Bewegung nach unten in Richtung auf die Heißgaseinlässe 12 erwärmt. Andererseits wird das Gas vollständig gereinigt und während der nach oben gerichteten Strömung durch die Hohlräume des Füllstoffs abgekühlt und anschließend zur Atmosphäre über den Abzugsschacht 21 bei einer Temperatur von ungefähr 100⁰C ausgelassen.

Der Schachtofen 2 gemäß der Erfindung ist so ausgelegt, daß die aktive Bewegungszone bei einer ausreichenden Höhe im obe-

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ren Schacht 16 liegt. Die aktive Bewegung des wärmeregenerierenden Mediums im oberen Schacht 16 ist zweifelsohne mit einem effektiven Wärmeaustausch zwischen dem heißen Gas und dem kalten, wärmeregenerierenden Medium im unteren Schacht 14 verbunden.

Wenn das zu behandelnde Abgas einen gewissen Bestandteil an brennbaren Stoffen enthält, kann man Wärme durch die Oxydation und Zersetzung der Stoffe gewinnen, die dazu ausreicht, das wärmergenerierende Medium bei einer erforderlichen Temperatur konstant zu halten. Bei der Reinigung derartiger Gase ist'das Erwärmen des abgezweigten Gases mit Hilfe der Heizeinrichtung 10 in der Temperaturregelkammer 11 nicht erforderlich. Demzufolge kann der Schachtofen gemäß der Erfindung ohne irgendeine Brennstoff- oder.Wärmequelle betrieben werden.

Das Wärmeregenerierungsmedium, das bei der vorliegenden Erfindung Verwendung findet, sollte vorzugsweise Eigenschaften, wie leichte Absorption und Abgabe von Wärme, Stabilität auch bei hohen Temperaturen, hohe Druckfestigkeit bzw. hohen Druckfestigkeitswiderstand, leichte Bewegung in dem aufgefüllten Zustand usw. aufweisen. Als ein solches wärmeregenerierendes Medium kommen somit insbesondere solche Substanzen in Betracht, die eine kugelförmige oder nahezu kugelförmige Gestalt aufweisen, wie Metalle, Metalloxide, wärmebeständige Materialien oder dementsprechende Verbundmaterialien, die entsprechend der Zusammensetzung und Eigenschaft des zu behandelnden Abgases ausgewählt werden.

Wie in Fig. 1 gezeigt, ist der Querschnitt des oberen Schachts 16 in einigen Fällen geringfügig in einer bestimmten Höhe erweitert, und der Querschnitt verjüngt sich kaum merklich zum Boden hin. Der Querschnitt des unteren Schachts 14 verjüngt sich ebenfalls nach unten in Richtung der Höhe der Abgasein-.lasse und weiterhin in Richtung auf die Abzugseinrichtung. Die

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Verjüngung im Querschnittsbereich wirkt sich auf die Verteilung der Gasströmung von den Gaseinlässen 12 oder 7 zu dem Mittelabschnitt des Füllstoffes aus. Die Verbreiterung der Querschnittsfläche bringt eine Verringerung der Bewegungs- bzw. Wanderungsgeschwindigkeit des Füllstoffs und eine Verringerung der Strömungsgeschwindigkeit des Gases mit sich, so daß die erforderliche Reaktion ablaufen kann und genügend Zeit zum Wärmeaustausch zur Verfügung steht. Die Verjüngung und Erweiterung im Querschnittsbereich können ebenfalls eine vorteilhafte Verkleinerung der Höhe der inaktiven Zone mit sich bringen, die in der Nähe des Oberteils des Ofens vorgesehen ist. Wenn der Ofenquerschnitt im Bereich der aktiven Bewegungszone verjüngt" ist,können an einzelnen Stellen Rückstände des wärmeregenerierenden Mediums nicht auftreten, da sich nämlich das wärmeregenerierende Medium in Querrichtung aktiv bewegt.

Die Heizwerte der zu behandelnden Abgase sollten zuvor aufgrund der analytisch bestimmten Bestandteile ermittelt werden. Wenn der Heizwert eines zu behandelnden Abgases nicht für die erforderlichen Rekationstemperaturen ausreichend ist, sollte eine entsprechende Menge des Gases zu der Temperaturregelkammer 11 durch Verstellung der Klappe 13 abgezweigt werden.

Wenn bei einem Schachtofen gemäß der Erfindung der Heizwert des zu behandelnden Abgases ungefähr bei 25 kcal/Nnr oder höher liegt, läßt sich die notwendige Temperatur für die Oxydation und die thermische Zersetzung der brennbaren Bestandteile durch die Reaktionswärme selbst einhalten. Bei diesen Anwendungsfällen ist eine zusätzliche Erwärmung des abgezweigten Gases in der Temperaturregelkammer 11 nicht erforderlich.

Obgleich in den Fig. 2 bis 4 ein Aufbau eines Schachtofens 2 mit einem kreisförmigen Querschnitt als bevorzugtes Ausführungsbeispiel gezeigt ist, läßt sich die Erfindung auch auf Öfen mit rechteckförmigen Querschnitten übertragen.

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Obgleich bei dem oben aufgeführten Ausführungsbeispiel der Erfindung die Klappe 13 in der abzweigenden Gasleitung 29 angeordnet ist, kann sie auch in der Heißgasleitung 30 statt in der Abzweigleitung 29 angeordnet sein.

Obwohl bei der obigen Ausführungsform das Abgas mit Hilfe eines Gebläses 25 unter Druck in den Ofen eingeführt wird, kann das Gebläse auch mit dem Oberteil des Ofens verbunden sein, so daß das Abgas über die Öffnungen am Boden des Schachtofens 2 angesaugt wird.

Das abströmende,abgezweigte Gas, das über die abzweigenden Gasauslässe 9 abgezogen wird, kann zu einer Abfall- bzw. Mülld.veraschüigeinrichtung weitergeleitet werden, in der der Abfall bzw. Müll mit Hilfe des Wärmeinhalts des vorgewärmten abgezweigten Gases und die dem Abfall innewohnende Eigenbrennwärme verascht werden. Das behandelte Gas kann in den Schachtofen 2 über die Heißgaseinlässe 12 eingespeist werden.

Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Abzugseinrichtung für die Pellets. Das obere Ende des ersten Abzugstrichters 6 ist gasdicht mit dem unteren Schacht 14 verbunden. Das wärmeregenerierende Medium im Schachtofen 2 liegt auf einem beweglichen Tisch 34 auf, der unterhalb der Öffnung am Boden des unteren Schafts 14 angeordnet ist. Der Tisch 34 kann sich auf Stützrollen 35 horizontal hin- und hergehend bewegen, die an dem ersten Abzugstrichter 6 befestigt sind. Die hin- und hergehende Bewegung des Tisches 34 wird mit Hilfe eines Kolbenkurbeltriebs mit einer Kolbenstange 36, einem Verbindungsglied 39» einer Kurbel 38 und einer Antriebseinrichtung 37 erzielt. Die Kolbenstange 36 ragt in die Wand des Trichters über eine dicht verschlossene Führung hinein und läßt sich in hin- und hergehende Bewegung mit sich veränderndem Ausschlag und Hub bewegen. Auf diese Art und Weise kann das wärmeregenerierende Medium kontinuierlich an dem unteren Schacht 14 in den ersten Abzugstrichter 6 bei einer vorgegebenen Abzugsgeschwindigkeit ab-

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gezogen werden.

Der erste Abzugstrichter 6 ist mit einer Abzugsklappe bzw.
Abzugsschleuse 17 am Ende versehen und gasdicht abgeschlossen mit dem zweiten Abzugstrichter 1S verbunden, der eine zweite Abzugsschleuse 9 aufweist.

Im folgenden werden einige Ausführungsbeispiele erläutert.

Die Vorrichtung zur Reinigung von Abgas, die in den Fig. 1 bis 4 gezeigt ist, dient zur Reinigung von Abgasen, und die Bedingungen sind wie folgt. Die dabei erzielten Resultate sind in den Tabelle I und II aufgeführt.

Kenngrößen des Ofens:.

(I) Abmessungen der Vorrichtung zum Reinigen von Abgas

1) Querschnittsfläche des Oberteils des

Ofens 0, 25 m²

2) Querschnitts fläche des oberen Scha:chts in

ρ Höhe des Heißgaseinlasses 0,25 m

3) Querschnittsfläche des unteren Schachts* in

Höhe des Abgaseinlasses 0,16 m

4) Länge des oberen Scha.chts 0,8 m

5) Länge des dazwischen angeordneten Schachts... 0,9 m

6) Länge des unteren Schachts 1,6 m

7) maximale Querschnittsfläche des oberen

-"Schachts 0,36 m²

8) Querschnittsfläche des dazwischen liegenden Schacht 0,2 m

9) Querschnittsfläche des unteren Schachts am

Boden 0,14 m

10) Höhe der Temperaturregelkammer 1,2 ra

11) Durchmesser der Temperaturregelkammer 0,6 m

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(II) Wärmeregenerierungsmedium

1) Material: Pellets aus gesintertem Eisenoxid

2) mittlerer
Pelletdurchmesser: ' 13 mm

3) Pelletabzugsgeschwindigkeit

(abwärts gerichtete
Bewegungsgeschwindigkeit
des Füllstoffs): 0,6 m/h

3 /

(III) Gasbehandlungsgeschwindigkeit: 800 Nnr/h

(IV) Gaszusammensetzung: »siehe Tabellen 1 und 2

Wie die Ergebnisse in den Tabellen I und II zeigen, wurden die übel riechenden Bestandteile in dem Abgas nahezu vollständig zersetzt und beseitigt. Im Vergleich zu Ergebnissen mit anderen direkten Verbrennungen (im allgemeinen 5Ö bis 80 ppm NOx fällt bei der Kohlenwasserstoffzersetzung an) ist die Konzentration von NOx unerwartet niedrig. Dieses Ergebnis wird mit Hilfe der vorliegenden Erfindung erzielt.

Tabelle I
Ergebnisse beim Beispiel 1

1) Gastemperatur in Höhe des Abgaseinlasses 65°C

2) Gastemperatur in Höhe des abzweigenden Gasauslasses 600°C ·

3) Gastemperatur in Höhe des Heißgaseinlasses (Reaktionstemperatur) 750⁰C

4) Gastemperatur am Oberteil des Ofens

(am Abzugs schacht) 115°C

5) Temperatur der abgezogenen Pellets 70⁰C

6) Temperatur der eingegebenen Pellets 6O⁰C

7) maximale Temperatur der Pellets im Ofen 750⁰C

8) zu behandelndes Gas: das Gas enthält organische Lösungsmittel

9) Konzentration der übel riechenden Bestandteile im Gas:

Toluol 400 .ppm

Methyläthylketon 200 ppm

Äthylacetat 220 ppm

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10) Brennstoffverbrauch in der Heizeinrichtung keiner

11) Zusammensetzung des die Vorrichtung am Oberteil des Ofens verlassenden Gases:

Toluol 1 ppm max.

(bestimmt nach der GasChromatographie)

CO 10 ppm max.

(bestimmt nach dem Verfahren mit Bestimmungsrohr)

NOx ' 10-20 ppm

- (Napthylendiamin-Verfahren)

Tabelle II
Ergebnisse beim Beispiel 2

1) Gastemperatur in Höhe des Abgaseinlasses · 25°C

2) Gastemperatur in Höhe des abzweigenden Gasauslasses 650⁰C

3) Gastemperatur in Höhe des Heißgaseinlasses (Reaktionstemperatur) 800⁰C

4) Gastemperatur am Oberteil des Ofens

(im Abzugschacht) 130⁰C

5) Temperatur der abgezogenen Pellets 30⁰C

6) Temperatur der Pellets zur Beschickung 20⁰C

7) maximale Temperatur der Pellets im Ofen 800⁰C

8) zu behandelndes Gas: Gas, das bei der Kohlever

gasung anfällt

9) Konzentration der übel riechenden Bestandteile im Gas:

Ammoniak 200 ppm

Cyanwasserstoff 85 ppm

Schwefelwasserstoff .- 200 ppm

10) Brennstoffverbrauch in der Heizeinrichtung ..t 2,5*3rO kg/h

11) Zusammensetzung des am Oberteil des Ofens (Kerosin) austretenden Gases: . · Ammoniak ..1 ppm max. *·

Cyanwasserstoff nicht ermit- -

tel-fr *

Schwefelwasserstoff 0,01 ppm max. *

NOx α 40-50 ppm **

SOx 200 ppm, ca***

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* bestimmt nach der Gaschromatographie ** bestimmt nach dem Napthylendiamin-Verfahren *** bestimmt nach dem Rosanilin-Verfahren.

Bei bekannten Vorgehensweisen-mit direkter Verbrennung bildet eine Flamme, die sich von einer Brennerdüse aus erstreckt, eine örtliche Strömung mit extrem hohen Temperautren von bis zu 1800⁰C in dem Raum der Brennkammer, da die angeschlossenen Wärmeaustauscher einen recht geringen Wirkungsgrad aufweisen. Dies ist unmittelbar der Grund für die Zunahme des NOx-Gehaltes in dem behandelten Gas'. Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung können Abgase bei extrem hoher thermischer Wirkung und geringem Brennstoffverbrauch verarbeitet und behandelt werden. Ein Grund hierfür liegt in dem Wärmeaustausch zwischen dem wärmeregenerierenden Medium und den Gasen, und ferner verstärkt sich die Oxydation und Zersetzung der giftigen Bestandteile durch die aktive Bewegung des wärmeregenerierenden Mediums in der aktiven Bewegungszone. Beispielsweise enthält verschmutzte Luft, die beim Sinterungsvorgang von Grünkohle und Teerdolomitstein anfällt, eine Menge an Teerdampf, die Heizwerten von 30 " bis 60 kcal/Nnr aufweisen. . Wie in Tabelle I gezeigt, können die Abgase bei dem Verfahren gemäß der Erfindung mit einem Heizwert von ungefähr 25 kcal/Nm^ ohne zusätzlichen Brennstoffverbrauch behandelt werden. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die verschmutzte Luft durch die bei der Verbrennung selbst anfallende Yärme gereinigt werden.

Die Vorrichtung zur Reinigung von Abgasen gemäß der Erfindung

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weist einen Schachtofen auf, der mit Kugeln .oder Pellets - ; -aus metallischem oder feuerbeständigem Material gefüllt ist, welcher mit Industrieabgasen beschickt wird. Die Kugeln oder Pellets im Schachtofen, die als ¥ärmeregenerierungsmediüm dienen, werden kontinuierlich am Oberteil eingegeben und entsprechend ebenfalls kontinuierlich am Boden abgezogen. Dies bewirkt eine allmähliche,nach unten gerichtete Bewegung des eingefüllten Materials längs des Schachtes.Hierbei bildet sich eine Zone, in der die Kugeln oder Pellets sich während einer nach unten gerichteten Bewegung gegenseitig vermischen (dies wird als sogenannte "aktive Bewegungszone" bezeichnet), die unterhalb einer vorgegebenen Höhe im Schacht angeordnet ist.Ein Abgas wird in den unteren Abschnitt der aktiven Bewegungszone eingeleitet, die auf ausreichend hohe Temperaturen aufgewärmt worden ist, und dann strömt das eingeleitete -Abgas über die Hohlräume der heißen Kugeln oder Pellets nach oben. Die giftigen Bestandteile in dem Gas werden oxidiert und während des Durchströmens des Schachtofens zersetzt.Auf diese Art und Weise wird das Abgas gereinigt.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Reinigen von Abgas, dadurch gekennzeichnet, daß Kugeln oder Pellets aus feuerbeständigem oder metallischem Material als Wärmeregenerierungsmedium eingefüllt sind, und diese am Oberteil eines Schachtofens kontinuierlich neu eingegeben und entsprechend am Boden abgezogen werden, daß sich eine Bewegungszone mit einer nach unten gerichteten Bewegung des wärmeregenerierenden Mediums mit einer aktiven, wechselweisen, in Querrichtung gerichteten Durchmischung (die als sogenannte "aktive Bewegungszone" bezeichnet ist) in. dem Schacht gebil det wird ydaß ein Abgas in den Schachtofen am Boden desselben eingeleitet wird über die Hohlräume des wärmeregenerierenden Mediums unter ausreichender Temperatur zur Durchführung der Gasreinigungsreaktionen strömt, daß die gifitgen Bestandteile des Abgases an den zahlreichen Grenzflächen zwischen Gas und Feststoff oxidiert und thermisch zersetzt werden, und das gereinigte Gas am Oberteil des Ofens abgelassen wird.

2. Vorrichtung zum Reinigen von Abgas in Form eines Schachtofens, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schachtofen(2) mit wärmeregenerierendem Medium aufgefüllt ist, der Schacht»' ofen mehrere Abgaseinlässe'(7) in der Nähe des Ofenbodens aufweist, daß der Ofenboden des Schachtofens mit einem Abzugstrichter (6) in Verbindung mit einer gasdicht abgeschlossenen Abzugseinrichtung (5) für das wärmeregenerierende Medium verbunden ist, und daß das Oberteil des Schachtofens (2) mit einem Auslaßschacht (21) einschließlich einer Beschickungseinrichtung (8) des wärmeregenerierenden Mediums verbunden ist.

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3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schachtofen(2) aus drei Teilabschnitten, einem oberen Scha.cht( 16), einem dazwischen liegenden Scha.cht(15) und einem unteren Scha.cht(i4) zusammengesetzt ist, daß der Schachtofen^) an der Trennungslinie zwischen dem mittleren und dem oberen Scha.cht(i4,15) abzweigende Gasauslässe (9) aufweist, und daß mehrere Heißgaseinlässe (12) an der Trennungslinie zwischen dem oberen und dem dazwischen liegenden Schacht(16,15) in der Wandung vorgesehen sind, daß die abzweigenden Gasauslässe (9) und die Heißgaseinlässe (12) mit entsprechenden, abzweigenden und Heißgas führenden Hauptleitungen (27,28) verbunden sind, daß der Schachtofen eine Temperaturregelkammer (11) mit einer Befeuerungseinrichtung (10) aufweist, und daß die Temperaturregelkammer (11) mit dem Schachtofen(2) über die abzweigende Gashauptleitung (29) am Boden und über die Heißgashauptleitung (30) am Oberteil verbunden ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Klappen (13) entweder in der abzweigenden Abgasleitung (29) oder in der Heißgashauptleitung (30) angeordnet sind.

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