DE3326832A1 - Process for exhaust gas purification - Google Patents
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Abstract
Description
Verfahren zur AbgasreinigungProcess for exhaust gas purification
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reinigen von schadstoffhaltigem Abgas - wie z.B. SO2, HCl, HF, NOx -dadurch gekennzeichnet, daß in den heißen Abgasstrom oxidierende und/oder alkalische Lösungen - über Meßgrößen im Reingas gesteuert - feinst verteilt zugegeben werden, wodurch eine Oxidation der reduzierenden Schadstoffe und/oder Neutralisation der sauren Schadstoffe erfolgt.The invention relates to a method for cleaning pollutant-containing Exhaust gas - such as SO2, HCl, HF, NOx - characterized in that in the hot exhaust gas flow oxidizing and / or alkaline solutions - controlled by measured variables in the clean gas - finely divided are added, whereby an oxidation of the reducing pollutants and / or neutralization of the acidic pollutants takes place.
Bei der Verbrennung von fossilen Energieträgern sowie bei der Verbrennung von Müll, Klärschlamm, Produktionsrückstände verschiedener Art, werden Schadstoffe freigesetzt - wie z.B. SO2, HCl, HF, NOx - die unbehandelt in die Atmosphäre emittiert werden.When burning fossil fuels and when burning them rubbish, sewage sludge, production residues of various kinds become pollutants released - such as SO2, HCl, HF, NOx - which are emitted untreated into the atmosphere will.
Für die Reinigung dieser Schadstoffe sind in der Literatur eine Vielzahl verschiedener Verfahren beschrieben oder bereits an halb- oder großtechnischen Anlagen praktiziert worden.There are a large number in the literature for cleaning these pollutants various processes or already on semi-industrial or large-scale systems been practiced.
Man kann bei diesen Reinigungsverfahren grundsätzlich nach zwei Verfahrensvarianten unterscheiden und zwar einmal die trockene bzw. halbtrockene und die nasse Abgasbehandlung.There are basically two variants of this cleaning process differentiate between dry or semi-dry and wet exhaust gas treatment.
Bei der trockenen Abgasbehandlung werden Additive auf der Basis von Calcium und/oder Magnesiumverbindungen, in pulveriger Form, in den Feuerraum bzw. in den heißen Abgasstrom eingeblasen.In the case of dry waste gas treatment, additives based on Calcium and / or magnesium compounds, in powder form, in the combustion chamber or blown into the hot exhaust gas flow.
Bei der halbtrockenen Abgasbehandlung werden alkalische Reagienzen wie vorzugsweise Kalkmilch als Suspension oder Natronlauge als Lösung in den heißen Abgasstrom eingedüst. Bei beiden Zugabearten reagieren die sauren Schadstoffe teilweise mit den alkalischen Medien und werden in nachgeschalteten Staubabscheidern (Elektrofilter, Gewebefilter) abgeschieden.In the case of semi-dry waste gas treatment, alkaline reagents are used like preferably milk of lime as a suspension or sodium hydroxide solution as a solution in the hot Exhaust gas stream injected. With both types of addition, the acidic pollutants partially react with the alkaline media and are in downstream dust separators (electrostatic precipitator, Bag filter) deposited.
Die Nachteile der trockenen bzw. halbtrockenen Abgasbehandlung bestehen darin, daß - eine befriedigende Schadstoffabscheidung nur durch eine relativ hohe überstöchiometrische Reagenzienzugabe erreicht werden kann, - dann aber trotzdem noch, je nach Rohgaskonzentration, relativ hohe Restkonzentrationen im Reingas verbleiben und Spitzen nicht abgefangen werden können, - eine große Menge an überschüssigen, nicht reagierten Additiven und Reakionsprodukte deponiert werden muß, - Ablagerungen und Verlegungen an Wärmetauschern, Reaktionsbehältern und Rohrleitungen einen hohen Reinigungsaufwand erfordern und keinen betriebssicheren Ablauf gewährleisten, - keine quantitative Abscheidung von unterschiedlichen oder wechselnden Schadstoffkonzentrationen wie z.B. SO2 und HCl möglich ist.The disadvantages of dry or semi-dry waste gas treatment exist in that - a satisfactory pollutant separation only through a relatively high Overstoichiometric addition of reagents can be achieved - but then anyway Depending on the raw gas concentration, relatively high residual concentrations remain in the clean gas and peaks cannot be intercepted, - a large amount of Excess, unreacted additives and reaction products are deposited must, - Deposits and deposits on heat exchangers, reaction vessels and pipelines require a high level of cleaning effort and do not guarantee a reliable process, - No quantitative separation of different or changing pollutant concentrations such as SO2 and HCl is possible.
Bei der nassen Abgasbehandlung werden die Abgase nach der Staubabscheidung heruntergekühlt und in einem Wäscher, dessen Waschflüssigkeit Wasser, vorzugsweise Kalkmilch oder Natronlauge enthält, bei Temperaturen von 50 bis 700C gereinigt.In the case of wet exhaust gas treatment, the exhaust gases are removed after the dust has been separated cooled down and in a scrubber, the washing liquid of which is water, preferably Contains milk of lime or caustic soda, cleaned at temperatures of 50 to 700C.
Die Abscheidung bei überwiegend SO2-anteiliqen Schadstoffen, läßt noch in einer weiteren Verfahrensstufe die Oxidation zu Gips und dessen anschließende Abscheidung zu.The separation of mainly SO2-proportional pollutants leaves in a further process stage the oxidation to gypsum and its subsequent Deposition to.
Ansonsten werden diese Waschlösungen als Abwässer abgeführt.Otherwise these washing solutions are discharged as waste water.
Die Nachteile der nassen Abgasbehandlung bestehen darin, daß - eine Wiederaufwärittung des wasserdampfgesättigten Abgases unter erheblichem Energieverlust gefordert wird, - anorganisch belastete und aufgewärmte Abwässer anfallen, - erhebliche Korrosions- und Inkrustierungsprobleme auftreten, - keine quantitative Abscheidung von unterschiedlichen oder wechselnden Schadstoffkonzentrationen wie z.B. SO2 und HCl möglich ist.The disadvantages of wet exhaust gas treatment are that - rewarming of the steam-saturated exhaust gas with considerable loss of energy is required, - inorganically polluted and heated wastewater occurs, - considerable Corrosion and incrustation problems occur, - no quantitative separation of different or changing pollutant concentrations such as SO2 and HCl is possible.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile sowohl der trockenen wie auch der nassen Abgasbehandlung zu eliminieren oder zu mindern.The invention is based on the object of both these disadvantages to eliminate or reduce dry as well as wet exhaust gas treatment.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Abscheidung der Schadstoffe SO2, HCl und HF durch Eindüsung von oxidierenden und/oder alkalischen Lösungen in den heißen Abgasstrom bewirkt wird. Dabei werden die reduzierenden Schadstoffe oxidiert und die sauren Schadstoffe neutralisiert. Diese Reaktionsprodukte können anschließend gemeinsam mit dem Staub in einem nachgeschalteten Elektro- oder Gewebefilter abgeschieden werden.According to the invention the object is achieved in that the deposition the pollutants SO2, HCl and HF through the injection of oxidizing and / or alkaline substances Solutions in the hot exhaust gas stream is effected. Thereby the reducing pollutants oxidized and neutralized the acidic pollutants. These reaction products can then together with the dust in a downstream electric or fabric filter to be deposited.
Gleichzeitig konnte durch Meßwertsteuerung im Reingas auch bei unterschiedlichen und wechselnden Schadstoffkonzentrationen an SO2 und HCl eine nahezu quantitative Abscheidung erreicht werden.At the same time, measured value control in the clean gas could also be used for different and changing pollutant concentrations of SO2 and HCl almost a quantitative deposition can be achieved.
Vorzugsweise werden in den heißen Abgasstrom sowohl oxidierende als auch alkalische Substanzen in wäßriger Lösung zugeführt. Als oxidierende Lösungen werden bevorzugt wäßrige Lösungen von Wasserstoffperoxid oder Natriumhypochlorit eingesetzt. Als alkalische Lösung kommen Lösungen von Natriumhydroxid, Ammoniak oder Natriumhypochlorit infrage.Preferably, both oxidizing and also supplied alkaline substances in aqueous solution. As oxidizing solutions aqueous solutions of hydrogen peroxide or sodium hypochlorite are preferred used. Solutions of sodium hydroxide and ammonia are used as the alkaline solution or sodium hypochlorite.
Die Zugabe oxidierender und alkalischer wäßriger Lösungen kann entweder durch getrennte Zugabe von vorzugsweise Wasserstoffperoxid und Natriumhydroxidlösung erfolgen, oder durch Zugabe oxidierend und alkalisch wirkender Lösungen wie Natriumhypochloritlösungen. Bei Eindüsung von Natriumhypochloritlösungen als oxidierendes und alkalisches Reagenz wird besonders bevorzugt die zusätzliche Eindüsung entweder nur alkalisch oder nur oxidierend wirkender Stubstanzen vorgesehen, so daß in Abhängigkeit von dem zu behandelnden Abgas bzw.The addition of oxidizing and alkaline aqueous solutions can either by adding preferably hydrogen peroxide and sodium hydroxide solution separately or by adding oxidizing and alkaline solutions such as sodium hypochlorite solutions. When injecting sodium hypochlorite solutions as an oxidizing and alkaline reagent the additional injection is particularly preferred either only alkaline or only oxidizing substances provided, so that depending on the to be treated Exhaust gas or
Schwankungen im Schadstoffgehalt des Abgases die oxidierende und neutralisierende Wirkung unabhängig voneinander geregelt werden kann. Im allgemeinen ist es ausreichend, neben der Eindüsung von Natriumhypochloritlösung zusätzlich die Möglichkeit zur Eindüsung von Natriumhydroxidlösungen vorzusehen.Fluctuations in the pollutant content of the exhaust gas are oxidizing and neutralizing Effect can be regulated independently of each other. In general it is sufficient In addition to the injection of sodium hypochlorite solution, there is also the option of Provide for the injection of sodium hydroxide solutions.
Zur Vermeidung einer Schädigung der der Behandlung nachgeschalteten Abscheidevorrichtung, z.B. Elektro- oder Gewebefilter, ist zweckmäßigerweise eine Temperaturkontrolle des Abgases vor Einführung in die Abscheidevorrichtung vorgesehen. Die Temperaturkontrolle wird vorzugsweise über die zusätzliche Eindüsung von Wasser in das Abgas vorgenommen.To avoid damage to the downstream treatment Separation device, e.g. electrical or Fabric filter, is expedient a temperature control of the exhaust gas before introduction into the separation device intended. The temperature control is preferably via the additional injection made of water in the exhaust gas.
Die Zugabe der oxidierenden und alkalischen Lösungen wird vorzugsweise über die getrennte Messung des Bedarfs an Oxidationsmitteln und Neutralisationsmitteln im Abgas nach Abscheidung der Reaktionsprodukte geregelt.The addition of the oxidizing and alkaline solutions is preferred via the separate measurement of the need for oxidizing agents and neutralizing agents regulated in the exhaust gas after separation of the reaction products.
Die vorliegende Erfindung wird anhand der anliegenden Figur und der nachfolgenden Beispiele, die in einer Vorrichtung gemäß Figur durchgeführt wurden, näher erläutert.The present invention is based on the accompanying figure and the the following examples, which were carried out in a device according to the figure, explained in more detail.
Figur 1 zeigt einen Wirbelschichtofen 2 zur Verbrennung von Klärschlamm mit einer Rostfläche von 7 m2, in den bei 20 organische Produktionsrückstände als Energieträger eingeführt werden und bei 1 Verbrennungsluft zugeführt wird. Für die Zwecke des Versuchs wurde ferner vorgesehen, über Leitung 3 zusätzliche Schadstoffe wie SO, und HCl in das Verbrennungsabgas einzuführen. Aus dem Wirbelschichtofen 2 gelangt das Abgas in den Verdampfungskühler 4, in den zur Kühlung über Leitung 5 Wasser eingedüst wird. Die Regelung des zugeführten Wassers erfolgt über Ventil 14, das durch den Temperaturfühler 13 in der Gasaustrittsleitung aus dem Verdampfungskühler gesteuert wird.Figure 1 shows a fluidized bed furnace 2 for incinerating sewage sludge with a grate surface of 7 m2, in which 20 organic production residues as Energy carriers are introduced and combustion air is supplied at 1. For the The purpose of the experiment was also provided for via line 3 additional pollutants such as SO, and to introduce HCl into the combustion exhaust gas. From the fluidized bed furnace 2, the exhaust gas enters the evaporation cooler 4 for cooling via a line 5 water is injected. The supply of water is regulated via a valve 14, through the temperature sensor 13 in the gas outlet line from the evaporative cooler is controlled.
Am Boden des Verdampfungskühlers 4 ist ein Auslaß 9 für die hier bereits sich aus dem Gas abtrennenden gröberen Stäube und Reaktionsprodukte vorgesehen. Die im Abgas verbleibenden Stäube und Reaktionsprodukte werden in dem nachgeschalteten Elektrofilter 8 abgeschieden und über Auslässe 10 auf einem Transportband 11 gesammelt und über ein Transportmittel 12 der weiteren Verwertung oder Deponierung zugeführt. Das behandelte und von Stäuben und Reaktionsprodukten befreite Abgas wird über Leitung 21 ausgeschleust, wobei Meßvorrichtungen 15 und 17 zur Messung des Bedarfs an Oxidations- und Neutralisationsmitteln vorgesehen sind.At the bottom of the evaporative cooler 4 is an outlet 9 for the here already Coarser dusts and reaction products separating from the gas are provided. The dusts and reaction products remaining in the exhaust gas are in the downstream Electrostatic precipitator 8 deposited and collected on a conveyor belt 11 via outlets 10 and fed via a means of transport 12 for further utilization or landfilling. The treated waste gas, freed from dusts and reaction products, is passed through a line 21 discharged, with measuring devices 15 and 17 for measuring the need for oxidation and neutralizing agents are provided.
In den Verdampfungskühler 4 wird ferner über Leitung 6 Wasserstoffperoxid bzw. Natriumhypochlorit zugeführt, wobei die Zufuhr durch das über die Meßvorrichtung 17 gesteuerte Ventil 18 geregelt wird. Ferner wird in den Verdampfungskühler 4 Natriumhydroxidlösung über Leitung 7 eingeführt. Die Zugabe wird über Ventil 16, das durch die Meßvorrichtung 17 gesteuert wird, geregelt.Hydrogen peroxide is also fed into the evaporation cooler 4 via line 6 or sodium hypochlorite supplied, the supply through the via the measuring device 17 controlled valve 18 is regulated. In addition, sodium hydroxide solution is added to the evaporative cooler 4 introduced via line 7. The addition is via valve 16, which is through the measuring device 17 is controlled, regulated.
Beispiel 1 Der in der Figur beschriebene Wirbelschichtofen wurde mit ca. 2,5 m3/h Klärschlamm-Filterkuchen, der einen Trockensubstanzanteil von 20 % enthielt, und 500 kg/h organischen Produktionsrückständen als Energieträger beschickt. Die Temperatur im Ofen betrug 8700C, am Eintritt des Verdampfungskühlers noch 5900C und am Eintritt des Elektrofilters 3500C. Die Abgasmenge betrug 10.500 m3 n/h. Im Abgas wurde ohne Zugabe von oxidierenden und alkalischen Lösungen ein Gehalt an SO2 von von 190 bis 210 mg/m n und ein Gehalt an HCl von 80 bis 3 120 mg/m n gemessen. Uber Leitung 6 wurde 1 m /h einer ca. 0,2 %igen Natriumhypochloritlösung eingedüst und der Schadstoffgehalt im Abgas betrug danach: SO2 <20 mg/m3n, HCl <20 mg/m3n, Beispiel 2 Unter denselben Bedingungen wie in Beispiel 1 beschrieben, wurde über Leitung 6 1 m3/h einer ca. 0,1 %igen Wasserstoffperoxidlösung eingedüst. Die Schadstoffgehalte im Abgas betrugen danach: SO, <20 mg/m3n, 3 HCl <80 mg/m3n.Example 1 The fluidized bed furnace described in the figure was with approx. 2.5 m3 / h sewage sludge filter cake, which has a dry matter content of 20% contained, and 500 kg / h of organic production residues charged as an energy source. The temperature in the oven was 8700C, at the entrance to the evaporative cooler it was 5900C and at the inlet of the electrostatic precipitator 3500C. The amount of exhaust gas was 10,500 m3 n / h. in the Exhaust gas was a content of without the addition of oxidizing and alkaline solutions SO2 measured from 190 to 210 mg / m n and a content of HCl from 80 to 3 120 mg / m n. 1 m / h of an approximately 0.2% strength sodium hypochlorite solution was injected via line 6 and the pollutant content in the exhaust gas was: SO2 <20 mg / m3n, HCl <20 mg / m3n, Example 2 Under the same conditions as described in Example 1, over Line 6 1 m3 / h of an approx. 0.1% hydrogen peroxide solution is injected. The pollutant levels in the exhaust gas were accordingly: SO, <20 mg / m3n, 3 HCl <80 mg / m3n.
Beispiel 3 Unter gleichen Bedingungen wie Beispiel 1 wurden über Leitung 6 1m3/h einer ca. 0,1 %igen Wasserstoffperoxidlösung und über Leitung 7 ca. 0,5 m3/h einer ca. 0,2 %igen Natriumhydroxidlösung eingedüst. Die Abgaswerte betrugen danach: SO2 < 20 mg/m3n, HCl < 20 mg/m3n.Example 3 Under the same conditions as Example 1 were via line 6 1m3 / h of an approx. 0.1% hydrogen peroxide solution and via line 7 approx. 0.5 m3 / h of an approx. 0.2% sodium hydroxide solution is injected. The exhaust gas values were thereafter: SO2 <20 mg / m3n, HCl <20 mg / m3n.
n Beispiel 4 Unter gleichen Bedingungen wie im Beispiel 1, jedoch 3 unter zusätzlicher Einspeisung von 10 m3n/hSO2 gasförmig über Leitung 3 in das Abgas wurde ohne Zugabe von Oxidations- und Neutralisationsmitteln folgender Schadstoffgehalt im Abgas eingestellt: SO2 2900 mg/m3n, HCl 120 mg/m3n. n Example 4 Under the same conditions as in Example 1, but 3 with additional feed of 10 m3n / hSO2 in gaseous form via line 3 into the Without the addition of oxidizing and neutralizing agents, exhaust gas became the following pollutant content Set in the flue gas: SO2 2900 mg / m3n, HCl 120 mg / m3n.
Durch Eindüsung nur von Natriumhypochloritlösung über Leitung 6 in den Verdampfungskühler wurde der Schadstoffgehalt im Abgas reduziert auf: SO2 < 20 mg/m3n, HCl < 20 mg/m3n, Beispiel. 5 Unter gleichen Bedingungen wie in Beispiel 4, jedoch unter Eindüsung von Wasserstoffperoxidlösung über Leitung 6 und Natriumhydroxidlösung über Leitung 7 konnte der Schadstoffgehalt im Abgas auf SO2 <20 mg/m3n und 3 HCl < 20 mg/m n geregelt werden.By injecting only sodium hypochlorite solution via line 6 in the evaporation cooler, the pollutant content in the exhaust gas was reduced to: SO2 < 20 mg / m3n, HCl <20 mg / m3n, Example. 5 Under the same conditions as in Example 4, but with the injection of hydrogen peroxide solution via line 6 and sodium hydroxide solution via line 7, the pollutant content in the exhaust gas regulated to SO2 <20 mg / m3n and 3 HCl <20 mg / m3n.
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