DE3512922A1 - Verfahren und einrichtung zur reinigung von abgasen - Google Patents

Verfahren und einrichtung zur reinigung von abgasen

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Description

Andrejewski, Honke & Partner, Patentanwälte in Essen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Einrichtung zur Reinigung von aus Verbrennungsanlagen für Industrie- und Hausmüll stammenden Abgasen von giftigen Chlorverbindungen
unt schwereren Kohlenwasserstoffen.
Herkömmliche Verbrennungsanlagen für Industrie- und Hausmüll geben nicht unbeträchtliche Mengen von gesundheitsschädlichen Substanzen in Form von Chlorverbindungen wie beispielsweise Dioxiden ab. Diese Verbindungen entstehen in der Verbrennungskammer infolge der lokal auftretenden niedrigen Verbrennungstemperaturen. Sie können jedoch auch entstehen, wenn die Abgase gekühlt werden, falls diese Gase Chlor und/oder Salzsäure
enthalten.
Bisher wurde noch kein geeignetes Verfahren gefunden, durch welches sichergestellt ist, daß derartige Chlorverbindungen nicht entstehen, und es gibt auch noch keinerlei Verfahren
zur Entfernung dieser Verbindungen aus den Gasen derartiger Verbrennungsanlagen.
Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, ein Verfahren sowie eine Einrichtung zur Reinigung von Abgasen aus Verbrennungsanlagen für Industrie- und Hausmüll zu verwirklichen, durch welche sichergestellt wird, daß die Gase keine giftigen Chlorverbindungen enthalten, wobei das Reinigungsverfahren außerdem den Gehalt an schwereren Kohlenwasserstoffen wie beispielsweise Teer und dgl. eliminieren soll.
Andrejewski, Honke & Partner, Patentanwälte in Essen
Erfindungsgemäß ist ein Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gekennzeichnet, daß in den Abgasen vorhandene Chlorverbindungen durch UV-Bestrahlung in einer Krackkammer zersetzt werden und schwerere Kohlenwasserstoffe in den Abgasen durch gleichzeitige Zufuhr von Wärmeenergie von außen gespalten werden, und zwar unabhängig von der Verbrennung.
Gemäß einem Vorschlag der Erfindung werden die Abgase zwecks UV-Bestrahlung durch einen in der Krackkammer erzeugten Lichtbogen geleitet, wodurch Teile des Gasstromes auf Ionisationstemperatur erhitzt werden und gleichzeitig der physikalische Wärmegehalt der Gase erhöht wird.
Nach einem anderen Vorschlag der Erfindung werden die Abgase zwecks UV-Bestrahlung durch eine Kammer geleitet, in welche ein in einem Plasmagenerator auf Ionisierungstemperatur erhitztes Gas eingeleitet wird.
Die Behandlung mit Plasmagas, sei es nun durch einen übertragenen Lichtbogen, d.h. einen in der Kammer erzeugten Lichtbogen, oder durch Verwendung eines Plasmagenerators, verursacht eine Erhitzung der Gase in der Kammer, wobei der physikalische Wärmegehalt in den Gasen ausgenutzt wird, um jegliche schwereren Kohlenwasserstoffe wie beispielsweise Teer, welche in den Abgasen des Verbrennungsofens vorhanden sind, zu spalten.
Zweckmäßigerweise werden die Abgase tangential in die Krackkammer eingeleitet und in Drehung versetzt, sodaß eine gleichmäßige Bestrahlung der gesamten durchströmenden Gasmenge erzielt wird.
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Um zu verhindern, daß die Oxide beispielsweise erneut entstehen oder daß andere giftige Chlorverbindungen entstehen, kann erfindungsgemäß eine zweite Verfahrensstufe durchgeführt werden, bei welcher die Gase nach Abkühlung, beispielsweise durch Wärmeabgabe auf 350-7000C in einen Reaktor eingeleitet werden, welcher mit einem geeigneten Akzeptor zur Entfernung von Chlor und/oder Salzsäure sowie zur Kondensierung irgendwelcher Metalldämpfe gefüllt ist. Vorzugsweise werden als Akzeptoren gebrannter Kalk oder Löschkalk und/oder Dolomit verwendet.
Bei Müllverbrennungsanlagen, welche mit unzureichender Sauerstoffzufuhr arbeiten, werden erfindungsgemäß zweckmäßigerweise die Abgase im Anschluß an die UV-Bestrahlung einer Aufkohlung unterworfen, wobei das Gas durch einen Reaktor geleitet wird, welcher mit stückigem, festem kohlenstoffhaltigem Material wie beispielsweise Koks gefüllt ist, wobei eventuell ein Zuschlag wie beispielsweise eine Alkaliverbindung zugesetzt wird, um die Reaktivität zu erhöhen. Die physikalische Wärme des Gases wird dabei ausgenutzt, um den Koks auf die Gastemperatur zu erhitzen, wobei der Kohlenstoff im Koks mit dem Sauerstoff, mit Kohlendioxid und Wasserdampf im Gas reagiert, sodaß Kohlenmonoxid und Wasserstoffgas entstehen, wodurch der Wärmewert des Gases erhöht wird.
Eine erfindungsgemäße Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens, bestehend aus einem Ofen zur Vergasung und zumindest teilweiser Zersetzung des Industrie- und Hausmülls sowie herkömmlichen Einrichtungen für die Wärmeabgabe, die Reinigung
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und die Kühlung ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß eine Krackkammer mit einer UV-Bestrahlungsquelle sowie einer Wärmeenergiequelle vorgesehen ist. Vorzugsweise ist die Krackkammer wärmeisoliert.
Vorzugsweise ist die Krackkammer als ein wärmeisolierter Reaktor ausgebildet, in welchen die Abgase tangential eingeleitet werden, und die Kammer in einer Drehbewegung längs deren Wandung zum Auslaß am gegenüberliegenden Ende der Kammer durchströmen.
Nach einem Vorschlag der Erfindung besteht die UV-Bestrahlungs- und Wärmeenergiequelle aus zwei in die Kammer eingesetzten Elektroden, zwischen denen innerhalb der Kammer ein Lichtbogen erzeugbar ist, durch welchen ein Teil der Abgase hindurchgeleitet wird.
Alternativ kann die üV-Bestrahlungs- und Wärmeenergiequelle auch aus einem unmittelbar neben der Krackkammer angeordneten Plasmagenerator bestehen, in welchem ein Gasstrom auf Ionisier ungs temperatur erhitzt wird, welcher dann in die Kammer eingeleitet wird.
Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung ist der Krackkammer unmittelbar ein mit Koks gefüllter Aufkohlungsschacht nachgeschaltet.
Gemäß einem anderen Vorschlag der Erfindung besitzt die Anlage einen Reaktor, welcher mit einem geeigneten Akzeptor für
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Chlor und/oder Salzsäure im Gas gefüllt ist. Der Akzeptor besteht vorzugsweise aus gebranntem Kalk oder Löschkalk und/oder Dolomit. Der Reaktor besteht vorzugsweise aus einem vertikalen Schacht mit Zuführeinrichtungen für den Akzeptor von oben her und Ablaßeinrichtungen für das Abzapfen der absorbierten Produkte.
Weitere Merkmale und Besonderheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung anhand der beiliegenden Zeichnung; es zeigt
Fig.1 eine erfindungsgemäße Müllverbrennungsanlage in schematischer Darstellung;
Fig.2 eine alternative Ausbildung einer erfindungsgemäßen Müllverbrennungsanlage in schematischer Darstellung;
Fig.3 eine nach einem Vorschlag der Erfindung zusammen mit einem Aufkohlungsschacht arbeitende Krackkammer in schematischer Darstellung; und
Fig.4 eine nach einem Alternatiworschlag der Erfindung zusammen mit einem Aufkohlungsschacht arbeitende Krackkammer in schematischer Darstellung.
Die in Fig.1 schematisch dargestellte Einrichtung besitzt einen Verbrennungsofen 1, welcher mit einem Überschluß an Sauerstoff, d.h. mit reiner Verbrennung, arbeitet. Die Ab- ■ gase werden einer Krackkammer 2 zugeführt, welche im einzelnen noch zu beschreiben sein wird, in welcher die gesundheitsschädlichen Chlorverbindungen, welche im Gas vorhanden
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sind, durch UV-Bestrahlung aufgespalten werden. Schwerere Kohlenwasserstoffe werden durch die gleichzeitig zugeführte Wärmeenergie zersetzt.
Die gereinigten Gase werden dann zweckmäßigerweise von der Krackkammer eventuell nach einer Chlorwäsche, welche im einzelnen noch unter Bezug auf Fig.2 zu beschreiben sein wird, einem Wärmetauscher 3 zugeführt, ferner einer Wasch- und Kühleinrichtung 4 und entweichen dann über einen Schornstein Diese einzelnen Schritte stellen die herkömmliche Technologie dar und werden daher im einzelnen nicht mehr beschrieben.
Die in Fig.3 schematisch dargestellte Einrichtung besitzt eine Verbrennungskammer 10, welche mit unzureichender Sauerstoffzufuhr arbeitet und daher zur Herstellung von Brenngasen verwendet werden kann. Die Abgase werden vom Ofen einer Krackkammer 11 der gleichen Art wie vorstehend erwähnt zugeleitet. Das die Krackkammer 11 verlassende Gas wird in einen Aufkohlungsschacht 12 geleitet, welcher unmittelbar hinter der Krackkammer angeordnet ist, in welchem der Wärmewert des Gases durch Ausnutzung seines physikalischen Wärmegehaltes erhöht wird.
Das Gas strömt vom Aufkohlungsschacht über einen Kühler oder Wärmetauscher 13, in welchem die Temperatur auf ca. 350-7000C abgesenkt wird, zu einem Chlorwäscher 14, in welchem Chlor und/oder Salzsäure in den Gasen durch einen Akzeptor in Form von gebranntem Kalk oder Löschkalk und/oder Dolomit entfernt werden.
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Das auf diese Weise gereinigte und qualitätsmäßig verbesserte Gas kann dann durch herkömmliche Behandlungsaggregate hindurchgeleitet werden oder zur Verbrennung oder für irgendwelche anderen Zwecke entnommen werden.
Fig.3 zeigt eine in Verbindung mit einem Aufkohlungsschacht 31 angeordnete Krackkammer 30. Zu bemerken ist, daß die Krackkammer in der in Fig.1 dargestellten Einrichtung getrennt arbeitet und daß ein Aufkohlungsschacht nicht obligatorisch ist. Dasselbe gilt naturgemäß auch für die Ausführung der Krackkammer gemäß Fig.4.
In dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig.3 ist die erfindungsgemäße Krackkammer als ein Reaktor ausgebildet mit einem tangentialen Einlaß 32 für die Abgase vom Verbrennungsofen. Die Kammer besitzt eine Bodenelektrode 33 und eine Ringelektrode 34, zwischen denen ein Lichtbogen 35 erzeugt wird. Am Durchgang durch den Lichtbogen erreicht ein geringer Teil der Abgase Ionisationstemperatur und kann daher UV-Strahlen abgeben. Da die Abgase mit einer Drehbewegung hindurchströmen, können sie gleichmäßig und vollständig bestrahlt werden.
Der physikalische Wärmegehalt des Gases wird weiter in der Krackkammer durch die zugeführte Elektroenergie erhöht, wodurch der Wärmegehalt im nachfolgenden Aufkohlungsschritt ausgenutzt werden kann. Der Aufkohlungsschacht 31 besitzt einen Kokseinlaß 36 am oberen Ende und einen Auslaß 37 für die Restprodukte am Boden. Die Abgase werden am Boden dem Reaktor zugeführt und durch einen oberen Gasauslaß 38 entnommen .
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Die Koksfüllung im Schacht wird auf die Temperatur des Gases durch den physikalischen Wärmegehalt des Gases erhitzt, und Sauerstoff, Kohlendioxid und Wasserdampf werden mit dem Kohlenstoff im Koks zu Kohlenmonoxid und Wasserstoffgas umgewandelt. Anschließend kann das Gas in herkömmlicher Weise erforderlichenfalls entschwefelt werden.
Nach dieser Entschwefelung, falls dies überhaupt erforderlich sein sollte, wird das Gas auf annähernd 350-7000C abgekühlt, z.B. durch einen Wärmetauscher geleitet, und durch einen geeigneten Akzeptor für Chlor und Salzsäure hindurchgeleitet, wobei zweckmäßigerweise gebrannter Kalk oder Löschkalk und/oder Dolomit verwendet wird. Vorzugsweise wird ein vertikaler Reaktor, der mit dem Akzeptor gefüllt ist, verwendet.
Fig.4 zeigt in gleicher Weise wie Fig.3 eine Krackkammer 40 in unmittelbarer Verbindung mit einem Aufkohlungsschacht 41. Ein Gas, zweckmäßigerweise ein einatomiges Gas, wird dem Plasmagenerator 42 zugeleitet und in einem dort erzeugten Lichtbogen auf Ionisierungstemperatur erhitzt. Das auf diese Weise erhitzte Gas wird in die Krackkammer 40 an der Stelle eingeleitet, während das Abgas tangential durch den Einlaß eingeleitet wird, wobei es durch die vom Plasmagas emittierte UV-Strahlung bestrahlt wird. Gleichzeitig werden die Abgase durch das heiße Plasmagas zumindest leicht erhitzt, wobei diese Wärme dann wie erwähnt in dem Aufkohlungsschacht ausgenutzt werden kann. Die auf diese Weise zugesetzte Wärmemenge kann naturgemäß auch gesteuert werden.

Claims (1)

  1. Andrejewski, Honke & Partner
    3512S22 Patentanwälte
    Diplom-Physiker
    Dr. Walter Andrejewski
    Diplom-Ingenieur
    Dr.-Ing. Manfred Honke
    Diplom-Physiker
    Dr. Karl Gerhard Masch
    Anwaltsakte: 63 229/E-th
    4300 Essen 1, Theaterplatz 3, Postf. 100254
    4. April 1985
    Patentanmeldung SKF Steel Engineering AB
    P. O. Box 202 S-813 00 HOFORS, Schweden
    Verfahren und Einrichtung zur Reinigung von Abgasen.
    Patentansprüche:
    Verfahren zur Reinigung von aus Verbrennungsanlagen für Industrie- und Hausmüll stammenden Abgasen von giftigen Chlorverbindungen und schwereren Kohlenwasserstoffen, dadurch gekennzeichnet , daß in den Abgasen vorhandene Chlorverbindungen durch UV-Bestrahlung in einer Krackkammer (11; 33; 40) zersetzt werden und schwerere Kohlenwasserstoffe in den
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    Abgasen durch gleichzeitige Zufuhr von Wärmeenergie von außen gespalten werden, und zwar unabhängig von der Verbrennung.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks UV-Bestrahlung die Abgase durch einen in der Krackkammer (33) erzeugten Lichtbogen (35)geleitet werden, wodurch Teile des Gasstromes auf Ionisierungstemperatur erhitzt werden und gleichzeitig der physikalische Wärmegehalt der Gase erhöht wird.
    3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Bestrahlung die Abgase durch eine Kammer (40) geleitet werden, in welche ein in einem Plasmagenerator (42) auf Ionisierungstemperatur erhitztes Gas eingeleitet wird.
    4. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgase tangential in die Krackkammer (11; 30; 40) eingeleitet und dadurch in Drehung versetzt werden.
    5. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, bei welchem die Müllverbrennungsanlage mit unzureichender Sauerstoffzufuhr zwecks Erzeugung von Brenngas arbeitet, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgase nach ihrem Durchgang durch die Krackkammer (11; 30; 40) in einem mit stückigem, kohlenstoffhaltigem Material gefüllten Schacht (12; 31; 41) eingeleitet werden, um dort ein Kohlenmonoxid und Wasserstoff enthaltendes Gas zu bilden, während gleichzeitig der Wärmegehalt des Gases zur Reduzierung seines Sauerstoff-Potentials ausgenutzt wird.
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    6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Schacht (31) eine die Reaktivität erhöhende Substanz mit dem stückigen, kohlenstoffhaltigen Material gemischt wird.
    7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als die Reaktivität erhöhende Substanz eine Alkaliverbindung verwendet wird.
    8. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Gase nach Abkühlung oder Wärmeübertragung auf 350-7000C in einen Reaktor (14) eingebracht werden, welcher mit einem geeigneten Akzeptor zur Entfernung von Chlor und/oder Salzsäure sowie zur Kondensierung irgendwelcher Metalldämpfe gefüllt ist.
    9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß gebrannter Kalk oder Löschkalk und/oder Dolomit als Akzeptor verwendet wird.
    10. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1, bestehend aus einem Ofen zur Vergasung und zumindest teilweisen Zersetzung des Industrie- und Hausmülls sowie herkömmlichen Einrichtungen für die Wärmeabgabe, Reinigung und Kühlung, dadurch gekennzeichnet, daß eine Krackkammer (11; 30; 40) mit einer UV-Bestrahlungs- und Wärmeenergiequelle (35; 42) vorgesehen ist.
    11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Krackkammer (11; 30; 40) wärmeisoliert ist.
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    12. Einrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Krackkammer (30) aus einem Reaktor mit einem tangentialen Gaseinlaß (32) besteht.
    13. Einrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die UV-Bestrahlungs- und Wärmeenergiequelle aus zwei in die Kammer (30) eingesetzten Elektroden (33, 34) besteht, zwischen denen innerhalb der Kammer ein Lichtbogen (35) erzeugbar ist, durch welchen die Abgase hindurchgeleitet werden.
    14. Einrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die UV-Bestrahlungs- und Wärmeenergiequelle aus einem unmittelbar neben der Krackkammer (40) angeordneten Plasmagenerator (42) besteht, in welchem ein Gasstrom auf Ionisierungstemperatur erhitzt wird, welcher dann in die Kammer eingeleitet wird.
    15. Einrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Krackkammer (40) unmittelbar ein mit stückigem, kohlenstoffhaltigem Material gefüllter Aufkohlungsschacht (41) nachgeschaltet ist.
    16. Einrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Krackkammer (11) ein mit einem Akzeptor für Chlor und Salzsäure gefüllter Reaktor (12) nachgeschaltet ist.
    Andrejewski, Honke & Partner, Patenfanwälte in Essen
    17. Einrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 10 bis 15/ dadurch gekennzeichnet, daß der Krackkammer (11) ein Aufkohlungsschacht (12) nachgeschaltet ist und diesem wieder ein Kühler oder Wärmetauscher (13) zur Abkühlung des Gases auf 350-7000C.
    18. Einrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Krackkammer ein mit einem geeigneten Akzeptor für Chlor und Salzsäure gefüllter Reaktor nachgeschaltet ist.
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