DE3543531A1 - Verfahren zur reinigung von abfall-, rauch- und verbrennungsgasen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung von Abfall-, Rauch- und Verbrennungsgasen aus beispielsweise Haushaltsheizungen, Kraftwerks- und Abfallverbrennungsanlagen, Verbrennungsmotoren oder dergl. Feuerungen von ihren toxischen und carcinogenen Verunreinigungen, insbesondere ihren Verunreinigungen an Schwermetallen und Schwermetalloxiden sowie Halogen­ wasserstoffen unter Verwendung eines Adsorptionsmittels.

Die Abscheidung von Schwermetallen und Schwermetalloxiden aus Rauch­ gasen ist nach wie vor ein absolut unbefriedigend gelöstes Problem. Zwar ist es bekannt, Schwermetalle und Schwermetalloxide adsorptiv an etwa Aktivkohle oder anderen Adsorptionsmitteln abzuscheiden, die auf diese Weise nach den bekannten Verfahren erzielten Reinigungsergebnisse sind jedoch unbefriedigend, was nach den derzeitigen Feststellungen seine Ur­ sache darin hat, daß die Schwermetalle bezw. Schwermetalloxide in den Rauch- bezw. Verbrennungsgasen im allgemeinen zumindest zunächst dampfför­ mig vorliegen und bei der Kondenstion bezw. Sublimierung als elektrosta­ tisch geladene Feinststaubpartikel anfallen, deren elektrostatische Auf­ ladung das Eindringen in die Porengänge des Adsorptionsmittels und an­ schließende physikalische Bindung verhindert.

Der vorliegenden Erfindung liegt als Aufgabe die Schaffung eines Verfahrens zugrunde, mit dessen Hilfe Schwermetalle und Schwermetalloxide sowie - in einer besonderen Ausführungsform - neben den genannten Schad­ stoffen auch die anderweitigen toxischen und carcinogenen Schadstoffe, wie Schwefel- und Stickoxide, Halogenwasserstoffe und Kohlenmonoxid praktisch quantitativ aus den Rauch- bezw. Verbrennungsgasen beseitigt werden können. Die Erfindung besteht darin, daß das Gas auf eine im Bereich der Taupunktstemperatur für den im Rauchgas enthaltenen Wasserdampf liegende Temperatur abgekühlt und nach Einsetzen der Tröpfchenkondensation unter Aufrechterhaltung einer Arbeitstemperatur im Bereich der Sättigungsgrenze für Wasserdampf durch oder über das Adsorptionsmittel geleitet wird.

Durch die Erfindung ist ein Verfahren geschaffen, mit dessen Hilfe die Schwermetall- und Schwermetalloxidverunreinigungen quantitativ aus Rauch­ und anderweitigen Verbrennungsgasen beseitigt werden können. Nach den der­ zeitigen Feststellungen hat die überraschende Wirkung ihre Ursache darin, daß durch die einsetzende Tröpfchenkondensation eine elektrostatische Entladung der gebildeten Feinststaub-Partikel bewirkt wird, sodaß keine Abstoßung der Partikel beim Eindringen in die Porengänge des Adsorptions­ mittels mehr eintritt, in denen sie danach mechanisch-physikalisch fest­ gehalten werden. Hierbei werden nicht nur die am häufigsten auftretenden Blei- bezw. Bleioxidpartikel sondern darüberhinaus auch die anderen Metalle, insbesondere die als hochschädlich einzustufenden Schwermetalle Quecksilber, Arsen und Cadmium erfaßt.

Zweckmäßig erfolgt die Abkühlung auf eine Arbeitstemperatur, die zwi­ schen 10° unterhalb und 25° oberhalb, vorteilhaft zwischen 5° unterhalb und 10° oberhalb der Taupunktstemperatur liegt. Im allgemeinen ergibt sich hierbei eine Arbeitstemperatur von zwischen 40°C und 130°C, die sich auch aus anderweitigen Gründen, etwa wegen der Rückgewinnung der in den Rauchgasen enthaltenen Wärme als zweckmäßig erwiesen hat. Gegebenenfalls kann die Wasserdampfbeladung vor Eintritt in die Kühlstufe auf eine entsprechende Höhe eingestellt werden.

Zur Abscheidung der Schwermetalle bezw. Schwermetalloxide kann grund­ sätzlich ein beliebiges Adsorptionsmittel, beispielsweise Aktivkohle, Kieselgur oder dergl. Verwendung findet. Besonders vorteilhaft finden je­ doch (mineralische) Pellets hoher Porosität Verwendung, die unter Verwen­ dung von Metalloxiden, insbesondere Alkalimetall- und/oder Erdalkalime­ talloxiden und Eisenoxid sowie gegebenenfalls Mangandioxid als Sauerstoff­ vermittler durch Mischen von Kalk und Quarzsand einer Sieblinie unter 0,3 mm in gleichen, mindestens 10 Gew.-%, bezogen auf die gesamte Einsatz­ masse, anschließende Zugabe der chemisch oder katalytisch bezw. quasika­ talytisch wirksamen Materialien zusammen mit einer für ihre vollständige Hydratisierung ausreichenden Menge an Wasser sowie nachfolgende jeweils mehrstufige Pelletisierung und thermische Behandlung bei Temperaturen bis zu 500°C entstanden sind. Hierbei erfolgt die thermische Behandlung der Pellets vorteilhaft in Stufen von zwischen 25° und 125°C, vorzugsweise 50°C während einer Zeit von jeweils mindestens 20 Minuten, vorteilhaft von etwa zwei Stunden. Durch den Einsatz derartiger Pellets als Adsorp­ tionsmaterial können in besonders vorteilhafter Weise nicht nur die Schwermetalle und Schwermetalloxide adsorptiv abgeschieden sondern darüberhinaus auch die anderweitigen in den Rauch- und Verbrennungsgasen enthaltenen toxischen und karzinogenen Schadstoffe, nämlich der Schwefel­ und Stickoxide, Halogenwasserstoffe und das Kohlenmonoxid katalytisch bezw. quasikatalytisch umgesetzt und quantitativ absorptiv abgeschieden werden. Es ist auf diese Weise somit erstmals ein Verfahren geschaffen, mit dessen Hilfe - in ein- oder mehrstufiger Arbeitsweise - alle Arten von Schadstoffen aus Rauchgasen oder anderweitigen Verbrennungsgasen erfaßt und beseitigt werden können.

Vorteilhaft findet ein Adsorptionsmittel einer solchen Porosität Anwendung, daß die Schütte dem Gas einen Durchflußwiderstand von weniger als 35 mm WS, vorzugsweise weniger als 25 mm WS pro 1000 mm Schütte ent­ gegensetzt, wobei das Adsorptionsmittel zweckmäßig eine Porosität zwischen 50 und 120 m²/g aufweist. Es wird auf diese Weise erreicht, daß einerseits die vollständige chemische bezw. katalytische Umsetzung der Schadstoffe gewährleistet und die Schädigung des katalytisch bezw. quasikatalytisch wirkenden Mangandioxids durch Bildung von Mangansalzen weitestgehend ver­ hindert, wobei auch ein physikalisches Zusetzen der Pelletporen durch adsorptiv gebundene Schadstoffe durch den gezielt begrenzten Abrieb der Pellets verhindert wird. Zur Erzielung einer Rückoxidierung des quasika­ talytisch wirkenden Mangandioxids wird zweckmäßig das Gas - sofern es sich um bei über 300°C anfallende Gase handelt - auf einen Sauerstoffgehalt von 1,7 bis 2 Vol.-% eingestellt, in welchem Falle ohne weiteres bei Tem­ peraturen zwischen 260° und 300°C eine Rückoxidierung eintritt. Hierbei findet die Abscheidung der flüchtigen Metalle und der Schwermetalle zweck­ mäßig als letzte Stufe im Rahmen eines vierstufigen Reinigungsverfahrens erfolgt, in dessen erster Stufe bei Temperaturen von wenger als 500°C eine Vorreinigung von Halogenwasserstoffen unter Einsatz von Kalk, Kalk­ hydrat, Calciumcarbonat oder Dolomit erfolgt, während in der zweiten Stufe bei Temperaturen zwischen 300° und 400°C eine katalytische oder quasika­ talytische Umsetzung der Stickoxide und in der dritten Stufe bei Tempera­ turen zwischen 100° und 300°C die Abscheidung von Schwefel- und Stickoxi­ den sowie anderer giftiger und/oder karzinogener Schadstoffe erfolgt.

Die Pellets werden für den Einsatz in stationären Wirkschichten vor­ teilhaft mit einer Festigkeit hergestellt, die einen Abrieb bis zur vollständigen Zerkleinerung in einer Zeit zwischen 100 und 350 Betriebsstunden, vorteilhaft zwischen 120 und 150 Betriebsstunden sicherstellt, wodurch eine ständige Beseitigung der verbrauchten äußeren Schichten der Pellets und damit eine über ihrer gesamten Standzeit hohe Wirksamkeit erreicht wird. Hierbei können das Abriebmaterial sowie die Pellets nach ihrer Beladung einer Aufarbeitung zur Regenerierung und Rückgewinnung des aktiven Katalysatormaterials unterzogen werden.

Claims (12)

1. Verfahren zur Reinigung von Abfall-, Rauch- und Verbrennungsgasen aus beispielsweise Haushaltsheizungen, Kraftwerks- und Abfallverbren­ nungsanlagen, Verbrennungsmotoren oder dergl. Feuerungen von ihren toxi­ schen und carcinogenen Verunreinigungen, insbesondere ihren Verunreini­ gungen an Schwermetallen und Schwermetalloxiden sowie Halogenwasserstoffen unter Verwendung eines Adsorptionsmittels dadurch gekennzeichnet, daß das Gas auf eine im Bereich der Taupunktstemperatur für den im Rauchgas ent­ haltenen Wasserdampf liegende Temperatur abgekühlt und nach Einsetzen der Tröpfchenkondensation unter Aufrechterhaltung einer Arbeitstemperatur im Bereich der Sättigungsgrenze für Wasserdampf durch oder über das Adsorp­ tionsmittel geleitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas auf eine Arbeitstemperatur abgekühlt wird, die zwischen 10° unter und 25° oberhalb der Taupunktstemperatur liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas auf einen solchen Wassergehalt eingestellt, daß die Wasserdampf­ sättigung und damit Tröpfchenkondensation bei Abkühkung auf eine Tempe­ ratur zwischen 40° und 130°C, vorzugsweise im Bereich zwischen 70° und 100°C einsetzt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abscheidung der Schwermetalle bezw. Schwermetalloxide ein organisches Adsorptionsmittel, beispielsweise Aktivkohle, Kieselgur oder dergl. Verwendung findet.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abscheidung der Schwermetalle bezw. Schwermetalloxide Pellets hoher Porosität Verwendung finden, die unter Verwendung von Metalloxiden, insbesondere Alkalimetall- und/oder Erdalkalimetalloxiden und Eisenoxid sowie gegebenenfalls Mangandioxid als Sauerstoffvermittler durch Mischen von Kalk und Quarzsand einer Sieblinie unter 0,3 mm in gleichen, mindestens 10 Gew.-%, bezogen auf die gesamte Einsatzmasse, anschließende Zugabe der chemisch oder katalytisch bezw. quasikatalytisch wirksamen Materialien zusammen mit einer für ihre vollständige Hydratisierung aus­ reichenden Menge an Wasser sowie nachfolgende jeweils mehrstufige Pelleti­ sierung und thermische Behandlung bei Temperaturen bis zu 500°C entstan­ den sind.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die thermische Behandlung der Pellets in Stufen von zwischen 25° und 125°C, vorzugsweise 50°C während einer Zeit von jeweils zwei Stunden erfolgt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Pellets umlaufend im Quer- oder Gegenstrom zu dem zu reinigenden Gas durch das Reaktionsgefäß geführt werden und eine solche Festigkeit aufweisen, daß bei der hierbei auftretenden mechanischen Belastung ein Oberflächenabrieb von zwischen 1 und 2 Gew.-% pro Einsatzwoche eintritt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, daß zur Abscheidung der Metalle bezw. Metalloxide ein Adsorptionsmittel einer solchen Porosität eingestzt wird, daß die Schütte dem Gas einen Durchflußwiderstand von weniger als 35 mm WS, vorzugsweise weniger als 25 mm WS pro 1000 mm Schütte entgegensetzt.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Adsorptionsmittel eine Porosität zwischen 50 und 120 m²/g aufweist.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Abscheidung der flüchtigen Metalle und der Schwermetalle als letzte Stufe im Rahmen eines vierstufigen Reinigungsverfahrens erfolgt, in dessen erster Stufe bei Temperaturen von wenger als 500°C eine Vorreini­ gung von Halogenwasserstoffen unter Einsatz von Kalk, Kalkhydrat, Calcium­ carbonat oder Dolomit erfolgt, während in der zweiten Stufe bei Temperatu­ ren zwischen 300° und 400°C eine katalytische oder quasikatalytische Umsetzung der Stickoxide und in der dritten Stufe bei Temperaturen zwi­ schen 100° und 300°C die Abscheidung von Schwefel- und Stickoxiden sowie der sonstigen giftigen und/oder karzinogenen Schadstoffe erfolgt.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeich­ net, daß die Pellets für den Einsatz in stationären Wirkschichten mit einer Festigkeit hergestellt werden, die einen Abrieb bis zur vollstän­ digen Zerkleinerung in einer Zeit zwischen 100 und 350 Betriebsstunden, vorteilhaft zwischen 120 und 150 Betriebsstunden sicherstellt.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeich­ net, daß das Abriebmaterial sowie die Pellets nach ihrer Beladung einer Aufarbeitung zur Regenerierung und Rückgewinnung des aktiven Katalysator­ materials unterzogen werden.