DE4034752A1

DE4034752A1 - Vorrichtung zur gleichzeitigen behandlung von mehreren schadstoffen eines gasstromes

Info

Publication number: DE4034752A1
Application number: DE19904034752
Authority: DE
Inventors: Fritz Curtius
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1990-08-30
Filing date: 1990-11-01
Publication date: 1992-05-07

Description

Die Erfindung betrifft einen Gegenstromreaktor, in welchem mit einem Reaktionsmittel mehrere Komponenten eines Gasstromes im Gegenstrom behandelt werden. Das Reaktionsmittel reagiert mit jedem der vorhandenen Schadstoffe bzw. jeder der vorhandenen Schadstoffe ist ein möglicher Verbraucher des Reaktionsmit tels.

In dem Verfahren zur Oxidation von nitrosen Gasen vom 30.08.90 ist unter dem Aktenzeichen P 40 27 404.7 eine zusätzliche Be handlung von Quecksilber in dem gleichen Apparat zusammen mit der Behandlung der nitrosen Gase beschrieben. Diese zusätz liche Behandlung der nitrosen Gase mit H2O2 ist dort lokal auf einen Teil des Apparates beschränkt.

Inzwischen hat sich das Umweltbewußtsein in Deutschland dahin gehend weiterentwickelt, daß die zulässigen Grenzwerte für Schwermetalle und speziell Quecksilber nach § 5 der 17. BImschV auf 0.05 mg/Nm3 halbiert wurden.

Prof. Vogg aus Karlsruhe, der auch in dem obigen Verfahren an gegebene Autor einer Reihe von Untersuchungen zur Quecksilber abscheidung, beschreibt unter anderem, daß man bei der Rauch gasreinigung hinter Naßwäschen immer ca 20% metallisches Quecksilber Hg(O) feststellt und daß außerdem durch Konzentra tionsänderungen in der Waschflüssigkeit hin zu höheren ph Wer ten Hg(O) unkontrolliert aus der Waschflüssigkeit der vorgela gerten Waschsysteme desorbiert.

Da heute eine kontinuierliche Quecksilbermessung im Rauchgas bei Müllverbrennungen nicht üblich ist und für das hochgiftige Schwermetall auch keine spezielle Behandlungsstufe installiert ist, hat die heute eingesetzte Technik die folgenden Nach teile:

1. 20% des Quecksilbers belasten in metallischer Form die Umwelt.
2. Bei der diskontinuierlichen und nicht erfaßten Änderung der Konzentrationen in den Kreisläufen für Waschflüssigkeit ent stehen Verschiebungen des ph-Wertes. Hierdurch werden zusätz lich gepufferte Quecksilberströme freigesetzt.
3. Diese Technik genügt den gestiegenen Anforderungen hin sichtlich der Restemission von 0.05 mg/Nm3 nicht mehr.

Andererseits gibt es eine, vorallem in der Schweiz anerkannte, Methode zur Bestimmung der Quecksilbergehalte in Abgasen. Hier wird in der Gasflasche mittels einer Lösung aus HNO3 und H2O2 das Quecksilber quantitativ ausgewaschen.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, das Quecksilber nicht nur teilweise wie in der oben erwähnten Oxidation von NO in einem System mit zu erfassen, sondern dieses Schwermetall gezielt mittels H2O2 und HNO3 zusammen mit den nitrosen Gasen in einer Vorrichtung auszuwaschen.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß entsprechend Anspruch 1

- der Schadstoff mit dem größten Bedarf an Reaktionsmittel in der Vorrichtung im Gegenstrom gewaschen wird und bezogen auf eine 100%-ige Schadstoffabscheidung die Reaktionsmittelauf gabe überstöchiometrisch erfolgt
- und neben den Austauschflächen zur Behandlung des Hauptver brauchers an Reaktionsmittel in der Vorrichtung auch die Aus tauschflächen für die Behandlung weiterer Schadstoffe instal liert sind.

Bei einem aktuellen Beispiel aus einer gemeinsamen Abscheidung von NOx und Hg aus Rauchgasen einer Müllverbrennung ergeben sich die folgenden Daten:

Rohgas
NOx-Gehalt
486 mg/Nm³
davon NO2-Anteil 208 mg/Nm³ @	Reingasgehalt NO	70 mg/Nm³
H2O2-Bedarf, stöchiometrisch	310 mg/Nm³
Stöchiometrie 1,2	370 mg/Nm³
Hg-Gehalt im Rohgas	0,5 mg/Nm³
Hg-Gehalt im Reingas	0,05 mg/Nm³
H2O2-Bedarf	<1 mg/Nm³

Entsprechend dem Beispiel tritt das beladene Gas von unten in die Austauschfläche der Vorrichtung nach Fig. 1 ein. Dort erfolgt die Abscheidung der nitrosen Gase durch Reaktion mit dem H2O2. Auf der Flüssigkeitsseite erfolgt der Verbrauch des Sorptionsmittels H2O2 also am Austritt der Flüssigkeit aus der Austauschoberfläche. Beim weiteren Aufstieg des Gases durch die Austauschflächen ist das Gas von dem Hauptschadstoff befreit. Auf der entgegen strömenden Flüssigkeit ist dagegen die volle Beladung des Sorptionmittels vorhanden. Hier steht also die volle Sorptionsmittelkonzentration dem abzuscheiden den Quecksilber Hg gegenüber. Während zur Behandlung des 2 ten Stoffes nur ca. 1 mg/Nm3 benötigt werden, werden mit der Flüssigkeit 370 mg/Nm3 als treibende Kraft zur Absorption dieses Stoffes eingetragen.

Erfindungsgemäß kann in der vorgeschlagenen Vorrichtung der 2 te Schadstoff mit einem 300 fachen Überschuß an Reaktionsmit tel behandelt werden.

Bezüglich des Hauptschadstoffes NOx ist die überstöchiome trische Aufgabe deshalb erforderlich, damit die Abscheidung des NOx am Eintritt des Abgases in die Austauschflächen stattfindet.

Bei einer überschlägigen Berechnung der Abscheideverhältnisse für die jeweiligen Schadstoffe wäre aufgrund der Konzentra tionsunterschiede zwischen Roh- und Reingas die Austauschfläche für die Behandlung des Quecksilbers ca. 20% größer als die jenige für die Hauptreaktion, nämlich die Abscheidung der nitrosen Gase.

Die simultane Behandlung beider Schadstoffe in einer Vorrich tung hat also den Vorteil, daß für die Behandlung beider Stoffe nur eine Stufe erforderlich ist, der stöchiometrische Überschuß an Sorptionsmittel zur Abscheidung des 2ten Stoffes genutzt werden kann und bei den Investitionskosten nur die zusätzliche Bauhöhe von z. B. 2.4 m als Mehrkosten anfällt.

Bezüglich der unkontrollierten oben geschilderten Konzentra tionsschwankungen von Hg im Rohgas wirkt der mit Flüssigkeit beladene Austauschkörper in der Vorrichtung wie ein Absolut filter, das Konzentrationsspitzen aufnehmen kann.

Anhand von Fig. 1 wird die Vorrichtung näher beschrieben.

Die Vorrichtung besteht aus dem Gegenstromwäscher 2 zur Behandlung des Gasstromes und aus dem Flüssigkeitskreislauf um den Gegenstromwäscher zur Erzeugung der Gegenstrombedingungen mit der Flüssigkeit und zur Führung des Reaktionsmittels gegen das im Wäscher aufsteigende und zu behandelnde Gas.

Der Flüssigkeitskreislauf wird gebildet durch die Leitung 9 am Austritt des Wäschers 2, eine Förderpumpe 11, die verbindende Rohrleitung 13 und der Zufuhr zum Wäscher 8 in den eingebauten Flüssigkeitsverteiler 5. Der Flüssigkeitskreislauf hat eine Zufuhr 12 für das Reaktionsmittel und für die Waschflüssigkeit und eine Abfuhr 10 zum Abzug der Abschlämmung und des Reaktionsproduktes.

Der Gegenstromwäscher 2 wird gebildet durch das Gehäuse 6 mit den Zu- und Abführleitungen für den Gasstrom und die Flüssig keiten sowie Einbauten z. B. die Austauschkörper 3 und 4 und den Flüssigkeitsverteiler 5.

In dem Gasstrom, der über die Leitung 1 zugeführt wird, laufen erfindungsgemäß die größten Stoffaustauschvorgänge in dem un teren Austauschkörper 3 ab. Im Austauschkörper 4 erfolgt im wesentlichen die Behandlung der weiteren gasseitigen Schad stoffe mit den geringeren Konzentrationen, bevor das Gas über die Leitung 7 austritt.

In der Flüssigkeit, die über den Verteiler 5 in den Austausch körper 4 eintritt, laufen die Stoffaustauschvorgänge am Ein tritt mit den gasseitig geringen Konzentrationen im Austausch körper 4 ab. Im Austauschkörper 3 am Austritt der Flüssigkeit erfolgt der größte Umsatz des Reaktionsmittels.

Die Austauschkörper 4 und 3 sind also Bestandteil des Flüssig keitskreislaufes und gleichzeitig Bestandteil der Gasbehand lung in umgekehrter Strömungsrichtung. Die richtige Ausbildung der Austauschkörper 3 und 4 ist für die gute Funktion der Vor richtung wichtig. Bei kleineren Flüssigkeitsmengen erhöht sich die Konzentration des bei 12 aufgegebenen Reaktionsmittels in der Waschflüssigkeit. Hierdurch verbessert sich vorallem die Behandlung der zusätzlichen Schadstoffe im Austauschkörper 4.

Als Austauschkörper können geordnete Packungen oder Bodenko lonnen eingesetzt werden. Die Unterteilung in die Austausch körper 3 und 4 ist also nur für die theoretische Abgrenzung der Stoffaustauschvorgänge wichtig. In der Praxis überlagern sich die Austauschvorgänge und die Einbauten können als homo gene Einheit ausgeführt werden.

Für das aufgeführte Beispiel ergeben sich Flüssigkeitsbela stungen im Bereich von 0.1 ltr/Nm3. Die Hauptreaktion in dem gewählten Beispiel läuft über die Gleichung

NO + NO2 + 2 H2O2 → 2 HNO3 + H2O.

Zusätzlich wird zur Verdünnung des Reaktionsproduktes HNO3 auch Wasser benötigt. Es wird also neben dem H2O2 bei 12 auch Wasser und eventuell verdünnte HNO3 aufgegeben. Das nach obi ger Gleichung erzeugte Reaktionsprodukt Salpetersäure wird mit der Waschflüssigkeit über die Leitung 10 aus der Vorrichtung abgezogen.

Durch die überstöchiometrische Dosierung von H2O2 gegenüber den NO/NO2-Anteilen im Gasstrom wird das Reaktionsmittel H2O2 mit der Flüssigkeit in den Austauschkörper 3 gebracht. Erfindungsgemäß läuft die Reaktion nach obiger Gleichung in dem Teil 3 des Austauschkörpers ab, während im Teil 4 das Reaktionsmittel für weitere Reaktionen und Behandlungen verfügbar ist.

Für die gewünschte Behandlung von Quecksilber wird also mit einem anteiligen Bedarf von <1 mg/Nm3 nur ein Bruchteil der aufgegebenen H2O2 Menge benötigt, sodaß die Hauptreaktion unabhängig von der Hg Menge im Gasstrom abläuft und auch nicht erfaßbare, kurzzeitige und für die Bevölkerung gefährliche Hg-Spitzen im Gasstrom abgebaut werden können.

Hinsichtlich des Reaktionsmittelbedarfes läuft die Schwerme tallbehandlung und speziell die des Quecksilbers in der erfin dungsgemäßen Vorrichtung kostenfrei mit.

Die Ausführung der Austauschkörper als geordnete Packung hat im Betrieb einen weiteren Vorteil, daß örtliche Konzentra tionsspitzen von Schadstoffen, die als Strähne im Rauchgas noch aus der Feuerung kommen, beim Durchströmen der Packung vergleichmäßigt werden. Der Ort der Probennahme im Reingas strom ist also beim Einsatz der Vorrichtung von untergeordne ter Bedeutung.

Bei einer Anwendung der Vorrichtung zur Behandlung von Rauch gasen aus Müllverbrennungsanlagen entsprechend dem obigen Beispiel sind in dem Gasstrom noch andere organische Schad stoffe enthalten. Zu diesen Schadstoffen gehören die Dioxine und Furane, die ebenfalls nach der neuen 17. BImschV mit stark reduzierten Konzentrationen und zwar 0.1 ng/Nm3 in einem Reingasstrom enthalten sein dürfen.

Es ist bekannt, daß auch diese Schadstoffe mit H2O2 oxidiert und damit abgebaut werden können. Über entsprechende Untersu chungen wurde in Chem. Ing. Technol. 13 (1990) 221-229 von Vogg, Hunsinger und Stieglitz berichtet.

Bei einer spezifischen H2O2-Aufgabe von 80 mg/Nm3 konnten die Dioxine und Furane bis auf den vorhandenen Meßbereich von 0.1 ng/Nm3 oxidativ entfernt werden. Das eingesetzte System hat aber den Nachteil, daß die Oxidation bei einer Aufgabe von 80 mg/Nm3 von der Stöchiometrie und der Kostenseite des Reaktionsmittels mit dem 10⁶-fachen Überschuß durchgeführt wurde. Bei dem obigen Beispiel zum Betrieb der neuen Vorrichtung ist aber das Reaktionsmittel in einer noch höheren Konzentration, nämlich 370 mg/Nm3 in flüssiger Form vorhanden.

Für die Dioxine und Furane als weiterer Schadstoff im Gasstrom kann man folgende Konzentrationen ansetzen:

Rohgas
40 ng/Nm³
Reingas	0,1 ng/Nm³

Nach den Gesetzen des Stoffaustausches ist für diese Abschei deleistung von 40 auf 0.1 ca. die 3 fache Fläche als Aus tauschkörper gegenüber dem Hauptreaktionspartner, den nitrosen Gasen, erforderlich. Bezogen auf das obige Beispiel ergibt sich bei der Berücksichtigung der Schadstoffe Dioxine und Furane eine Bauhöhe des Austauschkörpers, die z. B. 6 m höher ist.

Erfindungsgemäß können durch den Betrieb der vorgehend be schriebenen Vorrichtung mit Rauchgasen auch die Umweltgifte wie Dioxine und Furane ohne wesentliche Erhöhung des Gesamt verbrauches an Reaktionsmittel H2O2 behandelt und vernichtet werden.

Zusätzlich wirken die feuchten Austauschflächen für noch vorhandene Aerosole im Abgasstrom als Abscheider.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung können somit neben dem Hauptschadstoff andere Stoffe im Gasstrom, ohne zusätzliche Installation auf der Apparateseite oder im Meß- und Regelbe reich und ohne nennenswerten Einfluß auf den Reaktionsmittel verbrauch, nur durch Vergrößerung der Austauschflächen mitbe handelt werden.

Claims

1. Vorrichtung zur gleichzeitigen Behandlung von mehreren Stoffen in einem Gasstrom, mittels eines gemeinsamen Behandlungs- oder Reaktionsmittels, ausgeführt als Gegenstromwäscher mit Flüssigkeitskreislauf, dadurch gekennzeichnet, daß

- in der Vorrichtung Austauschkörper zur Behandlung der verschiedenen Stoffe im Gasstrom vorgesehen sind,
- durch eine Zufuhr des Reaktionsmittels im Gegenstrom und durch eine überstöchiometrische Dosierung des Reaktionsmit tels in bezug auf den größten Verbraucher, die Behandlung dieses Stoffes am Eintritt des Gasstromes in den Austausch körper erfolgt und
- beim weiteren Durchströmen des Gasstromes die anderen Stoffe im Gasstrom mit einem noch unverbrauchten Reaktionsmittel behandelt werden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionsmittel oder Behandlungsmedium in flüssiger Form aufgegeben wird, die Austauschkörper als geordnete Packung oder als Kolonnenböden ausgeführt sind und zur Aufgabe der Flüssigkeit über die Austauschkörper ein Flüssigkeitsverteiler eingebaut ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1-2, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der Austauschkörper und damit die Austauschfläche so bemessen ist, daß in der unteren Zone der Schadstoff mit dem höchsten Verbrauch an Reaktionsmittel und in einer darüber befindlichen Zone der am schwierigsten zu behandelnde Stoff behandelt werden kann.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosierung des Reaktionsmittels in den Flüssigkeits kreislauf kontinuierlich erfolgt und in Abhängigkeit von dem Stoff im Gasstrom, der auch der Hauptverbraucher ist.

5. Vorrichtung für die Behandlung von nitrosen Gasen nach Anspruch 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß als Behandlungsmittel Wasserstoffperoxid (H2O2) dosiert wird und als Waschflüssigkeit eine verdünnte Salpetersäure (HNO3) im Flüssigkeitskreislauf umgepumpt wird.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß H2O2 mit Wasser verdünnt über die Dosiereinrichtung zugeführt wird und aus dem Flüssigkeitskreislauf eine ver dünnte Salpetersäure abgezogen wird.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1-6 zur Behandlung der Schad stoffe in Rauchgasen aus einer Abfallverbrennung, dadurch gekennzeichnet, daß in dem unteren Bereich des Austauschkörpers die nitrosen Gase durch eine Oxidation mit H2O2 absorbiert werden und in dem darüberliegenden Bereich unter Verwendung eines Bruchteiles des zudosierten H2O2 auch die Schwermetalle z. B. metallisches Quecksilber Hg(O) und organische Verbindungen z. B. Dioxine und Furane behandelt werden.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß auch Schadstoffspitzen aus der Verbrennung oder einem vorgeschalteten Wäscherbetrieb, z. B. durch Desorption von Hg(O) , durch den Reaktionsmittelüberschuß in dem oberen Teil des Austauschkörpers umweltgerecht behandelt werden.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß als Regelgröße für die Dosierung des Reaktionsmittels die Menge der zu behandelnden nitrosen Gase gemessen und verwendet wird.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration des Reaktionsmittels in der Vorrichtung durch eine Verkleinerung der Flüssigkeitsmenge erhöht wird.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß die spezifische Flüssigkeitsmenge im Flüssigkeitskreislauf weniger als 1 ltr/Nm3 z. B. ca. 0.1 ltr/Nm3 Rauchgas beträgt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 1-11, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitsverteilung innerhalb einer geordneten Packung durch einen eingebauten Sammler für die Flüssigkeit und einen eingebauten Verteiler für den darunterliegenden Packungsteil verbessert ist.