DE4042136A1 - Verfahren zur reinigung von gasen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung von Gasen, insbesondere Abgasen, bei dem ein zu reinigendes Gas mit einer Ca(OH)₂-Suspension beaufschlagt und anschließend getrocknet wird, wobei die Temperatur des Gases vor und nach der Trocknung über dem Taupunkt der abzuscheidenden Schadstoffe liegt, und das getrocknete und mit den abgeschiedenen Stoffen beaufschlagte und/oder vermischte Ca(OH)₂ an einem Staubfilter abgeschieden wird.

Bei der Energieversorgung, der Verarbeitung und Umwandlung von Stoffen, beispielsweise der Erzverhüttung sowie der Verbrennung von Abfällen, entstehen oft Gase bzw. Abgase, die mit Schadstoffen in unterschiedlicher Höhe beladen sein können.

Zu den in den Gasen enthaltenen Schadstoffen gehören insbesondere Chlorwasserstoff, Fluorwasserstoff, Schwefeldioxid, Stickstoffoxide, Kohlenmonoxid, Schwermetalle in flüchtiger Form, Dioxine, Furane sowie chlorierte und polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe. Alle diese Schadstoffe sind ökotoxisch, d. h., sie müssen den beladenen Gasen vor einem Freisetzen in die Umwelt weitestgehend entzogen werden, um die Umweltbelastung möglichst gering zu halten. Dem hat der Gesetzgeber durch eine Verschärfung der Abgasnormen Rechnung getragen.

In der Praxis werden verschiedene Verfahren zur Abscheidung von Schadstoffen aus Gasströmen angewandt. Bei einem Naßreinigungsverfahren werden die mit Schadstoffen beladenen Gase abgekühlt und anschließend durch Wasser und/oder geeignete Lösungen geleitet, worauf die Schadstoffe aus dem Gas ausgewaschen werden. Obwohl diese Waschprozesse recht wirksam sind, weisen sie den Nachteil auf, hohe Kosten zu verursachen. Außerdem bleiben auch in den gereinigten Gasen immer Reste von Schadstoffen in unterschiedlicher Konzentration zurück.

Daneben kennt man seit langem trockene Gasreinigungssysteme, bei denen vornehmlich Calciumhydroxid in trockener Form in den Gasstrom eingebracht wird. Hierbei müssen jedoch enorme Mengen an Calciumhydroxid eingesetzt werden, in Müllverbrennungsanlagen beispielsweise erheblich mehr als 20 kg Ca(OH)₂ pro Tonne Abfall. Durch die großen Mengen an einzusetzendem Calciumhydroxid wird das Verfahren einerseits teuer und andererseits entstehen große Mengen an belastetem Material, die bei der Entsorgung große Probleme bereiten. Daneben ist bei trockenen Gasreinigungsverfahren von Nachteil, daß die Reinigungswirkung oftmals nicht vollständig zufriedenstellend ist.

Ein weiteres Gasreinigungssystem arbeitet auf quasi-trockener Basis. Hierbei wird eine Ca(OH)₂-Suspension in einen mit Schadstoffen beladenen Gasstrom eingedüst. Dadurch wird eine sehr feine Verteilung der Ca(OH)₂-Partikel erreicht. Dann wird das Lösungsmittel in einer geeigneten Vorrichtung verdampft und der weitere Ablauf entspricht einem trockenen Gasreinigungsverfahren. Auch bei diesem quasi-trockenen Verfahren besteht ein relativ hoher Bedarf an einzusetzendem Calciumhydroxid.

Aufgabe der Erfindung war es daher, ein Verfahren zur Reinigung von Gasen zur Verfügung zu stellen, das bei möglichst geringem Einsatz an reinigenden Stoffen eine effektive Gasreinigung ermöglicht.

Diese Aufgabe löst die Erfindung durch ein Verfahren der eingangs genannten Art mit den kennzeichnenden Merkmalen von Patentanspruch 1. In den Unteransprüchen sind bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens angegeben.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird einem die Reinigungsvorrichtung durchströmenden Gas, das Schadstoffe enthält, eine, vorzugsweise wäßrige, Ca(OH)₂-Suspension eingedüst. Das Gas hat vor der Eindüsung der Suspension eine Temperatur, die höher liegt als der Taupunkt der im Gas enthaltenen Schadstoffe. Anschließend wird mittels einer geeigneten Einrichtung, beispielsweise eines Sprühtrockners, die Flüssigkeit verdampft, worauf sich trockenes, äußerst feinpulvriges Ca(OH)₂ im Gasstrom befindet. Die Temperatur des Gases nach der Verdampfung der Flüssigkeit liegt ebenfalls über dem Taupunkt der vorhandenen Schadstoffe. In der Verdampfungsvorrichtung wird dem Gasstrom in einem ersten Reinigungsschritt bereits ein Teil der enthaltenen Schadstoffe entzogen. Um aber den gesetzlichen Anforderungen an maximal zulässige Emissionen zu genügen, müssen weitere Reinigungsmaßnahmen vorgenommen werden. Daher wird, um den Abscheidegrad, insbesondere für Quecksilber, Dioxine, Furane, chlorierte und polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe und ähnliche Stoffe zu erhöhen, bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nach dem oben beschriebenen ersten Reinigungsschritt in einem zweiten Reinigungsschritt ein oberflächenaktiver Stoff bzw. ein Gemisch aus mehreren oberflächenaktiven Stoffen in das Gas eingedüst. Die Temperatur des Gasstromes bei der Eindüsung des Stoffes bzw. der Stoffe liegt dabei auch in jedem Falle über dem Taupunkt der abzuscheidenden Schadstoffe. Die mit den Schadstoffen befrachteten Substanzen Ca(OH)₂ und die oberflächenaktiven Stoffe werden, bevor das Gas die Reinigungsvorrichtung verläßt, mittels eines Staubfilters wieder aus dem Gas abgefangen.

Da die trockenen oberflächenaktiven Substanzen im zweiten Reinigungsschritt erst zugegeben werden, nachdem die Ca(OH)₂- Suspension vollständig getrocknet ist, ist die Gewähr geboten, daß die Oberfläche der aktiven Stoffe voll zur Reinigung des Abgasstromes zur Verfügung steht. Ein Haften der Teilchen aneinander und ein Verkleben der Poren der Teilchen wird durch die trockene Prozedur weitestgehend vermieden. Da nahezu jedes Teilchen vollständig durchreagieren kann, läßt sich der Anteil des einzusetzenden reinigenden Materials erheblich vermindern.

Der oberflächenaktive Stoff bzw. die oberflächenaktiven Stoffe können dem Gasstrom im zweiten Reinigungsschritt unvermischt zugegeben werden. Wenn jedoch beispielsweise Aktivkohle allein verwendet wird und die Temperatur des Gasstromes relativ hoch ist, besteht die Gefahr einer Selbstentzündung des eingebrachten oberflächenaktiven Stoffes im Gasstrom, was zu einer Gefährdung des Bedienungspersonals und unter Umständen zu einer Zerstörung der Reinigungsanlage führen kann. Daher ist es in vielen Fällen vorteilhaft, den oberflächenaktiven Stoff bzw. die oberflächenaktiven Stoffe im zweiten Reinigungsschritt gemischt mit trockenem Ca(OH)₂ einzusetzen, weil dadurch die Gefahr reduziert wird, daß sich die oberflächenaktiven Stoffe unter Umständen in dem heißen Gasstrom selbst entzünden.

Vorzugsweise hat das Gas, das in die Reinigungsvorrichtung eintritt, eine Temperatur von 200°C oder höher. Besonders bevorzugt ist es, wenn die Temperatur im Bereich von 200 bis 250°C liegt.

Als Vorrichtung zum Trocknen der Ca(OH)₂-Suspension beim ersten Reinigungsschritt haben sich Sprühtrockner besonders bewährt. Es kann jedoch auch jede beliebige andere Vorrichtung eingesetzt werden, die gewährleistet, daß die eingedüste Suspension vollständig getrocknet wird.

Im Verlauf der Reinigungsvorrichtung befindet sich ein Staubfilter, auf dem sich die reinigenden Materialien (Ca(OH)₂ sowie oberflächenaktive Stoffe) als filterndes Medium (Filterkuchen) aufbauen. Die durch diesen Filterkuchen erzielte Reinigungswirkung erhöht die Reinigungsleistung des erfindungsgemäßen Verfahrens nochmals erheblich. Besonders geeignet als Staubfilter sind Gewebefilter, aber andere Filter, wie beispielsweise Elektrofilter, können ebenfalls verwendet werden.

Als besonders günstig hat es sich erwiesen, nach dem Staubfilter einen Unterdruck erzeugenden Saugzug in der Reinigungsvorrichtung anzuordnen. Durch diesen Saugzug wird der zu reinigende Gasstrom kontinuierlich aus der Reinigungszone abgezogen und nach der Reinigung in einen Sammelbehälter bzw. an die Umwelt weitergegeben.

Die Zusetzung des oberflächenaktiven Stoffes bzw. der oberflächenaktiven Stoffe, gegebenenfalls gemischt mit trockenem Ca(OH)₂, zu dem zu reinigenden Gasstrom erfolgt bei einer Temperatur, die über dem Taupunkt der abzuscheidenden Schadstoffe liegt. Für die Abscheidung von Quecksilber, Dioxinen, Furanen, chlorierten und polycyclischen aromatischen Kohlenwasserstoffen sowie verwandten Stoffen ist es günstig, wenn diese Temperatur ca. 130 bis 140°C, besonders bevorzugt ca. 140°C, beträgt.

Als oberflächenaktive Stoffe, die gegebenenfalls gemeinsam mit dem trockenen Ca(OH)₂ im zweiten Reinigungsschritt in den Gasstrom eingebracht werden können, sind besonders Aktivkohle, Braunkohlen-Herdofenkoks, aktiviertes Aluminiumoxid und Kieselgel geeignet. Diese Stoffe können einzeln oder in Kombination eingesetzt werden. Daneben kann aber auch jeder andere Stoff verwendet werden, der eine große Oberfläche pro Gewichtseinheit und/oder katalytische Aktivitäten aufweist.

Falls beim zweiten Reinigungsschritt ein Gemisch aus Ca(OH)₂ und oberflächenaktivem Stoff bzw. Stoffen eingesetzt wird, beträgt die Menge der oberflächenaktiven Stoffe vorzugsweise mindestens 40 Gew.-% des im zweiten Schritt eingesetzten Gesamtmaterials. Besonders bevorzugt ist es, wenn 40 bis 60 Gew.-% der oberflächenaktiven Stoffe mit dem trockenen Ca(OH)₂ gemischt werden. Enthält das Gemisch 40 bis 60 Gew.-% der oberflächenaktiven Stoffe, werden insbesondere Quecksilber und die organischen Schadstoffe in sehr hohem Maße aus dem Gasstrom abgeschieden und entfernt.

Die gesetzlich zugelassenen maximalen Werte von 0,1 ngTE Dioxin/m³ Gas und 0,05 mgTE Hg/m³ Gas können bei dem erfindungsgemäßen Reinigungsverfahren in jedem Fall bedeutend unterschritten werden, wenn die Menge der in den Gasstrom eingebrachten oberflächenaktiven Stoffe wenigstens 3 Gew.-% der Gesamtmenge beträgt, d. h., wenn maximal 97 Gew.-% Ca(OH)₂ vorhanden ist. Die Gasreinigungsleistung ist besonders effektiv, wenn wenigstens 5 Gew.-% der eingebrachten Substanzen oberflächenaktive Stoffe sind. Besonders bevorzugt ist es, wenn 7 Gew.-% der Gesamtmenge aus Ca(OH)₂ und oberflächenaktiven Stoffen auf letztere entfällt.

Im folgenden wird das Verfahren beispielhaft anhand einer in Fig. 1 gezeigten Reinigungsvorrichtung erläutert, die einem Müllverbrennungsofen nachgeschaltet ist.

Die durch die Abfallverbrennung entstandenen Gase werden in einem Sammelkanal 1 aufgefangen, auf eine Temperatur zwischen 200 und 250°C eingestellt und zu einem Sprühtrockner (Absorber) 2 geleitet, wo eine wäßrige Ca(OH)₂ Suspension in den Gasstrom eingedüst wird. Wenn das Gas die Sprühtrocknungseinrichtung verläßt, liegt wieder ein weitgehend trockener, teilgereinigter Gasstrom vor, dessen Temperatur gegenüber dem Eintritt in den Sprühtrockner etwas geringer ist. An der mit dem Pfeil 3 gekennzeichneten Stelle wird nun trockenes Ca(OH)₂ gemischt mit oberflächenaktiven Substanzen, in den vorbeiströmenden Gasstrom eingebracht. Der Gasstrom wird dann durch den Kanal 5 zu dem Gewebefilter 6 geleitet, wo sich die eingebrachten Feststoffe als Filterkuchen aufbauen. Gegebenenfalls kann aus dem Zwischenbehälter 4 nochmals Ca(OH)₂ gemischt mit oberflächenaktiven Stoffen in den Gasstrom eingedüst werden. Der Gasstrom wird durch die am Gewebefilter niedergeschlagenen Teilchen in einen Kanal 7 weiterbefördert, was durch den Saugzug 8 noch unterstützt wird. Über den Kanal 9 wird das gereinigte Abgas dann einem Kamin 10 zugeführt und an die Umwelt abgegeben.

Im ersten Reinigungsschritt werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ca. 15 bis 20 kg einer Ca(OH)₂-Suspension pro Tonne Müll in den Sprühtrockner eingedüst. Beim zweiten Reinigungsschritt sind es nochmals etwa 2 bis 3 kg Substanz pro Tonne Müll, wobei 40 bis 60 Gew.-% oberflächenaktive Stoffe darstellen. Falls gewährleistet ist, daß im Endzustand wenigstens ca. 3% der in den Gasstrom eingebrachten reinigenden Substanzen oberflächenaktive Stoffe sind, werden Abgaswerte im Bereich von etwa 0,035 bis 0,079 ngTE Dioxin/m³ Gas erreicht, womit der gesetzlich zugelassene Wert von 0,1 ngTE Dioxin/m³ Gas erheblich unterschritten wird.

Claims (12)

1. Verfahren zur Reinigung von Gasen, insbesondere Abgasen, bei dem ein zu reinigendes Gas in einem ersten Reinigungsschritt mit einer Ca(OH)₂-Suspension beaufschlagt und anschließend getrocknet wird, wobei die Temperatur des Gases vor und nach der Trocknung über dem Taupunkt der abzuscheidenden Schadstoffe liegt, und das getrocknete und mit den abgeschiedenen Stoffen beaufschlagte und/oder vermischte Ca(OH)₂ an einem Staubfilter abgeschieden wird, dadurch gekennzeichnet, daß dem Abgasstrom vor der Abscheidung an dem Staubfilter in einem zweiten Reinigungsschritt ein oberflächenaktiver Stoff oder mehrere oberflächenaktive Stoffe in trockener Form zugesetzt werden, wobei die Temperatur des Gases bei der Zugabe ebenfalls über dem Taupunkt der abzuscheidenden Schadstoffe liegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im zweiten Reinigungsschritt ein Gemisch aus trockenem Ca(OH)₂ und einem oberflächenaktiven Stoff oder oberflächenaktiven Stoffen zugesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Gases vor der Zugabe der Ca(OH)₂-Suspension im ersten Reinigungsschritt bei 200°C oder höher, vorzugsweise 200 bis 250°C, liegt.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Wasser das Lösungsmittel der Ca(OH)₂-Suspension ist.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ca(OH)₂-Suspension im ersten Reinigungsschritt in einem Sprühtrockner zugegeben wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Staubfilter ein Gewebefilter ist.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der gereinigte Abgasstrom nach dem Staubfilter mittels eines Saugzugs abgezogen wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der oberflächenaktive Stoff oder die oberflächenaktiven Stoffe oder das Gemisch aus trockenem Ca(OH)₂ und oberflächenaktivem Stoff bzw. oberflächenaktiven Stoffen dem Gasstrom bei einer Temperatur von 130 bis 140°C zugesetzt werden.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als oberflächenaktive Stoffe Aktivkohle, Braunkohlen-Herdofenkoks, aktiviertes Aluminiumoxid und/oder Kieselgel verwendet werden.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der oberflächenaktive Stoff oder die oberflächenaktiven Stoffe in einer Menge von mindestens 40 Gew.-%, vorzugsweise 40 bis 60 Gew.-%, der beim zweiten Reinigungsschritt zugegebenen Substanzen verwendet werden.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge der in den Gasstrom eingebrachten oberflächenaktiven Stoffe wenigstens 3 Gew.-%, bezogen auf die eingebrachten Gesamtmenge an Ca(OH)₂ und oberflächenaktiven Stoffen, beträgt.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge der eingebrachten oberflächenaktiven Stoffe wenigstens 5 Gew.-%, insbesondere 7 Gew.-%, beträgt.