DE4225192A1 - Verfahren zur Rückgewinnung und/oder Reinigung von aus Verbrennungsprozessen gebildetem Kohlenstoff - Google Patents

Verfahren zur Rückgewinnung und/oder Reinigung von aus Verbrennungsprozessen gebildetem Kohlenstoff

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Rückgewin­ nung und/oder Reinigung von aus thermischen Prozessen gebildetem Kohlenstoff und seine Verwendung als Ad­ sorptionsmittel sowie die Verwendung eines derartigen Verfahrens bei der Vergasung des durch Entgasung or­ ganischer Müllbestandteile gewonnenen Kohlenstoffes. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Reinigung von Aktivkohlefiltern.
Bei der Kohlevergasung wie auch bei der Vergasung des durch Entgasung organischer Müllbestandteile gewonne­ nen Kohlenstoffes mit technisch reinem Sauerstoff entsteht CO2, wobei dieses CO2 sich mit überschüssigem C bei erhöhter Temperatur mit CO im Gleichgewicht (Boudouard-Gleichgewicht) befindet. Der Kohlenstoff kann sich dabei auch durch Crackung organischer Verbindungen bilden. Im Zuge der immer strengeren Um­ weltbestimmungen und einer ökonomischen Verfahrens­ führung ist es jedoch unwirtschaftlich, wichtige Be­ standteile in Prozeßgasen nicht auszunutzen.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, das es ermöglicht, Kohlen­ stoff als Bestandteil heißer Synthesegase zu bilden und eine Rückgewinnung zu ermöglichen.
Die Erfindung wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Verfahrensweise ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 8.
Die Verwendung des Verfahrens kennzeichnet sich durch die in dem Patentanspruch 9 angegebenen Merkmale.
Das Verfahren zur Reinigung des Aktivkohlefilters ist durch die im Anspruch 10 angegebenen Merkmale gekenn­ zeichnet.
Erfindungsgemäß wurde gefunden, daß sich durch eine bestimmte Prozeßführung, in der gasförmige Kohlen­ stoffverbindungen unter Anwesenheit katalytisch wir­ kenden Metallen und Metallverbindungen beschleunigt zersetzt werden, Kohlenstoff bildet, der separierbar ist und zurückgeführt werden kann. Dieser gewonnene Kohlenstoff ist als Adsorptionsmittel einsetzbar und bindet gleichzeitig die im Prozeß enthaltenen Schad- und Reststoffe. Über gesonderte Reinigungsschritte kann dann der Kohlenstoff wieder in den Ausgangspro­ zeß zurückgeführt werden.
Der für das erfindungsgemäße Verfahren notwendige Kohlenstoff kann aus verschiedenen thermischen Pro­ zessen stammen. Beispielhaft wäre hier die Kohlever­ gasung oder auch die Vergasung von organischen Müll­ bestandteilen zu nennen. Erfindungsgemäß wird dann dieser Kohlenstoff mit reinem Sauerstoff zu CO2 umge­ setzt. Die aufgrund der Kohlevergasung mit reinem Sauerstoff entstehenden Temperaturen von mindestens 800°C, bevorzugt aber über 1200°C, führen dazu, daß CO2 gemäß dem Boudouard-Gleichgewicht überwiegend in Kohlenmonoxid transformiert wird. Die Zusammensetzung des Gasgemisches im Boudouard-Gleichgewicht ist dabei wie folgt:
Demgemäß ist sichergestellt, daß bei Temperaturen über 800°C, jedoch bevorzugt bei Temperaturen über 1200°C, das Gleichgewicht nahezu vollständig auf die Seite von CO verschoben ist.
Bei schockartigem Abkühlen des heißen Synthesegases auf kleiner als 100°C, jedoch bevorzugt auf 90°C, werden CO-Bestandteile wieder in Kohlenstoff und CO2 rücktransformiert, wobei der Kohlenstoff in einer feinverteilten Form anfällt.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird das heiße Synthesegas auf 90°C durch Eindüsen von kaltem Wasser abgekühlt. Der durch die Rücktransformation gewonnene feinverteilte Kohlenstoff bildet nun mit dem Quenchschwasser eine feine Dispersion, die infolge der großen spezifischen Oberfläche der Kohlenstoff­ partikel hervorragende Adsorptionseigenschaften für die im Wasser vorhandenen Schad- und Reststoffe be­ sitzt.
Erfindungsgemäß wird der Kohlenstoff aus der Disper­ sion zurückgewonnen. Dazu werden die schad- und rest­ stoffbeladenen Kohlenstoffpartikel konzentriert und als wäßriger Schlamm abgezogen.
Der wäßrige Schlamm wird dann einer thermischen Be­ handlung bei einer Temperatur von mindestens 1200°C, bevorzugt einer Temperatur bis 1600°C, unterzogen.
Bei diesem Trocknungsprozeß werden die flüchtigen Schadstoffbestandteile abgedampft und anschließend abgeschieden. Eine besonders bevorzugte Ausführungs­ form sieht vor, daß eine fraktionierte Abdampfung erfolgt und somit die Schadstoffe selektiv konden­ sieren.
Der zurückbleibende Kohlenstoff wird dem thermischen Verfahren wieder zugeführt.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß nicht verdampfungsfähige Schadstoffe einer Stoff­ wandlung unterzogen werden und als stabile Systeme in schmelzflüssiger Phase ausgetragen werden. Somit ist zusätzlich gewährleistet, daß auch die nicht verdamp­ fungsfähigen Schadstoffe separiert und nicht in den Ausgangsprozeß zurückgeführt werden.
Das beschriebene Verfahren läßt sich erfindungsgemäß in bezug auf diejenigen Verfahrensmerkmale, die die Reinigung des Kohlenstoffes betreffen, und auch auf die Reinigung von Aktivkohlefiltern anwenden. Demge­ mäß können Aktivkohlefilter dadurch gereinigt werden, daß eine Dispersion mit Wasser herbeigeführt wird und dann, wie bereits beschrieben, diese Dispersion kon­ zentriert getrocknet und die flüchtigen Bestandteile abgedampft werden und der dann erhaltene Kohlenstoff wiederum als Aktivkohlefilter eingesetzt wird. Die Trocknung erfolgt ebenfalls bei erhöhter Temperatur - bevorzugt bei ca. 1600°C.
Die Erfindung wird anhand eines Beispieles des bei der Vergasung des durch Entgasung organischer Müll­ bestandteile gewonnenen Kohlenstoffes mit technisch reinem Sauerstoff näher beschrieben.
Beispiel
Bei der Behandlung von 3000 kg Hausmüll/Stunde wurden 2750 Nm3 Roh-Synthesegas erzeugt, die u. a. 760 kg CO, 65 kg CH4 und 2 kg Kohlenstoff sowie mitgeführte geschmolzene Partikel aus dem Vergasungs- und Crack­ prozeß enthielten. Durch gezielt beeinflußte Quench­ bedingungen entstanden bei der Gaskühlung zusätzlich 4,5 kg Kohlenstoff mit einem Teilchengrößenmaximum von 10 µm.
Nach Passieren eines Lamellenklärer und Zusatz von Flockungsmitteln wurde das Kohlenstoffkonzentrat mit­ tels Fundabacfilter auf ca. 90% Trockensubstanzge­ halt, d. h. 7,4 kg, gebracht.
Nach Vakuumbehandlung des Konzentrats betrug der Ge­ wichtsverlust infolge Verdampfung der im Konzentrat enthaltenen Feuchtigkeit und der vom Kohlenstoff ad­ sorbierten Rest- und Schadstoffe insgesamt 1,5 kg.
Der Anteil nicht verdampfter Rest- und Schadstoffe betrug 300 g. Diese Reststoffe werden einer Stoffum­ wandlung unterzogen und als stabile Systeme in schmelzflüssiger Form ausgetragen.

Claims (10)

1. Verfahren zur Rückgewinnung und/oder Reinigung von aus thermischen Prozessen gebildetem Kohlen­ stoff, der nach Umsetzung mit Sauerstoff zu CO2 in einem Synthesegas bei erhöhter Temperatur mit überschüssigem C im Gleichgewicht mit CO2 und CO (Boudouard-Gleichgewicht) vorliegt, dadurch gekennzeichnet,
  • - daß das Synthesegas auf eine Temperatur größer als 800° gebracht wird,
  • - daß das Synthesegas schockartig durch H2O auf eine Temperatur kleiner als 100°C abge­ kühlt wird,
  • - daß die sich bildende Kohlenstoff-Wasser- Dispersion als Adsorptionsmittel verwendet wird und im Verbrennungsgas enthaltene Schad- und Reststoffe bindet,
  • - daß die Kohlenstoff-Wasser-Dispersion kon­ zentriert wird,
  • - daß der entstehende Kohlenstoffschlamm bei erhöhter Temperatur, vorzugsweise größer als 1200°C, getrocknet wird,
  • - daß während des Trocknungsprozesses beim Kohlenstoffschlamm die Schadstoffe bzw. die Schadstoffbestandteile abgedampft und an­ schließend kondensiert werden,
  • - daß der getrocknete Kohlenstoff in den Aus­ gangsverbrennungsprozeß zurückgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Synthesegases vor der schockartigen Abkühlung ca. 1200°C beträgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die schockartige Abkühlung auf ca. 90°C durch Eindüsen von kaltem Wasser erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Überführung von gasförmigen Kohlenstoffverbindungen in Kohlen­ stoff durch Anwesenheit von katalytisch wirken­ den Metallen und Metallverbindungen begünstigt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Trocknungstempe­ ratur für den Kohlenstoffschlamm ca. 1600°C be­ trägt.
6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Separierung der schadstoffbeladenen Kohlen-Dispersion durch Flockungsmittel begünstigt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Entfernung aus dem Kohlenstoffschlamm durch fraktionierte Ab­ dampfung erfolgt.
8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die nach der Entfer­ nung der flüchtigen Stoffe im Kohlenstoff ent­ haltenen verdampfungsunfähigen Schadstoffe einer Stoffwandlung unterzogen werden und als stabile Systeme in schmelzflüssiger Phase ausgetragen werden.
9. Verwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 8 bei der Vergasung des durch Entgasung organi­ scher Müllbestandteile gewonnenen Kohlenstoffes.
10. Verfahren zur Reinigung von Aktivkohlefilter, dadurch gekennzeichnet,
  • - daß eine Kohlenstoff-Wasser-Dispersion her­ gestellt wird,
  • - daß die Kohlenstoff-Wasser-Dispersion kon­ zentriert wird,
  • - daß der entstehende Kohlenstoffschlamm bei erhöhter Temperatur - vorzugsweise 1600°C - getrocknet wird,
  • - daß die Schadstoffe abgedampft werden, und
  • - daß die nicht verdampfungsfähigen Schad­ stoffe einer Stoffwandlung unterzogen wer­ den und als stabile Systeme in schmelzflüs­ siger Phase ausgetragen werden.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2834717A1 (de) * 1977-08-12 1979-02-22 Adolf H Borst Verfahren zur kombinierten muellverwertung und abwasseraufbereitung
DE2815329A1 (de) * 1978-04-08 1979-10-18 Ruhrkohle Ag Verfahren zur aufbereitung von wasser/kohlenstoffsuspensionen, die beim auswaschen des gases anfallen, das bei der vergasung von mineralischen rohstoffen entsteht

Patent Citations (2)

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Non-Patent Citations (2)

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Title
Römpps Chemie-Lexikon, Franckh'sche Verlagshandlung, Stuttgart 1972, S. 414 *
Römpps Chemie-Lexikon, Franckh'sche Verlagshandlung, Stuttgart 1975, S. 3423 *

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