DE4225192C2 - Verfahren zur Reinigung und Wiederverwertung von in thermischen Prozessen anfallendem Kohlenstoff - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung und Wiederverwertung von in thermischen Prozessen anfallendem Kohlenstoff wie er bei der Vergasung organischer Müllbestandteile durch Entgasung anfällt, sowie die Verwendung des nach dem Verfahren gewonnenen Kohlenstoffs.

Bei der Kohlevergasung wie auch bei der Vergasung des durch Entgasung organischer Müllbestandteile gewonnenen 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.

Aus der DE-OS 28 15 329 ist ein Verfahren zur Aufbereitung von Wasser/Kohlenstoffsuspensionen bekannt, die beim Auswaschen des Gases anfallen, das bei der Vergasung von mineralischen Rohstoffen entsteht. Die Rohstoffe werden dabei mit Sauerstoff verbrannt und als Endprodukt entstehen hier Kohlenoxid und Wasserstoff. Die dabei mitgerissenen Feststoffteilchen werden durch Berührung der Synthesegase mit Wasser in üblichen Wascheinrichtungen wie z. B. Waschkühlern von den mitgeführten Feststoffen befreit und diese Wasser-/Kohlenstoffsuspensionen werden vor der Rückführung zusammen mit dem Waschwasser einer Klassierung unterzogen.

Desweiteren ist aus der DE-OS 28 34 717 ein Verfahren zur kombinierten Müllverwertung und Abwasseraufbereitung bekannt, bei dem der Müll in einem ersten Reaktor bei Temperaturen von über 800°C pyrolisiert wird und mit Schmutzlast gesättigte Filterkohle in einem zweiten Reaktor mit dem Brenngas behandelt wird. Die Schmutzlast, welche an dem Kohlefilter haftet, wird unter Gewinnung von Schwelgas thermisch zersetzt und die regenerierte Filterkohle des zweiten Reaktors wieder in die Abwasserfilterzone zurückgeführt.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, das es ermöglicht, Kohlen­ stoff als Bestandteil heißer Synthesegase zu bilden, zu reinigen und wiederzuverwerten.

Die Erfindung wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Verfahrensweise ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 4.

Die Verwendung des Verfahrens kennzeichnet sich durch Anspruch 5.

Es hat sich gezeigt, daß sich durch eine bestimmte Prozeßführung, in der gasförmige Kohlenstoffverbindungen unter Anwesenheit katalytisch wirkenden 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 Ausgangsprozeß 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 umgesetzt. 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 Kohlenstoffpartikel hervorragende Adsorptionseigenschaften für die im Wasser vorhandenen Schad- und Reststoffe besitzt. Der Kohlenstoff wird aus der Dispersion zurückgewonnen. Dazu werden die schad- und reststoffbeladenen Kohlenstoffpartikel konzentriert und als wäßriger Schlamm abgezogen. Der wäßrige Schlamm wird dann einer thermischen Behandlung bei einer Temperatur von mindestens 1200°C, bevorzugt einer Temperatur bis 1600°C, unterzogen. Bei diesem Trocknungsprozeß werden die flüchtigen Schadstoffbestandteile fraktioniert, abgedampft und anschließend abgeschieden, wobei die Schadstoffe selektiv kondensieren. Der zurückbleibende Kohlenstoff wird dem thermischen Verfahren wieder zugeführt.

Es ist vorgesehen, daß nicht verdampfungsfähige Schadstoffe einer Stoffwandlung unterzogen werden und als stabile Systeme in schmelzflüssiger Phase ausgetragen werden. Somit ist zusätzlich gewährleistet, daß auch die nicht verdampfungsfähigen Schadstoffe separiert und nicht in den Ausgangsprozeß zurückgeführt werden.

Das Verfahren läßt sich erfindungsgemäß in bezug auf diejenigen Verfahrensmerkmale, die die Reinigung des Kohlenstoffes betreffen, auch auf die Reinigung von Aktivkohlefiltern anwenden. Demgemäß können Aktivkohlefilter dadurch gereinigt werden, daß eine Dispersion mit Wasser herbeigeführt wird und dann, wie bereits beschrieben, diese Dispersion konzentriert 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 Müllbestandteile gewonnenen Kohlenstoffes mit technisch reinem Sauerstoff näher beschrieben.

Beispiel

Bei der thermischen Aufbereitung und anschließenden Verbrennung von 3000 kg Hausmüll/Stunde wurden 2750 Nm³ Verbrennungsgas erzeugt, das u. a. 760 kg CO, 65 kg CH₄ und 2 kg Kohlenstoff sowie mitgeführte geschmolzene Partikel aus dem Vergasungs- und Crackprozeß enthielten. Durch gezielt beeinflußte Quench­ bedingungen entstanden bei der Gaskühlung zusätzlich 4,5 kg Kohlenstoff mit einem Teilchengrößenmaximum von 10 µm.

Nach Passieren eines Lamellenklärers 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 (5)

1. Verfahren zur Reinigung und Wiederverwertung von in thermischen Prozessen anfallendem Kohlenstoff, wie er bei der Vergasung organischer Müllbestandteile durch Entgasung anfällt, bei dem der Kohlenstoff mit Sauerstoff zu CO₂ umgesetzt wird, das CO₂ bei Temperaturen größer als 800°C mit überschüssigem C und CO im Boudouard-Gleichgewicht vorliegt, woraufhin das Verbrennungsgas schockartig mittels Wasser auf eine Temperatur kleiner als 100°C abgekühlt wird und die sich bildende Kohlenstoff-Wasser-Dispersion als Adsorptionsmittel wirkt, wobei es die im Verbrennungsgas enthaltenen Schad- und Reststoffe bindet, anschließend die Kohlenstoff-Wasser-Dispersion zu Kohlenstoffschlamm bei erhöhter Temperatur, vorzugsweise größer als 1200°C, konzentriert und eingetrocknet wird, wobei während des Trocknungsprozesses die Schadstoffe fraktioniert abgedampft und anschließend kondensiert werden und schließlich der getrocknete Kohlenstoff in den Verbrennungsprozeß zurückgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die schockartige Abkühlung ca. 90°C durch Eindüsen von kaltem Wasser erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Trocknungstemperatur für den Kohlenstoffschlamm ca. 1600°C beträgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der schadstoffbeladenen Kohlenstoff-Wasser-Dispersion Flockungsmittel beigegeben werden.

5. Verwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 4 bei der Vergasung des durch Entgasung organischer Müllbestandteile gewonnenen Kohlenstoffes.