DE4304193C1

DE4304193C1 - Verfahren zum Auswaschen der sauren Gaskomponenten aus Rauchgasen durch Absorption

Info

Publication number: DE4304193C1
Application number: DE4304193A
Authority: DE
Inventors: Thomas Dr Lederer
Original assignee: Noell 97080 Wuerzburg De GmbH; GG Noell GmbH
Current assignee: Preussag Noell Wassertechnik GmbH
Priority date: 1993-02-12
Filing date: 1993-02-12
Publication date: 1994-05-05
Anticipated expiration: 2013-02-13

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auswaschen von sauren Gaskomponenten aus Rauchgasen, insbesondere von Abgasen aus Müll- und Sondermüllverbrennungsanlagen durch Absorption mit dem Ziel der Rohsäurengewinnung.

Neben SO₂ und NO_x spielen bei der Reinigung von Rauchgasen auch alle sauren Gaskomponenten, wie z. B. HCl und HF, eine große Rolle, insbesondere dann, wenn die Rauchgase aus einer Müllverbrennungsanlage stammen. Je nach Zusammensetzung des zur Verbrennung gelangten Mülls kann der HCl-Gehalt des Abgases sogar mehr als 10 g/m³ betragen. Solch hohe HCl-Gehalte bedürfen in der Regel einer besonderen Behandlung in Rauchgasreinigungsanlagen. Dies geschieht heutzutage vor allem dadurch, daß der SO₂-Reinigungsstufe eine HCl-Abscheidung vorgeschaltet wird. Die HCl-Abscheidung erfolgt hierbei oft simultan mit einer Quenchung des Rauchgases, wobei meist schon alkalische Chemikalien zugesetzt werden. Weiterhin wird bei dieser Quenchung auch ein großer Teil des im Abgas verbliebenen Reststaubes abgeschieden.

Die bei diesem Abscheideprozeß gewonnene, meist noch salzsaure Lösung bzw. Suspension, enthält im allgemeinen den größten Teil der im Rauchgas enthaltenen Schwermetalle. Meist wird diese salzsaure Lösung bzw. Suspension einer Abwasserbehandlung zugeführt. Durch Zugabe von Alkali bzw. Erdalkalicarbonaten oder -hydroxiden erfolgt eine Neutralisation und Ausfällung der Schwermetalle. Nach Filtration der Suspension wird in der Regel das Filtrat einem Vorfluter zugeleitet oder eingedampft und der Rückstand einer Deponie zugeführt. Bei der Einleitung in einen Vorfluter enthält das Abwasser meist noch größere Mengen löslicher Salze sowie gewisse Restgehalte an Schwermetallen.

Sofern man aus diesen Rückständen verwertbare Salze, wie Kochsalz oder Calciumchlorid, gewinnen will, muß im allgemeinen eine aufwendige und effektive Abwasseraufbereitung der Eindampfung vorgeschaltet sein und unter Umständen die während des Eindampfens ausfallende Kristallmase ein- bis mehrfach umkristallisiert werden, was mit entsprechend hohem apparativen und energetischen Aufwand verbunden ist und trotzdem im allgemeinen noch nicht die von der Praxis geforderten Reinheitsgrade für die Salze sicherstellt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Abscheidung der sauren Gaskomponenten der Abgase so zu gestalten, daß hieraus mit einfachen Mitteln, kostengünstig und energetisch sinnvoll wiederverwertbare Rohsäuren gewonnen werden können. Das erfindungsgemäße Verfahren geht dabei von solchen Verfahren aus, bei denen die sauren Gasbestandteile in einer Quencheinrichtung durch Abkühlung auf Kühlgrenztemperatur aus den Abgasen herausgelöst werden. Ein solches Verfahren ist aus der DE-OS 39 12 563 bekannt.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß im Anschluß an die Quencheinrichtung in mindestens zwei Füllkörperstufen durch kurzzeitiges Durchleiten einer Waschflüssigkeit ein zusammenhängender Flüssigkeitsfilm auf der Oberfläche der Füllkörper erzeugt wird, durch die das Rauchgas aus der Quencheinrichtung im Gegenstrom von unten nach oben geführt wird und bei Erreichen der angestrebten Säurekonzentration in der Waschlösung durch kurzzeitiges Spülen mit neuer Waschflüssigkeit die entstandene Rohsäure ausgewaschen wird.

Die erste Füllkörperstufe wird dann zum Start eines neuen Absorptionszyklus mit neuer unbeladener Absorptionsflüssigkeit beschickt und die ausgewaschene Absorptionsflüssigkeit als Waschlösung in der vorhergehenden Stufe eingesetzt wird. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird die Menge an erforderlicher Waschflüssigkeit verringert und die Waschflüssigkeit kann ohne zusätzliche Pumpenaggregate allein durch Schwerkrafteinwirkung in die zugehörige Absorptionsstufe einströmen, wobei nur bei Beladung der in der Stufe befindlichen Flüssigkeitsmenge ein Auswaschen und Ersetzen dieser Waschflüssigkeit erforderlich ist.

Alle bisher bekannten und angewendeten Verfahren erfordern kontinuierlich im Kreislauf geführte Waschlösungen in ein oder mehreren Waschstufen, wobei nach Erreichen einer gewünschten Endkonzentration periodisch ein Teil der Waschflüssigkeiten aus dem jeweiligen Waschkreislauf ausgeschleust und durch neue unbeladene Waschflüssigkeit ersetzt werden muß. Dies erfordert eine entsprechend große Vorlagemenge für jede Waschstufe und kapazitätsmäßig zugeschnittene Förderaggregate. Diese wiederum bedingen die Zuführung eines entsprechend hohen Arbeitsstromes. Durch den hohen Flüssigkeitsgehalt in jeder Waschstufe ist der Druckverlust einer jeden Waschstufe entsprechend hoch und erfordert die Bereitstellung einer daraufhin zugeschnittenen Gebläseleistung und ebenfalls damit verbundenem hohen Strombedarf.

Mit der vorliegenden Erfindung werden diese Nachteile vermieden.

Das wasserdampfgesättigte Rauchgas tritt nach der Quencheinrichtung mit Kühlgrenztemperatur in die erste Waschstufe ein.

In dieser Waschstufe ist eine Füllkörperschicht (Packung oder lose Schüttung) so angebracht, daß von oben herunterrieselnde Waschflüssigkeit einen zusammenhängenden Flüssigkeitsfilm auf der Oberfläche dieser Schicht bildet.

Die Füllkörperschicht muß dabei so ausgebildet sein, daß das von unten durchströmende, zu reinigende Gas keinen freien Strömungskanal findet, sondern ein intensiver Gas- Flüssig-Kontakt zu einem guten Stoffübergang von Gasphase in die Flüssigkeit führt. Dies ist bei Verwendung von marktüblichen gängigen Füllkörpern bzw. Packungen gegeben.

Die Waschflüssigkeit bleibt bis zur vorgesehenen Rohsäurebeladung in der Schüttung. Bei Erreichen der angestrebten Säurekonzentration, die im Maximalfall dem thermodynamischen Gleichgewicht Gas <-< Flüssigkeit entsprechen kann, wird neue, unbeladene Waschflüssigkeit oberhalb der Schüttung zugegeben. Die beladene Flüssigkeit wird hierdurch schrittweise von neuer, unbeladener Flüssigkeit verdrängt und nach unten aus der Schüttung ausgewaschen. Hierbei ist eine Verdünnung der Säure gegeben.

Nach einem bevorzugten Merkmal der Erfindung laufen die Spülvorgänge bei mehreren Absorptionsstufen zeitlich nacheinander ab, wobei die Spülflüssigkeit der räumlich nachfolgenden Stufe jeweils als Wasch- und Absorptionsflüssigkeit in der vorhergehenden Stufe eingesetzt wird. Dadurch wird eine hohe Wirtschaftlichkeit des Verfahrens ermöglicht.

Nach einem anderen bevorzugten Merkmal der Erfindung wird als Wasch- und Absorptionsflüssigkeit Wasser eingesetzt. Der Flüssigkeitsaustausch kann mit einer fest einstellbaren Flüssigkeitsmenge ablaufen.

Zur Steuerung des Waschvorganges wird nach einem weiteren Merkmal der Erfindung eine Konzentrationsmessung in der Waschflüssigkeit am Ausgang der Kolonne vorgenommen, wobei bei Unterschreiten einer einstellbaren Säurekonzentration der Flüssigkeitsaustausch beendet wird. Der Startzeitpunkt des Waschvorgangs wird nach einem anderen bevorzugten Merkmal der Erfindung über eine Konzentrationsmessung der sauren Gaskomponenten im Reingas bestimmt.

Weiter vorteilhaft ist der Einbau eines Tropfenabscheiders zwischen den einzelnen Reinigungsstufen, um einen Flüssigkeitsmitriß in die jeweils folgende Stufe zu verhindern. Die Waschprozesse in einer oder mehreren anschließenden Stufen erfolgen analog hierzu.

Die am höchsten konzentrierte Waschflüssigkeit der ersten Waschstufe wird für eine separate Reinigung und Aufkonzentrierung in einem Sammelbehälter aufgefangen und aufbewahrt.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles näher beschrieben werden.

Die Zeichnung zeigt in Fig. 1 ein Verfahrensfließbild. Die Bezugszeichen haben dabei folgende Bedeutung:

1 Rohgaszuführung
2 Quenchflüssigkeitskreislauf
3 Verdampfungswasserzuführung
4 Waschflüssigkeitsablauf Stufe I
5 Waschflüssigkeitszulauf Stufe I
6 Waschflüssigkeitsablauf Stufe II in Vorlage Stufe I
7 Waschflüssigkeitszulauf Stufe II
8 Reingasabführung
9 Schüttungen für Flüssigkeitsrückhalt
10 Notkühlwasserzuführung
11 Zusatzwaschflüssigkeitszuführung in Vorlage Stufe I
12 Feststoff- und Salzausschleusung
13 Tropfenabscheider
14 Waschflüssigkeitszuführung in Vorlage für Stufe II
15 Waschflüssigkeitssammelboden Stufe I
16 Waschflüssigkeitssammelboden Stufe II

Zum Anwendungsfeld dieses Verfahrens gehört die Gewinnung einer Rohsalzsäure aus Rauchgasen, z. B. bei einer Müll- oder Sondermüllverbrennungsanlage, wobei diese Rohsalzsäure dann in einem daran anschließenden Verfahren zu einer technischen Salzsäure (Konzentration ca. 32 Gew.%, Reinheit nach DIN) für industrielle Anwendungszwecke umgewandelt werden und somit als Recyklat Wiederverwendung finden kann.

Eine typische Rauchgaszusammensetzung einer Hausmüllanlage kann wie folgt aussehen:

N₂: ca. 78 Vol.%
CO₂: ca. 11 Vol.%
O₂: ca. 11 Vol.%
HF: ca. 10-50 mg/m³ i.N.tr.
HCL: ca. 1500 mg/m³ i.N.tr.
SO₂: ca. 100-500 mg/m³ i.N.tr.
NO_x: ca. 100-500 mg/m³ i.N.tr.

zusätzlich wechselnde Gehalte an Wasserdampf sowie Flugstaub mit Schwermetallen, Schwermetallsalzen sowie unverbrannten organischen Verbindungen.

Die Abgase mit einer HCl-Gasbeladung von 1500 mg/Nm³ werden nach einem Staubabscheider einem Quencher zugeführt, der mit Betriebs- und Restwässern betrieben wird. In dessen Quenchersumpf sammeln sich die noch nicht abgeschiedenen Feinstäube, die löslichen Schwermetalle und löslichen Schwermetallsalze an. In Abhängigkeit von der Salzkonzentration und der erreichbaren Kühlgrenztemperatur kann der Säuregehalt im Sumpf bei den o. g. Gaskonzentrationen bis zu 16 Gew.% HCl ansteigen. Ist das thermodynamische Gleichgewicht des Multikomponentengemisches Wasser/HCl/Metallsalze/Feststoffe erreicht, wird kein gasförmiges HCl mehr in der Quenchflüssigkeit aus dem Rauchgas aufgenommen. Bei Überschreiten eines bestimmten Feststoffgehaltes im Quenchersumpf, z. B. 250 g/l 20 Gew.%, der z. B. über eine Dichtemessung bestimmt werden kann, wird eine Teilmenge des Sumpfes ausgeschleust und in einer separaten Trocknungsanlage eingedampft. Der Feststoff kann dann entsorgt werden. Die HCl-haltigen Brüdendämpfe können entweder in den Rauchgasstrom vor Quencher zurückgegeben oder in eine separate Salzsäureaufbereitungsanlage eingebracht werden. Das abgekühlte HCl-beladene Rauchgas wird durch die erste Waschstufe geführt, wobei pro m³ Schüttvolumen ca. 20 l Waschflüssigkeit zur Erstellung des Oberflächenfilmes benötigt werden. In der ersten Waschstufe wird durch HCl- Absorption eine Anreicherung des Waschfilmes auf z. B. 13 Gew.% bis 15 Gew.% durchgeführt und dann durch Nachspülen mit unbeladener bzw. schwachbeladener Waschflüssigkeit die beladene Flüssigkeit nach unten ausgewaschen und damit gleichzeitig ein neuer wieder aufnahmefähiger Flüssigkeitsfilm erzeugt. Der Spülvorgang wird fortgesetzt, bis die unten ablaufende Waschflüssigkeit eine HCl-Beladung von z. B. nur noch 5 Gew.% bis 7 Gew.% zeigt und dann abgebrochen. Die ablaufende Waschflüssigkeit wird in einem Sammelbehälter für eine anschließende Aufarbeitung aufgefangen. Dieser Vorgang wird periodisch wiederholt.

In einer zweiten anschließenden Reinigungsstufe wird die Waschflüssigkeit von dem hier an HCl bereits abgereicherten Rauchgas nur z. B. bis 2 Gew.% beladen und dann der Spülvorgang analog zur ersten Stufe durchgeführt. Die ablaufende beladene Flüssigkeit der 2. Stufe wird über einen Vorlagebehälter als Spülflüssigkeit der 1. Stufe eingesetzt.

Claims

1. Verfahren zum Auswaschen von sauren Gaskomponenten aus Rauchgasen durch Absorption, wobei nach Abkühlung der Rauchgase auf Kühlgrenztemperatur durch eine Quencheinrichtung anschließend die Säurewäsche erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß

- in mindestens zwei Füllkörperstufen durch kurzzeitiges Durchleiten einer Waschflüssigkeit ein zusammenhängender Flüssigkeitsfilm auf der Oberfläche der Füllkörper erzeugt wird, durch die das Rauchgas aus der Quencheinrichtung im Gegenstrom von unten nach oben geführt wird;
- bei Erreichen der angestrebten Säurekonzentration in der Waschlösung durch kurzzeitiges Spülen mit neuer Waschflüssigkeit die entstandene Rohsäure ausgewaschen wird;
- die erste Füllkörperstufe hierbei gleichzeitig mit neuer, unbeladener Absorptionsflüssigkeit zum Start eines neuen Absorptionszyklus beschickt wird, und die ausgewaschene Absorptionsflüssigkeit als Waschlösung in der vorhergehenden Stufe eingesetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Spülvorgänge bei mehreren Absorptionsstufen zeitlich nacheinander ablaufen und die ausgewaschene Absorptionsflüssigkeit der räumlich nachfolgenden Stufe jeweils als Wasch- und Absorptionsflüssigkeit in der vorhergehenden Stufe eingesetzt wird.

3. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß als Wasch- und Absorptionsflüssigkeit Wasser eingesetzt wird.

4. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung des Waschvorganges eine Konzentrationsmessung in der Waschflüssigkeit am Ausgang der Kolonne vorgenommen wird.

5. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß der Startzeitpunkt des Waschvorganges über eine Konzentrationsmessung der sauren Gaskomponenten im Reingas bestimmt wird.

6. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, daß die ausgewaschene Rohsäure einer weiteren Aufarbeitung zugeführt wird.