DE4323647C2 - Vorrichtung und Granulat-Material zum Reinigen von Prozeßabgasen im Trockenverfahren - Google Patents

Vorrichtung und Granulat-Material zum Reinigen von Prozeßabgasen im Trockenverfahren

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Reinigung von Prozeßabgasen im Trockenverfahren, insbesondere auf die Verwendung eines Granulatmaterials und eine Vorrichtung mit diesem Granulatmaterial.
Die Verwendung eines Ferrit-Granulats ist in der JP 59-080 318 als bekannt ausgewiesen. Hierbei ist für die Granulatkörper ein Durchmesser von bis zu einigen 100 µm angegeben. Das Granulat soll zur Reduzierung von NOx in Abgasen dienen. Einzelheiten über die Art der Abgasreinigungsanlage sind im übrigen nicht gemacht. Insbesondere sind derart feine Granulate für eine im Rezirkulationsverfahren und im Gegenstromprinzip arbeitende Abgasreinigungsanlage u. a. wegen der dabei praktisch kaum vorhandenen Kanäle für den Gasstrom und wegen des völligen Zusetzens mit Staub nicht geeignet. Auch wäre die Transportfunktion für Staub und zusätzliches Absorptionsmaterial kaum gegeben, jedenfalls nicht ausreichend, und die Trennung der Reaktionsprodukte schwerlich möglich.
In der DE 26 36 374 C2 ist die Reinigung von Prozeßabgasen im Trockenverfahren mittels eines in einem Gehäuse abwärts wandernden Granulats beschrieben. Das Granulat in dem Gehäuse wird erhitzt und das Rohgas wird unten seitlich in das Gehäuse eingeleitet, durchströmt das Granulat und wird oben abgeleitet. Die Temperatur wird dabei auf ca. 800°C geregelt, und das herabwandernde Granulat wird dadurch ebenfalls auf eine Temperatur von ca. 800°C gebracht. Nach Abkühlung wird es am Schleusenboden abgenommen und oben wieder zugeführt. Die Funktion dieser bekannten Vorrichtung liegt ausschließlich in der Behandlung von oxidierbaren Gasen, d. h. es handelt sich um eine Nachverbrennungsanlage. Infolge des wiederholten Durchlaufs der hohen Temperatur und Abkühlung ist das Granulat einer starken Wärmebeanspruchung unterworfen und kann dadurch seine anfänglichen Eigenschaften ziemlich schnell verlieren, wobei auch Feuchtigkeitseinflüsse bei Abkühlung und die Förderung bei der Wiederzuführung beispielsweise mit einem Schneckenantrieb oder Fließbändern der Materialbeständigkeit abträglich sind.
Weiterhin zeigt die EP 0 346 649 A1 eine Vorrichtung zum Reinigen von Abgasen. Hierbei wird für die Reinigungsreaktionen Sorptionsmaterial in das Gehäuse geführt und das Abgas im Bodenbereich des Gehäuses im wesentlichen horizontal hindurchgeführt. Granulat sowie Aufheizungen und Abkühlungen im Gegenstrom sind nicht vorgesehen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Granulat für die Reinigung von Prozeßabgasen im Trockenverfahren bereitzustellen, das auf lange Dauer bei rezirkulierender Zufuhr seine anfänglich guten Eigenschaften bei behält, und eine Vorrichtung anzugeben, mit der auf lange Dauer vielfache Abgasreinigungsfunktionen durchführbar sind.
Hiernach ist also vorgesehen, daß ein magnetisierbares Ferrit-Granulat mit einem Durchmesser zwischen 1 und 8 mm, das beispielsweise permanentmagnetische Eigenschaften annehmen kann, aber noch nicht magnetisiert zu sein braucht, in einer im Trockenverfahren arbeitenden Abgasreinigungsanlage mit Nachverbrennung und Entstaubung verwendet wird, wobei in der einzigen Reaktionskammer der Abgasreinigungsanlage das Ferrit-Granulat mittels Schwerkraft nach unten wandert, unter der Reaktionskammer abgenommen und dieser oben wieder zugeführt wird. Das Material ist erstmals in den Fertigungsstätten der Anmelderin im Zusammenhang mit einer Abgasreinigungsanlage erprobt werden, bei der das Material in einem Gehäuse im Gegenstrom zu dem zu reinigenden Prozeßabgas nach unten wandert, wobei in dem Gehäuse eine über den Querschnitt in etwa gleichmäßig ausgebildete Temperaturzone erzeugt wird, die für eine Nachverbrennung und eine Heißgasentschwefelung ausreicht. Über und unter dieser Heizzone nimmt die Temperatur erheblich ab, wobei sie insbesondere unter diejenige des Quarzsprunges fällt. Es hat sich gezeigt, daß dieser Temperaturwechsel sich auch bei langem Gebrauch des Granulats in der rezirkulierenden Lage auf das Granulat nicht negativ auswirkt und dieses seine anfänglichen Eigenschaften behält. Auch durch die mechanische Förderung und durch Feuchtigkeitseinflüsse leidet die Beständigkeit des Granulats praktisch nicht. Dabei ist das Material kostengünstig und fällt bei der Magnetherstellung mehr oder weniger als Abfallprodukt an. Es ist den besonderen Umständen zu verdanken, daß ein Granulatmaterial für die Trockenreinigung von Prozeßabgasen gefunden wurde, das gegenüber den bisherigen Verfahren hinsichtlich der Beständigkeit und wegen der langen Verwendbarkeit auch hinsichtlich der Entsorgung erhebliche Vorteile hat.
Günstig ist bei magnetisierten Granulatteilchen auch die Möglichkeit der schonenden Förderung mit magnetischen Transportmitteln, da hierbei ein Abrieb weitgehend vermieden wird.
Vorteilhafte Zusammensetzungen des Ferrit-Granulats sind in den Unteransprüchen 2 bis 5 angegeben.
Die Verwendung des Ferrit-Granulats ist insbesondere bei Anlagen günstig, wie sie in den Unteransprüchen 6 bis 13 genannt sind.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Sie zeigt: eine Vorrichtung zum Reinigen von Abgasen mit Multifunktion.
In der Fig. 1 ist eine Vorrichtung zum Reinigen von Abgasen gezeigt, die je nach Prozeß verschiedene Schadstoffe wie Schwefeloxide, Stickoxide, Halogene, Stäube und/oder Schwelgase enthalten können.
In einem Gehäuse 1 mit einer Isolierschicht 2 befindet sich ein Granulat 3 als Wärmeträger und Katalysator und Transportmittel für zugemischtes Sorptionsmaterial 4, insbesondere in Form von Kalksplitt CaCO3 oder Kalkhydrat Ca(OH)₂ aus einem Behälter in Form eines Silos 5.
Das Granulat 3 mit dem Kalksplitt 4 und anteiligem Staub wandert mittels Schwerkraft abwärts und verläßt über Durchtrittskanäle im Schleusenboden 6 das Gehäuse 1, wobei der Durchsatz mittels Stellgliedern, wie einer Schurre oder einer oder mehreren mit stufenloser Rotationsgeschwindigkeit antreibbaren Wellen verändert werden kann.
Vom Schleusenboden 6 aus erfolgt die Übergabe in eine Siebeinheit 7, in der die Trennung in abgereinigtes Granulat und Staub- erfolgt. Das Granulat 3 gelangt über ein Band 8 oder ähnliche Einrichtung zu einem Förderwerk 9, wie z. B. einem Becherwerk, einer Schnecke oder Magnetband, das in einen Fülltstutzen 10 übergibt. Der Kreislauf beginnt neu. Die jeweiligen Füllstände werden mit Sonden 11 erfaßt und können zur Anzeige gebracht werden. Den Staub übernimmt eine Transporteinheit beispielsweise in Form eines Bandes 12 mit Übergabe in einen geschlossenen Aufnahmebehälter 13.
Die Dosierung der Kalksplittmengen erfolgt in Abhängigkeit des Reingaszustandes über eine Meßstation 14 und einen Dosierer 15. Ein Zuführband 16 oder eine Schnecke sorgt für die Zugabe zum Fördersystem 9.
Die von einem Emittenten 17 abgehenden Rohgase bzw. Abgase gelangen über einen Rohgaskanal 18 und Verteilerkanäle 19 in die Granulatmasse 3, strömen aufgrund der herrschenden Druckbedingungen aufwärts durch eine Aufwärmzone 20 zu einer Heizzone 21 und weiter über eine Kühlzone 22 zu Sammelkanälen 23 in einen Reingaskanal 24. Den Transport übernimmt ein Gebläse 25 mit Weiterführung zu einem Kamin 26.
Treten Störungen auf, kann über einen Bypass 27 mit Umschaltklappen 28 kurzzeitig direkt abgeblasen werden. Ist das Granulat 3 zugleich ein Katalysator, ist die Zugabe von Ammoniak (NH3) in den Abgasstrom mit einer Dosierstation 29 möglich und eine Entstickung bei ca. 400°C.
Die Heizzone 21 kann mit Heizgas, das extern erzeugt und über ein Verteilersystem im wesentlichen gleichmäßig über dem Gehäusequerschnitt eingespeist wird, bis vorzugsweise 850°C gebracht werden. Der zudosierte Kalksplitt wird in Brandkalk CaO umgewandelt und kann somit die bekannte Heißgasentschwefelung ermöglichen. Gleichzeitig ist die Einbindung anderer saurer Gase möglich, wie HF, HCl, HNO₃ etc. Die Füllung wirkt wie ein Staubfilter, so daß in der Regel auf eine nachfolgende Entstaubung verzichtet werden kann. Da das Abgas zwangsweise auf z. B. etwa 800°C erhitzt wird, müssen anteilige gasförmige Kohlenwasserstoffe vollständig verbrennen, womit auch die Funktion einer Nachverbrennungsanlage erfüllt ist und diese ersetzt wird.
Mit einer einheitlichen Vorrichtung ist somit eine vollständige Reinigung von Rauchgasen möglich (HF, HCl, SO₂, SO₃, NOx, HNO₃, KW-Stoffe, Staub). D.h. die Vorrichtung kann in einem einzigen Reaktionsraum insbesondere die Entstaubung, Entschwefelung, Entfluorung, Entstickung und Nachverbrennung vornehmen.
Mit kontrollierter Zugabe von Ammoniak in den Rohgasstrom ist die gleichzeitige Entstickung möglich. In der Heiz- bzw. Reaktionszone wird aus dem Kalksplitt oder Kalkhydrat Brandkalk CaO. Die wichtigsten Reaktionen lauten wie folgt:
CaCO₃ + e → CaO + CO₂
CaO + H₂O → Ca(OH)₂
CaO + SO₂ → CaSO₃
CaSO₃ + 1/2 O₂ → CaSO₄
CaO + 2HF → CaF₂ + H₂O
CaO + 2HCl → CaCl₂ + H₂O.
Kohlenwasserstoffe oxidieren ab +650°C bei Luftüberschuß 2 NH₃ + NO + NO₂ → 2 N₂ + 3 H₂O, soweit Quereinflüsse oder unvollständige Umsetzungen entstehen, kommt es im weiteren Verlauf zu Verbindungen mit dem Brandkalk CaO.
Die Durchsatzmenge des Granulats kann über eine Temperaturdifferenzmessung zwischen eingeleitetem Rohgas und abgeführtem Reingas gesteuert werden, so daß die gewünschten Temperaturzonen aufrechterhalten werden und die gewünschten Reaktionen ablaufen. Zwischen der Abgaseintrittszone und der Heizzone 21 ist die Temperatur des Granulats höher als diejenige des Abgases und das Abgas wird somit aufgeheizt, während nach Passieren der Heizzone 21 die Abgastemperatur höher ist als diejenige des Granulats, so daß das Abgas bis zum Reingasaustritt Wärme an das Granulat abgibt. Folglich wird in der Heizzone minimale Heizenergie benötigt, insbesondere wenn das Granulat in einem wärmeisolierten geschlossenen System geführt und nicht weiter als erforderlich heruntergekühlt wird.
Anfänglich wird zum Ausbilden der Heizzone das Heizgas unmittelbar in diese aber ein Verteilersystem geführt, während nach Erreichen der gewünschten Heizzonentemperatur von ca. 850°C die Abgaszufuhr gestartet und das Heizgas dieser beigegeben wird. Die Dosierung des Heizgases erfolgt über eine Messung der Absoluttemperatur in der Heizzone.
Als temperatur- und formbeständiges, quell- und abriebfestes Granulat hat sich Ferritmaterial bewährt, das die ständigen Temperaturwechsel unbeschadet mitmacht und für die Kreislaufführung besonders geeignet ist. Zudem hat es den Vorteil, daß es, wenn es magnetisiert ist, schonend mittels Magnetkraft befördert werden kann und katalytische Eigenschaften besitzt.
Beispielsweise haben sich für das Granulat Pellets aus einem Hexaferrit MeO × nFe₂O₃ gebildet. Me kann dabei Ba, Sr, Pb oder ein Mischkristall sein. Das Molverhältnis n ist zur Erreichung der magnetischen und mechanischen Qualität ebenfalls variabel, für Hartferrit beispielsweise in den Grenzen zwischen 5,2 und 5,7. Für den vorliegenden Anwendungsfall sind indes auch andere Molverhältnisse wählbar.
Die Hexaferrit-Pellets sind vorzugsweise gesintert und haben beispielsweise einen Durchmesser zwischen 1 bis 8 mm, vorzugsweise zwischen 2 und 5 mm. Insbesondere haben sich bei einem Durchmesser von 3 mm gute Fließeigenschaften gezeigt. Das Granulat zeichnet sich durch eine sehr gute Temperaturwechselbeständigkeit, insbesondere auch wegen des Fehlens des Quarzsprunges, eine hohe Abriebfestigkeit und Unempfindlichkeit gegenüber Feuchtigkeit, eine hohe spezifische Oberfläche und katalytische Eigenschaften sowie seine permanentmagnetischen Eigenschaften aus.
Gezielte Porositäten für eine hohe spezifische Oberfläche können durch den Eintrag anderer ausbrennbarer Stoffe erzielt werden.
Es ist auch denkbar, für den Reinigungsprozeß Granulat aus ungesintertem Rohmaterial einzusetzen. Die grünen Pellets, die zu etwa 20% aus BaCO₃ bestehen (bzw. Sr, Pb oder Mischkristalle anstelle Ba enthalten), können Funktionen des CaCO₃ übernehmen. Entsprechende Tests der Anmelderin sind positiv verlaufen.

Claims (15)

1. Verwendung eines magnetisierbaren Ferrit-Granulats mit einem Durchmesser zwischen 1 und 8 mm in einer Füllung einer im Trockenverfahren arbeitenden Abgasreinigungsanlage mit Nachverbrennung und Entstaubung, wobei in der einzigen Reaktionskammer der Abgasreinigungsanlage das Ferrit-Granulat mittels Schwerkraft nach unten wandert, unter der Reaktionskammer abgenommen und dieser oben wieder zugeführt wird.
2. Verwendung eines Ferrit-Granulats nach Anspruch 1, wobei das Ferrit-Granulat die chemische Zusammensetzung MeO × nFe₂O₃ besitzt und Me durch Ba, Sr, Pb oder durch Mischkristalle ersetzt ist und das Molverhältnis n zur Erreichung der permanentmagnetischen und mechanischen Eigenschaften variabel ist.
3. Verwendung eines Ferrit-Granulats nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß n=6 gewählt ist.
4. Verwendung eines Ferrit-Granulats nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es gesintert ist.
5. Verwendung eines Ferrit-Granulats nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß es zur Vergrößerung der Oberfläche hohe Porosität hat.
6. Verwendung von Ferrit-Granulat nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei in der Abgasreinigungsanlage in einer einzigen Reaktionskammer mit darin ausgebildeten unterschiedlichen Temperaturzonen auch eine Heißgasentschwefelung, Fluorid- und/oder Chloridsorption vorgenommen wird.
7. Verwendung von Ferrit-Granulat nach einem Anspruch 5 oder 6, wobei eine Aufheizung im mittleren Bereich der Reaktionskammer vorgenommen wird.
8. Verwendung von Ferrit-Granulat nach Anspruch 6 oder 7, wobei der Füllung Kalksplitt oder Kalkhydrat zudosiert wird.
9. Verwendung von Ferrit-Granulat nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei das Abgas der Reaktionskammer unterhalb der Wärmeerzeugungszone im wesentlichen gleichmäßig verteilt über den Querschnitt der Reaktionskammer zugeführt wird.
10. Verwendung von Ferrit-Granulat nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei die Aufheizung durch Einleiten von Heizgas in eine Heizzone erfolgt.
11. Verwendung von Ferrit-Granulat nach Anspruch 10, wobei die über den Gehäusequerschnitt im wesentlichen gleichmäßige Heizzone auf etwa 850° gebracht wird.
12. Verwendung von Ferrit-Granulat nach einem der Ansprüche 6 bis 11, wobei die unter dem Reaktionsbehälter austretende Füllung in abgereinigtes Granulat und Staub getrennt wird.
13. Vorrichtung zum Reinigen von Abgasen, bei der in einem Gehäuse eine mittels Schwerkraft nach unten wandernde, am Schleusenboden abgenommene und oben mittels einer Fördereinrichtung wiederzugeführte Granulatmasse enthalten ist, bei der eine Heizeinrichtung zum Ausbilden einer Heizzone vorgesehen ist, in der eine Nachverbrennung des durch diese von unten nach oben hindurchströmenden Abgases durchführbar ist, dadurch gekennzeichnet,
daß die Granulatmasse (3) Ferrit-Granulat mit einem Durchmesser zwischen 1 und 8 mm ist, der für die Reinigungsreaktion im Zuführstrom Sorptionsmaterial zudosiert ist,
daß die Heizzone (21) im wesentlichen gleichmäßig über den Gehäusequerschnitt ausgebildet und von dem unterhalb über den Querschnitt im wesentlichen gleichmäßig eingeführten Abgas durchströmt ist, und
daß eine Heißgasentschwefelung, Fluorid- und Chloridsorption durchführbar ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Ferrit-Granulat (3) die chemische Zusammensetzung MeO × n Fe₂O₃ hat, wobei Me durch Ba, Sr Pb oder durch Mischkristalle ersetzt ist und das Molverhältnis n zur Erreichung der permanentmagnetischen und mechanischen Eigenschaften variabel ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Fördervorrichtung (8, 9) zum Granulattransport magnetische Fördermittel aufweist.
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