DE4415025A1

DE4415025A1 - Verfahren zum Abscheiden von Schadstoffen aus einem Abgasstrom

Info

Publication number: DE4415025A1
Application number: DE19944415025
Authority: DE
Inventors: Juergen Dr Balg
Original assignee: ABB Management AG
Current assignee: ABB Management AG
Priority date: 1994-04-29
Filing date: 1994-04-29
Publication date: 1995-07-06

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Abscheiden von Schadstoffen, insbesondere Dioxin und Quecksilber, aus dem Abgasstrom einer Verbrennungsanlage, durch Adsorption des Schadstoffes auf einem im wesentlichen aus Feinpartikeln be stehenden Sorbens und nachfolgende Abscheidung des mit Schad stoffen beladenen Sorbens in einem Schadstoffilter.

Ein derartiges Verfahren ist aus der Arbeit von K. -D. Henning et al. "Impregnated activated carbon for mercury removal" - Gas Separation & Purification 1988, Vol. 2 March, S. 20-22, bekannt.

Technologischer Hintergrund und Stand der Technik

Bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe, z. B. Kohle, sowie bei der Müll- und Abfallverbrennung wird im Brennstoff vorhan denes Quecksilber und andere Schadstoffen wie Dioxin freige setzt. In Kohlen hat Quecksilber z. B. einen durchschnittlichen Massenanteil von 0,1 ppm. Diese Stoffe sind bekanntlich sehr giftig und sollten deshalb nicht an die Umwelt abgegeben wer den. Die hohe Flüchtigkeit von Quecksilber und Quecksilberver bindungen, z. B. HgCl₂, verhindert aber oft ein effizientes Zu rückhalten mit konventionellen Gasreinigungsanlagen.

Bekannt ist, daß insbesondere mit Schwefel oder Schwefelver bindungen imprägnierte Adsortionsmittel (Aktivkohle, Zeolithe, Kieselgur) sich gut zur Abscheidung von Quecksilber bzw. Quecksilberverbindungen eignen. Die Imprägnierung mit schwe felhaltigen Substanzen bewirkt, daß das Quecksilber bzw. die Quecksilberverbindungen nicht nur physisorbiert (=physikalisch adsorbiert), sondern chemisorbiert (chemisch adsorbiert, Ver bindungsbildung) auf der Oberfläche des Adsorptionsmittels ab geschieden werden. Bei Imprägnierung mit elementarem Schwefel wird dabei bevorzugt HgS und bei Imprägnierung mit Schwefel säure (H₂SO₄) hauptsächlich HgSO₄ gebildet. Ebenfalls bekannte Imprägnierungen mit Na₂S führen zur Bildung von HgS.

Die Beschaffungskosten für die genannten Adsorptionsmittel sind hoch und machen die Quecksilberabscheidung deshalb zu ei nem teuren technischen Prozeß. Zudem besteht eine erhebliche Brandgefahr bei der Verwendung von Aktivkohle, was zusätzliche Sicherheitsmaßnahmen erfordert, so z. B. Temperaturüberwachung sowie Präventivmaßnahmen von seiten der Sicherheitstechnik.

Einen anderen Weg hat L.Lindau in seiner Veröffentlichung "Mercury sorption to coal fly ash" Staub - Reinhalt. Luft 43, 166, 1983, aufgezeigt. Dort wird vorgeschlagen, das Quecksil ber auf der (regelmäßig vorhandenen) Flugasche abzuscheiden. Damit entfielen die Kosten für die teuren Adsorptionsmittel und deren eventuellen Regenerierung. Infolge der niedrigen Temperaturen (um 110°C) wird dabei das Quecksilber nur phy sisorbiert. Lediglich physisorbiertes Quecksilber kann jedoch leicht wieder von den Oberflächen desorbieren und dann doch in die Umwelt gelangen.

Kurze Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Abscheiden von Quecksilber aus einem Abgasstrom anzugeben, das technisch und wirtschaftlich durchgeführt werden kann, ohne teure Adsorptionsmittel auskommt und eine hohe Abscheideeffi zienz aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß dem Abgasstrom vor dem Partikelfilter feinkörnige Schlacke als Sorbens zugeführt wird. Vorzugsweise wird dabei zumindest teilweise der Feinanteil trocken abgezogener und vorzugsweise feingemahlener Schlacke mit einer Korngröße bis 2 mm, die oh nehin beim Verbrennungsprozeß anfällt und deshalb bei der Be schaffung keine zusätzlichen Kosten verursacht, verwendet.

Zusätzlich kann die feingemahlene Schlacke mit Schwefel oder Schwefelverbindungen imprägniert werden. Dies führt zu einer drastischen Erhöhung des Quecksilber-Adsorptionsvermögens auf der Oberfläche der Schlacke. Der Vorteil der Imprägnierung (chemische Adsorption) besteht zusätzlich darin, daß Queck silber und Quecksilberverbindungen ohne Temperaturabsenkung bis auf ca. 200°C auf der Schlacke abgeschieden werden kön nen. Da die Abscheidung durch Imprägnierung eine Chemisorption darstellt (HgS- oder HgSO₄-Bildung), ist eine im Gegensatz zur Physiosorption stabile Bindung des Quecksilbers und der Queck silberverbindungen an der Oberfläche gegeben. Die Verwendung von Schlacke bietet darüber hinaus den Vorteil, daß diese im Gegensatz zu kohlenstoffhaltigen Adsorbentien wie Aktivkohle oder Herdofenkoks nicht brennbar ist, was weniger Aufwand für die Einhaltung der gesetzlichen Sicherheitsbestimmungen bezüg lich Brandsicherheit bedeutet.

Weitere Vorteile der Erfindung sind darin zu sehen, daß kein zusätzliches teures Adsorbens, z. B. Aktivkohle, Zeolithe, ein gesetzt und mit der Schlacke deponiert werden muß, was zu ei ner Erhöhung des zu deponierenden Gutes führen würde, und daß auch der Kohlenstoffgehalt in der Schlacke nicht erhöht wird. Die Imprägnierung der Sorbenspartikel erfolgt vorzugsweise durch Erhitzen von Schlacke und elementarem Schwefel in einem Autoklaven. Dies führt zu einer sehr feinen Verteilung des Schwefels auf der Oberfläche der Schlackenpartikel.

Feine Fraktionen der trocken abgezogenen Müllverbrennungs schlacke enthalten regelmäßig fein verteiltes Kupfer, Blei und andere legierungsfähige Komponenten. Diese können quasi als bereits vorhandene Selbstimprägnierung (der Schlacke) ver standen werden, welche den Quecksilber-Abscheidegrad erhöhen kann. Metallimprägnierungen auf Aktivkohle, z. B. Kupfer, haben sich nämlich in der Vergangenheit als äußert effektiv heraus gestellt, sind leider aber zu teuer.

Die Erfindung sowie die damit erzielbaren Vorteile werden nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles und der Zeich nung näher erläutert.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

In der Zeichnung sind in schematischer Form Ausführungsbei spiele des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch darge stellt. Dabei zeigt:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem aus dem Abfallverbrennungsprozeß gewonnene Schlacke als Adsorbens eingesetzt wird;

Fig. 2 eine Weiterbildung der Erfindung, bei der die Schlacke vorgängig mit Schwefel imprägniert wird.

Wege zur Ausführung der Erfindung

Von einer Verbrennungsanlage 1 gelangt mit Staubpartikel und anderen Schadstoffen beladenes Abgas über eine Abgasleitung 2 in eine Rauchgasreinigungsanlage 3, z. B. ein Elektrofilter oder ein Oberflächenfilter (Schlauchfilter). Hier werden Staubpartikel entfernt. Quecksilber, Quecksilberverbindungen und/oder Dioxin hingegen passieren die Rauchgasreinigungsan lage 3. Der gefilterte Abgasstrom tritt aus der Anlage 3 aus und gelangt über eine Leitung 4 in einen Schadstoffilter 5 und von dort zum Kamin 6 ins Freie.

Während nun bei den bekannten Anlagen die Abscheidung von Quecksilber und anderen Schadstoffen im Schadstoffilter 5 durch Zugabe von feinkörniger Aktivkohle oder anderen Adsor bentien erfolgt, wird erfindungsgemäß feinkörnige Schlacke, die ohnehin beim Verbrennungsprozeß in der Verbrennungsanlage entsteht, verwendet. Zu diesem Zweck wird an der Verbrennungs anlage 1 ein Teil oder gar die gesamte Schlacke trocken abge zogen, in einer Schlackenmühle 7 feingemahlen. Die Siebfrak tion 0-2 mm wird in einer Siebeinrichtung 8 abgetrennt, ge gebenenfalls feingemahlen und dem Schadstoffilter 5 zugeführt und dort mit dem Abgas vermischt, z. B. eingedüst wird, wo sie als Adsorptions- oder Absorptionsmedium für die noch im Abgas enthaltenen Schadstoffe wie Quecksilber oder Dioxin analog der Aktivkohle wirkt. Das mit den Schadstoffen beladene Sorbens wird aus dem Schadstoffilter 5 ausgetragen und entsorgt, oder gegebenenfalls in die Feuerung zurückgeführt, wobei dann die (regelmäßig vorhandene) Gaswäsche die Senke für das Quecksil ber darstellt.

Nachdem sich gezeigt hat, daß sich die Abscheidung von Queck silber wesentlich verbessern läßt, wenn das Sorbens vorgängig mit Schwefel oder einer Schwefelverbindung imprägniert wird, ist als Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorge sehen, die dem Schadstoffilter 5 zugeführte feingemahlene Schlacke in einer Imprägniereinrichtung 9 mit Schwefel oder einer Schwefelverbindung zu imprägnieren. Diese Imprägnierung erfolgt im wesentlichen nach dem Verfahren, wie es aus der DE 32 29 396 C2 zur Herstellung von mit Elementarschwefel impräg nierten kohlenstoffhalten Adsorptionsmitteln, z . B. Aktivkohle, bekannt ist. Dort wird in Autoklaven das Sorbens mit elementa rem Schwefel vermischt und in ruhender oder bewegter Schüttung auf Temperaturen um 200°C erhitzt, diese Temperatur über meh rere Stunden gehalten.

Einige Sorbentien, insbesondere solche mit sehr geringem Koh lenstoff-Anteil, sind häufig nur schwer mit dem oben angege benen trockenen Verfahren mit Schwefel zu imprägnieren. Für derartige Schlacken besteht jedoch die Möglichkeit, diese mit Schwefelwasserstoff in oxidierender (Sauerstoff enthaltender) Atmosphäre bei Temperaturen unterhalb 200°C in einem eben falls trockenem Prozeß zu imprägnieren. Dieses modifizierte Schwefelimprägnierungsverfahren ist insbesondere für Silikate beschrieben (L.Daza, S.Mendiozoz, J.A.Pajares, "Mercury elimi nation from gaseous streams", Applied Phisics B: Environmental 2, 277 (1993). Es kann hier mit Vorteil eingesetzt werden, weil auch Schlacke einen relativ hohen Anteil an Silikaten enthält.

Bezugszeichenliste

1 Verbrennungsanlage
2, 4 Abgasleitung
3 Gasreinigungsanlage
5 Schadstoffilter
6 Kamin
7 Schlackenmühle
8 Siebeinrichtung
9 Imprägniereinrichtung

Claims

1. Verfahren zum Abscheiden von Schadstoffen, insbesondere Dioxin und Quecksilber, aus dem Abgasstrom einer Ver brennungsanlage (1), durch Adsorption des Schadstoffes auf einem im wesentlichen aus Feinpartikeln bestehenden Sorbens und nachfolgende Abscheidung des mit Schadstoffen beladenen Sorbens in einem Schadstoffilter (5), dadurch gekennzeichnet, daß dem Abgasstrom vor dem Partikelfil ter (5) feinkörnige Schlacke als Sorbens zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zu mindest teilweise der Feinanteil trocken abgezogener Schlacke aus der Verbrennungsanlage (1) als Sorbens dem Schadstoffilter (5) zugeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß trocken aus der Verbrennungsanlage (1) abgezogene, gemahlene und gesiebte Schlacke verwendet wird, wobei nur die Siebfraktion 0 bis 2 mm als Sorbens in den Abgasstrom eingeführt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, daß die Schlacke vorgängig imprägniert wird, vorzugsweise mit elementarem Schwefel oder einer Schwefelverbindung.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlacke zusammen mit elementarem Schwefel in einem Autoklaven erhitzt wird, wo er sich in fein verteilter Form auf der Schlacke niederschlägt, und die so imprä gnierte Schlacke dann mit dem Abgasstrom vor oder in dem Schadstoffilter (5) vermischt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlacke mit Schwefelwasserstoff in oxidierender At mosphäre bei Temperaturen unterhalb von 200°C imprä gniert wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, daß Schwefel oder eine Schwefelverbindung in einem Lösungsmittel suspendiert werden und anschlie ßend dieses Imprägnierungsmittel aus der flüssigen Phase auf der Schlacke niedergeschlagen wird, und nach Trock nung dem Abgasstrom vor dem Schadstoffilter (5) zuge führt wird.