DE69030300T2

DE69030300T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Verminderung des Säuregehalts von Abgasen einer Verbrennungsanlage

Info

Publication number: DE69030300T2
Application number: DE69030300T
Authority: DE
Inventors: Denis Marchand; Philippe Patte
Original assignee: Sogea SA
Current assignee: Sogea SA
Priority date: 1989-12-08
Filing date: 1990-12-03
Publication date: 1997-07-10
Anticipated expiration: 2010-12-04
Also published as: EP0432074A1; FR2655564A1; US5080696A; IE77772B1; FR2655564B1; CA2031432A1; CA2031432C; EP0432074B1; IE904429A1; DE69030300D1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verminderung des Gehalts an sauren gasförmigen Schadstoffen von Abgasen einer Verbrennungsanlage.
Sie hat insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung dieses Typs für Abgase zum Gegenstand, die aus der Verbrennung von Hausmüll stammen.
Hausmüll enthält Chlor, hauptsächlich in Form chlorierter Kunststoffe wie Polyvinylchlorid (PVC).
Somit entstehen bei der Beseitigung dieser Produkte durch Verbrennung Abgase, die Chlorwasserstoffgas (HCl) in veränderlichen Anteilen enthalten, die im Mittel 1,5 Gramm pro Normkubikmeter (1,5 g/Nm³) betragen.
Der Umweltschutz macht es erforderlich, die Abgase dieser Verbrennungsanlagen zu behandeln, um ihren Gehalt an sauren Schadstoffen zu senken.
So ist aus dem Patent FR 2 592 812 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Behandlung von Abgasen aus der Verbrennung von Hausmüll bekannt, in welchem die Abgase nach Entstaubung eine Abkühiphase durchlaufen, bevor sie an die Atmosphäre abgegeben werden, wobei diese Abkühlung durch indirekten Wärmeaustausch mit einem kalten Fluid erreicht wird, wodurch die Kondensation des in diesen Abgasen enthaltenen Wasserdampfes bewirkt wird, der die sauren Schadstoffe aufnimmt, welche sie enthalten.
Dieses Verfahren und diese Vorrichtung, wenn sie es auch auf wirksame Weise gestatten, den HCl-Gehalt der abgegebenen Rauchgase auf weniger als 100 mg/Nm³ zu begrenzen, erlauben sie jedoch nicht, auf einfache und wirtschaftliche Weise Gehalte von unter 50 mg/Nm³ zu erreichen, welche aber die neuen Abgasnormen bilden werden.
Wenn dieses Verfahren und diese Vorrichtung es auch in der Theorie ermöglichen, diese neue Forderung zu erfüllen, erfordem sie dabei eine Verdoppelung der Austauschfläche der Wärmeaustauscher, wobei dann die Abgase außerdem wasserdampfgesättigt sind und Flüssigkeitsbläschen mit sehr kleinem Durchmesser (10 bis 50 µm) enthalten, die schwierig zu entfernen sind.
Somit erlaubt diese Lösung die Erfüllung dieser neuen Abgasforderungen nur mit einem Wärmeaustauscher, der sehr groß und damit teuer ist, wobei ihn außerdem gesättigte Abgase mit Umgebungstemperatur verlassen, die mit Flüssigkeitsbläschen belastet sind, welche nur mit Mitteln entfernt werden können, die sehr teuer und schwierig instandzuhalten sind.
Desweiteren muß immer mehr Wasser kondensiert werden, je weiter man den Gehalt an gasförmigen Schadstoffen im Abgas durch dieses Verfahren senken will, und um so mehr wird HCl entfernt, aber desto mehr sinkt auch die Säurekonzentration der Kondensate. Dadurch wird die Kondensatmenge vergrößert, die anschliessend behandelt werden muß.
Darüber hinaus erfordert diese Lösung eine Erhöhung des Energieverbrauchs, der auf die Zirkulation des Kühlfluids zurückzuführen ist, das mit größerem Durchsatz und über eine längere Strecke strömt.
Deshalb liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, diese neue Abgasforderung auf eine einfache und wirtschaftliche Weise zu erfüllen.
Eine weitere erfindungsgemäße Aufgabe besteht darin, das saure Kondensatvolumen, das danach neutralisiert werden muß, auf ein Minimum zu verkleinern.
Somit hat die Erfindung ein Verfahren zur Verminderung des Gehalts an wasserlöslichen, sauren gasförmigen Schadstoffen, die in den Abgasen einer Verbrennungsanlage nach Anspruch 1 enthalten sind, zum Gegenstand.
Ein anderer erfindungsgemäßer Gegenstand besteht in einer Vorrichtung nach Anspruch 3 für die Durchführung dieses Verfahrens.
Anschließend werden weitere Merkmale und Vorteile an Hand der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die im Anhang befindliche beispielhafte einzige Figur, welche ein Schema der erfindungsgemäßen Behandlungsvorrichtung darstellt, erläutert.
Wie der Figur zu entnehmen, besteht eine erfindungsgemäße Vorrichtung aus einem oberen Teil 1, worin der Kondensatlonsvorgang durch indirekten Wärmeaustausch stattfindet, und einem unteren Teil 2, in welchem das Waschen der Abgase vor sich geht, die aus dem oberen Teil 1 hereinströmen.
Der obere Teil 1 enthält einen Wärmeaustauscher wie den im Patent FR 2 592 812 beschriebenen.
Dieser obere Teil 1 besteht somit aus einem beispielsweise rechteckigen Außenmantel 3, der mit einem Eintrittsaufsatz 4 für die zu behandelnden Abgase versehen ist, die aus einer nicht dargestellten Verbrennungsanlage stammen.
Unter diesem Aufsatz 4 ist im Mantel 3 ein indirekter Wärmeaustauscher 5 angeordnet, der beispielsweise aus einer Vielzahl von ein Bündel bildenden Rohren besteht, in deren Innerem ein Kühlfluid zirkuliert.
Der untere Teil 2, der mit dem oberen Teil 1 durch eine Strömungszone 6 für die im Wärmeaustauscher 5 kondensierte Flüssigkeit verbunden ist, besitzt im Inneren eines Mantels 7 eine Füllkörperschicht 8.
Diese Füllkörperschicht 8 kann beispielsweise aus Metall- oder Kunststoffmaschen oder -ringen bestehen.
Um gegenüber Säuren beständig zu sein, besteht die Füllkörperschicht 8 vorzugsweise aus einem Kunststoff, beispielsweise Polypropylen.
Im Inneren des Mantels 7 ist unter dieser Füllkörperschicht 8 ein Behälter 9 mit einem Überlauf 10 für die kondensierte Flüssigkeit angebracht.
Zwischen dem Boden der Füllkörperschicht 8 und dem Überlauf 10 führt eine Ableitung 11 für das Abgas aus dem Mantel 7.
Auf Grund dieses Mittels fließt das im Wärmeaustauscher 5 gebildete Kondensat gleichmäßig vom Mantel 3 zum Mantel 7 und wird somit einheitlich über die gesamte Oberseite der Füllkörperschicht 8 verteilt.
Entsprechend einer erfindungsgemäßen Ausführungsform ermöglicht es eine Kreislaufeinrichtung 12, einen Teil der kondensierten Flüssigkeit, die von dem Behälter 9 aufgenommen worden ist, von dort oberhalb der Füllkörperschicht 8 in die Strömungszone 6 zurückzuleiten.
Um eine gleichmäßige Verteilung der von der Kreislaufeinrichtung 12 rezirkulierten Flüssigkeit auf der Oberseite der Füllkörperschicht 8 zu erreichen, ist eine Sprüheinrichtung 13, eine Gruppe von Loch- bzw. Überlaufrinnen oder eine beliebige andere Flüssigkeitsverteileinrichtung vorgesehen.
Anschließend wird das Betriebsverfahren der zuvor beschriebenen Vorrichtung erläutert.
Die zu behandelnden Abgase gelangen mit einer Temperatur von 220 bis 300 ºC durch den Aufsatz 4 in den Wärmeaustauscher 5. Dort kondensiert gemäß dem im Patent FR 2 592 812 beschriebenen Kondensationsphänomen das im Abgas enthaltene Wasser, wobei sich das in den Abgasen enthaltene Chlorwasserstoffgas darin löst.
So bewegen sich das zu behandelnde Abgas und das Kondensat von oben nach unten, wobei ein Gemisch, das aus an gasförmigem HCl verarmtem Abgas und mit HCl angereichertem Wasser besteht, unterhalb des Wärmeaustauschers 5 in die Strömungszone 6 strömt.
Diese Abgase können gegebenenfalls wasserdampfgesättigt sein.
Somit enthält das Abgas am Ausgang des Wärmeaustauschers 5 Wasserdampf mit einem Partialdruck pH&sub2;O und gasförmigen HCl mit einem Partialdruck PHCl. Das Kondensat besteht seinerseits aus Wasser mit einem Dampfdruck psH&sub2;O, der kleiner oder gleich pH&sub2;O ist, und Chlorwasserstoffsäure mit einem Dampfdruck psHCl, der kleiner als der pHCl ist.
Das Gemisch strömt durch die Füllkörperschicht, wobei Flüssigund Gasphase innig miteinander in Berührung gebracht werden, was den Stoffübergang vom Gas zur Flüssigkeit sowie den Wärmeaustausch zwischen dem kühlen Kondensat und dem wärmeren Abgas begünstigt, und das Kondensat als Waschflüssigkeit für das Abgas verwendet wird.
So wird die in den Abgasen enthaltene HCl-Menge durch Absorption im Kondensat verringert.
In einer Ausführungsform wird Kondensat vom Behälter 9 zur Oberseite der Füllkörperschicht 8 zurückgeleitet, wobei das rezirkulierte Kondensat ebenfalls als Waschflüssigkeit für die Abgase dient. Dadurch wird der Stoffübergang und somit die Kondensatkonzentration (die am Ausgang des Wärmeaustauschers 5 niedrig ist) vergrößert.
Am Ausgang der Füllkörperschicht 8 haben sich große Kondensattropfen gebildet, die mit Hilfe der Schwerkraft leicht entfernt werden können.
In manchen Fällen kann es nützlich sein, am Ausgang der Ableitung 11 eine Bläschenentfernungseinrichtung eines bekannten Typs vorzusehen.
Entsprechend einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform ist es möglich, SO&sub2; zu entfernen.
Es ist bekannt, daß Kondensationswärmeaustauscher, bezogen auf den pH-Wert des Kondensats, nur sehr wenig SO&sub2; entfernen. Das liegt darin begründet, daß sich der Dampfdruck des SO&sub2; über dem Kondensat schnell dem Partialdruck des SO&sub2; im Abgas annähert. Außerdem ist der Übergangswiderstand in die Flüssigphase hoch. Deshalb ist der Wirkungsgrad der SO&sub2;-Entfernung unabhängig vom Wirkungsgrad der HCl-Entfernung niedrig, selbst wenn der Wärmeaustauscher groß dimensioniert ist.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die aus einem Kondensationswärmeaustauscher besteht, der durch eine Füllkörperschicht verlängert ist und ein wie oben beschriebenes Kreislaufsystem für das Kondensat aufweist, können dem rezirkulierten Kondensat alkalische Mittel zugesetzt werden, die den pH-Wert des Kondensats erhöhen und damit den Sättigungsdampfdruck des SO&sub2; erniedrigen, wodurch der Wirkungsgrad der SO&sub2;-Entfernung steigt.
So sind mit einer Vorrichtung des beschriebenen erfindungsgemäß arbeitenden Typs die Ableitung 11 verlassende Abgase mit HCl- Gehalten von unter 50 mg/Nm³ erhalten worden, wobei der Abgasdurchsatz 5000 Nm³/h, die Höhe der Füllkörperschicht 1,2 Meter, der Durchsatz des Kondensatkreislaufs 2 bis 4 m³/h und der Durchsatz an effektiv ausgeschleustem Kondensat 0,4 m³/h betrug.
Da die den Wärmeaustauscher verlassenden Abgase mit dem Kondensat gewaschen werden, das sich in ihm bildet, erreicht man eine effiziente Waschung dieser Abgase, wobei außerdem vermieden wird, eine zusätzliche Waschflüssigkeit einsetzen zu müssen, was das Volumen der zu behandelnden flüssigen Abprodukte auf ein Minimum verringert.

Claims

1. Verfahren zur Verminderung des Gehalts an wasserlöslichen sauren Schadstoffen in Abgasen einer Verbrennungsanlage, in welchem die zu behandelnden Abgase abgekühlt werden, indem sie von oben nach unten durch einen indirekten Wärmeaustauscher (5) hindurchströmen, wobei durch den indirekten Wärmeaustausch mit einem kalten Fluid ein mit sauren Schadstoffen belastetes Kondensat entsteht, dadurch gekennzeichnet, daß nach dieser Abkühlphase die noch mit sauren Schadstoffen belasteten Abgase gewaschen werden, wobei das Kondensat als Waschflüssigkeit verwendet wird, diese Waschphase vor sich geht, indem die noch mit sauren Schadstoffen belasteten Abgase und das vom Wärmeaustauscher (5) kommende Kondensat von oben nach unten durch eine Füllkörperschicht (8) hindurchströmen, in welcher diese Abgase und das Kondensat innig miteinander in Berührung gebracht werden, wodurch die Absorption der in den Abgasen enthaltenen sauren Schadstoffe durch das Kondensat begünstigt wird, das im Wärmeaustauscher (5) gebildete Kondensat durch eine Strömungszone (6), die den Wärmeaustauscher (5) mit der Füllkörperschicht (8) verbindet, gleichmäßig von diesem Wärmeaustauscher (5) zu der Füllkörperschicht (8) fließt und dieses Kondensat über die gesamte Oberseite der Füllkörperschicht (8) einheitlich verteilt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kondensat am Ende der Waschphase der aus der Abkühlphase kommenden Abgase teilweise als Waschflüssigkeit zurückgeleitet wird, wobei diese Rezirkulierung in die Strömungszone (6) oberhalb der Füllkörperschicht (8) erfolgt.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1 oder 2, welche nach der Verbrennungsanlage einen oberen Teil (1) umfaßt, der aus einem Außenmantel (3) besteht, in welchem ein indirekter Kondensationswärmetauscher (5) angeordnet ist, der von oben nach unten von den zu behandelnden Abgasen durchströmt wird, wobei ein mit sauren Schadstoffen belastetes Kondensat entsteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung einen unteren Teil (2) umfaßt, der im Inneren eines Mantels (7) eine Wascheinrichtung für die aus dem Wärmeaustauscher (5) kommenden Abgase aufweist, wobei diese Wascheinrichtung aus einer Füllkörperschicht (8) besteht, die von oben nach unten von den Abgasen und dem aus dem Wärmeaustauscher (5) kommenden Kondensat durchströmt wird, das als Waschflüssigkeit verwendet wird, und der untere Teil (2) mit dem oberen Teil (1) durch eine Strömungszone (6) für die im Wärmeaustauscher (5) kondensierte Flüssigkeit verbunden ist, wobei der Mantel (3) des oberen Teils (1), der Mantel (7) des unteren Teils (2) und die Strömungszone (6) eine einzige Wand mit gleichbleibendem Querschnitt bilden, was es dein im Wärmeaustauscher (5) gebildeten Kondensat erlaubt, gleichmäßig vom Mantel (3) des oberen Teils (1) zum Mantel (7) des unteren Teils (2) zu fließen und somit über die gesamte Oberseite der Füllkörperschicht (8) einheitlich verteilt zu werden.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllkörperschicht (8) aus Metall- oder Kunststoffmaschen oder -ringen besteht.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Inneren des Mantels (7) des unteren Teils (2) unter der Füllkörperschicht (8) ein mit einem Überlauf (10) versehener Sammelbehälter (9) für die kondensierte Flüssigkeit angeordnet ist, wobei zwischen dem Boden der Füllkörperschicht (8) und dem Überlauf (10) eine Ableitung (11) für das Abgas aus diesem Mantel (7) hinausführt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Kreislaufeinrichtung (12) erlaubt, einen Teil der kondensierten Flüssigkeit, die vom Behälter (9) aufgenommen worden ist, aus diesem in die Strömungszone (6) oberhalb der Füllkörperschicht (8) zu rezirkulieren, wobei eine Verteileinrichtung (13) vorgesehen ist, um eine gleichmäßige Verteilung dieser Flüssigkeit auf der Oberseite der Füllkörperschicht (8) zu ermöglichen.