NL1005342C2 - Werkwijze voor het reinigen van met stof beladen gas. - Google Patents

Description

Werkwijze voor het reinigen van met stof beladen gas

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het reinigen van met stof beladen gas, waarbij een gereinigd gas wordt verkregen.

5 Verwerking van afval kan op vele verschillende manieren. De verwerking door verbranding wordt op dit moment veel toegepast. Andere mogelijkheden zijn pyrolyse en vergassen, welke beide nog gevolgd kunnen worden door een smeltstap. In het geval van pyrolyse wordt het afval verhit onder (nagenoeg) zuurstofvrije omstandigheden bij temperaturen tussen 350 °C en 700 °C, waarbij gassen en een cokes-achtig 10 residu ontstaan. Het ontstane gas kan worden ontdaan van de hogermoleculaire bestanddelen door het bij temperaturen rond 1100 °C te kraken. Daarbij ontstaat dan een mengsel van CO, C02, H20 en H2. Bij vergassen wordt er meer zuurstof toegevoegd en worden doorgaans temperaturen tot 900 °C toegepast. Er ontstaat voornamelijk CO en er vormt zich weinig cokes-achtig residu. De genoemde residuen 15 bevatten ook de anorganische bestanddelen van het afval. Een smeltstap bij temperaturen rond 1400 °C kan deze residuen omzetten in een bruikbare slak en een vliegstof dat de vluchtige metalen/metaalverbindingen bevat. Naast de genoemde bestanddelen van het gas zullen in het gas ook nagenoeg alle halogeniden voorkomen, voornamelijk in hun directe zuurvorm. De pyrolyse en vergassingsprocessen leveren als 20 productgas een stookgas dat nog een verbrandingswaarde bezit. Datzelfde geldt voor het afgas van de smeltstap, althans als die onder reducerende omstandigheden wordt bedreven.

In zowel pyrolysegas als smeltgas zijn de vaste stoffen in het algemeen aanwezig in twee verschillende soorten: het direct meegesleepte originele of licht aange-25 smolten materiaal (de zogeheten "entrainment") en het vliegstof dat ontstaat uit de in de gasfase aanwezige verdampte metalen of metaalverbindingen. De entrainment bevat stoffen als kalk en silica en is grover dan het vliegstof.

In de bestaande processen voor het reinigen van smeltgas en pyrolysegas wordt het gas doorgaans achtereenvolgens geleid door een gaskoeler, een cycloon en/of 30 zakkenfilter om vaste stof te vangen en een gaswasser om de zure bestanddelen uit het gas te halen. Dergelijke processen hebben als nadeel dat het verkregen vliegstof 1005342 2 vaak nog daarop geadsorbeerde zure bestanddelen bevat, waardoor de verdere verwerking en/of gebruik van het vliegstof wordt bemoeilijkt. Bovendien is het vliegstof gemengd met het meegesleurde materiaal (de entrainment). Voorts wordt in de bestaande processen het vliegstof doorgaans in natte vorm verkregen, waardoor een 5 additionele droogstap noodzakelijk is.

In verband met het bovenstaande kan gewezen worden op DE 42 37 228 Al. In deze literatuurplaats wordt medisch afval tezamen met wasserij/chemische reinigingsafvalproducten in een pyrolyseinrichting met naverbrander behandeld. Het uit de naverbrander verkregen gas wordt, nadat het eerst voor de opwekking van 10 stoom is toegepast, in een gaswasser geleid, waarin het gas tot beneden het dauwpunt wordt gekoeld en van HCl-bestanddelen bevrijd. Hierbij wordt een met afvalstoffen beladen water verkregen. Na opnieuw verhitten van het gewassen gas op 100-120°C wordt het naar een stofafvanginrichting zoals een zakkenfilter en daarna naar een cokesfilter geleid. De bij deze werkwijze verkregen filterstoffen, zouten en verbruikte 15 cokesmaterialen worden tenslotte op een speciale stortplaats gedumpt.

Voorts wordt het US-A-4,301,128 aangehaald, waarin een enigszins gecompliceerde werkwijze voor het selectief reinigen van gassen, in het bijzonder van afgassen met zowel vaste als gasvormige verontreinigingen wordt beschreven. Volgens deze bekende werkwijze wordt een dergelijk gas 20 - eerst door een afscheidingsinrichting voor vaste verontreinigingen, bijvoorbeeld een electrostatische precipitator geleid, waarin ca. 90% van het vliegstof wordt afgevangen; - daarna het ten dele gereinigde gas naar een sproeidroger geleid, waarin het gas met een absorptiemiddel, bijvoorbeeld een calciumhydroxide-oplossing in water, 25 wordt behandeld voor het afvangen van de gasvormige verontreinigingen; en - tenslotte door een derde afscheidingsinrichting zoals een zakkenfilter geleid, waarmee de resterende hoeveelheid aan vaste verontreinigingen uit de gas-stroom wordt verwijderd, zodat uiteindelijk een van vaste en gasvormige verontreinigingen bevrijd gas wordt verkregen.

30 Tenslotte vermeldt betreft US-A-3,668,833 een werkwijze voor het reinigen van afgassen, welke opgebouwd is uit een groot aantal trappen, t.w. de trappen (e)-(j) van 1005342 3 claim 1: (e) het doorleiden van de afgassen door een grof filtersysteem; (f) het naverbranden van de deeltjes en gassen in het uit (e) afkomstige afgas; (g) het afvangen van deeltjes uit dit afgas met behulp van een electrostatische afvanginrichting; 5 (h) het wassen van het afgas met water met een basische pH voor het afvangen van de zure gassen; (i) het vervolgens wassen van het afgas met neutraal water; en 0) het doorleiden van het uiteindelijk verkregen afgas door een tweede filtersysteem.

10 De onderhavige uitvinding heeft tot doel een op eenvoudige wijze uit te voeren werkwijze te verschaffen die de bovenstaande nadelen ondervangt en die derhalve een vliegstof oplevert (i) dat niet of nauwelijks geadsorbeerde zure bestanddelen bevat, waardoor het gemakkelijker te verwerken dan wel te hergebruiken is, (ii) dat niet of nauwelijks entrainment bevat, waardoor de concentratie aan waardevolle metalen in 15 het vliegstof hoger is, en (iii) dat droog kan worden verkregen, zodat een extra droogstap achterwege kan blijven en een besparing op transportkosten voor het vervoer naar een verwerkingsbedrijf als gevolg van het verschil in gewicht tussen droog en nat vliegstof kan worden gerealiseerd.

De bovenstaande doelstellingen worden gerealiseerd door het met stof beladen 20 gas eerst te onderwerpen aan een natte gaswassing en pas daarna aan een stof-verwij derende behandeling.

De uitvinding heeft derhalve betrekking op een werkwijze voor het reinigen van met stofdeeltjes van verschillende grootte beladen gas, welke werkwijze de volgende trappen omvat: 25 (a) het met stofdeeltjes beladen gas wordt onderworpen aan een natte gas wassing bij of boven het dauwpunt, waarbij de eventuele in het gas aanwezige zure, gasvormige componenten worden geabsorbeerd resp. het overgrote deel van de grove stofdeeltjes met een grootte van > 50 μηι wordt afgevangen door een wasvloeistof, waarna 30 (b) de in het gas aanwezige resterende stofdeeltjes bij of boven het dauwpunt worden afgevangen in een inrichting voor het verwijderen van stof uit 1005342 4 gas, waarbij gereinigd gas wordt verkregen.

De werkwijze volgens de uitvinding is met name zeer geschikt voor het reinigen van gassen die relatief zwaar zijn beladen met stof, waarbij het vliegstof bij voorkeur in droge vorm wordt teruggewonnen. Het met stof beladen gas, dat kan 5 worden gereinigd met de werkwijze volgens de uitvinding, is dan ook bij voorkeur een smeltgas verkregen bij de pyrometallurgische verwerking van metaal-bevattende afvalstoffen, een pyrolysegas verkregen bij de pyrolyse van afval of een mengsel van beide. Echter, met de werkwijze volgens de uitvinding kunnen ook andere met stof beladen gassen, zoals rookgas en stookgas, worden gereinigd.

10 In trap (a) van de werkwijze volgens de uitvinding worden de zure of zuur- vormende bestanddelen die in het gas aanwezig zijn, zoals HF, HBr en HC1, verwijderd door middel van een natte (zuur)gaswassing. Een dergelijke behandeling alsmede geschikte inrichtingen daarvoor zijn op zichzelf bekend. Trap (a) van de werkwijze volgens de uitvinding kan dan ook op op zichzelf bekende wijzen worden 15 uitgevoerd. Bij voorkeur, echter, wordt de natte wassing uitgevoerd in een gaswasser, waarin een circulerende zoutoplossing, die op een pH tussen 3 en 11 en bij voorkeur tussen 5 en 9 wordt gehouden, als wasvloeistof wordt gebruikt. De circulerende zoutoplossing wordt rondgepompt en middels toevoeging van een base, bijvoorbeeld natronloog of kaliloog, op de juiste pH gehouden. De in het met stof beladen gas 20 aanwezige zure bestanddelen worden door de zoutoplossing geabsorbeerd en via een zoutoplossingstroom uit de natte gaswasser afgevoerd om -eventueel na toevoeging van wat base- wederom boven in de gaswasser te worden geleid, waarna doorgaans versproeiing plaatsvindt. Op deze manier kunnen de zure bestanddelen goed worden opgenomen door de zoutoplossing.

25 Tevens wordt in trap (a) met voordeel 75% of meer, bij voorkeur 85% of meer van de entrainment (deeltjesgrootte > 50 pm, bij voorkeur > 100 pm) (kalk, silica), die aanwezig is in het te reinigen gas, met de zoutoplossing afgevoerd.

De condities in de natte gaswasser zijn doorgaans zo gekozen, dat het grootste deel (d.i. meer dan 90% en bij voorkeur meer dan 95%) van de fijne fractie (deeltjes-30 grootte < 25 pm, bij voorkeur < 10 pm) van de vaste stofdeeltjes ongehinderd de natte gaswasser passeert en pas wordt afgevangen in een daaropvolgende inrichting 1005342 5 voor het verwijderen van vliegstof (trap (b)). Dit kan worden gerealiseerd door de condities zo te kiezen dat het in het gas aanwezige vliegstof niet of nauwelijks wordt bevochtigd in de gaswasser, hetgeen betekent dat de gaswasser -in tegenstelling tot wat algemeen gebruikelijk is- op een relatief inefficiënte manier moet worden be-5 dreven. Dit kan bijvoorbeeld worden bereikt in een natte gaswasser van het "disk en donut" type. Bij voorkeur worden de condities in de gaswasser dan ook zo gekozen, dat de snelheid van het met stof beladen gas tijdens de gaswassing groter is dan 1 m/s, bij voorkeur 2 tot 15 m/s bedraagt, en waarin de wasvloeistof wordt toegepast in de vorm van vloeistofdruppels met een grootte van ten minste 0.3 mm, bij voorkeur 10 van ten minste 1 mm. Een klein deel van de vaste stofdeeltjes zal doorgaans echter toch terechtkomen in de zoutoplossing.

Aangezien de zoutconcentratie in de circulerende zoutoplossing steeds hoger wordt naarmate de oplossing vaker wordt rondgepompt, verdient het in het algemeen de voorkeur een deel van de gebruikte wasvloeistof (ofwel zoutoplossing) periodiek 15 of continu door water te vervangen en na filtratie in te dampen in een zoutkristalli-sator resulterend in een zoutkoek. De zoutconcentratie van de circulerende zoutoplossing kan bijvoorbeeld worden gemeten via dichtheidsmetingen. De filtratie is nodig om de gebruikte wasvloeistof van aanwezige stofdeeltjes te ontdoen en kan zeer geschikt worden uitgevoerd in een filterpers. De afgefiltreerde stofdeeltjes vormen 20 een filterkoek, die kan worden herverwerkt in een smeltproces of met het vliegstof mee kan voor verdere verwerking. De gefiltreerde en gereinigde vloeistofstroom wordt naar de zoutkristallisator geleid voor indamping. Overigens is het ook mogelijk een deel van deze vloeistofstroom weer te gebruiken om de over de gaswasser circulerende wasvloeistof aan te vullen.

25 Als gevolg van het indampen in de zoutkristallisator ontstaan een zoutkoek en een vloeistof, die onder andere de base bevat die gebruikt is voor het op de gewenste waarde houden van de pH van de wasvloeistof. Deze vloeistof kan opnieuw worden gebruikt in de gaswasser om de pH van de circulerende wasvloeistof op de gewenste waarde te houden. De verkregen zoutkoek kan verder worden opgewerkt, bijvoor-30 beeld door herkristallisatie.

Toepassing van de hierboven beschreven zoutkristallisatie in de werkwijze 100534? 6 volgens de uitvinding heeft als voordeel dat er niet of nauwelijks afvalwater wordt geproduceerd. Zou er namelijk geen zoutkristallisatie plaatsvinden, dan zal de wasvloeistof die bij een bepaalde zoutconcentratie wordt vervangen door vers water of proceswater, als afvalwaterstroom afgevoerd worden. Voor de verwerking hiervan 5 zijn externe zuiveringen nodig, zodat naast de lozingsheffingen ook extra kosten zijn gemoeid met de zuivering. Voorts vormt dit afvalwater uiteraard een belasting van het milieu.

Zoals gezegd, passeert het grootste deel van de vaste stofdeeltjes ongehinderd de gaswasser. Deze deeltjes verlaten dus de gaswasser als een van zure bestanddelen 10 ontdaan, met stof beladen gas. Dit gas wordt verder behandeld in een daaropvolgende inrichting voor het verwijderen van vliegstof. Gevonden is dat het de voorkeur verdient het in trap (a) verkregen, met stof beladen gas op een temperatuur hoger dan 100 °C te houden, derhalve bij of boven het dauwpunt, bij voorkeur tussen 150 en 300 °C. Op deze wijze wordt voorkomen dat de aanwezige waterdamp condenseert 15 en aanleiding geeft tot het aan elkaar plakken van het vliegstof. Dit laatste is ongewenst met het oog op een efficiënte verwijdering van stof in trap (b).

In trap (b) van de werkwijze volgens de uitvinding wordt bij of boven het dauwppunt het stof verwijderd uit het met stof beladen gas, dat is verkregen in de voorgaande trap (a). Dit gebeurt door het beladen gas door een geschikte inrichting 20 voor het verwijderen van stof uit gas te leiden. Dergelijke inrichtingen zijn op zichzelf bekend. In principe kunnen bij de werkwijze volgens de uitvinding de bekende stofverwijderingsinrichtingen worden toegepast. Van deze inrichtingen verdient een inrichting, die één of meer filters omvat, de voorkeur. Een dergelijke inrichting omvat doorgaans een vat met een trechtervormige, taps toelopende onderkant, waarin 25 één of meer zakken (de filters) zijn opgehangen. Deze zakken bestaan uit een materiaal, doorgaans van textiel, dat permeabel is voor gas maar niet voor (vlieg)stof. Het beladen gas wordt over de filters geleid, waarbij de stofdeeltjes niet door het filter kunnen en via de trechtervormige onderzijde van de inrichting worden afgevoerd als een metaalconcentraat. Het gas komt terecht in de filters en wordt van 30 daaruit afgevoerd.

Het aldus verkregen, van stof en zure componenten ontdane gas (het gereinigde 100534t 7 gas) kan eventueel verder worden gereinigd door het over een bed van actieve kool te leiden om kwik en laatste sporen organische verontreinigingen te verwijderen en/of door het te onderwerpen aan verdere gasbehandeling voor het verwijderen van zwavel-bevattende componenten, zoals H2S, COS en S02. Hiervoor kunnen een aantal 5 bekende processen worden ingezet, zoals absorptie in een oxiderende vloeistof (zoals bijvoorbeeld in het Sulferox® proces) of via adsorptie aan een vast bed, zoals zink-oxide-bevattende bedden. Dergelijke verdere behandelingen zijn bekend. Voorts kan water worden verwijderd uit het gas door afkoeling van het gas tot onder 100 °C. Een deel van het in het gas aanwezige water zal dan condenseren. De mate waarin dit 10 gebeurt is afhankelijk van de temperatuur en de waterdampdruk. Het uiteindelijke gas is rijk aan CO en H2 en is derhalve zeer geschikt om als synthesegas te worden gebruikt.

De verkregen vliegstof ofwel het metaal concentraat wordt in droge vorm verkregen en bevat doorgaans oxides van metalen, zoals zink, cadmium en lood. Omdat de zure gassen en de entrainment reeds in de natte wassingstrap (a) zijn verwijderd is 15 de concentratie aan metalen relatief hoog en zijn de metaaloxides in relatief zuivere vorm aanwezig. Dit maakt verdere verwerking van het vliegstof gemakkelijker en verhoogt de waarde van het vliegstof. Omdat het vliegstof in droge vorm wordt verkregen is geen verdere droogstap nodig.

De uitvinding wordt verder geïllustreerd aan de hand van de Figuren 1 en 2.

20 Figuur 1 toont een schematische weergave van de werkwijze volgens de uitvin ding.

Figuur 2 toont een verdere uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding, waarin de toepassing tfhn zoutkristallisatie is opgenomen.

In figuur 1 wordt het met stof beladen gas 1 in de gaswasser 2 gevoerd, waar 25 in het beladen gas aanwezige zure of zuurvormende bestanddelen worden verwijderd door het gas in contact te brengen met zoutoplossing I3a waaraan door dosering via ventiel 15 eventueel loog 16 toegevoegd kan worden teneinde de zoutoplossing 13a op de juiste pH te brengen. De van zure bestanddelen ontdane, met stof beladen gas-stroom 3 verlaat de gaswasser en wordt vervolgens gevoerd in een filtreerinrichting 5 30 waarin één of meer stoffilters aanwezig zijn. Eventueel kan tussen de gaswasser 2 en de filtreerinrichting 5 een warmtewisselaar 4 worden ingezet om het gewassen gas 3 1005342 8 iets op te warmen, zodat in de stoffilters van de filtreerinrichting 5 geen condensatie van water zal optreden. Eventueel kan het met stof beladen gas 1, voordat het in de gaswasser 2 wordt gevoerd, middels een warmtewisselaar worden opgewarmd, zodat de temperatuur van de uittredende gasstroom 3 hoger is. In dat geval is warmtewisse-5 laar 4 overbodig. Na filtratie in de filtreerinrichting 5 worden het gereinigde gas 6 en een metaalconcentraat (vliegstof) 7 verkregen. De verontreinigde zoutoplossing ("brijnsuspensie”) 9, die wordt verkregen uit de gaswasser 2, wordt, eventueel na afkoeling in een warmtewisselaar 10, in een filtreerinrichting 11 ontdaan van vaste stofdeeltjes. De aldus verkregen gereinigde vloeistofstroom 13 gaat terug naar de 10 gaswasser (zoutoplossing 13a) of wordt voor verder verwerking afgevoerd (stroom 13b). Dit kan middels ventiel 14 worden geregeld. De eveneens verkregen vochtige filterkoek 12 wordt verder verwerkt en zou bijvoorbeeld naar een smeltinstallatie gevoerd kunnen worden. Een deel van de verontreinigde zoutoplossing 9 (stroom 8) kan rechtstreeks worden teruggevoerd naar de gaswasser via de zoutoplossing 13a.

15 In figuur 2 wordt een meer uitgebreide versie van de werkwijze, zoals geïllus treerd in figuur 1, getoond. In figuur 2 wordt aangegeven dat de gereinigde zoutoplossing 13b verder verwerkt kan worden door het via een filtreerinrichting 19 (ultrafiltratie of microfiltratie) te voeren naar een zoutkristallisator 22. De pH van de gereinigde zoutoplossing 13b wordt verhoogd tot een waarde van 10-12 door loog 18 20 via ventiel 17 toe te voegen. Het permeaat dat uit de filtreerinrichting 19 komt wordt vervolgens in de zoutkristallisator 22 gevoerd. De stroom 20 die de neergeslagen metaalhydroxiden bevat wordt onder in de gaswasser 2 geleid en komt zo via de verontreinigde zoutoplossing 9 uiteindelijk terecht in de vochtige filterkoek 12. Doordat de zware metalen zijn verwijderd uit de gereinigde zoutoplossing 13b, is de 25 verkregen zoutkoek 25 uit de zoutkristallisator 22 een bruikbaar product en kan bijvoorbeeld als wegenzout worden toegepast. Uit de zoutkristallisator 22 worden tevens een loogoplossing 24 verkregen, die teruggevoerd kan worden naar de gaswasser 2, en een klein volume aan damp 23. Deze dampstroom kan eventueel elders in het proces aan een grotere gas/dampstroom worden toegevoegd, bijvoorbeeld na de 30 filtreerinrichting 5 aan het gereinigde gas 6.

1 005342

Claims (8)

1. Werkwijze voor het reinigen van met stofdeeltjes van verschillende grootte beladen gas, welke werkwijze de volgende trappen omvat: 5 (a) het met stofdeeltjes beladen gas wordt onderworpen aan een natte gas wassing bij of boven het dauwpunt, waarbij de eventuele in het gas aanwezige zure, gasvormige componenten worden geabsorbeerd resp. het overgrote deel van grove stofdeeltjes met een grootte van > 50 pm wordt afgevangen door een wasvloeistof, waarna 10 (b) de in het gas aanwezige resterende stofdeeltjes bij of boven het dauwpunt worden afgevangen in een inrichting voor het verwijderen van stof uit gas, waarbij gereinigd gas wordt verkregen.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat in trap (a) ten 15 minste 75% van de in het gas aanwezige grove stofdeeltjes wordt afgevangen.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, waarin het met stof beladen gas een smeltgas verkregen bij de pyrometallurgische verwerking van metaal-bevattende afvalstoffen, een pyrolysegas verkregen bij de pyrolyse van afval of een mengsel van 20 beide is.

4. Werkwijze volgens een of meer der conclusies 1-3, waarbij trap (a) wordt uitgevoerd in een gaswasser, waarin een circulerende zoutoplossing, die op een pH tussen 3 en 11, bij voorkeur tussen 5 en 9, wordt gehouden, als wasvloeistof wordt 25 gebruikt.

5. Werkwijze volgens één of meer van de voorgaande conclusies, waarin de snelheid van het met stof beladen gas tijdens de gaswassing groter is dan 1 m/s, bij voorkeur 2-15 m/s en waarbij de wasvloeistof wordt toegepast in de vorm van vloei- 30 stofdruppels met een grootte van ten minste 0.3 mm, bij voorkeur ten minste 1 mm. 1005342

6. Werkwijze volgens één of meer van de voorgaande conclusies, waarin een deel van de gebruikte wasvloeistof periodiek of continu door water wordt vervangen en na filtratie wordt ingedampt in een zoutkristallisator resulterend in een zout-koek. 5

7. Werkwijze volgens één of meer van de voorgaande conclusies, waarbij de temperatuur van het uit trap (a) verkregen, met stof beladen gas hoger is dan 100°C, bij voorkeur tussen 150 en 300°C.

8. Werkwijze volgens één of meer van de voorgaande conclusies, waarbij de inrichting voor het verwijderen van stof uit gas één of meer filters omvat. 1005342