NL8101446A - Werkwijze voor het zuiveren van een vliegas bevattend gas. - Google Patents

Description

* -Φ * * s ··

κ 5539 HET

WERKWIJZE VOOR HET ZUIVEREN VAK EER VLIEGAS BEVATTEND GAS

De aanvrage heeft "betrekking op een werkwijze voor het zuiveren van een vliegas "bevattend gas» afkomstig van een verbrandingsof vergassingsinrichting. Hieronder zijn inrichtingen voor volledige verbranding, zoals ovens, fornuizen, hoogovens, e.d. be-5 grepen, maar ook inrichtingen voor partiële verbranding, zoals vergassers, bijvoorbeeld kolenvergassers.

Minerale brandstoffen bevatten altijd een bepaalde hoeveelheid anorganisch, onverbrandbaar materiaal, dat bij verbranding achterblijft als slak of as of dat als vliegas met het verbrandingsgas 10 verdwijnt. Aardolie leiart in het algemeen slechts weinig as, maar steenkool en bruinkool kunnen aanzienlijke hoeveelheden as leveren, afhankelijk van de vindplaats en de mate van voorbewerking van de kool. Processen voor het produceren van vloeibare produkten uit steenkool, teerzand en bitumineuze leisteen kunnen eveneens pro-15 dukten leveren, al dan niet na verdere opwerking, die aanzienlijke hoeveelheden as bevatten.

De vaste deeltjes verwijdert men uit het hete verbrandingsgas het liefst met behulp van cyclonen, vanwege hun bedrijfszekerheid, hun eenvoudige constructie en hun grote capaciteit. Hun efficiëntie 20 van deeltjesverwijdering is minder dan 100$, zodat men voor vrijwel volledige verwijdering een extra zuiveringsstap nodig heeft, bijvoorbeeld een waterwaseenheid. Om de voelbare warmte van het verbrandingsgas zoveel mogelijk te benutten, maakt men gebruik van (koelende) warmtewisselaars, die bijvoorbeeld stoom produceren, 25 of de reactiemedia voórverwarmen. Het is Aanvraagster nu gebleken dat de warmtewisselaars vervuilen met vliegas indien er ongezuiverd verbrandingsgas wordt doorgevoerd, bijvoorbeeld als men de warmtewisselaar v66r de cycloon geschakeld heeft, wat wenselijk 0is om de cycloon bij zo laag mogelijke temperatuur te laten 30 werken, uit efficiëntie-overwegingen.

I 81 01 446 i ΐ ι

N

2

Tevens is het Aanvraagster gebleken dat de vliegas een aantal elementen bevat in hogere concentraties dan oorspronkelijk in het anorganische gedeelte van de brandstof aanwezig was, met andere woorden dat de vliegas verrijkt is met deze elementen ten koste 5 van de slak of de as.

De uitvinding beoogt nu zoveel mogelijk warmte aan het verbrandingsgas te onttrekken met zo min mogelijk vervuiling van de warmtewisselaars, en ze beoogt tevens zoveel mogelijk bepaalde elementen in de vliegas te concentreren.

10 Men bereikt deze doelstellingen doordat men uit het hete ver brandingsgas vliegas afscheidt in twee of meer stappen, waartussen men het gas tot een zodanige temperatuur afkoelt, dat ten minste een deel van de erin aanwezige vluchtige componenten in de vloeibare of vaste toestand overgaat, en in de volgende stap 15 wordt afgescheiden met ten minste een deel van de vliegas, die nog in het gas aanwezig is, terwijl men ten minste een deel van de afgescheiden vliegas terugvoert naar de verbrandingsinrichting.

Doordat men nu gefaseerd de vaste deeltjes uit de hete gassen afscheidt, dat wil zeggen bij trapsgewijs afnemende tempera-20 turen, verkrijgt men een aantal fracties vliegas, waarbij elke fractie specifiek verrijkt is met bepaalde elementen. Door de temperaturen van de verschillende stappen gunstig te kiezen, kan men bereiken dat bepaalde gewenste elementen of hun verbindingen in één stap nog vluchtig zijn, en in de volgende stap vast of 25 vloeibaar zijn. Men heeft eveneens gevonden, dat indien deze elementen - of hun verbindingen - bij die temperatuur vloeibaar zijn, ze condenseren op de vliegas deeltjes, die nog in het gas aanwezig zijn, en dat ze zo mee afgescheiden worden.

Een voordeel van de maatregel afgescheiden vliegas terug te 30 voeren naar de verbrandingsinrichting is, dat men nu zoveel mogelijk nog onverbrande koolstof uit de vliegas brandt, zodat de omzet-tingsgraad van de kool toeneemt. Xndien de verbrandingsinrichting van het slakvormende type is, zal de teruggevoerde vliegas in belangrijke mate als bestanddeel van de gesmolten slak de ver- I 8101446 i - - -f * ' 3 brandingsinrichting verlaten. De gevormde glasachtige slakdeeltjes of sintels zijn inert ten opzichte van allerlei uitlogende middelen, zodat eventueel aanwezige stoffen niet in het milieu terecht kunnen komen. Het afvalprobleem van de stoffige en soms 5 giftige vliegas is daarmee opgelost.

Tot nu toe werd de vliegas altijd bij lage temperatuur afgescheiden en het recirculeren van vliegas naar de verbrandings-inrichting had dan het bezwaar dat zich in de tervoerlus allerlei vluchtige componenten ophoopten. Componenten die bij de hoge 10 temperaturen in de verbrandingsinrichting vluchtig zijn, en daarom niet met de slak afgevoerd worden, condenseren of worden vast als de temperatuur van het onringende gas daalt en worden telkens weer opgenomen in de te recirculeren vliegas. Hierdoor zou de concentratie van vluchtige verbindingen in deze stroom 15 steeds verder toenemen. Omdat condenserende vluchtige verbindingen een rol spelen bij de vervuiling van de warmtewisselaars heeft deze verhoogde concentratie van dergelijke verbindingen een verhoogde vervuilingsgraad en -snelheid tot gevolg. Volgens de uitvinding wordt dit probleem vermeden, doordat men kan kiezen 20 hoeveel vliegas men per afgescheiden fractie terugvoert naar de verbrandingsinrichting, zodat men de ongewenste vluchtige componenten niet laat accumuleren, dat wil zeggen beneden een specifieke maximale concentratie houdt.

Bij voorkeur doet men dit, doordat men ten minste een deel 25 van de fractie die is afgescheiden in de eerste stap, terugvoerfc naar de verbrandingsinrichting. Een extra voordeel is, dat de efficiëntie nu verhoogd wordt doordat men vliegas van relatief hoge temperatuur terugvoert, die bovendien nog op bijna dezelfde druk staat als in de reactor.

30 In de eerste stap worden namelijk alleen de niet-vluchtige componenten afgescheiden, omdat men daar nog bij relatief hoge temperaturen werkt. De vluchtige, condenseerbare componenten worden in de tweede en eventuele volgende stappen afgescheiden.

Deze laatste fracties kan men nu geheel afvoeren als bijprodukt, '\ v '*sy I. 81 01 4 4 6 __

fc V

k of gedeeltelijk terugvoeren naar de verbrandingsinrichting, opdat zoveel mogelijk smeltbaar, niet-vluchtig materiaal in de slak •wordt opgenomen, en zoveel mogelijk koolstof uit de vliegas wordt gebrand, met als neveneffect een hogere concentratie van be-5 paalde vluchtige componenten in de desbetreffende terugvoerlus. Indien deze componenten waardevol zijn, zoals lood, zink, germanium e.d., kan men aan deze terugvoerlus een (droge) stroom geconcentreerd "erts" van deze metalen onttrekken. Dit moet men ook al doen om de genoemde vervuilingsproblemen te vermijden. De 10 terugvoerverhouding wil men zo groot mogelijk maken om een zo hoog mogelijke concentratie van bepaalde componenten in de terugvoerlus te verkrijgen, maar men wordt aan de andere kant beperkt door de mate van vervuiling van warmtewisselaars en dergelijke, die dan kan optreden.

15 De vliegas die teruggevoerd wordt naar de verbrandingsin- richting wordt hetzij als mengsel met de brandstof toegevoerd, hetzij via een aparte toevoerleiding in de inrichting geïnjecteerd. De verblijftijd en de temperatuur dienen zodanig te zijn, dat de vliegas kan uitbranden (om de laatste restjes koolstof 20 te benutten) en dat een belangrijk deel van de vliegas ook kan smelten, althans oplossen, als de verbrandingsinrichting van het slakvormende type is, ten. einde op te gaan in de vloeibare, slak.

Bij een gemiddelde temperatuur van 1500°C betekent dit een tijd in de orde van 0,1 tot 20 seconden. Als afschelders van vaste 25 deeltjes uit gassen kent men vele apparaten, zoals zeven, cyclonen, mechanische filters of elektrostatische filters. In de onderhavige werkwijze werkt men wegens de al genoemde voordelen bij voorkeur met cyclonen, waarbij de cycloon of cyclonen bij temperaturen boven 500°C aan de proceszijde met vuurvast keramisch materiaal 30 bekleed zijn. Het is bekend dat gaande naar hogere temperaturen de viscositeit van gassen toeneemt, waardoor de efficiëntie van hoge temperatuurcyclonen wat minder is. In de onderhavige werkwijze is dat geen bezwaar, omdat er nog minstens één lage temperatuur-^ afscheidingsstap volgt. Het is zelfs een voordeel, want doordat \ 8101 446 % r ί 5 niet alle vliegasdeeltjes afgescheiden worden, blijven er voldoende condens at iekemen over voor condenserende vluchtige verbindingen in de volgende stap.

In de praktijk blijken twee afscheidingsstappen meestal vol-5 doende te zijn, hoewel men voor extra fractionering natuurlijk meer stappen kan aanbrengen. Volgens een voorkeursuitvoering voert men het hete verbrandingsgas daarom achtereenvolgens door een cycloon, een koeler, en een tweede cycloon. In plaats van het gas door een koeler te voeren, kan men ook een hoeveelheid 10 water injecteren, die dan geheel of gedeeltelijk verdankt en daardoor het gas afkoelt. Dit water kan eventueel afkomstig zijn van een waterwaseenheid, en daardoor in suspensie vaste deeltjes bevatten. Deze vaste deeltjes worden meegevoerd door het gas en dan weer grotendeels afgescheiden in de cycloon die volgt op 15 deze waterinjectie. Daarnaast is het ook mogelijk het gas te koelen door bijmengen van koud produktgas dat naar een plaats v66r de cycloon teruggevoerd wordt.

Bij gebruik van bepaalde soorten brandstof, met name de z-g/'Selzhohlen", bevat de vliegas die ontstaat nogwal wat 20 halogeniden. Deze halogeniden zijn relatief vluchtig en concentreren zich dus in een of meer terugvoerlussen. Om deze reden kunnen de halogeniden aanleiding geven tot vervuiling 'van warmtewisselaars en terugvoerlussen. Daardoor is recirculatie van vliegas naar de verbrandingsinrichting vaak zo bezwaarlijk.

25 Volgens een voorkeursuitvoering verwijdert men daarom deze zouten uit de vliegas, voordat men deze recirculeert.Men voert dit uit, doordat men ten minste een gedeelte van de afgescheiden vliegas wast met water. Het waswater bevat dan de wateroplosbare stoffen, met name de halogeniden. Men kan de uitgewassen vliegas nog 30 drogen voor men deze weer toevoert aan de verbrandingsinrichting.

Men kan - nu de vervuilende zouten grotendeels verwijderd zijn - de terugvoerverhouding van de afgescheiden vliegas verhogen, met als gevolg een verdere concentratie van de wateronop-losbare, vluchtige componenten in de terugvoerlus. Deze componenten a 35 zijn vaak waardevol, zoals lood- en zinkverbindingen.

81 01 446 é » * V- 6

Het is gebleken dat de vliegas die bij hoge temperatuur wordt afgescheiden weinig of geen wateroplosbare bestanddelen bevat. Daarom wast men met water bij voorkeur de vliegas die is afgescheiden bij lagere temperatuur (dat wil zeggen in de tweede 5 cycloon, als men het gas achtereenvolgens door een cycloon, een koeler en een tweede cycloon voert). Dit is uiteraard een voordelig gevolg van het gebruik van meer dan een af schei dings stap, volgens de uitvinding.

Aangezien het soms moeilijk is de vliegas uit te wassen met 10 water vanwege het hydrofobe karakter daarvan, met name wanneer de omzettingsgraad van de kool laag is, voert men dan bij 'voorkeur het wassen uit in aanwezigheid van een oppervlakte-actief middel. Men voegt dit toe aan het water voor of nadat het in contact komt met de vliegas, of eerst aan de vliegas. Hierdoor verloopt de 15 benatting van de as veel beter. Het waswater bevat naast veel chloride enig bromide, jodide en fluoride naast ammonium, natrium, kalium, calcium e.d. ionen, en moet verder worden opgewerkt. Het water bevat geen meetbare hoeveelheden cadmium, kwik of lood, wat uiteraard een milieu-technisch voordeel is. Als oppervlakte-20 actieve stof gebruikt men bijvoorbeeld een sulfonaat.

De gassen die de verbrandingsinrichting verlaten, hebben een zeer hoge temperatuur, bijvoorbeeld 1600°C in het geval van een * ' kolenvergasser op hoge druk. Bij een dermate hoge temperatuur zijn de verbindingen die uiteindelijk de vliegas zullen vormen, 25 voor een deel nog in vloeibare of gasvormige toestand. Men koelt daarom eerst de gassen tot een zo lage temperatuur, dat het grootste deel van de vliegas vast is, althans niet meer kleverig. Dit betekent in de praktijk tot ca. 1000-1500 °C of lager, afhankelijk van de soort vliegas. Aan de andere kant houdt men de 30 temperatuur van de gassen voor intree in de eerste scheidings- stap boven de temperatuur, waarbij de belangrijkste vluchtige elementen condenseren of sublimeren, bijvoorbeeld boven de 500 a 800°C, bij een druk van 30 atmosfeer. Iets lagere temperaturen gelden 4 bij atmosferische druk. Tevens wil. men de temperatuur van de * ' ί 8101446 \ * · τ gassen zo laag mogelijk instellen in verband met een zo hoog mogelijke efficiëntie van de cycloon. Dit alles betekent, dat men bij voorkeur de temperatuur van het hete gas voor intree in de eerste afscheidingsstap insielt op 500 a 1500°C, in het bij-5 zonder op 800 a 1000°C, met name op ca. 900°C. De vliegas die men dan afscheidt, bestaat voornamelijk uit silicium·, aluminium-en ij zeroxide, niet-omgezette koolstof en daarnaast nog uit vele andere, weinig vluchtige stoffen, zoals B, Ba, Be, Ca, Co, Cr, K, Mg, Mn, Na, Ni, P, Sr, Th, Ti, U en V en/of hun verbindingen.

10 Voor de tweede afscheidingsstap gelden analoge overwegingen.

Nu moet men de temperatuur instellen beneden het condensatiepunt of sublimatiepunt van de belangrijkste vluchtige verbindingen, die men wil afscheiden, bijvoorbeeld beneden 500°C, maar men blijft bij voorkeur wel boven de temperatuur waarbij waterdamp vloeibaar 15 wordt (het zogenaamde dauwpunt). Bij een (partiële) waterdamp-druk van 1 atmosfeer is dit uiteraard 100°C, bij hogere water-dampdrukken is dit een hogere temperatuur. Dit betekent dat men de temperatuur van het gas voör intree in de tweede afscheidingsstap instelt op bij voorkeur 100 a 500°C, in het bijzonder op 20 200 a U00°C. De vliegas die men in de tweede stap afscheidt, kan relatief veel As, Br, Cd, Cl, Cu, F, Ge, Hg, I, Mo, Pb, Sb, Se en Zn in elementaire of gebonden vorm bevatten. Zoals gezegd verdient het de voorkeur deze vliegas uit te wassen met water, waarna men deze eventueel droogt en dan terugvoert naar de verbrandings-25 inrichting, of opwerkt tot een grondstof voor de winning van één van de aanwezige elementen. Concentratie van voomoemde elementen in de afgescheiden vliegas is mogelijk door hem grotendeels te reeirculeren en een klein gedeelte af te scheiden en op te werken.

Aangezien de efficiëntie van een afscheider als een cycloon 30 nooit 100# kan zijn, bevinden zich in het gereinigde en gekoelde gas na twee of meer stappen volgens de uitvinding altijd nog wat vaste deeltjes. Men kan nu een elektrostatisch filter gebruiken, maar bij voorkeur verwijdert men deze deeltjes, doordat men het gas na de laatste afscheidingsstap door een waterwas eenheid voert, 8101446 8 waarin een waterige suspensie van fijne vaste deeltjes wordt gevormd, welke suspensie men weer toevoert aan het gas op een plaats voor de laatste afscheidingsstap. Dit toevoeren geschiedt dan "bijvoorbeeld in een sproeidroger, bijvoorbeeld in de vorm 5 van een zogenaamde "verdampende venturi". De benodigde verdampings-warmte koelt de gassen dan meteen verder af.

Zoals in het voorgaande al hier en daar is vermeld, is de werkwijze volgens de uitvinding zeer geschikt voor het winnen uit vliegas van bepaalde elementen, zoals cadmium, kwik, lood, zink, 10 antimoon, koper, molybdeen en arseen. De aanvrage betreft daarom tevens een werkwijze voor het winnen van bepaalde elementen, met het kenmerk, dat als grondstof voor de winning vliegas wordt gebruikt, waarop deze elementen zijn geconcentreerd door middel van de bovenbeschreven werkwijze voor het zuiveren van een vliegas 15 bevattend verbrandingsgas.

De uitvinding wordt nu nader beschreven aan de hand van de figuren 1 en 2, die vereenvoudigde schema*s van twee varianten van een kolenvergassingsfabriek weergeven. In de fabriek volgens het schema van figuur 1 worden in een reactor 1 gemalen kool, 20 zuurstof en enige stoom door een leidingsysteem 2 toegevoerd. De reactor 1 kan onder een druk van enige tientallen atmosfeer , . werken...Door een systeem 3, bestaande uit een waterbad, een • -granulator, en kleppen wordt genoemde slak uit de reactor 1 . - · · gesluisd. Gevormd ruw synthesegas wordt door een afschrikzone h 25 geleid, waar gekoeld en gezuiverd produktgas wordt toegevoegd via een leiding 5· Hierdoor daalt de temperatuur van het ruwe synthesegas tot beneden het smeltpunt van vliegas, zodat kleverige vliegasdruppeltjes hard worden. Desgewenst kan men ook koelen met een waterinjectie of met een koeler T, die zo ontworpen is dat hij 30 niet gemakkelijk vervuilt. Zo voert men dan via een leiding 6 het gas op de gewenste temperatuur in een cycloon 8, welke van binnen bekleed is met vuurvast materiaal. Hier afgescheiden vliegas voert men via leidingen 9 en 10 terug naar de reactor 1 ten einde opgenomen te worden in de slak. Aangezien nauwelijks drukval heeft \ 81 01 446 9 plaatsgevonden, is het niet nodig de vliegas opnieuw op druk te brengen voor de toevoer aan de reactor 1, men kan de vliegas via een sir^ele ejeeteur 11 in de reactor 1 brengen.

Heb gas, dat nu van het merendeel der niet-vluchtige vliegas-5 componenten is bevrijd, voert men via een leiding 12 toe aan een warmtewisselaar 13, waarin stoom van hoge druk wordt gegenereerd. Het al flink af gekoelde gas leidt men nu via een leiding 1¾ naar een venturi 15» waar via een leiding 16 een waterige suspensie in het gas wordt gebracht. De temperatuur is nu zo ver gedaald, 10 dat ook de meest vluchtige vliegas componenten vast geworden zijn. Deze worden, samen met de nog aanwezige minder vluchtige componenten, grotendeels afgescheiden in een tweede cycloon 18, die via een leiding 17 verbonden is met de venturi 15. Het relatief zuivere gas leidt men nu via een leiding 19 naar een waterwas-15 eenheid 20. De in de tweede cycloon 18 afgescheiden vliegas voert men af door een leiding 21. Die vliegas wast men vervolgens met door een leiding 23 toegevoerd water in een wasser 22. Het via een leiding 2k afgevoerde waswater bevat dan praktisch alle halogeniden uit de vliegas en wordt elders opgewerkt. Een gedeelte 20 van de via een leiding 25 afgevoerde vliegas voegt men met behulp van een draaggas, na droging, toe aan de leiding 10, de rest voert ... . men af via een leiding 26.,

In de waterwaseenheid 20 wordt het gas van de laatste vaste verontreinigingen ontdaan. Eventuele niet-vaste, water-oplosbare 25 verontreinigingen, zoals mierezuur, zwavelwaterstof e.d., worden apart verwerkt. Het waswater wordt deels, via een niet-getekende koeler, gerecireuleerd naar de top van de eenheid 20, en deels via de leiding 16 naar de venturi 15 teruggevoerd. Het gewassen gas brengt men via een leiding 27 in een condensor-scheider 28, 30 vanwaar men het condensaat door een leiding 29 naar de eenheid 20 terugvoert en het gas via een leiding 30 afvoert. Een deel wordt teruggeleid via een leiding 32, een compressor 33 en de leiding 5 naar de afschrikzone U, de rest wordt als gezuiverd synthesegas via een leiding 31 geleid naar gashouders of naar verdere behande-35 lingseenheden.

8101446

. V

10

Figuur 2 bestaat uit een vereenvoudigd schema van een andere kolenvergassingsfabriek. Als twee onderdelen inheide schema's dezelfde functie hebben, is dat aangegeven door als het ver-wijzingsnummer van dat onderdeel in figuur 2 het nummer ervan in 5 figuur 1 te nemen, verhoogd met 100.

Aan een reactor 101 wordt via een leiding 102 gemalen kool, zuurstof en enige stoom toegevoerd. Via een leiding 103 wordt de gevormde slak af gevoerd. Vlak na de reactor 101 bevindt zich een mechanische afscheidingsinrichting 108, die uit het via leiding 106 10 aangevoerde ruwe produktgas enige vliegas afscheidt, welke via leiding 109 wordt afgevoerd. Het enigszins gezuiverde hete gas wordt dan via een leiding 112 in een afsehrikzone 10U geleid, waar er gekoeld en gezuiverd produktgas via een leiding 105 aan wordt toegevoegd. Via een leiding 11U brengt men het ruwe gas dan in 15 een venturi 115, waar het gemengd wordt met een waterige suspensie of slurrie uit leiding 116. Het aldus verder gewassen en afgekoelde gas wordt door leiding 11T naar cycloon 118 gebracht, waar de meeste vaste stof uit het gas wordt afgescheiden. De vaste stof wordt via leiding 121 naar een wasinrichting 122 gevoerd, waar 20 met via leiding 123 toegevoerd water de water-oploshare verontreinigingen uit de as worden gewassen. Het waswater wordt afgevoerd via leiding 12^, de gewassen as via leiding 125. Het vrijwel. . gezuiverde ruwe gas wordt uit de cycloon 11,8 via leiding 119 in een waterwaseenheid 120 geleid, waarin een waterige suspensie van 25 de laatste in het gas aanwezige vaste deeltjes gevormd wordt, welke suspensie via leiding 116 teruggevoerd wordt naar de venturi 115. Het gezuiverde produktgas wordt door leiding 12.7 naar een condensor 128 gevoerd en daar gekoeld. Het gecondenseerde water wordt door leiding 129 af gevoerd. Het via leiding 130 af gevoerde 30 gas wordt gescheiden in een stroaaterugvoergas, welke via leiding 105 naar de afsehrikzone 104 wordt gevoerd, en in een stroom produktgas, welke via leiding 131 wordt af gevoerd en eventueel verder verwerkt. De afgescheiden vliegas kan via leiding 110 geheel of gedeeltelijk weer aan de reactor 101 toegevoerd worden \81014 4 6 11 om een hogere slakproduktie te verkrijgen. De leiding 110 kan uit éên of meer van de volgende leidingen gevoed -worden: leiding 109 (de hoge-temperatuur-vliegas), leiding 121 (de lage-temperatuur-vliegas) en/of leiding 125 (idem, na uitwassen), waarbij de stroom 5 van leiding 125 bijvoorbeeld niet volledig behoeft te worden teruggevoerd.

VOORBEELD 1

In een proefinstallatie voor kolenvergassing volgens het vereenvoudigde stroomschema van figuur 2, zijn experimenten uit-10 gevoerd om de verdeling van de verschillende elementen over de diverse stromen ie bestuderen. In de vergasser (101) werd onder een druk van 21 atmosfeer (absoluut) 366 kg/uur ruw synthesegas (excl. vaste stof) geproduceerd alsmede 2,8 kg/uur slak (103).

Van het synthesegas (106) werd bij reactortemperatuur U,7 kg/uur 15 vliegas (109) afgescheiden. Het gas (112) had een temperatuur van 1586°C en bevatte 27 kg/uur waterdamp en 12 kg/uur vliegasdeeltjes. In de afschrikzone (10U) werd hieraan 2163 kg/uur afschrikgas (105) van 135°C toegevoerd, zodat de temperatuur van het mengsel (11k) 3^0°C werd. In de verdampende venturi (115) werd 70 kg/uur 20 waterige vliegas suspensie (116) gedroogd, waardoor er 3 kg/uur vliegas aan de stroom werd toegevoegd, alsmede 67 kg/uur waterdamp. Ten gevolge van de waterverdamping daalde de temperatuur van 3^0° naar 280°C. Het mengsel (117) werd in de cycloon (118) gescheiden in een vliegasstroom (121), groot 12 kg/uur en een 25 gas/vaste-stofmengsel (119)» groot 2599 kg/uur en bestaande uit 2502 kg/uur droog synthesegas, 9^ kg/uur waterdamp en 3 kg/uur vliegas. In de condensor (128) condenseerde 9^ kg/uur water (12 9) en werd 2502 kg/uur vrijwel droog gas (130) geproduceerd.

De hoeveelheid droog produktgas (131) bedroeg 339 kg/uur, terwijl 30 2163 kg/uur via leiding 105 werd gerecirculeerd. Vrijwel alle in de gasstroom (119) aanwezige vliegas werd in het waswater van de eenheid (120) opgenomen en met de terugvoer-slurry (116) naar de verdampende venturi (115) gevoerd. Het produktgas (127) was dus nagenoeg vrij van vaste deeltjes.

8101446 12

De vliegas (121}, die werd afgescheiden in de cycloon, werd hij ca. 60°C in de eenvoudige éên-staps water-wasinrichting (122). gemengd met 200 kg/uur waswater. Door filtratie werd de gewassen vliegasstroom (125), groot 12 kg/uur, gescheiden van het veront-5 reinigde waswater (124). Aan het waswater was 0,1 gew.% van een sulfonaat toegevoegd.

Zonder terugvoer van vliegas (109) die hij hoge temperatuur is afgescheiden, noch van vliegas (125) die hij lagere temperatuur is afgescheiden en is gewassen met water, naar de vergasser werden 10 verdelingen van enkele elementen over de diverse stromen gevonden als gegeven in Tabel I. Deze verdeling is betrokken op de in de oorspronkelijke kool aanwezige hoeveelheden van elk element. De verdeling van de totale hoeveelheid vaste stof ("as”) over de verschillende stromen is ook gegeven.

TABEL I - Fractie van de in de voeding aanwezige hoeveelheid van een element die in de aangegeven stroom de vergassingsinstallatie verlaat (in gewichtsprocenten) stroom Ho : —) 103 109 121 125 124 stroom naam: —7· slak hoge lage gewas- ver- temp. temp. sen ontr. element: j vliegas vliegas vliegas was- 't' water . . Broom - - .0 0 100 9 91 .; v. Jood’; '··.- . , : ·' -· - 0 · 0- · - 100 · -6 94

Fluor 0 5 95 22 73

Chloor 1 6 93 15 78

Zink 0 6 94 94 0

Lood 2 8 90 90 0

Cadmium 1 11 88 88 0

Seleen 0 14 86 86 0

Gallium 11 19 70 70 0

Arseen 16 16 69 68 1

Aluminium 15 24 61 61 0 \ ) "As" 17 24 59 59 0 81 01 446 V- 13

Uit Tabel I blijkt, dat in de bij lage temperatuur afgescheiden vliegas sterke verrijking is opgetreden van een aantal elementen, vergeleken met bijvoorbeeld aluminium en het merendeel van de as. De bij hoge temperatuur afgescheiden vliegas is daaren-5 tegen zelfs verarmd in de in Tabel I genoemde elementen, ook hier ten opzichte van aluminium en het merendeel van de as.

In de opstelling zoals beschreven in Figuur 2 zijn in principe drie verschillende vliegasstromen ter beschikking voor terugvoer naar de reactor, om op deze wijze het verslakkingsrendement 10 van het geheel te verhogen: de stromen (109), (121) en (125).

Aangezien van de bij reactiecondities vluchtige elementen slechts zeer geringe fracties in de slak worden opgenomen, zal iedere vorm van recirculatie van vliegas met daaraan gekoppelde verhoging van het verslakkingsrendement een verdere verrijking van deze 15 elementen in de dan resterende vliegas veroorzaken. Het aantrekkelijke van de huidige uitvinding is, dat de mate waarin deze verrijking optreedt wordt geminimaliseerd. Het is bijvoorbeeld duidelijk uit Tabel I, dat terugvoering van de hoge temperatuur vliegas (109) naar de reactor voor de elementen Br en I geen meet-20 bare gevolgen heeft ten aanzien van hun concentraties in de gas-stroom (106). Voor de andere elementen uit Tabel I (behalve Al) is de opbouwfactor altijd enigszins en soms aanzienlijk kleiner dan h) v>orcfe_ssaLs geheel. Bij een verslakkingsrendement van ongeveer 255? als in dit Voorbeeld neemt de desbetreffende vliegasstroom ten 25 gunste van recirculatie toe met maximaal een factor 3.6. Voor het element chloor, bijvoorbeeld, resulteert de terugvoer van vliegas (109) echter in een toename van ca. 23$ in de stroom (106) en van ca. 6$ (in stromen (112) en 11U)) ten opzichte van de bedrijfsvoering zonder terugvoer.

30 Terugvoer van vliegasstroom (121) - zonder wassing - leidt tot sterke toename in concentratie van alle vluchtige elementen op de vliegas. In absolute concentraties zijn de halogenen hierbij het h) verslatekingsrendement = ^ + (Tlieg)as* 1°°* Φ) \ 8101446

Ill· "belangrijkste. Dit zijn echter tevens elementen die op eenvoudige wijze van de vliegas verwijderd kunnen worden.Voor het element chloor, dat van deze elementen in het algemeen in hoogste concentratie aanwezig is in de voeding, is in dit Voorbeeld een aan-5 zienlijke verarming opgetreden in de vliegasstroom na wassing (123). De toename van de chloorconcentratie in het mengsel (112) ten gunste van terugvoer van zowel de stroom (109) als de stroom (125) naar de reactor, zodanig dat 90% verslakkingsrendement bereikt wordt en de resterende 10% van de as wordt afgevoerd als vliegas, 10 bedraagt ca. 13% ten opzichte van de situatie met alleen terugvoer van stroom (109) en ca. 20% ten opzichte van de situatie zonder enige terugvoer. Zonder waterwas zou de toename van Cl in het gas echter een factor (27) bedragen hebben ten opzichte van de situatie zonder enige terugvoer*.

15 De niet-wateroplosbare elementen of verbindingen die vluchtig zijn bij de reactiecondities, zoals lood en zink(verbindingen), worden bij het genoemde (90%) verslakkingsrendement met ca. een factor 10 meer in de resterende vliegasstroom (125) aangetroffen.

De experimenten waarop dit Voorbeeld gebaseerd is, zijn uit-20 gevoerd om het principe van de uitvinding te illustreren. In een verder geoptimaliseerde bedrijfsvoering op grotere schaal zijn grotere verslakkingsrendementen verwezenlijkt, waardoor de terugvoerstromèn aanzienlijk, geringer worden. Ook kan door verdere optimalisatie van de vliegas-wasinstallatie een nog verdere re-25 ductie van de opbouw van halogenen verwezenlijkt worden. Het rendement van de afscheider van hoge-temperatuur-vliegas (108) kan ook met behulp van hoge-temperatuur-cyclonen verder worden verbeterd.

VOORBEELD 2 30 In de opstelling van Voorbeeld 1 (Figuur 2.) worden de volgende wijzigingen aangebracht. De hoeveelheid afschrikgas (105) wordt verminderd tot 353 kg/uur, waardoor de temperatuur van het mengsel (1110 slechts tot 900°C daalt. De stroom (11 il·) bedraagt dan 731 kg/uur. In een (niet-getekende) warmtewisselaar wordt het . J . ✓ \ \ 81014 4 6 ♦ 15 mengsel dan verder gekoeld tot U00°C. Een hoeveelheid van 50 kg/uur terugvoer·—slurry (116), welke 3 kg vliegas "bevat, wordt gedroogd in de verdampende venturi en brengt de temperatuur van het mengsel naar 250°C. De verdeling van vliegas over de ver-5 schillende stromen, alsmede de verdeling van elementen over de verschillende soorten vliegas wordt door deze wijziging in de procesvoering ten opzichte van Voorbeeld 1 niet wezenlijk beïnvloed. Dezelfde voordelen van de onderhavige uitvinding blijven van kracht bij de terugvoering van vliegas ter verhoging van het 10 verslakkingsrendement van het proces. De gevolgen van de verminderde opbouw van vluchtige elementen in de hoofdstroom zijn om twee redenen echter nog sterker dan in Voorbeeld 1: - de vliegasconcentratie in de stroom (11¼) is aanzienlijk hoger (ca. een factor 3) als gevolg van het bijmengen 15 van een geringere hoeveelheid afschrikgas aan de produkt- stroom; - de verminderde opbouw van die vluchtige elementen, die een rol spelen bij de vervuiling van de warmtewisselaar heeft een verminderde vervuiling van die warmtewisselaar tot 20 gevolg.

8101 446

Claims (7)

1. Werkwijze voor het zuiveren van een vliegas bevattend gas, afkomstig van een verbrandings- of vergassingsinrichting, met het kenmerk, dat men vliegas afscheidt in twee of meer stappen,waar- -tussen men het gas tot een zodanige temperatuur afkoelt, dat ten 5 minste een deel van de erin aanwezige vluchtige componenten in de vloeibare of vaste toestand overgaat, en in de volgende stap wordt afgescheiden met ten minste een deel van de vliegas, die nog in het gas aanwezig is, terwijl men ten minste een deel van de afgescheiden vliegas terugvoert naar de verbrandingsinrichting. 10 2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat men ten minste een deel van de vliegas die is afgescheiden in de eerste stap terugvoert naar de verbrandingsinrichting.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat men het hete verbrandingsgas achtereenvolgens door een cycloon, een 15 koeler en een tweede cycloon voert. 1;. Werkwijze volgens conclusies 1-3, met het kenmerk, dat men ten minste een gedeelte van de afgescheiden vliegas wast met water.

5. Werkwijze volgens conclusies 3 en H, met het kenmerk, dat men ' -. · ' 20 de vliegas die is afgescheiden in de tweede cycloon, wast met · water.

6. Werkwijze volgens conclusie U of 5, met het kenmerk, dat men het wassen uitvoert in aanwezigheid van een oppervlakte-actief middel. 25 7· Werkwijze volgens conclusies 1-6, met het kenmerk, dat men de temperatuur van het hete gas v66r intree in de eerste afschei-dingsstap op 500 a 1500°C instelt.

8. Werkwijze volgens conclusies 1-7, met het kenmerk, dat men de temperatuur vaahet gas vöor intree in de tweede afscheidings-30 stap op 100 a 500°C instelt. *). \\ Y 8101446 ♦ - π

9. Werkwijze volgens conclusies 1-8, met het kenmerk, dat men het gas na de laatste afseheidingsstap door een waterwaseenheid voert, waarin een waterige suspensie van fijne vaste deeltjes wordt gevormd, welke suspensie men weer toevoert aan het gas op een plaats 5 voor de laatste afseheidingsstap.

10. Werkwijze voor het winnen van bepaalde elementen, met het kenmerk, dat als grondstof voor de winning vliegas wordt gebruikt, waarop deze elementen zijn geconcentreerd door middel van de werkwijze volgens één of meer der conclusies 1-9. \ 8101446