SE516886C2

SE516886C2 - Removing pollutants from waste gas streams

Info

Publication number: SE516886C2
Application number: SE9704028A
Authority: SE
Inventors: Dietrich Rolke; Volker Hohmann; Hans-Jochen Fell
Original assignee: Metallgesellschaft Ag
Priority date: 1997-11-04
Filing date: 1997-11-04
Publication date: 2002-03-19
Also published as: SE9704028L; SE9704028D0

Abstract

Process for removing pollutants from a waste gas stream comprises feeding the stream through a charge of a granular adsorbent made of carbon-rich material and a granular inert material. The bulk weight of the inert material is 0.8-3 times the bulk weight of the carbonaceous material.

Description

516 886 2 mattning och nedsotning eller sammanbakning av adsorptionsmedlet, varför det ofta måste utbytas. 516 886 2 matting and sooting or caking of the adsorbent, so it often has to be replaced.

Till grund för uppfinningen ligger uppgiften att övervinna brandrisken och problemet vid det inledningsvis nämnda förfarandet med nedsotning och sammanbakning i bädden. Enligt uppfinningen löses denna uppgift genom att bädden består av en blandning av ett kornigt kolrikt material och ett komigt inert material, där skrymdensiteten för det inerta materialet är 0,8 till 3 gånger skrymdensiteten för det kolhaltiga materialet. Tillsättning av det inerta materialet möjliggör långa uppehållstider och särskilt också höga se- parationseffektiviteter för tungmetaller, dioxiner och furaner. Vid kontinuer- lig användning observeras varken antändnings- eller självuppvärmningsfe- nomen, ej heller uppstår nedsotning och sammanbakning. Adsorptionsvär- me som frigörs upptas av det inerta materialet och avleds, så att ingen ac- kumulering av värme uppstår.The invention is based on the task of overcoming the risk of fire and the problem in the initially mentioned method of sooting and baking in the bed. According to the invention, this problem is solved in that the bed consists of a mixture of a granular carbon-rich material and a granular inert material, where the bulk density of the inert material is 0.8 to 3 times the bulk density of the carbonaceous material. Addition of the inert material enables long residence times and especially also high separation efficiencies for heavy metals, dioxins and furans. With continuous use, neither ignition nor self-heating phenomena are observed, nor does sooting and baking occur. Absorption heat that is released is taken up by the inert material and dissipated, so that no accumulation of heat occurs.

Bädden som består av den kornformiga blandningen av det kolrika materia- let och det inerta materialet kan vara genomströmmad av gas i vertikal eller horisontell riktning. Bädden är vanligen anordnad i en behållare som fast bädd eller rörlig bädd. Det har visat sig lämpligt att leda gasen med en tom- rörshastighet på 0, 1 till 0,5 m/ s genom bädden. Uppehållstiden för gasen i bädden beror på koncentrationen av de substanser som skall separeras och ligger vanligen i intervallet från 0,5 till 5 sekunder.The bed consisting of the granular mixture of the carbon-rich material and the inert material may be flowed through by gas in the vertical or horizontal direction. The bed is usually arranged in a container as a fixed bed or movable bed. It has proved convenient to pass the gas at an empty tube speed of 0.1 to 0.5 m / s through the bed. The residence time of the gas in the bed depends on the concentration of the substances to be separated and is usually in the range from 0.5 to 5 seconds.

Exempel på det kolrika material som används är aktivt kol, aktiv koks eller brunkolskoks. Det kolrika materialet kan vara impregnerat, t.ex. med svavel eller svavelföreningar. Som inert material kan användas exempelvis kisel- haltig bergart, pimpsten, lava, slagg, förglasningsrester eller ﬂngrus. Halten av det kolrika materialet i bädden uppgår till 5 till 80 vikt-% och företrädes- vis 20 till 75 vikt-%. Medan gasströmmen leds genom bädden ligger tempe- raturerna i bädden vid 20 till 200°C. Det inerta materialet skall vara hydro- fobt. Absorptionen av vatten av det inerta materialet ligger företrädesvis un- der 15 vikt-% i jämviktstillstånd med en gas med 65% relativ fuktighet. 516 886 Det kolrika material som används till bädden, och även det inerta materialet, har kornstorlekar i intervallet från 0,5 till 10 mm. Företrädesvis är det inerta materialet något grovkornigare, varvid minst 80 vikt-% har kornstorlekar inom intervallet från 1 till 6 mm.Examples of the carbon-rich material used are activated carbon, activated coke or lignite coke. The carbon-rich material can be impregnated, e.g. with sulfur or sulfur compounds. As inert material can be used, for example, siliceous rock, pumice, lava, slag, glazing residues or gravel. The content of the carbon-rich material in the bed amounts to 5 to 80% by weight and preferably 20 to 75% by weight. While the gas stream is conducted through the bed, the temperatures in the bed are at 20 to 200 ° C. The inert material must be hydrophobic. The absorption of water by the inert material is preferably below 15% by weight in the equilibrium state with a gas with 65% relative humidity. 516 886 The carbon-rich material used for the bed, and also the inert material, has grain sizes in the range from 0.5 to 10 mm. Preferably, the inert material is slightly coarser-grained, with at least 80% by weight having grain sizes in the range from 1 to 6 mm.

Hg-separationen i bäddar enligt uppﬁnningen mättes med olika blandnings- förhållanden. Vid en andel av endast 30 vikt-% format aktivt kol och endast en sekund gasuppehållstíd kunde separationsgrader för exempelvis kvicksil- verföreningar eller för metalliskt kvicksilver större än 99% detekteras under en längre tid. Således behöver blandningen endast innehålla en ringa mängd kolhaltigt material. Blandningen har dessutom den fördelen att separations- effektiviteterna kan varieras inom vida gränser genom justering av bland- ningsförhållandet. Därmed erhålles med hänsyn till skikttjockleken och den därtill direkt relaterade gastryckförlusten en stor flexibilitet. Dessutom tillå- ter användningen av grovkorniga material, t.ex. format aktivt kol, även en ytterligare svavelimpregnering, för erhållande av ännu högre separations- effektiviteter eller också selektiv separation av elementära tungmetaller med höga ångtryck, framförallt kvicksilver.The Hg separation in beds according to the invention was measured with different mixing ratios. With a proportion of only 30% by weight of activated carbon formed and only a second gas residence time, degrees of separation for, for example, mercury compounds or for metallic mercury greater than 99% could be detected for a longer period. Thus, the mixture need contain only a small amount of carbonaceous material. The mixture also has the advantage that the separation efficiencies can be varied within wide limits by adjusting the mixing ratio. Thus, with regard to the layer thickness and the directly related gas pressure loss, a great deal of flexibility is obtained. In addition, the use of coarse-grained materials, e.g. formed activated carbon, also an additional sulfur impregnation, to obtain even higher separation efficiencies or also selective separation of elemental heavy metals with high vapor pressures, especially mercury.

En sådan fast bädd som sista stegföre skorstenen kan således även fungera som ett säkerhetsñlter i fråga om genombrott från den för-kopplade avgasre- ningen för alla skadliga substanser och fungerar även som ﬁlter för rest- damm. Det inerta materialet upptar endast ringa mängder S02 respektive bildar endast några få procent svavelsyra. Tack vare det aktiva kolets lag- ringsförmåga å ena sidan och det inerta materialets separerande verkan å den andra sidan undvikes en genomfuktning av bädden och sammanklibb- ning genom nedsotning. Det har visat sig att till och med när det aktiva kolet var bemängt med mer än 70 vikt-% svavelsyra uppträdde ej någon nedsot- ningseffekt. Vid användning av rent aktivt kol eller aktiv koks börjar nedsot- ningen redan väsentligt mindre syrakoncentrationer. 516 886 4 Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung i Berlin genomförde un- dersökningar av blandningar av aktivt kol och vulkansten (lava) med viktför- hållanden på 70:30, 50:50 och 30:70. Inga tecken iakttogs för förekomst av farliga temperaturutvecklingar med möjlighet till självantändning.Such a fixed bed as the last step before the chimney can thus also function as a safety filter in the event of a breakthrough from the pre-coupled exhaust gas treatment for all harmful substances and also functions as a filter for residual dust. The inert material absorbs only small amounts of SO2 and forms only a few percent sulfuric acid. Thanks to the storage capacity of the activated carbon on the one hand and the separating effect of the inert material on the other hand, a wetting of the bed and sticking together by sooting is avoided. It has been found that even when the activated carbon was loaded with more than 70% by weight of sulfuric acid, no sooting effect occurred. When using pure activated carbon or activated coke, the sooting already begins with significantly lower acid concentrations. 516 886 4 The Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung in Berlin carried out studies of mixtures of activated carbon and volcanic rock (lava) with weight ratios of 70:30, 50:50 and 30:70. No signs were observed for the occurrence of dangerous temperature developments with the possibility of self-ignition.

Exempel 1: Vid ett långtidstest på 18 månader leddes avgasen från en storskalig av- fallsförbränningsanläggning genom ett adsorptionsﬁlter, vars fasta bädd var en blandning av 30 vikt-% aktivt kol och 70 vikt-% lava. Vid slutet av försö- ket låg separationseffektiviteten för Hg och Hg-föreningar oförändrat vid mer än 95%, och ingen nedsotning observerades, ingen temperaturökning och ingen CO-utveckling.Example 1: In a long-term test of 18 months, the exhaust gas from a large-scale waste incineration plant was passed through an adsorption filter, the fixed bed of which was a mixture of 30% by weight of activated carbon and 70% by weight of lava. At the end of the experiment, the separation efficiency of Hg and Hg compounds was unchanged at more than 95%, and no soot was observed, no temperature increase and no CO evolution.

Exempel 2: I laboratorieförsök bestod bädden av 70 vikt-% pimpsten med en kornstorlek på 2-6 mm och 30 vikt-% aktivt kol med en kornstorlek på ca. 4 mm. Uppåt genom bädden leddes HgCIQ-haltig luft, och efter 700 timmar reducerades HgClg-koncentrationen.Example 2: In laboratory experiments, the bed consisted of 70% by weight of pumice with a grain size of 2-6 mm and 30% by weight of activated carbon with a grain size of approx. 4 mm. Up through the bed, HgCl 2 -containing air was passed, and after 700 hours, the HgCl 2 concentration was reduced.

Bädd-diameter: 36 mm Bäddhöjd: 360 mm Temperatur i bädden: 80°C Gasens temperatur: 60°C Gashastighet, effektiv: 30 cm/ sek.Bed diameter: 36 mm Bed height: 360 mm Bed temperature: 80 ° C Gas temperature: 60 ° C Gas velocity, effective: 30 cm / sec.

Det följande mättes (Hg-A = Hg-halt vid inloppet Hg-B = Hg-halt vid utloppet): Drifmd (h) Hg-A (pg/mß) Hg-B (pg/mß) % separation 70 273 1 99,6 sso 271 1 99,6 7 15 1 13 2 98,2 932 1 13 2 98,2 516 886 Exempel 3: I ett ytterligare laboratorieförsök låg temperaturen för den HgClg-haltiga ga- sen vid 70°C, och förfarandet var som vid exempel 2. Följande resultat er- hölls: Drifttid (h) Hg-A (pg/ m3) Hg-B (pg/ m3) % Separation 240 60 1 98,3 1595 98 1 ,8 98,2 2095 9 1 1 98,9 3072 130 1 ,6 99,2 3720 137 1 99,2 4647 129 1 99,2 61 10 1 28 1,5 99 ,8 6686 17 1 1 99,4 7690 93 1 98,9The following was measured (Hg-A = Hg content at the inlet Hg-B = Hg content at the outlet): Operation (h) Hg-A (pg / mß) Hg-B (pg / mß)% separation 70 273 1 99 .6 sso 271 1 99.6 7 15 1 13 2 98.2 932 1 13 2 98.2 516 886 Example 3: In a further laboratory experiment, the temperature of the HgCl 2 -containing gas was 70 ° C, and the procedure was as in Example 2. The following results were obtained: Operating time (h) Hg-A (pg / m3) Hg-B (pg / m3)% Separation 240 60 1 98.3 1595 98 1, 8 98.2 2095 9 1 1 98.9 3072 130 1, 6 99.2 3720 137 1 99.2 4647 129 1 99.2 61 10 1 28 1.5 99, 8 6686 17 1 1 99.4 7690 93 1 98.9

Claims

516 886 b New patent claims:

Process for separating harmful substances from an exhaust gas stream which is passed through a fixed or movable bed formed a mixture of two granular materials with grain sizes in the range ﬁ from 0.5 to 10 μm, characterized in that one granular material is a carbon-rich material selected from activated carbon, activated coke and lignite coke, and the other granular material is an inert material selected from siliceous rock, pumice, lava, slag, vitrification residues and ﬁ ngms, the bulk density of the inert material being 0.8 to 3 times the bulk density of the carbon-rich material, at least 80% by weight of the inert material has grain sizes within the range of 1 to 6 mm, 5 to 80% by weight of the granular materials in the bed are carbon-rich material and 95 to 20% by weight are inert material, the carbon-rich material does not include, and does not stick with, the grain of the inert material, and the temperature in the bed is 20 to 200 ° C while the gas stream is conducted there enom.

2. A method according to claim 1, characterized in that 20 to 75% by weight of the granular materials in the bed are carbon-rich material and the remainder is inert material.