VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR REINIGUNG VON ABGASEN METHOD AND DEVICE FOR PURIFYING EXHAUST GAS
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung nach den Oberbegriffen der entsprechenden Patentansprüche. Verfahren und Vorrichtung dienen zur Reinigung von Abgasen, insbesondere zum Entfernen von Quecksilber, beispielsweise aus Abgasen von Verbrennungsanlagen (z.B. Kehricht- verbrenmingsanlagen, Klinikmüll- Verbrennungsanlagen, -Altholz- Verbrennungsanlagen, Krematorien oder auch Sprengstoffbeseitigungsanlagen) oder aus Produktionsablüften.The invention relates to a method and a device according to the preambles of the corresponding claims. The method and device are used to purify exhaust gases, in particular to remove mercury, for example from exhaust gases from incineration plants (e.g. waste incineration plants, hospital waste incineration plants, waste wood incineration plants, crematoriums or also explosive disposal plants) or from production exhaust air.
Quecksilber ist in den genannten Abgasen teils dampfförmig oder als Metall an Festkörperteilchen angelagert vorhanden und stellt wegen seiner Giftigkeit eine hohe Belastung der Umwelt dar. Aus diesem Grunde wird versucht, Quecksilber möglichst quantitativ aus diesen Abgasen zu entfernen.Mercury is partly present in vapor form in the exhaust gases mentioned or deposited as metal on solid particles and, because of its toxicity, is a high burden on the environment. For this reason, attempts are made to remove mercury from these exhaust gases as quantitatively as possible.
Es ist bekannt, Quecksilber zusammen mit anderen unerwünschten Bestandteilen, die in Abgasen in gas- oder dampfförmigem Zustand vorhanden sind, aus diesen zu entfernen dadurch, dass die Abgase durch einen Festbettadsor- ber aus Aktivkohle geleitet werden, wobei die Stoffe an der Aktivkohle ad- sorbiert und dadurch aus dem Abgas entfernt werden. Nachteile derartiger Aktivkohle-Festbetten zur Abgasreinigung sind die durch Kanalbildung redu-
zierte Adsorbtion (nur ca. 20% des theoretischen Adsorbtionsvermögens), die nur beschränkt mögliche Regenerierbarkeit der Aktivkohle, die negative Beeinflussung des Festbettes durch im Abgas mitgeführte feste Partikel und die gegen oben beschränkte Temperatur, bei der Aktivkohle einsetzbar ist (maxi- mal ca. 60°C).It is known to remove mercury together with other undesirable constituents which are present in exhaust gases in the gaseous or vaporous state by passing the exhaust gases through a fixed bed adsorber made of activated carbon, the substances adhering to the activated carbon. sorbed and thereby removed from the exhaust gas. Disadvantages of such activated carbon fixed beds for exhaust gas purification are those reduced by channel formation. grained adsorption (only approx. 20% of the theoretical adsorption capacity), the limited possibility of regenerating the activated carbon, the negative influence of the fixed bed by solid particles carried in the exhaust gas and the temperature restricted to above, at which activated carbon can be used (maximum approx. 60 ° C).
Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Abgasreinigung, insbesondere zum Entfernen von Quecksilber aus Verbren- nungsabgasen aufzuzeigen, die verglichen mit entsprechenden Verfahren und Vorrichtungen gemäss dem Stande der Technik eine erhöhte Reinigungslei- stung, eine einfachere Regenerierung und einen grösseren Anwendungsbereich bezüglich Temperatur erlauben.The object of the invention is to provide a method and a device for exhaust gas purification, in particular for removing mercury from combustion exhaust gases, which compared to corresponding methods and devices according to the prior art have an increased cleaning performance, a simpler regeneration and a larger one Allow range of application in terms of temperature.
Diese Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren und die Vorrichtung, wie sie in den entsprechenden, unabhängigen Ansprüchen definiert sind.This object is achieved by the method and the device as defined in the corresponding independent claims.
Das erfindungsgemässe Verfahren besteht darin, die Abgase in einer möglichst homogenen und geradlinigen Strömung über eine mit einem Metalloxid oder einem Metallmischoxid beschichtete Oberfläche strömen zu lassen, wobei das Metall dessen Oxid für die Beschichtung verwendet wird, ein Metall ist, das mit Quecksilber ein Amalgam bildet. Quecksilber, das dampfförmig im Abgas -aufgeführt wird, wird zu einem hohen Prozentsatz in der beschichteten Oberfläche absorbiert, wenn die Oberfläche derart ausgelegt ist, dass die Gasteilchen in der Strömung im Mittel ca. zwei Mal mit der Oberfläche kollidieren. Die Absorption von Quecksilber in derartigen Oberflächen ist möglich bei Temperaturen bis zu ca. 120°C.
Es zeigt sich, dass sich eine Metalloxid-Beschichtung mit einer Dicke im Bereiche von 2 bis 10 μm in einem Gewichtsverhältnis bis ca. 1 : 1 (1kg absorbiertes Quecksilber pro 1kg Beschichtungsmaterial) mit Quecksilber beladen lassen, ohne dass die Reinigungs-Leistung nachlässt. Es zeigt sich auch, dass bei einer möghchst homogenen und geradlinigen Strömung die Leistungsfähigkeit der Absorption nicht geschmälert wird durch in den Abgasen mitgeführte Staub-, Russ- oder Aschepartikel, dass es also nicht notwendig ist, derartige Partikel vor der Quecksilberabscheidung aus dem Abgas zu entfernen.The method according to the invention consists in flowing the exhaust gases in a flow which is as homogeneous and straight as possible over a surface coated with a metal oxide or a mixed metal oxide, the metal whose oxide is used for the coating being a metal which forms an amalgam with mercury . Mercury, which is vaporized in the exhaust gas, is absorbed to a high percentage in the coated surface if the surface is designed in such a way that the gas particles in the flow collide with the surface approximately twice on average. The absorption of mercury in such surfaces is possible at temperatures up to approx. 120 ° C. It can be seen that a metal oxide coating with a thickness in the range of 2 to 10 μm can be loaded with mercury in a weight ratio of up to approx. 1: 1 (1 kg of absorbed mercury per 1 kg of coating material) without the cleaning performance deteriorating. It also shows that with a flow that is as homogeneous and straight as possible, the efficiency of the absorption is not reduced by dust, soot or ash particles carried in the exhaust gases, so that it is not necessary to remove such particles from the exhaust gas before the mercury separation .
Zur Regeneration der verwendeten Metalloxid-Oberflächen werden diese bei Temperaturen von ca. 150 bis 160°C beispielsweise in einem Ofen aufgeheizt, wobei der Ofen mit Heissgas durchströmt wird. Die Ofenabgase werden ge- kühlt und die Schadstoffe fallen Reinstoffe an. Die gereinigten Oberflächen können dann einer Regeneration mit z.B. Wasserstoff unterzogen und dann wieder verwendet werden.To regenerate the metal oxide surfaces used, they are heated at temperatures of approximately 150 to 160 ° C., for example in an oven, with hot gas flowing through the oven. The furnace exhaust gases are cooled and the pollutants are pure substances. The cleaned surfaces can then be regenerated with e.g. Subjected to hydrogen and then reused.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung weist mindestens einem Kanal auf, vorzugsweise eine Vielzahl von Kanälen, deren Wandungen mit einem Metalloxid beschichtet sind und die für eine Integration in einen Abgaskanal in einem Gehäuse mit Gaseinlass und Gasauslass angeordnet sind.The device according to the invention has at least one channel, preferably a plurality of channels, the walls of which are coated with a metal oxide and which are arranged in a housing with gas inlet and gas outlet for integration into an exhaust gas channel.
Eine beispielhafte Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung wird anhand der folgenden Figuren im Detail beschrieben. Dabei zeigen:An exemplary embodiment of the device according to the invention is described in detail with reference to the following figures. Show:
Figuren 1 und 2 Schnitte durch eine beispielhafte Ausführung der erfindungs- gemässen Vorrichtung (Figur 1: Schnitt parallel zur Strömungsrichtung; Figur 2: Schnitt quer zur Strömungsrichtung).
Die Figuren 1 und 2 zeigen eine beispielhafte Ausführungsform der erfin- dungsgemässen Vorrichtung. Diese weist ein Gehäuse 1 mit Gaseinlass E und Gasauslass A auf. Im Gehäuse 1 ist mindestens ein Füllkörper 2 angeordnet, der den Gehäuseinnenraum in ein Mehrzahl zwischen Gaseinlass E und Gas- auslass A verlaufende, geradlinige Kanäle 3 aufteilt. Das Gehäuse enthält beispielsweise, wie dargestellt in Strömungsrichtung Plätze für fünf Füllkörper, wobei je nach Quecksilberanfall beispielsweise an drei der Plätze Füllkörper angeordnet sind und zwei Reserveplätze vorgesehen sind. Für eine Verbesserung der Wirkung sind die Füllkörper voneinander beabstandet, derart, dass bei der Durchströmung zwischen den Füllkörpern Verwirbelungen bilden.Figures 1 and 2 sections through an exemplary embodiment of the device according to the invention (Figure 1: section parallel to the flow direction; Figure 2: section transverse to the flow direction). FIGS. 1 and 2 show an exemplary embodiment of the device according to the invention. This has a housing 1 with gas inlet E and gas outlet A. At least one filler 2 is arranged in the housing 1 and divides the interior of the housing into a plurality of straight channels 3 running between gas inlet E and gas outlet A. For example, the housing contains, as shown in the flow direction, spaces for five fillers, with fillers being arranged, for example, in three of the spaces, depending on the amount of mercury, and two reserve spaces being provided. In order to improve the effect, the packing elements are spaced apart from one another in such a way that turbulence forms between the packing elements when flowing through.
Der Füllkörper 2 ist beispielsweise aus strukturierten Blechen (z.B. aus Edel- stahlfolien) gefertigt oder es handelt sich um einen extrudierten Keramikkör- per aus beispielsweise Cordierit, wie er aus der Katalysatortechnik bekannt ist.The filler body 2 is made, for example, from structured metal sheets (for example from stainless steel foils) or it is an extruded ceramic body made from, for example, cordierite, as is known from catalyst technology.
Die Kanäle sind vorteilhafterweise derart ausgelegt, dass das Abgas sie in einer möglichst laminaren Strömung durchströmt. Damit werden Ablagerungen von Festkörperpartikel in den Kanälen verhindert, sodass die aktiven Oberflächen nicht verschmutzt werden und dadurch ihre Absorptionsfähigkeit bis zu einer maximalen Beladung beibehalten.The channels are advantageously designed such that the exhaust gas flows through them in a flow that is as laminar as possible. This prevents deposits of solid particles in the channels, so that the active surfaces are not contaminated and thus maintain their absorption capacity up to a maximum load.
Gute Resultate werden erzeugt, wenn die Kanäle derart ausgelegt sind, dass sich eine Gasgeschwindigkeit im Bereiche von 2 bis 3 m/s ergibt. Es zeigt sich, dass vorteilhafterweise Füllkörper angewendet werden, deren geradlinig verlaufende Kanäle eine Querschnitt im Bereiche von 20 bis 50 mm2 (z.B. quadratischer Querschnitt von 5 x 5 mm) und eine Länge von 0,3 bis 2 m (z.B. ein bis fünf Füllkörper von 30 cm Länge) haben und in denen alle
durchströmenden Gasteüchen im Schnitt etwa zwei mal an die Kanalwandun- gen stossen.Good results are achieved if the channels are designed in such a way that a gas velocity in the range of 2 to 3 m / s results. It has been shown that fillers are advantageously used, the rectilinear channels of which have a cross section in the range from 20 to 50 mm 2 (for example a square cross section of 5 x 5 mm) and a length of 0.3 to 2 m (for example one to five fillers) 30 cm long) and in which all through the flowing gas towers on average about two times against the canal walls.
Die Beschichtung der Kanalwände besteht aus einem Metalloxid oder Metall- mischoxid, wobei die Metalle aus der Gruppe gewählt sind, die mit Quecksilber Amalgame bilden. Es wird beispielsweise ein Edelmetalloxid, z.B. Silberoxid verwendet oder ein Mischoxid von zwei Edelmetallen oder von einem Edelmetall und einem weiteren Metall, z.B. Silber/Kupfer-Oxid. In einer bevorzugten Ausfüh-rungsform besteht die Beschichtung aus einem Silber/- Kupfer-Oxid mit einem SilbeπKupfer- Verhältnis von 1:5 bis 1:10.The coating of the channel walls consists of a metal oxide or mixed metal oxide, the metals being selected from the group which form amalgams with mercury. For example, a noble metal oxide, e.g. Silver oxide is used or a mixed oxide of two noble metals or one noble metal and another metal, e.g. Silver / copper oxide. In a preferred embodiment, the coating consists of a silver / copper oxide with a silver / copper ratio of 1: 5 to 1:10.
Wenn die Füllkörper 2 aus Metallblechen oder Metallfolien gefertigt sind, beispielsweise aus Edelstahlfolien, ist es vorteilhaft, die MetaUoberflächen, die die Innenoberflächen der Kanäle bilden, vor der Beschichtung mit den genannten Oxiden zur Vergrösserung der Oberfläche zuerst mit Alumim'umoxid oder Titanoxid zu beschichten.If the packings 2 are made of metal sheets or metal foils, such as stainless steel sheets, it is advantageous that MetaUoberflächen that form the inner surfaces of the channels, prior to coating with the said oxides to increase the surface first 'oxide with Alumim or coat titanium oxide.
Die Beschichtung mit Kupfer/Silber-Oxid wird beispielsweise realisiert durch Vorbehandeln der zu beschichtenden Edelstahlfohen mit Oxalsäure, durch Benetzen der vorbehandelten Oberflächen mit einer Lösung der entsprechenden Metall-Oxalate (z.B. Kupfer- und Silberoxalat) und durch nachträgliches Anlassen der benetzten Oberflächen in einer Wasserstoffatmosphäre.Coating with copper / silver oxide is achieved, for example, by pretreating the stainless steel foils to be coated with oxalic acid, by wetting the pretreated surfaces with a solution of the corresponding metal oxalates (e.g. copper and silver oxalate) and by subsequently tempering the wetted surfaces in a hydrogen atmosphere .
Die resultierenden Schichten haben eine Dicke von ca. 5 bis 10 μm.
The resulting layers have a thickness of approximately 5 to 10 μm.