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DE4332743A1 - Verfahren und Anlage für die Aufarbeitung von metallbeschichteten Katalysatoren - Google Patents

Verfahren und Anlage für die Aufarbeitung von metallbeschichteten Katalysatoren

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DE4332743A1
DE4332743A1 DE19934332743 DE4332743A DE4332743A1 DE 4332743 A1 DE4332743 A1 DE 4332743A1 DE 19934332743 DE19934332743 DE 19934332743 DE 4332743 A DE4332743 A DE 4332743A DE 4332743 A1 DE4332743 A1 DE 4332743A1
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Germany
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DE19934332743
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English (en)
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Siegfried Dipl Ing Meininger
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KLEINHOLZ & CO., 45128 ESSEN, DE
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EBF BERATUNGS und FORSCHUNGSGE
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Publication date
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufarbeitung von keramischen Katalysatoren mit Edelmetallbeschichtung oder Imprägnierung, bei dem die aus keramischem Trägermaterial bestehenden Waben gemahlen und dann geeigneten Verarbeitungs­ prozessen zugeführt werden. Die Erfindung betrifft außerdem eine Anlage zur Aufarbeitung derartiger metallbeschichteter Katalysatoren, insbesondere Rauchgaskatalysatoren.
Die bei der Verbrennung von festen oder sonstigen Brenn­ stoffen anfallenden Rauchgase müssen aufgrund der bestehenden Umweltschutzbestimmungen sowohl von staubförmigen wie auch gasförmigen Schadstoffen befreit werden. Hierzu werden soge­ nannte Rauchgas- oder Erstickungskatalysatoren eingesetzt, die nach etwa 20 000 Betriebsstunden ausgedient haben und nicht weiter verwendet werden können. Die Katalysatoren be­ stehen aus einem keramischen Trägermaterial (Wabe), das mit meist einer metallischen, reaktiven Schicht aus Edelmetall versehen ist. Erschwerend kommt hinzu, daß die reaktive Ober­ fläche des Katalysators stark verunreinigt ist wie beispiels­ weise mit Arsen o. ä giftigen Stoffen, die sich bei der Be­ handlung des Rauchgases auf der Oberfläche absetzen. Diese Katalysatoren sind bisher wegen der anhaftenden Schadstoffe praktisch nicht wieder aufzuarbeiten. Vielmehr werden sie meist zwischengelagert oder in den USA beispielsweise bei der Verhüttung dem Prozeß zugesetzt. Dabei erfolgt die Problemlö­ sung der Schad- und Giftstoffe lediglich über die Verdünnung. Ansonsten bleibt nur die Ablagerung in Sonderabfalldeponien.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Ver­ fahren und eine Anlage zu schaffen, mit denen verbrauchte, mit Metall beschichtete Katalysatoren insbesondere aus der Rauchgasentstickung umweltfreundlich und zugleich gewinnbrin­ gend wieder aufgearbeitet werden können.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Waben zerkleinert und dann auf bis ungefähr 100 µm gemahlen und dann in einer Separationseinrichtung auf rotierendem Per­ manentmagneten von den metallischen Teilen getrennt werden, wobei die Separation im Vakuum durchgeführt wird.
Dadurch, daß die entscheidende Behandlung in einer Sepa­ rationseinrichtung mit rotierendem Permanentmagneten im Vaku­ um stattfindet, ist es möglich, eine eindeutige Trennung un­ abhängig vom Luftwiderstand vorzunehmen. So ist es ohne Pro­ bleme möglich, die Fall- und Wurfbahnen der einzelnen Massen ungestört vom Luftwiderstand sortenrein zu gewinnen.
Um eine gleichmäßige Trennung im Vakuum zu ermöglichen, sieht die Erfindung vor, daß die pulverisierten Katalysatoren in das Vakuumsystem chargenweise eingeschleust werden. Da­ durch kann auch das feinkörnige Gut sicher so eingetragen werden, daß es anschließend über das laufende Band beschleu­ nigt wird, um dann über den Permanentmagneten vom Band wegge­ schleudert und entsprechend getrennt zu werden.
Für die Metallmasse findet sich insbesondere dann ein guter Verwertungsweg, wenn die Metallmasse aus der Separation eingeschmolzen und dann getrennt von der Keramikmasse weiter­ verarbeitet wird. Das Metall, das unter Umständen noch Pro­ blemstoffe wie Arsen enthält, kann entsprechend aufgearbeitet oder bei geringfügigen oder gar keinen Verunreinigungen auch dann erneut eingesetzt oder anderweitig eingesetzt werden. Um das Vakuum gleichmäßig bei etwa 0,1 bar Absolutdruck zu hal­ ten, sieht die Erfindung vor, daß das Vakuum durch kontinu­ ierliches Absaugen aus dem Vakuumsystem eingehalten und das dabei anfallende Gas gereinigt und als Abluft in die Umgebung abgegeben wird. Die Abluft ist somit ebenfalls schadstoffrei und stellt keine Umweltbelastung dar.
Statt der Einzelkapselung von Presse, Mühle und vor al­ lem Separationseinrichtung kann gemäß der Erfindung auch vor­ gesehen werden, die gesamten Verfahrensschritte im geschlos­ senen Containment vorzunehmen und abzuwickeln. Dies hat den Vorteil, daß mit einer Unterdruckeinrichtung bzw. Vakuumein­ richtung gearbeitet werden kann, so daß dann nur mit einer Eingangs- und Ausgangsschleuse gearbeitet werden muß. Aller­ dings sind derartige Containments relativ groß, so daß evtl. Abdichtungsprobleme auftreten können, die mit heutiger Tech­ nik aber in der Regel zu beheben sein werden.
Zur Durchführung des Verfahrens dient eine Anlage, bei der der Kugel-, Schwing-, Rohr- oder Wälzmühle eine Presse vorgeschaltet und eine Separationseinrichtung mit Magnetwalze nachgeordnet ist, die in einem Vakuumbehälter angeordnet ist, der über eine Schleuse verfügt, wobei auch Presse und Mühle staubdicht ausgebildet sind. Weiter oben ist bereits erwähnt, daß durch eine entsprechende Kapselung der einzelnen Aggrega­ te sichergestellt ist, daß die nun einmal beim Zerkleinern der Katalysatoren freiwerdenden Stäube nicht in die Umge­ bungsluft gelangen. Dadurch ist die notwendige Umweltfreund­ lichkeit des Systems bzw. der Anlage gewährleistet. Vor allem wird aber eine einwandfreie Separierung der metallhaltigen Teile von den nichtmetallhaltigen Teilen, d. h. der Keramik dadurch ermöglicht, daß beim Beschleunigen und beim Abwerfen des Materials der Luftwiderstand praktisch ausgeschaltet ist. Dadurch können die feinkörnigen Stäube vorteilhaft sicher voneinander so getrennt werden, daß die notwendigen Fraktio­ nen dann in den einstellenden Trichtern vorliegen und von hieraus entnommen und weiterverarbeitet werden können.
Eine zweckmäßige Ausbildung der Erfindung sieht vor, daß die Mühle und die Presse an eine Absaugung und Abgasreinigung mit Aktivkohlefilter angeschlossen sind, wodurch die evtl. hier freigewordenen flugfähigen Stoffe eingefangen und un­ schädlich gemacht werden. Alle Verfahrensschritte können in einem Vakuumbereich durchgeführt werden, wenn Mühle, Presse und Separationseinrichtung in einem dichten Containment mit Kreislaufbelüftung und Verlustauffrischung sowie Eingangs- und Austrittsschleuse angeordnet sind. Damit wird der gesamte Prozeß in einem geschlossenen Containment durchgeführt, wo­ durch das Herstellen und Einhalten des Vakuums erleichtert wird, auch wenn das dafür benötigte Containment relativ groß ist.
Zur Herstellung des Vakuums insbesondere im Bereich der Separationseinrichtung sieht die Erfindung vor, daß der Vaku­ umbehälter an einer als Wasserstrahlpumpe oder Wasserringpum­ pe ausgebildeten Pumpeinrichtung mit vorgeordnetem Filter und Abluftreinigung angeschlossen ist. Die durch die Pumpeinrich­ tung abgesaugte Luft wird somit kontinuierlich gereinigt, so daß evtl. mitgenommene flugfähige ablösbare Stoffe sicher eingefangen und unschädlich gemacht werden.
Das Einbringen des feinstkörnigen Materials aus Keramik und magnetischen und nichtmagnetischen Metallen erfolgt be­ sonders sicher, wenn der Separationseinrichtung eine fest angebaute Schleuse zugeordnet ist, die an die Pumpeinrichtung anschließbar ausgebildet ist. Die Schleuse ist somit prak­ tisch Teil der Separationseinrichtung und der diese umgeben­ den Vakuumbehälterteile. Die Schleuse selbst wird auch so geschaltet, daß die beim Einfüllen in die Schleuse freiwer­ denden Stäube beim Anschließen an das Vakuum nicht schädigend in die Separationseinrichtung eindringen, sondern vielmehr rechtzeitig so abgesaugt werden, daß sie mit der übrigen ab­ gesaugten Luft aus der Separationseinrichtung gereinigt und in die Umluft abgegeben werden.
Die Erfindung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, daß eine umweltfreundliche Separierung der magnetischen Me­ talle, der nichtmagnetischen Metalle und des keramischen Ma­ terials bei der Katalysatoraufbereitung möglich gemacht wird, so daß man die Metallmassen leicht einschmelzen und weiter­ verarbeiten kann, ebenso wie die nichtmagnetischen Metalle. Selbst die Keramikmassen können gezielt durch Einschmelzung zu Baustoffen oder zu Sintermassen weiterverarbeitet werden. Denkbar ist es auch, daß man das sehr feinkörnige Material in der Glasindustrie oder der Keramikindustrie einsetzt, da es ja von Schadstoffen frei ist. Weiter kann man die Keramikmas­ sen für die Zementklinker verwenden, so daß insgesamt je nach Region und Einsatzbereich ein wirtschaftlicher Weg für die Endverarbeitung des keramischen Materials aus der Katalysa­ toraufbereitung gewählt werden kann. Insgesamt ermöglicht das Verfahren und die entsprechende Anlage eine umweltfreundliche Aufarbeitung von Katalysatoren, die bisher in der Regel um­ weltschädigend verarbeitet wurden oder aber eben nur zwischengelagert werden konnten, so daß sie nach wie vor als Zeitproblem vorhanden bleiben.
Weitere Einzelheiten und Vorteile des Erfindungs­ gegenstandes ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnung, in der ein bevorzugtes Ausfüh­ rungsbeispiel mit den dazu notwendigen Einzelheiten und Ein­ zelteilen dargestellt ist. Es zeigen:
Fig. 1 eine Katalysatoraufbereitung im Prinzip­ schaltbild,
Fig. 2 eine Zusammenfassung der Katalysatorauf­ bereitungsteile in einem geschlossenen Containment.
Fig. 1 zeigt das Schema einer Katalysatoraufbereitung 1, wobei die wabenartigen Katalysatoren 2, 3 zunächst in einer Presse 4 so weit zerkleinert werden, daß sie anschließend auch in der Mahlung so weit aufgeschlossen werden können, daß sie schließlich separiert, d. h. voneinander getrennt werden.
In die Presse 4 werden die Katalysatoren zunächst mit einem Transportwagen 5 eingefahren, wo dann über einen Hy­ draulikstempel 6 oder ein ähnliches Aggregat eine Zerkleine­ rung so weit bewirkt wird, daß das gesamte Material etwa 10 bis 15 mm Korngröße aufweist.
Das Pressengehäuse 7 kapselt die Presse 4 so weit ab, daß bei dem Zerkleinerungsprozeß freiwerdende Stäube über die Abgasreinigung 8 mit der Saugpumpe 9 abgesaugt und unschäd­ lich gemacht werden können.
Die zerkleinerte Katalysatormasse gelangt zunächst über die Siebanlage 17, wo der Siebüberlauf über den Rücklauf in die Presse 4 zurückgeführt wird, während der Siebdurchlauf zusammengefaßt der Mühle 10 zugeführt wird.
Die Mühle 10 verfügt über einen Eingabetrichter 11 mit Schieber 12, so daß das schon auf 10 bis 15 mm zerkleinerte Material nun im Mühlengehäuse 13 über die Wälzkörper 15 auf eine Feinheit von rd. 100 µm gebracht werden kann. Das die Wälzkörper 15 abkapselnde Mühlengehäuse 13 ist über die Ab­ saugung 14 ebenfalls an die Saugpumpe 9 und damit an die Ab­ gasreinigung 8 angeschlossen. Auch hier wird somit der anfal­ lende Staub aufgefangen und unschädlich gemacht.
Über den Austrag 16 gelangt das nun auf rd. 100 im zer­ kleinerte Gut in die Schleuse 19 der Separationseinrichtung 20. Über die der Schleuse 19 zugeordneten Schieber 21 und 22 ist sichergestellt, daß der Schleusenraum 19 jeweils so weit unter Vakuum gesetzt werden kann, daß das feinkörnige Gut dann auf dem Förderer 24 aufgelegt werden kann, ohne daß es hier zu Problemen kommt.
Das durch den Luftwiderstand unbeeinflußte Gut kann so über den Förderer 24 beschleunigt und über die Magnetwalze abgeworfen werden.
Im Bereich des Förderers 24 der Magnetwalze 23 herrscht, wie schon erwähnt, Vakuum, wozu dieser ganze Bereich in einem Vakuumbehälter 25 angeordnet ist. Aufgrund des hier herr­ schenden Vakuums von 0,1 bar Absolutdruck fliegt das magneti­ sche Material in den Fangtrichter 26 und das nichtmagnetische Metall in den Fangtrichter 28.
Alle Fangtrichter 26, 27, 28 sind mit Schleusen 29 aus­ gerüstet, so daß bei Bedarf und bei entsprechendem Anfall das Trennmaterial abgezogen und dann weiterverarbeitet werden kann.
Für den notwendigen Druck bzw. das notwendige Vakuum im Vakuumbehälter 27 sorgt die Pumpeinrichtung 32. Bei der hier dargestellten Ausbildung dient eine Wasserstrahlpumpe 33 als Pumpeinrichtung 32. Hierzu dienen die weiteren Teile Treib­ wasserpumpe 33′, Treibwasservorlage 33′′. Mit 34 ist ein Fil­ ter bezeichnet und mit 33′′′ der Abscheidezyklon. Die weitere Abluftreinigung besteht aus einem Feinstfilter der Klasse S, über das dann auch die gereinigte Luft in die Umgebung abge­ geben werden kann.
Über die Leitung 36 ist auch die Schleuse 19 an den Va­ kuumerzeuger 32, 33 angeschlossen. Hierdurch wird sicher er­ reicht, daß in der Schleuse nach dem Einfüllen des Mischgutes 37 hier ein Vakuum erzeugt wird, das mit dem in etwa überein­ stimmt, das im Vakuumbehälter 25 vorgehalten wird. Durch Öff­ nen der Schieber 22 fällt dieses Mischgut dann auf den Förde­ rer 24 und wird der Magnetwalze 23 zugeführt.
Fig. 2 zeigt eine Ausbildung, bei der sowohl die Presse 4 wie auch die Mühle 10 wie auch die Separationseinrichtung 20 in einem geschlossenen und abgekapselten Containment 38 untergebracht sind. Alle Teile verfügen über eine getrennte Entstaubung bzw. Abluftreinigung 8, 9, 35. Zusätzlich ist das gesamte Containment mit einer Kreislaufbelüftung 39 bzw. ei­ ner Kühlung ausgerüstet, wobei die verschiedenen Aggregate hintereinandergeschaltet sind, die für eine entsprechende Beeinflussung und Reinigung der Umluft benötigt werden.
Mit 40 ist die Eingangsschleuse und mit 41 die Ausgangs­ schleuse bezeichnet. Über die Eingangsschleuse 40 gelangen die Katalysatoren 2, 3 in die Aufbereitungsanlage. Hier wer­ den sie dann, wie schon erwähnt, zunächst in der Presse 4 gebrochen, dann in der Mühle 10 auf rd. 100 µm gemahlen und schließlich in der Separationseinrichtung 20 voreinander ge­ trennt. Die einzelnen getrennten Materialen, d. h. die magne­ tischen Metalle, die nichtmagnetischen Metalle und die Kera­ mikkomponente werden über die hier allgemein als Ausgangs­ schleuse 41 bezeichnete Vorrichtung aus dem Containment her­ ausgeschleust.
Alle genannten Merkmale, auch die den Zeichnungen allein zu entnehmenden, werden allein und in Kombination als erfindungswesentlich angesehen.

Claims (10)

1. Verfahren zur Aufarbeitung von keramischen Kata­ lysatoren mit Edelmetallbeschichtung oder Imprägnierung, bei dem die aus keramischem Trägermaterial bestehenden Waben ge­ kahlen und dann geeigneten Verarbeitungsprozessen zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Waben zerkleinert und dann auf bis ungefähr 100 µm gemahlen und dann in einer Separationseinrichtung mit rotie­ rendem Permanent-Magneten von den metallischen Teilen ge­ trennt werden, wobei die Separation im Vakuum durchgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die pulverisierten Katalysatoren in das Vakuumsystem chargenweise eingeschleust werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallmasse aus der Separation eingeschmolzen und dann getrennt von der Keramikmasse weiterverarbeitet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Vakuum durch kontinuierliches Absaugen eingehalten und das dabei anfallende Gas gereinigt und als Abluft in die Umgebungsluft abgegeben wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamten Verfahrensschritte im geschlossenen Contain­ ment vorgenommen und abgewickelt werden.
6. Anlage zur Aufarbeitung von metallbeschichteten Kata­ lysatoren, insbesondere Rauchgaskatalysatoren und damit zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis Anspruch 5, da durch gekennzeichnet, daß der Kugel-,Schwing-, Rohr-, oder Wälzmühle (10) eine Presse (4) vorgeschaltet und eine Separationseinrichtung (20) mit Magnetwalze (23) nachgeordnet ist, die in einem Vakuumbe­ hälter (25) angeordnet ist, der über eine Schleuse (29) ver­ fügt, wobei auch Presse und Mühle staubdicht ausgebildet sind.
7. Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mühle (10) und die Presse (4) an eine Absaugung (9, 14) und die Abgasreinigung (8) mit z. B. Aktivkohlefilter angeschlossen sind.
8. Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß Mühle (10), Presse (4) und Separationseinrichtung (20) in einem dichten Containment (3) mit Kreislaufbelüftung (39) und Verlustauffrischung sowie Eingangs- (40) und Austritts­ schleuse (41) angeordnet sind.
9. Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Vakuumbehälter (25) an eine als Wasserstrahlpumpe (33) oder Wasserringpumpe ausgebildete Pumpeinrichtung (32) mit vorgeordnetem Filter (34) und Abluftreinigung (35) ange­ schlossen ist.
10. Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Separationseinrichtung (20) eine fest abgebaute Schleuse (19) aufweist, die an die Pumpeinrichtung (32) an­ schließbar ausgebildet ist.
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