DE4439588C2 - Verfahren zur Reinigung von mit organischen Stoffen beladenen Abgasen und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung von mit orga­ nischen Stoffen beladenen Abgasen sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Aus der DE 36 44 381 C2 ist ein Verfahren zur Minimierung von Schadstoff-Emissionen aus Wirbelschichtfeuerungen - insbesondere zur Abfallverbrennung - bekannt, wobei man zur Entstaubung der Rauchgase diese im Temperaturbereich um oder oberhalb 300°C in einem Schüttschichtfilter mit aus der Wirbelschichtfeuerung ausgetragenem und von Asche abgetrenntem Bettmaterial einleitet und eine katalytische Nachoxidation der unverbrannten Schwelgase unter Sekundärluftzusatz nach deren Entstaubung durchführt. Vorzugsweise ist der Oxidationskatalysator in einem niedrigeren Temperaturbereich als 600°C, beispielsweise zwischen einzelnen Bauelementen des Wärmetauschers, z. B. Dampferzeugers, angeord­ net.

Bei einem Verfahren zur Entschwefelung des Rauchgases von mit Kohlenstaub betriebenen Feuerungen nach DE 41 39 348 C1 wird in dem Rauchgas ein molares Verhältnis Ca/S 1 vor dem Eindüsen von Wasser erreicht und unter gleichzeitiger Abkühlung des Rauchgases in einem Temperaturbereich zwischen 200°C und einem Wert, der wenigstens 10°C höher ist als die Temperatur des Taupunktes des Rauchgases, Wasser in einer solchen Menge in das Rauchgas eingedüst, wie durch das Rauchgas vollständig verdampft wird.

Ferner ist aus DE 43 13 893 A1 ein Verfahren und eine Vorrich­ tung zur Vermeidung von Ab- und Rauchgasemissionen bekannt, wobei die Ab- und Rauchgase z. B. gekühlt, anschließend verdich­ tet, danach zwischengelagert und anschließend weiter gefördert und bei hohen Temperaturen verbrannt werden, woraufhin die Rest­ gase an den Anfang des Verfahrenskreislaufes ggf. unter Kühlung zurückgefördert werden. Hierzu ist eine Brennkammer über wenig­ stens eine Rohrleitung mit einem Kompressor verbunden, wobei der Kompressor über eine Rohrleitung mit einem Tank in Verbindung steht, in dem etwaige Gase und flüssige und feste Bestandteile sammelbar sind. Sodann ist ein Hochtemperaturbrenner über wenig­ stens eine Rohrleitung mit der Rohrleitung, die zu dem Kompres­ sor führt oder einem damit in Verbindung stehenden Kühlsystem verbunden. Das Verfahren arbeitet somit im geschlossenen Kreis­ lauf, so daß die Umgebung nicht belastet wird.

Der Einsatz der zirkulierenden Wirbelschicht bei der Verbrennung industrieller Rückstände hatte bisher den Nachteil, daß beim Anfahren und bei der Änderung der Zusammensetzung von alternati­ ven Brennstoffen Probleme in der Zusammensetzung der Abgase entstanden. Bei unvollständiger Verbrennung führte dies zu Ein­ bußen in der Energienutzung sowie zu unerwünschten Verbrennungs­ produkten, die sowohl an der Abgasseite als auch im Feststoff­ austrag problematisch sind.

Beim Einsatz der zirkulierenden Wirbelschicht zur Aufarbeitung industrieller Rückstände werden Feststoffgehalte von 100 g/m³ bei einer mittleren Partikelgröße D₅₀ = 15 µm im Abgas erhalten. Dieser Feststoffgehalt sollte in einem Gewebefilter zurückgehal­ ten werden, so daß keine festen Reaktionsprodukte in die Umwelt gelangen.

Die seit dem 01.12.1990 geltenden Grenzwerte der 17. Bundesimmis­ sionsschutzverordnung haben die Anforderungen an die Verbrennung von schadstoffbelasteten Brennstoffen weiter verschärft. Daher wurde nach einem Verfahrensweg gesucht, der auch während des problematischen Betriebszustandes eine Einhaltung der Grenzwerte ermöglicht.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Abgasreinigung von organische Stoffe enthaltenden Abgasen zu entwickeln, das die Einhaltung der Grenzwerte gemäß 17. Bundes­ immissionsschutzverordnung unter allen Betriebszuständen garan­ tiert, wobei die festen Reaktionsprodukte im Abgas vollständig abgetrennt und der Staub in wiederverwendbarer oder deponier­ barer Form anfällt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in den Patentan­ sprüchen angegebenen Merkmale gelöst. Es hat sich überraschen­ derweise gezeigt, daß die Zersetzung der organischen Komponenten unter gleichzeitiger Quecksilber-, Chlor- und Schwefeleinbindung in den Staubaustrag erfolgen kann.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispie­ les näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Verfahrensweise.

In Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßer Wirbelbettreaktor 1 mit einer unteren Primärlufteinspeisung 2 und einer oberen Sekundär­ lufteinspeisung 3 dargestellt. Über die Leitung 4 können alle Arten von Ballaststoffen wie z. B. Kohle mit unterschiedlicher Qualität sowie alternative Brennstoffe wie Rinden, Torf und Industrieschlämme eingesetzt werden. Als Kohlematerial kommen hochschwefelhaltige und aschereiche Ballastkohle, Braunkohle, Petrolkokse und Ölschiefer in Betracht. Als Industrierückstände können z. B. Bleicherden, Filtererden, Ölschlämme oder Gießerei­ altsande und andere in der physikalischen Konsistenz passende Rückstände eingesetzt werden.

Je nach Zusammensetzung der Brennstoffe (Leitung 4) ist die Zudosierung von kalkhaltigen Produkten (Leitung 5) erforderlich. Durch Eindüsen von Kalksteinmehl wird beispielsweise im Brenn­ raum des zirkulierenden Wirbelbettreaktors 1 direkt die Bildung von Schadstoffgasen wie Schwefeldioxyd, Chlor oder Fluor unter­ bunden. Am oberen Ende des Wirbelschichtreaktors 1 wird daher das beladene Abgas über einen Zyklonabschneider 6 in einen Rauch­ gasanteil 7 und einen Ascheanteil 8 aufgeteilt.

Der Rauchgasanteil 7 besteht aus Fluor-, Schwefel- und organi­ schen Chlorverbindungen, die ggf. auch quecksilberhaltig sein können. In dem Transportreaktor wird nun in einer ersten Zerset­ zungsstufe bei Temperaturen von 850 bis 900°C in mindestens 8 sek. das Abgas thermisch behandelt, bis die Kohlenwasserstoffe im Abgas vollständig zerstört sind.

Die die Zersetzungsstufe 9 verlassenden Abgase werden in einen Dampfkessel 10 eingeleitet, der so betrieben wird, daß mehr als 0,1 mg Teilcheneinheiten pro m³ Dampf aufgenommen werden können. In einer Abkühlstrecke 11 werden die Abgase weiter auf Tempera­ turen unter 140°C abgekühlt. Durch die schnelle Abkühlung der nach dem Dampfkessel anfallenden Säuregase werden die Restfrag­ mente nach folgender Gleichung umgesetzt:

1. Ca(OH)₂ + SO₂ → CaSO₄ + H₂O

2. Ca(OH)₂ + 2 HCl → CaCl₂ + 2 H₂O

Dieses bedeutet, daß das im Abgas enthaltene Chlor bei einer Gesamtmenge von 200 bis 500 mg/m³ in Calciumchlorid umgewandelt wird und das Schwefeldioxyd mit Calciumsulfat reagiert.

Ferner werden die organischen Chlorverbindungen, die in Salzsäu­ re und Restfragmenten in der Zersetzungszone gespalten wurden, bei Temperaturen von 140 bis 180°C nach folgender Gleichung umgesetzt:

3. 2 Hg + Cl₂ → 2 HgCl

Das resultierende Quecksilberchlorid wird auf dem Staub abge­ schieden und kann über den am Ende der Abgasstrecke eingebauten Gewebefilter 12 abgetrennt werden.

Im Gewebefilter 12 werden fast alle festen Reaktionsprodukte des Abgases herausgefiltert, wobei eine Tiefenreaktion an der Grenz­ schicht zwischen Staubpartikeln und reaktionsfähigen Abgasbe­ standteilen erfolgt.

Der erfindungsgemäße Transportreaktor besteht aus einer langge­ streckten Reaktionsstrecke, in der durch geeignete Abstimmung des Einlaß- und Auslaßquerschnittes ein Staudruck zum Aufbau eines kontrollierten Verweilzeitverhaltens erzeugt wird. Im erfindungsgemäßen Transportreaktor sind verschiedene Temperatur­ zonen vorgesehen, in denen die Zerstörung der Kohlenwasserstoffe und die Umwandlung der organischen Komponenten erfolgt.

Claims (2)

1. Verfahren zur Reinigung von mit organische Stoffe beladenen Abgasen, dadurch gekennzeichnet,
daß man diese bei einer Temperatur von 850 bis 900°C für mindestens 8 sek. einer thermischen Reaktion aussetzt und das anfallende Abgas in einen Dampfkessel einleitet, die organischen Komponenten unter gleichzeitiger Quecksil­ ber-, Chlor- und Schwefeleinbindung bei Temperaturen zwi­ schen 140 und 180°C und einer Verweilzeit von 4 sek. zer­ setzt und
die festen Reaktionsprodukte in einem Gewebefilter mit Tiefenreaktion abscheidet.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus einem ausgemauerten, langgestreckten Ab­ gaskanal mit einem Ein- und Auslaßende als Transportreak­ tor.