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DE19532516A1 - Vorrichtung zur Entfernung von sauren Bestandteilen aus Gasen durch Adsorption und/oder Chemisorption sowie Verfahren zu deren Herstellung und Betrieb - Google Patents

Vorrichtung zur Entfernung von sauren Bestandteilen aus Gasen durch Adsorption und/oder Chemisorption sowie Verfahren zu deren Herstellung und Betrieb

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Publication number
DE19532516A1
DE19532516A1 DE1995132516 DE19532516A DE19532516A1 DE 19532516 A1 DE19532516 A1 DE 19532516A1 DE 1995132516 DE1995132516 DE 1995132516 DE 19532516 A DE19532516 A DE 19532516A DE 19532516 A1 DE19532516 A1 DE 19532516A1
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DE
Germany
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chemisorptively
coated
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carrier
active
Prior art date
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Application number
DE1995132516
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PORZELLANWERK KLOSTER VEILSDOR
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PORZELLANWERK KLOSTER VEILSDOR
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Publication date
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Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/46Removing components of defined structure
    • B01D53/68Halogens or halogen compounds
    • B01D53/685Halogens or halogen compounds by treating the gases with solids
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/46Removing components of defined structure
    • B01D53/48Sulfur compounds
    • B01D53/50Sulfur oxides
    • B01D53/508Sulfur oxides by treating the gases with solids

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  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Treating Waste Gases (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Entfernung von sauren Bestandteilen, wie SO₂, SO₃, HCl, HF usw., durch Adsorption und/oder Chemisorption aus Gasen, um diese zur weiteren Verwendung aufzubereiten oder sie, wie im Falle von Verbrennungsabgasen oder dergleichen, in die Atmosphäre entlassen zu können.
Es ist allgemein bekannt, den zu behandelnden Gasstrom durch zerkleinerten Kalkstein in ei­ nem Fest- oder Wanderbett zu leiten. Dieses Verfahren verwendet einen preiswerten Roh­ stoff und ist hinsichtlich Durchsatz und Vollständigkeit der Chemisorption recht wirkungs­ voll. Vor allem wirtschaftlich unvorteilhaft bzw. nachteilig ist der hohe Transport- und Zer­ kleinerungsaufwand, des zunächst billigen Rohstoffs auch beim Abtransport bzw. der Depo­ nierung des Endprodukts. Auch sind in der Anlage selbst Schäl- und Fördereinrichtungen er­ forderlich. Die stoffliche Ausnutzung des Kalksteins ist unbefriedigend und der Überwa­ chungsaufwand bei Wanderbett-Einrichtungen erheblich.
Weiter ist für den genannten Anwendungszweck ein Wabenkörper aus Calziumhydroxid be­ kannt (DE-OS 38 16 768), der gleichfalls eine sehr gute Chemisorptions-Kapazität bietet. Je­ doch ist die Formstabilität besonders nach der Erschöpfung und Umwandlung des Materials mangelhaft. Auch ist eine Regenerierung des unter Umständen nur teilweise erschöpften Materials unmöglich. Bei verfahrensbedingten Temperaturschwankungen sind sowohl Unter­ schreitungen des Taupunktes als auch das Überschreiten einer Temperatur von etwa 350°C für die Struktur sehr schädlich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Chemisorption für den ein­ gangs angegebenen Anwendungszweck zu schaffen, die eine vollständige Entfernung der ge­ nannten Schadstoffe bei geringem Strömungswiderstand bzw. Druckverlust des zu behan­ delnden Gasstromes gewährleistet, sowohl bei Schwankungen der Verfahrensbedingungen hinsichtlich Temperatur und Feuchte als auch bei Erschöpfung der Beladungskapazität form­ stabil bleibt und regenerierbar ist.
Herstellungsverfahren dieser erfindungsgemäßen Vorrichtung und das Verfahren zu ihrem Betrieb sollen ebenfalls zur Lösung dieser Aufgabe beitragen.
Diese Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen beschriebene Erfindung gelöst.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung bietet dem zu behandelnden Gas nur einen geringen Strömungswiderstand; sie ist in der Lage, die Schadstoffe vollständig zu binden. Anders als beim Stand der Technik ist die Beladung mit sorbierten sauren Verbindungen nicht mit einem Verlust der Formstabilität oder der Funktion verbunden.
Das erfindungsgemäß verwendete Kompositmaterial, vorzugsweise mit Wabenstruktur, ver­ eint die erforderliche mechanische Stabilität in optimaler Weise mit der chemisch-sorptiven Funktion.
Die speziellen Anwendungen der Erfindung liegen auf den Gebieten der:
  • - Reinigung von HF-haltigen Abgasen vorzugsweise der Keramikindustrie,
  • - Reinigung von HCl-haltigen Gasen aus Verbrennungs- und Produktionsprozessen,
  • - Spurenbeseitigung von Säuredämpfen und Nebeln,
  • - Nachreinigung von Abgasen bei der Herstellung von Schwefelsäure und Düngemitteln,
  • - Beseitigung von Abluftproblemen in der Elektronikindustrie sowie bei der Papierherstellung.
Die Eigenschaften des Trägerkörpers erlauben es, Beschichtungen mit vielfältigen Stoffen und Materialien in wäßriger Lösung durchzuführen, ohne daß es zu einer Zerstörung kommt. Da die während eines Sorptionszyklus entstehenden Verbindungen wasserlöslicher oder mechanisch instabiler Natur sind, ist eine Abreinigung, beispielsweise von Wabenkör­ pern, welche mit Flußspat aus der HF-Sorption bedeckt sind, ohne weiteres möglich. Et­ waige zurückbleibende Reste sind unschädlich, sofern sie die Neubeschichtung nicht behin­ dern.
Das Beschichten der Trägerkörper, vorzugsweise in Wabenform, erfolgt erfindungsgemäß durch Tauchen in eine Suspension oder Lösung der aufzubringenden Stoffe in flüssigen Kohlenwasserstoffen oder vorzugsweise in Wasser. Es können Hilfsstoffe zur Erhöhung der Haftung bzw. Festigkeit der Beschichtung beigefügt werden.
Die beschichteten Trägerkörper werden bei Temperaturen zwischen 20 und 400°C, vor­ zugsweise bei solchen zwischen 135 und 200°C wärmebehandelt, um das Lösungsmittel bzw. Wasser zu verdunsten.
Durch Tauchen der Trägerkörper unter Unterdruck oder Vakuum lassen sich die Homogeni­ tät und Eindringtiefe der verschiedenen Beschichtungsmaterialien noch wesentlich verbes­ sern. Das Aufbringen auch unterschiedlicher Beschichtungen, die jeweils eigene Aufgaben zu erfüllen haben, ist leicht durchzuführen.
Zu den typischen, bei der Anwendung der Erfindung stattfindenden Reaktionen saurer Gas­ bestandteile mit Calziumverbindungen, wie Calziumhydrat, Calziumcarbonat, Calziumalu­ minat und Calziumoxid gehören diejenigen mit HF, HCl, SO₂, SO₃, H₃PO₄ und nicht ty­ pisch, aber auch nicht zu verhindern sondern nur einzuschränken diejenige mit CO₂.
Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher beschrieben:
Als Trägerkörper wird ein Wabenkörper aus Calzium-Aluminat-Mischkristallen eingesetzt, der bei einer Länge von 150 mm einen Gesamtquerschnitt von 75 mm * 75 mm aufweist. Auf diesem Gesamtquerschnitt befinden sich 144 quadratische Durchlaßkanäle von 5,34 mm Kantenlänge der Quadrate, so daß eine Wanddicke von jeweils 0,8 mm verbleibt. Dieser Trägerkörper wird durch Tränken mit einer 0,2 bis 0,3 mm dicken Beschichtung von Ca(OH)₂ versehen. Der Prozeßdruck beim Einsatz beträgt + 5,5 mbar; die Prozeßtempera­ tur 150 . . . 250°C . Bei eine Raumgeschwindigkeit (Nm³ Gas pro Stunde und m³ Adsor­ bens) von bis zu 4000 h-1 und zu entfernenden HF-Gehalten von 0 bis 17 ppm ist HF am Auslaß nicht mehr nachweisbar. Die Flußsäure wird in Form von Flußspat (CaF₂) gebun­ den, der zyklisch vom Trägerkörper entfernt werden muß. Diese Reinigung geht einfach vonstatten, sofern nicht durch Calzium-Mangel auch Mischkristalle mit dem Aluminium des Trägerkörpers entstehen.
Die Reaktion mit CO₂, das in jedem Verbrennungsabgas naturgemäß den Hauptbestandteil bildet, ist im allgemeinen unerwünscht, da sie zu einem zusätzlichen Verbrauch an Calzium­ hydrat führt. Die Reaktionsgeschwindigkeit dieser Umsetzung ist allerdings sehr von der Temperatur abhängig, so daß in Systemen der genannten Art mit hohem CO₂-Partialdruck durch Begrenzung der Reaktionstemperatur eine hohe Selektivität in Richtung der Chemi­ sorption der eigentlichen, oben erwähnten Schadstoffe eingestellt werden kann.
Bei der Chemisorption starker Säuren kann zudem auch das Calziumkarbonat genutzt wer­ den, da CO₂ als schwache Säure aus der Verbindung verdrängt wird.

Claims (11)

1. Vorrichtung zur Entfernung von sauren Bestandteilen aus Gasen durch Chemisorption, gekennzeichnet durch poröse, keramisch geformte Trägerkörper aus Erdalkali-Aluminat-Ver­ bindungen, deren makroskopische Gestalt einen geringen Strömungswiderstand aufweist und deren innere und äußere Oberflächen mit adsorptiv und/oder chemisorptiv aktiven Substan­ zen dotiert oder beschichtet sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerkörper in Strö­ mungsrichtung zu behandelnden Gases ausgerichtete Wabenkörper sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wabenkörper einen freien Querschnitt über 50% und einen Kanaldurchmesser über 1 mm aufweisen.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerkörper in ih­ ren Poren und an ihrer makroskopischen Oberfläche mit chemisorptiv aktiven Erdalkaliver­ bindungen getränkt bzw. beschichtet oder dotiert sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die chemisorptiv aktive Erd­ alkaliverbindung Calziumhydrat ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerkörper in ih­ ren Poren und an ihrer makroskopischen Oberfläche mit adsorptiv und/oder chemisorptiv aktivem Kohlenstoff beschichtet sind.
7. Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung nach einem der bisherigen Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Trägerkörper aus Calziumaluminat nach bekannten kerami­ schen Formgebungsverfahren, insbesondere durch Strangpressen, geformt und bei 1200 bis 1600°C, insbesondere bei 1300 bis 1450°C gesintert werden.
8. Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung nach einem der bisherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die mit sauren Bestandteilen beladene chemisorptiv aktive Substanz zy­ klisch von den Trägerkörpern entfernt und diese neu beschichtet oder dotiert werden.
9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerkörper durch Eintau­ chen in eine Lösung oder Suspension der chemisorptiv aktiven Substanz neu beschichtet wer­ den und das Lösungs- oder Suspensionsmittel bei 135 bis 200°C ausgetrieben wird.
10. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß durch Temperatur- und/oder Druckwechsel eine Regenerierung der beladenen Beschichtung durch Desorption erreicht wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die desorbierten Stoffe mit­ tels eines Trägermediums abgeführt und ggf. zurückgewonnen werden.
DE1995132516 1995-09-02 1995-09-02 Vorrichtung zur Entfernung von sauren Bestandteilen aus Gasen durch Adsorption und/oder Chemisorption sowie Verfahren zu deren Herstellung und Betrieb Withdrawn DE19532516A1 (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10007544A1 (de) * 2000-02-19 2001-09-20 Ludwig Boelkow Stiftung Festkörper mit Poren- bzw. Kanalstrukturen zum Speichern von Gasen und Verfahren zum Herstellen der Festkörper zur Verwendung in Speichereinrichtungen

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE10007544A1 (de) * 2000-02-19 2001-09-20 Ludwig Boelkow Stiftung Festkörper mit Poren- bzw. Kanalstrukturen zum Speichern von Gasen und Verfahren zum Herstellen der Festkörper zur Verwendung in Speichereinrichtungen

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