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 BetriebInfo
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Classifications
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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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.
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.
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Cited By (1)
| 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 |
-
1995
- 1995-09-02 DE DE1995132516 patent/DE19532516A1/de not_active Withdrawn
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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