DE19611119A1 - Purifying hot waste gases containing dust and tar - Google Patents
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Abstract
Description
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Reinigung von heißen, staub- und teerhaltigen Abgasen, wie sie insbesondere bei der technischen Herstellung von Calciumcarbid im Lichtbogenofen anfallen.The present invention relates to a method for cleaning hot, Exhaust gases containing dust and tar, such as those used in technical production of calcium carbide in the arc furnace.
Die großtechnische Herstellung von Calciumcarbid erfolgt heute vorzugsweise in elektrischen Lichtbogenöfen, und zwar insbesondere in geschlossenen Öfen, welche mit Söderberg-Elektroden ausgestattet sind. Dieses elektrothermische Verfahren ist sehr energie- und kostenintensiv, weil für die Erzeugung der erforderlichen Reaktionstemperatur von 2000 bis 2300°C große Strommengen erforderlich sind und weil an die Reinheit und Teilchengröße der Ausgangsstoffe hohe Anforderungen gestellt werden. So werden in fast allen Produktionsanlagen die Carbidöfen mit einer Mischung aus kleinstückigem Branntkalk und Koks bzw. Anthrazit in einem Verhältnis von 60 : 40 und mit einer Teilchengröße von ca. 5 bis 40 mm eingesetzt, wodurch die Rohstoffkosten ebenfalls relativ hoch sind.The industrial production of calcium carbide is preferably carried out today in electric arc furnaces, in particular in closed furnaces, which are equipped with Söderberg electrodes. This is an electrothermal process very energy and cost intensive because of the production of the necessary Reaction temperature of 2000 to 2300 ° C large amounts of electricity are required and because high demands are placed on the purity and particle size of the raw materials be put. In almost all production plants, the carbide furnaces are equipped with one Mixture of small pieces of quicklime and coke or anthracite in one Ratio of 60:40 and with a particle size of approx. 5 to 40 mm, whereby the raw material costs are also relatively high.
Der besondere Vorteil der Calciumcarbid-Produktion in geschlossenen Öfen besteht darin, daß die entstehenden heißen CO-Abgase entstaubt und anschließend weiterverwertet werden können, wodurch sich das Verfahren wesentlich umweltfreundlicher und wirtschaftlicher gestaltet. Nachteilig ist hierbei jedoch die Tatsache, daß nur bestimmte, jedoch vergleichsweise teure Schwarzstoffe eingesetzt werden können.The particular advantage of calcium carbide production in closed furnaces is in that the resulting hot CO exhaust gases are dedusted and then can be further used, which makes the process essential designed to be more environmentally friendly and economical. However, this is disadvantageous The fact that only certain, but comparatively expensive black materials are used can be.
Es hat deshalb nicht an Versuchen gefehlt, nur ausgewählte oder speziell vorbehandelte Schwarzstoffe für die Calciumcarbid-Produktion einzusetzen, wobei das besondere Interesse einem Kohlenstoffträger, u. a. mit einem möglichst niedrigen Gehalt an flüchtigen Bestandteilen, galt (vgl. DD-PS 1 39 948, DD-PS 1 32 977 sowie DD-PS 2 95 334). Schließlich ist es auch aus der DE-PS 30 13 726 bekannt, anstelle von Koks billigere Schwarzstoffe, wie z. B. Anthrazit, Petrolkoks oder Magerkohle, heranzuziehen. Hierzu müssen diese Schwarzstoffe calciniert werden, bis sie einen Restgehalt an flüchtigen Bestandteilen von < 5 Gew.-%, vorzugsweise 1 bis 3 Gew.-%, aufweisen. Ganz abgesehen davon, daß diese Kohlenstoffträger noch in bestimmte Korngrößenfraktionen aufgetrennt werden müssen, kann der Petrolkoks hierbei nur im Gemisch mit Koks als Möller eingesetzt werden.There was therefore no lack of attempts, only selected ones or special ones use pretreated black substances for calcium carbide production, whereby the special interest a carbon carrier, u. a. with the lowest possible Volatile constituents content (cf. DD-PS 1 39 948, DD-PS 1 32 977 as well DD-PS 2 95 334). Finally, it is also known from DE-PS 30 13 726 instead of cheaper coke black materials, such as B. anthracite, petroleum coke or lean coal, to use. For this, these black substances have to be calcined until they become one Residual volatile content of <5% by weight, preferably 1 to 3 % By weight. Quite apart from the fact that these carbon carriers are still in Petroleum coke can be used to separate certain grain size fractions can only be used as a mixture with coke.
Das wesentliche Problem beim Einsatz von Schwarzstoffen mit einem hohen Anteil an flüchtigen Bestandteilen ist die Tatsache, daß die entstehenden Abgase neben dem üblichen Staubgehalt noch große Mengen an Teerstoffen enthalten, für welche die bisher bekannten Heißgas-Filtrationssysteme ungeeignet sind, weil die entsprechenden Filterelemente mit den Teerstoffen belegt werden und somit in kürzester Zeit verstopft sind.The main problem when using black matter with a high proportion of volatile components is the fact that the resulting exhaust gases in addition to the usual dust content still contain large amounts of tar substances, for which the previously known hot gas filtration systems are unsuitable because of the corresponding Filter elements are covered with the tar substances and thus clogged in no time are.
Der vorliegenden Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Reinigung von heißen, staub- und teerhaltigen Abgasen, die insbesondere bei der technischen Herstellung von Calciumcarbid im Lichtbogenofen anfallen, zu entwickeln, welches mit geringem technischen Aufwand eine möglichst vollständige Entfernung der Staubpartikel und der Teerstoffe aus den heißen Abgasen ermöglicht.The present invention was therefore based on the object of a method for Cleaning of hot, dust and tar-containing exhaust gases, which are particularly important for technical production of calcium carbide in the arc furnace, too develop which is as complete as possible with little technical effort Allows removal of dust particles and tar substances from the hot exhaust gases.
Diese Aufgabe wurde erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß man die Abgase bei Temperaturen von 200 bis 900°C mit Hilfe von keramischen Filterkerzen entstaubt und anschließend die Teerstoffe bei Temperaturen von 50 bis 200°C mit Hilfe eines Gaswäschers oder Elektrofilters aus den Abgasen abtrennt. Es hat sich nämlich überraschenderweise gezeigt, daß durch den Einsatz von speziellen Filterkerzen eine vollständige Entstaubung der heißen Abgase möglich ist, ohne daß es zu der unerwünschten Ablagerungen der Teerstoffe auf den Filterelementen kommt.This object was achieved in that the exhaust gases Dust from 200 to 900 ° C with the help of ceramic filter cartridges and then the tar materials at temperatures of 50 to 200 ° C with the help of a Separates gas scrubber or electrostatic precipitator from the exhaust gases. Because it has Surprisingly it was shown that through the use of special filter cartridges complete dedusting of the hot exhaust gases is possible without it undesirable deposits of tar substances on the filter elements.
Beim Verfahren entsprechend der vorliegenden Erfindung erfolgt die Reinigung der CO-haltigen Abgase, wie sie bspw. bei der technischen Produktion von Calciumcarbid im Lichtbogenofen anfallen, in zwei Stufen. Diese Abgase weisen in der Regel einen Staubgehalt von 0,5 bis 5 g/kg Rohgas auf, der neben größeren Anteilen an Magnesium-, Calcium- und Kaliumoxid noch erhebliche Mengen an Kohlenstoff enthält. Der Teergehalt der Abgase beträgt je nach Art des eingesetzten Schwarzstoffes 5 bis 100 g Teer pro kg Rohgas. In the method according to the present invention, the cleaning of the CO-containing exhaust gases, such as those used in the technical production of calcium carbide incurred in the arc furnace, in two stages. These exhaust gases usually have one Dust content from 0.5 to 5 g / kg of raw gas, which in addition to larger proportions Magnesium, calcium and potassium oxide still contain significant amounts of carbon contains. The tar content of the exhaust gases is dependent on the type of black substance used 5 to 100 g tar per kg raw gas.
Es ist als erfindungswesentlich anzusehen, daß diese staub- und teerhaltigen Abgase, die nach Verlassen des Carbidofens noch Temperaturen von 200 bis 900°C aufweisen, in der ersten Stufe mit Hilfe von keramischen Filterkerzen entstaubt werden. Hierbei können handelsübliche Filterkerzen mit einem Außendurchmesser zwischen 6 und 20 cm und einer Länge zwischen 0,5 und 1,5 m eingesetzt werden, wobei die Abdichtung zwischen Roh- und Reingasseite mit Hilfe von Filterelementen aus keramischen Fasern bewerkstelligt wird. In diesen Filterelementen werden dann die Staubpartikel abgeschieden, die eine Teilchengröße von ca. 1 bis 20 µm haben können. Die Filterfläche bzw. Anzahl der Filterkerzen richtet sich im wesentlichen nach dem Rohgasdurchsatz und dem Staubgehalt des Rohgases. Bei den oben genannten Staubkonzentrationen hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, pro 1000 kg Rohgas eine Filterfläche von 10 bis 30 m² bereitzustellen. Der Staubaustrag aus den Filterelementen kann mit den üblichen Vorrichtungen wie Schnecken oder Schleusen vorgenommen werden.It is to be regarded as essential to the invention that these exhaust gases containing dust and tar, which still have temperatures of 200 to 900 ° C after leaving the carbide furnace, are dedusted in the first stage with the help of ceramic filter candles. Here can use commercially available filter cartridges with an outside diameter between 6 and 20 cm and a length between 0.5 and 1.5 m are used, the Sealing between raw and clean gas side using filter elements ceramic fibers is accomplished. Then in these filter elements Dust particles separated, which can have a particle size of about 1 to 20 microns. The filter area or number of filter cartridges depends essentially on the Raw gas throughput and the dust content of the raw gas. With the above Dust concentrations have proven to be particularly advantageous per 1000 kg To provide raw gas with a filter area of 10 to 30 m². The dust discharge from the Filter elements can be used with the usual devices such as snails or locks be made.
Bei einem kontinuierlichen Betrieb des Heißgasfilter-Systems empfiehlt es sich, die Staubablagerungen in den Filterkerzen in regelmäßigen Abständen zu entfernen, wobei die Abreinigung entsprechend den üblichen Verfahren mittels Druckluftimpuls und/oder Rückspülen erfolgen kann. Als besonders vorteilhaft hat sich hierbei das Puls-Jet-Verfahren erwiesen, wobei die Filterkerzen durch Anwendung von Druckstößen in Gegenrichtung des Gasstromes abgereinigt werden.If the hot gas filter system is in continuous operation, it is recommended that Remove dust deposits in the filter cartridges at regular intervals, taking cleaning according to the usual procedures using compressed air and / or backwashing can take place. This has proven to be particularly advantageous Pulse-jet method has been proven, the filter cartridges being applied by Pressure surges in the opposite direction of the gas flow are cleaned.
Im Anschluß an die Trockengasreinigung werden in der zweiten Stufe die entstaubten Abgase, die noch Temperaturen von 100 bis 600°C aufweisen, gemäß einer ersten alternativen Ausführungsform in einen Gaswäscher geleitet, um die Teerstoffe aus den Abgasen zu entfernen. Als Gaswäscher im Rahmen der vorliegenden Erfindung können die üblichen Strahl- oder Venturiwäscher verwendet werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird beim erfindungsgemäßen Verfahren ein ölbetriebener Strahlwäscher eingesetzt, wobei das Öl im Kreis geführt wird, die Teerstoffe im Öl abgeschieden werden und die Teerphase anschließend kontinuierlich durch Phasentrennung abgezogen werden kann. Die Ölabscheidung im Strahlwäscher wird bei Temperaturen von 50 bis 200, vorzugsweise bei 80 bis 120°C, vorgenommen. Um diesen Temperaturbereich einhalten zu können, muß der Strahlwäscher mit einer äußeren Kühlung versehen werden, damit die heißen Abgase auf die gewünschte Temperatur abgekühlt werden. Auch das im Kreis geführte Öl, welches vorzugsweise aus leichtem Heizöl mit einem spezifischen Gewicht von ca. 0,7 bis 0,8 g/ml besteht, sollte, bspw. mit Hilfe von Wärmetauschern, ständig gekühlt werden, um eine Überhitzung des Öls zu vermeiden. Die Menge des im Kreislauf geführten Öls, welches vom Gasdurchsatz und dem Teergehalt im Abgas abhängig ist, kann in weiten Grenzen variiert werden, doch hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, für einen Gasdurchsatz von 1000 kg/h etwa 10 000 bis 20 000 kg/h Öl im Kreis zu führen.After cleaning the dry gas, the dust is removed in the second stage Exhaust gases that still have temperatures of 100 to 600 ° C, according to a first alternative embodiment passed into a gas scrubber to remove the tar substances from the To remove exhaust gases. As a gas scrubber in the context of the present invention the usual jet or venturi washers can be used. According to one preferred embodiment is in the inventive method oil-operated jet washer, the oil being circulated, the Tar substances are separated in the oil and the tar phase then continuously can be deducted by phase separation. Oil separation in the jet washer is at temperatures from 50 to 200, preferably at 80 to 120 ° C, performed. In order to be able to maintain this temperature range, the Jet washers are provided with external cooling so that the hot exhaust gases cooled to the desired temperature. Even the circulating oil, which is preferably made of light heating oil with a specific weight of approx. 0.7 up to 0.8 g / ml, should be constantly cooled, e.g. with the help of heat exchangers to prevent the oil from overheating. The amount of in circulation guided oil, which depends on the gas throughput and the tar content in the exhaust gas, can be varied within wide limits, but it has proven to be particularly advantageous proven for a gas throughput of 1000 kg / h about 10,000 to 20,000 kg / h of oil in Circle.
Die Ölverluste, die im Laufe der Zeit im Kreislauf auftreten können, sollten natürlich durch entsprechende Ölzudosierung ausgeglichen werden.The oil losses that can occur in the circuit over time should of course be be compensated by appropriate oil metering.
Anstelle der Gaswäscher werden zur Abscheidung der Teerstoffe gemäß einer zweiten alternativen Ausführungsform auch Elektrofilter eingesetzt, wobei auf übliche Vorrichtungen und Methoden entsprechend dem Stand der Technik zurückgegriffen werden kann.Instead of the gas scrubbers, the tar materials are separated according to a second alternative embodiment also used electrostatic precipitators, with usual Devices and methods used according to the prior art can be.
Die von den Teerstoffen befreiten Abgase, welche den Strahlwäscher bzw. das Elektrofilter verlassen und in der Regel Temperaturen von maximal 80°C aufweisen, enthalten nur noch geringe Mengen an Öl, die bei der weiteren Verwertung der gereinigten Abgase, z. B. als Heizgas, nicht stören, sondern im Gegenteil deren Heizwert erhöhen.The exhaust gases freed from the tar substances, which the jet washer or the Leave the electrostatic precipitator and generally have a maximum temperature of 80 ° C, contain only small amounts of oil which are used in the further utilization of the cleaned exhaust gases, e.g. B. as heating gas, do not interfere, but on the contrary Increase the calorific value.
Die besonderen Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens bestehen darin, daß man staub- und teerhaltige Abgase mit geringem technischen Aufwand problemlos reinigen kann, so daß der Staubgehalt < 10 mg/kg Reingas beträgt und Teerstoffe praktisch nicht mehr nachgewiesen werden können. Aufgrund dieser besonderen Vorteile eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren hervorragend für den technischen Einsatz, wodurch auch die Verwendung von Schwarzstoffen mit einem relativ hohen Bestandteil an flüchtigen Bestandteilen (wie z. B. Petrolkoks) bei der Calciumcarbidproduktion ermöglicht wird. The particular advantages of the method according to the invention are that Clean dust and tar-containing exhaust gases with little technical effort can, so that the dust content is <10 mg / kg clean gas and tar substances practically can no longer be proven. Because of these special advantages the method according to the invention is outstanding for technical use, which also means the use of black matter with a relatively high Part of volatile components (such as petroleum coke) in the Calcium carbide production is made possible.
Das nachfolgende Beispiel soll die Erfindung anhand der beiliegenden Abbildung erläutern.The following example is intended to illustrate the invention with reference to the accompanying figure explain.
Über die Leitung (1) werden 5000 kg/h CO-haltiges Abgas aus der Calciumcarbid-Produktion mit einer Temperatur von 860°C, einem Staubgehalt von 0,8 g/kg Rohgas sowie einem Teergehalt von 8 g/kg Rohgas in das Heißgasfilter-System (2) eingeleitet, welches aus insgesamt ca. 140 Filterkerzen aus keramischen Fasern mit einer Filterfläche von c.a. 100 m² besteht. Der in den Filterelementen anfallende Staub (3,96 kg/h) wird mit Hilfe einer Schnecke kontinuierlich über die Leitung (3) ausgetragen. Das entstaubte Abgas (Reststaubgehalt < 8 mg/kg Abgas) mit einer Temperatur von 600°C wird über Leitung (4) in den Strahlwäscher (5) geleitet, der über ein externes Kühlsystem (6) auf Temperaturen von 90 bis 110°C gekühlt wird. Der Strahlwäscher wird mit leichtem Heizöl (Durchsatz 64 000 kg/h) betrieben, welches mit Hilfe der Umlaufpumpe (8) im Kreislauf (7) geführt wird. Das Öl wird hierbei mit Hilfe des Wärmetauschers (9) auf ca. 20°C abgekühlt. Die Teerstoffe werden innerhalb des Strahlwäschers (5) im Öl abgeschieden und mit Hilfe des Phasenabscheiders (10) kontinuierlich in einer Menge von 40 kg/h abgetrennt und über Leitung (11) abgezogen. Die Ölzufuhr, mit der u. a. die Verluste im Kreislauf ausgeglichen werden (ca. 37 kg/h), erfolgt über Leitung (12).5000 kg / h of CO-containing exhaust gas from calcium carbide production at a temperature of 860 ° C, a dust content of 0.8 g / kg of raw gas and a tar content of 8 g / kg of raw gas are fed into the hot gas filter via line ( 1 ) -System ( 2 ) initiated, which consists of a total of about 140 filter cartridges made of ceramic fibers with a filter area of about 100 m². The dust accumulating in the filter elements (3.96 kg / h) is continuously discharged via line ( 3 ) with the help of a screw. The dedusted exhaust gas (residual dust content <8 mg / kg exhaust gas) with a temperature of 600 ° C is fed via line ( 4 ) into the jet washer ( 5 ), which is cooled to temperatures of 90 to 110 ° C via an external cooling system ( 6 ) becomes. The jet washer is operated with light heating oil (throughput 64,000 kg / h), which is circulated ( 7 ) with the help of the circulation pump ( 8 ). The oil is cooled to approx. 20 ° C using the heat exchanger ( 9 ). The tar substances are separated in the jet washer ( 5 ) in the oil and continuously separated in an amount of 40 kg / h with the aid of the phase separator ( 10 ) and drawn off via line ( 11 ). The oil supply, which among other things compensates for the losses in the circuit (approx. 37 kg / h), takes place via line ( 12 ).
Die weitgehend entstaubten (< 8 mg Staub pro kg Reingas) und von Teerstoffen praktisch vollständig befreiten Abgase, die lediglich noch geringe Mengen an Öl enthalten (ca. 7 g/kg Abgas), werden mit Hilfe der Gaspumpe (13) über Leitung (14) abgezogen und können problemlos weiterverarbeitet werden.The largely freed of dust (<8 mg of dust per kg of pure gas) and by tars practically completely released gases which only small amounts of oil contained (about 7 g / kg gas), are by means of the gas pump (13) via line (14 ) deducted and can be easily processed.
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