DE2448413A1 - Verfahren zum reinigen von heissen gasstroemen von unerwuenschten bestandteilen - Google Patents
Verfahren zum reinigen von heissen gasstroemen von unerwuenschten bestandteilenInfo
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Description
Dr." ΐΓ.α-V/ater Abitz
Dr. Dieter r. i/icrf
Dr. Hans-Α. L.c.ns
Dr. Hans-Α. L.c.ns
r. ob, .-.-.--■■ -'-.so. 23 10. Oktober 1971*
IC-6103
E. I. DU PONT DE NEMOURS AND COMPANY
10th and Market Streets, Wilmington, Delaware 19898,
V.St.A.
Verfahren'zum Reinigen von heissen Gasströmen von unerwünschten
Bestandteilen
Der Entfernung von unerwünschten Bestandteilen aus der Umgebung kommt in unserer Gesellschaft beträchtliche Bedeutung
zu. Viele Industrien und Städte verwenden Müllverbrennungsofen, um unerwünschte organische und metallorganische Verbindungen,
halogenierte organische Verbindungen usw. zu beseitigen. Die schädlichen Stoffe, die sich als Ergebnis
der Verbrennung oder anderer Heissgasprozesse bilden, müssen jedoch nach Abgasreinigungsmethoden beseitigt werden. Bei
diesen Methoden wird von Beutelfiltern, elektrostatischen Ausfällapparaten, Berieselungstürmen, Zyklonen und gepackten
Betten Gebrauch gemacht, um die teilchenförmigen, verunreinigenden Stoffe aus den Abgasen und Berieselungstürmen
zu entfernen und dadurch die Menge des abströmenden schädlichen gasförmigen Materials auf ein Mindestmass
zu beschränken.
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Ein Problem hat sich mit Bezug auf die Verwendung von Berieselungstürmen als Instrument für die Überwachung von
Verunreinigungen ergeben. Das Ausblasen von Berieselungsflüssigkeit kann schwerwiegende Wasserverschmutzungsprobleme
aufwerfen. Venn das aus dem Berieselungsturm abströmende
(ausgeblasene) Material feste Teilchen enthält, können diese abfiltriert und entfernt werden. Etwas metallisches Abfallmaterial
setzt sich möglicherweise ab oder kann aus Lösung durch Einstellung des pH-Wertes ausgefällt werden. Diese
Behandlungen sind jedoch kostspielig und das Ablassen des Wassers kann problematisch werden, wenn lösliche Salze oder
Säuren zusätzlich zu Feststoffen in dem aus dem Berieselungsturm abströmenden Material mitgerissen werden.
Es wurde nun ein System zur Beseitigung von Abfall gefunden, das die üblichen Probleme, die sich bei der Verwendung von
Berieselungstürmen zum Auswaschen von Gasen ergeben, ausschaltet. Das erfindungsgemässe Verfahren ist nützlich
Tür die Behandlung von heissen Gasströmen, um unerwünschte Bestandteile zu beseitigen. Es umfasst folgende Schritte:
(a) Ein heisser Gasstrom, der teilchenförmige und gasförmige, saure oder basische Bestandteile enthält, wird in einen
Verdampfungskühler eingeleitet, in welchem das Gas auf eine Temperatur oberhalb des Taupunktes, im allgemeinen
auf eine Temperatur zwischen 121,1 und 537»8° .C abgekühlt
wird;
(b) der gekühlte .Gasstrom wird in eine Sammelvorrichtung
für das Sammeln des in dem Gasstrom vorhandenen, teilchenförmigen Materials in trockenem Zustand eingeleitet;
(c) der Gasstrom aus dem Schritt (b) wird in einen Berieselungsturm
eingeleitet, in welchem der Strom zum Absorbieren der sauren oder basischen Bestandteile mit einer
wässrigen Auswaschlösung in Berührung gebracht wird; der Berieselungsturm entfernt auch Jegliches teilchenförmiges
Material, das durch die Sammelvorrichtung hindurchtritt ;
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»3.
(d) der ausgewaschene Gasstrom wird aus dem Berieselungsturm entfernt;
(e) der pH-Wert der Auswaschlösung wird durch Zugabe eines
salzbildenden chemischen Stoffes in genügender Menge eingestellt und so mit dem absorbierten sauren oder
basischen Bestandteil ein Salz gebildet, das entweder wasserlöslich oder -unlöslich ist; und
(f) die eingestellte Auswaschlösung oder Aufschlämmung, welche
das Salz enthält, wird nach dem Verdampfungskühler hin geleitet, wo sie mit dem heissen Gas vereinigt und erhitzt
wird, und das Salz wird nachfolgend als trockener Feststoff in dem'Verdampfungskühler oder der Sammeleinrichtung
des Schrittes (b) gesammelt, wobei der grÖsste. Teil des Salzes oder sämtliches Salz in der Vorrichtung
(b) gesammelt wird.
Vorzugsweise wird das erfindungsgemässe Verfahren zur Behandlung von heissen, sauren Gasen herangezogen, und das
gebildete Salz ist wasserlöslich.
Der Hauptvorteil des erfindungsgemässen Verfahrens ist der,
dass es keinerlei wässrigen Abfluss mit sich bringt, d. h. das aus dem Berieselungsturm abströmende Material wird
nach dem Verdampfungskühler hin geleitet, wo das Wasser, verdampft und das teilchenförmige Material als trockene
Feststoffe gesammelt wird. Somit ist der einzige 'nichtgasförmige Ausstoss bei dem Verfahren ein trockner Feststoff.
Die Fig. 1 ist ein Fliessdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens.
Die Fig. 2 veranschaulicht eine andere Ausführungsform, die
insbesondere für die Rückgewinnung eines gasförmigen Bestandteils, beispielsweise SOp, aus dem heissen Gasstrom ausgebildet
ist.
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Das erfindungsgemässe Verfahren ist für die Behandlung beliebiger heisser Verfahrensgase, d. h. von Gasen bei Temperaturen
oberhalb 121,1 bis 176,7° C, die teilchenförmige und gasförmige, saure oder basische verunreinigende Stoffe
enthalten, nützlich.
Das teilchenförmige Material kann alles mögliche sein, was sich mit einer Trockensammelvorrichtung auffangen lässt,
beispielsweise Staub, Flugasche, Kohlenstoff, Salz, Metalloxide und dgl. Zu den gasförmigen, sauren, verunreinigenden
Stoffen gehören die folgenden sauren Gase, beispielsweise Gase, die HCl, SO2, HBr, NO2, HNO5, HF, Cl2, Br2 oder P2O5
enthalten. Die gasförmigen, basischen, verunreinigenden Stoffe können NH, oder metallhaltige Dämpfe, wie NaOH, Mg(OH)2 und
dgl., umfassen.
Das Verfahren wird nun anhand der Fig. 1 erklärt.
Das heisse Verfahrensgas 1, das gasförmige, saure oder basische Bestandteile und die teilchenförmigen Stoffe enthält,
wird in den Verdampfungskühler 2 eingeleitet, in welchem das Gas auf eine Temperatur oberhalb des Taupunktes, im allgemeinen
auf eine Temperatur zwischen 121,1 und 537,8° C und vorzugsweise zwischen 204,4 und 232,2° C abgekühlt wird.
Der Verdampfungskühler bewirkt eine Abkühlung des, heissen Gases und auch das Verdampfen des Reinigungsstroms 3>
der aus eingestellter., aus dem Berieselungsturm 4 herkommender Auswaschlösung besteht. Im Betrieb reissen die in den Kühler
eintretenden, heissen Gase die Flüssigkeitströpfchen und Feststoffteilchen aus dem Reinigungsstrom mit, und die Flüssigkeit
wird verdampft. Der Verdampfungskühler kann ein Sprühtrockner oder ein Gaskühler sein, in welchem die Flüssigkeit
durch eine rotierende Scheibe oder eine Sprühdüse oder eine andere Vorrichtung zerstäubt wird. Einige Feststoffe können
sich am Boden des Kühlers ansammeln und sie können zu passenden Zeiten als Strom 18 ausgetragen werden.
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Die Betriebsbedingungen für den Verdampfungskühler variieren in Abhängigkeit von der Beschaffenheit des zugeführten
heissen Gases und des zugeführten Reinigungsstromes. Ein kritisches Merkmal ist, dass das heisse Gas bei einer Temperatur
oberhalb des Taupunktes gehalten wird.
Wichtig ist, dass der Verdampfungskühler die Temperatur des austretenden Gases sehr wirksam regulieren kann. Wenn der
Kühler für eine solche Regulierung nicht geeignet ist, kann die Anlage für das Verfahren abstromseitig des Kühlers
schweren Schaden nehmen. Wenn beispielsweise das erfindungsgemässe
Verfahren den Austrag eines MüllVerbrennungsofens
regulieren soll und als spezielle Sammelvorrichtung eine Beutelkammer ausgewählt wird, kann ein Schaden an der Beutelkammer auftreten, wenn der Verdampfungskühler nicht in der
Lage ist, auf die Änderungen der Verbrennungsgeschwindigkeit, der Gastemperatur oder von beiden schnell anzusprechen. Wenn
die Temperatur des eingelassenen Gasstroms plötzlich abfällt und der Verdampfungskühler langsam anspricht, kann es sein,
dass die Beutelfilter der Beutelkammer mit Schlamm überzogen werden. Wenn die Temperatur plötzlich ansteigen sollte und
der Verdampfungskühler nicht in der Lage ist, schnell darauf anzusprechen, kann es passieren, dass die Beutelfilter in der
Beutelkammer verbrennen. Aus diesen Gründen muss der Verdampfungskühler
in der Lage sein, rasch anzusprechen.
Der den Kühler 2 verlassende, gekühlte Gasstrom 5 enthält
die ursprünglichen, gasförmigen, sauren oder basischen Bestandteile
und im wesentlichen das gesamte teilchenförmige Material und auch das Salz als teilchenförmiges Material,
das bei der Verdampfung der eingestellten Auswaschlösung 3 freigesetzt wird. Der abgekühlte Gasstrom wird in eine
Trockensammelvorrichtung 6 eingeleitet, in der die teilchen- förmigen
Stoffe entfernt werden. Die Trockensammelvorrichtung
kann irgendeine der kommerziell verwendeten sein, beispielsweise eine Beutelfilter enthaltende Beutelkammer, elektro-
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statische Ausfällapparate, Zyklone oder gepackte Betten. Diese Sammelvorrichtung wird in herkömmlicher Art und Weise
betrieben. Die in dieser Vorrichtung gesammelten Feststoffe werden als Strom 19 ausgetragen.
Das im wesentlichen von teilchenförmigen! Material freie Gas
7 wird dann in einen Berieselungsturm 4 geleitet, in dem
die wasserlöslichen, sauren und basischen Bestandteile des Gases in einer wässrigen Auswaschlösung absorbiert werden.
Dieser Berieselungsturm sammelt auch jegliches teilchenförmige Material, das durch die Trockensammelvorrichtung
hindurchgetreten ist. Die Arbeitsbedingungen in dem Berieselungsturm bezüglich Temperaturen, Drücken und Kontaktdauer
variieren in Abhängigkeit von der Zusammensetzung des Gasstromes 7* Diese Bedingungen sind jedoch herkömmliche
Bedingungen und sind dem Fachmann geläufig.
Bei dem in der Fig. 1 veranschaulichten Berieselungsturm wird das Gas 7 in den Berieselungsturm 4 eingeleitet, und
es strömt darin entweder im Gegenstrom, im Gleichstrom oder quer zur Strömung der wässrigen Auswaschlösung 8, die in
den Berieselungsturm eingeleitet wird. Die wasserlöslichen, sauren oder basischen Bestandteile werden in der Auswaschlösung
absorbiert oder gebunden und werden aus dem Bodenteil des Berieselungsturmes entfernt, während das ausgewaschene
Gas 10 am Kopf oder seitlich austritt. . .
Wenn gewünscht, kann die Auswaschlösung einen Salzbildner enthalten, der mit dem wasserlöslichen, sauren oder basischen
Bestandteil reagiert und ein wasserlösliches oder -unlösliches Salz bildet. Verwendbare Salzbildner sind solche,
die mit dem absorbierten, sauren oder basischen Bestandteil ein wasserlösliches oder -unlösliches Salz bilden. Welcher
Salzbildner zu verwenden ists richtet sich daher nach der
Eigenart des heisses Gasstroms; zu solchen Salzbildnern gehören beispielsweise itzkali, Kalk, Kalkstein, Kaliumhydroxid
oder irgendeine der Mineralsauren oder organischen Säuren.
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Das erfindungsgemässe Verfahren ist nicht auf das Auswaschen
mit einer wässrigen Lösung beschränkt, obgleich wässrige Lösungen bevorzugt sind. Ein für ein spezielles Gas geeignetes
Lösungsmittel kann beispielsweise eine organische oder anorganische Lösung sein. Gewöhnlich ist jedoch eine Lösung
dieses Typs teuer und muss in dem System unversehrt erhalten bleiben. Daher muss eine Einrichtung angewandt werden, um
die Auswaschlösung auf eine Temperatur abzukühlen, die niedrig genug ist, damit die Verdampfungsverluste klein
bleiben. Dies kann in der in der Fig. 1 gezeigten Art und Weise erfolgen. Der Strom 7 kann direkt nach einem Wärmeaustauscher
hin geführt werden, der das Gas abkühlt und somit den Dampfdruck des Lösungsmittels erniedrigt. Wenn dies
nicht praktisch durchführbar ist, kann ein Kühler in der Um-laufleitung
8 angeordnet werden, damit eine Abkühlung des absorbierenden Materials derart gewährleistet ist, dass
wertvolles Lösungsmittel in dem Gas kondensiert und zurückgewonnen wird.
In manchen Fällen wird der Salzbildner, wie in der Fig. 2 veranschaulicht ist, nicht der im Kreislauf zurückgeführten
Auswaschlösung,·sondern nur demjenigen Teil derselben, der
aus dem Berieselungsturm abgezogen wird, zugesetzt. Diese Ausführungsform lässt sich dann anwenden, wenn es erwünscht
ist, den sauren oder basischen Bestandteil in nützlicher Form zurückzugewinnen, anstatt ihn in ein Salz überzuführen.
Die zugesetzte Salzbildnermenge ist diejenige Menge, die benötigt wird, um den vorhandenen sauren oder basis'chen Bestandteil
zu entfernen. Diese Menge variiert stark in Abhängigkeit von der Zusammensetzung des behandelten, heissen Gases.
In der in der Fig. 1 veranschaulichten Ausführungsform wird der den Berieselungsturm 4 verlassenden Auswaschlösung Auffüllwasser
11 und Base oder Säure 12 zugesetzt. Die Menge des zugesetzten Auffüllwassers ist gleich der durch Ver-
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dampfung verloren gegangenen Menge. Die Lösung wird in eine
Pumpe eingespeist, und dadurch wird ein Teil im Kreislauf nach dem Berieselungsturm zurückgeführt, und ein Reinigungsstrom 3 wird abgezogen. Die Menge des Salzes oder der Aufschlämmung
in dem Reinigungsstrom variiert in Abhängigkeit von dem betreifenden, heissen Gas. Im allgemeinen ist es
vorzuziehen, eine konzentrierte Auswaschlösung nach dem Berieselungsturm im Kreislauf zurückzuführen; daher macht
der Reinigungsstrom normalerweise 1 bis 15 % der Auswaschlösung
aus.
Der Reinigungsstrom 3 aus eingestellter Auswaschlösung oder
mit löslichen und/oder unlöslichen Stoffen ergänzter Aufschlämmung wird dann in den Verdampfungskühler 2, wie oben
beschrieben, eingeleitet. In dem Kühler wird das Wasser in dem Reinigungsstrom 3 verdampft und das Salz im unteren
Teil des Kühlers 2 oder der Trockensammelvorrichtung 6 aufgefangen -
In der in der Fig. 2 veranschaulichten Ausführungsform werden
zwei alternative Wege beschritten.
Die im Kreislauf zurückgeführte Auswaschlösung 8 enthält keinerlei Salzbildner; der Salzbildner 12 wird nur dem Reinigungsstrom
zugesetzt und dies in einer ausreichenden Menge, um sämtliche in dem Reinigungsstrom vorhandenen, -wasserlöslichen,
sauren oder basischen Stoffe in Salz überzuführen. Es kann jedoch, wenn gewünscht, ein Überschuss an Salzbildner
verwendet werden..
Weiterhin gestattet diese Ausführungsform die Rückgewinnung
von gasförmigen Bestandteilen, die von dem Wasser in dem Berieselungsturm nicht absorbiert werden, d. h. unter den
meisten Betriebsbedingungen werden sehr wenig SOp oder andere
wasserunlösliche Gase, wie CIp oder Br^, in einer wässrigen
Auswaschlösung absorbiert.
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IC-6103
•f
Bei dieser Ausführungsform wird das SOp enthaltende, ausgewaschene
Gas 10 in eine Vorrichtung I5 zum Entfernen von SO eingeleitet.
Diese Vorrichtung kann irgendeine der herkömmlichen Vorrichtungen sein, die zum Entfernen von SO2 aus Gasen
verwendet werden, beispielsweise ein Berieselungsturm mit einer Auswaschlösung von Schwefelsäure und einer Peroxyverbindung,
beispielsweise H2O2, oder CaCO5, KaOH, Mg(OH)2
oder calciniertem Dolomit.
Bei der in der Fig. 2 veranschaulichten Ausführungsform wird
Wasserstoffperoxid 14- einer im Kreislauf zurückgeführten Auswaschlösung
zugesetzt, die 30 bis 70-gew.%ige Schwefelsäure enthält, 15· Das Wasserstoffperoxid entfernt das SO2 aus
dem Gasstrom und wandelt es in Schwefelsäure um. Ein Reinigungsstrom
von Schwefelsäure 16 wird aus dem System abgezogen, und das SO2 freie Gas 17 tritt aus dem'Berieselungsturm
als Überkopfstrom aus.
Bei einer typischen Ausführungsform kann heisser Gasstrom ein Verfahren mit einer Wärmeenergie von 7 563 000 kcal/Stunde
( 30 000,000 BTUs/hour) verlassen. Mit dieser Wärmemenge
könnten 75,7 bis 189*3 Liter Wasser je Minute (20 to 50
gallons per minute) in dem Verdampfungskühler verdampft werden, wobei die genaue Menge von der Feuchtigkeit des '
in den Kühler eintretenden, heissen Gases abhängt.
So kann der nach dem Kühler hingeleitete Reinigungsstrom bis zu 15 % der Auswaschlösung ausmachen, wobei ein
Flüssigkeit: Gas-Verhältnis in dem Berieselungsturm von 1/1 (10 gal/1000 cf.) angenommen wird.
Im Ergebnis ist das einzige nicht-gasförmige Material, das
aus dem Verfahren ausgetragen wird, das in der Trockensammelvorrichtung
oder dem Verdampfungskühler aufgefangene, d. h. ein trockener Feststoff mit wesentlich kleinerem Volumen
als dem des Berieselungsturm-Reinigungsstroms.
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Claims (7)
1. Verfahren zum Reinigen heisser Gasströme von unerwünschten
Bestandteilen, dadurch gekennzeichnet, dass man
(a) einen heissen Gasstrom, der teilchenförmige Stoffe und gasförmige, saure oder basische Bestandteile
enthält, in einen Verdampfungskühler leitet, in welchem das Gas auf eine Temperatur oberhalb des
Taupunktes abgekühlt wird;
(b) den abgekühlten Gasstrom in eine Sammelvorrichtung leitet, in welcher trockene teilchenförmige Stoffe
aus dem Gasstrom entfernt werden;
(c) den Gasstrom aus dem Schritt (b) in einen Berieselungsturm leitet, in welchem der Strom zum Absorbieren
der sauren oder basischen Bestandteile aus dem Strom mit einer Auswaschlösung in-.Berührung gebracht
wird;
(d) den ausgewaschenen Gasstrom aus dem Berieselungsturm entfernt;
(e) den pH-Wert der Auswaschlösung durch Zugabe von genügend viel salzbildendem chemischem Material, um
mit den absorbierten, sauren oder basischen Bestandteilen in der Lösung ein Salz zu bilden, einstellt;
und
(f) die eingestellte, das gebildete Salz enthaltende Auswaschlösung nach dem Verdampfungskühler hin leitet,
wo es mit dem heissen Gasstrom vereinigt und erhitzt wird und 'ein Teil des Salzes nachfolgend als Feststoff
in der Sammelvorrichtung des Schrittes (b) aufgefangen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man das salzbildende chemische Material der Auswaschlösung
in dem Berieselungsturm zusetzt.
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IC.6105 . 2U8413
/A.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
der· heisse Gasstrom SOp enthält und man den ausgewaschenen Gasstrom aus dem Schritt (c) unter Entfernung des
behandelt.
4. Verfahren zum Reinigen heisser Gasströme von unterwünschten Bestandteilen, dadurch gekennzeichnet, dass man
(a) einen heissen Gasstrom, der teilchenförmige Stoffe
und gasförmige, saure Bestandteile enthält, in einen Verdampfungskühler leitet, in welchem das Gas
auf eine Temperatur oberhalb des Taupunktes abgekühlt wird;
(b) den gekühlten Gasstrom in eine Sammelvorrichtung
leitet, 'in welcher trockene teilchenförmige Stoffe aus dem Gasstrom entfernt werden;
(c) den Gasstrom aus dem Schrift (b) in einen Berieselungsturm
leitet, in welchem.der Strom zur Absorption wasserlöslicher, saurer Bestandteile aus dem Strom
mit einer wässrigen Auswaschlösung in Berührung gebracht wird;
(d) den ausgewaschenen Gasstrom aus dem Berieselungsturm entfernt;
(e) den pH-Wert der Auswaschlösung, durch Zugabe von
genügend viel salzbildendem chemischem Material, um aus dem absorbierten, sauren Bestandteil in-.der'
Lösung ein wasserlösliches Salz zu bilden,, einstellt; und
(f) die eingestellte, das gebildete wasserlösliche Salz enthaltende Auswaschlösung nach dem Verdampfungskühler
hin leitet, wo sie mit dem heissen, sauren Gasstrom vereinigt und erhitzt wird, wobei ein Teil
des Salzes nachfolgend als Feststoff in der Sammelvorrichtung des Schrittes (b) aufgefangen wird.
5· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
das heisse Gas wasserunlösliche, gasförmige Bestandteile
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IC-6103 2 4 4 8 4 Ί
•Λ
enthält und man den ausgewaschenen Gasstrom aus dem Schritt (c) unter Entfernung dieser Bestandteile behandelt.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die wasserunlöslichen, gasförmigen Bestandteile C^ oder
sind.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man eine wässrige Auswaschlösung verwendet.
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ORIGINAL INSPECTED
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