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WO1990015657A1 - Verfahren zur abscheidung von polyzyklischen kohlenwasserstoffen und schwermetallen aus abgasen - Google Patents

Verfahren zur abscheidung von polyzyklischen kohlenwasserstoffen und schwermetallen aus abgasen Download PDF

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WO1990015657A1
WO1990015657A1 PCT/EP1990/000921 EP9000921W WO9015657A1 WO 1990015657 A1 WO1990015657 A1 WO 1990015657A1 EP 9000921 W EP9000921 W EP 9000921W WO 9015657 A1 WO9015657 A1 WO 9015657A1
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polycyclic hydrocarbons
gases
adsorbent
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Mehdi Haji-Javad
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ABB Flaekt AB
Flaekt AB
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    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation 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
    • B01D53/02—Separation 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 by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23J—REMOVAL OR TREATMENT OF COMBUSTION PRODUCTS OR COMBUSTION RESIDUES; FLUES 
    • F23J15/00—Arrangements of devices for treating smoke or fumes
    • F23J15/006—Layout of treatment plant
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23J—REMOVAL OR TREATMENT OF COMBUSTION PRODUCTS OR COMBUSTION RESIDUES; FLUES 
    • F23J2215/00—Preventing emissions
    • F23J2215/30—Halogen; Compounds thereof
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23J—REMOVAL OR TREATMENT OF COMBUSTION PRODUCTS OR COMBUSTION RESIDUES; FLUES 
    • F23J2219/00—Treatment devices
    • F23J2219/30—Sorption devices using carbon, e.g. coke

Definitions

  • the polycyclic hydrocarbons e.g. Halogenated dibenzodioxins and dibenzofurans (PCDD and PCDF) or polychlorinated benzenes and phenols, as well as locks all (e.g. Hg, Cd) can emit with the exhaust gases from the combustion plants, especially from waste and hazardous waste incineration plants.
  • PCDD and PCDF Halogenated dibenzodioxins and dibenzofurans
  • PCDF polychlorinated benzenes and phenols
  • locks all e.g. Hg, Cd
  • the polycyclic hydrocarbons which are extremely harmful to health (carcinogenic), can arise during combustion through complex recombination reactions from organic and inorganic compounds. These connections can only be separated to a limited extent in downstream cleaning systems (with the dust in the electrostatic filter or in the exhaust gas washing system). Some heavy metals (Hg, Cd), which are also harmful to health, can emit from the exhaust gas cleaning system in part in the gaseous state or as fine dust and aerosols at the existing exhaust gas temperatures.
  • Hg, Cd heavy metals
  • Figures 1 and 2 are examples of the invented process in connection with a conventional exhaust gas cleaning system behind one
  • Waste incineration consisting of an electrostatic filter for dust separation, a two-stage wash for
  • Heavy metals are separated with the fly ash.
  • Aerosols that leave the E-filter, accumulate or are partly in a gaseous state cannot be removed to a large extent in the E-filter.
  • the exhaust gases are passed through a heat exchanger to a two-stage scrubber, whereby the cooling to approx. 60 - 70 ° C and the use of absorbents (NaOH; Ca (OH) 2) the acidic exhaust gas components (HCI, HF, SOx) and further heavy metal fractions are deposited.
  • absorbents NaOH; Ca (OH) 2
  • HCI, HF, SOx acidic exhaust gas components
  • further heavy metal fractions are deposited.
  • the remaining hydrocarbons and heavy metals leave the washing plant as fine rods, aerosols or gases and, if no additional measures are provided, will be emitted from the chimney with the exhaust gases.
  • the emissions of these pollutants are to be combined
  • Adsorption filtering processes can be prevented.
  • the exhaust gas after washing is heated in a heat exchanger to approx. 70 to 150 ° C and mixed intensively in a reactor with finely divided powdery adsorbent.
  • the reactor can e.g. consist of a circulating fluidized bed, through which a large contact area between exhaust gas and adsorbent can be realized.
  • the polycyclic hydrocarbons and the heavy metals are already partially attached to the adsorbent.
  • the exhaust gas from the reactor is fed to a downstream fabric filter, where the adsorbent separates from the filter bags to form a filter cake. Since the exhaust gas is forced to flow through the filter cake, an extensive adsorptive separation of the remaining polycyclic hydrocarbons and the heavy metals takes place simultaneously with the dedusting.
  • All selectively acting substances e.g. Activated carbon, hydrated lime, molecular sieves and sodium sulfite with a high specific surface area can be used.
  • the branched off portion can be sent to the incineration plant for disposal, where the bound organic compounds thermally decompose and the heavy metals are released again and ultimately separated in the downstream systems (e-filter and exhaust gas scrubbing).
  • the method can be used either after the exhaust gas scrubbing or after the SCR system (catalytic NOx reduction using ammonia) directly in front of the chimney.
  • ammonia residues and possible ammonium salts NH4HS04, (NH4) 2S04
  • NH4HS04, (NH4) 2S04 ammonium salts
  • the invented process is characterized by a high degree of flexibility and adaptability to the respective operating conditions.
  • the adsorption process and plant operation can be optimized by the following measures:

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Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Feinreinigung von Schadstoffen aus den Abgasen von Abfallverbrennungsanlagen. Gemäßder Erfindung werden die in einer Abgasreinigungsanlage von Staub, sauren Gasen, (HCl,HF, SOx), Schwermetallen und NOx vorgereinigten Abgase durch ein kombiniertes Adsorption-Filtrations-Verfahren von den restlichen polyzyklischen Kohlenwasserstoffen (z.B. Dioxine und Furane) und Schwermetallen (z.B. Hg, Cd) befreit. Dafür werden die ca. 70 bis 160°C heißen Abgase in einem Reaktor (C4) mit geeigneten Adsorptionsmitteln (z.B. Aktivkohle, Molekularsiebe oder Kalkhydrat) vermischt und anschließend durch einen Gewebefilter (F2) geführt. Im Reaktor und anschließend am Filterkuchen auf dem Gewebefilter erfolgt die Einbindung der Schadstoffe an das Adsorptionsmittel.

Description

Verfahren zur Abscheidunα. von polvzvklischen Kohlenwasserstoffen und Schwermetallen aus Abαasen
Die polyzyklischen Kohlenwasserstoffe, z.B. halogenierte Dibenzodioxine und Dibenzofurane (PCDD und PCDF) oder polychlorierte Benzole und Phenole, sowie Schwerrne alle (z.B. Hg, Cd) können mit den Abgasen der Feuerungsanlagen, besonders von Müll- und Sondermüllverbrennungsanlagen, emittieren.
Die polyzyklischen Kohlenwasserstoffe, die stark gesundheitsschädigend wirken (krebserregend), können bei der Verbrennung durch komplexe Rekombinationsreaktionen aus organischen und anorganischen Verbindungen entstehen. Diese Verbindungen können nur begrenzt in nachgeschalteten Reinigungsanlagen (mit dem Flugstaub in Elektrofilter oder in der Abgaswaschanlage) abgeschieden werden. Auch einige Schwermetalle (Hg, Cd), die ebenfalls gesundheitsschädigend sind, können bei den vorliegenden Abgastemperaturen zum Teil im gasförmigen Zustand oder als Feinstäube und Aerosole aus der Abgasreinigungsanlage emittieren.
Durch diese Erfindung können alle konventionell anwendbaren Abgasreinigungsverfahren hinsichtlich der Abscheidung von gesundheitsschädigenden organischen Verbindungen und Schwermetallen optimiert werden. In den Bildern 1 und 2 sind beispielhaft das erfundende Verfahren in Verbindung mit einer konventionellen Abgasreinigungsanlage hinter einer
Müllverbrennung, bestehend aus einem Elektrofilter zur Staubabscheidung, einer zweistufigen W sche zur
Abscheidung von sauren Gasen (HCI, HF, SOx) und einer
SCR-Anlage zur NOx-Reduzierung, dargestellt. Die aus der Verbrennungsanlage kommenden Abgase werden mit ca. 200 - 350°C zwecks Staubabscheidung zuerst zu einem Elektrofilter geführt. Abhängig von der
Auslegung des E-Filters und der Eigenschaften des
Abgases und des Staubs können hohe
Staubabscheidegrade bzw. sehr niedrige
3 Staubkonzentrationen (ca. 50 - 30 mg/m , i.N.) erreicht werden. Hierbei kann gleichzeitig ein hoher
Anteil der polyzyklischen Kohlenwasserstoffe und
Schwermetalle mit der Flugasche abgeschieden werden.
Da diese Stoffe sich aber zum Teil an Feinstäube und
Aerosolen, die den E-Filter verlassen, anlagern oder zum Teil in gasförmigem Zustand befinden, ist ihre weitgehende Entfernung im E-Filter nicht möglich.
Nach der Entεtaubung werden die Abgase über einen Wärmetauscher zu einem zweistufigen Wäscher geführt, wodurch die Abkühlung auf ca. 60 - 70°C und den Einsatz von Absorptionsmitteln (NaOH; Ca(OH)2) die sauren Abgasbestandteile (HCI, HF, SOx) und weitere Schwermetallanteile abgeschieden werden. Die verbleibenden Kohlenwasserstoffe und Schwermetalle verlassen die Waschanlage als Feinstäbe, Aerosole oder Gase und werden, wenn keine zusätzlichen Maßnahmen vorgesehen, mit den Abgasen aus dem Schornstein emittieren. Erfindungsgemäß sollen die Emissionen dieser Schadstoffe durch ein kombiniertes
Adsorptions-Filterations-Verfahren verhindert werden. Für diesen Zweck wird das Abgas nach der Wäsche in einem Wäremtauscher auf ca. 70 bis 150°C aufgeheizt und in einem Reaktor mit feinverteilten pulverförmigen Adsorptionsmittel intensiv vermischt. Der Reaktor kann z.B. aus einer zirkulierenden Wirbelschicht bestehen, durch die eine große Berührungsfläche zwischen Abgas und Adsorptionsmittel realisiert werden kann. Hier erfolgt bereits eine Teilanlagerung der polyzyklischen Kohlenwasserstoffe und der Schwermetalle an das Adsorptionsmittel. Das Abgas aus dem Reaktor wird zu einem nachgeschalteten Gewebefilter geführt, wo sich das Adsorptionsmittel unter Bildung eines Filterkuchens an den Filterschläuchen abscheidet. Da das Abgas zwangsweise durch den Filterkuchen strömen muß, findet hier gleichzeitig mit der Entstaubung eine weitgehende adsorptive Abscheidung der restlichen polyzyklischen Kohlenwasserstoffe und der Schwermetalle statt.
Als Adsorptionsmittel können alle selektiv wirkenden Stoffe, z.B. Aktivkohle, Kalkhydrat, Molekularsiebe und Natriumsulfit, mit einer hohen spezifischen Oberfläche zum Einsatz kommen.
Durch die Rückführung des im Gewebefilter abgeschiedenen Adsorptionsmittels zum Reaktor wird eine hohe Staubkonzentration (ca. 5000 bis 50.000 mg/m 3 i.N.) und folglich ein hoher Kontakt zwischen Adsorptionsmittel und Abgas hergestellt. Je nach betrieblichen Erfordernissen wird zur
Ausschleusung von adsorbierten Schadstoffen ein kleiner Anteil der rückgeführten Menge durch frisches Additiv ersetzt. Die abgezweigte Teilmenge kann für die Entsorgung zur Verbrennungsanlage geführt werden, wo die gebundenen organischen Verbindungen thermisch zersetzt und die Schwermetalle wieder freigesetzt und letztlich in den nachgeschalteten Anlagen (E-Filter und Abgaswäsche) abgeschieden werden.
Wie aus den Bildern 1 und 2 hervorgeht, kann das Verfahren entweder nach der Abgaswäsche oder nach der SCR-Anlage (katalytische NOx-Reduktion mittels Ammoniak) direkt vor dem Schornstein zur Anwendung kommen. Für letztgenannten Fall können aus der SCR-Anlage stammende Ammoniakreste und mögliche Ammoniumsalze (NH4HS04, (NH4)2S04) ebenfalls mit abgeschieden werden.
Das erfundene Verfahren zeichnet sich durch eine hohe Flexibilität und Anpassungsf higkeit an die jeweiligen Betriebsverhältnisse aus. Je nach Anwendungsfall und vorliegenen Randbedingungen können Adsorptionsvorgang und Anlagenbetrieb durch folgende Maßnahmen optimiert werden:
Optimierung durch den Einsatz von verschiedenen selektiv wirkenden Adsorptionsmitteln in beliebigen Mengenverhälntissen (z.B. 20 % Aktivkohle und 80 % Kalkhydrat),
Optimierung durch die Anpassung des Abgas/Adsorptionsmittel-Kontakts durch die Regelung der vom Gewebefilter zurückgeführten Feststoffmengen, Optimierung durch die Anpassung des Verhältnisses von frischem zugeführtem Adsorptionsmittel,
Optimierung durch die Anpassung der Dicke des Filterkuchens durch entsprechende Regelung der Abreinigungszeiten des Gewebefilters,
Optimierung durch die Einstellung der Betriebstemperatur in einem relativ weiten Bereich von ca. 70 bis 160°C.

Claims

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Absscheidung von gesundheitsschädigenden polyzyklischen Kohlenwasserstoffen (z.B. Dioxine und Furane) und Schwermetallen aus den Abgasen von
Äbfallverbrennungsanlagen (z.B. Müll- und Sondermüllverbrennung), dadurch gekennzeichnet, daß die von Staub, HCI, HF, SOx, NOx und Schwermetallen vorgereinigten Abgase durch Adsorption/Filtration im Temperaturbereich von 70 - 160°C von den restlichen polyzyklischen Kohlenwasserstoffen und Schwermetallen befreit werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgereinigten Abgase zuerst in einem Reaktor (C 4) mit feinverteilten Adsorptionsmitteln vermischt werden und anschließend zu einem filternden Abscheider
(F 2) geführt werden, wo auf dem Filtergewebe ein Adsorptionsmittelkuchen erzeugt wird, den die Abgase durchströmen müssen, daß bei der Durchströmung des Filterkuchens eine weitgehende adsorptive Abscheidung von polyzyklischen Kohlenwasserstoffen und Schwermetallen stattfindet.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhänigkeit von den örtlichen Randbedingungen die Abscheideleistung des Verfahrens durch Art, Menge und Zusammensetzung des Adsorptionsmittels, Abgas/Additiv-Mengenverhältnis, Dicke des Filterkuchens und Reaktionstemperatur optimiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Adsorptionsmittel Stoffe mit einer hohen Selektivität (z.B. Aktivkohle, Molekularsiebe, Natriumsulfid, Kalkhydrat) in unterschiedlichen Mengenverhältnissen eingesetzt werden können, daß zur Minimierung des Adsorptionsmittelverbrauchs und der anfallenden Reststoffmengen, das im Filter abgeschiedene Adsorptionsmittelgemisch im Kreislauf geführt und nur wegen der Ausschleusung der adsorbierten Schadstoffe geringfügig durch frisches Additiv ersetzt wird, daß die vom Rezirkulationskreislauf ausgeschleuste Teilmenge zur thermischen Zersetzung von polyzyklischen Kohlenwasserstoffen zu der Verbrennungsanlage geführt wird.
PCT/EP1990/000921 1989-06-12 1990-06-12 Verfahren zur abscheidung von polyzyklischen kohlenwasserstoffen und schwermetallen aus abgasen Ceased WO1990015657A1 (de)

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