DD264859A1 - Verfahren zur abscheidung von schadgasen - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Abscheidung von Schadgasen aus staubbeladenen Gasstroemen an partikelfoermigen Adsorbenzien im Staubkuchen von filternden Abscheidern, wobei den im Abgasstrom enthaltenen Staub- bzw. Additivteilchen vor ihrer Abscheidung im filternden Abscheider durch Koronaaufladung unipolare elektrische Ladungen aufgepraegt werden, so dass ein Staubkuchen mit hoher Volumenporositaet und grosser spezifischer Oberflaeche sowie geringem Druckverlust entsteht.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Das Verfahren zur Abscheidung von Schadgasen kann in allen industriellen Bereichen angewendet werden, bei denen gasförmige Schadstoffe und gleichzeitig staubförmige Verunreinigungen mittels filternder Abscheider aus dem Gasstrom entfernt werden müssen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen '

j Zur Abscheidung von Schadgasen aus industriellen Abgasen wird eine Reihe physikalischer oder physikalisch-chemischer

j Prozesse genutzt.

Nasse Verfahren beruhen auf der Absorption bzw. Chemosorption von Gasen in einer Waschflüssigkeit. Dieoe Verfahren erfordern in der Regel einen hohen apparativen Aufwand, aufgrund der erforderlichen Regenerierung bzw. Nachbehandlung der Waschflüssigkeiten bzw. der Rückstandsschlämme. Der Waschprozeß ^sst mit einer starken Abkühlung des Gases verbunden, so ι daß in vielen Fällen eine energetisch sehr aufwendige Wiederaufheizung des Abgasstromes erforderlich ist.

Bei den bekannten !ialbtrockenen Verfahren zur Abscheidung von Schadgasen geht die Chomosorption in der in feine Tröpfchen dispergieren Absorptionssuspension mit der Trocknung der Tröpfchen einher. Die trockenen Reaktionsprodukte werden, oftmals zusammen mit prozeßbedingt anfallenden Flugstäuben, in einem nachgeschalteten En*' '^'iber aus dem Gasstrom ;

entfernt. Aufgrund der relativ kurzen Verweilzeit der Abtorbensmaterialien im Reaktionsapparat bleibt deren chemischer _;

Umsetzungsgrad jedoch unzureichend, so daß sich eine partielle Rezirkulation eines Gemisches aus Reaktionsprodukten und unverbrauchten Additiven erforderlich macht (DE-OS 3429221). Erfolgt vor der Schadgasentfernung keine Staubabscheidung, so enthalt das abgeschiedene Staubgemisch außeidem beträchtliche Anteile an Rugstäuben, die, aufgrund ihrer oftmals ι

abrasiven Eigenschaften, erhebliche Schwierigkeiten bei der Behandlung von unter Zugabe dieser Staubgemische hergestellten > Additivsuspensionen bereitet. In jedem Falle steigt durch die Rezirkulation die Belastung der nachgeschalteten Entstaubungsanlage. Auch eine Nachadsorption nicht umgesetzter Additivteilchen an nachgeschalteten Gewebefilt&rn kann die : geschilderten Nachteile nicht beseitigen, da hier nur mit einem Umsetzungsgrad von etwa 30% zu rechnen ist -

(DE-AS 2331156).

Trockene Verfahren zur Beseitigung νοη Schadgasen aus industriellen Abgasen beruhen auf der Adsorption dieser Gase an festen Oberflächen. Die Verwendung von Adsobenzien beispielsweise bzw. die Nutzung von Molsieben unterschiedlicher '

Struktur, vorzugsweise in Apparaten mit Fest- und Fließbett, sind seit langem bekannt (DE-OS 2556388; DF-PS 2732204; j

DE-PS 3344571). Diese Verfahren versagen jedoch, wenn sich zusätzlich feste Partikel im Gasstrom befinden. Eine zusätzliche '

vorgeschaltete Staubabscheidung ist dann erforderlich. Auch macht sich eine zyklische Regenerierung der Adsorptionsmittel ;

notwendig, wodurch sich die Anlagengröße beträchtlich erhöht. !

Weiterhin sind Lösungen bekannt, bei denen das Adsorptionsvermögon des im Prozeß ohnehin ant jüenden Staubes oder/und : des zusätzlich in den Prozeß eingebrachten Adsorptionsmittels ausgenutzt werden soll (DE-PS 3227553; DE-OS 3429332; j

: DE-OS 3511759). Schwierigkeiten treten dabei insbesondere durch geringe Verweilzeiten, schlechte Dispergierung des j

Adsorptionsmittels und irch veränderte chemisch-physikalische Staubeigenschaften bei der nachfolgenden ι

! Staubabscheidung auf. Die am Feststoff adrorbierte Schadstoffmenge ist u. a. abhängig von der gesamten Oborfläche des '

' Feststoffes im Gas-Staub-System. Wegen der sehr hohen spezifischen Oberfläche von Feinstäuben wird der mit Additiven _:

beladene Gasstrom mitunter durch Vorrichtungen zur Verfeinerung der Additivteilchen, wie z. B. Kugelmühlen, geleitet j

(DE-PS 2908003). Der Nachteil dieses Verfahrens besteht in einem hohen zusätzlichen apparativen und energetischen Aufwand. ι Die auf diese Weise oder vor der Additivzugabe in den Gasstrom erzeugten Feinstäube bereiten außerdem Schwierigkeiten in nachfolgenden Staubabscheidern. j

Die Kombination einer gleichzeitigen Abscheidung von Staub und Adsorption gasförmiger Bestandteile am Staubfilterkuchen j eines Gewebeabscheiders, der aus dem prozeßbedingt im Abgas enthaltenen Staub und ggf. aus zusätzlich eingegeben Additiven besteht, ist eine technisch sinnvolle Lösung (UE-AS 2331156; US-PS, 3505008; US-PS-3589863). Hierbei treten jedoch

ernstzunehmende Mängel auf: Die Filterschichtdicke des Staubkuchens wird begrenzt durch den für die Anlage zulässigen maximalen Druckverlust für einen geforderten Gasvolumenstrom. Dadurch werden nur kurze Verweilzeiten des Gases im Filterkuchen erreicht. Weiterhin bietet die dünne Filterschicht für die Gasadsorption keine ausreichende Oberfläche. Zur Erhöhung der Kontaktzeit werden daher häufig zusätzliche Kontaktierungsoinrichtungen in den Gasstrom eingebracht (DE-AS 2321881; DE-AS 2539500; DE-OS 2729298). Diese Maßnahmen erfordern jedoch einen erhöhten anlagentechnischen Aufwand und sind oftmals mit unerwünschten Flugstaubablagerungen und folglich mit einer Verringerung der technologischen Verfügbarkeit der Anlagen verbunden.

Eine Vielzahl von Erfindungen beschäftigt sieh mit Möglichkeiten zur Erhöhung der Kontaktzeit zwischen Staub- bzw. Additivteilchen und Abgas durch mehrfache Kreislaufführung der Feststoffteilchen evtl. nach vorheriger mechanischer Aufbereitung, z.B. durch Mahlung oder Klassierung (DD-PS 215244; DD-PS 239949; DE-AS 2327020; DE-OS 3428502; DE-OS 3526857; US-PS 3933978). Dies erhöht jedoch die Staubkonzentration, wodurch, insbesondere bei sehr feinen Stäuben bzw. Adsorptionsmitteln, der Druckverlust des filternden Staubabscheiders unzulässig ansteigt. Der hohe Betriebsdruckverlust erfordert hohe Abreinigungsfrequenzen, welche wiederum zu überproportional großem Filterverschleiß führen.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, die Adsorption von Schadgaskomponenten aus staubbeladenen technischen Abgasen an den Partikeln J. des Staubkuchens von filternden Abscheidern zu intensivieren.

Darlegung des Wesens der Erfindung Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine solche Struktur des Staubkuchens von filternden Staubabscheidern zu schaffen, ]

die eine innige Kontaktierung der im Staubkuchen enthaltenen reaktionsfähigen Feststoffteilchen mit dem hindurchströmenden '

Abgas ermöglicht. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß den im Abgasstrom enthaltenen Staub- bzw. Additivteilchen vor ihrer Abscheidung in einem filternden Abscheider durch Koronaaufladung unipolare elektrische Ladungen uufgeprägt werden. Die Aufladung der Feststoffteilchen sollte in möglichst geringer Entfernung vom Filterelement erfolgen, um Ladungsverluste der Teilchen, z. B. durch Wandberührung, zu vermeiden. Die gegenseitige Abstoßung der unipolar elektrisch geladenen Partikeln wirkt den Bindungskräften zwischen ihnen, die im Staubkuchen wirksam werden (vor allem Van-der-Waals-Krätte und Flüssigkeitsbrückenbindungon) entgegen, so daß sich die

mittleren Abstände zwischen den Partikeln im Staubkuchen vergrößern und die Bildung kompakter Agglomerate verhindertwird. Dies hat eine Erhöhung der Volumenporosität des Staubkuchens und somit eine beträchtliche Vergrößerung seinerzugänglichen spezifischen Oberfläche zur Folge, d. h. die Oberflächen der als Adsorbens geeigneten Feststoffteilchen werden fürdie Gasmoleküle leichter zugänglich. Gleichzeitig erhöht sich, bei gleicher Feststoffbeladung des Filtermaterials, die Dicke des

Staubkuchens und somit die Verweilzeit des in durchströmenden Gases in der Adsorbensschicht. Dio durch die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens bewirkte Auflockerung des Staubkuchens geht weiterhin mit

einer beträchtlichen Absenkung des Druckverlustes über den Staubkuchen einher. Bei gleichem mittleren Druckverlust kann :

folglich die Abreinigungsfrequenz der Filterelemente verringert werden. Neben der Erhöhung der Lebensdauer des

Filiergewebes wird dadurch die Verweilzoit der als Adsorbens wirksamen Feststoffteilchen im Staubkuchen und somit deren Kontaktzeit mit dem Abgas erhöht. Die aufgezeigten Effekte führen zu einer Verbesserung der stofflichen Ausnutzung der Adsorbenzien, so daß eine sonst

notwendige Kreislaufführung unvollständig umge jetzter Adsorbensmaterialien entfallen oder zumindest bedeutend reduziertwerden kann. Damit wird es auch möglich, bei gleichem Druckverlust über dem Abscheider zusätzliche Additive in den

Abgasstrom vor dem Abscheider einzugeben und somit oine weitere Erhöhung der Schadgaseinbindung zu erzielen. Das Vorfahren verlangt als zusätzliche technischen Einrichtungen lediglich eine Koronaentladungsstrecke, die z. B. in den Abgaskenal unmittelbar vor dem filternden Abscheider oder direkt in den Abscheider unkompliziert eingebaut werden kann,

sowie Einrichtungen zur Hochspannungserzeugung und -regelung. Dafür können die sonst notwendigen, viel aufwendigeren

Einrichtungen zur Aufbereitung und/oder zur Rezirkulation der Feststoffe sowie zusätzliche Kontaktierungselnrichtungen

entfallen. Wie z. B. aus dem Betrieb von elektrischen Gasreinigungsanlagen bekannt ist, sind auch die energetischen

Aufwendungen für die Koronaentladung relativ gering. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich sowohl als autarkes Gasreinigungsverfahren, bietet sich aber auch zur Nachrüstung bereits vorhandener filternder Staubabscheider, z. B. hinter trocken oder halbtrocken arbeitenden Anlagen zur Schadgasentfernung, zum Zwecke einer Intensivierung der Arbeitswelse des Gasreinigungssyetems an. Ausführungsbeispiel 1 '< Eine vorteilhafte Anwendungsmöglichkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens bestem in seinem Einsatz zur Nachadsorption

von Schwefeldioxid beim halbtrockenen Rauchgasentschwofelungsverfahren. In einer Variante dieses

Entschwefelungsverfahrens wird das mit Flugasche aus dem Verbrennungsprozeß fossiler, fester Brennstoffe beladena Rauchgas durch einen Absorber geleitet, in dem ein inniger Kontakt mit einer wäßrigen, Kalkhydratteilchen enthaltenden Absorbenssuspension durch deren Versprühung in feine Tröpfchen, die während des Absorptionsprozesses vollständig

trocknen, realisiert wird.

Aufgrund der relativ kurzen Kontaktzeit im Absorber bleibt der Stoffumsatz des Kalkhydrats unvollständig. Der nunmehr mit Flugasche und festen Reaktionsprodukten sowie mit unreagierten Kalkhydratteilchen beladene Rauchgasstrom gelengt in einen

filternden Staubabscheider, in dem, unmittelbar vor der Abscheidung der Feststoffteilchen auf den Filterelementen, deren ^.

unipolare elektrische Aufladung durch Koronaentladung erfolgt.

Der nun gebildete, hochporöse Staubkuchen gewährleistet bei den für den Betrieb der Entstaubungsanlage üblichen ί

Betriebsverhältnissen eine nahezu vollständige Umsetzung sowohl der noch nicht trshortzrm Kalkhydratteilchen als auch reaktionsfähiger basischer Bestandteile der Flugasche mit den im Rauchgas verbliebenen SO₂-Molekulen. Die sonst übliche Rezierkulation eines Teils des abgeschiedenen Staubgemisches, d.h. dessen erneuter Einsatz in der Adsorbenssuspension, der, aufgrund der hoch abrasiven Eigenschaften der Flugascheteilchen, zu starken Verschleißerscheinungen an Förder- und Versprüheinrichtungen führt, kann entfallen.

Ausführungsbeispiel 2

Eine weitere vorteilhafte Anwendungsmöglichkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht in der Kombination mit trockenen Rauchgasentschwefelungsvorfahrer., wie der Rauchgasentschwefelung in der stationären Wirbelschichtfeuerung.

Bei diesem Verfahren wird dem in der Verbrennungs- und Trägerluft dispergierten festen Brennstoff feinkörniges Kalkhydrat zugegeben.

Wegen dor unvollständigen Umsetzung dieses Additivs mit SO₂ muß eine mehrfache Kreislaufführung des Gomisches aus Flugasche, Reaktionsprodukten und unverbrauchten Additiven, jeweils nach der Abscheidung dieser Feststoffteilchen aus dem Rauchgas, z.B. in filternden Abscheidern, realisiert werden

Bei der Anwondung des erfindungsgemäßen Verfahrens in dan ohnehin vorhandenen filternden Entstaubern wirken diese als zweite Entschwefelungsstufo. Folglich kann die Rückführung des Staubgemisches in den Verbrennungsraum erheblich reduziert werden, wodurch sich auch die Masse des in der Wirbelschicht zu haltenden körnigen Gutes sowie die Staubkonzentration im Abgasstrom vor der Entstaubungsanlage beträchtlich vermindern.

Mit der Reduzierung der Feststoffströme können sowohl die Anlagengröße bei gleicher Leistung als auch der Energieaufwand zu deren Betrieb, z. B. für die Bereitstellung der Trägerluft zur Aufrechterhaltung der Wirbelschicht, merklich reduziert werden.

Claims (5)

J Patentansprüche:
1. ' 1. Verfahren r.ur Abscheidung von Schadgasen ous staubbeladenen Abpasströmen an den Partikeln

   ' des Staubkuchens filternder Staubabscheider, gekennzeichnet dadurch, daß den im Abgasstrom

   ι enthaltenen partikelförmigen Adsorbenzien vor ihrer Abscheidung im filternden Abscheider durch

   ^: Koronaaufladung unipolare elektrische Ladungen aufgeprägt werden.
2. ! 2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Koronaaufladung der

   partikelförmigen Adsorbenzien in der Abgasleitung unmittelbar vo· dem filternden Abscheider
   oder im Abscheider selbst, in geringer Entfernung vor den Filterelementen, erfolgt.
3. 3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß als Adsorbenzien
   prozeßbedingt anfallende Stäube und/oder zusätzlich dem Abgasstrom zugeführte Additive
   Verwendung finden.
4. 4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß das Verfahren als autarkes
   Gasreinigungsverfahren oder in Verbindung mit anderen Verfahren zur Beseitigung gasförmiger
   Schadstoffe eingesetzt wird.
5. 5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß der
   Durchschnittsdruckverlust über den Entstauber bei den sonst üblichen Werten gehalten wird.