DE19611119C2 - Verfahren zur Reinigung von heißen, staub- und teerhaltigen Abgasen - Google Patents

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.

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.

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.

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 139 948, DD-PS 132 977 sowie DD-PS 295 334). 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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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 10000 bis 20000 kg/h Öl im Kreis zu führen.

Die Ölverluste, die im Laufe der Zeit im Kreislauf auftreten können, sollten natürlich durch entsprechende Ölzudosierung ausgeglichen werden.

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.

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.

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.

Das nachfolgende Beispiel soll die Erfindung anhand der beiliegenden Abbildung erläutern.

Beispiel

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 ca. 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 64000 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).

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.

Claims (11)

1. Verfahren zur Reinigung von heißen, staub- und teerhaltigen Abgasen, welche insbesondere bei der technischen Herstellung von Calciumcarbid im Lichtbogenofen anfallen, dadurch gekennzeichnet, 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.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgase vor der Entstaubung 0,5 bis 5 g Staub pro kg Rohgas enthalten.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man Filterkerzen aus keramischen Fasern einsetzt.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterkerzen eine Filterfläche von ca. 10 bis 30 m² pro 1000 kg Rohgas aufweisen.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der anfallende Staub kontinuierlich über Schnecken aus den Filterkerzen ausgetragen wird.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterkerzen in regelmäßigen Abständen durch Anwendung von Druckstößen in Gegenrichtung des Gasstromes abgereinigt werden.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgase vor Eintritt in den Gaswäscher bzw. in das Elektrofilter einen Gehalt an Teerstoffen von 5 bis 100 g/kg Abgas aufweisen.

8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß man als Gaswäscher einen ölbetriebenen Strahlwäscher verwendet.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Öl bei der Strahlwäscher-Behandlung im Kreis geführt und die Teerphase kontinuierlich abgeschieden wird.

10. Verfahren nach den Ansprüchen 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß man den Strahlwäscher mit leichtem Heizöl mit einem spezifischen Gewicht von ca. 0,7 bis 0,8 g/ml betreibt.

11. Verfahren nach den Ansprüchen 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß für einen Gasdurchsatz von 1000 kg/h etwa 10000 bis 2000 kg/h Öl im Kreislauf geführt werden.