DE2920691A1 - Verfahren zum aufbereiten von schadstoffverbindungen - Google Patents

Description

• "Verfahren zum Aufbereiten von Schadstoffverbindungen"
• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbereiten von Schadstoffen, wie sie insbesondere bei der Kohleent- bzw.-vergasung, Brüden, Abwässern und Schlämmen anfallen.
• Bei vielen chemisch-technischen Prozessen entstehen neben den erwünschten Reaktionsprodukten aufgrund von Verunreinigungen der Ausgangsstoffe oder aus unvermeidbaren Nebenreaktionen Schadstoffe die den Verfahrensablauf stören oder bei Abgabe in die Atmosphäre, in Abwässer oder an Deponien zu einer erheblichen Umweltbelastung führen. So entsteht bei der Kohleent- bzw. -vergasung ein Gemisch mit den Hauptkomponenten CO, H2 CO2, H20 und N2 mit geringen Mengen HC1, HF und Schwefelverbindungen wie H2S, COS, CS2 sowie gasförmige Verbindungen wie NH3, HCN und NOx.
• Die vorerwähnten Stoffe dürfen wegen ihrer umweltbelastenden und teilweise giftigen Eigenschaften nicht unkontrolliert abgelassen sondern müssen in Reinigungsanlagen soweit möglich umgewandelt und als unschädliche Produkte abgeschieden werden.
• Ausgehend von der überlegung, daß mit Ausnahme der Elemente Chlor, Fluor und Schwefel und ihrer Verbindungen die die übrigen Schadstoffverbindungen bildenden Elemente ungiftig bzw.
• unschädlich sind, und es daher nur bei den erstgenannten Verunreinigungen nötig ist ehe möglichst restlose Abscheidung durchzuführen, während es bei den anderen Begleitkomponenten genügt, diese an ihrer Entstehung zu hindern, bzw. nach ihrer Entstehung in die ursprünglichen Bestandteile aufzuspalten, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei dem nur Chlor, Fluor und Schwefel entweder in elementarer Form oder als Verbindungen aus dem Prozess entfernt werden, während die anderen Schadstoffverbindungen innerhalb des Prozesses in ihre unschädlichen Elemente aufgespalten werden und/oder die neuerliche Entstehung der gleichen Schadstoffverbindungen verhindert wird, so daß eine stets gleichbleibende Konzentration dieser Komponenten vorhanden ist.
• Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß mindestens dio zu unschädlichen Elementen zersetzbaren Schadstoffe einem üblichen chemischen Prozess zugeführt oder repetiert und im Prozess thermisch gespalten werden. Die thermische Spaltung läuft dabei als Begleitreaktion eines normalen Herstellungsverfahrens ab und erfordert keine besonderen Anlagen. Besonders vorteilhaft läßt sich dieses Verfahren in einer Kohleent- bzw. -vergasungsanlage durchführen, wobei die zu spaltenden Schadstoffe in den Ent- bzw. Vergasungsreaktor zurückgeführt werden. Eine wenigstens einen Teil der zu spaltenden Schadstoffe enthaltene Waschflüssigkeit kann hierbei als Vergasungsmittel dienen. Eine andere vorteilhafte Möglichkeit besteht darin, in einer mit fossilen Brennstoffen betriebenen Kraftwerksanlage mit einer Rauchgasreinigung die zu spaltenden Schadstoffe in den Feuerraum zurückzuführen.
• Grundlage der Erfindung ist die überlegung, daß allen chemischtechnischen Prozessen durch Druck und Temperatur bestimmte Gleichgewichtsreaktionen zugrunde liegen, die aufgrund der Gleichgewichtskonstanten bei einer vorgegebenen Temperatur nur eine bestimmte Konzentration der Reaktionsprodukte zulassen. Wenn daher beispielsweise die während der Entgasung, Vergasung oder in der Gasreinigung anfallenden Abgase, Waschflüssigkeiten, Brüden, Stäube und Schlämme in den Prozess zurückgeführt werden, so zersetzen sich die repetierten Schadstoffverbindungen so lange, bis das jeweilige Reaktionsgleichgewicht herrscht, so daß trotz ständiger Schadstoffzufuhr die Gleichgewichtskonzntration nicht überschritten wird. Eine höhere Konzentration ist aufgrund der Gleichgewichtsgesetze nicht möglich.
• Als besonders vorteilhaft hat sich die erfindungsgemäße Rückführung der schadstoffhaltigen Medien in den Ent- bzw. Vergasungsreaktor einer Kohleent- bzw. -vergasungsanlage erwiesen, da im Reaktor sehr hohe Temperaturen herrschen und eine schnelle thermische Spaltung der Schadstoffverbindungen gewährleistet ist.
• Zwar müssen Chlor, Fluor und Schwefel elementar-oder in Form von Verbindungen besonders abgeschieden oder aufbereitet werden, da diese Elemente nicht weiter zersetzt werden können, so daß im Falle einer Rückführung dieser Stoffe- eine Aufkonzentrati-on innerhalb des Kreislaufes eintreten würde, die im Prozeß verbleiben können.
• Die Schadstoffe können aus demselben oder auch einem anderen Verfahren stammen und stören normalerweise den betreffenden chemisch-technischen Prozeß nicht, da die Konzentration der anfallenden Zersetzungsprodukte sehr gering ist.
• Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Blockdiagramms eines Ausführungsbeispiels des näheren erläutert.
• In dem Blockdiagramm sind schematisch die einzelnen Stufen einer Kohleent- bzw. -vergasungsanlage dargestellt. Derartige Kohleent-bzw. -vergasungsanlagen sind besonders dann vorteilhaft, wenn das jeweilige Produktgas chemisch weiterverarbeitet wird und die Vergasungsprodukte einschließlich des Kokses weitgehend frei von Schadstoffen sein sollen. Es hat sich gezeigt, daß das in einer Kohlevergasungs- bzw-entgasungsanlage gewonnene Gas und der Koks vorteilhafterweise in einem sogenannten Kombiprozeß zur Elektrizitätserzeugung verwendet werden, da ein solcher Prozeß den Wirkungsgrad der gesamten Anlage erhöht und eine erheblich geringere Schadstoffemission mit sich bringt.
• Einem Vergasungsreaktor 1 werden gemahlene Kohle sowie Luft, mit Sauerstoff angereichterte Luft oder auch reiner Sauerstoff mit Dampf zugeführt, um Kohle zu ver- bzw. entgasen. Das Vergasen bzw. Entgasen findet bei hohen Temperaturen statt, wobei die benötigte Wärme durch Teilverbrennung der zugeführten Kohle gewonnen wird. Der größte Teil der im Produktgas und dem Koks enthaltenen fühlbaren Wärme wird üher eine Abhitzeverwertung 2 abgeführt und zu Heizzwecken oder zur Dampferzeugung verwendet. Danach gelangen das Produktgas und der Koks in eine Gas/Koks-Trennanlage 3, von wo aus der Koks entweder einem nicht dargestellten Silo oder direkt einer Anlage zum Verwerten der Vergasungsprodukte zugeführt wird. Das Produktgas gelangt von der Gas/Koks-Trennanlage 3 zu einer Produktgasreinigung 4 und von dort ebenfalls zur Anlage 5 zum Verwerten der Vergasungsprodukte Diese Anlage kann, wie schon erwähnt, eine chemische Anlage zum Weiterverarbeiten des Produktgases sein oder aber aus einer Kraftwerksanlage zum Erzeugen von Elektrizität bestehen, in der das Produktgas als Energieträger einer Gasturbine zugeführt wird, während der Koks zum Beheizen einer herkömmlichen Dampfkesselanlage dient. Durch Zusammenschalten der Gasturbinenanlage und der Dampfkesselanlage ergibt sich der bereits erwähnte Kombiprozeß, der zu eher Steigerung des thermischen Wirkungsgrades der Kraftwerksanlage insgesamt führt.
• In der Produktgasreinigungsanlage 4 werden die Schwefel, Fluor und Chlor enthaltenden Schadstoffe elementar oder in Form von Verbindungen abgeschieden, um eine Aufkonzentration mit den elementaren Schadstoffen, Schwefel, Fluor und Chlor zu vermeiden. Die übrigen Schadstoffverbindungen werden in den Ver-bzw. Entgasungsreaktor 1 zurückgeführt und dort thermisch gespalten, wobei sich die repetierten Schadstoffverbindungen so lange zersetzen, bis das jeweilige Reaktionsgleichgewicht erreicht ist. Auf diese Weise wird trotz ständiger Schadstoffzufuhr durch die Vergasung bzw. Entgasung der Kohle die Gleichgewichtskonzentration nicht überschritten.
• Bei der Kohlever- bzw. -entgasung entsprechend dem dargestellten Schema entstehen die Schadstoffverbindungen NH3 und HCN. Diese werden repetiert, so daß sich beide Verbindungen bei der hohen, im Vergasungsreaktor 1 herrschenden Temperaturen unter Zuführung von Wärme nach folgendem vereinfachten System zersetzen: Selbstverständlich läuft gleichzeitig auch der umgekehrte Prozeß ab. Das heißt, aus Stickstoff und Wasserstoff entsteht NH3, während Wasserstoff 2 Stickstoff und Kohlenstoff HCN bilden.
• Aufgrund der im Ver- bzw. Entgasungsreaktor 1 herrschenden Gleichgewichtsbedingungen ist der Anteil dieser einzelnen gasförmigen Bestandteile stets konstant, so daß das überschüssige, von der Produktgasreinigungsanlage 4 zurückgeführte NH3 und HCN in der dargestellten Weise aufgespalten wird.
• Soweit in der Produktgasreinigungsanlage 4 sämtliche elementaren Schadstoffe abgeschieden sind, ist es auch möglich, die übrigen Schadstoffverbindungen der Anlage 5 zur Verwertung der Vergasungsprodukte zuzuführen, wenn dieser dafür aufnahmefähig ist.
• Dies ist zum Beispiel der Fall, wenn die Schadstoffverbindungen in den Feuerraum eines Dampfkessels einer mit dem Koks der Kohlever- bzw. -entgasungsanlage als Brennstoff betriebenen Krafterksanlage eingespeist werden.
• L e e r s e i t e

Claims (5)

1. Patentansprüche: 1. Verfahren zum Aufbereiten von Schadstoffverbindungen, insbesondere von bei der Kohlevergasung anfallenden Abgasen, Brüden, Abwässern und Schlämmen, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß die Schadstoffverbindungen einem chemischen Prozess zugeführt und dabei thermisch gespalten werden.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß die Schadstoffverbindungen repetiert werden.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß die Schadstoffverbindungen in den Ent- bzw. Vergasungsreaktor einer Kohleent- bzw.

   -vergasungsanlage eingespeist werden.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß eine wenigstens einen Teil der zu spaltenden Stoffe enthaltende Waschflüssigkeit als Vergasungsmittel im Ent- bzw. Vergasungsreaktor dient.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, da d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß Schadstoffverbindungen in den Feuerraum des Dampfkessels einer mit fossilen Brennstoffen betriebenen Kraftwerksanlage eingespeist werden.