DE4037618A1 - Verfahren zur schadstoffbeseitigung aus abgasen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Schadstoffbeseitigung in Abgasen nach dem an sich bekannten Prinzip der Gaswäsche.

Es ist bekannt und somit freier Stand der Technik, Abgase gleich welcher Herkunft, mit einem Waschmedium, vorzugsweise Wasser, zu reinigen. Zur Erzeugung einer möglichst großen Oberfläche des Waschmediums, die mit den Abgasen kontaktiert, werden Düsen in großer Anzahl in einem Absorptionsbehälter angeordnet, die das Waschmedium in fein verteilter Form versprühen.

Die Arbeitsrichtung dieser Düsen ist sowohl in Richtung des Abgasstromes nach dem Venturisystem als auch entgegen dem Abgasstrom vorgesehen.

Weiterhin ist es bekannt, dem Waschmedium Stoffe zuzusetzen, die eine hohe Affinität zu den in den Abgasen enthaltenen Stoffen besitzen.

Bekannt ist es auch, dieses Waschmedium im Kreislauf zu fahren und kontinuierlich den Sättigungsgrad über pH- Wertmessung zu kontrollieren. Ist der Sättigungsgrad erreicht, erfolgt eine Erneuerung des Waschmediums.

Dieser vorstehende Sachverhalt ist verstreut in der IPK B01D/53/34 aufzufinden. In der DD-PS 2 63 923 wird ein Venturiwäscher vorgeschlagen, der als Waschmedium Kalkmilch verwendet, um aus Al-Gießereien stammende Abgase zu reinigen. Dieses Verfahren ist energetisch sehr aufwendig, verbunden mit einem hohen Wasserverbrauch. Die Venturiwäscher erfordern für die notwendigen Pumpen hohe Anschlußwerte und damit hohe Anlagenkosten. Der Absorptionsgrad ist, kinetisch bedingt, relativ gering. Die MEK-Werte (gemäß Bundesemissionsschutzgesetzes - TA-Luft) können mit hinreichender Sicherheit nicht erreicht werden.

Da Venturidüsen mit hoher Geschwindigkeit arbeiten, erfolgt ein Rückstau der im Gleichstrom eintretenden Gase im Bereich der Venturieinschnürung vor der Düse. Die Verweilzeit des Gasgemisches und des Waschmediums in der Absorptionskolonne und damit der Wirkungsgrad sind gering. Hierin liegen unter anderem die Gründe, warum dieses Prinzip nicht praxiswirksam geworden ist.

Aus vorstehenden Sachverhalten ergibt sich die Problemstellung, mit geringem Aufwand an Energie, Kosten und Waschmedien, Abgase von festen, flüssigen und gasförmigen unerwünschten Bestandteilen, mit einem hohen Wirkungsgrad zu reinigen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst, indem insbesondere heiße Abgase, beispielsweise aus Al-Gießereien, in einen Temperaturabsenkvorabsorber geleitet werden, der im Inneren Düsen aufweist, die das Waschmedium, in der Regel Wasser mit Zusätzen, die zu den unerwünschten Gasbestandteilen eine hohe Affinität besitzen, im Winkel von 90° gegen die Achsrichtung des Gasstromes in feinstverteilter Form sprühen.

Es gehört auch zur Erfindung, daß hinter dem Temperaturabsenkvorabsorber ein oder mehrere Sprühabsorptionskolonnen mit der gleichen Düsenanordnung und Arbeitsrichtung vorhanden sind, der Temperaturabsenkvorabsorber und die Sprühabsorptionskolonnen unter einem Winkel liegend, oberhalb von Pufferbehältern angeordnet sind, so daß das belastete Waschmedium durch Gravitation in die Pufferbehälter gelangt und die gereinigten Abgase das System mit einem Absorptionsgrad von 99,5% verlassen.

Zur Erfindung gehört weiterhin, daß das Waschmedium, vorzugsweise Kalkmilch, mit einem pH-Wert von 11 aus den Pufferbehältern so lange im Kreislauf gefahren wird, bis ein pH-Wert von 4 erreicht wird und durch den Wechsel des Waschmediums vom basischen in den sauren Bereich ein Selbstreinigungseffekt der Sprühdüsen erreicht wird.

Auch zur Erfindung gehört, daß das bis an die Wirksamkeitsgrenze belastete Waschmedium in Neutralisationsbehältern mit H₂SO₄ und angemaischter Heizhausflugasche versetzt und auf Filterwannen gegeben wird und in flüssige und feste Phase getrennt, und die flüssige Phase in den Kreislauf zurückgeführt wird.

Letztlich gehört zur Erfindung, daß die Kalkmilch in Ansetzbehälter angemaischt und in wechselweise fahrbare Zwischenbehälter gepumpt wird, so daß bei Erneuerung des Waschmediums für die Sprühabsorptionskolonnen sowie den Temperaturabsenkvorabscheider sofort neue unbeladene Kalkmilch zur Verfügung steht.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll beispielhaft an einer Abgasreinigung bei Al-Gießereien beschrieben werden.

Die zu reinigenden Gase aus dem Gießereibetrieb gelangen mittels Radialventilatoren über einen Abluftkanal in den Tempera­ turabsenkvorabsorptionsbehälter. Die Eintrittstemperatur beträgt hierbei etwa 55°C. Im Temperaturabsenkvorabsorber erfolgt eine Temperaturabsenkung der Abluft auf etwa 20-25°C und eine Vorabsorption der enthaltenen Schadstoffe. Danach gelangt die Abluft über Glasrohrleitungen in die Sprühabsorptionskolonnen. Durch das Versprühen von Kalkmilch mit einer Konzentration von 20 kg/m³ erfolgt eine nahezu vollständige Absorption der Schadstoffe aus der Abluft. Die beladene Kalkmilch aus dem Temperaturabsenkvorabsorber, der unter einem Winkel liegend oberhalb der Pufferbehälter angeordnet ist, gelangt über Verbindungsleitungen in die Pufferbehälter. Die in den Sprühabsorptionskolonnen versprühte Kalkmilch gelangt über eine Gefällesammelleitung ebenfalls in die Pufferbehälter.

Die Pufferbehälter sind mit Füllstandsanzeigern und Betriebs- pH-Meter ausgerüstet. Die Kalkmilch wird bis zum pH-Wert 4 zwischen Temperaturabsenkvorabsorber/Sprühabsorptionskolonnen und Pufferbehälter im Kreislauf gefahren und anschließend in die Neutralisationsbehälter gepumpt.

Nach den Sprühabsorptionskolonnen verläßt das gereinigte Abgas mit einer Abluftkonzentration von 4,9 mg/m³ Chlor bei einem versuchsmäßig ermittelten Luftdurchsatz von V_L=100 l/h die Anlage über eine Abluftleitung DN 400, die 3 m über Dach installiert wird. Bei einem Belastungsverhältnis V_F (Flüssigkeitsvolumen) zu V_L (Luftvolumen) von 5-10^-3 . . . 2.10^-2 tritt auf Grund der Momentanreaktion:

2Ca(OH)₂ + 2Cl₂ ⇄ CaCl₂ + Ca(OCl)₂ + 2H₂O

ein Abscheidegrad von 99,5 ein.

Ausgehend von der relativ hohen Eingangskonzentration an Chlor, durchschnittlich C=29,1 g/m³, während eines Versuches, wurde diese Aussage bestätigt.

Die aus den Pufferbehältern in die Neutralisationsbehälter gepumpte beladene Kalkmilch wird neutralisiert. Dazu wird in einem Dosierbehälter Heizhausflugasche mit Wasser angesetzt und sehr gut vermischt.

Anschließend wird diese Suspension in den Neutralisationsbehälter gepumpt und die Kalkmilch auf einen pH-Wert von 8 . . . 9 eingestellt.

Durch Einleitung von Druckluft wurde eine gute Durchmischung erreicht. Danach erfolgt über Vorlage und Dosierpumpe die Neutralisationsreaktion mit H₂SO₄ zum pH-Wert 6,5.

Nach erfolgter Neutralisation läßt man die Suspension absetzen. Es bilden sich eine flüssige Phase und eine feste Phase. Im Versuch wurde ermittelt, daß die Klarwasserphase eine Calziumkonzentration von 2,43 g/l^-1 aufweist.

Deshalb kann diese Phase über Zwischenbehälter, in denen die Kalkanreicherung stattfindet, als Absorptionsmittel wieder zugeführt werden.

Die im Neutralisationsbehälter verbliebene Schlammphase wird durch Einleitung von Druckluft aufgewirbelt und anschließend über Sumpfpumpen auf die Filter gegeben.

Der Filtrationsprozeß erfolgt ohne zusätzliche Triebkräfte im Schwerefeld.

Wie der Versuch zeigte, kann auch das Filtrat über die Zwischenbehälter und Kalkanreicherung dem Absorptionsprozeß wieder zugeführt werden.

Als Abprodukt fällt somit nur durch Filtration entwässerter Schlamm in stichfester Form an, der zusammen mit der auf dem Filter befindlichen Heizhausflugasche deponiert werden kann.

Die Zwischenbehälter werden je mit 4 m³ Wasser aus dem Neutralisationsbehälter oder mit Frischwasser gefüllt. Parallel dazu wird ein Ansatzbehälter mit 1 m³ Wasser gefüllt. Danach erfolgt der Zusatz von 60 kg Baukalk (Ca(OH)₂). Vor der Anmaischung werden Pumpen eingeschaltet und das Wasser im Kreislauf gefahren. Nach etwa 10 min wird die Suspension in einen der Zwischenbehälter gefördert. Eine Homogenisierung wird während des Betreibens der Absorptionsanlage erreicht. Deshalb sollte die Anlage vor Beginn 5-10 min im Leerlauf gefahren werden. Beim Anmaischen ist darauf zu achten, daß sich der Kalk im Wasser vollständig löst, da ansonsten die Sprühdüsen verstopfen.

Zur Absorption der Schadstoffe aus den Abgasen werden diese über die Abluftleitung in den Temperaturabsenkvorabsorber und von dort in die Sprühabsorptionskolonnen geleitet. Dazu werden Pumpen eingeschaltet, die die Absorptionsflüssigkeit vom Zwischenbehälter in die Sprührohre der Temperaturabsenkvorabsorber und der Sprühabsorptionskolonnen drücken.

Die beladene Absorptionsflüssigkeit wird dann vom Temperaturabsenkvorabsorber über Gefälleleitung in die Pufferbehälter gefördert. Diese sind mit einem Betriebs-pH-Meter gekoppelt, so daß die Absorptionsflüssigkeit bis zum pH=4 im Kreislauf gefahren werden kann.

Beim Erreichen dieses Wertes erfolgt über die eingebauten Schieber eine Umschaltung. Dazu werden Pumpen eingeschaltet und die Absorptionsflüssigkeit in einen der Neutralisationsbehälter gepumpt. Gleichzeitig wird über Pumpen die unbeladene Absorptionsflüssigkeit von einem der Zwischenbehälter in die Sprührohre der Sprühabsorptionskolonnen bzw. Temperaturabsenkvorabsorber gedrückt.

Die in den Neutralisationsbehälter gepumpte Absorptionsflüssigkeit wird über den Dosierbehälter mit Heizhausflugasche versetzt. Dazu wird eine Menge Heizhausflugasche, die während des Probebetriebes zu bestimmen ist, mit etwa 1-1,5 m³ Wasser angemaischt, 10 min im Kreislauf gefahren und anschließend über Pumpen in den Neutralisationsbehälter gepumpt. Es wird soviel Heizhausflugasche hinzugegeben, bis sich ein pH-Wert von 8 . . . 9 einstellt. In dieser Zeit ist zur besseren Durchmischung Druckluft einzuleiten. Nach Einstellung des benötigten pH-Wertes erfolgt die Neutralisation mit 10%iger H₂SO₄ über Dosierpumpen.

Es ist soviel Schwefelsäure zuzugeben, bis sich ein pH- Wert von 6,5 einstellt. Die jeweiligen pH-Werte sind dazu am pH-Meter abzulesen. Während der Einstellung des pH=6,5 erfolgt die Fällungsreaktion zu CaSO₄ und Al₂(SO₄)₃. Da es sich hierbei um eine Zeitreaktion handelt, sind etwa 50 min dafür vorzusehen.

Es ist darauf zu achten, daß die Füllung der Neutralisationsbehälter und Zwischenbehälter 5 m³ nicht übersteigt. Während der Neutralisation ist ebenfalls über eine Düse Druckluft einzublasen, um die Suspension gut zu durchmischen. Nach der Neutralisation wird die Suspension sedimentiert. Nach der Sedimentation (Sedimentationszeit ist während des Probebetriebes festzulegen) wird die Klarflüssigkeit über Pumpen in den Zwischenbehälter gepumpt. Das im Neutralisationsbehälter verbliebene Wasser/Schlammgemisch wird über Pumpen auf die Filter gegeben.

Der Filter ist so gestaltet, daß auf den Siebboden eine Lage Filterpapier gelegt und darauf Sand gleichmäßig verteilt wird. Darauf kommt als strombrechende Schicht, die einer Zerstörung der Sandschicht entgegenmischt, ein Siebboden mit einer Maschenweite von 0,5 mm.

Danach erfolgt die Förderung des beladenen Kreislaufwassers (Kalkmilch) aus dem Neutralisationsbehälter über Pumpen in die Filterkästen. An jeder oberhalb und vor den Filtern angebrachten Zuleitung ist ein Ventil (oder Schieber) mit Gummischlauch angebracht, der in den Filterkasten gelegt wird. Nach Öffnung des Ventils wird bis zu einer Füllhöhe von 0,2 m der Gummischlauch leicht bewegt. Danach werden die nächsten 2 Filter in gleicher Weise gefüllt.

Ist die Flüssigkeit durch den Filterkuchen durchgelaufen und eventuell der Kuchen ausgetropft, ist der Filtrationsprozeß beendet. Es erfolgt eine Restentleerung in den Neutralisationsbehälter und die Entsorgung der Filterkästen.

Claims (5)

1. Verfahren zur Schadstoffbeseitigung aus Abgasen, gekennzeichnet dadurch, daß insbesondere heiße Abgase, beispielsweise aus Al-Gießereien, in einen Temperaturabsenkvorabsorber geleitet werden, der im Inneren Düsen aufweist, die das Waschmedium, in der Regel Wasser mit Zusätzen, die zu den unerwünschten Gasbestandteilen eine hohe Affinität besitzen, im Winkel von 90° gegen die Achsrichtung des Gasstromes in feinstverteilter Form sprühen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß hinter dem Temperaturabsenkvorabsorber ein oder mehrere Sprühabsorptionskolonnen mit der gleichen Düsenanordnung und Arbeitsrichtung vorhanden sind, der Temperaturabsenkvorabsorber und die Sprühabsorptionskolonnen unter einem Winkel liegend, oberhalb von Pufferbehältern angeordnet sind, so daß das belastete Waschmedium durch Gravitation in die Pufferbehälter gelangt und die gereinigten Abgase das System mit einem Absorptionsgrad von 99,5% verlassen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß das Waschmedium, vorzugsweise Kalkmilch, mit einem pH-Wert von 11 aus den Pufferbehältern so lange im Kreislauf gefahren wird, bis ein pH-Wert von 4 erreicht wird und durch den sauren Wechsel des Waschmediums vom basischen in den sauren Bereich ein Selbstreinigungseffekt der Sprühdüsen erreicht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1-3, gekennzeichnet dadurch, daß das bis an die Wirksamkeitsgrenze belastete Waschmedium in Neutralisationsbehältern mit H₂SO₄ und angemaischter Heizhausflugasche versetzt und auf Filterwannen gegeben wird und in flüssige und feste Phase getrennt, und die flüssige Phase in den Kreislauf zurückgeführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1-4, gekennzeichnet dadurch, daß die Kalkmilch in Ansetzbehälter angemaischt und in wechselweise fahrbare Zwischenbehälter gepumpt wird, so daß bei Erneuerung des Waschmediums für die Sprühabsorptionskolonnen sowie den Temperaturabsenkvorabscheider sofort neue unbeladene Kalkmilch zur Verfügung steht.