DE4304192A1

DE4304192A1 - Verfahren zum Auswaschen der sauren Gaskomponenten aus Rauchgasen durch Absorption

Info

Publication number: DE4304192A1
Application number: DE19934304192
Authority: DE
Inventors: Thomas Dr Lederer
Original assignee: GG Noell GmbH
Current assignee: GG Noell GmbH
Priority date: 1993-02-12
Filing date: 1993-02-12
Publication date: 1994-08-18

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auswaschen von sauren Gaskomponenten aus Rauchgasen, insbesondere von Abgasen aus Müll- und Sondermüllverbrennungsanlagen durch Absorption mit dem Ziel der Rohsäurengewinnung.

Neben SO₂ und NO_x spielen bei der Reinigung von Rauchgasen auch alle sauren Gaskomponenten, wie z. B. HCl und HF, eine große Rolle, insbesondere dann, wenn die Rauchgase aus einer Müllverbrennungsanlage stammen. Je nach Zusammensetzung des zur Verbrennung gelangten Mülls kann der HCl-Gehalt des Abgases sogar mehr als 10 g/m³ betragen. Solch hohe HCl-Gehalte bedürfen in der Regel einer besonderen Behandlung in Rauchgasreinigungsanlagen. Dies geschieht heutzutage vor allem dadurch, daß der SO₂-Reinigungsstufe eine HCl-Abscheidung vorgeschaltet wird. Die HCl-Abscheidung erfolgt hierbei oft simultan mit einer Quenchung des Rauchgases, wobei meist schon alkalische Chemikalien zugesetzt werden. Weiterhin wird bei dieser Quenchung auch ein großer Teil des im Abgas verbliebenen Reststaubes abgeschieden.

Die bei diesem Abscheideprozeß gewonnene, meist noch salzsaure Lösung bzw. Suspension, enthält im allgemeinen den größten Teil der im Rauchgas enthaltenen Schwermetalle. Meist wird diese salzsaure Lösung bzw. Suspension einer Abwasserbehandlung zugeführt. Durch Zugabe von Alkali bzw. Erdalkalicarbonaten oder -hydroxiden erfolgt eine Neutralisation und Ausfällung der Schwermetalle. Nach Filtration der Suspension wird in der Regel das Filtrat einem Vorfluter zugeleitet oder eingedampft und der Rückstand einer Deponie zugeführt. Bei der Einleitung in einen Vorfluter enthält das Abwasser meist noch größere Mengen löslicher Salze sowie gewisse Restgehalte an Schwermetallen.

Sofern man aus diesen Rückständen verwertbare Salze, wie Kochsalz oder Calciumchlorid, gewinnen will, muß im allgemeinen eine aufwendige und effektive Abwasseraufbereitung der Eindampfung vorgeschaltet sein und unter Umständen die während des Eindampfens ausfallende Kristallmasse ein- bis mehrfach umkristallisiert werden, was mit entsprechend hohem apparativen und energetischen Aufwand verbunden ist und trotzdem im allgemeinen noch nicht die von der Praxis geforderten Reinheitsgrade für die Salze sicherstellt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Abscheidung der sauren Gaskomponenten der Abgase so zu gestalten, daß hieraus mit einfachen Mitteln, kostengünstig und energetisch sinnvoll wiederverwertbare Rohsäuren gewonnen werden können. Das erfindungsgemäße Verfahren geht dabei von solchen Verfahren aus, bei denen die sauren Gasbestandteile in einer Quencheinrichtung durch Abkühlung auf Kühlgrenztemperatur aus den Abgasen herausgelöst werden. Ein solches Verfahren ist aus der DE-OS 39 12 563 bekannt.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß in mindestens einer Reinigungsstufe durch eine Kühleinrichtung die Kühlgrenztemperatur der Rauchgase unterschritten wird, wobei ein Teil des in der Quenchstufe verdampften Kühlwassers auf der Oberfläche des Kühlkörpers als ablaufender Flüssigkeitsfilm auskondensiert und die sauren Gasbestandteile von dem auskondensierten Wasser aus den Rauchgasen durch intensive Verwirbelung ausgewaschen werden und bei Erreichen der gewünschten Rohsäurekonzentration beladene Waschflüssigkeit aus dem Prozeß ausgeschleust wird. Alle bisher bekannten Verfahren erfordern den Einsatz von zusätzlich zur Verdampfungskühlflüssigkeit permanent im Kreislauf geführten Waschlösungen, mit allen für diesen Anwendungszweck benötigten Zusatzaggregaten, wie z. B. großen Vorlagebehältern für die Waschflüssigkeiten, Umwälzpumpen, MSR-Technik usw. Durch das erfindungsgemäße Verfahren können der benötigte Apparatepark und der Energiebedarf entscheidend vermindert werden, da auf die Zuführung zusätzlicher Waschlösungen gänzlich verzichtet werden kann. Die benötigte Waschflüssigkeit wird in vorteilhafter Weise durch Auskondensation aus dem wasserdampfgesättigten Rauchgas, welches in der in jedem Fall erforderlichen Kühlstufe entsteht, erzeugt. Das wasserdampfgesättigte Rauchgas tritt mit Kühlgrenztemperatur in die erste Waschstufe ein. An den Kühlflächen des dortigen Kühlkörpers wird das Gas um einige Grad Celsius unter die Kühlgrenztemperatur unterkühlt. Dadurch wird das Rauchgas übersättigt an Wasserdampf und Kondensation von Wasser aus dem Rauchgas führt zur Ausbildung eines ablaufenden Wasserfilmes an den Kühlflächen des Kühlers. Hierbei werden die sauren Bestandteile des Gases bis maximal zur Gleichgewichtseinstellung in der Flüssigkeit mit ausgewaschen und angereichert.

Der Kühlkörper der Kühlvorrichtung kann in vorteilhafter Weise so gestaltet werden, daß zusätzlich eine gute Durchmischung von auskondensiertem Wasser und Gas einen guten Stoffübergang von der Gasphase in die Flüssigkeit gewährleistet.

Nach einem bevorzugten Merkmal der Erfindung werden als Kühleinrichtungen zur Auskondensation der Waschflüssigkeit Plattenwärmetauscher, Rohrbündelwärmetauscher oder ähnliche Einrichtungen eingesetzt.

Weiter vorteilhaft ist der Einbau eines Tropfenabscheiders in einem senkrechten Rohrstück zwischen den einzelnen Reinigungsstufen, um einen Flüssigkeitsmitriß in die jeweils folgende Stufe zu verhindern.

Die Waschprozesse in einer oder mehreren anschließenden Stufen erfolgen analog hierzu.

Zur Auskondensation der Waschflüssigkeit wird nach einem weiteren bevorzugten Merkmal der Erfindung Wasser als Kühlflüssigkeit eingesetzt.

Ein weiteres bevorzugtes Merkmal der Erfindung ist die Zugabe der entnommenen Waschflüssigkeit einer Stufe als Zugabemenge zu der vorhergehenden Stufe. Dies kann über einen zwischengeschalteten Pufferbehälter erfolgen, kann jedoch auch bei Regelung in direkter Weise geschehen. Die am höchsten konzentrierte Waschflüssigkeit der ersten Waschstufe wird für eine separate Reinigung und Aufkonzentrierung in einem Sammelbehälter aufgefangen und aufbewahrt. Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. Die Zeichnung zeigt in Fig. 1 ein Verfahrensfließbild. Die darin genannten Bezugszeichen haben dabei folgende Bedeutung:

Bezugszeichenliste

1 Rohgaszuführung
2 Quenchflüssigkeitskreislauf
3 Verdampfungswasserzuführung
4 Kühlflüssigkeitsablauf Stufe I
5 Kühlflüssigkeitszulauf Stufe I
6 Kühlflüssigkeitsablauf Stufe II
7 Kühlflüssigkeitszulauf Stufe II
8 Reingasabführung
9 Kondensat-Waschflüssigkeitssammelboden Stufe I
10 Waschflüssigkeitsablauf Stufe I
11 Kondensat-Waschflüssigkeitssammelboden Stufe II
12 Waschflüssigkeitsablauf Stufe II
13 Notkühlwasserzuführung
14 Tropfenabscheider
15 Feststoff- und Salzausschleusung

Die Fig. 2 bis 4 zeigen unterschiedliche Ansichten der verwendeten Kühleinrichtung. Die dort verwendeten Bezugszeichen bedeuten:

Bezugszeichenliste

1 Kühlflüssigkeitseintritt
2 Kühlflüssigkeitsaustritt
3 Kühlflächen
4 Tropfenabscheider und Flüssigkeitsverteiler.

Zum Anwendungsfeld dieses Verfahrens gehört die Gewinnung einer Rohsalzsäure aus Rauchgasen, z. B. bei einer Müll- oder Sondermüllverbrennungsanlage, wobei diese Rohsalzsäure dann in einem daran anschließenden Verfahren zu einer technischen Salzsäure (Konzentration ca. 32 Gew.%, Reinheit nach DIN) für industrielle Anwendungszwecke umgewandelt werden und somit als Recyklat Wiederverwendung finden kann. Eine typische Rauchgaszusammensetzung einer Hausmüllanlage kann wie folgt aussehen:

N₂: ca. 78 Vol.%
CO₂ : ca. 11 Vol.%
O₂: ca. 11 Vol.%
HF: ca. 10-50 mg/m³ i.N.tr.
HCl: ca. 1500 mg/m³ i.N.tr.
SO₂: ca. 100- 500 mg/m³ i.N.tr.
NO_x: ca. 100-500 mg/m³ i.N.tr.

zusätzlich wechselnde Gehalte an Wasserdampf sowie Flugstaub mit Schwermetallen, Schwermetallsalzen sowie unverbrannten organischen Verbindungen.

Die Abgase mit einer HCl-Gasbeladung von 1500 mg/Nm³ werden nach einem Staubabscheider einem Quencher zugeführt, der mit Betriebs- und Restwässern betrieben wird. In dessen Quenchersumpfsammeln sich die noch nicht abgeschiedenen Feinstäube, die löslichen Schwermetalle und löslichen Schwermetallsalze an. In Abhängigkeit von der Salzkonzentration und der erreichbaren Kühlgrenztemperatur kann der Säuregehalt im Sumpf bei dem o. q. HCl-Gehalt im Gas bis zu 16 Gew.% HCl ansteigen. Ist das thermodynamische Gleichgewicht des Multikomponentengemisches Wasser/HCl/Metallsalze/Feststoffe erreicht, wird kein gasförmiges HCl mehr in der Quenchflüssigkeit aus dem Rauchgas aufgenommen. Bei Überschreiten eines bestimmten Feststoffgehaltes im Quenchersumpf, z. B. 250 g/l 20 Gew.%, der z. B. über eine Dichtemessung bestimmt werden kann, wird eine Teilmenge des Sumpfes ausgeschleust und in einer separaten Trocknungsanlage eingedampft. Der Feststoff kann dann entsorgt werden. Die HCl-haltigen Brüdendämpfe können entweder in den Rauchgasstrom vor Quencher zurückgegeben oder in eine separate Salzsäureaufbereitungsanlage eingebracht werden. Das abgekühlte HCl-beladene Rauchgas wird durch die erste Waschstufe geführt. In dieser Stufe wird die Kühlleistung derart eingestellt, daß auf den Oberflächen der Kühlelemente ein ablaufender Flüssigkeitsfilm entsteht. Die Kühlleistung muß in einer Weise eingeregelt werden, daß mit dem Kondensat aus der 2. Waschstufe ca. 20 l Waschflüssigkeitskondensat pro m³ Kühlvolumen und Zeiteinheit, z. B. in einer Stunde, als Absorptionsflüssigkeit zur Verfügung stehen. In der ersten Waschstufe wird durch HCl-Absorption eine Anreicherung des Waschkondensates auf z. B. 13 Gew. % bis 15 Gew. % durchgeführt. Das beladene Waschflüssigkeitskondensat fließt nach unten aus der 1. Waschstufe heraus und wird zur weiteren Aufarbeitung in einem Sammelbehälter aufgefangen.

In einer zweiten anschließenden Reinigungsstufe wird das hier gebildete Waschflüssigkeitskondensat von dem hier an HCl bereits stark abgereicherten Rauchgas nur z. B. bis 2 Gew. % beladen, bevor es am Fuß der Kühlstufe die Waschstufe verläßt. Das Kondensat der 2. Stufe wird zusätzlich zu dem in der 1. Stufe gebildeten Kondensat zugegeben. Hierdurch wird die erforderliche Kühlleistung in der 1. Stufe minimiert.

Claims

1. Verfahren zum Auswaschen von sauren Gaskomponenten aus Rauchgasen durch Absorption, wobei nach Abkühlung der Rauchgase auf Kühlgrenztemperatur durch eine Quencheinrichtung anschließend die Säurewäsche erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß

- in mindestens einer Reinigungsstufe durch eine Kühleinrichtung die Kühlgrenztemperatur der Rauchgase unterschritten wird, wobei ein Teil des in der Quenchstufe verdampften Kühlwassers auf der Oberfläche des Kühlkörpers als ablaufender Flüssigkeitsfilm auskondensiert wird;
- die sauren Gasbestandteile von dem auskondensierten Wasser aus den Rauchgasen durch intensive Verwirbelung ausgewaschen werden und bei Erreichen der gewünschten Rohsäurekonzentration beladene Waschflüssigkeit aus dem Prozeß ausgeschleust wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die entnommene Waschflüssigkeit einer Stufe als Zugabemenge der vorhergehenden Stufe eingesetzt wird.

3. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 2 dadurch gekennzeichnet, daß als Kühlflüssigkeit zur Auskondensation der Waschflüssigkeit Wasser eingesetzt wird.

4. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß als Kühleinrichtungen zur Auskondensation der Waschflüssigkeit Plattenwärmetauscher, Rohrbündelwärmetauscher oder ähnliche Einrichtungen eingesetzt werden.