DE69304608T2 - Filtrierung von Gasen - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Filtern von Gasen zur Abtrennung von in einem Strom des ungefilterten Gases mitgeschleppten Verunreinigungen. Bei den unerwünschten Verunreinigungen kann es sich um teilchenförmiges Material, z.B. Staub, oder gasförmige Komponenten handeln.
• Rauchgase aus, zum Beispiel, industriellen Fabrikationsvorgängen, Kesseln und Müliverbrennungsöfen enthalten verschiedenartige unerwünschte Verunreinigungen wie Staub und Ruß, Chlorwasserstoff, Schwefeloxide, Schwermetalle und andere schädliche und toxische Substanzen. Zum Filtern dieser Kaminemissionen und zur Verringerung ihrer schädlichen Inhaltsstoffe vor der Abgabe in die Atmosphäre sind schon viele Systeme vorgeschlagen worden. Die früher vorgeschlagenen Filtrationsanlagen stützen sich weitgehend auf eines von zwei grundlegenden Verfahren, d.h. die elektrostatische Abscheidung von mitgerissenen Teilchen oder die Filtration durch ein Filtermittel, z.B. ein Filtertuch oder einen röhrenförmigen, hohlen "Kerzen"-Filtertyp. Bei der vorliegenden Erfindung geht es um das Filtermittelverfahren.
• Vorgeschlagen worden ist auch schon, unerwünschte gasförmige Komponenten aus einem Gasstrom durch Einblasen eines teilchenförmigen Reaktionsstoffmediums in den Gasstrom zu beseitigen, wodurch die unerwünschte gasförmige Komponente mit dem teilchenformigen Reaktionsstoffmaterial reagiert und das dabei gebildete teilchenförmige Produkt vom Gasstrom abgetrennt wird. Derartige, bisher vorgeschlagene Anlagen, die sich auf die Filtration des dabei gebildeten teuchenförmigen Produkts stützen, haben zu diesem Zweck bisher biegsame Tuchfilter vom Sacktyp eingesetzt. Diese können in mehreren Reihen angeordnet sein, und wenn die Reinigung der Filter zur Entfernung der abgeschiedenen, ausgefilterten teilchenförmigen Stoffe erforderlich ist, können die Sackreihen nacheinander mit Rückwärtsstößen von Reinluft unter Druck beaufschlagt werden. Dadurch wird eine rasche Ausdehnung und nachfolgende Zusammenziehung jedes Filtersacks bewirkt, wodurch das abgeschiedene teilchenförmige Material abgeschüttelt wird, das mittels verschiedener bekannter Einrichtungen gesammelt und ausgeschleust werden kann.
• Dieses soeben beschriebene System weist jedoch eine Reihe von Nachteilen auf.
• Erstens kann es durch die rasche Ausdehnung und Zusammenziehung des Sackfilters dazu kommen, daß ein Teil der abgeschiedenen teilchenförmigen Stoffe das Filter ganz durchtritt und in die als rein vorausgesetzte gefilterte Emission gelangt. Überdies tritt nach der Reinigung des Sackfilters von der angehäuften Ablagerung der nächste Teil des zu filternden Gasstroms dann unter minimalem weiteren Kontakt zwischen Gasstrom und teilchenförmigem Reaktionsstoff durch das Filter. Eine Reaktion zwischen unerwünschten Verunreinigungen und teilchenförmigen Reaktionsstoffen tritt daher ausschließlich im Gasstrom selbst auf und ist weniger wirksam als während der Betriebszeit nach Anhäufung von Ablagerungen auf dem Filter.
• Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, diese Nachteile zu mildern, und dadurch eine wirksamere Abtrennung von Verunreinigungen aus dem Gasstrom bereitzustellen.
• Aus EP-A-0242488 ist auch ein System zur Abtrennung unerwünschter Komponenten aus einem Gasstrom durch Einblasen eines teilchenförmigen Reaktionsstoffmediums in den Gasstrom zur Umsetzung mit der unerwünschten Komponente bekannt, bei dem es sich bei dem Filter um ein starres, poröses, aus z.B. Mullit oder hochreinem Aluminiumoxid geformtes keramisches Filter handelt, und bei dem für die Außenfläche des Filters eine Vorbeschichtung mit einem Reaktionshilfsstoff erforderlich ist, um ein Verstopfen des Filters zu verhindern.
• Bereitgestellt wird demgemäß durch die Erfindung eine Vorrichtung zur Abtrennung unerwünschter Verunreinigungen aus einem Gasstrom, mit einer mindestens ein starres poröses keramisches Filter beinhaltenden Filterstation, Einrichtungen zur Zufuhr des zu filternden Gasstroms zur Filterstation sowie Einrichtungen zur Einbringung von mit der Verunreinigung reagierenden teilchenförmigen Materialien in den Gasstrom, bevor dieser die Filterstation erreicht, wobei das starre poröse keramische Filter aus einer Keramikfasern, hochschmel zende teilchenförmige Werkstoffe sowie ein Bindemittel enthaltenden Zusammensetzung besteht.
• Mit "teilchenförmigem Medium, das mit der Verunreinigung reagiert" ist gemeint, daß das teilchenförmige Medium so beschaffen ist, daß es entweder chemisch oder physikalisch oder sowohl chemisch als auch physikalisch mit der Verunreinigung reagiert, so daß es zu einer Verbindung derselben miteinander kommt, wodurch mit dem Abfangen des reaktionsfreudigen teilchenförmigen Mediums auf der Oberfläche des Filters zugleich auch die Verunreinigung abgefangen wird.
• Beim erstmaligen Starten des Verfahrens, wenn saubere Filterelemente eingesetzt werden, wird es sich als ratsam erweisen, einen Strom von Reingas, z.B. Luft, in den reaktives, teilchenförmiges Medium eingetragen worden ist, durch die sauberen Filter zu leiten. Dadurch kann sich eine Schicht des teilchenförmigen Mediums auf der Oberfläche der Filter aufbauen. Sobald sich eine entsprechende Schicht aufgebaut hat, was für den Fachmann leicht festzustellen ist, kann der Reingasstrom durch den Verunreinigung enthaltenden Gasstrom ersetzt werden. Ein Eintragen von weiterem reaktiven teilchenförmigen Medium in den Gasstrom wird weitere Anhäufung von teilchenförmigem Material auf der Oberfläche des Filters bewirken und die Kontaktzeit zwischen dem Strom und dem teilchenförmigen Material stark erhöhen, wodurch die erwünschte Reaktion mit den Verunreinigungen erfolgen kann.
• Erreicht die Anhäufung von abgeschiedenem teilchenförmigen Material auf der Oberfläche der Filter eine gewisse Dicke, wiederum leicht durch den Fachmann festzustellen, so wird es notwendig, die Filteroberfläche zu reinigen, so daß der Durchtritt des gasförmigen Mediums weiterhin mit dem gewünschten Durchsatz erfolgen kann. Die Anhäufung von abgeschiedenem teilchenförmigen Material auf der Oberfläche des Filters bewirkt eine allmähliche Zunahme des Druckabfalls über das Filter. Ob eine Reinigung nötig ist, kann daher mittels dieser Druckabfallveränderung festgestellt werden, deren Überwachung auf jede günstige Weise erfolgen kann, sei es zeitweilig oder kontinuierlich. Eine Reinigung kann dann erfolgen, wenn der Druckabfall ein vorgegebenes Niveau erreicht, um den Druckabfall auf seinen niedrigeren Ausgangswert zurückzuführen.
• Wie bei den vorstehend erwähnten Sackfiltern kann die Reinigung günstig durch Beaufschlagung mit Rückwärtsstößen von Reingas, üblicherweise Luft, unter Druck erfolgen. Wiederum können, wie bereits erwähnt, die Filter reihenweise angeordnet sein und die Reihen nacheinander gereinigt werden, so daß es nicht nötig ist, den zu filternden Gasstrom zu unterbrechen, d.h. der Filterprozess kann während der Filterreinigung weitergehen. Jedoch ermöglicht es die erfindungsgemäße Auslegung, die mit der Reinigung von Sackfiltern verbundenen Nachteile zu vermeiden.
• Da die Filter starr sind, kommt es bei ihnen unter der Einwirkung des Rückwärtsstoßdrucks zu keiner Ausdehnung und Zusammenziehung, und abgeschiedene teilchenförmige Materialien treten daher nicht durch die Filter in den Strom von gefiltertem Gas. Überdies kann die Reinigung so durchgeführt werden, daß nur ein Teil der Dicke der abgeschiedenen Schicht aus teilchenförmigem Material entfernt wird. Gesteuert werden kann dies durch den eingesetzten Rückdruck, dessen Aufbaugeschwindigkeit und Dauer. Die Dicke der abgeschiedenen Schicht kann so auf eine gezielte gewünschte Dicke verringert werden, ohne daß damit die kontinuierliche Art des Gesamtprozesses beeinflußt wird und ohne eine schädliche Verringerung der wirksamen Gelegenheit zur Reaktion zwischen den Verunreinigungen im Gasstrom und dem reaktiven teilchenförmigen Medium auf der Filteroberfläche. Zum Beispiel kann mittels 100 bis 200 Millisekunden langer Beauf schlagung mit einem Rückdruck von zirka 6 bis 7 Bar nacheinander jede Reihe von Filterelementen gereinigt werden.
• Eine typische Filterstation könnte 36 starre Filterelemente oder "Kerzen" in sechs Reihen zu je sechs Kerzen aufweisen. Eine Reinigung der Kerzen kann dadurch erfolgen, daß jeweils eine Reihe von sechs Kerzen einer Rückwärtsstoßbehandlung unterzogen wird. Gegebenenfalls können aber auch viel größere Stationen, z.B. mit bis zu 200 oder mehr "Kerzen", eingesetzt werden.
• Dazu ist zu bemerken, daß die starren Filter infolge ihrer keramischen Natur im wesentlichen chemisch inert sind und sich daher ausgezeichnet für den Umgang mit sehr heißen und sehr korrosiven Gasströmen eignen. Beispielsweise ist es mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung möglich, sicher mit Chlorwasserstoff als Verunreinigung enthaltenden heißen Gasströmen umzugehen. Überdies kann das starre Filter bei Temperaturen selbst bis zu 900ºC arbeiten.
• Zur Abtrennung von Chlorwasserstoffgas aus einem Gasstrom kann zum Beispiel Kalk (CaO oder Ca(OH)&sub2;) in einer Größe unterhalb Maschenzahl 53 (300 Mikron) als reaktives teilchenförmiges Medium in den Gasstrom eingebracht werden. Durch Kalk kann Chlorwasserstoff auf brauchbare Weise bei Gasstromtemperaturen bis zu etwa 140 bis 150ºC abgetrennt werden, doch setzt man vorzugsweise, wenn er bei einer höheren Temperatur abgetrennt werden muß, als reaktives teilchenförmiges Medium Natriumbicarbonat ein. Natriumbicarbonat kann zur Abtrennung von Chlorwasserstoff bei Gasstromtemperaturen bis zu 300º bis 650ºC eingesetzt werden. Soll dagegen Schwefeldioxid abgetrennt werden, so ist der Einsatz von Kalk bei Gasstromtemperaturen bis zu etwa 400º bis 500ºC möglich. Zu bemerken ist dazu, daß anstatt der vorstehend angeführten auch andere alkalische Reaktionsstoffe verwendet werden können. Zur Abtrennung von Dioxinen und Gerüchen kann als reaktives teilchenförmiges Material Aktivkohle verwendet werden.
• Die bei der vorliegenden Erfindung eingesetzten keramischen Filter können aus jeder geeigneten Mischung von zur Erzielung der gewünschten Porosität und Gefügebeständigkeit miteinander verbundenen festen Keramikfasern und hochschmelzenden teilchenförmigen Materialien hergestellt sein, unter Berücksichtigung der Temperaturen und chemischen Beschaffenheiten der gasförmigen Ströme, denen sie während des Betriebs ausgesetzt sind. Die Keramikfasern sind vorzugsweise aus Aluminiumoxid, Aluminosilicat, Calciumsilicat oder Zirkoniumoxid. Bei den hochschmelzenden teilchenförmigen Werkstoffen handelt es sich vorzugsweise um Aluminiumoxid, Siliciumoxid, Mullit, Zirkoniumoxid oder Siliciumcarbid. Das Bindemittel ist vorzugsweise kolloidales Siliciumoxid und/oder kolloidales Aluminiumoxid.
• Hergestellt werden können die Filter zum Beispiel günstig durch Vakuumformung einer Aufschlämmung der gewünschten Bestandteile zur gewünschten Form.
• Lediglich beispielhaft sei die Erfindung nachstehend noch näher anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei:
• Figur 1 eine schematische Abbildung einer Einrichtung zur Durchführung der Erfindung ist,
• Figur 2 eine Seitenansicht der Anordnung von Filterrohren im Aufbau der Figur 1 darstellt; und
• Figur 3 eine Ansicht in Richtung des Pfeils A der Figur 2 darstellt, wobei einzelne Teile weggeschnitten sind.
• In Figur 1 beinhaltet eine Filter station 10 ein Gehäuse 11, in dem eine Reihe starrer Filterrohre 12 gehaltert ist. Die Filterrohre 12 sind so gehaltert, daß sie sich waagrecht erstrecken. Ein Einlaß 13 oben im Gehäuse 11 kann mit einer Quelle von verunreinigtem, zu reinigendem Gas (nicht dargestellt), z.B. aus einem Kamin, verbunden werden. Ein zweiter Einlaß 14 mündet in Einlaß 13. Einlaß 14 kann mit einer Quelle von teilchenförmigem Medium verbunden werden, das mit der von dem verunreinigten Gas abzutrennenden Verunreinigung reagieren kann.
• Gereinigtes Gas, d.h. Gas, das durch die poröse Wand eines der Filterrohre 12 getreten ist, verläßt die Filterstation durch Ausgang 15.
• Feste teilchenförmige Materialien 16 werden zusammen mit den von ihnen eingefangenen Verunreinigungen im Unterteil 17 des Gehäuses 11 abgelagert, wenn sie von den Außenwänden der Filterrohre 12 durch Rückwärtsstoßreinigung, wie unten nachstehend noch näher beschrieben, entfernt werden. Diese Ablagerungen können aus dem Gehäuse periodisch durch Ventil 18 und Auslaß 19 ausgeschleust werden.
• Die Halterung der Filterrohre 12 in der Filterstation ist in Figuren 2 und 3 noch näher dargestellt.
• Sechs Reihen zu je sechs Filterrohren 12 sind in einer senkrechten Hauptplatte 20 gehaltert. Das Auslaßende 21 jedes Rohrs weist einen erweiterten Schulterbereich 22 auf, der dichtend um das Loch in Platte 20 anliegt, durch welches sich das Rohr mittels einer Dichtung 23 erstreckt. Eine gelochte Klemmplatte 24 (Figur 2) wird dann über den offenen Enden der Rohre befestigt.
• Benachbart den geschlossenen Enden 25 der Rohre 12 werden die Rohre durch Halterungen 26 gestützt und behalten so ihre waagrechte Anordnung bei.
• Die Reinigung der Filterrohre 12 wird wie folgt durchgeführt. Der Druckunterschied zwischen der Einlaßseite 13 und der Auslaßseite 15 der Einheit wird bei 13A und 15A durch einen serienmäßigen Differenzdruckschalter 30 (Figur 1) überwacht. Wird ein vorgegebener Druckunterschied erreicht, was anzeigt, daß die Anhäufung von Ablagerungen an den Außenseiten der Rohre 12 einen Grad erreicht hat, bei dem eine Reinigung erforderlich ist, so wird der Ablaufsteuerkasten 31 zwecks sequentieller Rückwärtsstoßbeaufschlagung mit Reinluft der Reihe nach durch jede waagrechte Reihe von Filterrohren angesteuert. An eine Druckluftquelle 33 ist eine Sammelleitung 32 angeschlossen. Von der Sammelleitung 33 erstreckt sich eine Reihe von waagrechten Rohren 34, die sich jeweils über die Auslaßenden 21 einer waagrechten Reihe von Filterrohren 12 hinweg erstrecken. Bei jedem Rohr 34 ist eine Auslaßdüse 35 in jedes Filterrohr 12 in dessen Reihe von Rohren gerichtet. Jedes Rohr 34 ist über ein Steuerventil 36 an Sammelleitung 32 angeschlossen.
• Erreicht die Druckunterschiedmessung daher den vorgegebenen Wert, so löst der Ablaufsteuerkasten ein Öffnen jeweils eines der Steuerventile 36 aus, so daß Druckluft als Rückwärtsstoß nacheinander jeder Reihe von Rohren 12 zugeführt wird, bis jede Reihe einer Rückwärtsstoßbehandlung unterzogen worden ist. Eine Unterbrechung des kontinuierlichen Futrationsprozesses ist daher nicht notwendig.

Claims (10)

1. Vorrichtung zur Abtrennung unerwünschter Verunreinigungen aus einem Gasstrom, mit einer mindestens ein starres poröses keramisches Filter (12) beinhaltenden Filterstation (10), Einrichtungen zur Zufuhr des zu filternden Gasstroms zur Filterstation (10) sowie Einrichtungen zur Einbringung von mit der Verunreinigung reagierenden teilchenförmigen Materialien in den Gasstrom, bevor dieser die Filterstation erreicht, dadurch gekennzeichnet, daß das starre poröse keramische Filter (12) aus einer Keramikfasern, hochschmelzende teilchenförmige Werkstoffe sowie ein Bindemittel enthaltenden Zusammensetzung besteht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Keramikfasern aus Aluminiumoxid, Aluminosilicat, Calciumsilicat oder Zirkoniumoxid sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der es sich bei dem hochschmelzenden teilchenförmigen Werkstoff um Aluminiumoxid, Siliciumoxid, Mullit, Zirkoniumoxid oder Siliciumcarbid handelt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei der es sich bei dem Bindemittel um kolloidales Siliciumoxid und/oder kolloidales Aluminiumoxid handelt.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die Einrichtungen zur Lieferung eines Reingasstroms beinhaltet, in den reaktives teilchenförmiges Medium eingetragen worden ist, wodurch das Reingas dem Filter (12) zugeleitet werden kann, bevor der Verunreinigung enthaltende Gasstrom dem Filter zugeleitet wird.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die Einrichtungen (32, 33, 34, 35) zur Lieferung eines Rückwärtsstoßes von Reinluft unter Druck zur Reinigung des Filters (12) beinhaltet.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, die eine Einrichtung (30) zur Überwachung des Druckabfalls über das Filter (12) und zur Einschaltung der Reinigung, sobald der Druckabfall einen vorgegebenen Betrag erreicht, beinhaltet.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, bei der eine Beaufschlagung mit einem Rückwärtsstoß von 6 bis 7 Bar 100 bis 200 Millisekunden lang erfolgen kann.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Filter (12) reihenweise angeordnet sind und die Reihen nacheinander durch einen Rückwärtsstoßdruck gereinigt werden können, wodurch der Strom von verunreinigtem, zu filterndem Gas während der Reinigung weiterfließen kann.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die eine Quelle von Kalk oder Natriumbicarbonat als das reaktive teilchenförmige Medium beinhaltet.