DD273386A5 - Verfahren zum waschen des heissen abgasstromes aus einer dampferzeugeranlage oder einem zementofen - Google Patents
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Abstract
Erfindungsgemaess wird ein neues Verfahren zur Verfuegung gestellt zum Waschen des heissen Abgasstromes aus einer Dampferzeugeranlage oder einem Zementofen, die als Verunreinigungen ein oder mehrere Saeureoxide des Schwefels, Stickstoffs und Kohlenstoffs und Verbindungen mit einem der Halogene enthalten. Zum Waschen werden erfindungsgemaess Abfallprodukte aus diesen Anlagen verwendet, naemlich Zementstaub oder Asche, die Alkali- und Erdalkalisalze enthalten und wenn sie mit Wasser gemischt werden, eine basische Loesung mit einem p H-Wert groesser 7 ergeben, die noch beliebig unloesliche Bestandteile enthaelt. Die zu reinigenden Abgase werden durch eine so hergestellte Loesung geleitet. Dabei werden die im Abgasstrom enthaltenen Saeuren neutralisiert und mit den in der Loesung enthaltenen Erdalkalimetallsalzen in unloeslicher Form abgeschieden. Den Abgasstrom laesst man als gewaschenes Abgas in die Atmosphaere entweichen. Fig. 3
Description
Anwendungsgebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft ein Verfahren für das Herauswaschon von Verunreinigungen aus einem Abgasstrom, der aus einer Dampferteugeranlage oder aus einem Zementofen stammt, wobei die Materialien, die mit dem Gasstrom reagieren, zumindest in oinen unschädlichen Zustand versetzt und in vielen Fällen durch die Reaktion in nützliche Produkte umgewandelt werden. Die Erfindung betrifft auch eine Einrichtung zur Ausführung des crfindungsgemäßon Verfahrens.
Charakteristik des bekannten Standes der Technik
Das Herauswaschen von Abgasverunreinigungen Ist im allgemeinen kostspielig, führt zu beträchtlichen Umweltbelastungen und ein ökonomischer Gewinn ist klein oder nicht zu verzeichnen, wenn es nicht möglich war, die durch das Herauswaschen anfallenden Abprodukte in nützliche Produkte umzuwandeln. Die Kosten dei Anfangsausrüstung sind hoch. Des weiteren stellen die Materialien für das Auswaschen, wie beispielsweise Oxide, Carbonate odar Hydroxide der Alkali· und/oder Erdalkalimetalle eine kontinuierliche Ausgabe dar. Des weiteren erhöhen die Beseitigung der Reaktionsprodukte, die durch die Reaktion der Waschmaterialien mit dein Abgas ontstehon, die kontinuierlichen Kosten, und zwar speziell dann, wenn die P.odukte toxische Komponenten enthalten.
Die Verwendung von Alkali- oder Erdalkalimaterialien als Feststoffe oder in einer Aufschlämmung oder in einer Lösung für das Waschen von Abgasen (Entfernen von Schwefel- und Stickstoffoxiden) ist seit Jahren bekannt. Zum Beispiel beschreibt Mehlmann (1985, Zement-Kalk-Gips Edition B) die Verwendung von hydriertem oder pulverisiertem Kalkstein bei Temperaturen bis zu 11000C oder von Syray, der mit hydriertem Kalk trocknet; und Ayer (1979, EPA-600/7-79-167b) beschreibt die Verwendung von Kalk für das Waschen von Abgas aus Heizungsanlagen. Für denselben Zweck kann Kalkstein in der Charge der Wirbelbettöferi enthalten sein. Im allgemeinen erzeugen die Kohlenstoffoxide, Schwefeloxu!» und Stickstoffoxide, die im Abgas· enthalten sind, wenn sie mit Wasser reagieren, Säuren, die Schwefelsäure, Salpetersäure jnd Kohlensäure enthalten. Das Vorhandensein und die Mengen der einzelnen Säuren hängt von den vorhandenen Oxiden, der Verfügbarkeit von Sauerstoff und den Reaktionsbedingungen ab. Wenn diese Säuren mit den Oxiden, Hydroxiden oder den Carbonaten der Alkali- oder Erdalkalimetalle reagieren, so bilden sich Salze dieser Bestandteile. Zum Beispiel reagiert die Schwefelsäure mit dem im Kalkstein vorhandenen Calciumcarbonat und bildet Calciumsulfat.
Staubsammeleinrichtungen, die zusammen mit zement- oder kalkproduzierenden Öfen betrieben werden, entfernen die Feststoffteilchen aus dem Ofenabgas. Dioso Feststoffteilchen bestehen je nach der Zusammensetzung dos Beschickungsmaterials des Ofens aus Calciumcarbonat, Calciumoxid und den Oxiden und Carbonaten anderer Metalle. Kalzium und Natrium sind zwei Elemente, die häufig im Ofen vorhanden sind. Diese Elemente machen die Wiederverwendung des Ofenstaubes als Ofenbeschickungsmaterial unmöglich oder beschränken diese, da sie die Eigenschaften des Endproduktes beeinträchtigen, so daß der Staub deshalb abgesondert wird. Diese Staubsammoleinrichtungen entfernen die gasförmigen Verunreinigungen aus dem Abgasstrom unzureichend, und es müssen gesonderte Wäscher vorgesehen sein, wenn verhindert werden soll, daß die Verunreinigungen in die Atmosphäre gelangen.
Ziel der Erfindung
Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung eines verbesserten, einfachen und wirtschaftlichen Verfahrens für das Waschen des heißen Abgasstromes aus einer Damperzeugeranlage oder einem Zementofon.
Darlegung des Wesens der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zum Waschen des Abgasstromes aus einer Dampferzeugeranlage oder einem Zementofen Abprodukte aus diesen Anlagen, nämlich Zementstaub und Asche einzusetzen.
Im folgenden wird die Erfindung in Verbindung mit Dampferzeuqeranlagen beschrieben. Eine zunehmonde Anzahl von Dampferzeugeranlagen o'ird durch Verbrennen von biologischen Materialien (hierin nachfolgend mit dem Sammelbegriff ,Biomasse" bezeichnet), einschließlich von Holz, Torf oder Ernterückständen beheizt, bei dem keine oder nur wenig Schwefeloxide erzeugt werden und deshalb kein Auswaschen von gasförmigen Bestandteilen aus dem Abgas erforderlich ist oder praktiziert wird. Andererseits enthält die bei diesen Verbrennungsvorgängen erzeugte Asche beachtliche Anteile an Alkali- und Erdalkalimetallsalze^ sie tritt im allgemeinen als Oxid auf, oder, wenn sie benetzt wird und/oder mit Kohlendioxid reagiert, tritt sie als Hydroxid oder Carbonat oder vielleicht als hydrierte Salze derselben in Erscheinung.
Es wurde entdeckt, daß Zementstaub aus einem Zementofan und die Asche aus Dampferzeugeranlagen, bei denen Alkali- und Erdalkalimetalloxido, Hydroxide und/oder Carbonate einen beträchtlichen Anteil der Asche bilden, anstelle der oben erwähnten nützlichen Materialien bei einem Abgaswaschprozeß eingesetzt werden können, so daß ein übliches Abprodukt als Ersatz für kostspiolige Materialien, die käuflich erworben werden müssen, Verwendung findet.
Andere Abfallstoffe sind ebenfalls für diesen Zweck oinsetzbar. Industrielle oder städtische Abfälle, Müllverbrennungsasche oder -nebenprodukte, die Kalium und Natrium oder lösbare Salze enthalten, die, wenn sie in Wasser gelöst werden, eine basische Lösung (mit hohem pH-Wert) ergeben, und, wenn sie aus dem Abfall oder Nebenprodukt gewonnen werden, einen ökonomischen Nutzen biingen, sind auch geeignet.
In der folgenden Beschreibung und den Patentansprüchen wird die Asche, die bei der Verbrennung von Biomassematerislien und industriellen und städtischen Abfällen oder anderen Nebenprodukten entsteht, die in dem hierin beschriebenen und mit Patentansprüchen eingeschränkten Prozeß verwendbar ist, wird einheitlich mit dem Sammelbegriff »Asche" bezeichnet. Zementstaub und Asche, die für diesen Zweck geeignet sind, werden hier nachfolgend mit dem Begriff „neutralisierende Stoffe" bezeichnet.
Leider muß der unlösliche Anteil derzur Reaktion gebrachten Asche gewöhnlich noch als Abfall entfernt werden.zum Beispiel ist sie bei den meisten Dampf erzeugeranwendungen nicht für einen anderen Zweck nutzbar. Der Abfallstoff jedoch ist kein alkalischer Stoff mehr und r jllte in den meisten Fällen als unschädlicher Füllstoff verwendbar sein, oder könnte bei einigen Rollfeldern als Abdeckmaterial Verwendung finden. In einigen Fällen, in denen es die Zusammensetzung dos Rückstandes und die Transportkosten gestatten, kann er auch als Rohrfüllung des Zementofens verwendet werden. In einigen anderen Situationen könnte der unlösliche Anteil des Waschmaterials-wiedies jetzt geschieht-für die Herstellung von Calciumsulfat oder Gips oder als Mineralfüllstoff verwendet werden.
Wenn die ascheproduzierende Einrichtung nicht auch selbst eine Dampferzeugeranlage aufweist, die Abgas mit einem hohen Schwefelgehalt produziert, der ausgewaschen werden muß, könnte die Asche zu anderen Dampferzeugeranlagen transportiert werden, die ein solches Problem haben, oder zu Anlagen, bei denen die Verwendung eines Brennstoffes mit einem höhoren Schwefelgehalt einen ökonomischen Nutzon darstellen würdo. Da die Asche des Biomassematerials des weiteren im allgemeinen Kalium und andere Alkali- und Erdalkalimetallsalze enthält, die unter Verwendung von Abgaswärme oder anderen Abwärmequellen wiederve^venbar sind, können die entstehenden Alkali-und Erdalkalimetallsalze ein wertvolles Nebenprodukt des Prozesses sein.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren für das Waschen des heißen Abgasstromes- aus einer Dampferzeugeranlage oder einem Zementofen -, der Verunreinigungen enthält, zu denen ein oder mehrere saure Oxide von Schwefel, Stickstoff und Kohlenstoff und Verbindungen beliebiger Halogene gehören, durch Reaktion derselben mit einem neutralisierenden Stoff zur Verfügung gestellt.
Das erfindungsrremäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß der neutralisierende Stoff Feststoffteilchen oder Lösungen derselben enthält, die als Feststoffe ein oder mehrere Alkali- oder Erdalkalimetallsalze einschließt, die beim Mischen mit Wasser eine basische Lösung (pH-Wert größer als 7) bilden, und weiterhin gekennzeichnet durch das Mischen der Feststoffteilchenmasse oder der Lösung derselben mit Wasser zur Herstellung einer basischen Lösung zusammen mit beliebigen unlöslichen Bestandteilen, die In der Feststoffteilchenmasse enthalten sind; und durch Inborührungbringen des Abgasstromes mit der basischen Lösung, wodurch die darin enthaltenen Verunreinigungen mit dem Wasser darin zur Bildung von Säuren reagieren und des weiteren die letzteren dazu veranlassen, mit den darin enthaltenen Oxiden, Hydroxiden und Carbonaten der Alkali- und Erdalkalimetalle die mit der Feststoffteilchenmasse oder der Lösung derselben reagieren und eine Salzlösung eines oder mehrerer Alkali- oder Erdalkalimetallsalze bilden, die grundsätzlich die kationischen Erdalka'imetallbestandteile Calcium und Magnesium und Alkalimetallbestandteile, nämlich Verbindungen von Kalium und Natrium, uowie anionische Salzbestandteiletwie Carbonat, Sulfat, Sulfit, Nitrat und Nitrit sowie Verbindungen der Halogene zusammen mit einem Niederschlag von Alkali- und Erdalkalimetallsalzen mit beliebigen unlöslichen Komponenten der Feststoffteilchenmasse oder einer Lösung derselben enthalten; und schließlich das Entweichenlassen des Abgasstromes nach Inberührungbringen mit der basischen Lösung als gewaschenes Abgas.
Bei bevorzugten Verfahren enthält der neutralisierende Stoff einen Abfallstoff, nämlich Zementstaub aus dem Zementofen oder Asche; der Abgasstrom wird mit dem neutralisierenden Stoff in Berührung gebracht, indem derselbe durch die basische Lösung hindurchgeleitet wird; das Verfahren schließt die folgenden Schritte ein: den Schritt der Trennung der Salzlösung der Alkali- und Erdalkalimetallsalze aus dem Niederschlag und den unlöslichen Komponenten, den Schritt der Weiterleitung des Salzlösungsniederschlags und der unlöslichen Komponenten zu einer Trennanlage, in der die Salzlösung vom Niederschlag und den unlöslichen Bestandteilen getrennt wird, den Schritt der Durchleitung der getrennten Salzlösung durch einen Wärmeaustauscher, wo sie dein Abgasstrom Wärme entzieht, bevor dieser mit der basischen Lösung in Berührung gebracht wird; der Abgasstrom wird durch Kühlen vor dem Berührungsschritt entfeuchtet; die Salzlösung wird sowohl zum Kühlen als auch zum Entfeuchten des Abgasstromes verwendet, und die Wärme vom Abgasstrom wird dazu verwendet, um das Wasser aus der getrennten Salzlösung zu entfernen.
Bei einem am meisten bevorzugten Verfahren wird die Wärme für die Entfernung des Wassers aus der getrennten Salzlösung teilweise einem oder mehreren heißen Abgasen des Abgasstroms entzogen, es wird die latente Verdunstungswärme der im Abgasstrom enthaltenen Feuchtigkeit genutzt, oder die Wärme wird der Hydrierungsreaktion zwischen dem neutralisierenden Stoff und dem Wasser entzogen sowie durch Kompression dos Gases vor dem Schritt des Inberührungsbringens mit der basischen Lösung gewonnen.
Noch weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden anhand der folgenden aurführlichen Beschreibung eines gegenwärtig bevorzugten Ausführungsbeispiels derselben, das in Verbindung mit der zugehörigen Zeichnung gegeben wird, offenbar werden.
der orfindungsgemäßon Reaktion der Abgasoxide; Fig. 3: ein Flußdiagramm zur Darstellung der Betriebsweise der in Figur 1 gezeigten Einrichtung.
Im folgenden wird auf die Figuren 1 und 3 Bezug genommen. Eine Aufschlämmung 1, die aus einem neutralisierenden Stoff (Zementstaub oder Asche) und Wasser besteht und aus dem Primärmischbehälter 35 für Asche und Wasser austritt, wird zusammen mit zusätzlichem Wasser, das durch den Einfluß 4 aus einer geeigneten Quelle (die nicht dargestellt ist) kommt, zur Erzeugung einer verdünnten Aufschlämmung 5 durch Rohr 2 in den Behandlungsbehälter 3 gepumpt. Die Asche wird aus einer Quelle wie beispielsweise einer Generatoranlage, die mit Biomasse beheizt wird, oder einer Müllverbrennungsanlage, die mit Abfallstoffen beschickt wird, herbeigefahren. In einer Zementanlage ist der Zementstaub bereits als Abfallstoff vorhanden. Das Abgas aus einem Zementofen, einer Müllverbrennungsanlage oder einer Dampferzeugeranlage (nicht dargestellt), das ein oder mehrere Oxide von Schwefel, Stickstoff, Kohlenstoff und/oder Verbindungen der Halogene und ihrer Oxide enthält, gelangt durch die Zuleitung 7 in den Wärmeaustauscher 6, aus dem es als gekühltes Abgas austritt. Die kondensierte Abgasfeuchtigkeit wird in dem Wärmeaustauscher 6 gesammelt und durch das Rohr 8 zum Behandlungsbehälter 3 weitergeleitet. Das Abgas wandert dann durch den Kompressor 9, durch Rohr 10 und wird über Rohr 11 zu den Verteilungsrohren 12 im Boden des Behandlungsbehälters 3 weitergeleitet. Damit sich die Feststoffe nicht auf dem Boden des Behandlungsbdhälters 3 absetzen, '..dnn die Aufschlämmung gerührt oder durch geeignetes Mittel wie beispielsweise durch eine Umlaufpumpe 13 in Umlauf versetzt werden.
Das Abgas steigt in Blasen durch die Aufschlämmung 5 aus Asche oder Zementstaub und Wasser auf und kommt mit dem neutralisierenden Stoff in Berührung und verläßt den Behälter 3 oben als gawaschenes Abgas über den Austritt 14. Die Aufschlämmung 5 wird durch Pumpe 15 über das Rohr 16 als Gomisch aus behandeltem Feststoff, Wasser und gelösten Stoffen zum Absetzbehälter 17 gepumpt, wo die sich abgesetzt habenden Feststoffe 18 von Pumpe 19 herausgepumpt werden, wobei das mit gelösten Salzen belastete Wasser 20 in den Wärmeaustauscher 6 gepumpt wird, damit es das zugeführte Abgas kühlt. Das Wasser aus der Salzlösung 20 wird verdampft und der Dampf wird übe ~ das Rohr 21 in die Atmosphäre abgegeben, oder aber das Wasser wird verdampft und dann zu einer Flüssigkeit kondensiert, um die latente Wärme für die Wiederverwendung wieder zu gewinnen. Die Salze aus der Salzlösung 20 werden konzentriert und/oder ausgefällt und aus dem Wärmeaustauscher über das Rohr 22 gesammelt. Bei den kationischen Bestandteilen der gesammelten Salze handelt es sich grundsätzlich um Sulfate, Carbonate und Nitrate. Die tatsächliche Zusammensetzung dor Salze hängt von der anfänglichen Zusammensetzung der zu behandelnden Asche und von der Zusammensetzung des Abgases ab.
Der Betrieb der neuen Anlage für die Durchführung der Erfindung wird anhand der Betrachtung des Flußdiagramms gemäß Figur 3 noch besser offenbar, in dem die Bestandteile etwas ausführlicher schematisch dargestellt werden. Das für die Verwendung in der Anlage beistimmte destillierte Wasser wird In einem Speicherbehälter 23 gespeichert, von wo 6s, wenn es benötigt wird, mit Pumpen 24 zu anderen Stellen gepumpt und auf Wunsch zum Abfluß 25 weitergeleitet werden kann. Das destillierte Wasser aus dem Wärmeaustauscher 6 wird durch die Leitung 21 in den Behälter 23 geleitet. Die Salzlösung 20 aus dem Absetzbehälter 17 wird von Pumpe 26 durch Jas Rohr 38 in den Wärmeaustauscher 6 und durch das Rohr 39 zur Rohrschlange 40 gepumpt, wie dies auf der oberen linken Seite der Zeichnung von Figur 3 dargestellt wird. Dort wird sie konzentriert, der Dampf wird entweder in die Atmosphäre entlassen oder durch das Rohr 21 in den Speicherbehälter für das destillierte Wasser 23 eingespeist. Die Feststoffe vom Boden des Absetzbehälters 17 können durch Pumpe 19 abgezogen und in den Verdünnungsbahälter 28 eingespeist werden, wo sie mit Wasser aus dem Behälter 23 verdünnt und vom Rührer 37 gerührt und dann vom Pumpe 29 in einen zweiten Absetzbehälter 30 entfernt werden, aus dom mit Pumpe 32 die abgesetzten Feststoffe 31 herausgepumpt werden. Im Falle der Anwendung der Erfindung in einer Zementanlage sind diese abgelagerten Feststoffe als Beschickungerohstoffe für den Ofen einsetzbar; im Falle einer Dampferzeugeranlage, bei der die Asche als neutralisierendes Mittel verwendet wird, werden die nunmohr unschädlichen Feststoffe zu Abfallentfernungseinrichtungen weitergeleitet.
Der Behälter 30 enthält in diesem Falle auch eine Lösung 33, die mit der Pumpe 34 zum Priinärmischbehälter 35 (der in Figur 1 nicht dargestellt ist) gepumpt wird, wo sie dem Zementstaub oder der Asche zusammen mit Wasser zugeführt wird, um eine Aufschlämmung der gewünschten Konsistenz zu erzeugen, die dann mit der Pumpe 42 in den Behandlungsbehälter 3 gepumpt wird, dem sie über mehrere Zuführungsrohre 41 zugesetzt wird, damit sie mit dem Abgasstrom, der durch die Leitung 11 eintritt, reagiert und nach der Neutralisation durch den Austritt 14 in den Schornstei' ι entweicht. Wie zuvor beschrieben, werden die Aufschlämmung und die sich niederschlagenden Feststoffe kontinuierlich in Behälter 3 bewegt, indem sie durch die Pumpe 13 in Umlauf versetzt werden. Wie aus der schematischen Darstellung hervorgeht, kann der Aufschlämmung in Behälter 3 aus einer Quelle über den Einfluß 4 sowie auch aus anderen Teilen der Anlage durch die dargestellte Rohrleitung zusätzliches Wasser zugesetzt werden. Der Abgasstrom steigt in Form von Blasen durch die Aufschlämmung und die Öffnungen der Verteilerrohre 12, um mit der Säurelösung zu reagieren, die durch Mischen von Zementstaub oder Asche mit Wasser entsteht. Im Falle der Asche, die aus Biomasseverbrennungsanlagen stammt, kann die Asche unverbrannten Kohlenstoff enthalten, der in bestimmten Situationen in Wasser schwimmt. Der veranschaulichte Prozeß kann auf Wunsch modifiziert werden, damit der Kohlenstoff entfernt werden kann. Wasser 20, das unverbrannten Kohlenstoff enthält, wird von der Oberfläche des Absetzbehälters gepumpt, damit es gefiltert oder auf andere Weise behandelt wird, um den Kohlenstoff zu entfernen, der anschließend wieder dem Prozeß zugeführt wird. Erforderlichenfalls kann die Lösung, die gelöste Alkali- oder Erdalkalimetallsalze enthält, aus der (nicht dargestellten) Rohrleitung entfernt werden, damit sie gefiltert oder auf andere Weise mit einer Feststoffteilchen-Entfernungsvorrichtung von den Feststoffteilchen gereinigt wird. Die Lösung wird dann zum Wärmeaustauscher 6 weitergeleitet.
Der Wärmeaustauscher ß ist eine Doppelzweck-Wärmeaustauscher-Kristallisationseinheit einer bekannten Art, 'JIn dem Abgas Wärme entzieht und jene Wärme einschlioßlic'n der latenten Wärme, die durch die Kondensation der Abgasfeuchtigkeit entsteht, zur Verdunstung des Wassers nutzt.
Die gesamte Anlage ist aus hinlänglich bekannten Teilen geschaffen, die mit Stanuardvorfahre·) kombiniert werden. Zum Beispiol hat der Behandlungsbehälter typischerweise ein Volumen von einer Million Gallonen (3800000 Liter) und ist mit einer Gasverteilungs- und Rührvorrichtung ausgestaltet; der Absetzbohälter kann ein Volumen von hunderttausend Gallonen (380000 Liter) haben, wobei beide Behälter aus lichtrostendem Stahl oder anderen geeigneten Materialien wie beispielsweise Gummi bestehen, dio starken alkalischen- odci Säurelösungon standhalten können. Andere Bauteile sind auch von herkömmlicher Art, einschließlich der erforderlichen Pumpen, Motoren und Rohrleitungen und eines geeigneten Wärmeaustauschers.
Das Grundarbeitsprinzip dieser Erfindung besteht in der Rekombination und Reaktion zweier während der Verbrennung entstehender Abfälle, um die Abfälle gegenseitig zu neutralisieren. Ein Abgasstrom enthält die Gase und gasförmigen Ox'fle, dike Säurelösungen in Wasser entstehen lassen, und der andere Feststoffteilchenmasse, nämlich die Ascho von den Verbrennungseinrichtungen, in denen Biomasse odei industrielle oder städtische Abfälle verbrannt werden, oder Zementstaub aus einem Zementofen, die alkalischen Lösungen in Wasser bilden.
Nach teilweiser Lösung in Wasser reagieren die zwei Abfälle miteinander und neutralisieren sich gegenseitig. Im Falle der Asche sorgt der Prozeß für die Reaktion oder die Beseitigung der alkalischen Bestandteile, wodurch sich das ergibt, was als neutralei Feststoff zurückbleibt, der als ungefährlicher Abfall beseitigt werden kann. Gleichzeitig wird das durch die Aufschlämmung im Behandlungsbohälter aufsteigende Abgas von einem beträchtlichen Teil der Halogenverbindungen und Oxide von Schwefel, Stickstoff und Halogenen gereinigt, indem Salze von diesen Bestandteilen gebildet werden.
Im Fall des Zementofenstaubs, der übermäßig viel Kalium und/oder Natrium und Sulfat enthält, sorgt der Prozeß für die Lösung eines beträchtlichen Teiles der verbleibenden ungelösten Feststoffe, die Calcium- und Magnesiumsalze einschließen. Die sich ergebenden Feststoffe sind deshalb für die Verwendung als Prozeßbeschickungsmaterial geeignet. Das Kaliumsulfat und andere Salze, die aus der Wärmeaustauscher-Kristallisationseinheit entfernt werden, können als Düngemittel oder als Materialquelle für die Extraktion von Chemikalien verwendet werden. Gleichzeitig wird das durch die Aufschlämmung des Behandlungsbehälters aufsteigende Abgas von einem beträchtlichen Anteil der Schwefel- und Stickstoffoxide geeinigt, indem Sulfate und Nitrate gebildet werden.
Abgas aus beispielsweise einem Dampferzeuger kann durch ein Rohr 7 mittels eines Kompressors 9 mit einer Rate von 200000 Kubikfuß (6000m3) pro Minute zum Wärmeaustauscher β geleitet werden. Das Abgas hat eine unterschiedliche Zusammensetzung, kann jedoch grob 10% Wasser, 15% Kohlendioxid, 65% Stickstoff, 10% Sauerstoff und 500 bis 10OOpm Stickstoffoxide und 100 bis 10OOppm Schwefeldioxide enthalten, im Wärmeaustauscher β wird das Abgas gekühlt, und das Wasser wird kondensiert, was zu einer Abnahme des Durchflußvolumens führt. Das Abgas wird dann durch den Kompressor 9 durch das Rohr 10 für die Weiterleitung durch Rohr 11 zu den Verteilerrohren 12 gezogen, wo es mit der Aufschlämmung 5 reagieren kann, in der die Halogene und die Oxide von Schwefel, Stickstoff, Kohlenstoff und den Halogenen reagieren. Die Asche kann beispielsweise mit einer Rate von acht bis elf Tonnen (7 200 bis 10800kg) pro Stunde Trockengewicht in den Behandlungsbehälter eingeführt werden. Es wird Wasser hinzugefügt, um eine verdünnte Aufschlämmung mit einem Wassergehalt von bis zu 95% zu erzeugen. Der Wassergehalt der Aufschlämmung wird durch die anfängliche Konzentration der Alkali- und Erdalkalimetallsalze oder der anderen Metallsalze in der Asche und auf der Basis des gewünschten Grades dei Entfernung dieser Salze aus dem Rückstand bestimmt.
Nach der Reaktion mit dem Abgas wird die Aufschlämmung der behandelten Asche mit einer Rate von annähernd 200 Gallonen (760 Liter) pro Minute zum Absetzbehälter 17 gepumpt. In diesem Behälter setzen sich die Feststoffe ab und bilden eine Aufschlämmung, bestehend aus 35% Wasser und 65% Feststoffen unterhalb einer Lösung aus Wasser und lösbaren Salzen, die sich während der Behandlung gelöst haben. Die Wasserlösung wird mit einer Rate von annähernd 200 Gallonen (760 Liter) pro Minute durch den Ausfluß 20 zum Wärmeaus.auscher 6 gepumpt, um das Abgas zu kühlen und das Wasser daraus zu verdunsten, damit sich als Nebenprodukte Salze ergeben. Der schwimmende Kohlenstoff kann, wie zuvor erwähnt, entfernt werden. Die Nebenprodukte Salze, die über das Rohr 22 entfernt werden, werden mit einer Rate von annähernd fünf bis zwanzig Tonnen (4500 bis 18000kg) pro Tag gebildet. Die Salze als Nebenprodukt schließen Kaliumsulfat, Calciumcarbonat und andere Salze mit kationischen Bestandteilen wie Kalium, Calcium, Magnesium und Sodium sowie anionische Bestandteile wie Carbonate, Sulfite und Nitrate ein. Ein Anteil des Nitrates oxidiert das Sulfit zu Sulfat. Beispiel unter Verwendung von Zementstaub
Die folgende Erörterung ist ein Beispiel für die Anwendung dieses Prozesses bei einer Naßprozeß-Zementerzeugungsanlage mäßiger Größe.
Das durch das Rohr 7 aus dem Ofensackhaus kommende Abgas wird mit einer Rate von 200000 Kubikfuß (5660 m3) pro Minute vom Kompressor 9 in den Wärmeaustauscher 6 eingespeist. Das Abgas ist unterschiedlich in seiner Zusammensetzung, es enthält jedoch grob 29% Wasser, 25% Kohlendioxid, 35% Stickstoff, 10% Sauerstoff und 400 bis öOOppm Stickstoffoxide und 200ppm Schwefeldioxid. Im Wärmeaustauscher 6 wird das Abgas gekühlt und sein Wasser kondensiert, so daß sich das Durchflußvolumen um 35% bis 40% verringert. Das Abgas wird dann vom Kompressor 9 für die Weiterbildung durch Rohr 11 zu den Verteilerrohren 12 durch das Rohr 10 befördert; es reagiert mit der Aufschlämmung 5, in der die meisten Oxide des Schwefels und des Stickstoffs entfernt werden. Bei Versuchen im Labormaßstab wurden 99% des SO; aus dem Abgasstrom entfornt.
Der Ofenstaub wird mit einer Rate von acht bis zwölf Tonnen Trockenmasse pro Stunde in den Behandlungsbehälter 3 eingespeist. Es wird Wasser zugesetzt, um eine verdünnte Aufschlämmung von bis zu 95% Wassergehalt zu bereiten. Der Wassergehalt der Aufschlämmung wird mit Hilfe der anfänglichen Konzentration von Kalium und Natrium im Abfallstaub und anhand der gewünschten Konzentration in dem Material, das in die Ofenbeschickungsanlage zurückgeführt werden soll, bestimmt. Nach der Reaktion mit dem Abgas wird die Aufschlämmung des behandelten Staubs mit eine; Rate von annähernd 200 Gallonen (760 Liter) pro Minute zum Absetzen in den Behälter 17 gepumpt. In diesem Behälter setzen sich die Feststoffe ab und bilden eine Aufschlämmung von annähernd 35% Wasser und 65% Feststoffen unter einer Lösung aus Wasser und löslichen Salzen, die sich währond der Behandlung gelöst haben.
Die Aufschlämmung wird mit der Pumpe 19 aus Behälter 17 gepumpt und mit dem Prozeßbeschickungsmaterial für eine Zementanlage mit einer Rate von annähernd 7,8 Tonnen Feststoffe pro Stundo kombiniert. Die Wasserlösung wird mit einer Rate von annähernd 200 Gallonen (760 Liter) pro Minute durch den Ausfluß 20 zum Wärmeaustauscher gepumpt, um das Abgas zu kühlen und das darin enthaltene Wasser zu verdampfen, so daß Salzo als Nebenprodukt entstehen. Diese als Nebenprodukt entstehenden Salze, die übor das Rohr 22 entfernt werden, werden mit einer Rate von annähernd acht bis zwölf Tonnen pro Tag erzeugt. Dieso Salze schließen Kaliumsulfat, Calciumcarbonat und andere Salze mit kationischen Bestandteilen wie Kalium, Calcium, Magnesium und Sodium sowie anionische Bestandteile wie Carbonate, Sulfate und Nitrate ein. Ein Anteil der Nitrate oxidiert das Sulfit zu Sulfat. Im folgenden wird auf die Figur 2 Bezug genommen. Es werden die Ergebnisse von zwei Versuchen
(KD-18 und KD-20) angeführt; sie zeigen, daß die Extraktion von Alkali- und Erdalkalimetallsalzon aus dem Staub zu behandeltem Staub führt, der als Ofenbeschickungsmaterial akzeptabel ist. Das heißt, der Prozentsatz der Kaliumsalz'j fällt von annähernd 3% auf unter 1 bis Vj % ab, und der Prozentsatz des Sulfates fällt von annähernd 6% auf 3% oder darunter ab. Es muß erwähnt werden, daß bei dem in Figur 2 dargestellten Beispiel anfänglich eine volle Charge Staub in den Bohandlungsbohälter gefüllt und dann mit der Einleitung des Gases begonnen wurde. Daraus erküren sich dia Gefälle der graphischen Darstellung während der Tage A bis M. Diese Reduktion der Kalium-, Natrium- und Sulfatkonzentration Im Staub vom anfänglich unbehandelten zum schließlich bebandelten Material ist größer als 50%. Die Proben A-M beziehen sich auf aufeinanderfolgende Tage, an denen Proben aus dem kontinuierlichen Behandlungsprozeß entnommen wurden.
Die Auswirkung des Zusatzes von behandeltem Staub auf die Zusammensetzung des Beschickungsrohstoffes wird in der folgenden Tabelle gezeigt, dia den Prozentsatz der einzelnen Oxide im normalen Ofenbeschickungsmateria! sowohl für den Typ I als auch für den Typ Il der Zementproduktion angibt. Die Zahlen, die in den Spalten angegeben v/erden, die mit „100 TPD Dust Added to Feed" und .200 TPD Dust Added to Feed" überschrieben sind, zeigen ganz eindeutig die geringe Wirkung auf die Zusammensetzung des Beschickungsmaterials, die sich durch den Zusatz von 100 Tonnen bzw. 200 Tonnen behandelten Staubs zum normalen Beschickungsmaterial pro Tag ergeben.
Auswirkung des behandelten Staubs auf die Zusammensetzung des Ofenbeschickungsmaterials
| Normale | 100 Tonnen Staub | 200 Tonnen Staub | |
| Typ I | Beschickung | zum Beschickungs | zum Beschickungs |
| material pro Tag | material pro Tag | ||
| SiO, | 12,99 | 12,99 | 12,99 |
| AI2O3 | 3,57 | 3,59 | 3,61 |
| Fe2O, | 1,45 | 1,53 | 1,R1 |
| CaO | 43,49 | 43,62 | 43,75 |
| MgO | 2,83 | 2,81 | 2,78 |
| SO3* | 0,18 | 0,23 | 0,28 |
| Κ,Ο | 0,93 | 0,94 | 0,96 |
| Verlust | 35,83 | 35,45 | 35,07 |
| Si-Verhältnis | 2,58 | 2,54 | 2,49 |
| Al/Fe | 2,46 | 2,35 | 3,24 |
| Typ Il | |||
| SiO, | 13,24 | 13,23 | 13,22 |
| AI2O3 | 3,33 | 3,35 | 3,38 |
| Fe2O3 | 1,77 | 2,03 | 2,09 |
| CaO | 43.09 | 43,23 | 43,38 |
| MgO | 2,66 | 2,64 | 2,62 |
| SO3 | 0,-,9 | 0,24 | 0,29 |
| Κ,Ο | 0,68 | 0,70 | 0,72 |
| Verlust | 35,20 | 34,85 | 34,49 |
| Si-Verhältnis | 2,49 | 2,46 | 2,42 |
| Al/Fe | 1,69 | 1,65 | 1,62 |
* Sulfat wiedergegeben durch SOj
Diese Ergebnisse demonstrieren, daß die größte Veränderung der Ofenstaubzusammensetzung durch das Entfernen von SO3 und K2O entsteht und daß das nichtentfernte K2O und SO3 die Zusammensetzung des Beschickungsrohstoffes nicht wesentlich verändern.
Wahrend hierin ein gegenwärtig bevorzugtet! Verfallron und eine Einrichtung für die praktische Anwendung der Erfindung offenbart und beschrieben werden, versteht es sich jedoch von selbst, daß dies zum Zwecke der Darstellung und nicht zum Zwecke der Einschränkung geschah, wobei der Geltungsbereich der Erfindung nur durch die richtige Auslegung der mitanhängigon Patentansprüche eingeschränkt werden soll.
Claims (11)
1. Verfahren zum Waschen des heißen Abgasstromes aus einer Dampferzeugeranlage ode' einem Zementofen, wobei der Abgasstrom Verunreinigungen einschließt wie ein oder mehrere Säureoxide des Schwefels, Stickstoffs und Kohlenstoffs und Verbindungen mit einem der Halogene, die mit neutralisierenden Stoffen reagieren, dadurch gekennzeichnet, daß der neutralisierende Stoff eine Feststoffteilchenmasse oder Lösungen derselben aufweist, die als Feststoffe ein oder mehrere Alkali- und Erdalkalimetallsalze enthalten, die, wenn sie mit Wasser gemischt werden, eine basische Lösung (mit einem pH-Wert größer als 7) erzeugen, durch Mischen der Feststoffteilchenmasse oder der Lösung derselben mit Wasser eine basische Lösung entsteht, die beliebige unlösliche Bestandteile enthält, die in der Feststoffteiichenmasse enthalten waren, und di rch Inberührungbringen des Abgasstromes mit der basischen Lösung, wobei die darin enthaltenen Verunreinigungen mit dem Wasser reagieren und Säuren bilden, und des weiteren veranlaßt wird, daß die letzteren mit darin enthaltenen beliebigen Oxiden, Hydroxiden und Carbonaten der Alkali- und Erdalkalimetalle reagieren, die von der Feststoffteiichenmasse oder der Lösung derselben herrühren, um eine Lösung aus einem oder mehreren Alkali- und Erdalkalimetallsalzen zu erhalten, die grundsätzlich die kationischen Erdalkalimetallbestandteile Calcium und Magnesium und die Alkalimetallbestandteile, nämlich Verbindungen von Kalium und Natrium, und anionische Salzbestandteile, nämlich Carbonate, Sulfate, Sulfite, Nitrate und Nitrite, und Verbindungen der Halogene zusammen mit einem Niederschlag von Alkali- und Erdalkalimetallsalzen mit beliebigen unlöslichen Bestandteilen der Feststoffteiichenmasse oder der Lösung derselben enthalten, und daß man schließlich den Abgasstrom, nachdem er mit der Lösung oder der Aufschlämmung in Berührung gebracht wurde, als gewaschenes Abgas entweichen läßt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der neutralisierende Stoff Zementstaub aus einem Zementofen enthält.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der neutralisierende Stoff Asche enthält.
4. Verfahren nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgasstrom mit dem neutralisierenden Stoff in Berührung gebracht wird, indem er durch die basische Lösung geleitet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es den Schritt derTrennung der Lösung der Alkali- und Erdalkalimetallsalze aus dem Niederschlag und den unlöslichen Bestandteilen einschließt.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es den Schritt der Überleitung der Lösung der Alkali· und Erdalkalimetallsalze und des Niederschlages und der unlöslichen Bestandteile zu einer Trennanlage, in der die Salzlösung vom Niederschlag und den unlöslichen Bestandteilen getrennt werden, einschließt.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß es den Schritt der Durchleitung der getrennten Salzlösung durch den Abgasstrom, bevor der letztere mit der basischen Lösung in Berührung gebracht wird, einschließt.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgasstrom durch Kühlen entfeuchtet wird, bevor er mit der basischen Lösung in Berührung gebracht wird,
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Salzlösung für das Kühlen und Entfauchten des Abgasstromes eingesetzt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgasstrom für die Entfernung des Wassers aus der getrennten Salzlösung verwendet wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß Wärme teilweise einem oder mehreren heißen Abgasen des Abgasstromes entzogen wird, die latente Verdunstungswärme der in dem Abgasstrom enthaltenen Feuchtigkeit und die Wärme, die durch die Hydradisierungsreaktion zwischen dem neutralisierenden Stoff und Wasser sowie durch die Kompression des Gases vor dem Schritt das Inberührungsbringens mit der basischen Lösung entsteht, genutzt wird.
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