HUT77492A

HUT77492A - Reakcióképes készítmény és eljárás hidrogén-klorid tartalmú gáz tisztítására

Info

Publication number: HUT77492A
Application number: HU9601983A
Authority: HU
Inventors: Nilo Fagiolini
Original assignee: Solvay S.A.
Priority date: 1994-01-20
Filing date: 1995-01-12
Publication date: 1998-05-28
Also published as: PL179728B1; BR9506527A; GR3026119T3; ITMI940078A0; EP0740577B1; FI962924L; DE69501113D1; JPH09507654A; EP0740577A1; AU686310B2; US6171567B1; WO1995019835A1; AU1533895A; JP2008012535A; CZ215096A3; CN1143333A; RO117510B1; NO963020D0; SG59981A1; SK94396A3

Description

REAKCIÓKÉPES KÉSZÍTMÉNY ÉS ELJÁRÁS HIDROGÉN-KLORID TARTALMÚ GÁZ TISZTÍTÁSÁRA

A találmány hidrogén-klorid tartalmú gáz tisztítására vonatkozik.

Közelebbről a találmány nátrium-hidrogén-karbonát tartalmú reakcióképes készítményre vonatkozik, amelyet hidrogén-kloridos gáz tisztítására lehet használni.

A hamvasztás olyan technológia, amelyet egyre gyakrabban kell alkalmazni háztartási vagy városi hulladékok eltávolítására. A háztartási szemét égetése olyan füst képződésével jár, amely általában hidrogén-kloridot tartalmaz. A hidrogén-kloridot feltétlenül el kell távolítani a füstből, mielőtt azt az atmoszférába bocsátjuk.

Ismert, hogy a hidrogén-klorid tartalmú füstöt úgy tisztítják, hogy a füstöt nátrium-hidrogén-karbonáttal kezelik, így a hidrogén-klorid elbomlik és nátrium-klorid keletkezik.

Korábban már javasoltunk egy eljárást, amelynek során a nátrium-hidrogén-karbonátot por alakban injektáljuk az égetőből kilépő füstbe, és az így kezelt füstöt azután szűrőn bocsátjuk át (lásd Solvay & Cie, brochure TR. 895/5C-B-1-1290). Ezen ismert eljárásban a füst hőmérséklete a nátrium-hidrogén-karbonát injektálásának helyén 260 °C. A nátrium-hidrogén-karbonátot nagyság szerint osztályozott, őrléssel előállított por alakban alkalmazzuk, amely por 90 tömeg%-a olyan részecskékből áll, amelyek átmérője <16 pm.

Az eljárásban alkalmazott nátrium-hidrogén-karbonát por gyakorlatilag nátrium-karbonátot is tartalmaz.

84195-1981 BÉ/Pk • ·

-2Felismertük, hogy az ismert eljárás hatékonysága növelhető, ha bizonyos jól meghatározott minőségű nátrium-hidrogén-karbonátot alkalmazunk.

A találmány tárgya tehát szilárd, por alakú, hidrogén-klorid tartalmú gáz tisztítására való reakcióképes készítmény, amely >98 tömeg% nátrium-hidrogén-karbonátot és <2 tömeg% nátrium-karbonátot tartalmaz, és amelynek a szemcseméret-eloszlása olyan, hogy a részecskék átlagos átmérője <0,050 mm, és szemcseméret-esése <5.

A találmány szerinti reakcióképes készítményben a nátrium-hidrogén-karbonát és a nátrium-karbonát vízmentes.

A találmány szerint a reakcióképes készítmény >98 tömeg%, előnyösen legalább 99 tömeg% nátrium-hidrogén-karbonát és <2 tömeg%, előnyösen legfeljebb 1 tömeg% nátrium-monokarbonátot tartalmaz. Adott esetben tartalmazhat egyéb olyan szokásos szenynyezéseket, amelyek a kereskedelmi nátrium-hidrogén-karbonátban megtalálhatók, például nátrium-kloridot.

A találmány szerinti reakcióképes készítmény por alakú szilárd anyag. A találmány szerinti reakcióképes készítmény egyik lényeges jellemzője a szemcseméret-eloszlása, amelyre jellemző, hogy a D_m átlagos részecske átmérő <0,050 mm, előnyösen legfeljebb 0,030 mm, és σ szemcseméret-esése <5, előnyösen legfeljebb =3.

A találmány szerinti reakcióképes készítményben a D_m átlagos átmérőt és a σ szemcseméret-esést a következő egyenletekkel definiáljuk:

D„ =

Ση,-Dj Ση_;

Dgo D₁₀

-3• ·· ·««· ·« •« « · < · • ··· ·«· ··« ··· ·· ··· · « ahol n, jelentése a Dj részecske átmérő frekvenciája (tömegben), és D_go (illetve D₅₀ és D₁₀) azt az átmérőt jelenti, amelynél a reakcióképes készítmény részecskéinek 90 tömeg%-a (illetve 50 illetve 10 tömeg%-a) átmérője <D₉₀ (illetve D₅₀ és Di₀). Ezeket a szemcseméret· eloszlásra jellemző paramétereket lézersugár-diffrakciós analízissel határozzuk meg, a SYMPATEC GmbH által gyártott SYMPATEC HELOS 12LA típusú készülék segítségével.

A találmány szerinti reakcióképes készítmény kifejezetten a háztartási szemétégető kemencékből származó füst tisztítására való Az ilyen füst általában a hidrogén-kloridon kívül kén-dioxidot is tartalmaz. Megfigyeltük, hogy a találmány szerinti reakcióképes készítmény hatékonyan mentesíti az ilyen füstöket mind a hidrogén-kloridtól, mind a kén-dioxidtól.

A találmány szerinti reakcióképes készítményben a fő hatóanyag a nátrium-hidrogén-karbonát. A nátrium-karbonát tartalom és a szemcseméret-eloszlás egyébként két egymással összefüggő paraméter. Egyrészt megfigyeltük, hogy ha minden egyéb tényező azonos, a nagyobb nátrium-karbonát tartalom elősegíti a reakcióképes készítmény részecskéinek összetapadását, és ezáltal csökkenti annak hatékonyságát. Másrészt a reakcióképes készítmény szemcseméret-eloszlását bizonyos kompromisszum figyelembevételével kell meghatározni, hiszen a finom szemcseméret elősegíti a kezelt gázban lévő hidrogén-kloriddal való reakciót, viszont a nagyobb szemcsék elősegítik a szilárd termékeknek a reakcióelegyből történő későbbi elválasztását. A gyakorlatban a különösen jól használható reakcióképes készítmények azok, amelyekben a nátrium-hidrogén-karbonát koncentrációja 99-99,9 tömeg%, a nátrium-karbonát koncentrációja 0,1-1 tömeg%, az átlagos részecske átmérő 0,01-0,030 mm, és a szemcseméret-esés 1 és 3 közötti. A szemcseméret-40 «Η ·>· • · · i * ·<*« «0« • · · a·* ·· ·· ·

eloszlási paraméterek optimális értékei függnek attól, hogy milyen módon távolítjuk el a reakcióképes készítmény és a kezelt gázban lévő hidrogén-klorid és adott esetben a kén-dioxid reakciójából származó szilárd termékeket Azt tapasztaltuk ugyanis, hogy ezeknek a reakciótermékeknek a szemcseméret-eloszlása közvetlen összefüggésben áll a reakcióképes készítmény szemcseméreteloszlásával.

A találmány szerinti reakcióképes készítmény egyik megvalósítási módjánál, amely különösen jól alkalmazható abban az esetben, amikor a reakciótermékeket elektrosztatikus szűrő segítségével választjuk el, az amikor a részecske átlagos átmérője 0,020 és 0,030 mm közötti, és a szemcseméret-esés 1,25 és 2,50 közötti. A találmány ezen megvalósítási formájának egyik előnyös változata szerint a részecskék legalább 90 tömeg%-ának átmérője < 0,055 mm, és legfeljebb 10 tömeg%-ának átmérője <0,006 mm.

A találmány szerinti reakcióképes készítmény egyik másik megvalósítási módja szerint, amely különösen jól alkalmazható abban az esetben, amikor szűrőszövetet tartalmazó szűrőt alkalmazunk (például zsákos szűrőt) a reakciótermékek mechanikai elválasztására, az amikor a részecske átlagos átmérője 0,010 és 0,020 mm közötti, és a szemcseméret-esés 1 és 3 közötti. Ennek a találmány szerinti másik megvalósítási módnak egyik előnyös változata szerint a részecskék legalább 90 tömeg%-ának átmérője <0,035 mm és legfeljebb 10 tömeg%-ának átmérője <0,005 mm.

A találmány szerinti reakcióképes készítményt általában kereskedelmi, nagy szemcsékből álló nátrium-hidrogén-karbonát őrlésével állítjuk elő. A por összetétele és szemcseméret-eloszlása fontos szerepet tölt be a találmány szerinti reakcióképes készítmény minőségének kialakulásában.

···· -5A találmány szerinti reakcióképes készítmény egyik különösen ajánlott megvalósítási módja szerint a készítményt olyan por őrlésével nyerjük, amelynek <98 tömeg%, előnyösen legalább 99 tömeg% nátrium-hidrogén-karbonátból és >2 tömeg%, előnyösen legfeljebb 1 tömeg% nátrium-karbonátból áll, és amelynek szemcseméret-eloszlása olyan, hogy a részecskék legalább 85 tömeg%-ának átmérője <0,500 mm, és a részecskék legfeljebb 25 tömeg%-ának átmérője <0,040 mm. A találmány ezen megvalósítási módjának egyik előnyös változata szerint az őrlésre kerülő por szemcseméret-eloszlása olyan, hogy a részecskék 100 tömegrészéből 85 tömegrész átmérője <0,250 mm, 50-70 tömegrész átmérője <0,125 mm, 30-50 tömegrész átmérője <0,090 mm és <25 tömegrész átmérője <0,045 mm.

Az imént ismertetett különösen előnyös megvalósítási módnál az őrlés körülményei is lényegesek. Arról van szó, hogy lényeges az őrlés szabályozása annak érdekében, hogy elkerüljük a porban lévő nátrium-hidrogén-karbonát felesleges vagy túlzott hőbomlását az őrléskor keletkező hő hatására. Az őrlés optimális paraméterei közvetlenül függnek egyéb paraméterekből, mint például az alkalmazott őrlőkészüléktől, az őrlésnek alávetett por szemcseméret-eloszlásától, a por nátrium-hidrogén-karbonát és nátrium-karbonát tartalmától és attól, hogy milyen szemcseméret-eloszlást kívánunk a találmány szerinti reakcióképes készítményben, továbbá, milyen annak a nátrium-hidrogén-karbonát és nátrium-karbonát tartalma. A gyakorlatban az őrlés optimális paramétereit könnyen meghatározhatjuk minden egyes esetben laboratóriumi rutinmódszerekkel.

Ha az egyéb feltételek azonosak, a találmány szerinti reakcióképes készítmény optimális hatékonyságú a hidrogén-klorid és adott esetben kén-dioxid tartalmú füst tisztítására szolgáló reagensként.

Ez a hatékonyság abban nyilvánul meg, hogy mekkora feleslegben

-6kell használni a reakcióképes készítményt egy adott hidrogén-klorid és kén-dioxid tartalmú gáz frakció elbontásához a sztöchiometriai mennyiséghez képest.

A találmány szerinti reakcióképes készítményt előnyösen lehet felhasználni háztartási szemét égetésekor keletkező füstgáz tisztítására.

A találmány tárgya tehát továbbá eljárás hidrogén-klorid tartalmú füst tisztítására, amelynek során a füstbe 125 és 600 °C közötti hőmérsékleten egy találmány szerinti nátrium-hidrogén-karbonát tartalmú reakcióképes készítményt vezetünk, majd a füstöt portalanítjuk.

A találmány szerinti eljárásnál a reakcióképes készítményt szilárd állapotban vezetjük be a füstbe. Általában a reakcióképes készítményt egy füstáramba visszük be, amely egy reaktorkamra belsejében cirkulál. Itt a nátrium-hidrogén-karbonát elbontja a füstben lévő hidrogén-kloridot és nátrium-klorid keletkezik. A füst portalanításának az a célja, hogy kivonjuk a képződött nátrium-klorid részecskéket a füstből. Ezt bármely megfelelő ismert módon elvégezhetjük, például ciklonban történő mechanikai elválasztással vagy szűrőszöveten keresztül történő szűréssel vagy elektrosztatikus elválasztással. A találmány szerinti eljárás megvalósításakor elegendő időt kell hagyni arra, hogy a nátrium-hidrogén-karbonát reagáljon a füstben lévő hidrogén-kloriddal és csak azután szabad a füstöt portalanítani. A gyakorlatban előnyösnek bizonyult, ha a portalanítást >2 másodpercig, előnyösen 2,5-6 másodpercig végezzük azután, hogy a reakcióképes készítményt bevezettük a füstbe.

A találmány szerinti eljárás különösen előnyösen alkalmazható háztartási szemétégetőből származó füst tisztítására. A találmány szerinti eljárás ezen speciális megvalósítási módjában a portalanítás • · · ···· ·· • · · · · • ··· ··· · · · • · · · · · • · · · · ··· ·

-7után összegyűjtött szilárd anyag általában a nátrium-kloridon kívül nátrium-szulfátot, többértékű fémeket fém állapotban vagy vegyület formában, továbbá nátrium-karbonátot tartalmaz. Ezt a szilárd anyagot kezelhetjük a WO 93/04983. számon közzétett nemzetközi szabadalmi bejelentésben ismertetett módon [Solvay (Société Anonyme)].

A találmány a következőkben részletesen ismertetjük és ezt segítik elő a mellékelt rajzok is.

Az 1. ábrán sematikusan mutatunk be egy olyan háztartási szemétégető berendezést, amelyben a találmány szerinti eljárást alkalmazzuk.

A 2. és 3. ábra a találmány szerinti reakcióképes készítmény két megvalósítási módja esetén a kumulált szemcseméret-eloszlást ábrázolja diagram formájában.

Az 1. ábrán bemutatott égetőberendezés tartalmaz egy 1 égetőkemencét (amelyet csak részlegesen ábrázolunk), egy 2 hulladékhő-hasznosító kazánt, egy 3 függőleges cső reakciókamrát, egy 4 portalanító berendezést és egy 5 kéményt. A 4 portalanító berendezés egy 6 ciklonból és az azt követő 7 elektrosztatikus szűrőtelepből áll. Ehelyett a berendezés tartalmazhat egy szűrővászonból álló szűrőt, például egy zsákos szűrőt, amely helyettesítheti a 7 elektrosztatikus szűrőelemet, vagy elhelyezkedhet az után is.

A 3 reakciókamra el van látva egy 8 injektorral, amelyhez egy a reakcióképes készítményt adagoló 14 adagoló berendezés kapcsolódik.

Amikor az 1. ábrán látható berendezés működik, az 1 égetőkemencében egy hidrogén-kloridot, kén-dioxidot és különböző egyéb gáz alakú szilárd szennyezéseket, többek között nehézfémeket tartalmazó füst keletkezik. Ez a füst elhagyja az 1 kemencét, áthalad a • · · ·

kazánon, amelyben visszanyerjük a hő egy részét, majd a füst egy 9 füstelvezető csatornán keresztül a 3 reakciókamra alsó részébe kerül a 8 injektor alá. A 8 injektort egyébként egy találmány szerinti por alakú reakcióképes készítménnyel tápláljuk, amely a 14 adagolóberendezésből jön, amelynek működését a későbbiekben ismertetjük. Tehát a 3 kamrában a füstöt a 8 injektorból jövő reakcióképes készítménnyel kezeljük, aminek az az eredménye, hogy a füstben lévő hidrogén-klorid és kén-dioxid elbomlik és nátrium-klorid, valamint nátrium-szulfát részecskék képződnek. A 3 reakciókamrából kijőve a füst a 4 portalanító berendezésbe jut, ahol elválasztjuk a benne lévő szilárd anyagoktól, elsősorban a nehézfémektől, valamint a 3 reakciókamrában képződött nátrium-kloridtól és nátrium-szulfáttól. A tisztított füst azután további kezelés nélkül az 5 kéménybe jut.

A 8 injektor táplálására használt reakcióképes készítmény a 14 adagolóberendezésből jön. Ez utóbbi egy kereskedelmi nátrium-hidrogén-karbonát port tartalmazó 10 silóból és egy 11 őrlőberendezésből áll, amely őrlőberendezést a 10 siló kimeneténél egy 12 rezgő elosztó készülék táplál. A 11 őrlőberendezés attriciós típusú, amelyben az attriciós energiát az őrlendő anyagnak levegőáram közvetíti (lásd Kirk Othmer, Encyclopedia of Chemical Technology,

21. kötet, 1983, 157. oldal). Az őrlőberendezés egy szitát is tartalmaz. Ez a 8 injektorhoz egy 13 vezetékkel kapcsolódik.

Találmányunkat a továbbiakban példákkal illusztráljuk.

1. példa

Háztartási szemétégetést végzünk ipari berendezésben, amely megfelel az 1. ábrán bemutatott berendezésnek. Az égetőkemence kijáratánál a füst jellemzői a következők:

• · • · · ·

-9Összetétel (mg/Nm³)

HCI : 1300 SO₂ : 200

Hőmérséklet: 250 °C Áramlási sebesség: 3500 Nm³/h

Kereskedelmi nátrium-hidrogén-karbonát port használunk, amelynek jellemzői a következők:

Összetétel NaHCO₃ > 99 tömeg% Na₂CO₃ > 1 tömeg%
Szemcseméret-eloszlás
Átmérő mm	Tömegfrakció (%)
< 0,250	> 85
<0,125	50-70
< 0,088	30-50
< 0,044	<25

Ezt a kereskedelmi forgalomban kapható nátrium-hidrogén-karbonát port RTM 300-S típusú attriciós őrlőkészülékben őröljük, amelyet az STM s.n.c. gyárt. Az őrlőberendezés működését úgy állítjuk be, hogy olyan reakcióképes készítményt kapjunk, amelynek szemcseméret-eloszlása 2. ábra szerinti, és összetétele a következő:

NaHCO₃ > 99 tömeg%

Na₂CO₃ < 1 tömeg% • · · ·

-10Α 2. ábrán mutatjuk be az őrlőberendezésben előállított reakcióképes készítmény kumulált szemcseméret-eloszlását. Ezen az ábrán az abszcisszán a részecskék átmérőjét mutatjuk pm-ben kifejezve, az ordinátán a kumulált tömegfrakciót %-ban kifejezve.

Az őrlésben kapott reakcióképes készítményt azonnal további kezelés nélkül injektáljuk a füstbe, olyan áramlási sebességgel, amely megfelel nagyjából 1,6 mól NaHCO₃-nak 1 mól füstben lévő (HCI+SO₂)-re számítva. A kezelt füstöt azután elektrosztatikus szűrőben portalanítjuk.

A füst összetétele a tisztító és portalanító kezelés után a következő:

HCI: 20 mg/Nm³

SO₂: 10 mg/Nm³

2. példa

Az 1. példában leírtak szerint járunk el, azzal az eltéréssel, hogy az égetőkemence kijáratánál a füst jellemzői a következők:

Összetétel (mg/Nm³)

HCI: 647 SO₂: 100

Hőmérséklet: 167 °C Áramlási sebesség: 36000 Nm³/h

Ugyanazt a kereskedelmi forgalomban kapható nátrium-hidrogén-karbonát port használjuk, mint az 1. példában. A por őrlésének körülményeit azonban módosítjuk, oly módon, hogy olyan reakcióképes készítményt kapjunk, amelynek kumulált szemcseméret-eloszlása a 3. ábrán látható. Az abszcisszán és az ordinátán ugyanazt

-11 ábrázoljuk, mint a 2. ábrán. A kapott reakcióképes készítmény öszszetétele a következő:

NaHCO₃ > 99 tömeg%

Na₂CO₃ < 1 tömeg%

Az őrlésből kapott reakcióképes készítményt azonnal, további kezelés nélkül injektáljuk a füstbe, olyan áramlási sebességgel, amely nagyjából megfelel 1,2 mól NaCO₃-nak a füstben lévő 1 mól (HCI+SO₂)-re vonatkoztatva. A kezelt füstöt azután szűrővásznat tartalmazó szűrőn portalanítjuk.

HCI: 5 mg/Nm³

SO₂: < 10 mg/Nm³

Claims

SZABADALMI IGÉNYPONTOK

1. Por alakú, szilárd, reakcióképes készítmény hidrogén-klorid tartalmú gáz tisztításához, amely készítmény legalább 99 tömeg% nátrium-hidrogén-karbonátot és legfeljebb 1 tömeg% nátrium-karbonátot tartalmaz, és amelynek szemcseméret-eloszlására jellemző, hogy átlagos részecskeátmérője 0,010 és 0,030 mm közötti, és szemcseméret-esése 1-3 közötti.
2. Az 1. igénypont szerinti készítmény, azzal jellemezve, hogy a nátrium-hidrogén-karbonát tartalma 99-99,9 tömeg%, és nátrium-karbonát tartalma 0,1-1 tömeg%.
3. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti készítmény, azzal jellemezve, hogy átlagos részecskeátmérője 0,020 és 0,030 mm közötti, és szemcseméret-esése 1,25 és 2,50 közötti.
4. A 3. igénypont szerinti készítmény, azzal jellemezve, hogy olyan részecskékből áll, amelyek legalább 90 tömeg%-ának átmérője < 0,055 mm, és legfeljebb 10 tömeg%-ának átmérője < 0,006 mm.
5. A 3. vagy 4. igénypont szerinti készítmény, amelynek kumulált szemcseméret-eloszlása a 2. ábra szerinti.
6. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti készítmény, azzal jellemezve, hogy átlagos részecskeátmérője 0,010 és 0,020 mm közötti, és szemcseméret-esése 1 és 3 közötti.
7. A 6. igénypont szerinti készítmény, azzal jellemezve, hogy olyan részecskékből áll, amelyek legalább 90 tömeg%-ának átmérője < 0,035 mm, és legfeljebb 10 tömeg%-ának átmérője < 0,005 mm.
8. A 6. igénypont szerinti készítmény, amelynek szemcseméret-eloszlása a 3. ábra szerinti.

• ·

-139. Az 1-8. igénypontok bármelyike szerinti készítmény, amelyet olyan por őrlésével állítunk elő, amely legalább 99 tömeg% nátrium-hidrogén-karbonátból és legfeljebb 1 tömeg% nátrium-karbonátból áll, és amelynek szemcseméret-eloszlása olyan, hogy a részecskék legalább 85 tömeg%-ának átmérője <0,500 mm, és a részecskék legfeljebb 25 tömeg%-ának átmérője <0,040 mm.
10. A 9. igénypont szerinti készítmény, azzal jellemezve, hogy a por szemcseméret-eloszlása olyan, hogy a részecskék 100 tömegrészéből 85 tömegrész átmérője <0,250 mm, 50-70 tömegrész átmérője <0,125 mm, 30-50 tömegrész átmérője <0,090 mm és <25 tömegrész átmérője <0,045 mm.
11. Az 1-10. igénypontok bármelyike szerinti készítmény háztartási szemét égetésekor keletkező füstgáz tisztítására.
12. Eljárás hidrogén-klorid tartalmú füst tisztítására, azzal jellemezve, hogy a füstbe 125 és 600 °C közötti hőmérsékleten egy az

1-11. igénypontok bármelyike szerinti reakcióképes készítményt vezetünk be, majd a füstöt portalanítjuk.
13. A 12. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a portalanítást elektrosztatikus elválasztással végezzük, és hogy a füstbe bevezetett reakcióképes készítményként egy a 3-5. igénypontok bármelyike szerinti készítményt alkalmazunk.
14. A 11. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a portalanítás szűrővásznon való szűrésből áll, és hogy a füst bevezetett reakcióképes készítményként egy a 6-8. igénypontok bármelyike szerinti készítményt alkalmazunk.
15. A 12-14. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a füst portalanítását több, mint 2 másodperccel a reakcióképes készítménynek a füstbe történő bejuttatása után végezzük.

- 1416. A 15. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a reakcióképes készítménynek a füstbe való bejuttatása és a portalanítás között eltelő idő 2,5-6 másodperc közötti.