Verringerung von Kohlenmonoxid (CO) in der Gießerei und Metallurgie

In dieser Fallstudie beschreiben wir eine technische Lösung, die Brofind bei einem großen europäischen Unternehmen angewandt hat, das in der Rückgewinnung und Wiederverwendung von Zink tätig ist, einem edlen Rohstoff, der in verschiedenen Produktionsabfällen in der Metallindustrie vorkommt.

Diese Rückgewinnungsmöglichkeit steht insbesondere im Zusammenhang mit Stahlproduktionsprozessen, bei denen große Mengen an Abfallmaterial anfallen, besser bekannt unter dem englischen Akronym EAFD (Electric Arc Furnace Dust), einem als gefährlich eingestuften Abfall.

Im EAFD-Staub ist der Anteil an Zink besonders hoch, was angesichts der steigenden Kosten für die Abfallentsorgung ein motivierender Faktor für die Einführung von Wiederverwendungslösungen ist.

Der industrielle Prozess der Abtrennung, Reinigung und Rückgewinnung von Zink aus Rohabfällen (EAFD) erzeugt jedoch große Mengen an Kohlenmonoxid (CO).

Das rückzugewinnende Element, d. h. Zink, kann in den Produktionsabfällen in Form verschiedener Verbindungen vorhanden sein, wie z. B.

• Zinkoxid
• Zinksilikat
• Zinkferrit
• Zinksulfid
• andere

Das Rückgewinnungsverfahren besteht in der Behandlung der Produktionsabfälle mit einem kohlenstoffhaltigen Reduktionsmittel/Brennstoff in einem Drehrohrofen bei Temperaturen zwischen 1000 °C und 1500 °C.

Dadurch wird ein chemischer Prozess in Gang gesetzt, der als WAELZ-Prozess bekannt ist und die Reduktion von Zinkverbindungen zu elementarem Zink beinhaltet, das bei einem Siedepunkt von 907 °C seinen Zustand ändert und in der Gasphase zu Zinkoxid oxidiert. Das Zinkoxid wird dann am Ausgang des Ofens mit Hilfe von Schlauchfiltern aufgefangen, die als mechanische Filter zwar zur Entstaubung dienen, aber nicht in der Lage sind, das überschüssige Kohlenmonoxid abzubauen, das bei der Oxidation entsteht.

Ohne ein weiteres Verfahren zur Emissionsminderung würde daher eine große Menge des äußerst giftigen Gases CO in die Atmosphäre freigesetzt; es genügt zu sagen, dass ein erwachsener Mann in einer Umgebung, die 0,1 % CO enthält, innerhalb von 30 Minuten sterben würde.

Ziel der Reinigung ist es, die Emission von Kohlenmonoxid (CO) in die Atmosphäre so weit wie möglich zu reduzieren, so dass die gesetzlichen Grenzwerte für die einzelnen Schadstoffe eingehalten werden können.

Da die Daten bei der Analyse eindeutig auf Emissionen mit nahezu konstanter Strömungscharakteristik und sogar beträchtlichen Schadstoffmassenströmen hinwiesen, wurde eine regenerative thermische 5-Kammer-Oxidationsanlage installiert.

Bei dieser Lösung enthält jede Regenerationskammer ein Keramikbett, das als Wärmespeicher fungiert und je nach Richtung des durchströmenden Emissionsstroms erwärmt – oder abgekühlt – wird.

Die zu reinigende Emission gelangt in die Kammern 1 und 2 und durchläuft das im vorhergehenden Schritt erhitzte Keramikbett, wobei sie auf eine Temperatur erhitzt wird, die der Reaktionstemperatur (ca. 900 °C) so nahe wie möglich kommt.

Diese Temperatur wird durch Selbstverbrennung der Schadstoffe in der Emission aufrechterhalten, kann aber auch durch Einspritzen von Zusatzbrennstoff in die Heiztransienten gesteuert werden. Die zu behandelnde Emission verbleibt während einer ausreichenden Verweilzeit auf der Verbrennungstemperatur.

Nach dem Verlassen der Verbrennungskammer strömt die gereinigte Emission vertikal von oben nach unten durch die Kammern 3 und 4. Die durchschnittliche Dauer dieser Intervalle ist variabel und wird automatisch nach einem logischen Verfahren eingestellt, das zum Know-how von Brofind gehört.

Die fünfte Kammer ermöglicht die weitere Behandlung des nicht vollständig gereinigten Teils der Abgase, die sonst bei der Flussumkehr direkt in den Schornstein geleitet werden könnten.

Die spezifische Anwendung, die bei einem führenden Unternehmen der Zinkmetallurgie durchgeführt wurde, erforderte die Identifizierung und Anwendung von maßgeschneiderten Anlagenlösungen, um die folgenden Ziele zu erreichen:

• Optimierung der Betriebs- und Energiekosten
  • Minimierung des zusätzlichen Kraftstoffverbrauchs durch regenerative Vorwärmung der Abluft auf eine Temperatur nahe der Reaktionstemperatur.
  • Auswahl von keramischen Werkstoffen, die dank ihrer hohen Druckfestigkeit einen minimalen Energieverbrauch garantieren und
  • hohe thermische Trägheit
  • Rückgewinnung überschüssiger Wärmeenergie, wenn der Schornsteinabzug eine gute Temperatur aufweist und somit eine indirekte Wärmerückgewinnung ermöglicht, indem ein Wärmetauscher installiert wird, um z. B. die Verbrennungsluft für Brenner zu erwärmen oder die Luft für Trockner zu nutzen

• Sicherheit und Bedienbarkeit

• • Konstruktion zur Begrenzung des Verstopfungsrisikos durch das Vorhandensein von Staub
  • Anlagenlayout zur Erleichterung der Wartungsarbeiten

• Leistung und Einhaltung

• • Technische Lösung mit regenerativer 5-Kammer-Oxidationsanlage, die einen hohen Grad der Luftreinigung garantiert
  • Prozessführung mit dem Ziel einer extrem niedrigen Erzeugung von Sekundärschadstoffen (TOC ⥶ 20 mg C/Nm3 , CO ⥶ 50 mg/Nm3, NOx ⥶ 50 mg/Nm3)