AT389459B

AT389459B - Thermische abluftreinigung

Info

Publication number: AT389459B
Application number: AT227287A
Authority: AT
Inventors: Walter Dipl Ing Kanzler; Johannes Dipl Ing Schedler; Heimo Dipl Ing Dr Thalhammer
Original assignee: Kanzler Walter; Schedler Johannes; Heimo Dipl Ing Dr Thalhammer
Priority date: 1987-09-09
Filing date: 1987-09-09
Publication date: 1989-12-11
Also published as: ATA227287A

Description

Die bekannten Verfahren zur thermischen Abluftverbrennung arbeiten in der Regel mit Rohrbündelwärmeaustauschern als interne Wärmerückgewinnung. Da diese Wärmetauscher hohe spezifische Kosten je Austauschfläche haben, ist der Wirkungsgrad dieser Geräte meist so gering, dass die Abgastemperatur sehr hoch ist und der Energieverbrauch der Anlage eine grosse Kostenbelastung für den Anlagenbetreiber darstellt.

Um den Wärmeinhalt der Abgase nach thermischen Abluftreinigungsanlagen besser zu nutzen, wird daher das in der Regel 800 C heisse Abgas nach dem Reaktor über einen Abhitzekessel geleitet, in dem grössere Mengen Prozessdampf oder Thermoöl erhitzt werden, während die restliche Wärme in internen Wärmerückgewinnungen genutzt wird. Eine andere übliche Schaltungsmöglichkeit besteht auch darin, die interne Wärmerückgewinnung direkt nach dem Reaktor zu setzen und das noch ca. 300-400 C heisse Abgas zur Dampferzeugung (Niederdruckdampf) oder Wasseraufwärmung zu verwenden.

Diese Verfahren haben jedoch den Nachteil, dass für eine wirtschaftliche Betriebsweise immer erhebliche Mengen an Wärme gewonnen werden müssen, die in vielen Fällen nicht sinnvoll im Betrieb verwertet werden können.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine thermische Abluftreinigung zu schaffen, bei der die Wärme des Reingases möglichst vollständig zur Aufheizung des Rohgases verwendet wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass das die Schadstoffe enthaltende Rohgas in einem oder zwei hintereinander geschalteten Rekuperatoren (Plattenwärmetauschern) von der vorgegebenen Eintrittstemperatur, vorzugsweise 0-250 C auf die Reaktionstemperatur vorgewärmt wird, im nachfolgenden Reaktor die Schadstoffe mit oder ohne Zündflamme oxidiert werden und das um die Reaktionswärme der Schadstoffe zusätzlich aufgewärmte Abgas (Reingas) seinen Wärmeinhalt im Rekuperator wieder an das Rohgas abgibt, wobei der Rekuperator so bemessen ist, dass die Reingastemperatur nur 50-150 C über der Rohgastemperatur vor dem Rekuperator liegt.

Mit organischen Schadstoffen belastete Abgase sind der typische Anwendungsfall für thermische
EMI1.1
erwärmt sich das Abgas in einem Reaktor bei ca. 750 C Eintrittstemperatur um ca. 100 C. Beträgt z. B. die Rohgastemperatur vor dem Rekuperator 20 C und der Wirkungsgrad der internen Wärmerückgewinnung zwischen Rohgas und Reingas 88 %, so kann diese thermische Abluftreinigung ohne externer Zufuhr von Energie betrieben werden. D. h. es wird dem Abgas ausser der Verbrennungswärme der Schadstoffe keine zusätzliche Wärme zugeführt, aber es muss auch keine Energie abgeführt werden.

Die Reingastemperatur beträgt in diesem Fall nach dem Rekuperator 120 C. Bei Schadstoffgehalten unter 4 g/m3 dieses Schadstoffes muss dem Rohgas vor dem Reaktor durch eine kleine Stützflamme Energie zugeführt werden und bei höheren Schadstoffgehalten könnte Energie gewonnen werden oder der Wirkungsgrad der internen Wärmerückgewinnung vermindert werden. Bei den Versuchen hat sich gezeigt, dass je nach Konzentration und chemischer Zusammensetzung der Schadstoffe die zum vollständigen Umsatz der Schadstoffe erforderliche Verweilzeit bei Temperaturen zwischen 650 und 850 C weniger als 1 s. beträgt. Die Oxidationsgeschwindigkeit ist für organische Schadstoffe, die ein oder mehrere Sauerstoffatome enthalten, grösser als für Kohlenwasserstoffe mit geraden Ketten.

Mit Ausnahme von Methan lassen sich praktisch alle organischen Verbindungen unter diesen Bedingungen oxidieren.

Die Rekuperatoren für das erfindungsgemässe Verfahren müssen den Wärmeaustausch zwischen Rohgas und Reingas mit sehr hohen Wirkungsgraden bewerkstelligen, damit das Verfahren autotherm arbeitet. Es eignen sich hierfür insbesondere vollständig verschweisste Plattenwärmetauscher, die vorzugsweise aus dünnen Folien aus Zunder-beständigen Material (z. B. Chromnickelstähle der Type DIN 1. 4841 oder Inconel) hergestellt werden, um einen wirtschaftlichen Bau der Geräte zu ermöglichen. Zur Erzielung dieser hohen Wirkungsgrade von 85 - 90 % müssen je kg Rohgasdurchsatz pro Stunde der Anlage 0, 05 - 0, 15 m2 Wärmeaustauschfläche im Rekuperator installiert werden und die Strömungsgeschwindigkeit im Rekuperator muss dabei zwischen 2 und 10 m/s., vorzugsweise 4 - 8 m/s. liegen.

Es hat sich weiters gezeigt, dass das Vorhandensein von sehr geringen Mengen Kupferoxid und/oder Manganoxid in feinster Pulverform bei gleicher Verweilzeit die Reaktionstemperatur um bis zu 100 C reduzieren kann. Zu diesem Zweck werden dem Abgas 0, 005 - 0, 1 mg/m3 Kupferoxid und/oder Manganoxid in feinster Pulverform oder als wässrige Aufschlämmung zugegeben. Diese Spuren wirken katalytisch und können entweder im Reingas verbleiben und beeinträchtigen dadurch die Umwelt nicht oder sie werden im Reaktor oder nach dem Reaktor an einem Heissgasfilter oder an einem Filterhilfsmittel niedergeschlagen.

Durch diese Massnahme kann ein Abgasstrom, dessen organische Schadstoffe bei der vollständigen Oxidation das Abgas um 65 C aufheizen, bei einer Rohgaseintrittstemperatur von 50 C und 90 %iger Wärmerückgewinnung gemäss dem erfindungsgemässen Verfahren bereits autotherm gefahren werden.

Beispiel 1 :
10000 kg/h Abgas, die mit einer Temperatur von 140 C den Trockner einer Offsetdruckmaschine verlassen, haben einen Schadstoffgehalt von 2, 5 g/m3 (90 % Testbenzin, 10 % Isopropanol) und werden in einem Plattenwärmetauscher mit einer Austauschfläche von 900 m2 auf 720-750 C aufgewärmt und mit dieser Temperatur in den Reaktor geleitet, in welchem sie sich bei einer Verweilzeit von 0, 8 s. und bei einer Stömungsgeschwindigkeit von 1, 8 m/s. um 80 C erwärmen. Der Reaktor besteht aus einem Rohr mit entsprechender keramischer Ausmauerung und kann vorteilhafter Weise mit Leitblechen zur Vergleichmässigung der Strömung ausgestattet sein.

Das 800-830 C heisse Abgas wird nun wieder in die Wärmerückgewinnung geleitet, in der es sich auf 220 oC abkühlt Der Wirkungsgrad der Wärmerückgewinnung beträgt ind diesem Fall 88 % und die Anlage arbeitet autotherm. Die Anlage könnte nun erfindungsgemäss auch mit einer Wärmerückgewinnung mit höherem Wirkungsgrad ausgestattet sein, sodass innerhalb der Anlage ein Energieüberschuss entstehen würde. Dieser Energieüberschuss kann nun entweder durch eine Bypassleitung aus der Anlage ausgeschleust werden oder in einem Abhitzekessel nach dem Reaktor verwertet werden. Wenn der Schadstoffgehalt bei schwankender Betriebsweise unter jenen Wert, der für die autotherme Betriebsweise erforderlich ist, abfällt, nimmt die im oder vor dem Reaktor eingebaute Stützfeuerung ihren Betrieb auf.

Die Wärmerückgewinnung ist so dimensioniert, dass der Plattenabstand 6 mm beträgt und die mittlere Strömungsgeschwindigkeit 5, 4 m/s. beträgt. Bei dieser Betriebsweise verursacht der Strömungswiderstand der Anlage einen Druckabfall des Gasstromes von 1, 04 auf 1, 008 bar.

Beispiel 2 :
Der selbe Abgasstrom von Beispiel 1 wird nun in die selbe Anlage eingeleitet. Vor dem Entritt in den Rekuperator werden dem Rohgas jedoch 0, 01 mg/m3 Rohgas einer Mischung aus 40 % Mangan-IV-Oxid und 60 % Kupfer-II-Oxid, in der 15fachen Menge Wasser gelöst, zugegeben. Dadurch kann der selbe Umsatz der Schadstoffe bei der selben Verweilzeit schon bei einer Eintrittstemperatur 640 C in den Reaktor und 720 C Austrittstemperatur aus dem Reaktor erzielt werden.

PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zur thermischen Oxidation von Schadstoffen in Abgasen, dadurch gekennzeichnet, dass das die Schadstoffe enthaltende Rohgas in einem oder zwei hintereinander geschalteten Rekuperatoren (Plattenwärmetauschern) von der vorgegebenen Eintrittstemperatur, vorzugsweise 0-250 C auf die Reaktionstemperatur vorgewärmt wird, im nachfolgenden Reaktor die Schadstoffe mit oder ohne Zündflamme oxidiert werden und das um die Reaktionswärme der Schadstoffe zusätzlich aufgewärmte Abgas (Reingas) seinen Wärmeinhalt im Rekuperator wieder an das Rohgas abgibt, wobei der Rekuperator so bemessen ist, dass die Reingastemperatur nur 50-150 C über der Rohgastemperatur vor dem Rekuperator liegt.

Claims

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Eintrittstemperatur in den Reaktor 650 - 850 oe, vorzugsweise 750-800 C beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass je kg Rohgasdurchsatz/h der Anlage 0, 05 - 0, 15 m2 Wärmeaustauschfläche im Rekuperator installiert werden und die Strömungsgeschwindigkeit im Rekuperator zwischen 2 und 10 m/s., vorzugsweise 4 - 8 m/s. liegt.

4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei Schadstoffgehalten im Rohgas von mehr als 2 - 6 g/m3 die Oxidation der Schadstoffe im Reaktor ohne Vorhandensein einer Flamme durchgeführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verweilzeit im Reaktor weniger als 1 s. beträgt.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Rohgas 0, 005-0, 1 mg/m3 Kupferoxid und/oder Manganoxid in feinster Pulverform oder als Aufschlämmung zugegeben werden.

7. Verfahren nach Anspruch 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass das zugesetzte Kupferoxid und/oder Manganoxid durch Filtration wieder aus dem Reingas abgeschieden wird.