AT401619B

AT401619B - Verfahren und vorrichtung zur nichtkatalytischen rauchgasentstickung in reformern

Info

Publication number: AT401619B
Application number: AT164394A
Authority: AT
Inventors: Werner Dipl Ing Dr Auer; Johann Ecker; Heinz Dr Lehner; Werner Dipl Ing Dr Pichler
Original assignee: Agrolinz Melamin Gmbh
Priority date: 1994-08-26
Filing date: 1994-08-26
Publication date: 1996-10-25
Also published as: ATA164394A

Description

Bei der Reformer-Heizung In Anlagen auf Steamreformingbasis, wie sie etwa bei der Ammoniak- oder Methanolerzeugung, sowie bei Oxosynthesen zum Einsatz kommen, entstehen NO-Em ! ss) onen im Rauchgas. die aus Gründen des Umweltschutzes ab einem gewissen Grenzwert nicht an die Umgebung abgegeben werden dürfen.

Die bekanntesten grosstechnisch eingesetzten Rauchgasentstickungsverfahren arbeiten auf Ammoniak- basis, wobei sogenannte seiektiv katalytische und selektiv nichtkatalytische Verfahren unterschieden werden.

Verfahrenstechnisch besteht das wesentliche Problem der mchtkatalytlschen Entstickung dann. das Additiv, beispielsweise Ammoniak, und das NOx-führende Rauchgas raschestmöglichst homogen, sowie Im richtigen Temperaturbereich zu mischen. Aus diesem Grund ist die Anwendung und Optimierung dieses Verfahrens, wenngleich die nichtkatalytische Entwickung im Prinzip einfach ist, eine technisch äusserst anspruchsvolle Aufgabe.

Zur Erzielung einer solchen homogenen Mischung wird das Additiv üblicherweise über ein Trägermedium in den Rauchgasstrom eingebracht.

Es wurden dazu bereits mehrere Verfahren für die verschiedensten Einsatzgebiete beschrieben So ist beispielsweise aus EP-B 1-0278241 ein Verfahren zum Einmischen von Ammoniak in einen Rauchgasstrom bekannt, bel dem eine wässrige Ammoniaklösung in einen Trägerstrom eindosiert und darin verdampft wird und der beladene Trägergasstrom, der aus vorgewärmter Frischluft oder trockenem Wasserdampf besteht, anschliessend dem Rauchgasstrom zugemischt wird.
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strom eingebracht.

All diese Verfahren haben den Nachteil. dass das Reduktionsmittel Ammoniak über ein Trägermedium, beispielsweise als wässrige Lösung oder mittels Dampfes. In den Rauchgasstrom eingebracht wird. Dies erfordert meist auch aufwendige Zulelt- und Einsprühsysteme und bedingt einen erhöhten Energiever- brauch, da entweder Dampf als Trägermedium bereitgestellt oder Im Fall von wässrigen Lösungen der Wasseranteil verdampft werden muss und somit diese nutzbare Wärme dem Rauchgas entzogen wird.

Die bisher bekannten und technisch realisierten Massnahmen zur Rauchgasentstlckung Sind demnach mit hohen Investitionskosten und Energiekosten, etwa zur Bereitstellung von Wasserdampf, verbunden.

Weiters sind diese Massnahmen zur Anwendung In bestimmten Einsatzgebieten. wie etwa In Kesselanlagen
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beschrieben.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es demnach ein Verfahren zur Rauchgasentstlckung zu finden. das die Nachteile der bisher bekannten Massnahmen vermeidet. Diese Aufgabe konnte nun mit einem Verfahren gelöst werden, das ohne grossen Aufwand leicht grosstechnisch zu realisieren ist, wobei die Einbringung von Ammoniak ohne Trägermedium durchgeführt werden kann und trotzdem eine homogene Vermischung des Ammoniaks mit dem Rauchgas gewährleistet ist und das zur Anwendung In Reformern geeignet ist.

Gegenstand der vorliegenden Anmeldung ist demnach ein Verfahren zur nichtkatalytischen Rauchgasentstickung mittels Ammoniaks In Reformern. das dadurch gekennzeichnet 1St, dass gasförmiges Ammoniak direkt In die einzelnen Rauchgassammelkanäle eines Reformers, In denen eine Temperatur von 800 bis
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mitRauchgassammelkanäle vorhanden Sind. eingedüst wird.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Anmeldung ist eine Vorrichtung zur nichtkatalytischen Rauchgasentstickung mittels Ammoniaks, die dadurch gekennzeichnet ist. dass die Rauchgassammelkanäle des Reformers mit einem Rohrteitungssystem verbunden sind, das die gleiche Zahl an Düsen aufweist wie Rauchgassammelkanäle vorhanden sind, wobei die Düsen über Elnleltrohre an eine gemeinsame Versorgungsleitung für das Ammoniak angeschlossen sind
Das erfindungsgemässe Verfahren und die Vorrichtung eignen sich zur Rauchgasentstickung In Reformern In Anlagen auf Steamreformlngbasls, wie sie bei der Ammoniak-. Methanol oder Oxosynthese zum Einsatz kommen.

Unter Reformern sind dabei decken-. boden- und seitlichbefeuerte Reformer. sowie sogenannte Terrassenofen bzw-reformer zu verstehen Bevorzugt eignen sich das Verfahren und die Vorncntung zur Rauchgasentstickung In decken- bzw bodenbefeuerten Reformern, besonders bevorzugt In deckenbefeuerten Reformern. Reformer sind Im allgemeinen so aufgebaut. dass eine gewisse Zahl von Spaltrohren, In denen die gewünschte Reaktion, etwa die Spaltung von Kohlenwasserstoffen, erfolgt. In mehreren Reihen m angeordnet sind, wobei sich die Zahl der Spaitrohre und somit die Reihenanzanl m nach der Grösse und Art des Reformers richten
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Das erfindungsgemässe Verfahren und die Vorrichtung werden somit bevorzugt in decken- bzw. bodenbefeuerten Reformern mit 40 bis 400 Spaltrohren, besonders bevorzugt In deckenbefeuerten Refor- mern, mit mehr als 100 Rohren, die in mehr als 2 Reihen angeordnet sind, eingesetzt.

Bei decken-bzw. bodenbefeuerten Reformern befinden sich zwischen bzw. seitlich von den Spaltrohrreihen an der Decke bzw. am Boden des Primärreformers m + 1 Brennerreihen, wobei sich die Zahl der benötigten Brenner pro Reihe der Anzahl an Spaltrohren pro Spaltrohrreihe richtet.

Am Boden bzw. an der Decke eines decken-bzw. bodenbefeuerten Reformers befinden sich, ebenfalls zwischen bzw. seitlich von den Spaitrohrreihen. m + 1 Rauchgassammelkanäle, in die, durch beispielsweise seitlich angebrachte Löcher, das Rauchgas eindringt. Bevorzugt sind Reformer mit mehr als 3 Rauchgassammelkanälen. Durch die Rauchgassammelkanäle gelangt das Rauchgas in einen gemeinsamen Abzug und von dort in den Schornstein, wobei die Wärme des Rauchgases in der Regel noch über Wärmetauscher genutzt wird.

Nach dem erfindungsgemässen Verfahren wird nun gasförmiges Ammoniak mit Umgebungstemperatur über ein Rohrleitungssystem in die Rauchgassammelkanäle eingebracht. Das Rohrleitungssystem ist dabei
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verbunden sind. Die Düsen können dabei beliebig positioniert sein, es ist jedoch von Vorteil, wenn sie In der vorderen Hälfte, bevorzugt im vorderen Viertel der einzelnen Rauchgassammelkanäle angebracht sind, das heisst, die Eindüsung erfolgt bevorzugt in einem Abstand von bis zu 50 bzw.

25 % der Gesamtlänge der Rauchgassammelkanäle, gerechnet vom gemeinsamen Rauchgasabzug aller Sammelkanäle. Besonders bevorzugt wird das Ammoniak möglichst nahe am gemeinsamen Abzug der Rauchgassammelkanäle, also in einem Abstand von bis zu 8 % der Gesamtlänge eines Rauchgassammelkanals, gerechnet vom gemeinsamen Abzug, eingebracht.

Der Grad der Umsetzung bzw. des NOx-Abbaus, sowie der sogenannte Ammoniakschlupf, der für die Menge an nichtumgesetzten Ammoniak, das in den Rauchfang geht, steht, hängt von mehreren Parametern, wie Rauchgastemperatur, Rauchgasgeschwindigkeit, Geometrie der Rauchgassammelkanäle, Verhältnis von Rauchgas- zu Ammoniakmenge, NOx-Konzentration, Eindüsstelle und den Eindüsbedingungen, wie etwa Geometne der Düsen, Elndüsgeschwlndigkeit usw. ab, die je nach Grösse und Art des Reformers variieren können.

Um einen grösstmöglichen NOx-Abbau zu erzielen, sollte die Rauchgastemperatur in den Rauchgassammelkanälen zwischen 800 und 1100'C, bevorzugt zwischen 900 und 1050'C liegen und die Rauchgasge-
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Übliche In Reformern vorhandene NOx-Konzentrationen betragen bis zu 400 mg/m3i, als NO2 gerechnet (tr ... trocken).

Die Zufuhr des Ammoniaks bzw. die Gesamtammoniakmenge wird über ein Drosselventil an der gemeinsamen Versorgungsleitung geregelt.

Die Aufteilung des Ammoniakstromes auf die einzelnen Düsen wird dabei durch die Wahl der geometryschen Abmessungen der Düsen und Einleitrohre geregelt und möglichst gleichmässig eingestellt Die optimale Ammoniakmenge, die den grösstmöglichen NOx-Abbau bei einem akzeptablen Ammoniakschlupf bewirkt, kann durch Optimierungsversuche, durch die auch die optimalen Eindüsbedingungen ermittelt werden, leicht festgestellt werden.

Durch das erfindungsgemässe Verfahren wird eine Senkung der NOx-Konzentration im Rauchgas auf unter 50%, In manchen Fällen sogar auf unter 40%, bei einem Ammoniakschlupf von höchstens 10 mg m erzielt.

Beispiel 1
In einem von oben befeuerten Reformer mit 258 Spaltrohren, die In 6 Reihen zu jeweils 43 Rohren angeordnet waren, 7 Brennerreihen mit jeweils 15 Brennern und 7 Rauchgassammelkanälen mit einem Gesamtquerschnitt von 8, 3 m2, wurde über ein einfaches Rohrleitungssystem mit 7 Düsen, die Jeweils 1 m vor dem gemeinsamen Rauchgasabzug, d h.

In einem Abstand von 6 0 :' der Gesamtlänge eines Rauchgassammelkanals gerechnet vom gemeinsamen Abzug, In die einzelnen Rauchgassammelkanäle führten, gasförmiges Ammoniak eingedüst. Die Rauchgastemperatur In den Sammelkanälen betrug 990 C die Rauchgasgeschwindigkeit in den Sammelkanälen lag bei etwa 22, 4 m s Die Rauchgasmenge Im Reformer betrug etwa 670 000M3 It h und wies einen NOx-Gehalt von 360 mg m ,- (als N02 gerechnet) auf Die eingebrachte Ammoniakmenge von etwa 30 kg h bewirkte eine NOx-Reauktion auf etwa 170mg m,, lais

NO : gerechnet). Der Ammoniakschlupf lag dabei unter 10 mg/m3'r Patentansprüche 1.

Verfahren zur nichtkatalytischen Rauchgasentstickung mittels Ammoniaks In Reformern, dadurch gekennzeichnet, dass gasförmiges Ammoniak direkt in die Rauchgassammelkanäle des Reformers, In denen eine Temperatur von 800 bis 1100 C gegeben Ist, über ein Rohrleitungssystem mit der gleichen ZahlDoslerstellen bzw. Düsen wie Rauchgassammelkanäle vorhanden sind, eingedüst wird.

Claims

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass In den Rauchgassammelkanälen des Reformers eine Temperatur von 900 bis 1050. C gehalten wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rauchgasgeschwindigkeit in den Rauchgassammelkanälen von 5 bis 30 m s eingestellt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Eindüsung des Ammoniaks in die EMI3.1 ! nze ! nen Rauchgassammeikanäfe jewe ! ! s in e ! nemRauchgassammelkanals. gerechnet vom gemeinsamen Abzug der einzelnen Rauchgassammeikanäle. erfolgt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Eindüsung des Ammoniaks In die einzelnen Rauchgassammelkanäle jeweils in einem Abstand von bis zu 25 % der Gesamtlänge eines Rauchgassammelkanals, gerechnet vom gemeinsamen Abzug der einzelnen Rauchgassammelkanäle, erfolgt.

6. Vorrichtung zur nichtkatalytischen Rauchgasentstickung mittels Ammoniaks in Reformern, dadurch gekennzeichnet. dass die Rauchgassammelkanäle des Reformers mit einem Rohrleitungssystem verbunden sind, das die gleiche Zahl an Düsen aufweist wie Rauchgassammelkanäle vorhanden sind, wobei die Düsen über Einieitrohre an eine gemeinsame Versorgungsleitung für das Ammoniak angeschlossen sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet. dass der Reformer ein decken- oder ein bodenbefeuerter Reformer ist 8. Vomchtung nach Anspruch 6. dadurch gekennzeichnet. dass der Reformer ein deckenbefeuerter Reformer 1St.

9. Vorrichtung nach Anspruch 6. dadurch gekennzeichnet. dass Im Reformer die Spaltrohre In mehreren Reihen m angeordnet sind, wobei zwischen bzw. seitlich von diesen Reihen m + 1 Brennerreihen und m + 1 RauchgassammelkanÅale liegen 10. Vorrichtung nach Anspruch 6. dadurch gekennzeichnet. dass der Reformer 40 bis 400 Spaltrohre. die in mindestens 2 Reihen angeordnet sind, mindestens 3 Brennerreihen und mindestens 3 Rauchgas- sammelkanäle aufweist.