AT514228B1 - Katalysatormodul - Google Patents

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Abstract

Katalysatormodul (1) mit Einbauten aus Katalysatorelementen (2), wobei die Anströmfläche der einzelnen Katalysatorelemente größer als die Strömungseintrittsfläche des Katalysatormoduls ist, wobei als Moduleintrittsfläche die der Hauptströmungsrichtung (S) zugewandte Fläche der Modulseite definiert ist, und wobei die Katalysatorelemente als parallelepipedische monolithische Wabenkörper, die in ihrem Inneren geradlinige, parallel zueinander verlaufende und an ihren Längsseiten geschlossene Kanäle aufweisen, ausgebildet und im Katalysatormodul derart positioniert sind, daß sie von der Richtung der vom Katalysatormodul eintrittsseitigen und/ oder der vom Katalysatormodul austrittsseitigen Strömungsrichtung abweichend vom Rauchgas durchströmt werden.

Description

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft ein Katalysatormodul mit Einbauten aus Katalysatorelementen,wobei die Anströmfläche der einzelnen Katalysatorelemente größer als die Strömungseintritts¬fläche des Katalysatormoduls ist, und wobei als Moduleintrittsfläche die der Hauptströmungs¬richtung zugewandte Fläche der Modulseite definiert ist.
STAND DER TECHNIK
[0002] SCR-Katalysatoren stellen den Stand der Technik zur Entstickung von Rauchgasen dar.Damit wird ein wesentlicher Beitrag zur Verminderung des bodennahen Ozons, des saurenRegens und des Treibhauseffektes geleistet. Diese Technologie wird in thermischen Kraftwer¬ken und Müllverbrennungsanlagen genauso eingesetzt wie in Verbrennungskraftmaschinen undvielen industriellen Bereichen.
[0003] Neben der Reduktion von Stick(stoff)oxiden werden Katalysatoren beispielsweise auchzum Abbau von Dioxinen und Furanen eingesetzt, was sich im besonderen bei Müllverbren¬nungsanlagen als technischer Standard durchgesetzt hat.
[0004] Katalysatorelemente werden beispielsweise in Form von homogen extrudierten Waben¬körpern oder in Form von Trägerwerkstoffen, deren Oberfläche mit einer katalytischen Schichtversehen wird und die Plattenkatalysatoren genannt werden, angeboten. Weitere Ausführungs¬varianten sind beispielsweise Katalysatoren in Pelletform, Zeolithkatalysatoren, bei denen dieaktive Schicht auf einen keramischen Träger mittels Washcoat- Verfahren aufgebracht wird,sowie als wellenförmige Platten ausgeführte Katalysatoren.
[0005] Zum Einbau in SCR-Reaktoren werden die einzelnen Katalysatorelemente in parallele-pipedische Katalysatormodule (beispielsweise Stahlmodule) gepackt, welche im Verbund alsKatalysatorlage bezeichnet werden. Zwischen den einzelnen Katalysatormodulen sowie zwi¬schen den Katalysatormodulen und der Wand des die Module aufnehmenden Reaktorgehäuseswerden Dichtungen vorgesehen, um den Rauchgasstrom zwingend durch die Katalysatorele¬mente zu führen.
[0006] Einen wesentlichen Leistungsparameter stellt der durch den Einbau der Katalysatorele¬mente in das Katalysatormodul einhergehende Druckverlust dar. Es wird angestrebt, diesenunerwünschten Druckverlust so gering wie möglich zu halten. Der Druckverlust wird unter ande¬rem durch die Wahl der Geometrie der Katalysatorelemente beeinflußt. Der Geometriewahl sindallerdings fertigungsbedingte sowie prozeßbedingte Grenzen gesetzt. Die Größe des SCR-Reaktors beeinflußt ebenfalls direkt den Druckverlust. Dem Gestaltungspielraum sind somitGrenzen gesetzt: einerseits durch bauseitige Einschränkungen, im besonderen bei späternachgerüsteten SCR-Reaktoren, andererseits durch ökonomische Überlegungen.
[0007] Die WO 98/56503 A1 zeigt einen metallischen Katalysator- Trägerkörper zur Reinigungeines Abgasstromes. Es wird der Gasstrom im Inneren des Katalysators möglichst oft umge¬lenkt und eine Katalysator-Innenstruktur von möglichst großer Oberfläche geschaffen. Dies führtzu einem hohen Druckverlust an diesem Katalystor.
AUFGABE DER ERFINDUNG
[0008] Die Erfindungsaufgabe liegt in der Bereitstellung von Katalysatormodulen mit größtmög¬licher, katalytisch aktiver Oberfläche bei gegebenem beschränktem Reaktorquerschnitt untergleichzeitiger Minimierung des durch die Katalysatorelemente verursachten Druckverlustes.Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Katalysatorelemente als paral-lelepipedische monolithische Wabenkörper, die in ihrem Inneren geradlinige, parallel zueinan¬der verlaufende und an ihren Längsseiten geschlossene Kanäle aufweisen, ausgebildet und imKatalysatormodul derart positioniert sind, dass sie von der Richtung der vom Katalysatormoduleintrittsseitigen und/oder der vom Katalysatormodul austrittsseitigen Strömungsrichtung abwei¬chend vom Rauchgas durchströmt werden.
[0009] Die Bereitstellung der erforderlichen Katalysatoroberfläche und des damit verbundenenKatalysatorvolumens wird somit durch die erfindungsgemäße Anordnung der Katalysatorele¬mente innerhalb der Katalysatormodule erzielt, was eine Vergrößerung der Tiefe der Katalysa-tormodule mit sich bringt. Der Querschnitt des SCR-Reaktors bleibt dabei unverändert.
[0010] Gemäß einer alternativen Ausführungsform sind vorzugsweise auch Katalysatorelemen¬te vorgesehen, welche parallel zur Ausrichtung der eintrittsseitigen und/oder der austrittsseiti¬gen Strömungsrichtung vom Rauchgas durchströmt werden.
[0011] Vorzugsweise ist an der Eintrittsseite des Katalysatormoduls mindestens ein Rauchgas¬kanal angeordnet, der das Rauchgas in das Katalysatormodul führt, wobei als Eintrittsseite desKatalysatormoduls die der Hauptströmungsrichtung zugewandte Modulseite definiert ist.
[0012] Nach einem weiteren Erfindungsmerkmal ist an der Austrittsseite des Katalysatormodulsmindestens ein Rauchgaskanal angeordnet, der das Rauchgas aus dem Katalysatormodulführt, wobei als Austrittsseite des Katalysatormoduls die der Hauptströmungsrichtung abge¬wandte Modulseite definiert ist.
[0013] Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert,die einen Schnitt durch ein Katalysatormodul gemäß der Erfindung zeigt.
[0014] Der an sich konventionelle Aufbau eines Katalysatormoduls 1 ist dadurch bestimmt,dass der Rauchgasstrom S innerhalb des Katalysatormoduls 1 ohne Umlenkung der Strö¬mungsrichtung von der Eintrittsseite T des Katalysatormoduls 1 durch die Kanäle 3, 4 der Kata¬lysatorelemente 2 zur Austrittsseite 1" des Katalysatormoduls 1 strömt.
[0015] Bei dem in der Zeichnung dargestellten erfindungsgemäßen Aufbau des Katalysatormo-duls 1, der im Wesentlichen als geschlossener parallelepipedischer Körper mit rechteckigenSeitenflächen ausgebildet ist, werden die Katalysatorelemente 2 abweichend von der bisheri¬gen Praxis bezüglich der Eintrittsseite T und/oder der Austrittsseite 1" bzw. der Strömungsrich¬tung im Katalysatormodul 1 neu positioniert. Die Durchströmung der Katalysatorelemente 2erfolgt somit in einer bezüglich der eintrittsseitigen und/oder der austrittsseitigen Strömungsrich¬tung abweichenden Richtung, beispielsweise um 90° versetzt. Durch diese besondere Anord¬nung der Katalysatorelemente 2 innerhalb des Katalysatormoduls 1 ergibt sich die Möglichkeit,den bestehenden Querschnitt der Reaktoranlage in der Tiefe zu nützen. Dadurch erreicht maneine nahezu beliebige Skalierbarkeit.
[0016] Das Rauchgas wird von der Eintrittsseite T des Katalysatormoduls 1 über mehrereÖffnungen und mehrere Kanäle 3 zu den Katalysatorelementen 2 geleitet. Die Katalysatorele¬mente 2 sind so angeordnet, dass sie gegenüber der Hauptströmungsrichtung S des Rauchga¬ses an der Moduleintrittsseite T um 90° versetzt ausgerichtet sind. An der Austrittsseite jedesKatalysatorelementes 2 mündet das Rauchgas wieder in einen Kanal 4, über welchen dasRauchgas zur Austrittsseite 1" des Katalysatormoduls 1 geleitet wird.
[0017] Die Kanäle 3, 4 sind entweder zur Eintrittsseite T oder zur Austrittsseite 1" des Katalysa¬tormoduls 1 geöffnet, so dass der Rauchgasstrom S zwingend durch die Katalysatorelemente 2geleitet wird. Die Kanäle 3, 4 können wahlweise wie beim gezeigten Beispiel einen gleichblei¬benden, einen sich verringernden oder einen sich erweiternden Querschnittsverlauf aufweisen.Die Kanäle 3, 4 können auch durch strömungverbessernde Einbauten hinsichtlich der Strö¬mungsverhältnisse optimiert gestaltet werden.
[0018] Im Unterschied dazu erfolgt bei dem konventionellen Aufbau der Katalysatormodule 1die Zufuhr des Rauchgasstroms S in die Katalysatorelemente 2 direkt an der Eintrittsseite 1' desKatalysatormoduls 1, weil die Katalysatorelemente 2 üblicherweise direkt an der Eintrittsseite Tder Katalysatormodule 1 angeordnet sind. In manchen Ausführungsvarianten sind zwischen derEintrittsseite T des Katalysatormoduls 1 und dem Eintritt in die Katalysatorelemente 2 bei¬spielsweise statisch relevante Verstrebungen, Lastanschlagspunkte, begehbare Gitterrosteoder dergleichen mehr angebracht, was zu einem dementsprechenden Abstand zwischen derEintrittsseite T des Katalysatormoduls 1 und dem Eintritt in die Katalysatorelemente 2 führen kann.
[0019] Der vorstehend beschriebene Erfindungsgegenstand kann beispielsweise eingesetztwerden zur: [0020] · Verringerung des katalysatorbedingten Druckverlustes bei gleichbleibendem Reak¬ torquerschnitt.
[0021] · Verringerung des katalysatorbedingten Druckverlustes bei gleichzeitig verkleinertem
Reaktorquerschnitt.
[0022] · Beibehaltung des katalysatorbedingten Druckverlustes bei verkleinertem Reaktor¬ querschnitt.
[0023] Es versteht sich, dass das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel im Rahmendes Erfindungsgedankens verschiedentlich abgewandelt werden kann, insbesondere was dieLage der Katalysatorelemente im Katalysatormodul betrifft.

Claims (4)

  1. Patentansprüche 1. Katalysatormodul mit Einbauten aus Katalysatorelementen, wobei die Anströmfläche dereinzelnen Katalysatorelemente (2) größer als die Strömungseintrittsfläche des Katalysa¬tormoduls (1) ist, und wobei als Moduleintrittsfläche die der Hauptströmungsrichtung (S)zugewandte Fläche der Modulseite definiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kata¬lysatorelemente (2) als parallelepipedische monolithische Wabenkörper, die in ihrem Inne¬ren geradlinige, parallel zueinander verlaufende und an ihren Längsseiten geschlosseneKanäle aufweisen, ausgebildet und im Katalysatormodul (1) derart positioniert sind, dasssie von der Richtung der vom Katalysatormodul (1) eintrittsseitigen und/oder der vom Kata¬lysatormodul (1) austrittsseitigen Strömungsrichtung abweichend vom Rauchgas durch¬strömt werden.
  2. 2. Katalysatormodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vorzugsweise auchKatalysatorelemente (2) vorgesehen sind, welche parallel zur Ausrichtung der eintrittsseiti¬gen und/oder der austrittsseitigen Strömungsrichtung vom Rauchgas durchströmt werden.
  3. 3. Katalysatormodul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an der Ein¬trittsseite (1') des Katalysatormoduls (1) mindestens ein Rauchgaskanal (3) angeordnet ist,der das Rauchgas in das Katalysatormodul (1) führt, wobei als Eintrittsseite (1') des Kataly¬satormoduls (1) die der Hauptströmungsrichtung (S) zugewandte Modulseite definiert ist.
  4. 4. Katalysatormodul nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ander Austrittsseite (Γ) des Katalysatormoduls (1) mindestens ein Rauchgaskanal (4) ange¬ordnet ist, der das Rauchgas aus dem Katalysatormodul (1) führt, wobei als Austrittsseite(Γ) des Katalysatormoduls (1) die der Hauptströmungsrichtung (S) abgewandte Modulseitedefiniert ist. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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