DE102006023035A1

DE102006023035A1 - Verfahren zur Entfernung von Kohlenstoffdioxiden aus Abgasströmen

Info

Publication number: DE102006023035A1
Application number: DE102006023035A
Authority: DE
Inventors: Reinhold Kirchhoff
Original assignee: Kirchhoff Reinhold Dr-Ing
Current assignee: Kirchhoff Reinhold Dr-Ing
Priority date: 2005-12-20
Filing date: 2006-05-17
Publication date: 2007-06-28
Also published as: DE112006003056A5; WO2007071303A1; DE112006003056B4

Abstract

Gegenstand der Erfindung sind ein Verfahren zur Entfernung von Kohlenstoffoxiden aus einem Kohlenstoffoxide enthaltenden, aus der Verbrennung fossiler Brennstoffe stammenden Abgasstrom, bei dem der Kohlenstoffoxide enthaltende Abgasstrom mit mindestens einem Kohlenstoffoxide reduzierenden Reduktionsmittel in Kontakt gebracht wird, derart, daß die Kohlenstoffoxide zu Kohlenstoff reduziert werden, sowie eine entsprechende Anlage zur Durchführung dieses Verfahrens. Das Verfahren bzw. die Anlage nach der vorliegenden Erfindung sind universell anwendbar, um kohlenstoffoxidhaltige Abgasströme unterschiedlichster Provenienz (z. B. aus Verbrennungsmotoren, Kraftwerken, privaten Haushalten etc.) von den Kohlenstoffoxiden ursächlich zu befreien.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entfernung von Kohlenstoffoxiden, insbesondere Kohlendioxid CO₂, aber auch Kohlenmonoxid CO sowie Mischungen von Kohlendioxid CO₂ und Kohlenmonoxid CO, aus Abgasen bzw. Abgasströmen, wie sie insbesondere aus der unter Sauerstoff ablaufenden Oxidation bzw. Verbrennung fossiler Brennstoffe erhalten werden. Mit anderen Worten betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Erzeugung kohlenstoffoxidarmer bzw. kohlenstoffoxidfreier Abgase bzw. Abgasströme. Gleichermaßen betrifft die vorliegende Erfindung eine entsprechende Anlage zum Betreiben des vorgenannten Verfahrens.
Bei der im allgemeinen unter einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre durchgeführten Oxidation bzw. Verbrennung fossiler Brennstoffe bzw. Energieträger zu Zwecken der Energiegewinnung entstehen eine Reihe unerwünschter, meist gasförmiger, aber auch flüssiger bis fester Oxidations- bzw. Verbrennungsprodukte, wie nachfolgend noch detailliert ausgeführt wird, hierunter Stickstoff-, Kohlenstoff- und Schwefeloxide, Kohlenwasserstoffe, Ruße etc.
Unter dem Begriff der fossilen Brennstoffe oder synonym der fossilen Energieträger, wie er im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ist eine Sammelbezeichnung für natürliche Brennstoffe, wie insbesondere Kohle (z. B. Stein- oder Braunkohle), Erdöl und Erdölderivate (z. B. Kerosin, Diesel, Benzin etc.), Erdgas, Torf und dergleichen, zu verstehen. Im allgemeinen handelt es sich um solche Brennstoffe bzw. Energieträger, die ihre gespeicherte Energie durch Oxidation, insbesondere chemische Verbrennung mit Sauerstoff, abgeben bzw. in nutzbare Energie (z. B. mechanische oder elektrische Energie) umwandeln. Für weitergehende Einzelheiten zu dem Begriff der fossilen Brennstoffe bzw. fossilen Energieträger kann beispielsweise verwiesen werden auf Römpp Chemielexikon, 10. Auflage, Band 2, 1997, Georg Thieme Verlag Stuttgart/New York, Seite 1413, Stichwort: "Fossile Brennstoffe", sowie auf die dort referierte Literatur, insbesondere Chem. Eng. News 67, Nr. 7, Seiten 28 bis 36 (1989).
Die zuvor genannten fossilen Brennstoffe basieren auf bzw. enthalten Kohlenstoff, insbesondere organische Kohlenstoffverbindungen. Bei der Oxidation bzw. Verbrennung der fossilen Brennstoffe mit Sauerstoff wird daher nicht nur Energie in Form von Wärme freigesetzt, sondern werden auch die entsprechenden Oxidationsprodukte gebildet, hierunter auch Kohlenstoffoxide, wie Kohlenstoffmonoxid und/oder Kohlenstoffdioxid – je nach Oxidationsbedingungen. Je nach Zusammensetzung und Reinheit der jeweiligen fossilen Brennstoffe einerseits und je nach Oxidationsbedingungen andererseits werden daneben weitere Verbrennungsprodukte erzeugt, beispielsweise Kohlenwasserstoffe, Stickstoffoxide NO_x (z. B. überwiegend aus der Oxidation des in der Luft vorhandenen Stickstoffs), Schwefeloxide (z. B. Schwefeldioxid SO₂, z. B. bei Anwesenheit schwefelhaltiger Verunreinigungen), Bleioxide (z. B. bei der Verbrennung von Treibstoff mit bleihaltigen Additiven), Ruße etc.
Das Auftreten der vorgenannten Verbrennungsprodukte ist grundsätzlicher Natur und tritt überall dort auf, wo fossile Brennstoffe als Energiequelle genutzt und oxidiert bzw. verbrannt werden, so beispielsweise in Abgasen von Kraftwerken, in Abgasen von Verbrennungsmotoren von Land-, Wasser- und Luftfahrzeugen (z. B. Kraftfahrzeugen, wie PKW und LKW, Motorrädern, Eisenbahnen, Schiffen, Flugzeugen etc.), aber auch in Abgasen von privaten Haushalten (z. B. Heizungen oder Öfen).
Bei den vorgenannten Verbrennungsprodukten hat insbesondere die Automobilindustrie ein Augenmerk auf die Entfernung von Stickoxiden NO_x gerichtet, um die Schadstoffreduktion in bezug auf diese Stickoxide zu reduzieren: Bei Benzin-PKW wird der bekannte Dreiwegekatalysator (TWC) in der Bundesrepublik Deutschland zwischenzeitlich flächendeckend eingesetzt; die zusätzliche Steuerfunktion seiner Lambda-Sonde sichert optimale Funktionsbedingungen. Daneben gibt es sogenannte NO_x-Speicher-Reduktions-Katalysatoren (NSR-Katalysatoren), welche auf dem Dreiwegekatalysator basieren, aber als zusätzliche Komponente ein Alkali- oder Erdalkalimetall, vorwiegend Barium, enthalten, wobei die Stickoxide im Abgas dann am Dreiwegekatalysator zu NO₂ oxidiert und – teilweise über die Bildung von Nitriten – schließlich in Form von Nitrat an der Speicherkomponente fixiert werden, wobei über NO_x-Sensoren bei Erreichung eines bestimmten Sättigungszustandes des NO_x-Speichers dafür gesorgt wird, daß kurzzeitig ein koh lenwasserstoffreiches, sogenanntes "fettes" Gemisch eingespritzt wird, unter dessen Wirkung sich der Speichervorgang umkehrt und die Stickoxide zu N₂ reduziert werden.
Daneben ist, insbesondere für Dieselmotoren, das sogenannte KW-SCR-Verfahren zur Reduktion von Stickoxiden im Abgas entwickelt worden, wobei hierbei zur Reduktion von Stickoxiden im Abgas hauptsächlich Kohlenmonoxid aus der unvollständigen Verbrennung von Kohlenwasserstoffen und unverbrannte Reste des Dieselkraftstoffs dienen, wobei diese Reaktion durch platin- und/oder silberhaltige Trägerkatalysatoren katalysiert werden muß.
In jüngster Zeit wird in bezug auf Abgase von Dieselmotoren von Kraftfahrzeugen auch die Reduktion von Stickoxiden mit in situ aus Harnstoff generiertem Ammoniak NH₃ angewendet (sogenanntes NH₃-SCR-Verfahren). Die Methode zur Reduktion von Stickoxiden aus Rauchgasen bei Kohlekraftwerken ist seit langem etabliert. Im Automobilbereich wurde diese Methode jedoch erst durch die in-situ-Generierung von Ammoniak ausgehend von einer Harnstofflösung in Zusammenwirkung mit einem komplexen Katalysatorsystem aus Vorkatalysator, der NO partiell zu NO₂ oxidiert, Hydrolysekatalysator zur Hydrolyse des Harnstoffs, SCR-Katalysator zur eigentlichen Reduktion der Stickoxide sowie Oxidationskatalysator zur Oxidation von nichtumgesetztem Ammoniak und somit zur Verhinderung von unerwünschten Ammoniakemissionen nichtreagierten Ammoniaks möglich (sogenannte "AdBlue^®-Technologie bzw. "Bluetec^®"-Technologie, vgl. hierzu auch: Europäischer Automobilherstellerverband (ACEA): "Statement on the Adoption of SCR Technology to Reduce Emission Levels of Heavy-Duty Vehicles" vom 30. Juni 2003).
Was die Beseitigung von Rußen, insbesondere aus der Verbrennung von Dieselabgasen, anbelangt, so kommen hier mechanische Filter (Partikelfilter), wie das FAP-System (FAP = filtre à particules), zum Einsatz, welche mit einem diskontinuierlichen Abbrennen des Rußes arbeiten, welche jedoch einen zusätzlichen Tank für eine die Zündtemperatur herabsetzende cerorganische Lösung benötigen. Hierbei werden gleichermaßen Kohlenstoffoxide, insbesondere Kohlendioxid CO₂, gebildet, welche dann an die Umwelt abgegeben werden.
Bezüglich einer Übersicht der katalytischen Schadstoffreduktion in Autoabgasen kann beispielsweise verwiesen werden auf "Nachrichten aus der Chemie", 54 (05), Seiten 520 bis 523 (Mai 2006), R. Fricke und M. Richter, "Katalytische Schadstoffreduktion in Autoabgasen", sowie auf die dort referierte Literatur.
Während das Problem der Schadstoffreduktion von Abgasen im Hinblick auf Stickoxide NO_x, Ruße und Schwefeloxide im Stand der Technik – zumindest partiell – gelöst werden konnte, gibt es noch keine zufriedenstellende Lösungen für Reduktion des Kohlenstoffoxidanteils, insbesondere des CO- und/oder CO₂-Anteils, in den vorgenannten Verbrennungsabgasen.
Erste Ansätze bei stationären Kraftwerken gehen dahin, ausgestoßene Kohlenstoffoxide, insbesondere Kohlendioxid, zu verflüssigen und in unterirdischen Tanks oder Kavernen einzulagern. Hierdurch wird das ausgestoßene CO₂ aber nicht entfernt bzw. beseitigt, sondern allenfalls einer Zwischenlagerung zugeführt. Für mobile Verbrennungsmotoren, insbesondere in Kraftfahrzeugen, ist ein derartiges Konzept ohnehin nicht anwendbar.
Im Bereich der Automobilindustrie wurde dem Problem der Kohlenstoffoxidemissionen, insbesondere CO₂-Emissionen, bislang nur dadurch begegnet, daß effizientere Antriebssysteme bereitgestellt wurde (sogenannte "Magerkonzepte", vgl. hierzu z. B. C. Brinkmeier et al. in: Chem. Ing. Tech. 2005, 77, 1333); effizientere Antriebssysteme verbrauchen ca. 20 bis 30 % weniger Kraftstoff als konventionelle Otto-Motoren, und – wie vom Dieselmotor bekannt – verbessert eine höhere Sauerstoffzufuhr die Verbrennung deutlich, so daß ein geringerer Treibstoffverbrauch und damit eine verringerte CO₂-Emission der positive Effekt sind. Dennoch wird hierdurch dem Problem der Kohlenstoffoxidemissionen, insbesondere CO₂-Emissionen, nicht ursächlich begegnet.
Dabei sind mit Kohlenstoffoxiden schwerwiegende Probleme in bezug auf die menschliche Gesundheit und die Umwelt verbunden: So kann die direkte Wirkung des Kohlendioxidanstiegs auf die Biosphäre unkalkulierbare Folgen haben: Beispielsweise greift Kohlendioxid in die energetische und Stoffwechselprozesse aller Lebewesen ein, z. B. über eine physiologisch relevante pH- Wert-Verschiebung und eine Beeinflussung von Enzymfunktionen. Darüber hinaus wird Kohlendioxid – neben anderen anthropogenen Spurengase – als sogenanntes Treibhausgas für eine drohende weltweite Klimaveränderung, insbesondere eine Erwärmung der Erdatmosphäre und das damit verbundene Fortschreiten des sogenannten Treibhauseffektes, mitverantwortlich gemacht. Kohlenmonoxid dagegen, wie es beispielsweise aus der unvollständigen Verbrennung fossiler Brennstoffe stammt, ist für den Menschen sogar toxisch, da es mit dem im menschlichen Blut vorhandenen Hämoglobin eine Koordinationsverbindung ausbildet.
Für weitergehende Einzelheiten zu den Kohlenstoffoxiden, insbesondere Kohlenmonoxid und des Kohlendioxid, kann beispielsweise verwiesen werden Hollemann/Wieberg, Lehrbuch der Anorganischen Chemie, Verlag Walter de Gruyter Berlin/New York, 1985, 91.–100. Auflage, Seiten 716 ff., sowie auf Römpp Chemielexikon (a.a.O.), Band 3, Seiten 2191 bis 2194, Stichwort: "Kohlendioxid", Seiten 2197/2198, Stichwort: "Kohlenoxid" und Seite 2201, Stichwort: "Kohlenstoffoxide", sowie auf die dort jeweils referierte Literatur.
Trotz der schwerwiegenden Folgen, die mit der Emission von Kohlenstoffoxiden verbunden sind, ist es bislang nicht gelungen, dieses Problem in zufriedenstellender Weise zu lösen.
Das der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Problem liegt also in der Bereitstellung eines effizient arbeitenden Verfahrens zur Entfernung von Kohlenstoffoxiden, insbesondere Kohlendioxid CO₂, aber auch Kohlenmonoxid CO sowie Mischungen dieser beiden Kohlenstoffoxide, aus Abgasen bzw. Abgasströmen, welche aus der Oxidation bzw. Verbrennung fossiler Brennstoffe bzw. Energieträger stammen, und einer entsprechenden Anlage zur Durchführung dieses Verfahrens.
Dabei soll ein solches Verfahren bzw. eine solche Anlage universell einsetzbar sein, insbesondere in allen relevanten technischen Bereichen, so z. B. in bezug auf Abgase aus Verbrennungsmotoren (z. B. von Kraftfahrzeugen, wie PKW und LKW, Motorrädern etc., Land- und Wasserfahrzeugen, z. B. Schiffen und Eisenbahnen, Flugzeuge, z. B. Kerosinmotoren), Abgase aus privaten Haushalte (z. B. Heizungen, Öfen etc.), Abgase aus Kraftwerken, chemischen Anlagen etc., d. h. ein solches Verfahren bzw. eine solche Anlage soll in bezug auf beliebige kohlenstoffoxidhaltige Abgase bzw. Abgasströme anwendbar sein. Vorzugsweise soll die Entfernung der Kohlenstoffoxide dabei ursächlich erfolgen und eine dauerhafte Beseitigung der Kohlenstoffoxide gewährleistet sein.
Zur Lösung des vorgenannten Problems wird ein Verfahren nach Patentanspruch 1 bzw. eine entsprechende Anlage zur Durchführung dieses Verfahrens nach Anspruch 20 vorgeschlagen. Weitere, vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Anlage sind Gegenstand der betreffenden abhängigen Patentansprüche.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung – gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung – ist somit ein Verfahren zur Entfernung von Kohlenstoffoxiden aus einem Kohlenstoffoxide enthaltenden, aus der Verbrennung fossiler Brennstoffe stammenden Abgasstrom, bei dem der die Kohlenstoffoxide enthaltende Abgasstrom mit mindestens einem Kohlenstoffoxide reduzierenden Reduktionsmittel unter Reduktion der im Abgasstrom enthaltenen Kohlenstoffoxide in Kontakt gebracht wird.
Der Begriff der Kohlenstoffoxide wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet, um einerseits Kohlenmonoxid CO und/oder anderseits Kohlendioxid CO₂ (d. h. also Kohlenmonoxid CO, Kohlendioxid CO₂ oder Mischungen von Kohlenmonoxid CO und Kohlendioxid CO₂) zu bezeichnen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Reduktion insbesondere derart durchgeführt, insbesondere das Reduktionsmittel und/oder die Reduktionsbedingungen derart gewählt, daß der in den Kohlenstoffoxiden enthaltene Kohlenstoffanteil zu elementarem Kohlenstoff C reduziert wird.
Weiterhin wird die Reduktion insbesondere derart durchgeführt, insbesondere das Reduktionsmittel und/oder die Reduktionsbedingungen derart gewählt, daß der in den Kohlenstoffoxiden enthaltene Sauerstoffanteil mit dem Reduktionsmittel reagiert und/oder an das Reduktionsmittel gebunden, insbesondere chemisch gebunden, wird.
Was die Menge an eingesetztem Reduktionsmittel anbelangt, so kann diese in weiten Bereich variieren. Im allgemeinen wird das Reduktionsmittel, bezogen auf die zu reduzierende Kohlenstoffoxidmenge, in einer mindestens stöchiometrischen Menge und vorzugsweise in einem stöchiometrischen Überschuß, insbesondere in einem mindestens 1,1- bis 5fachen, vorzugsweise mindestens 1,2- bis 3fachen, besonders bevorzugt 1,3 bis 2fachen Überschuß, eingesetzt. Dennoch kann es anwendungsbezogen oder einzelfallbedingt erforderlich sein, von den vorgenannten Werten abzuweichen, ohne daß der Rahmen der vorliegenden Erfindung verlassen ist.
Gleichermaßen ist es jedoch auch möglich, das Reduktionsmittel, bezogen auf die zu reduzierende Kohlenstoffoxidmenge, in einer unterstöchiometrischen Menge (d. h. in stöchiometrischem Unterschuß) einzusetzen, sofern beabsichtigt ist, die im Abgasstrom enthaltene Kohlenstoffoxidmenge nicht vollständig zu entfernen, sondern nur deren Gehalt partiell bzw. unvollständig abzusenken.
Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird also der die Kohlenstoffoxide enthaltende, insbesondere CO₂-haltige Abgasstrom mit der erforderlichen Menge eines Reduktionsmittels in Kontakt gebracht. Insbesondere wird hierdurch anschaulich sozusagen eine Spaltung der Kohlenstoffoxide, insbesondere des schädlichen Kohlenstoffmonoxids CO bzw. Kohlendioxids CO₂, in unschädlichen Kohlenstoff C und unschädlichen Sauerstoff O₂ erreicht, was anschaulich und rein summarisch den folgenden chemischen Vorgängen entspricht:
Bei der Verfahrensführung ist insbesondere auch das sogenannte Boudouard-Gleichgewicht entsprechend der Reaktionsgleichung 2CO ⇔ 2C + O₂ zu beachten.
Im allgemeinen wird im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens einem schadstoffhaltigen Abgasstrom, welcher neben Kohlenstoffoxiden, insbesondere Kohlendioxid CO₂ und/oder Kohlenmonoxid CO, beispielsweise auch noch Schwefeldioxid SO₂, Kohlenwasserstoffe, Stickoxide NO_x, Rußpartikel etc. enthalten kann, die erforderliche Menge des betreffenden Reduktionsmittels hinzugefügt, so daß hierdurch entsprechende Schadstoffe abgebunden bzw. aufgespalten werden, und zwar mit der Folge, daß ein schadstoffarmer Abgasstrom herbeigefügt werden kann. Das erfindungsgemäße Verfahren ist für jeden beliebigen schadstoffhaltigen Abgasstrom anwendbar.
Das Verfahren ist derart verallgemeinerungsfähig, daß es in allen Bereichen angewendet werden kann, in denen kohlenstoffoxidhaltige, insbesondere CO₂-haltige Abgase entstehen. Nur rein beispielhaft seien hier Verbrennungsmotoren (z. B. PKW, LKW, Motorräder etc.), insbesondere auch Dieselmotoren (z. B. Eisenbahnen, Schiffe), Kerosinmotoren (z. B. Flugzeuge), private Haushalte (z. B. Heizungen), Kraftwerke oder chemische Anlagen beispielsweise für die Kunststoffherstellung genannt.
Grundsätzlich können beliebige Reduktionsmittel eingesetzt werden mit der Maßgabe, daß sie imstande sind, unter den gewählten Verfahrensbedingungen die zu entfernenden Kohlenstoffoxide in der vorgenannten Weise zu reduzieren.
Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens kann das Reduktionsmittel in beliebigem Aggregatzustand eingesetzt werden. Grundsätzlich können also unter den gewählten Verfahrens- bzw. Reduktionsbedingungen feste, flüssige oder gasförmige Reduktionsmittel oder aber auch Kombinationen hiervon zum Einsatz kommen.
Gemäß einer Ausführungsform kann das Reduktionsmittel unter den Reduktionsbedingungen beispielsweise ein Feststoff sein. Bei dieser Ausführungsform besteht die Möglichkeit, das unter den Reduktionsbedingungen als Feststoff vorliegende Reduktionsmittel als Festbett anzuordnen, wobei hierbei das Inkontaktbringen des die Kohlenstoffoxide enthaltende Abgasstroms mit dem Reduktionsmittel insbesondere dadurch erfolgen kann, daß der Abgasstrom durch bzw. über das Reduktionsmittelfestbett geleitet wird. Alternativ kann bei dieser Ausführungsform, gemäß der das Reduktionsmittel unter den Reduktionsbedingungen ein Feststoff ist, das unter den Reduktionsbedingungen als Feststoff vorliegende Reduktionsmittel zu einer vorzugsweise wäßrigen Lösung oder Suspension des Reduktionsmittels verarbeitet sein, wobei in diesem Fall das Inkontaktbringen des die Kohlenstoffoxide enthaltende Abgasstroms mit dem Reduktionsmittel insbesondere dadurch erfolgen, daß der Abgasstrom durch die das Reduktionsmittel enthaltende Lösung oder Suspension geleitet werden kann oder aber vorzugsweise daß die das Reduktionsmittel enthaltende Lösung oder Suspension in den Abgasstrom injiziert, eingeblasen, eingespritzt, eingepumpt etc. werden kann.
Gemäß einer anderen, alternativen Ausführungsform kann das Reduktionsmittel unter den Reduktionsbedingungen beispielsweise flüssig sein. Gemäß dieser Ausführungsform kann das Inkontaktbringen des die Kohlenstoffoxide enthaltende Abgasstroms mit dem Reduktionsmittel insbesondere dadurch erfolgen, daß der Abgasstrom durch das flüssige Reduktionsmittel geleitet werden kann oder aber vorzugsweise daß das flüssige Reduktionsmittel in den Abgasstrom injiziert, eingeblasen, eingespritzt, eingepumpt etc. werden kann.
Schließlich kann gemäß einer weiteren, wiederum alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens das Reduktionsmittel unter den Reduktionsbedingungen gasförmig sein. Diese Ausführungsform ist erfindungsgemäß bevorzugt. Bei dieser Ausführungsform kann das Inkontaktbringen des die Kohlenstoffoxide enthaltende Abgasstroms mit dem gasförmigen Reduktionsmittel insbesondere dadurch erfolgen, daß das gasförmige Reduktionsmittel in den Abgasstrom injiziert, eingeblasen, eingespritzt, eingepumpt etc., insbesondere injiziert oder eingeblasen, wird.
Was die chemische Natur des Reduktionsmittels anbelangt, so kann das eingesetzte Reduktionsmittel beispielsweise ausgewählt werden aus der Gruppe von anorganischen Oxiden, Hydroxiden, Carbiden sowie deren Mischungen, insbesondere Erdalkalicarbiden und/oder Aluminiumoxiden, wobei letztere gegebenenfalls zusammen mit Siliciumdioxid eingesetzt werden können.
Alternativ kann als Reduktionsmittel ein metallbasiertes Reduktionsmittel, insbesondere ein metallisches, metalloxidisches und/oder metallhydroxidisches Reduktionsmittel, eingesetzt werden.
Das erfindungsgemäß bevorzugt eingesetzt Reduktionsmittel ist Wasserstoff. Die Verwendung von Wasserstoff ist mit einer Reihe von Vorteilen verbunden: Zum einen entstehen bei der Reduktion der Kohlenstoffoxide mit Wasserstoff keine unerwünschten Neben- bzw. Abfallprodukte, sondern ausschließlich elementarer Kohlenstoff und Wasser bzw. Wasserdampf. Zum anderen ist Wasserstoff einfach in der Handhabung, insbesondere bei der Lagerung und bei dem Vorgang des Inkontaktbringens mit dem Abgasstrom: So kann der Wasserstoff ohne weiteres als Flüssigkeit in entsprechenden Druckbehältern in komprimierter und somit raumsparender Form gelagert werden, was seinen Einsatz auch in Kraftfahrzeugen ohne weiteres ermöglicht; da er unter den Reduktions- bzw. Reaktionsbedingungen gasförmig vorliegt, kann er ohne weiteres in den Abgasstrom injiziert werden. Des weiteren bereitet gegebenenfalls in geringen Mengen nichtreagierter Wasserstoff keine Umweltprobleme. Schließlich werden durch Wasserstoff auch andere Schadgase reduziert, so z. B. insbesondere Schwefeldioxid. Die vorgenannten Vorzüge machen den Wasserstoff zu dem bevorzugten Reduktionsmittel im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Dennoch können auch noch andere Reduktionsmittel im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Einsatz kommen, sofern sie geeignet sind, unter den Reduktionsbedingungen die Kohlenstoffoxide in der gewünschten Weise abzubauen bzw. zu reduzieren.
Insbesondere kann das Reduktionsmittel derart ausgewählt werden, daß es gleichermaßen etwaige im Abgasstrom enthaltene Schwefeloxide reduziert (z. B. Wasserstoff als Reduktionsmittel oder aber Erdalkalicarbide als Reduktionsmittel).
Im allgemeinen wird das erfindungsgemäße Verfahren derart durchgeführt, daß der Abgasstrom bei erhöhten Temperaturen, insbesondere bei Temperaturen von mindestens 100°C, vorzugsweise mindestens 200°C, bevorzugt mindestens 250°C, besonders bevorzugt mindestens 300°C, ganz besonders bevorzugt mindestens 350°C, mit dem Reduktionsmittel in Kontakt gebracht wird. Hierdurch wird die Reduktionsgeschwindigkeit deutlich erhöht – wie auch die Vollständigkeit der Umsetzung.
Im allgemeinen können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren unter realen Betriebsbedingungen mindestens 70 %, insbesondere mindestens 80 %, vorzugsweise mindestens 90 %, besonders bevorzugt mindestens 95 %, ganz besonders bevorzugt nahezu 100 % der im Abgasstrom enthaltenen Kohlenstoffoxide entfernt bzw. reduziert werden.
Im allgemeinen wird das erfindungsgemäße Verfahren in Abwesenheit eines Katalysators durchgeführt wird. Dennoch ist es grundsätzlich nicht ausgeschlossen, das erfindungsgemäße Verfahren in Gegenwart eines zu diesem Zweck geeigneten Katalysators durchzuführen, dessen Auswahl im Ermessen des Fachmanns ist. Die Betriebsweise ohne Verwendung eines Katalysators ist jedoch aufgrund der einfacheren Handhabbarkeit und aus Kostengründen erfindungsgemäß bevorzugt.
Im allgemeinen wird das erfindungsgemäße Verfahren derart durchgeführt, daß der Reduktion der Kohlenstoffoxide eine Partikelfiltration nachgeschaltet ist. Die Partikelfiltration dient insbesondere zur Entfernung von bei der Reduktion gebildeten Feststoffprodukten, insbesondere elementarem Kohlenstoff C und anderen gegebenenfalls anfallenden Feststoffprodukten, und darüber hinaus – im Fall der Verwendung eines unter Reduktionsbedingungen als Feststoff vorliegenden Reduktionsmittels – zur Entfernung von überschüssigem bzw. nichtreagiertem und/oder mitgerissenem (z. B. Festbett) Reduktionsmittel.
Besonders vorteilhaft kann es sein, das erfindungsgemäße Verfahren zur Entfernung von Kohlenstoffoxiden bedarfsweise mit einem Verfahren zur Entfernung von Stickstoffoxiden und/oder mit einem Verfahren zur Entfernung von Schwefeloxiden zu kombinieren. Derartige Verfahren sind dem Fachmann als solches bekannt und zum Teil auch eingangs bereits in ihren Grundzügen geschilderten worden. In diesem Fall kann die Entfernung von Stickstoffoxiden und/oder Schwefeloxiden der Reduktion der Kohlenstoffoxide vor- oder nachgeschaltet, vorzugsweise vorgeschaltet, werden. Alternativ, aber erfindungsgemäß weniger bevorzugt ist die gleichzeitige Durchführung dieser unterschiedlichen, kombinierten Verfahren (z. B. Kombination unterschiedlicher Reduktionsmittel in einer gemeinsamen Reduktionslösung mit Reduktionsmitteln für die Stickoxidreduktion und/oder Reduktionsmitteln für die Kohlen stoffoxidreduktion und/oder Reduktionsmitteln für die Schwefeloxidreduktion oder Reduktionsmittel mit universellem Reduktionspotential etc.). Die Vielfalt an Kombinationsmöglichkeiten ist hier schier grenzenlos, je nach Anwendung, und eröffnet erstmals die Möglichkeit, vollkommen schadstofffreie Abgase zu erhalten (d. h. Abgase ohne Stickoxide, Schwefeloxide und Kohlenstoffoxide).
Wie zuvor geschildert, ist das erfindungsgemäße Verfahren universell anwendbar. So können beliebige, Kohlenstoffoxide enthaltende Abgasströme nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt werden, unabhängig davon, ob sie aus Verbrennungsmotoren von Kraftfahrzeugen, Kraftwerken, Heizungsanlagen privater Haushalte etc. stammen.
Die konkrete Verfahrensführung ist den jeweiligen Anwendungsbedingungen im Einzelfall anzupassen: Während bei der Behandlung von Abgasströmen aus Kraftwerken beispielsweise die Abgase durch große Festbettürme mit dem Reduktionsmittel geleitet werden können, können z. B. im Fall von Abgasen aus Heizungsanlagen privater Haushalte die Kamine bzw. Schornsteine in ihrem Inneren aus Steinmaterial mit den entsprechenden Reduktionsmitteln gefertigt sein (z. B. Steine aus Aluminiumoxiden und/oder -silikaten, wie z. B. Mullit, Schamott, Korund, Keramik etc., welche z. B. zu der Abbaureaktion 2Al₂O₃ + CO₂ → 4Al + C + 4O₂ führen), so daß der Abgasstrom kontinuierlich an diesen Steinen entlang geführt wird und eine Reduktion der hierin enthaltenen Kohlenstoffoxide bewirkt. Damit ein möglichst hoher Stoffübergang gewährleistet ist, muß das Abgas eine höhere Geschwindigkeit haben, und um dies zu gewährleisten, kann eine spezifische Steinform verwendet werden; der Gesamtwirkungsgrad einer solchen Heizungsanlage erhöht sich, wenn in den Kamin beispielsweise ein Wärmetauscher aus Metall angebracht wird. Der Vorlauf und der Rücklauf des Wasserkreislaufes muß angeschlossen werden.
In erfindungsgemäß bevorzugter Weise wird jedoch das erfindungsgemäße Verfahren in der Automobilindustrie eingesetzt. Dort können die aus den Verbrennungsmotoren stammenden kohlenstoffoxidhaltigen Abgase in der erfindungsgemäßen Weise behandelt werden. Zu diesem Zweck ist vorteilhafterweise ein Vorratsbehälter zu Zwecken der Bevorratung des Reduktionsmittels, bevorzugt Wasserstoff, vorzusehen, der für eine bestimmte Kilometerlei stung ausgelegt ist und bedarfsweise wieder aufgefüllt werden muß – ähnlich wie bei der sogenannten "AdBlue^®"-Technologie bzw. "Bluetec^®"-Technologie zur Stickoxidreduktion die Harnstofflösung.
Weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung – gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung – ist Anlage zur Entfernung von Kohlenstoffoxiden aus einem Kohlenstoffoxide enthaltenden, aus der Verbrennung fossiler Brennstoffe stammenden Abgasstrom, wie in Anspruch 20 bzw. 21 bzw. 22 beschrieben, insbesondere zur Durchführung des zuvor beschriebenen Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung.
Für weitergehende Einzelheiten zu der erfindungsgemäßen Anlage kann auf die diesbezüglichen abhängigen Patentansprüche und – zur Vermeidung unnötiger Wiederholungen – auf die vorstehenden Ausführungen zu dem erfindungsgemäßen Verfahren verwiesen werden, welche in bezug auf die erfindungsgemäße Anlage entsprechend gelten.
Die einzige Figur zeigt schematisch und beispielhaft veranschaulichend einen typischen Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. eine typische Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Anlage: Der aus einer Verbrennungseinrichtung 1 für einen fossilen Brennstoff (z. B. Motor) stammende Abgasstrom, welcher variable Mengen an Stickoxiden, Kohlenstoffoxiden und daneben auch Schwefeloxiden in untergeordneter Menge enthält, wird zunächst einer optionalen Einrichtung 2 zur Entfernung von Stickoxiden zugeführt (welche z. B. mit in situ aus Harnstoff generiertem Ammoniak betrieben werden kann), welche im beispielhaft dargestellten Schema einer Einrichtung 3 zur Entfernung der Kohlenstoffoxide vorgeschaltet sein kann.
Die Einrichtung 3 zur Entfernung der Kohlenstoffoxide umfaßt – gemäß einer ersten Ausführungsform – im allgemeinen ein nicht dargestelltes Vorratsbehältnis zur Aufnahme bzw. Bevorratung des Reduktionsmittels für die Kohlenstoffoxide (bevorzugt Wasserstoff, der gleichermaßen die Schwefeloxide, insbesondere Schwefeldioxid, reduziert), ein gleichermaßen nicht dargestelltes Einspritzsystem zum Injizieren des Reduktionsmittels in den kohlenstoffoxidhaltigen Abgasstrom und einen ebenfalls nicht dargestellten Reaktionsraum zum Inkontaktbringen des Reduktionsmittel mit den im Abgasstrom enthalte nen Kohlenstoffoxiden; diese Ausführungsform ist insbesondere dann bevorzugt, wenn ein gasförmiges oder flüssiges Reduktionsmittel oder eine vorzugsweise wäßrige Lösung oder Suspension eines Reduktionsmittels eingesetzt wird.
Alternativ hierzu kann jedoch – gemäß einer anderen Ausführungsform – die Einrichtung 3 zur Entfernung der Kohlenstoffoxide neben einem nicht dargestellten Vorratsbehältnis zur Aufnahme bzw. Bevorratung des Reduktionsmittels für die Kohlenstoffoxide – anstelle des Einspritzsystems zum Injizieren des Reduktionsmittels in den kohlenstoffoxidhaltigen Abgasstrom – ein Einleitungssystem zum Einleiten des kohlenstoffoxidhaltigen Abgasstroms in das Vorratsbehältnis zur Aufnahme bzw. Bevorratung des Reduktionsmittels für die Kohlenstoffoxide vorgesehen sein, mittels dessen Hilfe dann der kohlenstoffoxidhaltige Abgasstrom in das Reduktionsmittel eingeleitet bzw. durch das Reduktionsmitel hindurchgeleitet wird, so daß die im Abgasstrom enthaltenen Kohlenstoffoxide hiermit in Kontakt gebracht und zur Reaktion gebracht werden.
Für den Fall, daß ein unter den gewählten Reduktionsbedingungen als Feststoff vorliegendes Reduktionsmittel eingesetzt wird, kann die Einrichtung 3 – – gemäß einer wiederum alternativen Ausführungsform – zur Entfernung der Kohlenstoffoxide ein in der Figur gleichermaßen nicht dargestelltes Festbett, welches das Reduktionsmittel umfaßt, sowie ein System zum Hindurchleiten des kohlenstoffoxidhaltigen Abgasstroms über bzw. durch das Festbett aufweisen.
Der Einrichtung 3 zur Entfernung der Kohlenstoffoxide nachgeschaltet ist im allgemeinen eine Partikelfiltrationseinrichtung 4, welche insbesondere zur Entfernung von bei der Reduktion gebildeten Feststoffprodukten, insbesondere elementarem Kohlenstoff C und etwaigen anderen festen Reaktionsprodukten, und – im Fall der Verwendung eines unter Reduktionsbedingungen als Feststoff vorliegenden Reduktionsmittels zur Entfernung von überschüssigem bzw. nichtumgesetztem und/oder mitgerissenem Reduktionsmittel. Es resultiert ein zumindest im wesentlichen schadstoff- und partikelfreier aufgereinigter Abgasstrom, der ohne weiteres in die Umwelt 5 abgeführt werden kann.
Das Verfahren bzw. die Anlage nach der vorliegenden Erfindung ist mit einer Reihe von Vorteilen verbunden, wobei nachfolgend nur rein beispielhaft und veranschaulichend genannt sein sollen, ohne die Erfindung jedoch hierauf zu beschränken:
Das Verfahren bzw. die Anlage nach der vorliegenden Erfindung ist universell einsetzbar, insbesondere in allen relevanten technischen Bereichen, so z. B. in bezug auf Abgase aus Verbrennungsmotoren (z. B. von Kraftfahrzeugen, wie PKW und LKW, Motorrädern etc., Land- und Wasserfahrzeugen, z. B. Schiffen und Eisenbahnen, Flugzeuge, z. B. Kerosinmotoren), Abgase aus privaten Haushalte (z. B. Heizungen, Öfen etc.), Abgase aus Kraftwerken, chemischen Anlagen (z. B. Kunststoffherstellung etc.) etc.
Mit anderen Worten ist das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Anlage in bezug auf beliebige kohlenstoffoxidhaltige Abgase bzw. Abgasströme anwendbar. Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Anlage ist somit derart verallgemeinerungsfähig, daß es bzw. sie überall dort angewendet werden kann, wo kohlenstoffoxidhaltige Abgase entstehen. Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Anlage ist für jeden CO- und/oder CO₂-haltigen Abgasstrom realisierbar. Bevorzugt eingesetzt wird das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Anlage in Kraftfahrzeugen, insbesondere Pkw wie Lkw.
Die Erfindung hat zur Folge, daß zukünftig in Abgasströmen der Ausstoß insbesondere von schädlichem Kohlendioxid CO₂ ursächlich verhindert werden kann. Hierdurch kann das weitere Fortschreiten des Treibhauseffektes verhindert werden.
Erfindungsgemäß erfolgt die Entfernung der Kohlenstoffoxide dabei ursächlich. Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Anlage gewährleistet eine dauerhafte Beseitigung der Kohlenstoffoxide.
Weitere Ausgestaltungen, Abwandlungen und Variationen der vorliegenden Erfindung sind für den Fachmann beim Lesen der Beschreibung ohne weiteres erkennbar und realisierbar, ohne daß er dabei den Rahmen der vorliegenden Erfindung verläßt.
Die vorliegende Erfindung wird anhand der nachfolgenden Ausführungsbeispiele veranschaulicht, welche die vorliegende Erfindung jedoch keinesfalls beschränken sollen.
Ausführungsbeispiele:
Ausführungsbeispiel 1:
Die vorliegende Erfindung kann am Beispiel des Abgasstromes eines Kfz-Verbrennungsmotors veranschaulicht werden:
Während des Verbrennungsprozesses wird unter anderem Kohlendioxid CO₂ freigesetzt. Dieses gelangt durch den Abgasstrom in die Erdatmosphäre.
Kohlendioxid CO₂ kann durch die vorliegende Erfindung in einem Abgasstrom neutralisiert werden, und zwar entsprechend dem chemischen Vorgang Reduktionsmittel + CO2 → C + O2.
Hierbei handelt es sich um eine Reaktionsgleichung erster Ordnung.
Es gibt die direkte Reduktion mit Kohlenstoff C. Die Reduktion mit Kohlenmonoxid CO nennt sich indirekte Reduktion. Hierbei spielt das Boudouard-Gleichgewicht eine Rolle. Die Boudouard-Reaktion lautet CO₂ + C = 2CO.
Beispielsweise kann erfindungsgemäß Calciumcarbid CaC₂ als Reduktionsmittel verwendet werden. Das Calciumcarbid reduziert einerseits CO₂ dient andererseits zur eventuellen Abbindung von Schwefeldioxid SO₂, das bei der Verbrennung von Treibstoff entstehen kann, und zwar entsprechend dem folgenden chemischen Vorgang: CaC₂ + SO₂ + CO₂ → 3C + 2O₂ + CaS
Angewandt auf derzeitige Kraftfahrzeuge am Beispiel der Mercedes-S-Klasse ergibt sich folgende Berechnung:
Im Rahmen des Ausführungsbeispiels kann das Calciumcarbid CaC₂ beispielsweise in den Abgasstrom eingeblasen werden.
Ausführungsbeispiel 2:
Alternativ können auch andere Reduktionsmitel zum Einsatz kommen. Weitere feste Reduktionsmittel ergeben sich beispielsweise aus den nachfolgenden Reaktionsgleichgewichten:
MnO: CO₂ + MnO → CO + MnO₂
Fe (Hämatit): 3CO₂ + 2Fe → Fe₂O₃ + 3CO
FeO: CO₂ + 3 FeO → Fe₃O₄ + CO
Fe: 4CO₂ + 3Fe → Fe₃O₄ + 4CO
Fe (Wüstit): CO₂ + Fe → FeO + CO
Fe (Magnetit): CO₂ + 2Fe₃O₄ → 3Fe₂O₃ + CO
Na₂S: 3 CO₂ + Fe + Na₂S → 2C + Na₂CO₃ + FeS
Ausführungsbeispiel 3:
Erfindungsgemäß bevorzugt kommt Wasserstoff zum Einsatz: Denn im allgemeinen enthalten Kfz-Abgasströmen folgende Schadstoffe:

– Kohlendioxid CO₂,
– Schwefeldioxid SO₂,
– Kohlenwasserstoffe,
– Stickoxide NO_x,
– Kohlenmonoxid CO,
– Bleioxid PbO₂ (bei der Verbrennung von verbleitem Kraftstoff),
– Rußpartikel (bei der Verbrennung von Dieselkraftstoff).

Durch die Zugabe entsprechender Reduktionsmittel, hier: Wasserstoff H₂, zum Abgasstrom können diese Schadstoffe neutralisiert werden. Durch die zuvor beschriebene Erfindung können also auch weitere Schadstoffe abgebunden bzw. aufgespalten werden. Es kann ein schadstoffarmer Abgasstrom herbeigeführt werden.
Verbrennung von bleifreiem Kraftstoff (Super bleifrei, Benzin bleifrei)

a) CO₂-freie Abgase CO₂ + 2H₂ → C + 2H₂O
b) SO₂-freie Abgase Für den Fall, daß der Kraftstoff schwefelhaltig ist, entsteht bei der Verbrennung des Kraftstoffs Schwefeldioxid SO₂. SO₂ + 3H₂ → 2H₂O + H₂S
c) Kohlenwasserstofffreie (KW-freie) Abgase 2KW + 2O₂ + 2H₂ → 2H₂O + 2CO + H₂ Kohlenmonoxid ist zwar grundsätzlich giftig, löst sich hier aber wegen des Sauerstoffpartialdrucks auf.
d) NO₂-freie Abgase NO_x + 2NH₃ → N₂ + 3H₂O NO_x → NO + N₂O + N₃O N₃O + 2NH₃ → N₂O + 3H₂O N₂O + 2NH₃ → NO + 3H₂O NO + 2NH₃ → N₂ + 3H₂O Gesamt: N₃O + N₂O + NO + 6NH₃ → N₂O + NO + N₂ + 9H₂O
e) CO-freie Abgase 2CO → CO₂ + C
f) Gesamtbetrachtung: Kohlendioxid CO₂: CO₂ + 2H₂ → C + 2H₂O Schwefeldioxid SO₂: SO₂ + 3H₂ → 2H₂O + H₂S Kohlenwasserstoffe KW: 2KW + 2O₂ + 2 H₂ → 2H₂O + 2CO + H₂ Stickoxide NO_x(NO_x = NO + N₂O): NO_x + 2NH₃ → 2N₂ + 3H₂O Kohlenmonoxid CO: 2 CO → CO₂ + C Kohlenmonoxid CO wird sich wegen des Sauerstoffpartialdrucks auflösen.

Verbrennung von verbleitem Kraftstoff (Super verbleibt, z. B. Schweiz)
Der schadstoffhaltige Abgasstrom kann auch hier auf dieselbe Art und Weise sozusagen neutralisiert werden. Bei der Verbrennung von verbleitem Kraftstoff entsteht zusätzlich Bleioxid PbO₂. Dieses kann ebenfalls neutralisiert werden. Durch die Zugabe von Wasserstoff wird zusätzlich folgende Reaktion ausgelöst: PbO₂ + CO₂ → Pb + 2O₂ + C
Verbrennung von Dieselkraftstoff
Die Neutralisierung erfolgt auf dieselbe Art und Weise. Bei Dieselfahrzeugen wird in Zukunft darüber hinaus kein Partikelfilter zur Abscheidung von Rußpartikeln mehr erforderlich sein. Durch die Zugabe von Wasserstoff wird zusätzlich folgende Reaktion ausgelöst werden: C + CO₂ → 2CO C = Kohlenstoff in Form von Rußpartikeln
Ergebnis
Es kann gezeigt werden, daß Schadstoffe in Kfz-Abgasströmen durch die Zugabe von geeigneten Reduktionsmitteln neutralisiert werden können, insbesondere durch

– Wasserstoff H₂: Reduktion der Kohlenstoffoxide
– Ammoniak NH₃ (in situ aus Harnstoff): Reduktion der Stickoxide

Für die Neutralisierung sind ebenfalls Sauerstoff und Kohlendioxid erforderlich, die jedoch bereits im Abgasstrom vorhanden sind. Daraus ergibt sich, daß lediglich Wasserstoff und Ammoniak hinzugefügt werden müssen. Die Hinzufügung kann durch einen entsprechenden Tank im Kofferraum eines Fahrzeugs abgesichert werden.
"Bluetec^®"-Technologie von DaimlerChrysler: Der Verbrauch von Harnstoff beträgt 0,1 Liter/100 km. Der Vorratsbehälter im Kofferraum beträgt 25 Liter für 100.000 Meilen. In Europa bieten bereits 1.500 Tankstellen Harnstoff an. Ebenso wird der Harnstoff flächendeckend in den USA angeboten. Der Preis beträgt ca. EUR 0,40/Liter Harnstoff; Kosten pro Tankfüllung EUR 10.
Der Verbrauch von Wasserstoff beträgt 0,1 Liter/100 km. Der Vorratsbehälter beträgt 25 Liter für 100.000 Meilen. Der Preis beträgt ca. EUR 0,54/Liter Wasserstoff Kosten pro Tankfüllung EUR 13,50.
Die Gesamtkosten belaufen sich also auf EUR 23,50.

Claims

Verfahren zur Entfernung von Kohlenstoffoxiden aus einem Kohlenstoffoxide enthaltenden, aus der Verbrennung fossiler Brennstoffe stammenden Abgasstrom, dadurch gekennzeichnet, daß der die Kohlenstoffoxide enthaltende Abgasstrom mit mindestens einem Kohlenstoffoxide reduzierenden Reduktionsmittel unter Reduktion der im Abgasstrom enthaltenen Kohlenstoffoxide in Kontakt gebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reduktion derart durchgeführt, insbesondere das Reduktionsmittel und/oder die Reduktionsbedingungen derart gewählt werden, daß der in den Kohlenstoffoxiden enthaltene Kohlenstoffanteil zu elementarem Kohlenstoff C reduziert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Reduktion derart durchgeführt, insbesondere das Reduktionsmittel und/oder die Reduktionsbedingungen derart gewählt werden, daß der in den Kohlenstoffoxiden enthaltene Sauerstoffanteil mit dem Reduktionsmittel reagiert und/oder an das Reduktionsmittel gebunden, insbesondere chemisch gebunden, wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Reduktionsmittel unter den Reduktionsbedingungen ein Feststoff ist.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das unter den Reduktionsbedingungen als Feststoff vorliegende Reduktionsmittel als Festbett angeordnet ist, insbesondere wobei das Inkontaktbringen des die Kohlenstoffoxide enthaltende Abgasstroms mit dem Reduktionsmittel dadurch erfolgt, daß der Abgasstrom durch das Reduktionsmittelfestbett geleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das unter den Reduktionsbedingungen als Feststoff vorliegende Reduktionsmittel in einer vorzugsweise wäßrigen Lösung oder Suspension des Reduktionsmittels vorliegt, insbesondere wobei das Inkontaktbringen des die Kohlenstoffoxide enthaltende Abgasstroms mit dem Reduktionsmittel dadurch erfolgt, daß der Abgasstrom durch die das Reduktionsmittel enthaltende Lösung oder Suspension geleitet wird oder aber daß die das Reduktionsmittel enthaltende Lösung oder Suspension in den Abgasstrom injiziert oder eingeblasen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Reduktionsmittel unter den Reduktionsbedingungen flüssig ist, insbesondere wobei das Inkontaktbringen des die Kohlenstoffoxide enthaltende Abgasstroms mit dem Reduktionsmittel dadurch erfolgt, daß der Abgasstrom durch das flüssige Reduktionsmittel geleitet wird oder aber daß das flüssige Reduktionsmittel in den Abgasstrom injiziert oder eingeblasen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Reduktionsmittel unter den Reduktionsbedingungen gasförmig ist, insbesondere wobei das Inkontaktbringen des die Kohlenstoffoxide enthaltende Abgasstroms mit dem gasförmigen Reduktionsmittel dadurch erfolgt, daß das gasförmige Reduktionsmittel in den Abgasstrom injiziert oder eingeblasen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Reduktionsmittel ausgewählt ist aus der Gruppe von anorganischen Oxiden, Hydroxiden, Carbiden und deren Mischungen, insbesondere Erdalkalicarbiden und/oder Aluminiumoxiden, letztere gegebenenfalls zusammen mit Siliciumdioxid.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Reduktionsmittel ein metallbasiertes Reduktionsmittel, insbesondere ein metallisches, metalloxidisches und/oder metallhydroxidisches Reduktionsmittel, eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Reduktionsmittel Wasserstoff eingesetzt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Reduktionsmittel, bezogen auf die zu reduzierende Kohlenstoffoxidmenge, in einer mindestens stöchiometrischen Menge, vorzugsweise in einem stöchiometrischen Überschuß, insbesondere in einem mindestens 1,1- bis 5fachen, vorzugsweise mindestens 1,2- bis 3fachen, besonders bevorzugt 1,3 bis 2fachen Überschuß, eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Reduktionsmittel gleichermaßen etwaige im Abgasstrom enthaltene Schwefeloxide reduziert.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgasstrom bei erhöhten Temperaturen, insbesondere bei Temperaturen von mindestens 100°C, vorzugsweise mindestens 200°C, bevorzugt mindestens 250°C, besonders bevorzugt mindestens 300°C, ganz besonders bevorzugt mindestens 350°C, mit dem Reduktionsmittel in Kontakt gebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren in Abwesenheit eines Katalysators durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren in Gegenwart eines Katalysators durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Reduktion eine Partikelfiltration nachgeschaltet ist, insbesondere zur Entfernung von bei der Reduktion gebildeten Feststoffprodukten, insbesondere elementarem Kohlenstoff C, und/oder im Fall der Verwendung eines unter Reduktionsbedingungen als Feststoff vorliegenden Reduktionsmittels zur Entfernung von überschüssigem und/oder mitgerissenem Reduktionsmittel.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren mit einem Verfahren zur Entfernung von Stickstoffoxiden und/oder mit einem Verfahren zur Entfernung von Schwefeloxiden kombiniert wird.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Entfernung von Stickstoffoxiden und/oder Schwefeloxiden der Reduktion der Kohlenstoffoxide vor- oder nachgeschaltet ist oder aber gleichzeitig hiermit durchgeführt wird.
Anlage zur Entfernung von Kohlenstoffoxiden aus einem Kohlenstoffoxide enthaltenden, aus der Verbrennung fossiler Brennstoffe stammenden Abgasstrom, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach den vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlage eine Einrichtung (3) zur Entfernung der Kohlenstoffoxide umfaßt, wobei die Einrichtung (3) zur Entfernung der Kohlenstoffoxide stromabwärts und/oder nachgeschaltet zu einer Verbrennungseinrichtung (1) für einen fossilen Brennstoff, insbesondere stromabwärts und/oder nachgeschaltet zu einem Verbrennungsmotor, angeordnet ist und wobei die Einrichtung (3) zur Entfernung der Kohlenstoffoxide ein Vorratsbehältnis zur Aufnahme und/oder Bevorratung eines Reduktionsmittels für die Kohlenstoffoxide, bevorzugt Wasserstoff, eine Einspritzeinrichtung zum Injizieren des Reduktionsmittels in den kohlenstoffoxidhaltigen Abgasstrom und einen Reaktionsraum zum Inkontaktbringen des Reduktionsmittel mit den im Abgasstrom enthaltenen Kohlenstoffoxiden umfaßt, und daß gegebenenfalls stromabwärts und/oder nachgeschaltet zu der Einrichtung (3) zur Entfernung der Kohlenstoffoxide eine Partikelfiltrationseinrichtung (4) angeordnet ist.
Anlage zur Entfernung von Kohlenstoffoxiden aus einem Kohlenstoffoxide enthaltenden, aus der Verbrennung fossiler Brennstoffe stammenden Abgasstrom, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach den vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlage eine Einrichtung (3) zur Entfernung der Kohlenstoffoxide umfaßt, wobei die Einrichtung (3) zur Entfernung der Kohlenstoffoxide stromabwärts und/oder nachgeschaltet zu einer Verbrennungseinrichtung (1) für einen fossilen Brennstoff, insbesondere stromabwärts und/oder nachgeschaltet zu einem Verbrennungsmotor, angeordnet ist und wobei die Einrichtung (3) zur Entfernung der Kohlenstoffoxide ein Vorratsbehältnis zur Aufnahme und/oder Bevorratung eines Reduktionsmittels für die Kohlenstoffoxide und ein Einleitungssystem zum Einleiten des kohlenstoffoxidhaltigen Abgasstroms in das Vorratsbehältnis umfaßt, wobei mittels der Hilfe des Einleitungssystems der kohlenstoffoxidhaltige Abgasstrom in das Reduktionsmittel einleitbar und/oder durch das Reduktionsmittel hindurchleitbar ist derart, daß die im Abgasstrom enthaltenen Kohlenstoffoxide mit dem Reduktionsmittel in Kontakt und zur Reaktion gebracht werden, und daß gegebenenfalls stromabwärts und/oder nachgeschaltet zu der Einrichtung (3) zur Entfernung der Kohlenstoffoxide eine Partikelfiltrationseinrichtung (4) angeordnet ist.
Anlage zur Entfernung von Kohlenstoffoxiden aus einem Kohlenstoffoxide enthaltenden, aus der Verbrennung fossiler Brennstoffe stammenden Abgasstrom, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach den vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlage eine Einrichtung (3) zur Entfernung der Kohlenstoffoxide umfaßt, wobei die Einrichtung (3) zur Entfernung der Kohlenstoffoxide stromabwärts und/oder nachgeschaltet zu einer Verbrennungseinrichtung (1) für einen fossilen Brennstoff, insbesondere stromabwärts und/oder nachgeschaltet zu einem Verbrennungsmotor, angeordnet ist und wobei die Einrichtung (3) zur Entfernung der Kohlenstoffoxide ein Festbett, welches ein unter den gewählten Reduktionsbedingungen als Feststoff vorliegendes Reduktionsmittel für die Kohlenstoffoxide enthält, und ein System zum Hindurchleiten des kohlenstoffoxidhaltigen Abgasstroms über und/oder durch das Festbett umfaßt, daß gegebenenfalls stromabwärts und/oder nachgeschaltet zu der Einrichtung (3) zur Entfernung der Kohlenstoffoxide eine Partikelfiltrationseinrichtung (4) angeordnet ist.
Anlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikelfiltrationseinrichtung (4) zur Entfernung von bei der Reduktion gebildeten Feststoffprodukten, insbesondere elementarem Kohlenstoff C und etwaigen anderen festen Reaktionsprodukten, und/oder im Fall der Verwendung eines unter Reduktionsbedingungen als Feststoff vorliegenden Reduktionsmittels gleichermaßen zur Entfernung von überschüssigem und/oder nichtumgesetztem und/oder mitgerissenem Reduktionsmittel dient.
Anlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlage zusätzlich eine Einrichtung (2) zur Entfernung von in dem zu behandelnden Abgasstrom gleichermaßen vorhandenen Stickoxiden umfaßt.
Anlage nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (2) zur Entfernung der Stickoxide mit Ammoniak, insbesondere mit in situ aus Harnstoff generiertem Ammoniak, betreibbar ist.
Anlage nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (2) zur Entfernung der Stickoxide stromaufwärts oder stromabwärts, vorzugsweise stromaufwärts, zu der Einrichtung (3) zur Entfernung der Kohlenstoffoxide angeordnet ist.