DE102009043121A1

DE102009043121A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Abgasreinigung von Stationär- und Schiffsmotoren

Info

Publication number: DE102009043121A1
Application number: DE200910043121
Authority: DE
Inventors: Michael Auer; Erich Fassbender; Marianne Sommer
Original assignee: DANTHERM FILTRATION GmbH
Current assignee: Nederman Filtration De GmbH
Priority date: 2009-09-25
Filing date: 2009-09-25
Publication date: 2011-04-07
Anticipated expiration: 2029-09-26
Also published as: DE102009043121B4

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Abgasreinigung von Stationär- und Schiffsmotoren vorgeschlagen, wobei das zu reinigende Abgas in einem Reaktor mit pulver- und/oder partikelförmigen Sorbentien zur Abscheidung von Schadstoffen aus dem Abgas in Kontakt gebracht wird, wonach das Abgas in eine Filtervorrichtuneinsam mit partikelförmigen Verunreinigungen des Abgases abzuscheiden. Hierbei kann insbesondere zumindest ein Teilstrom der in der Filtervorrichtung abgeschiedenen Sorbentien mit den partikelförmigen Verunreinigungen in den Reaktor rezirkuliert werden, während zumindest ein anderer Teilstrom der in der Filtervorrichtung abgeschiedenen Sorbentien mit den partikelförmigen Verunreinigungen gesammelt wird, um sie einer Entsorgung zuzuführen. Die Erfindung betrifft ferner eine zur Durchführung eines solchen Verfahrens geeignete Vorrichtung zur Abgasreinigung von Stationär- und Schiffsmotoren.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Abgasreinigung von Stationär- und Schiffsmotoren.
Derartige Stationär- und Schiffsmotoren werden üblicherweise mit Dieseltreibstoff betrieben, aber auch mit Schweröl, Schieferölen und anderen flüssigen fossilen Brennstoffen, wie sie in der Petrochemie z. B. durch Fraktionierung mittels Steamcrackern erzeugt werden, oder auch mit Bioölen, wie Raps-, Palmöl und dergleichen. Während des Betriebs werden eine Reihe an Schadstoffen erzeugt, wie insbesondere partikelförmige Schadstoffe, vornehmlich auf der Basis von Ruß mit gegebenenfalls an diesen absorbierten weiteren Schadstoffen in Form von nicht oder nicht vollständig umgesetzten Kohlenwasserstoffen, aber auch gasförmige Schadstoffe, wie beispielsweise Stickoxide, Schwefeloxide, Kohlenwasserstoffe und dergleichen.
Während bei instationären ”kleinen” Dieselmotoren in Personen- oder Lastkraftwagen, welche gegenüber Stationär- und Schiffsmotoren mit erheblich häufigeren Lastwechseln arbeiten, gegenwärtig bereits eine Abgasreinigung einerseits mittels Katalysatoren, andererseits mittels Rußpartikelfilter erfolgt, stellen insbesondere Schiffsmotoren nach wie vor ein ernst zu nehmendes Umweltproblem dar. Eine Übertragung der aus solchen, in Personen- oder Lastkraftwagen eingesetzten Katalysatoren in Verbindung mit Rußpartikelfilter auf Stationär- und Schiffsmotoren ist indes aus mehreren Gründen technisch und wirtschaftlich nicht möglich, wobei beispielhaft die erheblichen Kosten für die in einem Fahrzeugkatalysator vorhandenen, katalytisch aktiven Edelmetalle erwähnt seien.
So ist es zwar auch bei Schiffsmotoren bekannt, das Abgas zu filtern, doch vermag diese Maßnahme allein keine Eliminierung von gasförmigen Schadstoffen, zu gewährleisten. Zudem wird häufig das Filter durch Spülen mit Meer- bzw. Süßwasser gereinigt, so daß die abgeschiedenen Partikel zwar nicht in die Atmosphäre, aber gleichfalls in die Umwelt abgegeben werden, was ebenfalls ein erhebliches Umweltproblem darstellt. Darüber hinaus ist es bekannt, das Abgas von Schiffsmotoren unter Verwendung von Denox-Katalysatoren einer Entstickung zu unterziehen, indem ein Reduktionsmittel – üblicherweise Ammoniak oder auch Harnstoff – zugesetzt wird. Eine Entschwefelung des Abgases ist auf diese Weise jedoch nicht möglich.
Die DE 101 48 180 B4 beschreibt eine Vorrichtung zur Abgasreinigung an Dieselmotorprüfständen, welche eine Absaugeinrichtung zur Überführung des Dieselabgases in ein Trockenstaubfiltersystem umfaßt. Letzteres ist mit einem Trockenstaubfilter ausgestattet, auf welchem ein eine Filterhilfsschicht bildendes Trockenadditiv, insbesondere in Form von Kalkmehl, abgelagert ist. Dem Trockenstaubfiltersystem ist ferner eine Abreinigungseinheit zur Reinigung desselben zugeordnet, welche ein Düsensystem zur Beaufschlagung des Filters mit Druckluft aufweist. Die bekannte Vorrichtung ist indes für Stationär- und Schiffsmotoren nur sehr bedingt geeignet, da bei den großen Mengen freigesetzter Partikel die Gefahr einer raschen Verblockung des Trockenstaubfilters mit der hierauf abgeschiedenen Filterhilfsschicht besteht. Darüber hinaus wäre es wünschenswert, auf eine Absaugeinrichtung zu verzichten, weil einen erheblichen Energiebedarf aufweist, was den Gesamtverbrauch des Motors erhöht bzw. – z. B. im Falle von Stationärmotoren in Form von Blockheizkraftwerken, Strom- oder Notstromaggregaten etc. – den Wirkungsgrad herabsetzt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein einfaches und kostengünstiges Verfahren sowie eine zur Durchführung eines solchen Verfahrens geeignete Vorrichtung zur Abgasreinigung von Stationär- und Schiffsmotoren vorzuschlagen, welche eine wirksame Eliminierung sowohl von Schadpartikeln als auch von insbesondere schwefelhaltigen gasförmigen Verunreinigungen des Abgases ermöglichen.
In verfahrenstechnischer Hinsicht wird diese Aufgabe bei einem gattungsgemäßen Verfahren dadurch gelöst, daß das zu reinigende Abgas in einem Reaktor mit Pulver- und/oder partikelförmigen Sorbentien zur Abscheidung von Schadstoffen aus dem Abgas in Kontakt gebracht wird, wonach das Abgas in eine Filtervorrichtung überführt wird, um mitgeschleppte Sorbentien gemeinsam mit partikelförmigen Verunreinigungen des Abgases abzuscheiden.
Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung ferner eine Vorrichtung der eingangs genannten Art vor, welche durch einen Reaktor, welchem das zu reinigende Abgas zuführbar ist und welcher Pulver- und/oder partikelförmigen Sorbentien zur Abscheidung von Schadstoffen aus dem Abgas aufnimmt, sowie durch eine dem Reaktor nachgeordnete Filtervorrichtung, um mitgeschleppte Sorbentien gemeinsam mit partikelförmigen Verunreinigungen des Abgases abzuscheiden, gekennzeichnet ist.
Die erfindungsgemäße Vorgehensweise ermöglicht auf einfache und kostengünstige Weise eine wirksame Reinigung des Abgases von Stationär- und Schiffsmotoren sowohl von gasförmigen Verunreinigungen einschließlich Schwefelverbindungen als auch von partikelförmigen Verunreinigungen, wobei eine Freisetzung sowohl von gasförmigen als auch von partikelförmigen Schadstoffen in die Atmosphäre wie auch in Oberflächengewässer vermieden wird.
Um den Abscheidegrad insbesondere der gasförmigen Verunreinigungen des Abgases zu verbessern, sieht eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens vor, daß zumindest ein Teilstrom der in der Filtervorrichtung abgeschiedenen Sorbentien mit den partikelförmigen Verunreinigungen in den Reaktor rezirkuliert wird. Die Vorrichtung kann in diesem Fall folglich vorzugsweise eine von der Filtervorrichtung in den Reaktor mündende Rezirkulationsstrecke aufweisen, um zumindest einen Teilstrom der in der Filtervorrichtung abgeschiedenen Sorbentien mit den partikelförmigen Verunreinigungen in den Reaktor zu rezirkulieren.
In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, daß zumindest ein Teilstrom der in der Filtervorrichtung abgeschiedenen Sorbentien mit den partikelförmigen Verunreinigungen gesammelt wird, um sie einer Entsorgung zuzuführen. Die Vorrichtung kann folglich bevorzugt derart ausgebildet sein, daß der Filtervorrichtung, insbesondere der hiervon mündenden Rezirkulationsstrecke, ein Sammelbehälter nachgeordnet ist, um zumindest einen Teilstrom der in der Filtervorrichtung abgeschiedenen Sorbentien mit den partikelförmigen Verunreinigungen zu sammeln, um sie einer Entsorgung zuzuführen. Somit kann einerseits ein Teilstrom der in der Filtervorrichtung abgeschiedenen, weitestgehend erschöpften Sorbentien gemeinsam mit den abgeschiedenen Schadstoffpartikeln kontinuierlich entfernt und z. B. in einem Sammelbehälter gesammelt werden, während ein anderer Teilstrom rezirkuliert wird. Hierbei ist es selbstverständlich möglich, daß dem Reaktor ebenfalls kontinuierlich frische Sorbentien zugesetzt werden, zweckmäßig mit einem dem abgeschiedenen Massenstrom an erschöpften Sorbentien im wesentlichen entsprechenden Massenstrom.
Je nach Schadstoff kann dieser rein adsorptiv abgeschieden, d. h. ohne chemische Umwandlung rein physikalisch an das Adsorbens (z. B. Aktivkohle) angelagert werden, oder der Schadstoff kann absorptiv abgeschieden werden, d. h. er reagiert chemisch mit dem Absorbens, wobei häufig Salze entstehen (z. B. Ca(OH)₂ + SO₂ + 0,5O₂ → CaSO₄ + H₂O; Ca(OH)₂ + 2 HCl → CaCl₂ + 2H₂O). In bevorzugter Ausführung können als Sorbentien Trockenadditive verwendet werden, insbesondere solche aus der Gruppe kohlenstoffhaltige Sorbentien, wie Aktivkohle, Petrol- und Herdofenkoks, Calciumoxid, Calciumhydroxid (Kalkhydrat), Calciumcarbonat, Natriumhydrogencarbonat, Natriumcarbonat, Calciumsilikathydrat, Tonerdemineralien, Harnstoff, Aluminiumoxid und Zeolithe sowie Kombinationen der vorgenannten Additive. Dabei ist es auch möglich, die Trockenadditive durch Befeuchten, z. B. mit Wasser, zu konditionieren, um den Abscheidegrad für bestimmte Verunreinigungen zu erhöhen. In diesem Zusammenhang sei beispielhaft die Befeuchtung von Kalkhydrat mit Wasser erwähnt, wobei das Abgas beim Kontakt mit den solchermaßen befeuchteten Sorbenspartikeln infolge Verdampfen des Flüssigkeitsfilms gekühlt und dadurch der Abscheidegrad insbesondere von SO_x erhöht wird.
Das Abgas kann vorzugsweise in dem Reaktor mit den Sorbentien verwirbelt werden, d. h. bei dem Reaktor kann es sich um einen Wirbelreaktor handeln.
Darüber hinaus ist es selbstverständlich möglich, daß ferner ein flüssiges Additiv zur Abscheidung von Schadstoffen aus dem Abgas zugesetzt wird, z. B. in Form von in den Reaktionsraum des Reaktors oder auch stromauf desselben im Rahmen einer Primärentstickung gesteuert eingebrachtem Ammoniak als Reduktionsmittel für NO_x. Der Reaktor der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann hierzu wenigstens einen Einlaß, wie in Form einer Düse oder eines Düsenaggregates, für ein flüssiges Additiv zur Abscheidung von Schadstoffen aus dem Abgas aufweisen.
Gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, daß die Ein- und/oder Ausschleuseinrichtung(en) zum Zu- und/oder Abführen der Sorbentien und/oder der partikelförmigen Verunreinigungen des Abgases in den bzw. aus dem Reaktor und/oder in die bzw. aus der Filtervorrichtung zumindest teilweise unter einem äußeren Überdruck gegenüber dem Gasdruck im Innern des Reaktors und/oder der Filtervorrichtung gehalten wird/werden. Die Ein- und/oder Ausschleuseinrichtung(en) einer erfindungsgemäßen Vorrichtung steht/stehen in diesem Fall folglich vorzugsweise unter einem äußeren Überdruck gegenüber dem Gasdruck im Innern des Reaktors und/oder der Filtervorrichtung. Im Rahmen der Erfindung ist es zu diesem Zweck möglich, zumindest die Lager des Fördermittels der Aus- und/oder Einschleuseinrichtungen unter einem äußeren Überdruck gegenüber dem Gasdruck im Innern des Filtergehäuses und/oder im Innern des Reaktors zu halten, wobei beispielsweise ausschließlich die Lager der Fördermittel sowie gegebenenfalls auch deren Antriebe und/oder andere, insbesondere bewegliche Teile derselben, bei welchen die Gefahr eines Eindringens des zu reinigenden Gases und der hierin enthaltenen Schadpartikel besteht, unter solch einen äußeren Überdruck gesetzt werden können. Selbstverständlich ist es in diesem Zusammenhang auch möglich, die Aus- und/oder Einschleuseinrichtung(en) gänzlich oder auch die gesamte Abgasreinigungsvorrichtung einschließlich der Aus- und/oder Einschleuseinrichtung(en) unter einem äußeren Überdruck gegenüber dem Gasdruck im Innern des Filtergehäuses und/oder im Innern des Reaktors zu halten. In jedem Fall wird aufgrund der ”Verkapselung” zumindest derjenigen Bereiche der Reinigungsvorrichtung, in welchen die Gefahr eines Austrittes von in der Regel Schadpartikel enthaltendem Abgas besteht, eine Schädigung der Vorrichtung vermieden und auch eine Kontamination der Umgebung weitestgehend verhindert. Die Ein- und/oder Ausschleuseinrichtungen können dabei von beliebiger bekannter Art sein und beliebige Fördermittel, wie Schnecken, Zellenräder oder dergleichen, aufweisen.
Wie eingangs erwähnt, kommen herkömmlich üblicherweise Absaugeinrichtungen zum Einsatz, um das zu reinigende Abgas der Reinigungsstufe zuzuführen, wobei die Absaugeinrichtungen in der Reinigungsvorrichtung einen Unterdruck gegenüber dem Rohgas erzeugen und somit für eine erforderliche Druckdifferenz sorgen, um das Gas durch die Reinigungsvorrichtung hindurch zu leiten. Nachteilig ist indes der erhebliche Energieverbrauch einer solchen Absaugeinrichtung, welche zu einem zusätzlichen Kraftstoffverbrauch bzw. – sofern es sich z. B. um einen Stationärmotor in Form eines Blockheizkraftwerks, Strom- oder Notstromaggregates handelt – zu einem deutlich verminderten Wirkungsgrad eines solchen Motors führt. Demgegenüber führt der Verzicht an einer solchen Absaugeinrichtung dazu, daß sich in der Reinigungsvorrichtung ein Überdruck gegenüber dem zuströmenden Abgas und in aller Regel auch gegenüber dem Atmosphärendruck einstellt. Als nachteilig hierbei hat es sich wiederum erwiesen, daß es vornehmlich in denjenigen Bereichen der Reinigungsvorrichtung, an welchen Stoffe (wie Sorbentien, abgeschiedene Schadpartikel etc.) aus der Vorrichtung zu- bzw. abgeführt werden müssen, auch zu einem Austritt zumindest geringer Mengen an nicht oder nicht hinreichend gereinigtem Abgas kommen kann, was aus Umweltschutzgründen und im Hinblick auf das gesundheitliche Gefährdungspotential von Menschen, die mit dem ausgetretenen Gas in Berührung kommen, vermieden werden sollte. Darüber hinaus kann das in der Regel hoch partikelbelastete Abgas in die Lagerungen der entsprechenden Ein- bzw. Ausschleuseinrichtungen gelangen, was zu einem erheblichen Verschleiß und zu wirtschaftlich sehr unbefriedigenden Standzeiten der Reinigungsvorrichtung führt. Müssen die Lager gereinigt, gewartet oder ausgetauscht werden, muß wiederum der Betrieb der gesamten Reinigungsvorrichtung unterbrochen werden, da andernfalls große Mengen an schadstoffbelasteten Gasen austreten würden. Hier setzt die erfindungsgemäße Weiterbildung insoweit an, als sie auch dann, wenn auf eine Absaugeinrichtung zur Überführung der zu reinigenden Gase an die Reinigungsvorrichtung verzichtet wird und die zu reinigenden Gase folglich mehr oder minder rein durch Verdrängung in die Reinigungsvorrichtung gelangen, einen sicheren und zuverlässigen, äußerst wartungsarmen Betrieb der Reinigungsvorrichtung bei sehr geringen Investitions- und Betriebskosten gewährleistet, indem die Aus- und/oder Einschleuseinrichtung der Filtervorrichtung und/oder des Reaktors zumindest teilweise unter äußeren Überdruck gegenüber dem Gasdruck im Innern gesetzt werden, so daß dort keine Abgase aus der Anlage austreten können und insbesondere verhindert wird, daß diese in Lagerungen, Antriebe oder andere bewegte Teile der Aus- und/oder Einschleuseinrichtung eindingen und dort zu Verschleiß bis hin zu einem Versagen führen können.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann in diesem Zusammenhang die zumindest teilweise Anordnung der Ein- und/oder Ausschleuseinrichtung(en) in einer Druckkammer vorgesehen sein, deren äußere Abmessungen zwar – wie bereits erwähnt – so gering gewählt werden können, daß lediglich die Ein-/Ausschleuseinrichtung oder auch nur Teile derselben, wie Lager, Antriebe etc., hierin aufgenommen sind, doch kann die Druckkammer, z. B. aus Gründen einer einfachen Zugänglichkeit, selbstverständlich auch begehbar sein und gegebenenfalls auch die gesamte Reinigungsvorrichtung aufnehmen.
Zur Erfüllung des vorgenannten Zweckes reicht in der Regel ein relativ geringer äußerer Überdruck gegenüber dem Innendruck in der Filtervorrichtung bzw. in dem Reaktor aus, wobei sich beispielsweise ein Überdruck zwischen etwa 10 Pa und etwa 10.000 Pa, insbesondere zwischen etwa 100 Pa und etwa 5.000 Pa, als geeignet erwiesen hat. Es versteht sich im übrigen von selbst, daß der jeweils gewünschte Überdruck auch einstellbar oder insbesondere in Abhängigkeit vom Gasdruck im Innern der Filtervorrichtung bzw. des Reaktors, beispielsweise mittels programmtechnisch eingerichteter Datenverarbeitungsanlagen unter sensorischer Erfassung der jeweiligen Drucke, steuerbar sein kann.
Ferner ist es möglich, das zu reinigende Abgas und/oder die Sorbentien in der Filtervorrichtung und/oder in dem Reaktor mittels rotierender Mischeinrichtungen zu verwirbeln, um für einen innigen Kontakt der genannten Komponenten und somit für einen möglichst hohen Abscheidungsgrad zu sorgen. Mit ”Mischeinrichtungen” sind in diesem Zusammenhang sowohl im Gasraum des z. B. in Form eines Wirbelreaktors ausgebildeten Reaktors angeordnete, mit Mischelementen, wie Stäben, Propellern oder dergleichen, versehene Wellen als auch am Boden des Reaktors angeordnete Umwälzeinrichtungen, z. B. in Form von Rotoren, zur Zirkulation von partikelförmigen Sorbentien angesprochen. Sofern eine oder mehrere solcher Mischeinrichtungen vorgesehen sind, liegt es gleichfalls im Rahmen der vorliegenden Erfindung, daß die das Gehäuse der Filtervorrichtung und/oder des Reaktors durchsetzenden Wellen und/oder Lager dieser Mischeinrichtungen ebenfalls unter einem äußeren Überdruck gehalten werden, wobei wiederum vorzugsweise eine Druckkammer der oben genannten Art zum Einsatz kommen und dort ein Überdruck in den oben genannten Wertebereichen eingestellt werden kann.
Wie bereits erwähnt, macht es die Erfindung insbesondere möglich, daß die zu reinigenden Gase in der Filtervorrichtung und/oder in dem Reaktor unter einem Überdruck gegenüber der Atmosphäre stehen, wobei in der Filtervorrichtung und/oder in dem Reaktor selbstverständlich auch im wesentlichen Atmosphärendruck oder auch ein Unterdruck demgegenüber herrschen kann, wobei eine zumindest bereichsweise äußere Druckbeaufschlagung in diesem Fall dazu dienen kann, bei Druckschwankungen während des Betriebs stets einen äußeren Überdruck im Bereich der Ein-/Ausscheuseinrichtungen und/oder im Austrittsbereich der Wellen oder Lager der Mischeinrichtungen aus der Filtervorrichtung bzw. aus dem Reaktor sicherzustellen.
Die Ein- und/oder Ausschleuseinrichtungen können im übrigen von beliebigen bekannten Einrichtungen dieser Art gebildet und beispielsweise aus der Gruppe Förderschnecken, Zellenradschleusen und Kugelschleusen gewählt sein.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. Dabei zeigen:
1 eine schematische Ansicht einer Reinigungsvorrichtung zur ad- oder absorptiven Reinigung von Abgasen mit einem Reaktor und einer Filtervorrichtung im Längsschnitt; und
2 eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer Filtervorrichtung der Vorrichtung gemäß 1 zur Reinigung von Abgasen im Längsschnitt.
In 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Reinigung von Abgasen eines z. B. mit Dieseltreibstoff, Schieferöl, Schweröl, Bioöl oder dergleichen betriebenen Schiffs- oder Stationärmotors (nicht gezeigt) in einem schematischen Längsschnitt wiedergegeben, welcher eine in 2 exemplarisch dargestellte Filtervorrichtung 100 sowie einen dieser vorgeordneten Reaktor 200 (1) zur ad- und/oder absorptiven Abscheidung von Schadstoffen aus dem zu reinigenden Abgas umfaßt. Bei den eingesetzten Sorbentien kann es sich beispielsweise um eine Kombination einerseits aus calciumhaltigen Sorbentien, wie beispielsweise Calciumhydroxid (Ca(OH)₂), Calciumcarbonat (CaCO₃) und Calciumhydrogencarbonat (Ca(HCO₃)₂) zur Abscheidung von Schwefelverbindungen, andererseits aus mineralischen Sorbentien, wie beispielsweise Zeolithen und Tonerdemineralien zur Abscheidung von nicht oder nicht vollständig umgesetzten Kohlenwasserstoffen, handeln.
Der Reaktor 200 weist einen Einlaß 30 auf, über welchen das zu reinigende Abgas in den Reaktionsraum 31 überführt wird, welcher beispielsweise nach Art eines Wirbelreaktors mit partikelförmigen Sorbentien betrieben werden kann. Dem Reaktor 200 kann ein Vorabscheider 300 nachgeordnet sein, in welchen das von Schadstoffen ad- und/oder absorptiv gereinigte Abgas über eine Leitung 32 gelangt. Nach Abscheidung zumindest eines Anteils der partikelförmigen Sorbentien wird das Abgas über eine Leitung 33 in die Filtervorrichtung 100 (vgl. auch 2) geleitet, wonach es über eine Leitung 34 und gegebenenfalls einen Schornstein (ebenfalls nicht gezeigt) an die Umgebung abgegeben wird. Der Reaktor 200 kann mit einer mittels eines Antriebs (nicht dargestellt) in Rotation versetzbaren Mischeinrichtung 40 ausgestattet sein, welcher wenigstens eine drehbar gelagerte Welle 41 mit hieran festgelegten Mischelementen 42, wie Stäben, Propellern oder auch flexiblen Mischelementen, wie Ketten etc., aufweist. Im unteren Bereich des sich hier etwa konisch nach unten verjüngenden Reaktors 200 ist beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ein um eine Welle 51 drehbarer Rotor 50 vorgesehen, welcher zur Zirkulation der partikelförmigen Sorbentien im Innern des Reaktors 200 dient.
Der Reaktor 200 kann ferner einen in 1 nicht zeichnerisch wiedergegebenen Einlaß für ein flüssiges Additiv zur Abscheidung von Schadstoffen aus dem Abgas (z. B. Ammoniak zur Reduktion von Stickoxiden) aufweisen, welcher beispielsweise in Form eines Düsenaggregates gebildet ist, welches in den Reaktionsraum des Reaktors (200) mündet.
Im Bereich des Rotors 50 ist dem Reaktor 200 eine Einschleuseinrichtung 60, z. B. in Form einer (hier um eine senkrecht zur Zeichnungsebene angeordnete Achse 61 drehbare) Förderschnecke zugeordnet, über welche dem Reaktor 200 frische Sorbentien aufgegeben werden können (Pfeil 62). Das dem Reaktor 200 entgegengesetzte Ende der Einschleuseinrichtung 60 steht mit einer weiteren, mittels eines Motors M angetriebenen Förderschnecke 63 in Verbindung, welche die Sorbentien an die Einschleuseinrichtung 60 übergibt (Pfeil 66). Stromab des Mündungsbereiches der Förderschnecke 63 in die Einschleuseinrichtung 60 steht erstere darüber hinaus mit dem Ablauf des wiederum z. B. etwa konisch nach unten zulaufenden Vorabscheiders 300 in Verbindung, welcher ablaufseitig mit einer Ausschleuseinrichtung 64 – hier z. B. in Form einer Zellenradschleuse – ausgestattet ist, welche in dem Vorabscheider 300 aus dem zu reinigenden Gas abgeschiedene Sorbentien an die Förderschnecke 63 übergibt (Pfeil 67), um diese in den Reaktor 200 zu rezirkulieren. Der Zulauf 65 der Förderschnecke 63 steht einerseits, z. B. unter Zwischenschaltung einer Zellenradschleuse 68, mit der Ausschleuseinrichtung 5 der Filtervorrichtung 100 (vgl. auch 2) in Verbindung, andererseits sind über den Zulauf 65, z. B. über eine weitere Einschleuseinrichtung (in 1 nicht dargestellt), frische Sorbentien und/oder Additive, wie Befeuchtungsmittel (z. B. Wasser) oder dergleichen, dosierbar (Pfeil 69). Der Einlauf 65 kann zu diesem Zweck mit einer Mischeinrichtung, z. B. in Form eines Doppelwellenmischers (nicht gezeigt), versehen sein, um für eine möglichst homogene Vermischung von mittels der Ausschleuseinrichtung 5 der Filtervorrichtung 100 in Richtung des Pfeils 71 gefördertem Rezirkulat und frisch aufgegebenen Sorbentien/Additiven zu sorgen. Alternativ oder zusätzlich können frische Sorbentien z. B. auch unmittelbar dem in den Reaktor 200 eintretenden Rauchgasstrom 30 aufgegeben werden.
An dem in 1 linken, freien Ende der Ausschleuseinrichtung 5 schließt sich beim vorliegenden Ausführungsbeispiel wiederum z. B. eine Zellenradschleuse 72 an, um verbrauchte Sorbentien sowie in der Filtervorrichtung 100 abgeschiedene Schadpartikel, wie Staub, Ruß und dergleichen, über eine abgebrochen dargestellte Leitung 73 einer Entsorgung zuzuführen. Auf diese Weise kann ein Teil der in der Filtervorrichtung 100 abgeschiedenen Feststoffe über die Zellenradschleuse 68, die Förderschnecke 63 und die Einschleuseinrichtung 60 in den Reaktor 200 rezirkuliert werden, während der andere Teil über die Leitung 73 entsorgt werden kann, zweckmäßig unter Zwischenlagerung in einem Speicher.
Wie des weiteren der 1 zu entnehmen ist, sind zumindest die unteren Abschnitte des Reaktors 200, des Vorabscheiders 300 und der Filtervorrichtung 100 einschließlich der dort befindlichen Ein-/Ausschleus- sowie Fördereinrichtungen 5, 60, 63, 64, 65, 68, 72 sowie deren motorischen Antrieben M, deren Lagerung etc. in einer Druckgaskammer 20 angeordnet, welche mittels eines insbesondere steuerbaren Gebläses 21 mit einem Überdruck gegenüber dem Gasdruck im Innern der Reinigungsvorrichtung 100, 200, 300 beaufschlagbar ist, wobei sich der Überdruck beispielsweise in einem Bereich von etwa 1.000 Pa bis 5.000 Pa bewegen kann. Entsprechendes gilt für die Lagerung und den Antrieb (nicht dargestellt) der Welle 41 der Mischeinrichtung 40, in welchem sie das Gehäuse des Reaktors 200 durchsetzt. Auf diese Weise wird einerseits ein jeglicher Austritt von Abgas über die Aus-/Einschleus- und Fördereinrichtungen 5, 60, 63, 64, 65, 68, 72 verhindert und andererseits sichergestellt, daß die beweglichen Teile der vorgenannten Komponenten, wie Lager, Antriebe und dergleichen, nicht mit Schadstoff- und/oder Sorbenspartikeln aus dem zu reinigenden Abgas kontaminiert werden. Der Gasdruck im Innern des Reaktors 200, des Vorabscheiders 300 und der Filtervorrichtung 100 kann hierbei ebenfalls größer als der Atmosphärendruck sein, insbesondere dann, wenn dem Reaktor 200 keine Absaugeinrichtung zur Überführung der zu reinigenden Abgase in die Reinigungsvorrichtung vorgeschaltet ist.
Selbstverständlich können die Aus-/Einschleuseinrichtungen in Form der Schnecken und Schleusen auch andersartig ausgebildet sein und kann die Anordnung dieser Aus-/Einschleuseinrichtungen sowie der Filtervorrichtung, des Reaktors und dessen optionalem Vorabscheider verschieden sein, um für eine Rezirkulation eines Teils der in der Filtervorrichtung 100 bzw. in dem Vorabscheider 300 abgeschiedenen Partikel in den Reaktor 200 bzw. für eine Ausschleusung des anderen Teils der dort abgeschiedenen Partikel zu sorgen.
In 2 ist eine Ausführungsform einer Filtervorrichtung 100 in Form eines Taschenfilters dargestellt, wie sie bei der Vorrichtung gemäß 1 eingesetzt werden kann, wobei die Filtervorrichtung 100 insbesondere zum Abscheiden von partikelförmigen Verunreinigungen, wie beispielsweise Staub, Ruß etc., aus dem zu reinigenden Abgas dient. Die Filtervorrichtung 100 weist ein geschlossenes Gehäuse 1 auf, welches eine Abscheidekammer 2, eine Reingaskammer 3 und eine die Abscheidekammer 2 nach unten erweiternde Sammelkammer 4 aufweist. Letztere ist z. B. im wesentlichen trichterförmig ausgebildet und an ihrer tiefsten Stelle mit einer Ausschleuseinrichtung 5 für die abgeschiedenen Partikel ausgestattet, welche beim vorliegenden Ausführungsbeispiel von einer Förderschnecke gebildet ist, wobei jedoch auch eine beliebig andersartige Ausschleuseinrichtung vorgesehen sein kann, wie eine Zellenrad-, Kugelschleuse oder dergleichen (nicht dargestellt). Die Abscheidekammer 2 ist über eine in 2 nicht dargestellte Leitung an den Gasstrom aus dem Reaktor 100 (vgl. 1) angeschlossen. Die Reingaskammer 3 kann während des Betriebs über eine gleichfalls nicht dargestellte Leitung mit einer Reingassenke (ebenfalls nicht gezeigt) in Verbindung stehen, von wo das gereinigte Abgas, beispielsweise über einen Schornstein, an die Umwelt abgegeben wird. Eine Trennwand 6 teilt die Reingaskammer 3 von der Abscheidekammer 2 ab, wobei sich bei dem zeichnerisch wiedergegebenen Ausführungsbeispiel in der Reingaskammer 3 eine Spülluftdüse 7 – oder z. B. im Falle eines mittels Druckluft angereinigten Filters eine Druckluftdüse – befindet, welche mittels eines flexiblen Schlauches 8 und nicht dargestellter Leitungen an eine Druckluftquelle (ebenfalls nicht gezeigt) angeschlossen ist und in der Reingaskammer 3, insbesondere parallel zur Erstreckungsrichtung der Trennwand 6, taktweise verfahrbar sein kann. Die Spülluftdüse 7 überdeckt z. B. jeweils die Mündungen mehrerer Filtertaschen 9 des Taschenfilters, um diese durch Beaufschlagen mit einem Innendruck zugleich von außenseitig abgeschiedenen Partikeln zu reinigen. Die Spülluftdüse 7 ist ferner in eine Ruhe- bzw. Parkstellung verfahrbar, in welcher sie keine Filtertasche 9 überdeckt und die Durchströmung der Filtertaschen 9 mit dem Gas nicht verhindert. In der Abscheidekammer 2 des Gehäuses 1 sind die Filtertaschen 9 beispielsweise matrixartig in Reihen und Spalten nebeneinander und übereinander angeordnet. Für die Filtertaschen 9 einer jeder Reihe kann jeweils eine gemeinsame Auflagebank 10 vorgesehen sein, welche in Form einer Schiene quer zu den Filtertaschen 9 verläuft und am Filtergehäuse 1 befestigt ist. Die Filtertaschen 9 können hierbei einerseits an der Trennwand 6 befestigt und andererseits lose auf der ihrer Reihe zugeordneten Auflagebank 10 abgestützt sein. An der Rückwand des Filtergehäuses 1 angebrachte Fluchtleisten 11 sind dazu bestimmt, die freien Enden der Filtertaschen 9 benachbarter vertikaler Spalten zu distanzieren und Bewegungen im Staubgasstrom zu verhindern. Alternativ oder zusätzlich können an der Rückwand des Filtergehäuses 1 z. B. elastische Klammerelemente (nicht dargestellt) vorgesehen sein, welche zum lösbaren Festklemmen der Filtertaschen 9 im Montagezustand dienen.
Wie gleichfalls aus 2 ersichtlich, ist zumindest der untere Abschnitt der Sammelkammer 4 des Gehäuses 1 der Filtervorrichtung 100, in welchem sich die z. B. in Form einer Förderschnecke ausgebildete Ausschleuseinrichtung 5 einschließlich deren motorischem Antrieb, deren Lagerung etc. befindet, in der Druckgaskammer 20 angeordnet, welche mittels des insbesondere steuerbaren Gebläses 21 mit einem Überdruck gegenüber dem Gasdruck im Innern des Gehäuses 1 beaufschlagbar ist, wobei sich der Überdruck, wie oben unter Bezugnahme auf 1 erwähnt, beispielsweise in einem Bereich von etwa 1.000 Pa bis 5.000 Pa bewegt.
Indes muß die Filtervorrichtung 100 selbstverständlich nicht notwendigerweise in Form eines Taschenfilters, sondern kann beispielsweise auch als (Flach)schlauchfilter oder in Form beliebiger anderer bekannter Filterarten ausgestaltet sein, deren Filterelemente auf Basis von Textilien, Kunststoffen oder anderen Materialien gefertigt sein können.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 10148180 B4 [0005]

Claims

Verfahren zur Abgasreinigung von Stationär- und Schiffsmotoren, dadurch gekennzeichnet, daß das zu reinigende Abgas in einem Reaktor (200) mit pulver- und/oder partikelförmigen Sorbentien zur Abscheidung von Schadstoffen aus dem Abgas in Kontakt gebracht wird, wonach das Abgas in eine Filtervorrichtung (100) überführt wird, um mitgeschleppte Sorbentien gemeinsam mit partikelförmigen Verunreinigungen des Abgases abzuscheiden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teilstrom der in der Filtervorrichtung (100) abgeschiedenen Sorbentien mit den partikelförmigen Verunreinigungen in den Reaktor (200) rezirkuliert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teilstrom der in der Filtervorrichtung (100) abgeschiedenen Sorbentien mit den partikelförmigen Verunreinigungen gesammelt wird, um sie einer Entsorgung zuzuführen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Sorbentien Trockenadditive, insbesondere aus der Gruppe kohlenstoffhaltige Sorbentien, wie Aktivkohle, Petrol- und Herdofenkoks, Calciumoxid, Calciumhydroxid (Kalkhydrat), Calciumcarbonat, Natriumhydrogencaronat, Natriumcarbonat, Calciumsilikathydrat, Tonerdemineralien, Harnstoff, Aluminiumoxid und Zeolithe sowie Kombinationen der vorgenannten Additive, verwendet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgas in dem Reaktor (200) mit den Sorbentien verwirbelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ferner ein flüssiges Additiv zur Abscheidung von Schadstoffen aus dem Abgas zugesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ein- und/oder Ausschleuseinrichtung(en) (5, 60, 63, 64, 68, 72) zum Zu- und/oder Abführen der Sorbentien und/oder der partikelförmigen Verunreinigungen des Abgases in den bzw. aus dem Reaktor (200) und/oder in die bzw. aus der Filtervorrichtung (100) zumindest teilweise unter einem äußeren Überdruck gegenüber dem Gasdruck im Innern des Reaktors (200) und/oder der Filtervorrichtung (100) gehalten wird/werden.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die Lager des Fördermittels der Aus- und/oder Einschleuseinrichtungen (5, 60, 63, 64, 68, 72), die komplette(n) Aus- und/oder Einschleuseinrichtung(en) (5, 60, 63, 64, 68, 72) oder die gesamte Reinigungsvorrichtung unter einem äußeren Überdruck gegenüber dem Gasdruck im Innern des Filtergehäuses (1) und/oder im Innern des Reaktors (200) gehalten wird/werden.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ein- und/oder Ausschleuseinrichtung(en) (5, 60, 63, 64, 68, 72) zumindest teilweise in einer Druckkammer (20) angeordnet wird/werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Überdruck zwischen 10 Pa und 10.000 Pa, insbesondere zwischen 100 Pa und 5.000 Pa, eingestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das zu reinigende Abgas und/oder die Sorbentien in dem Reaktor (200) mittels rotierender Mischeinrichtungen (40) verwirbelt werden.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die das Gehäuse (1) der Filtervorrichtung (100) und/oder des Reaktors (200) durchsetzenden Wellen (41) und/oder Lager der Mischeinrichtungen (40) ebenfalls unter einem äußeren Überdruck gehalten werden.
Vorrichtung zur Abgasreinigung von Stationär- und Schiffsmotoren, gekennzeichnet durch einen Reaktor (200), welchem das zu reinigende Abgas zuführbar ist und welcher Pulver- und/oder partikelförmigen Sorbentien zur Abscheidung von Schadstoffen aus dem Abgas aufnimmt, sowie durch eine dem Reaktor (200) nachgeordnete Filtervorrichtung (100), um mitgeschleppte Sorbentien gemeinsam mit partikelförmigen Verunreinigungen des Abgases abzuscheiden.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine von der Filtervorrichtung (100) in den Reaktor (200) mündende Rezirkulationsstrecke vorgesehen ist, um zumindest einen Teilstrom der in der Filtervorrichtung (100) abgeschiedenen Sorbentien mit den partikelförmigen Verunreinigungen in den Reaktor (200) zu rezirkulieren.
Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Filtervorrichtung (100), insbesondere der hiervon mündenden Rezirkulationsstrecke, ein Sammelbehälter nachgeordnet ist, um zumindest einen Teilstrom der in der Filtervorrichtung (100) abgeschiedenen Sorbentien mit den partikelförmigen Verunreinigungen zu sammeln, um sie einer Entsorgung zuzuführen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Sorbentien von Trockenadditiven, insbesondere aus der Gruppe kohlenstoffhaltige Sorbentien, wie Aktivkohle, Petrol- und Herdofenkoks, Calciumoxid, Calciumhydroxid (Kalkhydrat), Calciumcarbonat, Natriumhydrogencaronat, Natriumcarbonat, Calciumsilikathydrat, Tonerdemineralien, Harnstoff, Aluminiumoxid und Zeolithe sowie Kombinationen der vorgenannten Additive, gebildet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktor (200) von einem Wirbelreaktor gebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktor (200) ferner wenigstens einen Einlaß für ein flüssiges Additiv zur Abscheidung von Schadstoffen aus dem Abgas aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Ein- und/oder Ausschleuseinrichtung(en) (5, 60, 63, 64, 68, 72) zum Zu- und/oder Abführen der Sorbentien und/oder der partikelförmigen Verunreinigungen des Abgases in den bzw. aus dem Reaktor (200) und/oder in die bzw. aus der Filtervorrichtung (100) zumindest teilweise unter einem äußeren Überdruck gegenüber dem Gasdruck im Innern des Reaktors (200) und/oder der Filtervorrichtung (100) steht/stehen.
Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die Lager des Fördermittels der Aus- und/oder Einschleuseinrichtungen (5, 60, 63, 64, 68, 72), die komplette(n) Aus- und/oder Einschleuseinrichtung(en) (5, 60, 63, 64, 68, 72) oder die gesamte Reinigungsvorrichtung unter einem äußeren Überdruck gegenüber dem Gasdruck im Innern des Filtergehäuses (1) und/oder im Innern des Reaktors (200) gehalten steht/stehen.
Vorrichtung nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Ein- und/oder Ausschleuseinrichtung(en) (5, 60, 63, 64, 68, 72) in einer Druckkammer (20) angeordnet ist/sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Überdruck zwischen 10 Pa und 10.000 Pa, insbesondere zwischen 100 Pa und 5.000 Pa, beträgt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Filtervorrichtung (100) und/oder der Reaktor (200) mit rotierenden Mischeinrichtungen (40) ausgestattet sind, um das zu reinigende Gas und/oder die Sorbentien zu verwirbeln.
Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischeinrichtungen (40) das Gehäuse (1) der Filtervorrichtung (100) und/oder des Reaktors (200) durchsetzenden Wellen (41) und/oder Lager umfassen, welche ebenfalls unter einem äußeren Überdruck stehen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Ein- und/oder Ausschleuseinrichtungen (5, 60, 63, 64, 68, 72) aus der Gruppe Förderschnecken, Zellenradschleusen und Kugelschleusen gewählt sind.