DE102010027332B4

DE102010027332B4 - Method and combustion device for thermal, catalytic and / or regenerative afterburning

Info

Publication number: DE102010027332B4
Application number: DE102010027332.5A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Urban; Heiko Lohmann; Jorge Iván Salazar Gómez
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2010-01-26
Filing date: 2010-07-15
Publication date: 2016-03-31
Anticipated expiration: 2030-07-16
Also published as: DE102010027332A1

Abstract

Dargestellt und beschrieben ist ein Verfahren zur thermischen, katalytischen und/oder regenerativen Nachverbrennung von einem mit organischen Verbindungen belasteten Abgas, wobei die organischen Verbindungen teilweise siliciumorganische Verbindungen umfassen. Damit diese Abgasströme einfacher und kostengünstiger gereinigt werden können, ist ein solches Verfahren vorgeschlagen worden, bei dem das mit siliciumorganischen Verbindungen belastete Abgas mit Aluminiumoxid in Kontakt gebracht wird, bei dem siliciumorganische Verbindungen, vorzugsweise als Siliciumdioxid und/oder Silicate, selektiv am Aluminiumoxid abgeschieden werden und bei dem nach dem Abscheiden von siliciumorganischen Verbindungen die im Abgas verbliebenen organischen Verbindungen oxidiert werden.Shown and described is a method for the thermal, catalytic and / or regenerative afterburning of an exhaust gas loaded with organic compounds, the organic compounds partially comprising organosilicon compounds. In order to facilitate easier and less expensive purification of these exhaust gas streams, such a process has been proposed in which the exhaust gas loaded with organosilicon compounds is brought into contact with aluminum oxide, in which organosilicon compounds, preferably as silicon dioxide and / or silicates, are selectively deposited on the aluminum oxide and in which, after the deposition of organosilicon compounds, the remaining organic compounds in the exhaust gas are oxidized.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur thermischen, katalytischen und/oder regenerativen Nachverbrennung von einem mit organischen Verbindungen belasteten Abgas, wobei die organischen Verbindungen teilweise siliciumorganische Verbindungen umfassen. Ferner betrifft die Erfindung eine Verbrennungseinrichtung zur thermischen, katalytischen und/oder regenerativen Nachverbrennung, insbesondere nach dem genannten Verfahren, mit einer Zuführeinrichtung zur Zuführung von einem mit organischen Verbindungen belasteten Abgas, wobei die organischen Verbindungen teilweise siliciumorganische Verbindungen umfassen, mit einer Oxidationseinrichtung zur Oxidation der im Abgas verbliebenen organischen Verbindungen, wobei zwischen der Zuführeinrichtung und der Wärmetauschereinrichtung eine Aluminiumoxid aufweisende Abscheideeinrichtung zur Abscheidung von siliciumorganischen Verbindungen am Aluminiumoxid vorgesehen ist.The invention relates to a method for the thermal, catalytic and / or regenerative afterburning of an exhaust gas loaded with organic compounds, wherein the organic compounds partially comprise organosilicon compounds. Furthermore, the invention relates to a combustion device for thermal, catalytic and / or regenerative afterburning, in particular by the said method, with a feed device for supplying an exhaust gas loaded with organic compounds, the organic compounds partially comprising organosilicon compounds, with an oxidizing device for the oxidation of in the exhaust gas remaining organic compounds, wherein between the supply device and the heat exchanger device, an aluminum oxide-containing deposition device for the deposition of organosilicon compounds is provided on the alumina.

Verfahren zur thermischen, katalytischen oder regenerativen Nachverbrennung von mit organischen Verbindungen belasteten Abgasströmen sind schon seit geraumer Zeit bekannt. Sie dienen dazu, die organischen Verbindungen eines Abgasstroms im Wesentlichen vollständig zu oxidieren (zu verbrennen). Das Abgas kann danach an die Umgebung abgegeben werden.Processes for thermal, catalytic or regenerative afterburning of exhaust gas streams loaded with organic compounds have been known for some time. They serve to substantially completely oxidize (burn) the organic compounds of an exhaust gas stream. The exhaust gas can then be released to the environment.

Unter Abgas wird in diesem Zusammenhang insbesondere aus Räumen angezogene Abluft verstanden. Diese ist infolge der Durchführung von Produktions- und anderen Verfahren mit organischen Verbindungen, wie Lösemittelresten oder dergleichen, belastet. Es handelt sich also weniger um sogenannte Prozessgase oder bei der Verbrennung organischer Verbindungen entstehendes Rauchgas.Under exhaust gas is understood in this context, in particular drawn from rooms exhaust air. This is due to the implementation of production and other processes with organic compounds, such as solvent residues or the like burdened. So it is less so-called process gases or in the combustion of organic compounds resulting flue gas.

Bei der thermischen Nachverbrennung wird das Abgas zur Oxidierung der organischen Verbindungen in der Regel einem Gasbrenner oder einem elektrisch beheizten Brenner zugeführt. Letzterer weist beispielsweise einen elektrisch beheizbaren Widerstand auf. Der Brenner bringt das Abgas auf eine Temperatur, bei der die organischen Verbindungen durch den in der Abluft enthaltenen Sauerstoff oxidiert werden. Diese Temperatur beträgt etwa zwischen 750°C und 1000°C. Zur Unterstützung der Oxidation und damit Senkung der benötigten Temperaturen des Abgases kann zusätzlich ein Katalysator, ein sogenannter Oxidationskatalysator, vorgesehen sein. Dieser kann die organischen Verbindungen in einigen Fällen bereits bei Temperaturen zwischen 250°C und 300°C oxidieren. Bei Verwendung eines Katalysators spricht man von einer katalytischen Nachverbrennung.In the thermal post-combustion, the exhaust gas for the oxidation of the organic compounds is usually supplied to a gas burner or an electrically heated burner. The latter has, for example, an electrically heatable resistor. The burner brings the exhaust gas to a temperature at which the organic compounds are oxidized by the oxygen contained in the exhaust air. This temperature is approximately between 750 ° C and 1000 ° C. To support the oxidation and thus reduce the required temperatures of the exhaust gas, a catalyst, a so-called oxidation catalyst, may additionally be provided. This can oxidize the organic compounds in some cases already at temperatures between 250 ° C and 300 ° C. When using a catalyst is called a catalytic afterburning.

Um den Energiebedarf für den Betrieb des Brenners sowohl bei der thermischen als auch bei der katalytischen Nachverbrennung zu minimieren, wird Wärme der heißen Verbrennungsgase, also des verfahrensgemäß erzeugten Reingases, regelmäßig durch Wärmeaustausch auf das Abgas übertragen. Bei einer ausreichenden Konzentration an organischen Verbindungen sowie an Sauerstoff wird dann genügend thermische Energie zur Aufrechterhaltung der Oxidation bei internem Wärmetausch zwischen Abgas und Reingas frei. Eine zusätzliche Wärmezufuhr ist jedenfalls nach dem Anfahren entbehrlich.In order to minimize the energy consumption for the operation of the burner both in the thermal and in the catalytic afterburning, heat of the hot combustion gases, ie the pure gas produced according to the method, is regularly transferred by heat exchange to the exhaust gas. At a sufficient concentration of organic compounds and oxygen then sufficient thermal energy for maintaining the oxidation in internal heat exchange between the exhaust gas and clean gas is released. An additional supply of heat is dispensable in any case after starting.

Bei der sogenannten regenerativen Nachverbrennung erfolgt der Wärmetausch zwischen dem Reingas und dem Abgas durch, insbesondere keramische, Speichermassen. Diese werden vom Reingas angeströmt und dabei aufgeheizt. Anschließend wird die aufgeheizte Speichermasse in den Strömungsweg des Abgases gebracht, das dabei Wärmeenergie von der Speichermasse aufnimmt. Beim Betrieb einer regenerativen Nachverbrennung kann beispielsweise das Reingas durch ein Festbett einer Speichermasse geleitet werden, um die Wärme an die Speichermasse abzugeben. Das zugeführte Abgas durchströmt derweil zum Aufwärmen ein anderes, vorher aufgewärmtes Festbett. Die Stromführung von Abgas und Reingas zwischen den Festbetten wird periodisch umgeschaltet. Ein drittes Festbett kann dem Ausgleich bei Umschaltung der Stromführung von Abgas und Reingas dienen, so dass kein unbehandeltes Abgas in die Umgebung gelangt.In the so-called regenerative afterburning, the heat exchange takes place between the clean gas and the exhaust gas, in particular ceramic, storage masses. These are streamed by the clean gas and heated it. Subsequently, the heated storage mass is brought into the flow path of the exhaust gas, which absorbs heat energy from the storage mass. When operating a regenerative afterburning, for example, the clean gas can be passed through a fixed bed of a storage mass to release the heat to the storage mass. The supplied exhaust gas meanwhile flows through to warm up another, previously warmed fixed bed. The flow of exhaust gas and clean gas between the fixed beds is switched periodically. A third fixed bed can be used to compensate for switching the flow of exhaust gas and clean gas, so that no untreated exhaust gas enters the environment.

Bei den organischen Verbindungen des Abgases handelt es sich insbesondere um sogenannte flüchtige organische Verbindungen oder Volatile Organic Compounds (VOC). In vielen Fällen sind auch siliciumorganische Verbindungen im Abgas enthalten. Bei deren Oxidation entstehen Siliciumdioxid und/oder Silicate, die als feste, schwer zu entfernende Ablagerungen zurückbleiben. Diese Ablagerungen können sich am Brenner, am Oxidationskatalysator, an der Speichermasse oder anderen Stellen der Verbrennungsvorrichtung ablagern. Dadurch kommt es zu Problemen beim Betrieb der Verbrennungseinrichtung.The organic compounds of the exhaust gas are in particular so-called volatile organic compounds or volatile organic compounds (VOC). In many cases, organosilicon compounds are also contained in the exhaust gas. Upon oxidation, silica and / or silicates are formed which remain as solid, difficult to remove deposits. These deposits can be deposited on the burner, on the oxidation catalyst, on the storage mass or other locations of the combustion device. This causes problems in the operation of the combustion device.

Aus diesen Gründen sind zur Behandlung von mit siliciumorganischen Verbindungen belasteten Abgasströmen bisher anstelle der Nachverbrennung insbesondere andere Verfahren verwendet worden. Bei diesen Verfahren handelt es sich beispielweise um adsorptive oder kryogene Verfahren, bei denen die siliciumorganischen Verbindungen unselektiv zusammen mit anderen organischen Verbindungen aus dem Abgas abgeschieden werden. Eine Vorrichtung und ein Verfahren zur katalytischen Nachverbrennung von mit siliciumorganischen Verbindungen belastetem Abgas durch Kontaktierung der Abgase mit Aluminiumoxid sind in der JP 2003/080029 A beschrieben, von der die Erfindung ausgeht. Zudem wird in der DE 10 2007 023 668 A1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur katalytischen Abscheidung von siliciumorganischen Verbindungen aus biogenen Gasen beschrieben, während die US 6,207,120 B1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur katalytischen Oxidation von Halogenkohlenwasserstoffen mittels eines Katalysators offenbart.For these reasons, in particular, other methods have been used instead of afterburning for the treatment of exhaust gas streams loaded with organosilicon compounds. These methods are, for example, adsorptive or cryogenic processes in which the organosilicon compounds are unselected from the exhaust gas together with other organic compounds. An apparatus and a method for the catalytic afterburning of exhaust gas contaminated with organosilicon compounds by contacting the exhaust gases with Aluminum oxide are in the JP 2003/080029 A described, from which the invention proceeds. In addition, in the DE 10 2007 023 668 A1 describes a method and a device for the catalytic deposition of organosilicon compounds from biogenic gases, while the US 6,207,120 B1 discloses a method and apparatus for the catalytic oxidation of halogenated hydrocarbons by means of a catalyst.

Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte Verfahren und die eingangs genannte Vorrichtung derart auszugestalten und weiterzubilden, dass siliciumorganische und andere organische Verbindungen aufweisende Abgasströme einfacher und kostengünstiger gereinigt werden können.The invention is therefore based on the object, the above-mentioned method and the device mentioned above in such a way and further develop that organosilicon and other organic compounds having exhaust gas streams can be cleaned easier and cheaper.

Diese Aufgabe ist durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst.This object is achieved by a method according to claim 1.

Die Erfindung hat erkannt, dass der Betrieb und die Wirtschaftlichkeit der thermischen, katalytischen oder regenerativen Nachverbrennung durch eine der Oxidation der organischen Verbindungen vorgeschaltete Verfahrensstufe zur selektiven Abscheidung siliciumorganischer Verbindungen verbessert werden kann. Der Verfahrensschritt des Oxidierens organischer Verbindungen kann dann in der gewohnten Weise erfolgen, ohne dass es dabei zu Problemen durch sich ablagerndes Siliciumdioxid und/oder Silicaten kommt. Mit anderen Worten wird trotz einer zusätzlichen Verfahrensstufe, welche immer auch einen zusätzlichen Aufwand bedeutet, das Verfahren der Nachverbrennung als solches hinsichtlich der Durchführbarkeit und der Betriebskosten verbessert.The invention has recognized that the operation and the economic efficiency of the thermal, catalytic or regenerative afterburning can be improved by a process stage preceding the oxidation of the organic compounds for the selective deposition of organosilicon compounds. The process step of oxidizing organic compounds can then be carried out in the usual way, without causing problems by depositing silica and / or silicates. In other words, despite an additional process step, which always means an additional effort, the process of post-combustion per se is improved in terms of feasibility and operating costs.

Verfahrensmäßig ist vorgesehen, das mit siliciumorganischen Verbindungen belastete Abgas mit Aluminiumoxid in Kontakt zu bringen, und dadurch katalytisch in Siliciumdioxid und/oder Silicate zu oxidieren. Das Siliciumdioxid und/oder die Silicate werden dabei am Aluminiumoxid abgeschieden. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird also nicht das Entstehen entsprechender Ablagerungen vermieden. Es wird vielmehr dafür gesorgt, dass die Ablagerungen an einer Stelle im Verfahren gebildet werden, wo sie sich weniger nachteilig auf das Verfahren insgesamt auswirken.It is provided by the method that the exhaust gas loaded with organosilicon compounds is brought into contact with aluminum oxide and thereby catalytically oxidized into silicon dioxide and / or silicates. The silica and / or the silicates are thereby deposited on the aluminum oxide. In the method according to the invention, therefore, the formation of corresponding deposits is not avoided. Rather, it is ensured that the deposits are formed at one point in the process where they are less detrimental to the process as a whole.

Unter einer selektiven Abscheidung der siliciumorganischen Verbindungen wird, wie in der Praxis üblich, eine gezielte Abscheidung der siliciumorganischen Verbindungen verstanden. Es können trotz der selektiven Abscheidung einerseits noch verhältnismäßig geringe Mengen an siliciumorganischen Verbindungen im Abgas verbleiben und anderseits parallel zu den siliciumorganischen Verbindungen weitere Verbindungen abgeschieden werden, obwohl der Fokus auf der Abscheidung der siliciumorganischen Verbindungen liegt. Die Selektivität der Abscheidung der siliciumorganischen Verbindungen beruht unter anderem auf der katalytischen Wirkung des Aluminiumoxids und der Temperatur des Abgases.A selective deposition of the organosilicon compounds, as is customary in practice, a targeted deposition of the organosilicon compounds understood. Despite the selective deposition, on the one hand still relatively small amounts of organosilicon compounds can remain in the exhaust gas and on the other hand further compounds can be deposited parallel to the organosilicon compounds, although the focus is on the deposition of the organosilicon compounds. The selectivity of the deposition of the organosilicon compounds is based inter alia on the catalytic effect of the alumina and the temperature of the exhaust gas.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist durch eine Vorrichtung nach Anspruch 11 gelöst.The object underlying the invention is achieved by a device according to claim 11.

Die Nachverbrennungsvorrichtung weist eine Zuführeinrichtung auf, die auf verschiedene aus dem Stand der Technik bekannte Weisen ausgebildet sein kann, um das mit siliciumorganischen Verbindungen und anderen organischen Verbindungen belastete Abgas einer Aluminiumoxid aufweisenden Abscheideeinrichtung zuzuführen. Die Abscheideeinrichtung ist so ausgebildet, dass dort siliciumorganische Verbindungen möglichst selektiv am Aluminiumoxid als feste Rückstände abgeschieden werden. Bei den festen Rückständen handelt es sich insbesondere um Siliciumdioxid und/oder Silicate.The afterburner has a feeder which may be formed in various ways known in the art to supply the exhaust gas loaded with organosilicon compounds and other organic compounds to a separator having alumina. The deposition device is designed so that there are selectively deposited organosilicon compounds on the alumina as solid residues. The solid residues are, in particular, silicon dioxide and / or silicates.

Bei der Abscheideeinrichtung handelt es sich vorzugsweise um einen separaten Reaktor. Dadurch wird eine räumliche Trennung zwischen der Abscheidung siliciumorganischer Verbindungen und der Oxidation der übrigen organischen Verbindungen sichergestellt. Die Abscheideeinrichtung und die Oxidationseinrichtung können alternativ aber auch in einem gemeinsamen Reaktor zusammengeführt werden. Dieser ist dann so ausgestaltet, dass das siliciumorganische Verbindungen aufweisende Abgas verfahrensgemäß zunächst mit dem Aluminiumoxid in Kontakt gebracht wird, bevor die eigentliche Oxidation der übrigen organischen Verbindungen erfolgt. Zudem sollten durch die Ablagerungen am Aluminiumoxid die Strömungswege und/oder Strömungskanäle nicht verstopfen.The separation device is preferably a separate reactor. This ensures a spatial separation between the deposition of organosilicon compounds and the oxidation of the remaining organic compounds. Alternatively, the separation device and the oxidation device can also be combined in a common reactor. This is then designed so that the organosilicon compounds having exhaust gas according to the method initially brought into contact with the alumina, before the actual oxidation of the remaining organic compounds takes place. In addition, the deposits on the alumina should not clog the flow paths and / or flow channels.

Die Oxidationseinrichtung kann je nach Ausgestaltung der Nachverbrennungsvorrichtung einen Brenner aufweisen, der mit einem Brennstoff, wie etwa Gas, betrieben wird. Es kann aber alternativ oder zusätzlich auch ein elektrischer Brenner vorgesehen sein, bei dem es sich insbesondere um eine elektrische Heizung mit einem elektrisch beheizbaren Widerstand handelt. Die Oxidationseinrichtung wird so betrieben, dass darin aufgrund der herrschenden Verfahrensparameter eine Oxidation der verbliebenen organischen Verbindungen erfolgt. Entsteht bei der Oxidation genügend thermische Energie, um den Prozess aufrechtzuerhalten, muss keine Wärmeenergie über den Brenner zugeführt werden. Dieser kann dann außer Betrieb genommen werden.Depending on the configuration of the post-combustion device, the oxidation device may have a burner which is operated with a fuel, such as gas. However, alternatively or additionally, an electrical burner may also be provided, which is in particular an electric heater with an electrically heatable resistor. The oxidation device is operated in such a way that, owing to the prevailing process parameters, oxidation of the remaining organic compounds takes place therein. If enough thermal energy is generated during oxidation to maintain the process, no heat energy needs to be supplied through the burner. This can then be taken out of service.

Weitere Ausgestaltungen des Verfahrens und/oder der Nachverbrennungseinrichtungen werden nachfolgend zusammen beschrieben. Für den Fachmann werden dabei ohne weiteres die bevorzugten verfahrensmäßigen und/oder vorrichtungsmäßigen Merkmale ersichtlich.Further embodiments of the method and / or the afterburner devices are described together below. For the expert will be readily the preferred procedural and / or device characteristics.

Das Aluminiumoxid der Abscheideeinrichtung liegt jedenfalls vorwiegend in der Modifikation des Gamma-Aluminiumoxids und/oder des Böhmits vor. Diese Modifikation ist besonders aktiv für die Abscheidung siliciumorganischer Verbindungen.The alumina of the separator is in any case predominantly in the modification of the gamma-alumina and / or boehmite. This modification is particularly active for the deposition of organosilicon compounds.

Zusätzlich kann das Aluminiumoxid eine spezifische Oberfläche von wenigstens 200 m²/g, vorzugsweise wenigstens 400 m²/g, aufweisen. Dadurch wird beispielsweise eine höhere Aktivität bezüglich der Abscheidung von siliciumorganischen Verbindungen erreicht. Es kann aber auch eine höhere Beladung des Aluminiumoxids erreicht werden. Unter der Beladung wird das Verhältnis zwischen dem Gewicht des auf dem Aluminiumoxid abgeschiedenen Siliciums zum Gewicht des Aluminiumoxids verstanden.In addition, the alumina may have a specific surface area of at least 200 m ² / g, preferably at least 400 m ² / g. As a result, for example, a higher activity with respect to the deposition of organosilicon compounds is achieved. But it can also be achieved a higher loading of the alumina. By loading is meant the ratio between the weight of silicon deposited on the alumina and the weight of the alumina.

Um die Reaktionsgeschwindigkeiten beim Abscheiden von siliciumorganischen Verbindungen auf dem Aluminiumoxid zu erhöhen, kann das Abgas vor dem Kontaktieren mit dem Aluminiumoxid erwärmt werden. Es bieten sich dabei insbesondere Temperaturen zwischen 150°C und 500°C an. Besonders hohe Reaktionsgeschwindigkeiten können jedoch erhalten werden, wenn die Temperatur des Abgases auf eine Temperatur zwischen 350°C und 450°C angehoben wird.In order to increase the reaction rates in the deposition of organosilicon compounds on the alumina, the exhaust gas may be heated prior to contacting with the alumina. In particular, temperatures between 150 ° C and 500 ° C are suitable. However, particularly high reaction rates can be obtained when the temperature of the exhaust gas is raised to a temperature between 350 ° C and 450 ° C.

Damit ein besonders hoher thermischer Wirkungsgrad des Gesamtverfahrens ereicht werden kann, ist bedarfsweise vorgesehen, das Abgas vor dem Kontaktieren mit dem Aluminiumoxid durch Wärmeaustausch mit dem Reingas auf eine geeignete Temperatur zu erwärmen. Hierzu ist dann eine entsprechende Wärmetauschereinrichtung vorgesehen. Unter Reingas wird dabei das Abgas nach dem Oxidieren der verbliebenen organischen Verbindungen verstanden.In order for a particularly high thermal efficiency of the overall process can be achieved, if necessary, it is provided to heat the exhaust gas to a suitable temperature prior to contacting with the alumina by heat exchange with the clean gas. For this purpose, a corresponding heat exchanger device is provided. Under clean gas is understood to mean the exhaust gas after the oxidation of the remaining organic compounds.

Hohe Abscheideleistungen der Abscheideeinrichtung können auch über längere Zeit aufrechterhalten werden, wenn mit siliciumorganischen Verbindungen beladenes Aluminiumoxid gegen weniger beladenes Aluminiumoxid ausgetauscht wird. Das weniger beladene Aluminiumoxid kann bereits in der Abscheideeinrichtung verwendet und anschließend aufbereitet worden sein. Der Einfachheit und der Kosten halber handelt es sich aber vorzugsweise um noch unbenutztes Aluminiumoxid.High separation efficiency of the separator can also be maintained for a long time, when exchanged with organosilicon compounds loaded alumina for less loaded alumina. The less-loaded alumina may already have been used in the separator and subsequently processed. However, for the sake of simplicity and cost, it is preferably still unused alumina.

Der Austausch des Aluminiumoxids kann diskontinuierlich erfolgen. Dazu kann das Aluminium beispielsweise in einem oder mehreren Festbetten vorgesehen sein. Sind wenigstens zwei Festbetten vorgesehen, kann immer eines in Betrieb sein, während das Aluminiumoxid des anderen Festbetts ausgetauscht wird. Dies ermöglicht einen kontinuierlichen Betrieb des Verfahrens bzw. der Nachverbrennungseinrichtung.The replacement of the alumina can be discontinuous. For this purpose, the aluminum may for example be provided in one or more fixed beds. If at least two fixed beds are provided, one can always be in operation while the alumina of the other fixed bed is exchanged. This allows a continuous operation of the method or the post-combustion device.

Alternativ kann das Aluminiumoxid aber auch wenigstens quasikontinuierlich ausgetauscht werden. Dies kann dann beispielsweise automatisiert erfolgen. Hierbei bietet es sich an, wenn das Aluminiumoxid in wenigstens einem Wanderbett vorgesehen ist. Dieses Wanderbett kann so ausgebildet sein, dass das Aluminiumoxid und das Abgas im Gegenstrom oder im Kreuzstrom geführt werden. Dies ermöglicht eine einfache Verfahrensführung und hohe Abscheideleistungen.Alternatively, however, the aluminum oxide can also be exchanged at least quasi-continuously. This can then be done automatically, for example. It is advisable if the alumina is provided in at least one moving bed. This moving bed can be designed so that the alumina and the exhaust gas are conducted in countercurrent or in cross flow. This allows a simple process control and high separation efficiency.

Wenn die Konzentration an Sauerstoff im Abgas nicht ausreicht, um die siliciumorganischen Verbindungen in der Abscheideeinrichtung und/oder die verbliebenen organischen Verbindungen in der Oxidationseinrichtung vollständig zu oxidieren, kann dem Abgas Sauerstoff zugeführt werden. Dies kann vorzugsweise bereits vor dem Abscheiden von siliciumorganischen Verbindungen erfolgen. Für eine dosierte Zugabe des Sauerstoffs kann eine Dosiereinrichtung vorgesehen sein. Eine Sauerstoffzugabe vor der Abscheideeinrichtung kann auch dann erforderlich sein, wenn in der Oxidationseinrichtung ein Gasbrenner vorgesehen ist, der mit Sauerstoffüberschuss (überstöchiometrisch) betrieben wird.If the concentration of oxygen in the exhaust gas is not sufficient to completely oxidize the organosilicon compounds in the separator and / or the remaining organic compounds in the oxidizer, oxygen can be supplied to the exhaust gas. This can preferably be done before the deposition of organosilicon compounds. For a metered addition of oxygen, a metering device can be provided. An addition of oxygen before the separation device may also be necessary if a gas burner is provided in the oxidation device, which is operated with oxygen excess (overstoichiometric).

Bedarfsweise kann noch ein Sensor im Abgas oder im Reingas vorgesehen sein. Anhand des Signals des Sensors kann dann ermittelt werden, welche Menge an Sauerstoff zum Abgas zudosiert werden muss, um eine im Wesentlichen vollständige Oxidation zu erreichen. Anstelle von reinem Sauerstoff kann auch Luft oder ein anderes Sauerstoff enthaltendes Gas zugeführt werden.If necessary, a sensor may be provided in the exhaust gas or in the clean gas. On the basis of the signal of the sensor can then be determined, which amount of oxygen has to be added to the exhaust gas in order to achieve a substantially complete oxidation. Instead of pure oxygen and air or other oxygen-containing gas can be supplied.

Zur Verbesserung des thermischen Wirkungsgrads des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass das Abgas nach dem Abscheiden siliciumorganischer Verbindungen am Aluminiumoxid und vor dem Oxidieren der verbliebenen organischen Verbindungen aufgeheizt wird. Dies bietet sich insbesondere dann an, wenn die Abscheidung der siliciumorganischen Verbindungen und die Oxidation der übrigen organischen Verbindungen auf deutlich unterschiedlichen Temperaturniveaus erfolgt. Dabei kann das Abgas auf eine Temperatur aufgeheizt werden, bei der die Oxidation der im Abgas verbliebenen organischen Verbindungen selbständig abläuft. Dies ist insbesondere der Fall, wenn die Oxidation an einem Oxidationskatalysator erfolgt. Es kann aber auch vorgesehen, dass zur Oxidation der im Abgas verbliebenen organischen Verbindungen ein Brenner vorgesehen ist und entsprechend betrieben wird.To improve the thermal efficiency of the process can be provided that the exhaust gas is heated after the deposition of organosilicon compounds on the alumina and before the oxidation of the remaining organic compounds. This is particularly useful when the deposition of the organosilicon compounds and the oxidation of the other organic compounds takes place at distinctly different temperature levels. In this case, the exhaust gas can be heated to a temperature at which the oxidation of the remaining organic compounds in the exhaust gas proceeds independently. This is especially the case when the oxidation takes place on an oxidation catalyst. However, it can also be provided that a burner is provided for the oxidation of the remaining organic compounds in the exhaust gas and is operated accordingly.

Vorrichtungsmäßig kann für das Aufheizen des Abgases zwischen der Abscheideeinrichtung und der Oxidationseinrichtung eine Wärmetauschereinrichtung vorgesehen sein. Das Aufheizen erfolgt dabei vorzugsweise durch Wärmetausch zwischen dem Abgas und dem Reingas. Selbst wenn das Abgas nach dem Verlassen der Wärmetauschereinrichtung bereits die für die Oxidation der verbliebenen organischen Verbindungen benötigte Temperatur aufweist, ist zum Anfahren der Nachverbrennungsvorrichtung dennoch ein mit Brennstoff oder elektrisch betriebener Brenner vorgesehen.In terms of apparatus, for the heating of the exhaust gas between the separator and the oxidizer a Heat exchanger device may be provided. The heating takes place preferably by heat exchange between the exhaust gas and the clean gas. Even if the exhaust gas after leaving the heat exchanger device already has the temperature required for the oxidation of the remaining organic compounds, is still provided for starting the Nachverbrennungsvorrichtung with a fuel or electrically operated burner.

Zur Verbesserung der thermischen Effizienz des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass zum Erwärmen des Abgases vor dem Abscheiden siliciumorganischer Verbindungen eine, vorzugsweise keramische, Speichermasse abwechselnd mit dem Reingas und dem Abgas in Kontakt gebracht wird. Es handelt sich dabei um eine sogenannte regenerative Wärmeübertragung zwischen dem Reingas und dem Abgas.In order to improve the thermal efficiency of the process, it can be provided that, for the purpose of heating the exhaust gas, before the deposition of organosilicon compounds, a preferably ceramic storage mass is alternately brought into contact with the clean gas and the exhaust gas. It is a so-called regenerative heat transfer between the clean gas and the exhaust gas.

Alternativ oder zusätzlich kann aus dem gleichen Grunde vorgesehen sein, dass zum Aufheizen des Abgases nach dem Kontaktieren des Abgases mit dem Aluminiumoxid und vor dem Oxidieren der verbliebenen organischen Verbindungen eine Speichermasse im Sinne einer sogenannten regenerativen Wärmeübertragung abwechselnd mit dem Reingas und dem Abgas in Kontakt gebracht wird. Auch hierzu wird vorzugsweise eine keramische Speichermasse verwendet. In beiden Fällen kann die Wärmeübertragung zwischen dem Reingas und dem Abgas in einer separaten Wärmetauschereinrichtung erfolgen.Alternatively or additionally it can be provided for the same reason that for heating the exhaust gas after contacting the exhaust gas with the alumina and before oxidizing the remaining organic compounds, a storage mass in the sense of a so-called regenerative heat transfer alternately brought into contact with the clean gas and the exhaust gas becomes. For this purpose, a ceramic storage mass is preferably used. In both cases, the heat transfer between the clean gas and the exhaust gas can take place in a separate heat exchanger device.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer lediglich Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigenThe invention will be explained in more detail with reference to a purely exemplary embodiments illustrative drawing. In the drawing show

1 ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Verwendung eines erstens Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Nachverbrennungsvorrichtung in schematischer Darstellung, 1 a first embodiment of the method according to the invention using a first embodiment of the afterburner according to the invention in a schematic representation,

2 ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Verwendung eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Nachverbrennungsvorrichtung in schematischer Darstellung und 2 a second embodiment of the method according to the invention using a second embodiment of the afterburner according to the invention in a schematic representation and

3 ein drittes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Verwendung eines dritten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Nachverbrennungsvorrichtung in schematischer Darstellung. 3 a third embodiment of the method according to the invention using a third embodiment of the afterburner according to the invention in a schematic representation.

In der 1 ist ein Fließbild einer thermischen Nachverbrennungsvorrichtung 1 und einem entsprechenden Verfahren dargestellt. Die Nachverbrennungsvorrichtung 1 umfasst eine Zuführeinrichtung 2 für mit organischen Verbindungen belastetes Abgas A, wobei die organischen Verbindungen auch siliciumorganische Verbindungen umfassen. Bei der Zuführeinrichtung 2 handelt es sich im einfachsten Fall um eine das Abgas führende Rohrleitung. Im dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich jedoch um ein Gebläse.In the 1 is a flow diagram of a thermal post-combustion device 1 and a corresponding method. The afterburner 1 includes a feeder 2 for organic compounds loaded exhaust gas A, wherein the organic compounds also include organosilicon compounds. At the feeder 2 In the simplest case, this is a pipeline carrying the exhaust gas. In the illustrated embodiment, however, it is a fan.

Von der Zuführeinrichtung 2 wird das Abgas A einer Wärmetauschereinrichtung 3 zugeführt, in der ein Wärmetausch zwischen dem Abgas A und dem durch das Verfahren erzeugten Reingas R erfolgt. Infolge des Wärmetauschs wird die Temperatur des Abgases A auf etwa 400°C angehoben, das anschließend in wenigstens ein von zwei Aluminiumoxid 4 enthaltenden Festbetten 5 einer Abscheideinrichtung 6 geleitet wird. Das Aluminiumoxid 4 liegt in der Modifikation von Gamma-Aluminium und/oder Böhmit vor und weist eine spezifische Oberfläche von wenigstens 200 m²/g auf.From the feeder 2 the exhaust gas A is a heat exchanger device 3 supplied, in which a heat exchange between the exhaust gas A and the clean gas generated by the method R occurs. As a result of the heat exchange, the temperature of the exhaust gas A is raised to about 400 ° C, which then in at least one of two alumina 4 containing fixed beds 5 a separator 6 is directed. The alumina 4 is in the modification of gamma-aluminum and / or boehmite and has a specific surface area of at least 200 m ² / g.

In der Abscheideeinrichtung 6 gelangt das Abgas A mit dem Aluminiumoxid 4 in Kontakt. Dabei werden die siliciumorganischen Verbindungen im Wesentlichen selektiv und katalytisch zu Siliciumdioxid und/oder Silicaten umgesetzt. Diese Reaktionsprodukte lagern sich in fester Form am Aluminiumoxid 4 an. Hat das Aluminiumoxid 4 eines Festbetts 5 infolgedessen eine bestimmte Beladung mit Silicium erreicht oder hat ein Festbett 5 eine bestimmte Betriebsdauer erreicht, kann das Aluminiumoxid 4 dieses Festbetts 5 gegen unbenutztes Aluminiumoxid 4 ausgetauscht werden, während das andere Festbett 5 für die Abscheidung der siliciumorganischen Verbindungen weiter zur Verfügung steht. Ist es vertretbar, die Nachverbrennungseinrichtung von Zeit zu Zeit herunterzufahren, um beladenes Aluminiumoxid auszutauschen, ist eine Abscheideeinrichtung mit einem einzelnen Festbett in der Regel ausreichend.In the separator 6 the exhaust gas A reaches the alumina 4 in contact. The organosilicon compounds are essentially selectively and catalytically converted to silica and / or silicates. These reaction products are deposited in solid form on the alumina 4 at. Has the alumina 4 a fixed bed 5 As a result, reaches a certain loading with silicon or has a fixed bed 5 reached a certain operating time, the alumina 4 this fixed bed 5 against unused alumina 4 be exchanged while the other fixed bed 5 for the deposition of organosilicon compounds is still available. If it is reasonable to shut down the afterburner from time to time to replace charged alumina, a single fixed bed separator will generally suffice.

Das die Abscheideeinrichtung verlassende Abgas A enthält weiter organische Verbindungen, aber nahezu keine siliciumorganischen Verbindungen mehr. Das entsprechende Abgas A wird anschließend einer weiteren vorliegend ebenfalls als Rohrbündelwärmetauscher ausgebildeten Wärmetauschereinrichtung 7 zugeführt, in der das Abgas A aufgeheizt wird. Auch das Aufheizen des Abgases A erfolgt durch Wärmetausch mit dem Reingas R.The exhaust gas leaving the separator exhaust A further contains organic compounds, but almost no organosilicon compounds. The corresponding exhaust gas A is then a further present also designed as a tube bundle heat exchanger heat exchanger device 7 fed, in which the exhaust gas A is heated. The heating of the exhaust gas A is carried out by heat exchange with the clean gas R.

Die sich der Wärmetauschereinrichtung 7 anschließende Oxidationseinrichtung 8 umfasst einen Gasbrenner 9, dem Gas G und Luft L zugeführt werden. Der Gasbrenner 9 führt zu einer weiteren Anhebung der Abgastemperatur. Diese ist groß genug, um die verbliebenen organischen Verbindungen des Abgases A im Wesentlichen vollständig zu oxidieren. Das dabei erzeugte Reingas R verlässt die Nachverbrennungsvorrichtung 1 nach dem zweifachen Wärmetausch mit dem noch zu behandelnden Abgas A und wird an die Umgebung abgegeben.The the heat exchanger device 7 subsequent oxidation device 8th includes a gas burner 9 to which gas G and air L are supplied. The gas burner 9 leads to a further increase in the exhaust gas temperature. This is large enough to substantially completely oxidize the remaining organic compounds of the exhaust gas A. The clean gas R generated leaves the afterburner 1 after the double heat exchange with the still to be treated exhaust gas A and is released to the environment.

Die in den 2 und 3 dargestellten Nachverbrennungsvorrichtungen 1', 1'' sind ähnlich der in der 1 dargestellten Nachverbrennungsvorrichtung 1 ausgestaltet. Gleiches gilt auch für die jeweiligen Verfahrensschritte. Daher wird im Folgenden insbesondere auf die Unterschiede zwischen den Nachverbrennungsvorrichtungen 1, 1', 1'' und den jeweiligen Verfahren eingegangen.The in the 2 and 3 post-combustion devices shown 1' . 1'' are similar in the 1 shown post-combustion device 1 designed. The same applies to the respective process steps. Therefore, in the following, particular attention will be paid to the differences between the post-combustion devices 1 . 1' . 1'' and the respective procedures.

In der 2 ist eine katalytische Nachverbrennungsvorrichtung 1' dargestellt, bei der in der Oxidationseinrichtung 8' ein Katalysator 10 vorgesehen ist. Außerdem ist in der Oxidationseinrichtung 8' anstatt eines Gasbrenners ein elektrischer Brenner 11 in Form einer elektrischen Heizung vorgesehen.In the 2 is a catalytic afterburner 1' shown in the oxidation device 8th' a catalyst 10 is provided. In addition, in the oxidizer 8th' an electric burner instead of a gas burner 11 provided in the form of an electric heater.

Das Abgas A wird von einer Zuführeinrichtung 2 einer einzigen Wärmetauschereinrichtung 3 zugeführt, in der das Abgas A durch Wärmetausch mit dem Reingas R erwärmt wird. Das die Wärmetauschereinrichtung 3 verlassende Abgas A weist eine Temperatur von etwa 350°C auf und wird einer Abscheideeinrichtung 6' in Form eines Wanderbetts 5' zugeführt, bei dem das Abgas A und das Aluminiumoxid 4 im Gegenstrom zueinander geführt werden. Das mit Silicium beladene Aluminiumoxid 4' wird wenigstens quasikontinuierlich gegen unbenutztes Aluminiumoxid 4 ausgetauscht.The exhaust gas A is from a feeder 2 a single heat exchanger device 3 fed, in which the exhaust gas A is heated by heat exchange with the clean gas R. This is the heat exchanger device 3 exiting exhaust gas A has a temperature of about 350 ° C and is a separator 6 ' in the form of a moving bed 5 ' fed, in which the exhaust gas A and the alumina 4 be conducted in countercurrent to each other. The silicon-loaded alumina 4 ' is at least quasi-continuous against unused alumina 4 replaced.

In der Abscheideeinrichtung 6' erfolgt wie beschrieben eine Abscheidung der siliciumorganischen Verbindungen. Anschließend wird das Abgas A ohne weitere Aufheizung der Oxidationseinrichtung 8' zugeführt. Die Temperatur des Abgases A reicht bei ausreichender Konzentration an verbliebenen organischen Verbindungen aus, um die Oxidation derselben ohne separate Wärmezufuhr aufrechtzuerhalten. Andernfalls kann über den elektrischen Brenner 11 weitere Wärmeenergie zugeführt werden, um eine vollständige Oxidation der verbliebenen organischen Verbindungen sicherzustellen.In the separator 6 ' as described a deposition of organosilicon compounds. Subsequently, the exhaust gas A without further heating of the oxidation device 8th' fed. The temperature of the exhaust gas A is sufficient with sufficient concentration of residual organic compounds to maintain the oxidation thereof without separate heat input. Otherwise, over the electric burner 11 be supplied with additional heat energy to ensure complete oxidation of the remaining organic compounds.

In der 3 ist eine regenerative Nachverbrennungsvorrichtung 1'' mit zwei regenerativen Wärmetauschereinrichtungen 3', 7' dargestellt. Jede dieser Wärmetauschereinrichtungen weist wenigstens zwei Festbetten 12, 12' mit einer Speichermasse 13 auf, die abwechselnd vom Abgas A und dem Reingas R durchströmt werden. Die Wärmetauschereinrichtungen 3', 7' sind in Strömungsrichtung des Abgases A vor der Abscheideeinrichtung 6'' und vor der Oxidationseinrichtung 8 angeordnet.In the 3 is a regenerative afterburner 1'' with two regenerative heat exchanger devices 3 ' . 7 ' shown. Each of these heat exchanger devices has at least two fixed beds 12 . 12 ' with a storage mass 13 on, which are alternately flowed through by the exhaust gas A and the clean gas R. The heat exchanger devices 3 ' . 7 ' are in the flow direction of the exhaust gas A before the separator 6 '' and in front of the oxidizer 8th arranged.

In der ersten Wärmetauschereinrichtung 3' kommt es zu keinen Ablagerungen von Siliciumdioxid und/oder Silicaten, weil dort die Temperatur des Abgases A für eine Oxidation der siliciumorganischen Verbindungen nicht hoch genug ist. In der zweiten Wärmetauschereinrichtung 7' kommt es ebenfalls zu keinen Ablagerungen von Siliciumdioxid und/oder Silicaten, weil die siliciumorganischen Verbindungen bereits zuvor in der Abscheideeinrichtung 6'' am Aluminiumoxid 4 abgeschieden worden sind. Die Abscheideeinrichtung 6'' ist dabei als Kreuzstromwanderbett 5'' ausgebildet, bei dem das Abgas A und das Aluminiumoxid 4 im Kreuzstrom zueinander geführt werden.In the first heat exchanger device 3 ' There are no deposits of silica and / or silicates, because there the temperature of the exhaust gas A for oxidation of the organosilicon compounds is not high enough. In the second heat exchanger device 7 ' There are also no deposits of silica and / or silicates, because the organosilicon compounds previously in the separator 6 '' on the alumina 4 have been deposited. The separator 6 '' is there as a cross-flow moving bed 5 '' formed, in which the exhaust gas A and the alumina 4 be guided in cross-current to each other.

Zum Einstellen einer ausreichenden (überstöchiometrischen) Konzentration an Sauerstoff S im Abgas A, so dass die organischen Verbindungen inklusive siliciumorganischer Verbindungen des Abgases A in der Abscheideeinrichtung 6'' und der Oxidationseinrichtung 8 vollständig oxidiert werden, ist eine Dosiereinrichtung 14 vorgesehen. Über die Dosiereinrichtung 14 wird Sauerstoff S zum Abgas A zudosiert, und zwar in der Menge, die mittels eines im Abgas A angeordneten Sensors 15 ermittelt wird.For setting a sufficient (superstoichiometric) concentration of oxygen S in the exhaust gas A, so that the organic compounds including organosilicon compounds of the exhaust gas A in the separator 6 '' and the oxidizer 8th is completely oxidized, is a metering device 14 intended. About the metering device 14 oxygen S is added to the exhaust gas A, in the amount that by means of a sensor arranged in the exhaust gas A. 15 is determined.

Die in den 1 bis 3 dargestellten einzelnen Verfahrensschritte sowie Einrichtungen können bedarfsweise ohne Änderung oder in geringfügiger Abwandlung auch auf andere Weise miteinander kombiniert werden.The in the 1 to 3 As shown, individual process steps and devices can also be combined with one another without modification or in a slight modification.

Claims

Process for the thermal, catalytic and / or regenerative afterburning of an exhaust gas (A) loaded with organic compounds, wherein the organic compounds partly comprise organosilicon compounds, - in which the exhaust gas (A) loaded with organosilicon compounds is mixed with aluminum oxide ( 4 ) is contacted at least predominantly in the modification of the gamma-alumina and / or boehmite, - in which organosilicon compounds, preferably as silica and / or silicates, selectively on the alumina ( 4 ) are deposited, - in which after the deposition of organosilicon compounds in the exhaust gas (A) remaining organic compounds are oxidized.

Process according to claim 1, in which alumina ( 4 ) having a specific surface area of at least 200 m ² / g, preferably at least 400 m ² / g.

A method according to claim 1 or 2, wherein the exhaust gas (A) before contacting with the alumina ( 4 ) is preferably heated to a temperature between 150 ° C and 500 ° C, preferably between 350 ° C to 450 ° C.

Method according to one of claims 1 to 3, wherein the exhaust gas (A) before contacting with the Alumina ( 4 ) is heated by heat exchange with the clean gas (R).

Process according to one of claims 1 to 3, in which organosilicon-loaded aluminum oxide ( 4 ' ) against less loaded alumina ( 4 ) is exchanged.

Process according to Claim 5, in which the aluminum oxide ( 4 ) is replaced at least quasi-continuously.

Process according to claim 6, wherein the alumina ( 4 ) in a moving bed ( 5 ' . 5 '' ) is conducted in countercurrent or in cross flow to the exhaust gas (A).

Method according to one of claims 1 to 7, wherein the exhaust gas (A) before the deposition of organosilicon compounds and / or before the oxidation of the remaining organic compounds, oxygen is supplied.

Method according to one of claims 1 to 8, wherein the exhaust gas (A) after the deposition of the organosilicon compounds and before the oxidation of the remaining organic compounds by a heat exchange with the clean gas (R) is heated.

Method according to one of claims 4 to 9, wherein for the heating and / or heating of the exhaust gas (A) a, preferably ceramic, storage mass ( 13 ) is alternately brought into contact with the clean gas (R) and the exhaust gas (A).

Incinerator ( 1 . 1' . 1'' ) for thermal, catalytic and / or regenerative afterburning, in particular according to one of claims 1 to 0, - with a feed device ( 2 ) for the supply of an organic compound loaded exhaust gas (A), the organic compounds partially comprising organosilicon compounds, - with an oxidizing device ( 8th . 8th' ) for the oxidation of the remaining in the exhaust gas (A) organic compounds, - wherein between the feeder ( 2 ) and the oxidizer ( 8th . 8th' ) an alumina ( 4 ) having separating device ( 6 . 6 ' . 6 '' ) for the deposition of organosilicon compounds on the alumina ( 4 ), characterized in that the alumina ( 4 ) is at least predominantly gamma-alumina and / or boehmite.

Device according to claim 11, characterized in that the alumina ( 4 ) in a fixed bed ( 5 ), preferably in two parallel fixed beds ( 5 ), is provided.

Device according to claim 11, characterized in that the alumina ( 4 ) in a moving bed ( 5 ' . 5 '' ) is provided.

Device according to one of claims 12 to 13, characterized in that between the separation device ( 6 . 6 '' ) and the oxidizer ( 8th ) a heat exchanger device ( 7 . 7 ' ) is provided for heating the exhaust gas (A) by heat exchange with the clean gas (R).

Device according to one of claims 12 to 14, characterized in that between the feed device ( 2 ) and the separating device ( 6 . 6 ' . 6 '' ) a heat exchanger device ( 3 . 3 ' ) is provided for heating the exhaust gas (A) by heat exchange with the clean gas (R).

Device according to one of claims 12 to 15, characterized in that before the separation device ( 6 '' ) and / or before the oxidizing device, a metering device ( 14 ) for the targeted addition of oxygen ( 5 ) is provided to the exhaust gas (A).