DE102011013271A1 - Process and plant for the reduction of nitrogen oxide emissions during steam reforming - Google Patents

Process and plant for the reduction of nitrogen oxide emissions during steam reforming Download PDF

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Abstract

Zur Reduktion von Stickoxiden bei der Dampfreformierung, wobei ein gasförmiger Kohlenstoffträger, bevorzugt Erdgas, und Wasser in einem Reaktor zu einem Wasserstoff, Kohlenmonoxid und Kohlendioxid enthaltenden Synthesegas umgesetzt werden, werden Wasserstoff, Kohlenmonoxid und/oder Kohlendioxid aus dem Synthesegas abgetrennt und das im Reaktor entstehende Rauchgas über wenigstens eine Katalysatorstufe geleitet und dort einer selektiven katalytischen Reduktion unterworfen. Ein Teil des gasförmigen Kohlenstoffträgers, ein Teil eines Gemisches aus dem gasförmigen Kohlenstoffträger und Wasser, ein Teil eines zur Erwärmung genutzten gasförmigen Brennstoffes, ein Teil des Synthesegases, ein Teil des abgereicherten Synthesegases und/oder ein Teil des abgetrennten Wasserstoffs wird/werden in der Katalysatorstufe als Reduktionsmittel verwendet.To reduce nitrogen oxides in steam reforming, wherein a gaseous carbon support, preferably natural gas, and water are reacted in a reactor to a synthesis gas containing hydrogen, carbon monoxide and carbon dioxide, hydrogen, carbon monoxide and / or carbon dioxide are separated from the synthesis gas and the resulting in the reactor Flue gas passed over at least one catalyst stage and subjected there to a selective catalytic reduction. A portion of the gaseous carbon support, a portion of a mixture of the gaseous carbon support and water, a portion of a gaseous fuel used for heating, a portion of the synthesis gas, a portion of the depleted synthesis gas and / or a portion of the separated hydrogen is / are in the catalyst stage used as a reducing agent.

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zur Reduktion von Stickoxiden bei der Dampfreformierung, wobei ein gasförmiger Kohlenstoffträger und Wasser in einem Reaktor zu einem Wasserstoff, Kohlenmonoxid und Kohlendioxid enthaltenden Synthesegas umgesetzt werden, wobei Wasserstoff, Kohlenmonoxid und/oder Kohlendioxid aus dem Synthesegas abgetrennt wird und das im Reaktor entstehende Rauchgas über wenigstens eine Katalysatorstufe geleitet und dort einer selektiven katalytischen Reduktion unterworfen wird.The present invention relates to a process and a plant for the reduction of nitrogen oxides in steam reforming, wherein a gaseous carbon support and water are reacted in a reactor to a synthesis gas containing hydrogen, carbon monoxide and carbon dioxide, wherein hydrogen, carbon monoxide and / or carbon dioxide separated from the synthesis gas is passed and the resulting flue gas in the reactor via at least one catalyst stage and there is subjected to a selective catalytic reduction.

Stickoxide (NOx) ist eine Sammelbezeichnung für gasförmige Oxide des Stickstoffs. Aufgrund der vielen Oxidationsstufen des Stickstoffs gibt es eine Reihe von Stickstoff-Sauerstoff-Verbindungen, die wichtigsten sind Stickstoffmonoxid (NO), Stickstoffdioxid (NO2) und Di-Stickstoffmonoxid (N2O, Lachgas). Stickoxide sind die Quelle für eine Vielzahl von Umweltbelastungen, weshalb sie schon frühzeitig umweltpolitische Aufmerksamkeit auf sich zogen. Sie zählen zu den Hauptverursachern von saurem Regen, sind Auslöser des so genannten Sommersmogs mit den damit einhergehenden Umweltbelastungen und wirken als starke Treibhausgase. Insbesondere das Lachgas trägt zudem maßgeblich zur Zerstörung der Ozonschicht bei.Nitrogen oxides (NO x ) is a collective term for gaseous oxides of nitrogen. Due to the many oxidation states of nitrogen, there are a number of nitrogen-oxygen compounds, the most important being nitric oxide (NO), nitrogen dioxide (NO 2 ) and di-nitric oxide (N 2 O, nitrous oxide). Nitrogen oxides are the source of a multitude of environmental pollution, which is why they attracted early environmental attention. They are among the main causes of acid rain, are the cause of the so-called summer smog with the associated environmental pollution and act as strong greenhouse gases. In particular, the nitrous oxide also contributes significantly to the destruction of the ozone layer.

Die Hauptquelle für Stickoxide sind Verbrennungsprozesse, insbesondere im Kraftfahrzeugverkehr und bei großtechnischen stationären Anwendungen. Zur Absenkung der Stickoxidemissionen wurde die selektive katalytische Reduktion (SCR) entwickelt. Dabei wird ein Reduktionsmittel, in der Regel Ammoniak (NH3), dem Abgas zugemischt, wodurch es an einem heterogenen Katalysator zu einer Komproportionierung der Stickoxide kommt, als deren Folge Wasser und Stickstoff entsteht. Ammoniak hat den Vorteil, dass es sich um eine leicht verfügbare und billig beschaffbare Substanz handelt. Da Ammoniak bei üblichen Umgebungstemperaturen flüssig ist, kann er einfach gespeichert und transportiert werden.The main source of nitrogen oxides are combustion processes, especially in motor vehicle traffic and in large-scale stationary applications. To reduce nitrogen oxide emissions, selective catalytic reduction (SCR) has been developed. In this case, a reducing agent, usually ammonia (NH 3 ), the exhaust gas admixed, resulting in a heterogeneous catalyst to a Komproportionierung the nitrogen oxides comes as a result of water and nitrogen. Ammonia has the advantage that it is a readily available and cheaply procurable substance. Because ammonia is liquid at ordinary ambient temperatures, it can be easily stored and transported.

Bei der Entwicklung der SCR-Technologie wurden neben Ammoniak auch weitere Reduktionsmittel untersucht, die allerdings ein niedrigeres Reduktionspotential haben. So beschreibt die DE 11 2006 003 078 T5 die selektive katalytische Reduktion von Stickstoffoxid mit einem Gemisch aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid an einem Katalysator, der einen Palladiumanteil von 0,1 bis 2,0%, einen Vanadiumpentoxidanteil (V2O5) von 0,1 bis 7% und ein Oxidträgermaterial mit einer großen Oberfläche aufweist. Allerdings kann mit diesem Katalysator nur NO effektiv reduziert werden.In the development of the SCR technology, in addition to ammonia, further reducing agents were investigated, which, however, have a lower reduction potential. That's how it describes DE 11 2006 003 078 T5 the selective catalytic reduction of nitrogen oxide with a mixture of hydrogen and carbon monoxide over a catalyst having a palladium content of 0.1 to 2.0%, a vanadium pentoxide content (V 2 O 5 ) of 0.1 to 7% and an oxide support material having a has a large surface. However, with this catalyst, only NO can be effectively reduced.

Die US 2010/0092360 A1 beschreibt einen neuen Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion von NO und teilweise auch NO2 mit Wasserstoff, wobei der Katalysator aus einer Mischung aus Platin und Palladium besteht, der in Kontakt mit einem festen, aus Magnesiumoxid und Ceroxid gemischten Trägermaterial steht. Die Umsetzung von NO erfolgt bei strikt eingehaltenen oxidierenden Bedingungen in einer Heliumatmosphäre.The US 2010/0092360 A1 describes a novel catalyst for the selective catalytic reduction of NO and partly also NO 2 with hydrogen, the catalyst consisting of a mixture of platinum and palladium, which is in contact with a solid carrier material mixed with magnesium oxide and cerium oxide. The reaction of NO takes place under strictly observed oxidizing conditions in a helium atmosphere.

Die US 2009/0285740 A1 beschreibt eine selektive katalytische Reduktion an einem Palladiumkatalysator, welcher auf ein Zirkonoxid-Sulfat aufgebracht ist. Als Reduktionsmittel wird ebenfalls Wasserstoff verwendet, wobei Wasser und Wasserstoff in den Abgasstrom injiziert werden und sich ein molares Verhältnis von Wasserstoff und NOx, in einem Bereich von 10 bis 100 einstellen muss, was sehr hohe Wasserstoffmengen bedingt.The US 2009/0285740 A1 describes a selective catalytic reduction on a palladium catalyst deposited on a zirconia sulfate. Hydrogen is also used as the reducing agent, wherein water and hydrogen are injected into the exhaust gas stream and a molar ratio of hydrogen and NO x must be set within a range of 10 to 100, which requires very large amounts of hydrogen.

Allen diesen Verfahren ist gemeinsam, dass sie nur unter bestimmten, genau definierten Bedingungen erfolgreich durchgeführt werden können. Zudem wird oft nur NO, teilweise auch NO2, nicht jedoch N2O erfolgreich reduziert. Dazu kommen Schwierigkeiten bei der Wasserstofflagerung und dem Wasserstofftransport, weshalb sich Wasserstoff als Reduktionsmittel in der technischen Anwendung bisher kaum durchsetzen konnte.All these methods have in common that they can be carried out successfully only under certain, well-defined conditions. In addition, often only NO, sometimes also NO 2 , but not N 2 O successfully reduced. In addition, there are difficulties in the hydrogen storage and the hydrogen transport, which is why hydrogen has hardly been able to prevail as a reducing agent in industrial application.

Ein weiteres, im akademischen Bereich untersuchtes Reduktionsmittel ist Methan. So beschreibt die WO 2008/026002 A1 die Umsetzung von Stickstoffmonoxid (NO) zu Stickstoffdioxid an einem Metallzeolithkatalysator, wobei ein Kohlenwasserstoff als Reduktionsmittel eingesetzt wird. Eine Umsetzung anderer Stickoxide ist nicht beschrieben.Another reducing agent studied in academia is methane. That's how it describes WO 2008/026002 A1 the conversion of nitrogen monoxide (NO) to nitrogen dioxide on a metal zeolite catalyst, wherein a hydrocarbon is used as a reducing agent. An implementation of other nitrogen oxides is not described.

Die Veröffentlichung in ”Mechanistic study of SCR-NO with methane over Pd-loaded BEA zeolith” von Yong-Ki Park et. al., erschienen im Journal of Molecular Catalysis A, Chemical 158, 2000, S. 173–179 , beschreibt ein SCR-Verfahren mit Methan, bei dem ein ebenfalls stickstoffmonoxidhaltiges Gas an einem mit Palladium beladenen BEA-Zeolithen umgesetzt wird.The publication in "Mechanistic study of SCR-NO with methane over Pd-loaded BEA zeolite" by Yong-Ki Park et. al., published in Journal of Molecular Catalysis A, Chemical 158, 2000, pp. 173-179 describes a SCR process with methane, in which a likewise nitrogen monoxide-containing gas is reacted on a palladium-loaded BEA zeolite.

Diesen beiden Verfahren ist gemeinsam, dass mit ihnen nur Stickstoffmonoxid (NO) reduziert werden kann. Eine Reduktion weiterer Stickoxide, insbesondere von Lachgas, ist auch bei diesen Reduktionsmitteln nicht beschrieben.These two methods have in common that only nitrogen monoxide (NO) can be reduced with them. A reduction of other nitrogen oxides, in particular nitrous oxide, is also not described in these reducing agents.

Der klassische SCR-Katalysator mit NH3 als Reduktionsmittel ist ein dotierter Vanadiumpentoxid-Katalysator, der auf Titandioxid aufgebracht wird. Mit diesem kann zumindest Stickstoffmonoxid und Stickstoffdioxid mit ausreichend hohen Umsätzen in Distickstoff und Disauerstoff umgewandelt werden. Problematisch bei diesem herkömmlichen Katalysatorsystem ist jedoch, dass der Katalysator nur eine geringe Hochtemperaturbeständigkeit aufweist und es deshalb zur unerwünschten Phasenumwandlung des V2O5 von der Anatas- in die Rutil-Modifikation und auch zur Sublimation von Vanadium kommt. Zum anderen ist V2O5 giftig. Nachteilig sind weiterhin der relativ hohe Preis und die hohe Preisvolatilität des Vanadiumrohstoffes. Die tatsächlichen und potenziellen Risiken der Vanadium-Emission durch Sublimation und andere unerwünschte Nebenreaktionen ist nur teilweise erfasst. Aufgrund der beschriebenen Problematik der herkömmlichen katalytischen Systeme sind diese zum Beispiel in der japanischen und teilweise auch in der US-amerikanischen Automobilindustrie nicht mehr zugelassen. Es ist daher zu erwarten, dass auch in stationären Anwendungen zukünftig die Verwendung von Vanadium nicht mehr zulässig ist.The classic SCR catalyst with NH 3 as the reducing agent is a doped vanadium pentoxide catalyst, which is applied to titanium dioxide. With this at least nitrogen monoxide and nitrogen dioxide can be converted into dinitrogen and dioxygen with sufficiently high conversions. Problematic in this conventional Catalyst system is, however, that the catalyst has only a low high temperature resistance and therefore it comes to the unwanted phase transformation of the V 2 O 5 from the anatase to the rutile modification and also to the sublimation of vanadium. On the other hand, V 2 O 5 is toxic. Another disadvantage is the relatively high price and the high price volatility of the vanadium raw material. The actual and potential risks of vanadium emission from sublimation and other undesirable side reactions are only partially covered. Due to the described problems of conventional catalytic systems, these are no longer permitted, for example, in the Japanese and partly also in the US automotive industry. It is therefore to be expected that the use of vanadium will no longer be permitted in stationary applications in the future.

Teilweise kommen daher inzwischen auch zeolithische Systeme zum Einsatz. Die EP 0 955 080 B1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Katalysatormaterials unter Einbringung einer metallischen Komponente in ein synthetisches Zeolithmaterial. Allerdings ist dieser Katalysator so aktiv, dass er bereits ohne die Einbringung eines zusätzlichen Reaktionsmittels arbeitet, weshalb in großtechnischen Verfahren eine Reihe von Nebenreaktionen zu befürchten ist.In part, zeolitic systems are now being used. The EP 0 955 080 B1 describes a process for preparing a catalyst material by incorporating a metallic component in a synthetic zeolite material. However, this catalyst is so active that it already works without the introduction of an additional reagent, which is why in industrial processes a number of side reactions is to be feared.

Die WO 03/105998 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verringerung des NOx-Gehaltes bezogen auf alle Komponenten, wobei das zu reinigende Abgas über zwei Katalysatorbetten geführt wird, die beide mit alten beladenen Zeolithen gefüllt sind. Als Reduktionsmittel wird Ammoniak verwendet.The WO 03/105998 describes a method and apparatus for reducing the NO x content relative to all components, wherein the exhaust gas to be purified is passed over two catalyst beds, both of which are filled with old loaded zeolites. The reducing agent used is ammonia.

Die Veröffentlichung „Uhde EnviNOx® Technology for NOx and N2O abatement – A contribution to reducing emissions from nitric acid plants”. M. Groves, A. Sasonow, Fifth International Symposium on Non-CO2-Greenhouse Gases, 30.6–3.7.2009, Wageningen beschreibt ein Verfahren, in dem zur effektiven Reduktion das SCR-System ebenfalls zweigeteilt ist. In einem ersten Schritt werden die Stickoxide mit Ammoniak als Reduktionsmittel reduziert und dann in einem zweiten Schritt unter der Verwendung von Kohlenwasserstoffen noch weiter abgesenkt.The publication "Uhde EnviNOx® Technology for NOx and N2O abatement - A contribution to reducing emissions from nitric acid plants". M. Groves, A. Sasonow, Fifth International Symposium on Non-CO2 Greenhouse Gases, 30.6-3.7.2009, Wageningen describes a method in which for effective reduction, the SCR system is also divided into two parts. In a first step, the nitrogen oxides are reduced with ammonia as a reducing agent and then further lowered in a second step using hydrocarbons.

Stickoxide werden grundsätzlich auch bei allen Verfahren erzeugt, bei denen in mindestens einem Schritt Luft auf Temperaturen von über 1000°C erwärmt wird, wodurch es verstärkt zu radikalischen Reaktionen der in der Luft enthaltenen N2-Moleküle kommt. Eines dieser Verfahren ist die sogenannte Dampfreformierung (auch ”Steamreforming”), bei der ein Kohlenstoffträger mit Wasser heterogen katalysiert zu Synthesegas aus Wasserstoff (H2) und Kohlenmonoxid (CO) und Kohlendioxid (CO2) umgesetzt wird.Nitrogen oxides are basically also produced in all processes in which air is heated to temperatures of more than 1000 ° C. in at least one step, as a result of which radical reactions of the N 2 molecules contained in the air are intensified. One of these processes is the so-called steam reforming (also called "steam reforming"), in which a carbon support is heterogeneously catalysed with water to give synthesis gas of hydrogen (H 2 ) and carbon monoxide (CO) and carbon dioxide (CO 2 ).

Die WO 2009/080937 A2 schlägt ein Verfahren zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden in Verbrennungsabgasen, u. a. auch aus der Dampfreformierung, vor, bei dem Ammoniak als Reduktionsmittel genutzt wird. In einem ersten Schritt wird ein Reaktor durch ein heißes Gas erwärmt und in einem zweiten Schritt das in dem Ofen entstandene Abgas selektiv reduziert. Dazu wird ein Teil des für die Erwärmung vorgesehenen Gases abgezweigt und mit dem Reduktionsmittel vermischt, bevor es in die Katalysatorstufe eingeführt wird. Dies erlaubt eine genaue Temperaturkontrolle. Durch dieses Verfahren kann zumindest der Gehalt an NO und N2O signifikant abgesenkt werden.The WO 2009/080937 A2 proposes a method for the selective catalytic reduction of nitrogen oxides in combustion exhaust gases, including from the steam reforming, in which ammonia is used as a reducing agent. In a first step, a reactor is heated by a hot gas and in a second step, the exhaust gas produced in the furnace is selectively reduced. For this purpose, part of the gas intended for heating is branched off and mixed with the reducing agent before it is introduced into the catalyst stage. This allows accurate temperature control. By this method, at least the content of NO and N 2 O can be lowered significantly.

Die Verwendung von Ammoniak als Reduktionsmittel hat jedoch bei der Rauchgasentstickung einer Dampfreformierung eine Reihe von Nachteilen. Zum einen ist grundsätzlich eine Ammoniak-Vorhaltung und -Eindosierung notwendig. Zum anderen ist Ammoniak als giftiger und umweltgefährdender Stoff eingestuft, bei dessen Verwendung spezielle Sicherheitseinrichtungen (Belüftungen, Notduschen, usw.) erforderlich sind. Eine geringfügige Emission nicht umgesetzten Ammoniaks kann nicht ausgeschlossen werden, was die Leistungsfähigkeit dieser Systeme begrenzt und eine potenzielle Umweltbelastung darstellt. Zudem erfordert die Lagerung des Reduktionsmittels in einem Ammoniaktank zusätzlichen Platz in der Anlage, wobei sich der Platzbedarf durch ggf. einzuhaltende Sicherheitsabstände aufgrund von Explosionsschutzzonen weiter vergrößern kann. Auch das regelmäßige Auffüllen des Ammoniaktankes stellt bei den herrschenden Betriebstemperaturen ein nicht unerhebliches Risiko dar.However, the use of ammonia as a reducing agent has a number of disadvantages in flue gas denitration of steam reforming. On the one hand, an ammonia provision and dosage is basically necessary. On the other hand, ammonia is classified as a toxic and environmentally hazardous substance, with the use of special safety equipment (ventilation, emergency showers, etc.) are required. A minor emission of unreacted ammonia can not be excluded, which limits the performance of these systems and poses a potential environmental impact. In addition, the storage of the reducing agent in an ammonia tank requires additional space in the system, whereby the space requirement can be further increased by possibly to be maintained safety distances due to explosion protection zones. The regular filling of the ammonia tank represents a significant risk at the prevailing operating temperatures.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur selektiven Reduktion von Stickoxiden, insbesondere auch von Lachgas, in der Aufreinigung der Rauchgase aus einer Steamreformer-Anlage bereitzustellen, bei dem nicht mit Ammoniak als Reduktionsmittel gearbeitet wird, jedoch alle in den Abgas enthaltenen Stickoxide gleichermaßen umgesetzt werden können.It is therefore an object of the invention to provide a method for the selective reduction of nitrogen oxides, in particular also nitrous oxide, in the purification of the flue gases from a steam reformer system, which does not work with ammonia as a reducing agent, but all nitrogen oxides contained in the exhaust gas equally can be implemented.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, wonach ein gasförmiger Kohlenstoffträger und bevorzugt dampfförmiges H2O in einem Reaktor zu einem Wasserstoff, Kohlenmonoxid und Kohlendioxid enthaltenden Synthesegas umgesetzt werden. Bei der Reaktion handelt es sich um eine allotherme Reaktion, weshalb der Reaktor entweder indirekt beheizt oder direkt befeuert werden muss. Zum Aufheizen des Reaktors wird ein weiterer, gasförmiger Brennstoff verwendet. Sowohl bei dem gasförmigen Kohlenstoffträger als auch bei dem weiteren Brennstoff handelt es sich bevorzugt um Methan oder Erdgas. Das im Reaktor entstehende Synthesegas wird anschließend in seine Bestandteile Wasserstoff, Kohlenmonoxid und Kohlendioxid aufgeteilt bzw. es wird ein definiertes Gemisch dieser Komponenten eingestellt. Das ebenfalls entstandene Rauchgas wird über wenigstens eine Katalysatorstufe geleitet, wo es einer selektiven katalytischen Reduktion unterzogen wird. Als Reduktionsmittel wird in dieser Katalysatorstufe ein Teil des gasförmigen Kohlenstoffträgers, ein Teil eines Gemisches aus dem gasförmigen Kohlenstoffträger mit dem Wasser oder dem Wasserdampf, ein Teil des zur Erwärmung des Reaktors genutzten gasförmigen Brennstoffes, ein Teil des (abgereicherten) Synthesegases und/oder ein Teil des abgetrennten Wasserstoffes benutzt. Die genannten Nachteile von Ammoniak als Reduktionsmittel entfallen. Zudem ist ein solches Verfahren wartungsfreundlich, da die Befüllung eines Ammoniaktankes entfällt.This object is achieved with the features of claim 1, after which a gaseous carbon support and preferably vaporous H 2 O are reacted in a reactor to a synthesis gas containing hydrogen, carbon monoxide and carbon dioxide. The reaction is an allothermic reaction, which is why the reactor must either be indirectly heated or fired directly. To heat the reactor, another gaseous fuel is used. Both the gaseous carbon carrier and the other fuel are preferably methane or natural gas. The synthesis gas formed in the reactor is then divided into its components hydrogen, carbon monoxide and carbon dioxide or it is set a defined mixture of these components. The resulting flue gas is also passed over at least one catalyst stage where it is subjected to selective catalytic reduction. The reducing agent used in this catalyst stage is part of the gaseous carbon support, part of a mixture of the gaseous carbon support with the water or steam, part of the gaseous fuel used for heating the reactor, part of the (depleted) synthesis gas and / or a part of the separated hydrogen used. The mentioned disadvantages of ammonia as a reducing agent omitted. In addition, such a process is easy to maintain, since the filling of an ammonia tank is eliminated.

Das Rauchgas weist vorzugsweise einen CO2-Gehalt von 15 bis 20 mol-%, einen H2O-Gehalt von 15 bis 20 mol-%, ein O2-Gehalt von 0,5 bis 5 mol-%, einen Argongehalt von etwa 1 mol-% und ein NOx-Gehalt von 50 bis 250 mg/m3 auf.The flue gas preferably has a CO 2 content of 15 to 20 mol%, an H 2 O content of 15 to 20 mol%, an O 2 content of 0.5 to 5 mol%, an argon content of about 1 mol% and a NO x content of 50 to 250 mg / m 3 .

In einer günstigen Ausgestaltung der Katalysatorstufe enthält diese eine metallische Komponente aus einem oder mehreren Metallen und/oder Metalloxiden der Gruppe Cr, Cu, Mn, Mo, Fe, Co, Pd, Ru, Pt, Rh, Ti, Zr, V, W, bevorzugt Palladium, Ruthenium und Platin. Durch die Verwendung von Palladium, Ruthenium und/oder Platin in reiner oder oxidischer Form können Nachteile eines vanadiumhaltigen Katalysators vermieden werden. Außerdem ist die Präparation eines metallischen Katalysators einfacher als die eines zeolithischen.In a favorable embodiment of the catalyst stage, this contains a metallic component of one or more metals and / or metal oxides of the group Cr, Cu, Mn, Mo, Fe, Co, Pd, Ru, Pt, Rh, Ti, Zr, V, W, preferably palladium, ruthenium and platinum. By using palladium, ruthenium and / or platinum in pure or oxidic form, disadvantages of a vanadium-containing catalyst can be avoided. In addition, the preparation of a metallic catalyst is simpler than that of a zeolitic one.

Weiterhin ist es günstig, wenn in der Katalysatorstufe ein Zeolith enthalten ist, in dessen Struktur sich Atome eines oder mehrerer Metalle(s) und/oder Metalloxide(s) der Gruppe Cr, Cu, Mn, Mo, Fe, Co, Pd, Ru, Pt, Rh, Ti, Zr, V, W, bevorzugt Eisen, Kupfer oder Kobalt befinden. Unter Zeolith wird erfindungsgemäß eine kristalline Substanz aus der Gruppe der Aluminosilikate mit einer gleichmäßigen räumlichen Ringstruktur von über Sauberstoffatome verknüpften SiO4/AlO4-Tetraedern verstanden. Dabei kann jeder beliebige Zeolith verwendet werden, bevorzugt sind jedoch Zeolithe in Zehner- oder Zwölfer-Ringstruktur und Zeolithe der Typen MFI, FER, MOR und BEA. Der verwendete Zeolith zeichnet sich zusätzlich durch den Austausch eines oder mehrerer Metalle(s) oder Metalloxide(s) aus. Als Austauschmetalle werden zum Beispiel Kupfer, Eisen oder Kobalt sowie eine Dotierung mit einem oder mehreren Übergangs- oder Edelmetallen verwendet. Die Metalle befinden sich in der zeolithischen Ringstruktur typischerweise an charakteristischen Zentren, den Alpha, Beta oder Gamma-Positionen. Die Erfindung beinhaltet Austauschgrade von Metallen auf allen drei Positionen, bevorzugt mit einem Austauschgehalt zwischen 2,5 und 15 Gew.-%, unabhängig davon ob dieser Austausch in der flüssigen oder festen Phase stattfindet. Das ausgetauschte Metall kann dabei in metallischer Form oder als metallische Oxide oder in jeder möglichen Mischung sowie als Monomer oder Dimer vorliegen.Furthermore, it is favorable if the catalyst stage contains a zeolite in whose structure atoms of one or more metals (s) and / or metal oxides (s) of the group Cr, Cu, Mn, Mo, Fe, Co, Pd, Ru , Pt, Rh, Ti, Zr, V, W, preferably iron, copper or cobalt. According to the invention, zeolite is understood as meaning a crystalline substance from the group of aluminosilicates having a uniform spatial ring structure of SiO 4 / AlO 4 tetrahedra linked via hydrogen atoms. Any zeolite may be used, but preference is given to zeolites in a ten or twelve ring structure and zeolites of the MFI, FER, MOR and BEA types. The zeolite used is additionally characterized by the replacement of one or more metals or metal oxides. As exchange metals, for example copper, iron or cobalt and a doping with one or more transition or precious metals are used. The metals are typically located in the zeolitic ring structure at characteristic centers, the alpha, beta or gamma positions. The invention involves metals exchanged at all three positions, preferably with an exchange content of between 2.5 and 15% by weight, irrespective of whether this exchange takes place in the liquid or solid phase. The exchanged metal can be present in metallic form or as metallic oxides or in any possible mixture and as monomer or dimer.

Der signifikante Vorteil des zeolithischen Katalysators gegenüber dem metallischen Katalysatorsystem ist seine höhere Temperaturstabilität, was ein breiteres Temperatursystem für das Design ermöglicht und zu einer höheren Unempfindlichkeit des Systems in Bezug auf ungewollte oder ungewöhnliche Betriebszustände führt. Weiterhin haben zeolithische Katalysatoren eine höhere DeNOx-Aktivität, woraus ein breiteres Temperaturfenster für die Betriebsbedingung sowie ein potentiell kleineres Katalysatorvolumen und entsprechend kleinere Reaktoren resultieren. Zudem haben Zeolithe eine vereinfachte, voll synthetische Rohstoffbasis, weshalb sich hier eine umweltverträgliche Katalysatorzusammensetzung (schadstoff-, edel- und übergangsmetallfrei) sowie niedrigere Rohstoffpreise finden. Ein weiterer Vorteil von Zeolithen als Katalysatoren für SCR-Reaktionen ist eine geringere katalytische Aktivität für unerwünschte Nebenreaktionen. Insbesondere erzeugen vanadiumbasierte Produkte in den klassischen SCR-Reaktionsbedingungen das unerwünschte Lachgas, Schwefeltrioxid und gasförmiges Vanadium. Insbesondere die Bildung des doch gerade abzubauenden Stickoxids N2O ist dabei als hochgradig nachteilig anzusehen.The significant advantage of the zeolitic catalyst over the metallic catalyst system is its higher temperature stability, allowing for a wider design temperature regime and leading to greater system insensitivity to unwanted or unusual operating conditions. Furthermore, zeolitic catalysts have a higher DeNOx activity, resulting in a wider temperature window for the operating condition as well as a potentially smaller catalyst volume and correspondingly smaller reactors. In addition, zeolites have a simplified, fully synthetic raw material base, which is why there is an environmentally friendly catalyst composition (pollutant, noble and transition metal-free) and lower raw material prices. Another advantage of zeolites as catalysts for SCR reactions is lower catalytic activity for undesired side reactions. In particular, vanadium-based products produce the undesirable nitrous oxide, sulfur trioxide and gaseous vanadium in the classic SCR reaction conditions. In particular, the formation of the nitrogen oxide N 2 O to be degraded is to be regarded as highly disadvantageous.

Da im Reaktor Temperaturen im Bereich von 850–1200°C, bevorzugt 900 bis 1050°C, insbesondere etwa 970°C herrschen, tritt das Rauchgas mit Temperaturen von 150° bis 200°C oberhalb der Reaktortemperatur aus dem Reaktor aus. Um zumindest einen Teil der Wärme des Rauchgases zurückzugewinnen, wird der gasförmige Kohlenstoffträger, der als eines der Edukte verwendet wird, und/oder das Wasser, welches bevorzugt verdampft in den Reaktor eingebracht wird, im Wärmetausch mit dem Rauchgas geführt. So kann der gasförmige Kohlenstoffträger und/oder das Wasser beziehungsweise der Dampf weiter aufgewärmt werden. Bezogen auf das Wasser kann die im Rauchgas enthaltene Energiemenge auch dazu genutzt werden, das Wasser zu verdampfen. Die Temperatur des Rauchgases beim Eintritt in die Katalysatorstufe liegt dann zwischen 200 und 500°C; ein für die SCR-Reaktionen bevorzugter Bereich für den Eintritt des Gases in das Katalysatorbett ist 200 bis 350°C bei Verwendung von NH3, und 150 bis 250°C bei Verwendung von H2 als Reduktionsmittel.Since temperatures in the range 850-1200 ° C, preferably 900 to 1050 ° C, in particular about 970 ° C prevail in the reactor, the flue gas exits the reactor at temperatures of 150 ° to 200 ° C above the reactor temperature. In order to recover at least part of the heat of the flue gas, the gaseous carbon support used as one of the starting materials and / or the water, which is preferably introduced into the reactor in a vaporized manner, are conducted in heat exchange with the flue gas. Thus, the gaseous carbon carrier and / or the water or the steam can be further warmed up. Based on the water, the amount of energy contained in the flue gas can also be used to evaporate the water. The temperature of the flue gas entering the catalyst stage is then between 200 and 500 ° C; a preferred range for the SCR reactions for the entry of the gas into the catalyst bed is 200 to 350 ° C when using NH 3 , and 150 to 250 ° C when using H 2 as the reducing agent.

Da im Rauchgas noch weitere Verunreinigungen enthalten sein können, ist es zudem günstig, das Rauchgas mindestens einem weiteren Reinigungsschritt zu unterwerfen. Ein solcher Reinigungsschritt kann zum Beispiel eine Entschwefelung sein, oder die Filtration der im Abgas enthaltenen Partikel. Um den Katalysator für das SCR-Verfahren nicht unnötig zu belasten, kann es sinnvoll sein, sowohl die Entschwefelung als auch die Filtration vor die SCR-Katalysatorstufe zu schalten. Dies hat jedoch, insbesondere bei einer integrierten Wärmerückgewinnung des Rauchgases den Nachteil, dass die Temperatur des Rauchgases so stark absinken kann, dass sie nicht mehr hoch genug ist, um das SCR-Verfahren vollständig ablaufen zu lassen. Der Vorteil einer Anordnung, bei der das SCR-Verfahren in der zweiten oder sogar in der ersten Position der Abgasnachbehandlung geschaltet ist, hat daher den Vorteil, dass mit verhältnismäßig hohen Temperaturen gearbeitet werden kann. Allerdings nimmt man damit eine Katalysatorschädigung in Kauf, was sich insbesondere bei metallischen Katalysatoren negativ auf die Standzeit auswirkt.Since the flue gas may contain other impurities, it is also beneficial that Flue gas to subject at least one further purification step. Such a cleaning step may be, for example, a desulfurization, or the filtration of the particles contained in the exhaust gas. In order not to unnecessarily burden the catalyst for the SCR process, it may be useful to switch both the desulfurization and the filtration before the SCR catalyst stage. However, this has the disadvantage, in particular with integrated heat recovery of the flue gas, that the temperature of the flue gas can drop so sharply that it is no longer high enough to allow the SCR process to run completely. The advantage of an arrangement in which the SCR process is switched in the second or even in the first position of the exhaust gas aftertreatment therefore has the advantage that it is possible to work with relatively high temperatures. However, it takes a catalyst damage in purchasing, which has a negative effect on the lifetime, especially in metallic catalysts.

Um eine ausreichende Verteilung des gasförmigen Reduktionsmittels zu erreichen, hat es sich als besonders günstig herausgestellt, ein Teil des Rauchgases vor der Katalysatorstufe abzuzweigen, in diesen Teilstrom das Reduktionsmittel einzudosieren und dieses Gemisch dann in die Katalysatorstufe einzuspeisen. Damit werden lokal hohe Konzentrationen des Reduktionsmittels und unerwünschte Speicherungsvorgänge verhindert.In order to achieve a sufficient distribution of the gaseous reducing agent, it has been found to be particularly favorable to divert a portion of the flue gas upstream of the catalyst stage, to meter the reducing agent into this partial stream and then to feed this mixture into the catalyst stage. This prevents locally high concentrations of the reducing agent and undesirable storage processes.

Die Erfindung umfasst weiterhin eine Anlage zur Reduktion von Stickoxiden bei einer Dampfreformierung, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist und die Merkmale des Anspruchs 8 aufweist. Diese Anlage umfasst einen Reaktor, in den entweder eine Leitung für die Zufuhr eines Gemisches aus H2O und einem Kohlenstoffträger mündet oder zwei separate Leitungen zur getrennten Einbringung von H2O und einem Kohlenstoffträger. Das im Reaktor gebildete Synthesegas wird über eine Ableitung einer Trennvorrichtung zugeführt. Zudem führt eine Abgasleitung in eine Katalysatorstufe, wobei vor oder in der Katalysatorstufe eine Dosiereinrichtung zum Einbringen eines Reduktionsmittels vorgesehen ist. Die Abgasleitung wird direkt aus dem Reaktor geführt. Die Dosiereinrichtung ist über eine Leitung mit einer der Zufuhrleitungen des Reaktors, einer weiteren Zufuhrleitung für einen gasförmigen Brennstoff zum Erhitzen des Reaktors, der Ableitung für das gebildete (abgereicherte) Synthesegas und/oder der Ableitung für den abgetrennten Wasserstoff verbunden. Die Verbindung der Dosiereinrichtung mit der Ableitung kann dabei sowohl vor als auch nach der Trennvorrichtung zur Abtrennung der Reaktionsprodukte der Dampfreformierung vorgesehen sein.The invention further includes a plant for the reduction of nitrogen oxides in a steam reforming, which is suitable for carrying out the method according to the invention and having the features of claim 8. This plant comprises a reactor into which opens either a conduit for the supply of a mixture of H 2 O and a carbon carrier or two separate lines for the separate introduction of H 2 O and a carbon carrier. The synthesis gas formed in the reactor is fed via a discharge of a separator. In addition, an exhaust gas line leads into a catalyst stage, wherein a metering device for introducing a reducing agent is provided before or in the catalyst stage. The exhaust pipe is led directly out of the reactor. The metering device is connected via a line to one of the feed lines of the reactor, a further feed line for a gaseous fuel for heating the reactor, the discharge for the formed (depleted) synthesis gas and / or the discharge for the separated hydrogen. The connection of the metering device with the discharge can be provided both before and after the separation device for the separation of the reaction products of the steam reforming.

Erfindungsgemäß ist die Dosiereinrichtung so ausgelegt, dass sie zur Einbringung eines Gases geeignet ist. Sie unterscheidet sich damit von den Dosiereinrichtungen klassischer SCR-Anlagen, die mit Ammoniak als Reduktionsmittel betrieben werden, da der Ammoniak als Flüssigkeit entweder in seiner reinen Form eingebracht wird oder, wie zum Beispiel im Fahrzeugbereich, als Harnstofflösung.According to the invention, the metering device is designed so that it is suitable for introducing a gas. It differs from the dosing devices of classical SCR systems, which are operated with ammonia as a reducing agent, since the ammonia is introduced as a liquid either in its pure form or, as for example in the vehicle sector, as a urea solution.

Als besonders vorteilhaft hat es sich weiterhin herausgestellt, dass die Dosiereinrichtung in einer von der Abgasleitung abzweigenden und in die Katalysatorstufe mündenden Teilstromleitung vorgesehen ist.Furthermore, it has proven to be particularly advantageous that the metering device is provided in a partial flow line which branches off from the exhaust gas line and opens into the catalyst stage.

Es hat sich zudem als günstig herausgestellt, in Abhängigkeit vom prozessseitig erlaubten Druckverlust den Katalysator entweder als Schüttgut aus extrudierten zylindrischen Vollkörperextrudaten oder als wabenförmige Katalysatormodule einzusetzen. Systematische Vorteile der wabenförmigen Katalysatormodule sind die verbesserten mechanischen Eigenschaften, ein signifikant erniedrigter prozessseitiger Druckverlust sowie eine vereinfachte Reaktorbefüllung und -entleerung. Zusätzlich ist bei Verwendung von wabenförmigen Modulen der Austausch von Teilen des Katalysatorbettes möglich und ein Scale-Up einfacher, da hier, ähnlich wie in der Mikroreaktionstechnik, nur ein Numbering-Up erfolgen muss.It has also been found to be favorable to use the catalyst either as a bulk material of extruded cylindrical Vollkörperextrudaten or as a honeycomb catalyst modules depending on the process-side allowed pressure loss. Systematic advantages of the honeycomb catalyst modules are the improved mechanical properties, a significantly reduced process-side pressure drop and a simplified reactor filling and emptying. In addition, when using honeycomb modules, the replacement of parts of the catalyst bed is possible and a scale-up easier because here, similar to the microreaction technique, only a numbering-up must be done.

Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels und der Zeichnung. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.Further developments, advantages and applications of the invention will become apparent from the following description of an embodiment and the drawing. All described and / or illustrated features alone or in any combination form the subject matter of the invention, regardless of their combination in the claims or their dependency.

Die einzige Figur zeigt das Schema einer erfindungsgemäßen Anlage zur Dampfreformierung mit einer nachgeschalteten SCR-Katalysatorstufe;The sole FIGURE shows the diagram of a steam reforming plant according to the invention with a downstream SCR catalyst stage;

In einen erfindungsgemäßen Reaktor 10 wird über Leitung 1 und 1' vorzugsweise mit dem Verdichter 2 verdichtetes Methan eingebracht. Grundsätzlich sind hier jedoch auch andere kohlenstoffhaltige gasförmige Kohlenstoffträger, wie Erdgas, Leichtbenzin oder Methanol sowie Biogas, denkbar. Methan hat allerdings den Vorteil, dass so nur wenige Verunreinigungen in die Anlage eingeschleust werden. Vorherige Reinigungsschritte, wie etwa die Entfernung saurer Gase, z. B. AGR-Acid Gas Removal oder das Rectisol-Verfahren, können so entfallen.In a reactor according to the invention 10 will be over line 1 and 1' preferably with the compressor 2 introduced compressed methane. In principle, however, other carbon-containing gaseous carbon carriers, such as natural gas, mineral spirits or methanol as well as biogas, are also conceivable here. However, methane has the advantage that only a few impurities are introduced into the system. Previous purification steps, such as the removal of acid gases, e.g. As AGR-acid gas removal or the Rectisol process can be omitted.

Über Leitung 3 und 3' wird Wasser vorzugsweise als Dampf in den Reaktor 10 eingebracht. Es ist daher günstig, das Wasser über einen Wärmetauscher 4 zu leiten. Um eine vollständige Durchmischung der beiden Edukte, Methan und Wasser, zu erreichen, kann es vorteilhaft sein, die beiden Edukte zuerst in einer gemeinsamen Leitung zusammenzuführen, falls erforderlich zusätzlich zu durchmischen und dann gemeinsam in den Reaktor 10 einzuspeisen. Optional kann das Wasser bzw. der Wasserdampf teilweise oder ganz vor oder nach dem Verdichter 2 dem Kohlenstoffträger zugemischt werden und das gesamte Eduktgemisch über Leitung 1' in den Reaktor 10 geführt werden. Üblicherweise wird das Eduktgemisch bzw. die einzelnen Edukte vor dem Eintritt in den Reaktor 10 in einem Wärmetauscher 8 aufgewärmt.Via wire 3 and 3 ' Water is preferably introduced into the reactor as steam 10 brought in. It is therefore beneficial to have the water over one heat exchangers 4 to lead. In order to achieve complete mixing of the two educts, methane and water, it may be advantageous to combine the two starting materials first in a common line, if necessary in addition to mix and then together in the reactor 10 feed. Optionally, the water or water vapor can be partially or completely before or after the compressor 2 are admixed to the carbon carrier and the entire starting material mixture via line 1' in the reactor 10 be guided. Usually, the starting material mixture or the individual educts before entering the reactor 10 in a heat exchanger 8th warmed up.

Bei dem Reaktor 10 handelt es sich bevorzugt um einen befeuerten Rohrofen. Dieser Rohrofen wird mit einem Brenngas, bevorzugt Erdgas oder Methan oder abgereichertem Synthesegas (Tail Gas/Off Gas) betrieben, das über Zufuhrleitung 5 und 5' in den Reaktor 10 eingebracht wird. Über den Wärmetauscher 6 kann das Brenngas zudem vorher erwärmt werden. Es sind jedoch auch andere, direkte befeuerte Reaktoren ebenso denkbar wie indirekt beheizbare, insbesondere kann die Dampfreformierung auch in Mikroreaktoren durchgeführt werden.In the reactor 10 it is preferably a fired tube furnace. This tube furnace is operated with a fuel gas, preferably natural gas or methane or depleted synthesis gas (tail gas / off gas), via the supply line 5 and 5 ' in the reactor 10 is introduced. About the heat exchanger 6 the fuel gas can also be previously heated. However, other directly fired reactors are conceivable as well as indirectly heated, in particular the steam reforming can also be carried out in microreactors.

Über eine Ableitung 7 wird das in dem Reaktor 10 entstandene Synthesegas abgeführt. Dieses Synthesegas wird dann in einem oder mehreren Reinigungsschritten aufbereitet. Zur Abtrennung der Produkte H2, CO und CO2 kommt als letzte Prozessstufe eine Trennvorrichtung 40 zur Durchführung eines katalytischen, adsorptiven, absorptiven oder kryogenen Trennverfahrens oder Kombinationen solcher Verfahren, bevorzugt eines Verfahrens der Druckwechselabsorption, zum Einsatz. Über Leitung 41 wird das entstandene Kohlenmonoxid abgeführt, über Leitung 42 das Kohlendioxid und über Leitung 43 der Wasserstoff. Alternativ wird eine definierte Mischung aller genannten Komponenten als Produkt entnommen (Synthesegasmischung).About a derivation 7 it will be in the reactor 10 resulting synthesis gas removed. This synthesis gas is then processed in one or more purification steps. To separate the products H 2 , CO and CO 2 comes as the last stage of a separation process 40 for carrying out a catalytic, adsorptive, absorptive or cryogenic separation process or combinations of such processes, preferably a process of pressure swing absorption, for use. Via wire 41 the resulting carbon monoxide is removed, via line 42 the carbon dioxide and via pipe 43 the hydrogen. Alternatively, a defined mixture of all components mentioned is taken as product (synthesis gas mixture).

Das über Leitung 11 abgezogene Rauchgas des befeuerten Ofens durchläuft einen oder mehrere nicht vollständig dargestellte Schritte der Wärmerückgewinnung. Bevorzugt kann das Rauchgas dazu verwendet werden, Wasser, Methan und/oder das Brenngas zu erwärmen.The over line 11 exhausted flue gas from the fired furnace undergoes one or more incomplete heat recovery steps. Preferably, the flue gas can be used to heat water, methane and / or the fuel gas.

Über Leitung 15 gelangt das noch mit Stickoxiden belastete Abgas dann in eine SCR-Katalysatorstufe 20, wobei evtl. das Abgas auf die ideale Betriebstemperatur von 150 bis 350°C erhitzt wird. In diese Katalysatorstufe 20 wird über Leitung 22' ein Reduktionsmittel eingespeist, wobei die Menge des Reduktionsmittels über die Dosiervorrichtung 21 gesteuert oder geregelt werden kann. Als Reduktionsmittel kann der Wasserstoff aus dem aufbereiteten Produktstrom hinter der Trennvorrichtung 40 entnommen werden. Grundsätzlich ist es jedoch auch denkbar, den abgereicherten Synthesegasstrom 22 abzuzweigen.Via wire 15 The exhaust gas still loaded with nitrogen oxides then enters an SCR catalytic converter stage 20 , where possibly the exhaust gas is heated to the ideal operating temperature of 150 to 350 ° C. In this catalyst stage 20 will be over line 22 ' a reducing agent is fed, wherein the amount of the reducing agent via the metering device 21 can be controlled or regulated. As a reducing agent, the hydrogen from the treated product stream behind the separator 40 be removed. In principle, however, it is also conceivable to use the depleted synthesis gas stream 22 divert.

Das Reduktionsmittel kann entweder über Leitung 22' direkt in die Katalysatorstufe 20 eingebracht werden oder es werden optional Teile des zu reinigenden Abgasstroms über Leitung 15' abgezweigt, die mit der Leitung 22' verbunden ist. Dadurch formt sich ein Bypass, in dem die Dosiervorrichtung 21 positioniert ist.The reducing agent can either via line 22 ' directly into the catalyst stage 20 be introduced or optional parts of the exhaust stream to be cleaned via line 15 ' branched off, with the line 22 ' connected is. This forms a bypass in which the metering device 21 is positioned.

Nicht nur Wasserstoff sondern auch Methan beziehungsweise Erdgas können als Reduktionsmittel eingesetzt werden. Dazu muss aus der Zuleitung des Eduktes 1 und/oder des Brennstoffes 5 eine Leitung zur Dosiervorrichtung 21 geführt werden. Die Verwendung des Eduktes oder des Brenngases hat den Vorteil, dass die Ausbeute an Wasserstoff beziehungsweise Synthesegas nicht durch das Abgasreinigungsverfahren gemindert wird.Not only hydrogen but also methane and natural gas can be used as reducing agents. This must be done from the feed line of the educt 1 and / or the fuel 5 a line to the metering device 21 be guided. The use of the educt or the fuel gas has the advantage that the yield of hydrogen or synthesis gas is not reduced by the exhaust gas purification process.

Auch mehrere Reduktionsmittel können gemischt werden. Alle genannten Reduktionsmittel haben zwar innerhalb eines Systems mit Vanadiumkatalysator ein niedrigeres Reduktionspotential als NH3, dafür jedoch den Vorteil, dass sie in der Anlage bereits vorhanden sind.Several reducing agents can also be mixed. Although all of these reducing agents have a lower reduction potential than NH 3 within a system with vanadium catalyst, they have the advantage that they are already present in the system.

Über Leitung 23 wird das gereinigte Abgas dann in einen Kamin 30 geführt und entweicht als Strom 31.Via wire 23 The purified exhaust gas is then in a chimney 30 guided and escapes as electricity 31 ,

Beispielexample

Eine typische Dampfreformierungsanlage mit einer Produktion von 45.000 Nm3/h Wasserstoff weist eine Rauchgasmenge von 173.000 m3/h auf. Bei reiner Erdgasfeuerung ist mit einem NOx-Gehalt von 200 mg/m3 (0,00667 mol/m3) im Abgas zu rechnen. Die Stoffmenge setzt sich bei Feuerungen typischerweise aus ca. 95 mol-% NO und 5 mol-% NO2 zusammen. Zudem sind N2O-Konzentrationen zwischen 2 bis 500 Vol.-ppm, insbesondere zwischen 20 und 80 Vol.-ppm zu finden. Ein üblicher Emissionsgrenzwert für die gesamte Stickoxidbelastung beträgt etwa 100 mg/m3, demnach müssen etwa 548 mol/h NO, 29 mol/h NO2 und das N2O möglichst vollständig umgesetzt werden. Der stöchiometrische Wasserstoffbedarf gemäß den Reaktionsgleichungen: 2NO + 2H2 → N2 + 2H2O und 2NO2 + 4H2 → N2 + 4H2O beträgt somit 606 mol/h oder 13,6 m3/h, was 0,03% der Produktionsmenge entspricht.A typical steam reforming plant with a production of 45,000 Nm 3 / h of hydrogen has a flue gas quantity of 173,000 m 3 / h. With pure natural gas firing, a NO x content of 200 mg / m 3 (0.00667 mol / m 3 ) in the exhaust gas is to be expected. The amount of substance in firing is typically composed of about 95 mol% NO and 5 mol% NO 2 . In addition, N 2 O concentrations are found between 2 to 500 ppm by volume, in particular between 20 and 80 ppm by volume. A typical emission limit value for the total nitrogen oxide load is about 100 mg / m 3 , so that about 548 mol / h of NO, 29 mol / h of NO 2 and the N 2 O must be as completely as possible implemented. The stoichiometric hydrogen demand according to the reaction equations: 2NO + 2H 2 → N 2 + 2H 2 O and 2NO 2 + 4H 2 → N 2 + 4H 2 O is thus 606 mol / h or 13.6 m 3 / h, which corresponds to 0.03% of the production amount.

Im Rauchgas einer Feuerung eines Dampfreformierungsreaktors ist mit etwa 1,2 Vol.-% Sauerstoff zu rechnen. Diesen 2076 m3/h Sauerstoff stehen etwa 12,8 m3/h Wasserstoff gegenüber. Der Anteil von Wasserstoff in Sauerstoff von 0,6% unterschreitet die untere Explosionsgrenze, die bei 4% in Luft beziehungsweise 19% in reinem Sauerstoff liegt. Die Verwendung von Wasserstoff als Reduktionsmittel führt damit nicht zu einer explosionsfähigen Atmosphäre. In the flue gas of a furnace of a steam reforming reactor is expected to be about 1.2 vol .-% oxygen. These 2076 m 3 / h of oxygen are about 12.8 m 3 / h of hydrogen. The proportion of hydrogen in oxygen of 0.6% falls below the lower explosion limit, which is 4% in air and 19% in pure oxygen. The use of hydrogen as a reducing agent thus does not lead to an explosive atmosphere.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1, 1'1, 1 '
Leitungmanagement
22
Verdichtercompressor
3, 3', 3''3, 3 ', 3' '
Leitungmanagement
44
Wärmetauscherheat exchangers
5, 5'5, 5 '
Zufuhrleitungsupply line
66
Wärmetauscherheat exchangers
77
Ableitungderivation
88th
Wärmetauscherheat exchangers
1010
Reaktorreactor
1111
Leitungmanagement
1313
Leitungmanagement
15, 15'15, 15 '
Leitungmanagement
2020
SCR-KatalysatorstufeSCR catalyst stage
2121
Dosiervorrichtungmetering
22, 22'22, 22 '
Leitungmanagement
2323
Leitungmanagement
3030
Kaminfireplace
3131
Leitungmanagement
4040
Trennvorrichtungseparating device
4141
Leitungmanagement
4242
Leitungmanagement
4343
Leitungmanagement

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Claims (10)

Verfahren zur Reduktion von Stickoxiden bei der Dampfreformierung, wobei ein gasförmiger Kohlenstoffträger, bevorzugt Erdgas, und Wasser in einem Reaktor zu einem Wasserstoff, Kohlenmonoxid und Kohlendioxid enthaltenden Synthesegas umgesetzt werden, wobei Wasserstoff, Kohlenmonoxid und/oder Kohlendioxid aus dem Synthesegas abgetrennt werden und wobei das im Reaktor entstehende Rauchgas über wenigstens eine Katalysatorstufe geleitet und dort einer selektiven katalytischen Reduktion unterworfen wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil des gasförmigen Kohlenstoffträgers, ein Teil eines Gemisches aus dem gasförmigen Kohlenstoffträger und Wasser, ein Teil eines zur Erwärmung genutzten gasförmigen Brennstoffes, ein Teil des Synthesegases, ein Teil des abgereicherten Synthesegases und/oder ein Teil des abgetrennten Wasserstoffs in der Katalysatorstufe als Reduktionsmittel verwendet wird/werden.A process for the reduction of nitrogen oxides in steam reforming, wherein a gaseous carbon support, preferably natural gas, and water are reacted in a reactor to a synthesis gas containing hydrogen, carbon monoxide and carbon dioxide, wherein hydrogen, carbon monoxide and / or carbon dioxide are separated from the synthesis gas and wherein the in the reactor resulting flue gas is passed through at least one catalyst stage and there subjected to a selective catalytic reduction, characterized in that a part of the gaseous carbon support, a part of a mixture of the gaseous carbon support and water, a part of a used for heating gaseous fuel, a part of the synthesis gas, a portion of the depleted synthesis gas, and / or a portion of the separated hydrogen in the catalyst stage is used as the reducing agent. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Rauchgas einen CO2-Gehalt von 15 bis 20 mol-%, einen H2O-Gehalt von 15–20 mol-%, einen O2-Gehalt von 0,5 bis 5 mol-%, einen Ar-Gehalt von etwa 1 mol-% und einen NOx-Gehalt von 50 bis 250 mg/Nm3 aufweist.A method according to claim 1, characterized in that the flue gas has a CO 2 content of 15 to 20 mol%, an H 2 O content of 15-20 mol%, an O 2 content of 0.5 to 5 mol having%, an Ar content of about 1 mol% and a NO x content of 50 to 250 mg / Nm 3 -. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Katalysatorstufe eine metallische Komponente aus einem oder mehreren Metallen und/oder Metalloxiden der Gruppe Cr, Cu, Mn, Mo, Fe, Co, Pd, Ru, Pt, Rh, Ti, Zr, V, W enthält.A method according to claim 1 or 2, characterized in that the catalyst stage is a metallic component of one or more metals and / or metal oxides of the group Cr, Cu, Mn, Mo, Fe, Co, Pd, Ru, Pt, Rh, Ti, Zr , V, W contains. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Katalysatorstufe einen Zeolithen enthält, in dessen Struktur sich Atome eines oder mehrerer Metalle(s) und/oder Metalloxide(s) der Gruppe Cr, Cu, Mn, Mo, Fe, Co, Pd, Ru, Pt, Rh, Ti, Zr, V, W befinden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the catalyst stage contains a zeolite in the structure of atoms of one or more metals (s) and / or metal oxides (s) of the group Cr, Cu, Mn, Mo, Fe, Co, Pd, Ru, Pt, Rh, Ti, Zr, V, W. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rauchgas wenigstens teilweise zum Erwärmen des gasförmigen Kohlenstoffträgers und/oder von H2O genutzt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the flue gas is at least partly used for heating the gaseous carbon support and / or H 2 O. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rauchgas wenigstens einem weiteren Reinigungsschritt unterworfen wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the flue gas is subjected to at least one further cleaning step. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil des Rauchgases abgezweigt, mit dem Reduktionsmittel versetzt und in die Katalysatorstufe eingespeist wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a part of the flue gas is branched off, mixed with the reducing agent and fed into the catalyst stage. Anlage zur Reduktion von Stickoxiden bei der Dampfreformierung, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit wenigstens einem Reaktor (10), in den wenigstens eine Leitung (1') für ein aus Wasser und einem Kohlenstoffträger, bevorzugt Erdgas, bestehendes Gemisch mündet, mit einer von dem Reaktor (10) ausgehenden Ableitung (7), durch die gebildetes Synthesegas über wenigstens eine Trennvorrichtung (40) zur Abtrennung von Wasserstoff, Kohlenmonoxid und/oder Kohlendioxid aus dem Synthesegas geführt wird, und mit einer Katalysatorstufe (20) in einer Abgasleitung (15) des Reaktors (10), wobei vor und/oder in der Katalysatorstufe eine Dosiereinrichtung (21) zum Einbringen eines Reduktionsmittels vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosiereinrichtung (21) mit einer Leitung (1, 3) zur Einbringung des Kohlenstoffträgers oder eines Gemisches aus dem Kohlenstoffträger mit Wasser, einer Zufuhrleitung (5) für einen gasförmigen Brennstoff, der Ableitung (7) für das Synthesegas, der Ableitung (22) für das abgereicherte Synthesegas und/oder der Ableitung (43) für den abgetrennten Wasserstoff verbunden ist.Plant for the reduction of nitrogen oxides in steam reforming, in particular for carrying out a process according to one of the preceding claims, with at least one reactor ( 10 ), into which at least one line ( 1' ) for a mixture consisting of water and a carbon support, preferably natural gas, with one of the reactor ( 10 ) outgoing derivative ( 7 ), by the formed synthesis gas via at least one separating device ( 40 ) is conducted to the separation of hydrogen, carbon monoxide and / or carbon dioxide from the synthesis gas, and with a catalyst stage ( 20 ) in an exhaust pipe ( 15 ) of the reactor ( 10 ), wherein before and / or in the catalyst stage a metering device ( 21 ) is provided for introducing a reducing agent, characterized in that the metering device ( 21 ) with a line ( 1 . 3 ) for introducing the carbon carrier or a mixture of the carbon carrier with water, a supply line ( 5 ) for a gaseous fuel, the derivative ( 7 ) for the synthesis gas, the derivative ( 22 ) for the depleted synthesis gas and / or the derivative ( 43 ) is connected to the separated hydrogen. Anlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosiereinrichtung (21) für die Einbringung eines Gases geeignet ist.Plant according to claim 8, characterized in that the metering device ( 21 ) is suitable for the introduction of a gas. Anlage nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosiereinrichtung (21) in einem Bypass vorgesehen ist, welcher durch die aus der Abgasleitung (15) abzweigende Leitung (15') und die Zuleitung für das Reduktionsmittel (22') gebildet wird.Plant according to claim 8 or 9, characterized in that the metering device ( 21 ) is provided in a bypass, which by the from the exhaust pipe ( 15 ) branching line ( 15 ' ) and the supply line for the reducing agent ( 22 ' ) is formed.
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