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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anlage zum Reinigen eines industriellen Abgases oder Abgasgemisches nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Die
DE 20 2011 000 826 U1 beschreibt eine Anlage zum Reinigen eines industriellen Abgases oder Abgasgemisches, welche sich grundsätzlich bewährt hat. Bei einer solchen Anlage wird Sorbens kontinuierlich von oben nach unten durch den Reaktor befördert und ausgetragen. Seitlich in den Reaktor erfolgt eine Zufuhr von industriellen Abgasen, welche durch die Sorbensschicht geleitet wird, wobei es zur Umsetzung von im Abgas enthaltenen Schadstoffen an der Oberfläche des Sorbens kommt und zur Ablagerung von im Abgas mittransportierten Feststoffen.
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Dabei wird das Sorbens entlang seines Fließweges durch den Reaktor zunehmend verbrauchter und dessen Sorptionsfähigkeit nimmt ab, wodurch das Abgas im unteren Bereich des Reaktors weniger effizient gereinigt wird als im oberen Bereich des Reaktors, in welchem das Sorbens unverbraucht aus einem Reservoir nachgefördert wird.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es nunmehr Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Anlage bereitzustellen, welche eine, entsprechend dem Verbrauchsgrad des Sorbens, optimiertere Reinigung von industriellen Abgasen ermöglicht.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1.
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Erfindungsgemäß weist Anlage zum Reinigen eines industriellen Abgases oder Abgasgemisches einen Reaktor mit einer Längsachse A auf und in welchen ein Abgas in ein sich von oben nach unten bewegendes trockenes Sorbens geleitet wird, wobei der Reaktor mit übereinander angeordneten Kaskadenblechen durchsetzt ist, die als Kaskadenblechreihen parallel zueinander auf Ebenen senkrecht zur Längsachse des Reaktors angeordnet sind, wobei die Kaskadenbleche in Fließrichtung des Sorbens ansteigende Abstände zueinander aufweisen.
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Dies ermöglicht ein optimierteres Absorptionsverhalten des Sorbens angepasst an dessen Verbrauchsgrad, da Abgas im unteren Bereich wegen der geringeren Anzahl an Kaskadenblechen pro Volumeneinheit eine längere Verweilzeit im Sorbens aufweist als im oberen Bereich des Reaktors.
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Alternativ zur Varianz der Abstände kann auch der Öffnungswinkel variiert werden. Daher weist eine alternative Anlage erfindungsgemäß einen Reaktor auf, welcher eine Längsachse aufweist und in welchem ein Abgas in ein sich von oben nach unten bewegendes Sorbens geleitet wird, wobei der Reaktor einen Reaktionsraum aufweist, welcher Reaktionsraum mit übereinander angeordneten Kaskadenblechen durchsetzt ist, die als Kaskadenbleichreihen parallel zueinander auf Ebenen senkrecht zur Längsachse des Reaktors angeordnet sind, wobei die Kaskadenbleche jeweils einen Öffnungswinkel aufweisen, welcher sich in Fließrichtung öffnet. wobei die Kaskadenbleche in Fließrichtung des Sorbens geringere Winkel aufweisen.
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Die Kaskadenbleche sind dabei vorzugsweise angewinkelt, können aber beispielsweise auch bogenförmig verlaufen und definieren einen Öffnungswinkel welcher sich in Fließrichtung – also in Richtung des Auslasses des Sorbens öffnet.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Es ist von Vorteil, wenn die Abstände graduell, also stufenweise, ansteigen. Graduell heißt in diesem Zusammenhang, dass in Fließrichtung des Sorbens entlang der Längsachse des Reaktors sowohl Bereiche vorhanden sind, in welchen die Abstände von aufeinanderfolgenden Kaskadenblechreihen anwachsen, als auch Bereiche vorgesehen sind, mit äquidistanten Abständen zwischen aufeinanderfolgenden Kaskadenblechreihen.
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Dabei erfolgt ein entsprechender Anstieg des Abstandes von Kaskadenblechen entlang der Längsachse des Reaktors zumindest zweimal, insbesondere zumindest viermal. Insbesondere beträgt ein jeweiliger Anstieg der Abstände von aufeinanderfolgenden Kaskadenblechreihen zumindest 5 mm, vorzugsweise 10–40 mm. Der Gesamtanstieg zwischen den obersten Abstand zweier Kaskadenbleche im Reaktionsraum und dem untersten Abstand zweiter Kaskadenbleche im Reaktionsraum beträgt vorzugsweise zumindest 30 mm, insbesondere 50–200 mm.
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In einer bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung steigen die Abstände zwischen den Kaskadenblechreihen an, während alle einzelnen Kaskadenblechen einer Kaskadenreihe jeweils in äquidistanten Abständen zueinander angeordnet sind.
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Um die Vorschubgeschwindigkeit des Sorbens über einzelne Teilstrecken im Reaktor konstant zu halten, ist es von Vorteil, wenn der Reaktor durch die Kaskadenbleche in zumindest drei ineinander übergehende Teilbereiche, einem oberen, einem mittleren und einem unteren Teilbereich, unterteilt wird, in welchen Teilbereichen die Abstände der Kaskadenblechreihen zueinander äquidistant sind, wobei die Abstände der Kaskadenblechreihen von Teilbereich zu Teilbereich zunehmen.
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Der das Sorbens aufnehmende Reaktor verfügt über eine am Reaktor angeordnete Abgaszuleitung und Reingasableitung, zwischen denen sich ein Reaktionsraum des Reaktors befindet, in welchem die Kaskadenblechreihen angeordnet sind, die innerhalb des mit Sorbens gefüllten Reaktionsraumes des Reaktors im Zusammenspiel mit dem Sorbens Kanäle ausbilden.
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Diese Abgaszuleitung und Reingasableitung sind vorzugsweise auf zueinander gegenüberliegenden Seiten an einer Mantelfläche des Reaktors angeordnet.
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Die Anzahl, der Abstand oder das Volumen der auf einer Ebene senkrecht zur Längsachse des Reaktors angeordneten Kanäle nimmt entlang der Längsachse des Reaktors in Fließrichtung des Sorbens ab.
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1 ein Teilausschnitt einer Anordnung von Kaskadenblechen in einem Reaktionsraum eines Reaktors einer erfindungsgemäßen Anlage zur Reinigung eines industriellen Abgases oder Abgasgemisches;
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2 die schematische Seitenansicht einer Anlage zur Reinigung eines industriellen Abgases oder Abgasgemisches gemäß Stand der Technik; und
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3 eine geschnittene schematische Darstellung der Anlage aus 2 um 90° gedreht.
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2 zeigt eine Anlage zum Reinigen von industriellen Abgasen bzw. eines industriellen Abgases oder Abgasgemisches, wie sie aus der
DE 20 2011 000 826 U1 bekannt ist.
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Dabei ruht ein rechteckiger Reaktor 1 auf einem Stützgestell 2 und ist in einen Vorratsraum 3 und einen Reaktionsraum 4 unterteilt. Der Reaktor ist mit jeweils einer seitlich gegenüberliegend angeordnete Abgaszuleitung 5 und Reingasableitung 6 versehen, zwischen denen sich ihn durchsetzende, reihenweise übereinander versetzt liegende gewinkelte Kaskadenbleche 7 erstrecken, wie sich insbesondere auch aus 3 entnehmen lässt. Die Schenkel bzw. Blechflächen dieser Kaskadenbleche 7 schließen einen Winkel α von 15–70°, vorzugsweise 30–60°, besonders bevorzugt 45°, zwischen sic h ein.
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Der Reaktor 1 weist Mittel zur Anzeige eines Maximalfüllstandes und eines Minimalfüllstandes 8 und 9 auf, wobei diese Mittel im vorliegenden Ausführungsbeispiel in den Vorratsraum 3 des Reaktors hineinragen. Die Mittel zur Anzeige eines Maximalfüllstandes und eines Minimalfüllstandes 8 und 9 im Bereich einer Einfüllöffnung 10, die oberhalb des Vorratsraumes 3 angeordnet ist, am Reaktor 1 festgelegt. Ebenfalls im Bereich der Einfüllöffnung 10 ist eine erste und eine zweite Zuführleitung 11 und 12 angeordnet, über die der Vorratsraum 3 mit einem Sorbens, beispielsweise mit Kalksteinsplitt, befüllbar ist.
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Das Sorbens bzw. Sorptionsmaterial kann dabei weitere Zuschlagstoffe enthalten, wie beispielsweise Kalziumhydroxid, Kalziumoxid, Magnesiumoxid, Siliziumdioxid, Eisenoxid und Aluminiumoxid. Dabei bewirkt beispielsweise Kalziumhydroxid eine zusätzliche Neutralisierung bei Sorption von sauren Gasbestandteilen wie HCI und HF zusätzlich zu den Schwefeloxiden. Fe2O3 und Al2O3 können zudem eine katalytische Nachverbrennung von Rauchgasbestandteilen ermöglichen. Die Sorption und die Neutralisierung kann durch Hydratanteile weiter erhöht werden.
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Zum Entfernen von Stickoxiden aus dem Rauchgas durch Trockensorption können Harnstoffgranalien genutzt werden. Harnstoffgranalien sind vorzugsweise mit Harnstoff-dotierte Kalkkörner, es können aber auch andere saugfähige wärmeresistente Materialien als Trägermaterialien verwendet werden, die mit Harnstoff dotiert sind. Eine weitere zusätzliche oder alternative Möglichkeit zur Beseitigung von Stickoxiden ist der Zusatz von Platin/Keramik-Verbindungen zum Sorptionsmaterial. Werden Harnstoffgranalien als ein Bestandteil des Sorptionsmaterial verwendet, so kann in den Bauteilen, beispielsweise in Kaskadenblöcken, in Kaskadenblechen und/oder in Sammelhauben der erfindungsgemäßen Reaktoren ein Katalysator integriert werden, um eine Entstickung bei Abgastemperaturen von etwa 150–200°C zu ermöglichen. Die Katalyse kann beispielsweise auch in einer Schüttschicht aus Katalysatorgranulat erfolgen.
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Dabei wird über die Zuleitung
11 dem Vorratsraum
3 frisches Sorbens zugeführt und über die Zuleitung
12 rückgeführtes noch sorptionsfähiges Sorbens, welches bereits schon einmal in dem Reaktor eingesetzt wurde. Unterhalb des gewinkelten Kaskadenblechs
7 bilden sich im Zusammenspiel mit dem Sorbens nicht näher dargestellte Kanäle aus, wie sie u. a. auch in
3 der
DE 20 2011 000 826 U1 dargestellt sind, auf deren Offenbarung diesbezüglich vollumfänglich Bezug genommen wird. Der Scheitelpunkt des Winkels eines Kaskadenblechs zeigt dabei nach oben, also entgegen der Fließrichtung des Sorbens. Davon steht die eine Hälfte der Kanäle mit dem Abgaseinlass
5 und die andere Hälfte der Kanäle mit dem Reingasaustritt
6 mittels im Bereich der Kaskadenbleche
7 angebrachter Wandöffnungen
17 in Verbindung. Auf diese Weise werden der Reaktor
1 sowie das von ihm aufgenommene Sorbens, gemäß den in den
2 wiedergegebenen Pfeile von den zu reinigenden Abgasen durchströmt und die darin enthaltenen Schadstoffe von dem Sorbens gebunden. Die Abstände der Kaskadenbleche einer Kaskadenblechreihe und der Kaskadenblechreihen untereinander sind in der Ausführungsvariante der
2 äquidistant.
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Der Reaktor 1 verjüngt sich dabei gemäß 3 in seinem unteren Bereich zu einer Austragsrinne 18, wodurch ein trichterförmiges Segment 19 entsteht. Mit Hilfe einer in der Austragsrinne 18 umlaufenden Förderschnecke 20 wird ein Materialstrom des Sorbens im Reaktor 1 langsam über die Kaskadenbleche 7 hinweg von oben nach unten bewegt, sodass im Bereich des Abgaszuleitung 5 und Reingasableitung 6 für die Abgasreinigung immer wieder unverbrauchtes Material zur Verfügung steht. Damit geht die Fließbewegungen des Sorbens an allen Stellen des Reaktors 1 völlig gleichmäßig vor sich. Dabei ist es erforderlich, dass sich die Förderschnecke 20 entsprechend der Darstellung in 2 in ihrer Förderrichtung im Durchmesser erweitert und dass im trichterförmigen Segment 19 ein weiteres sich in seiner Längsrichtung erstreckendes gewinkeltes Kaskadenblech 21 angeordnet ist. Dabei sollte dieses die Austragsrinne 19 überdeckende Kaskadenblech 21 vorzugsweise mit demselben Neigungswinkel wie das trichterförmige Segment 19 ausgestattet sein.
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Alternativ zum Materialaustrag über die Förderschnecke 20 kann auch ein Materialaustrag durch eine Zahnradschleuse vorgesehen sein.
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2 und 3 zufolge ist der in der Austragsrinne 18 des Reaktors 1 umlaufenden Förderschnecke 20 eine Schältrommel 22 nachgeschaltet, die das aus dem Reaktor 1 abgezogene Sorbens in seine gesättigten Bestandteile und die noch sorptionsfähigen Bestandteile trennt. Letztere werden von der Schältrommel 22 entweder in ein nicht dargestelltes Auffangbehältnis 24 oder in einen hier schematisch angedeuteten Steigförderer 24 abgeworfen, der das noch sorptionsfähige Sorbens oberhalb des Vorratsraumes 3 dem Reaktor 1 zuführt. Hierdurch wird für eine verbesserte Ausnutzung des Sorbens von bis zu 40 Gew.-% ermöglicht.
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Vorzugsweise wird im Wesentlichen Granulat verwendet, welches nicht mittels einer Schältrommel aufarbeitbar bzw. recyclebar ist.
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Das Sorbens sollte besonders vorteilhaft eine Korngröße von vorzugsweise zumindest 2,5 mm für den kleinsten Korngrößendurchmesser eines jeden Sorbensteilchens aufweisen, um eine Stauung des Abgasstromes und damit einen hohen Druckaufbau innerhalb eines Kanals zu vermeiden.
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Dabei hat sich die Verwendung von Sorbens als günstig erwiesen, bei dem die Sorbensteilchen in einem Bereich der Korngröße von 2.5 bis 10 mm für den kleinsten Korngrößendurchmesser eines jeden Sorbensteilchens liegen. Dabei kann vorteilhaft eine besonders kontinuierliche Fließgeschwindigkeit des Sorbens ermöglicht werden.
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Besonders bevorzugt sollte die Korngröße des Sorbens 2–5 mm für den kleinsten Korngrößendurchmesser eines jeden Sorbensteilchens betragen. In diesem Bereich wird besonders vorteilhaft eine vergleichsweise große Oberfläche zur Sorption von Schadstoffen in Abgasen bereitgestellt, ohne dass es jedoch zu einem übermäßigen Druckaufbau durch einen Abgasstau innerhalb eines Kanals kommt.
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Da infolge des Materialtransportes und des damit verbundenen Abriebs sich die Sorbensteilchen verkleinern, empfiehlt es sich, im Bereich der Auslassrinne 18 oder der zweiten Zuführleitung 12 hier nicht näher dargestellte Mittel zur Größentrennung vorzusehen, welche Sorbenspartikel mit zu kleinem Durchmesser, welche die Abgasstrom durch das Sorbens im Reaktionsraum 4 zu stark behindern würden, vor dem Zuführen in den Vorratsraum 3 herausfiltern und aus dem Prozess entfernen.
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Die in 2 und 3 gezeigte bereits bekannte Ausführungsvariante beschreibt lediglich ein mögliches Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Anlage zur Reinigung von industriellen Abgasen. Andere konstruktive Ausgestaltungen sind ebenfalls durch den Gegenstand der Erfindung erfasst, welche nachfolgend anhand von 1 näher erläutert wird.
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1 zeigt eine Detailansicht der in 2 und 3 abgebildeten Anlage, jedoch ohne äquidistante Abstände der Kaskadenbleichreichen zueinander. Die bereits zuvor erwähnten Kaskadenbleche sind auch in diesem Ausführungsbeispiel reihenweise angeordnet. Allerdings nimmt der Abstand 25.1–25.5 der Kaskadenblechreihen 26 im Reaktor erfindungsgemäß von oben nach unten zu. Der Reaktor ist im vorliegenden Fall rechteckig aufgebaut. Er kann beispielsweise auch zylindrisch aufgebaut sein. Er weist stets eine Längsachse A auf.
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Entlang dieser Längsachse A nimmt der Abstand 25.1–25.5 der Kaskadenblechreichen 26 zueinander in der Fließrichtung des Sorbens zu.
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Wie in 1 erkennbar erfolgt die Zunahme des Abstandes der Kaskadenblechreihen 26 vorzugsweise graduell, also schrittweise. So folgen auf eine Abstandszunahme mehrere Kaskadenblechreihen mit äquidistantem Abstand bevor eine weitere Abstandszunahme erfolgt. Dadurch läßt sich der Reaktor in Geschwindigkeitsregime unterteilen.
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Der Abstand 25.1 zwischen den oberen beiden Kaskadenblechreihen 26 beträgt im oberen Teilbereich des Reaktors, in welchem im Wesentlichen unverbrauchtes Sorbens vorliegt, beispielsweise 250 mm. Die darauffolgenden Abstände 25.1 sind über 3–8 Kaskadenblechreihen äquidistant, also gleichbleibend bei 250 mm.
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Nach diesem Teilbereich erfolgt eine erste Vergrößerung des Abstandes 25.2 zwischen den Kaskadenblechreihen um 15–35 mm, vorzugsweise um 25 mm, sowie eine darauffolgende zweite Vergrößerung des Abstandes 25.3. Der Abstand 25.3 der Kaskadenblechreihen 26 nach dieser zweifachen Abstandsvergrößerung liegt beispielsweise bei 300 mm. Dieser Abstand 25.3 wird äquidistant im mittleren Teilbereich des Reaktors 1 eingehalten.
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Im unteren Teilbereich des Reaktors 1 erfolgt eine weitere zweifache Vergrößerung der Abstände 25.4 und 25.5 der Kaskadenblechreihen 26 auf 350 mm. Die Kaskadenblechreihen 26 nehmen nach dieser Vergrößerung abermals einen äquidistanten Abstand zueinander ein.
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Eine Kaskadenblechreihe erstreckt sich dabei jeweils entlang einer Ebene, die senkrecht zur Längsachse des Reaktors verläuft. Der Abstand 27 der Kaskadenbleche 7 einer Kaskadenblechreihe 26 ist im vorliegenden Beispiel bei allen Kaskadenblechen des Reaktors äquidistant.
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Das in 1 dargestellte Ausführungsbeispiel stellt eine besonders bevorzugte Variante der Ausgestaltung eines Reaktors einer erfindungsgemäßen Anlage dar. Dabei wird das Abgas, wie bereits zuvor beschrieben, dem darin befindlichen Sorbens und allen Teilbereichen des Reaktors zugleich zugeführt. Durch den kleineren Abstand der Kaskadenbleche im oberen Bereich werden mehr Kanäle pro Volumeneinheit zur Durchleitung des Abgases bereitgestellt als im mittleren oder dem unteren Bereich des Reaktors. Dadurch ist die Verweilzeit des Abgases, welches sich während des Durchgangs durch den Reaktor in Reingas umwandelt, kürzer als im mittleren oder im unteren Teilbereich des Reaktors. Dies wiederum bewirkt eine längere Verweilzeit des Abgases in den mittleren oder den unteren Teilbereich des Reaktors, da das Gas hier eine dickere jedoch zunehmend verbrauchtere Sorbenslage passieren muss.
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Durch die zunehmenden Kaskadenblechabstände kann also ein Gradient bezüglich der Verweilzeit des Abgases/Reingases im Reaktorraum vorgegeben werden, welcher den zunehmenden Verbrauch des Sorbens über den Transportweg entlang der Längsachse A des Reaktors berücksichtigt. Durch die Vergrößerung der Abstände der Kaskadenbleche, insbesondere der Kaskadenblechreihen, erfolgt somit eine Optimierung der Verweilzeit des Abgases.
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Die Unterteilung des Reaktors in drei Teilbereiche in welchen die Kaskadenblechreihen 26 graduell ansteigende Abstände 25.1–25.5 entlang der Längsachse A des Reaktors 1 und in Fließrichtung des Sorbens aufweisen, ist nicht zwingend auf diese Variante beschränkt. Es können auch mehr als nur drei Teilbereiche ausgebildet werden oder ggf. auch eine kontinuierliche Vergrößerung des Abstandes der Kaskadenblechreihen vorgesehen sein.
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Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich den Abstand 27 der Kaskadenbleche 7 jeweils einer Kaskadenblechreihe 26 entlang der Längsachse A des Reaktors in Fließrichtung des Sorbens zu erhöhen.
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Alternativ oder zusätzlich kann auch der Öffnungswinkel α der Kaskadenbleche entlang der Längsachse des Reaktors variiert werden, um Kanäle unterschiedlichen Volumens vorzugeben. Der Winkel wird dabei derart verändert, dass das Volumen der Kanäle, die sich bei jedem Kaskadenblech in Zusammenwirkung mit dem Sorbens ausbilden, von einer Kaskadenblechreihe zu einer in Fließrichtung nächsten Kaskadenblechreihe verkleinert.
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Die erfindungsgemäße Anlage ist insbesondere eine Anlage zum Reinigen eines industriellen Abgases oder Abgasgemisches mit einem Reaktor 1, welcher eine Längsachse A aufweist und in welchem das Abgas A in ein sich von oben nach unten bewegendes Sorbens geleitet wird, wobei der Reaktor einen Reaktionsraum 4 aufweist, welcher Reaktionsraum 4 mit übereinander angeordneten gewinkelten Kaskadenblechen 7 durchsetzt ist, die als Kaskadenbleichreihen 26 parallel zueinander auf Ebenen senkrecht zur Längsachse A des Reaktors angeordnet sind, wobei die Kaskadenbleche 7 in Fließrichtung des Sorbens ansteigende Abstände 25.1–25.5 zueinander aufweisen und/oder die Kaskadenbleche 7 in Fließrichtung des Sorbens geänderte Winkel aufweisen
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Reaktor
- 2
- Stützgestell
- 3
- Vorratsraum
- 4
- Reaktionsraum
- 5
- Abgaszuleitung
- 6
- Reingasableitung
- 7
- Kaskadenblech
- 8
- Minimalfüllstand
- 9
- Minimalfüllstand
- 10
- Einfüllöffnung
- 11
- Zuführleitung
- 12
- Zuführleitung
- 17
- Wandöffnungen
- 18
- Auslassrinne
- 19
- Segment
- 20
- Förderschnecke
- 21
- Kaskadenblech
- 22
- Schältrommel
- 24
- Steigförderer
- 25.1–25.5
- Abstand zwischen zwei Kaskadenblechreihen
- 26
- Kaskadenblechreihe
- 27
- Abstand zwischen zwei Kaskadenblechen einer Reihe
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202011000826 U1 [0002, 0021, 0026]
