DE102014108153A1

DE102014108153A1 - Anlage mit einer ein Abgas erzeugenden Behandlungsvorrichtung, einem Oxidations- und einem Reduktionskatalysator sowie Verfahren zur Behandlung des Abgases in einer solchen Anlage

Info

Publication number: DE102014108153A1
Application number: DE102014108153.6A
Authority: DE
Inventors: Melanie Flaßpöhler; Kathrin Rohloff; Franz-Josef Zurhove; Timo Stender
Original assignee: Elex Cemcat AG; ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
Current assignee: Maerz Ofenbau AG; ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
Priority date: 2014-06-10
Filing date: 2014-06-10
Publication date: 2015-12-17
Also published as: WO2015189154A1; US20170157560A1; EP3154664A1

Abstract

Eine Anlage mit einer Behandlungsvorrichtung (1) zur mechanischen und/oder thermischen Behandlung eines anorganischen Materials (2), die Abgas erzeugt, mit einem sich in Strömungsrichtung des Abgases an die Behandlungsvorrichtung (1) anschließenden Oxidationskatalysator (4) und mit einem sich in Strömungsrichtung des Abgases an den Oxidationskatalysator (4) anschließenden Reduktionskatalysator (6) weist eine Temperaturbeeinflussungsvorrichtung (3, 5) zur Beeinflussung der Temperatur des Abgases stromauf des Oxidationskatalysators (4) und/oder zwischen dem Oxidationskatalysator (4) und dem Reduktionskatalysator (6) auf.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anlage mit einer Behandlungsvorrichtung zur mechanischen und/oder thermischen Behandlung eines anorganischen Materials, die Abgas erzeugt, mit einem sich in Strömungsrichtung des Abgases an die Behandlungsvorrichtung anschließenden Oxidationskatalysator und mit einem sich in Strömungsrichtung des Abgases an den Oxidationskatalysator anschließenden Reduktionskatalysator. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Behandlung des Abgases in einer solchen Anlage.
Eine gattungsgemäße Anlage kommt beispielsweise bei der Herstellung von Zementklinker zum Einsatz. Dabei wird das Zementrohmehl vor dem Einbringen in einen Drehrohrofen in einem Materialvorwärmer, der in der Regel als vier- bis sechsstufigen Zyklonvorwärmer ausgebildet ist, durch das aus dem Drehrohrofen austretende Abgas vorgewärmt. Dabei wird das Abgas in der Regel auf eine Temperatur von zwischen 250°C und 400°C heruntergekühlt.
In den Verlauf des Abgasstrangs können weitere Vorrichtungen integriert sein, die bevorzugt bei höheren als diesen üblichen Abgastemperaturen (nach Materialvorwärmer) betrieben werden. Insbesondere kann eine Vorrichtung zur Abgasbehandlung mittels katalytischer und/oder (regenerativer) oxidativer Minderung von Schadstoffen vorgesehen sein.
Für die Abgasbehandlungsvorrichtung kann die Einstellung einer passenden Abgastemperatur erforderlich sein, um in einem passenden Temperaturbereich für eine (hohe) Schadstoffminderung zu sein. Eine solche Einstellung der Abgastemperatur vor der Abgasbehandlungsvorrichtung kann durch verschiedene Maßnahmen, wie beispielsweise eine Wasseraufgabe, einen Wärmetauscher mit Wärmezu- oder -abfuhr oder eine Zugabe eines anderes Gasstromes mit anderer Temperatur erfolgen. Soll beispielsweise eine Erhöhung der Abgastemperatur nach dem Materialvorwärmer erfolgen, kann dies durch eine zusätzliche Wärmezufuhr, beispielsweise mittels eines Zuheizers z.B. in Form von Brennern oder einer Brennkammer, erreicht werden.
Aus der DE 197 20 205 A1 ist ein Verfahren zur Reinigung von mit Stickoxiden beladenem Abgas bekannt, bei dem das Abgas in einem Wärmetauscher vorgewärmt, dann mittels eines Brenners nacherhitzt und anschließend unter Zugabe eines Reduktionsmittels einem Reduktionskatalysator zugeführt wird. Die aus dem Reduktionskatalysator austretenden heißen Abgase werden dazu genutzt, einen von zwei Wärmespeichern aufzuladen. Der andere Wärmespeicher dient währenddessen als Wärmetauscher für das dem Reduktionskatalysator zuzuführende Abgas. Durch ein zyklisches Umschalten der beiden Wärmespeicher wird somit stets einer der Wärmspeicher aufgeladen, während der andere Wärmespeicher als Wärmetauscher zum Vorerwärmen des Abgases genutzt wird.
In der DE 197 20 205 A1 ist weiterhin die Möglichkeit einer Kombination des Reduktionskatalysators mit einem diesem nachgeschalteten Oxidationskatalysator offenbart, wodurch gleichzeitig organische Verbindungen und insbesondere Furane und Dioxine aus dem Abgas entfernt werden sollen.
Weiterhin ist in der DE 10 2010 060 104 B4 eine Vorrichtung zur Behandlung von Abgasen aus beispielsweise einer Anlage zur Zementklinkerherstellung bekannt geworden. Die Vorrichtung umfasst einen mehrlagigen Katalysator, der mindestens drei hintereinander angeordnete Katalysatorlagen mit zumindest teilweise unterschiedlicher Länge aufweist. Optional kann dabei vorgesehen sein, dass die erste der Lagen als Oxidationskatalysator ausgebildet ist, während sich eine Zuführeinrichtung für ein ammoniakhaltiges Reduktionsmittel erst an diese erste Katalysatorlage anschließt.
Ausgehend von diesem Stand der Technik hat der Erfindung die Aufgabe zugrunde gelegen, eine vorteilhafte Möglichkeit zur Abgasbehandlung von aus einer Behandlungsvorrichtung zur mechanischen und/oder thermischen Behandlung eines anorganischen Materials und insbesondere von aus einem Zementklinkerofen stammendem Abgas anzugeben.
Diese Aufgabe wird mittels einer Anlage gemäß dem Patentanspruch 1 und einem Verfahren gemäß dem Patentanspruch 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Anlage und vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand der weiteren Patentansprüche und ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich bei einer Umkehrung der Reihenfolge von Reduktionskatalysator und Oxidationskatalysator im Vergleich zu der aus der DE 197 20 205 A1 bekannten Vorrichtung zur Abgasbehandlung relevante Vorteile erzielen lassen, die die mit der Umkehrung einhergehenden Nachteile überkompensieren können.
Ein weiterer Grundgedanke der Erfindung liegt darin, dass den zwei Katalysatortypen das Abgas mit einer möglichst optimal angepassten Temperatur zugeführt werden sollte, um hohe Minderungsraten für die jeweiligen Schadstoffe zu erzielen. Dabei kann grundsätzlich angenommen werden, dass die Minderungsraten für Kohlenmonoxid und/oder organische Kohlenwasserstoffe in einem Oxidationskatalysator und für organische Kohlenwasserstoffe in einem Reduktionskatalysator mit steigender Temperatur des Abgases ansteigen. Für eine Minderung von Kohlenmonoxid in einem Oxidationskatalysator ergibt sich eine Mindesttemperatur von 180°C beispielsweise aus der Richtlinie VDI 3476. Ist auch eine relevante Minderung von organischen Kohlenwasserstoffen vorgesehen, erfordert dies in der Regel höhere Abgastemperaturen von beispielsweise mindestens 360°C. Soll auch eine ausreichende Minderung von Methan mittels des Oxidationskatalysators erzielt werden, sollte die Abgastemperatur im Oxidationskatalysator mindestens 400°C betragen. Ein weiterer Vorteil höherer Abgastemperaturen in einem Oxidationskatalysators liegt in der deutlich verlangsamten Deaktivierung des Oxidationskatalysators. Derartig hohe Abgastemperaturen können bei einem Reduktionskatalysator, wie beispielsweise einem SCR-Katalysator, zu dessen schneller Deaktivierung führen. Bei einer Verschaltung entsprechend der DE 10 2010 060 104 B4 würde diese Problematik noch durch die exotherme Oxidation der Schadstoffe im Oxidationskatalysator verstärkt werden, die zu einer weiteren Erhöhung der Temperatur des aus dem Oxidationskatalysator austretenden Abgases führen könnte. Um eine Deaktivierung des Reduktionskatalysators zu verlangsamen, sollte daher die Temperatur des in den Reduktionskatalysators eintretenden Abgases begrenzt sein.
Eine erfindungsgemäße Anlage mit einer Behandlungsvorrichtung zur mechanischen und/oder thermischen Behandlung eines anorganischen Materials, die Abgas erzeugt, mit einem sich in Strömungsrichtung des Abgases an die Behandlungsvorrichtung anschließenden, vorzugsweise edelmetallhaltigen Oxidationskatalysator und mit einem sich in Strömungsrichtung des Abgases an den Oxidationskatalysator anschließenden Reduktionskatalysator ist folglich durch eine Vorrichtung zur Beeinflussung der Temperatur des Abgases, die stromauf des Oxidationskatalysators (d.h. in Strömungsrichtung des Abgases vor dem Oxidationskatalysator) angeordnet ist, und/oder eine Temperaturbeeinflussungsvorrichtung zur Beeinflussung der Temperatur des Abgases, die stromab des Oxidationskatalysators (d.h. in Strömungsrichtung des Abgases hinter dem Oxidationskatalysator) und stromauf des Reduktionskatalysators angeordnet, gekennzeichnet.
Dabei bewirkt die stromauf des Oxidationskatalysators angeordnete Temperaturbeeinflussungsvorrichtung vorzugsweise eine Erwärmung des Abgases. Die zwischen dem Oxidationskatalysator und dem Reduktionskatalysator angeordnete Temperaturbeeinflussungsvorrichtung bewirkt vorzugsweise eine Abkühlung des Abgases.
Insbesondere dann, wenn sowohl stromauf des Oxidationskatalysators als auch zwischen dem Oxidationskatalysator und dem Reduktionskatalysator jeweils eine Temperaturbeeinflussungsvorrichtung angeordnet ist, ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren eine möglichst optimale Einstellung der Temperaturen des jeweils in die Katalysatoren eintretenden Abgases.
Ein erfindungsgemäßes, insbesondere mittels einer erfindungsgemäßen Anlage durchführbares Verfahren zur Behandlung des Abgases aus einer Behandlungsvorrichtung zur mechanischen und/oder thermischen Behandlung eines anorganischen Materials, ist dadurch gekennzeichnet, dass das Abgas mit einer Temperatur von mindestens 360°C, 390°C, 400°C, 420°C oder 440°C einem Oxidationskatalysator zur Oxidation von Kohlenmonoxid (CO) und/oder organischen Kohlenwasserstoffen (C_xH_y), vorzugsweise auch Methan, zugeführt wird und anschließend einem Reduktionskatalysator zur Reduktion von Stickoxiden (NO_x) zugeführt wird. Dabei sollte das Abgas dem Reduktionskatalysator vorteilhafterweise mit maximal 420°C, vorzugsweise 400°C und besonders bevorzugt 380°C zugeführt werden. Gleichzeitig sollte die Temperatur des dem Reduktionskatalysator zugeführten Abgases vorteilhafterweise 150°C, vorzugsweise 180°C und besonders bevorzugt 220°C nicht unterschreiten.
Der Oxidationskatalysator und/oder der Reduktionskatalysator können ein- oder mehrlagig sein. Mehrere gleichartige Katalysator(lag)en können auch parallel in dem Abgasstrang der Anlage verschaltet sein.
Die Ausgestaltung der Temperaturbeeinflussungsvorrichtung(en) kann beliebig sein. Sofern mittels der Temperaturbeeinflussungsvorrichtung(en) eine Temperaturerhöhung für das Abgas erzielt werden soll, kann diese insbesondere auf einer Zufeuerung (d.h. dem Verbrennen eines Brennstoffs mit dem primären oder ausschließlichen Ziel der Wärmeeinbringung in das Abgas), einer Zumischung eines Fluids, insbesondere eines Gases, mit einer höheren Temperatur im Vergleich zu der lokalen Temperatur des Abgases, und/oder einem Wärmetausch mit einem beliebigen Wärmetauschermedium beruhen. Die Temperaturbeeinflussungsvorrichtung kann dazu einen Zuheizer, einen Zumischer für ein Fluid, insbesondere ein Gas (beispielsweise ein anderes Abgas oder ein Kühlgas der Anlage), und/oder einen Wärmetauscher umfassen.
Sofern mittels der Temperaturbeeinflussungsvorrichtung(en) eine Temperaturabsenkung für das Abgas erzielt werden soll, kann diese insbesondere auf einer Zumischung eines Gases mit einer geringeren Temperatur im Vergleich zu der lokalen Temperatur des Abgases, einer Zumischung eines bei den relevanten Temperaturen verdampfenden Mediums, vorzugsweise Wasser oder einer wässerigen Lösung, und/oder einem Wärmetausch mit einem beliebigen Wärmetauschermedium beruhen. Die Temperaturbeeinflussungsvorrichtung kann dazu einen Zumischer für ein Fluid, insbesondere ein Gas oder Wasser oder eine wässerige Lösung, und/oder einen Wärmetauscher umfassen.
Die Temperaturbeeinflussungsvorrichtung(en) ist/sind vorzugsweise hinsichtlich der Temperaturbeeinflussung für das Abgas steuerbar und besonders bevorzugt regelbar ausgebildet, so dass eine möglichst genaue und an sich ändernde Umstände (insbesondere Temperatur und Zusammensetzung des Abgases beim Eintritt in die Temperaturbeeinflussungsvorrichtung) anpassbare Einstellung der Temperatur des Abgases für den Eintritt in den stromab der Temperaturbeeinflussungsvorrichtung folgenden Oxidations- und/oder Reduktionskatalysator erfolgen kann.
Sofern sowohl stromauf des Oxidationskatalysators als auch zwischen dem Oxidationskatalysator und dem Reduktionskatalysator jeweils eine Temperaturbeeinflussungsvorrichtung vorgesehen ist, kann in einer bevorzugten Ausführungsform einer solchen erfindungsgemäßen Anlage auch vorgesehen sein, dass mittels eines gemeinsamen Wärmetauschers oder mittels jeweils eines Wärmetauschers der Temperaturbeeinflussungsvorrichtungen unter Einsatz eines Transfermediums ein Wärmeübergang von Abgas stromab des Oxidationskatalysators auf Abgas stromauf des Oxidationskatalysators erfolgt.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass eine Regelung der Temperatur des dem Oxidationskatalysator zugeführten Abgases durch einen angepassten Wärmetausch des Abgases mit dem der Behandlungsvorrichtung zuzuführenden Material erfolgt. Die stromauf des Oxidationskatalysators angeordnete Temperaturbeeinflussungsvorrichtung der erfindungsgemäßen Anlage kann dazu einen zwischen der Behandlungsvorrichtung und dem Oxidationskatalysator angeordneten Materialvorwärmer umfassen, in dem ein Wärmeübergang von dem Abgas auf das Material erfolgt. Ein Einstellen der Temperatur des in den Oxidationskatalysators eintretenden Abgases kann dann dadurch erreicht werden, dass der Wärmetausch des Abgases mit dem vorzuwärmenden Material einstellbar und insbesondere regelbar ist.
Dazu kann der Materialvorwärmer eine oder mehrere Wärmetauscherstufen umfassen, wobei eine erste Zufuhr für das Material in Richtung des Durchlaufs des Materials durch den Materialvorwärmer vor einer Wärmetauscherstufe angeordnet ist, eine zweite Zufuhr für das Material, bezogen auf die Richtung des Durchlaufs des Materials durch den Materialvorwärmer, hinter dieser Wärmetauscherstufe angeordnet ist und eine Steuereinrichtung zur angepassten Aufteilung des Materials auf die erste Zufuhr und die zweite Zufuhr vorgesehen ist. Dabei kann die Steuereinrichtung vorzugsweise als Regeleinrichtung ausgebildet sein, wobei diese als Regelgröße beispielsweise die einzustellende Temperatur des Abgases oder eine Abgaszusammensetzung stromauf und/oder stromab des Oxidationskatalysators (und gegebenenfalls auch des Reduktionskatalysators) nutzt.
Für den Reduktionskatalysator ist vorzugsweise eine Zudosiervorrichtung für ein insbesondere ammoniakhaltiges Reduktionsmittel (insbesondere flüssig oder gasförmig) vorgesehen. Dabei kann die Zudosiervorrichtung vorteilhafterweise zwischen dem Oxidationskatalysator und dem Reduktionskatalysator angeordnet sein, wodurch eine Beaufschlagung des Oxidationskatalysators mit dem Reduktionsmittel vermieden werden kann. Die Zudosiervorrichtung kann vorteilhafterweise auch als Temperaturbeeinflussungsvorrichtung fungieren, indem das zudosierte Reduktionsmittel durch Verdampfen dem Abgas Wärmeenergie entzieht. Hierzu kann insbesondere ein Zudosieren einer wässerigen Ammoniaklösung vorgesehen sein.
In einer weiterhin bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anlage kann zudem noch eine Einrichtung zur Staubabreinigung für den Oxidationskatalysator und/oder den Reduktionskatalysator vorgesehen sein, durch den ein Absetzen von Staub auf Elementen der Katalysatoreinrichtung verhindert und/oder bereits abgesetzter Staub wieder entfernt werden kann. Diese Einrichtung zur Staubabreinigung kann beispielsweise in Form eines an sich bekannten Staubbläsers, insbesondere eines für die Verwendung in Zementbearbeitungsanlagen ausgelegten Staubbläsers ausgebildet sein.
Die Integration einer oder mehrerer Einrichtungen zur Staubabreinigung in der erfindungsgemäßen Anlage kann insbesondere aufgrund der im Abgas enthaltenen Staubmengen sinnvoll sein, wenn ein Staubfilter sich in Strömungsrichtung des Abgases an die Katalysatoren anschließt und folglich das Abgas erst stromab des Reduktionskatalysators entstaubt wird. Bei einer solchen sogenannten „High-Dust“-Anordnung der Katalysatoren kann nämlich der Staubgehalt im Abgas bis zu dem Staubfilter, zumindest dann, wenn mittels der Behandlungsvorrichtung Zementklinker gebrannt werden, bis zu 100 g/Nm³ betragen oder sogar überschreiten.
Ein grundsätzlich vorteilhafter Staubfilter kann jedoch auch an anderer Stelle und insbesondere stromauf des Oxidationskatalysators in den Abgasstrang der erfindungsgemäßen Anlage integriert sein.
Die erfindungsgemäße Anlage eignet sich insbesondere für die Herstellung und/oder Bearbeitung von Material(ien) der Grundstoffindustrie, insbesondere von Grundstoffen der Montanindustrie und konkret von Zementklinker, Kalk und Mineralien.
Die erfindungsgemäße Anlage kann auch weitere Anlagen oder Anlagenkomponenten, die nicht der Behandlung eines anorganischen Materials dienen, umfassen. Insbesondere kann für eine Temperaturbeeinflussungsvorrichtung, die in Form eines Zumischers oder eines Wärmetauschers ausgebildet ist, eine Komponente und insbesondere ein in der Komponente geführter Material- oder Fluidstrom einer einsatzfremden Anlage oder Vorrichtung, beispielsweise der Kraftwerksindustrie (insbesondere Verbrennung von Materialien (insbesondere Grundstoffe, aber auch z.B. Abfall) zur Gewinnung von elektrischer Energie), genutzt werden. Diese einsatzfremden Anlagen oder Vorrichtungen können beispielsweise der Trocknung, Torrefizierung und/oder der Pyrolyse eines insbesondere kohlenstoffhaltigen Material- oder Fluidstroms dienen
Die Beeinflussung der Temperatur des Abgases stromauf des Oxidationskatalysators und/oder des Reduktionskatalysators muss nicht auf die Erzielung einer möglichst hohen Minderungsrate ausgerichtet sein. Vielmehr kann auch eine Minderung in einem Maße, dass gesetzliche Emissionsvorschriften erfüllt werden, vorgesehen sein. Dabei kann eine geringere als maximal mögliche Minderung in Kauf genommen werden, um beispielsweise die Temperaturbelastung für die Anlagenkomponenten und insbesondere die Katalysatoren und/oder einen zusätzlichen Brennstoffumsatz, beispielsweise in einem oder mehreren als Zuheizer ausgebildeten Temperaturbeeinflussungsvorrichtungen, in Grenzen zu halten.
Die Verwendung unbestimmter Artikel („ein“, „einer“, „eines“, etc.), insbesondere in den Patentansprüchen und dem diese erläuternden Teil der Beschreibung, ist als solche und nicht als Verwendung von Zahlwörtern zu verstehen. Diese Verwendung ist somit so zu verstehen, dass die damit gekennzeichneten Elemente mindestens einmal vorhanden sind und mehrmals vorhanden sein können.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den Zeichnung zeigt die
1: eine erfindungsgemäße Anlage in einer schematischen Darstellung;
2: eine erfindungsgemäße Anlage zur Herstellung von Zementklinker in einer schematischen Darstellung.
Die 1 zeigt stark vereinfacht eine erfindungsgemäße Anlage mit einer Behandlungsvorrichtung 1 zur mechanischen und/oder thermischen Behandlung eines anorganischen Materials 2 sowie mit einem der Behandlungsvorrichtung 1 nachgeschalteten Abgasstrang, in dem aus der Behandlungsvorrichtung 1 ausgetretenes Abgas gereinigt wird; d.h. es erfolgt eine Minderung der Konzentrationen von bestimmten Schadstoffen in dem Abgas.
Der Abgasstrang umfasst – in Strömungsrichtung des Abgases – eine erste Temperaturbeeinflussungsvorrichtung 3, einen Oxidationskatalysator 4, eine zweite Temperaturbeeinflussungsvorrichtung 5 und einen Reduktionskatalysator 6.
Der Behandlungsvorrichtung 1 wird das zu behandelnde Material 2 sowie ein Brennstoff 7 zugeführt. Die Behandlung des Materials 2 erfolgt thermisch durch Verbrennen des Brennstoffs 7 in der Behandlungsvorrichtung 1. Das dabei entstehende Abgas wird in der ersten Temperaturbeeinflussungsvorrichtung 3 weiter auf eine Temperatur von beispielsweise ca. 440°C erwärmt. Dies ermöglicht hohe Minderungsraten für die Konzentrationen von sowohl Kohlenmonoxid als auch organischen Kohlenwasserstoffen in dem der ersten Temperaturbeeinflussungsvorrichtung 3 nachfolgenden Oxidationskatalysator 4.
Zur Erhöhung der Abgastemperatur kann die erste Temperaturbeeinflussungsvorrichtung 3 beispielsweise einen Wärmetauscher umfassen, durch den ein Wärmeübergang von einem beliebigen anderen Fluid, beispielsweise dem Abgas stromab des Oxidationskatalysators 4 und stromauf des Reduktionskatalysators 6, auf das Abgas erfolgt. Zusätzlich kann die erste Temperaturbeeinflussungsvorrichtung 3 noch einen Zuheizer 8 umfassen, durch den eine weitere Erwärmung des Abgases zusätzlich zu derjenigen durch den Wärmetauscher erfolgen kann. Ein solcher Zuheizer 8 ist insbesondere dann sinnvoll einsetzbar, wenn der Wärmeübergang in dem Wärmetauscher nicht ausreicht, das Abgas zuverlässig auf die gewünschte Solltemperatur zu erwärmen. Hinzu kommt, dass die Wärmeeinbringung in das Abgas durch einen Zuheizer 8 über den Brennstoffumsatz gut regelbar ist.
Die Temperatur des aus dem Oxidationskatalysator 4 austretenden Abgases ist zu hoch für den sich anschließenden Reduktionskatalysator 6. Daher ist vorgesehen, das Abgas in der zweiten Temperaturbeeinflussungsvorrichtung 5 auf höchstens ca. 380°C abzukühlen. Dies kann beispielsweise – ergänzend zu einem gegebenenfalls erfolgenden Abkühlen durch einen Wärmetausch mit dem Abgas stromauf des Oxidationskatalysators 4 – durch das Eindüsen einer wässerigen Ammoniaklösung erfolgen, wobei die für das Verdampfen der Lösung erforderliche Wärmeenergie dem Abgas entzogen wird. Das Ammoniak der Lösung dient weiterhin als Reduktionsmittel für die in dem Reduktionskatalysator 6 erfolgende Minderung der Konzentrationen von Stickoxiden im Abgas.
In der 2 ist eine der Anlage gemäß der 1 im Wesentlichen entsprechende Anlage in konkreterer Ausgestaltung gezeigt. Diese dient der Herstellung von Zementklinker, der in einer Behandlungsvorrichtung in Form eines Drehrohrofens 9 aus Zementrohmehl, gebrannt wird. Dazu wird das fein vermahlene Zementrohmehl, das organische Bestandteile umfasst, in heiße Brenngase, die aus dem Drehrohrofen 9 und aus einem optional vorhandenen Kalzinator 10 stammen, dispergiert, wobei die organischen Bestandteile aus dem Zementrohmehl ausgetrieben und unvollständig verbrannt werden.
Dem Drehrohrofen 9 ist, bezogen auf die Durchlaufrichtung des Materials (2) (Zementrohmehl beziehungsweise Zementklinker), ein Materialvorwärmer 11 in Form eines mehrstufigen Zyklonvorwärmers mit integriertem Kalzinator 10 vorgeschaltet. In dem Materialvorwärmer 11 wird das Zementrohmehl in mehreren Stufen von dem aus dem Drehrohrofen 9 stammenden Abgas durchströmt und mitgerissen und anschließend in einem Zyklon der jeweiligen Vorwärmerstufe wieder aus dem Abgasstrom separiert. Der Zyklonvorwärmer weist wie üblich einen vertikalen Aufbau auf, so dass das Zementrohmehl, soweit es von dem Abgasstrom mitgerissen wird, primär entgegen der Schwerkraftrichtung bewegt wird und nach der Separierung in den Zyklonen schwerkraftbedingt zur jeweils nächsten Vorwärmerstufe fällt. Andere übliche Arten von Materialvorwärmern, wie beispielsweise gestufte Verweilzeitreaktoren, sind ebenfalls möglich.
Das Zementrohmehl wird über eine Zementrohmehlaufgabe 12 in die Anlage aufgegeben und dem Materialvorwärmer 11 zugeführt. Der Materialvorwärmer 11 dient gleichzeitig als erste Temperaturbeeinflussungsvorrichtung 3 der erfindungsgemäßen Anlage. Dazu erfolgt eine Aufteilung des Zementrohmehls auf eine erste Zufuhr 13, die, bezogen auf die Richtung des Durchlaufs des Zementrohmehls durch den Materialvorwärmer 11, vor der ersten (hier obersten) Wärmetauscherstufe 14 angeordnet ist, und eine zweite Zufuhr 15. Das über diese erste Zufuhr 4 in den Materialvorwärmer 2 eingebrachte Zementrohmehl nimmt somit an einem Wärmetausch mit dem Abgas in dieser ersten Wärmetauscherstufe 14 (und auch allen anderen Wärmetauscherstufen) teil. Die zweite Zufuhr 15 für das Zementrohmehl ist, bezogen auf die Richtung des Durchlaufs des Zementrohmehls durch den Materialvorwärmer 11, hinter der ersten Wärmetauscherstufe 14 angeordnet. Das über diese zweite Zufuhr 15 in den Materialvorwärmer 11 eingebrachte Zementrohmehl nimmt somit an einem Wärmetausch mit dem Abgas in der ersten Wärmetauscherstufe 14 nicht teil, jedoch in allen anderen Wärmetauscherstufen. Wenn ein Teil des Zementrohmehls nicht alle Wärmetauscherstufen durchläuft, verbleibt der Gesamtwärmeübergang von dem Abgas auf das vorzuwärmende Material unter einem anlagenspezifischen und betriebsparameterabhängigen Maximum, was sowohl einen Einfluss auf die Temperatur des vorgewärmten Zementrohmehls als auch auf die Temperatur des den Materialvorwärmer 11 verlassenden Abgases hat.
Die Größen der über die erste Zufuhr 13 und die zweite Zufuhr 15 in den Materialvorwärmer 11 eingebrachten Zementrohmehlströme können über eine Steuereinrichtung 16 eingestellt werden. Dies ermöglicht folglich eine angepasste Einstellung der Temperatur des den Materialvorwärmer 11 verlassenden Abgases, das anschließend einer Abgasbehandlungsvorrichtung 17 zugeführt wird. Konkret ist die Steuereinrichtung 16 dabei als Regeleinrichtung ausgebildet, die in Abhängigkeit von einer gemessenen Temperatur des in die Abgasbehandlungsvorrichtung 17 eintretenden Abgases die Größen der über die erste Zufuhr 13 und die zweite Zufuhr 15 in den Materialvorwärmer 11 eingebrachten Zementrohmehlströme derart regelt, dass sich die gemessene Abgastemperatur in einem Solltemperaturbereich befindet. Dieser Solltemperaturbereich ist dabei hinsichtlich einer möglichst hohen Minderungsrate für Schadstoffe mittels eines mehrlagigen Oxidationskatalysator 4 der Abgasbehandlungsvorrichtung 17 gewählt und beträgt beispielsweise zwischen ca. 360°C und ca. 440°C, abhängig von der konkreten Abgaszusammensetzung.
In Strömungsrichtung des Abgases ist dem Oxidationskatalysator 4 ein mehrlagiger Reduktionskatalysator 6 nachgeschaltet. Dieser basiert auf dem Prinzip der selektiven katalytischen Reduktion von insbesondere Stickoxiden. Dazu wird dem Abgas in bekannter Weise stromauf des Reduktionskatalysators 6 (und stromab des Oxidationskatalysators 4) ein Reduktionsmittel in Form von Ammoniumhydroxid zugesetzt, das sich gegenüber (der ebenfalls möglichen Verwendung von) Harnstoff als Reduktionsmittel insbesondere durch eine kürzere Verdampfungsstrecke auszeichnet. Zudem würde aus Harnstoff bei der Zersetzung Kohlenmonoxid freigesetzt, was vermieden werden soll. In dem Reduktionskatalysator 6 werden die Stickoxide mit dem Ammoniak zu Stickstoff und Wasser reduziert sowie im Abgas noch enthaltene organische Kohlenwasserstoffe weiter gemindert.
Der Oxidationskatalysator 4 und der Reduktionskatalysator 6 sind in demselben Gehäuse 18 der Abgasbehandlungsvorrichtung 17 integriert.
Die Temperatur des den Oxidationskatalysator 4 verlassenden Abgases ist für eine dauerhafte Beaufschlagung des Reduktionskatalysators 6 zu hoch. Insbesondere würden derartig hohe Temperaturen des in den Reduktionskatalysator 6 eintretenden Abgases dessen relativ schnelle Deaktivierung bewirken. Die Anlage weist daher als zweite Temperaturbeeinflussungsvorrichtung 5 eine Kühlvorrichtung für das in den Reduktionskatalysator 6 einzubringende Abgas auf. Diese Kühlvorrichtung ist in Form einer Zudosiervorrichtung 19 für Wasser ausgebildet, die mit einer Zudosiervorrichtung 20 für das Ammoniumhydroxid integral ausgebildet ist. Eine Mischung aus Ammoniumhydroxid und Wasser wird somit über eine gemeinsame Düsenvorrichtung 21 in den Abgasstrom eingebracht. Das eingebrachte Wasser verdampft in dem Abgasstrom und entzieht diesem dadurch Wärmenergie, die zu einer Temperaturabsenkung des gesamten, dann auch das verdampfte Wasser und Ammoniumhydroxid umfassenden Abgasstroms führt. Dadurch wird die Temperatur des in den Reduktionskatalysators 6 eintretenden Abgases auf vorzugsweise maximal 380°C begrenzt. Um eine gute Regelung der Mischung aus Ammoniumhydroxid und Wasser erreichen zu können, weist die integrale Zudosiervorrichtung keinen Rücklauf auf.
Der angepasste und insbesondere gegenüber der maximalen Wärmetauschleistung des Materialvorwärmers 11 verringerte Wärmetausch von dem Abgas auf das vorzuwärmende Zementrohmehl beeinflusst nicht nur die Temperatur des in die Abgasbehandlungsvorrichtung 17 eintretenden Abgases sondern auch die Temperatur des in den Drehrohrofen 9 eintretenden Zementrohmehls. Insbesondere kann diese Temperatur des vorgewärmten Zementrohmehls relativ gering sein, was jedoch durch einen erhöhten Brennstoffumsatz in einem oder mehreren, als Wärmeerzeugungsvorrichtungen dienenden Brennern (nicht dargestellt) des Drehrohrofens 9 oder – sofern vorhanden – des Kalzinators 10 ausgeglichen werden kann. Dabei kann der Brennstoffumsatz und damit die Wärmeeinbringung in den Drehohrofen 9 sowie in das Abgas mittels einer Steuereinrichtung eingestellt beziehungsweise einer Regeleinrichtung geregelt werden. Dabei kann die Temperatur des in die Abgasbehandlungsvorrichtung 17 eintretenden Abgases eine Regelgröße für den Brennstoffumsatz darstellen. Alternativ oder zusätzlich können auch andere Parameter als Regelgröße dienen, beispielsweise eine Gastemperatur in dem optional vorhandenen Kalzinator 10 der Anlage.
In dem Kalzinator 10 kann ein Vorkalzinieren des bereits in dem Zyklonvorwärmer vorgewärmten Zementrohmehls erfolgen, das anschließend in dem Drehrohrofen 9 zu Zementklinker fertig gebrannt wird. Zur Erwärmung und Entsäuerung des Zementrohmehls bei der Vorkalzinierung in dem Kalzinator 10 werden aus dem Drehrohrofen 9 entnommenes Abgas (und erwärmte Kühlluft aus einem dem Drehrohrofen 9 (bezüglich der Durchlaufrichtung des Zementklinkers) nachgeschalteten Klinkerkühler 22, die über einen Tertiärluftleitung 23 dem Kalzinator 10 zugeführt wird, genutzt. Die Separierung des in dem Kalzinator 10 vorkalzinierten Materials von dem Abgas und/oder der Kühlluft erfolgt dabei in dem Zyklon der letzten Wärmetauscherstufe des Materialvorwärmers 11.
Bezugszeichenliste

1: Behandlungsvorrichtung
2: Material
3: erste Temperaturbeeinflussungsvorrichtung
4: Oxidationskatalysator
5: zweite Temperaturbeeinflussungsvorrichtung
6: Reduktionskatalysator
7: Brennstoff
8: Zuheizer
9: Drehrohrofen
10: Kalzinator
11: Materialvorwärmer
12: Zementrohmehlaufgabe
13: erste Zufuhr
14: erste Wärmetauscherstufe
15: zweite Zufuhr
16: Steuereinrichtung
17: Abgasbehandlungsvorrichtung
18: Gehäuse
19: Zudosiervorrichtung für Wasser
20: Zudosiervorrichtung für Ammoniumhydroxid
21: Düsenvorrichtung
22: Klinkerkühler
23: Tertiärluftleitung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19720205 A1 [0005, 0006, 0010]
DE 102010060104 B4 [0007, 0011]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Richtlinie VDI 3476 [0011]

Claims

Anlage mit einer Behandlungsvorrichtung (1) zur mechanischen und/oder thermischen Behandlung eines anorganischen Materials (2), die Abgas erzeugt, mit einem sich in Strömungsrichtung des Abgases an die Behandlungsvorrichtung (1) anschließenden Oxidationskatalysator (4) und mit einem sich in Strömungsrichtung des Abgases an den Oxidationskatalysator (4) anschließenden Reduktionskatalysator (6), gekennzeichnet durch eine Temperaturbeeinflussungsvorrichtung (3, 5) zur Beeinflussung der Temperatur des Abgases stromauf des Oxidationskatalysators (4) und/oder zwischen dem Oxidationskatalysator (4) und dem Reduktionskatalysator (6).
Anlage gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturbeeinflussungsvorrichtung (3, 5) einen Zuheizer (8), einen Zumischer für ein Fluid und/oder einen Wärmetauscher umfasst.
Anlage gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturbeeinflussungsvorrichtung (3, 5) hinsichtlich der Temperaturbeeinflussung für das Abgas steuerbar ist.
Anlage gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen zwischen der Behandlungsvorrichtung (1) und dem Oxidationskatalysator (4) angeordneten Materialvorwärmer (11), in dem ein Wärmeübergang von dem Abgas auf das Material (2) erfolgt.
Anlage gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Materialvorwärmer (11) eine oder mehrere Wärmetauscherstufen umfasst, wobei eine erste Zufuhr (13) für das Material (2) in Richtung des Durchlaufs des Materials (2) durch den Materialvorwärmer (11) hinter einer Wärmetauscherstufe (6) angeordnet ist, eine zweite Zufuhr (15) für das Material (2), bezogen auf die Richtung des Durchlaufs des Materials (2) durch den Materialvorwärmer (11), vor dieser Wärmetauscherstufe (6) angeordnet ist und eine Steuereinrichtung (16) zur angepassten Aufteilung des Materials (2) auf die erste Zufuhr (13) und die zweite Zufuhr (15) vorgesehen ist.
Anlage gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine zwischen dem Oxidationskatalysator (4) und dem Reduktionskatalysator (6) angeordnete Zudosiervorrichtung (20) für ein Reduktionsmittel.
Anlage gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen stromab des Reduktionskatalysators (6) angeordneten Staubfilter.
Anlage gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Staubabreinigung für den Oxidationskatalysator (4) und/oder den Reduktionskatalysator (6).
Verfahren zur Behandlung des Abgases aus einer Behandlungsvorrichtung (1) zur mechanischen und/oder thermischen Behandlung eines anorganischen Materials (2), wobei das Abgas mit einer Temperatur von mindestens 360°C, 390°C, 400°C, 420°C oder 440°C einem Oxidationskatalysator (4) zur Oxidation von Kohlenmonoxid und/oder organischen Kohlenwasserstoffen zugeführt wird und anschließend einem Reduktionskatalysator (6) zur Reduktion von Stickoxiden zugeführt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, dass das Abgas dem Reduktionskatalysator (6) mit einer Temperatur von maximal 420°C, 400°C, 380°, 360°C oder 320°C zugeführt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgas stromab des Reduktionskatalysators (6) entstaubt wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11 dadurch gekennzeichnet, dass ein Einstellen der Temperatur des dem Oxidationskatalysator (4) und/oder dem Reduktionskatalysator (6) direkt zuzuführenden Abgases durch eine Zufeuerung, eine Zumischung eines Fluids und/oder einen Wärmetausch mit einem Wärmetauschermedium realisiert wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einstellung der Temperatur des dem Oxidationskatalysator (4) zuzuführenden Abgases durch einen angepassten Wärmetausch des Abgases mit dem der Behandlungsvorrichtung (1) zuzuführenden Material (2) erfolgt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Regelung der Temperatur des dem Reduktionskatalysator (6) zuzuführenden Abgases durch ein Zudosieren von Wasser in das Abgas erfolgt.