DE102015208029A1

DE102015208029A1 - Reinigungsvorrichtung, Kalzinieranlage und Verfahren zum Reinigen eines Rohgasstroms

Info

Publication number: DE102015208029A1
Application number: DE102015208029.3A
Authority: DE
Inventors: Martin Schröter; Erhard Rieder
Original assignee: Duerr Systems AG
Current assignee: Duerr Systems AG
Priority date: 2015-04-30
Filing date: 2015-04-30
Publication date: 2016-11-03
Also published as: WO2016173785A1

Abstract

Um eine Reinigungsvorrichtung, welche insbesondere in einer Kalzinieranlage zum Reinigen eines Abgasstroms zum Einsatz kommen kann, zu schaffen, mittels welcher ein mit Verunreinigungen beladener Rohgasstrom effizient reinigbar ist, wird vorgeschlagen, dass die Reinigungsvorrichtung Folgendes umfasst: eine Katalysatorvorrichtung zur Behandlung des Rohgasstroms; eine Gaszuführung, mittels welcher ein zu reinigender Rohgasstrom zu der Katalysatorvorrichtung zuführbar ist; eine Gasabführung, mittels welcher ein durch Behandlung des Rohgasstroms erhältlicher Reingasstrom abführbar ist, wobei die Reinigungsvorrichtung einen Wärmeübertrager umfasst, welcher die Gaszuführung und die Gasabführung thermisch miteinander koppelt, so dass Wärme, insbesondere in der Reinigungsvorrichtung freigesetzte Wärme, von dem Reingasstrom auf den Rohgasstrom übertragbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Reinigungsvorrichtung, welche insbesondere in einer Kalzinieranlage zum Reinigen eines Abgasstroms zum Einsatz kommen kann. Beispielsweise beim Kalziniervorgang zur Herstellung von Zementklinker können durch die Verbrennung von Brennstoffen und/oder durch den eigentlichen Kalziniervorgang Schadstoffe entstehen oder freigesetzt werden, insbesondere Kohlenstoffmonooxid (CO), leichtflüchtige Kohlenwasserstoffe (volatile organic compound, VOC) und Stickoxide (NO_X). Diese Schadstoffe werden vorzugsweise mittels einer Reinigungsvorrichtung aus dem Abgasstrom entfernt, bevor der Abgasstrom an die Umgebung abgegeben wird.
Eine Reinigung des Rohgasstroms (Abgasstroms) kann beispielsweise mittels selektiver nicht-katalytischer Reduktion, selektiver katalytischer Reduktion und/oder einer Verbrennungsvorrichtung erfolgen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Reinigungsvorrichtung bereitzustellen, mittels welcher ein mit Verunreinigungen beladener Rohgasstrom effizient reinigbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Reinigungsvorrichtung zum Reinigen eines Rohgasstroms, insbesondere eines Abgasstroms einer Kalzinieranlage, gelöst, wobei die Reinigungsvorrichtung Folgendes umfasst:
eine Katalysatorvorrichtung zur Behandlung des Rohgasstroms;
eine Gaszuführung, mittels welcher ein zu reinigender Rohgasstrom zu der Katalysatorvorrichtung zuführbar ist;
eine Gasabführung, mittels welcher ein durch Behandlung des Rohgasstroms erhältlicher Reingasstrom abführbar ist,
wobei die Reinigungsvorrichtung einen Wärmeübertrager umfasst, welcher die Gaszuführung und die Gasabführung thermisch miteinander koppelt, so dass Wärme von dem Reingasstrom auf den Rohgasstrom übertragbar ist. Insbesondere kann mittels des Wärmeübertragers eine während der Behandlung des Rohgasstroms in der Reinigungsvorrichtung zugeführte, entstehende und/oder freigesetzte und zumindest teilweise vom Reingasstrom mitgeführte Wärmeenergie auf den Rohgasstrom übertragen werden. In bevorzugter Ausführung kann zumindest ein Teil der durch zumindest teilweise Oxidation der oxidierbaren Bestandteile des Rohgasstroms, insbesondere der im Rohgasstrom mitgeführten oxidierbaren Schadstoffe, freigesetzten und vom Reingasstrom mitgeführten Reaktionswärme zumindest teilweise auf den Rohgasstrom übertragen werden.
Die Reinigungsvorrichtung dient vorzugsweise zur Reinigung von Rauchgas, insbesondere entstaubtes Rauchgas im Niedertemperaturbereich.
Vorzugsweise ist die Reinigungsvorrichtung eine Rauchgasreinigungsvorrichtung.
Vorzugsweise ist die im Rauchgas enthaltene Energie durch Oxidation von oxidierbaren Stoffen und durch nachfolgende Wärmekopplung nutzbar, insbesondere zum Erhitzen eines durch Rauchgas gebildeten Rohgasstroms.
Der Rohgasstrom ist vorzugsweise Rauchgas, insbesondere entstaubtes Rauchgas.
Dadurch, dass die Reinigungsvorrichtung einen Wärmeübertrager zur thermischen Kopplung der Gaszuführung mit der Gasabführung umfasst, kann die Reinigungsvorrichtung vorzugsweise energieeffizient betrieben werden, insbesondere um letztlich den mit Verunreinigungen beladenen Rohgasstrom effizient zu reinigen.
Günstig kann es sein, wenn die Reinigungsvorrichtung eine Zuführvorrichtung zum Zuführen eines Zusatzstoffes zu dem Rohgasstrom umfasst.
Der Zusatzstoff kann beispielsweise Ammoniak (NH₃) sein oder Ammoniak (NH₃) oder ein Ammoniak-bildendes Material umfassen.
Es kann vorgesehen sein, dass der Zusatzstoff ein Ammoniak-Luft-Gemisch und/oder ein Ammoniak-Wasser-Gemisch umfasst oder durch ein solches gebildet ist.
Die Zuführvorrichtung ist vorzugsweise stromaufwärts der Katalysatorvorrichtung angeordnet.
Mittels der Zuführvorrichtung zugeführter Zusatzstoff ist somit insbesondere gemischt zusammen mit dem Rohgasstrom zu der Katalysatorvorrichtung zuführbar.
Die Zuführvorrichtung kann beispielsweise eine oder mehrere Düsen zum Einspritzen oder sonstigen Zuführen des Zusatzstoffes zu dem Rohgasstrom umfassen. Die Düsen können beispielsweise matrixförmig angeordnet sein.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Zuführvorrichtung ein Düsengitter umfasst.
Die Katalysatorvorrichtung umfasst vorzugsweise einen DeNO_X-Katalysator zur Stickoxidreduktion. Ein DeNO_X-Katalysator kann beispielsweise Titandioxid, Vanadiumpentoxid, Wolframdioxid und/oder Zeolith zur Reduktion von Stickoxiden (NO_X) umfassen.
Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass die Katalysatorvorrichtung einen Oxidations-Katalysator zur Oxidation von Verunreinigungen im Rohgasstrom umfasst.
Beispielsweise kann die Katalysatorvorrichtung einen Oxidations-Katalysator zur Oxidation von Kohlenstoffmonooxid (CO) und/oder Kohlenwasserstoffen (HC) umfassen.
Kohlenwasserstoffe (HC) sind insbesondere leichtflüchtige Kohlenwasserstoffe (VOC).
Ein Oxidations-Katalysator der Katalysatorvorrichtung ist vorzugsweise stromabwärts eines DeNO_X-Katalysators der Katalysatorvorrichtung angeordnet.
Günstig kann es sein, wenn die Reinigungsvorrichtung eine Mischvorrichtung umfasst.
Mittels der Mischvorrichtung ist vorzugsweise ein stromaufwärts der Katalysatorvorrichtung geführter Gasstrom mischbar. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Gasstrom den Rohgasstrom, einen oder mehrere Zusatzstoffe und/oder Luft umfasst und mittels der Mischvorrichtung mischbar ist.
Günstig kann es sein, wenn die Reinigungsvorrichtung sowohl eine Zuführvorrichtung zum Zuführen von Ammoniak, Ammoniak-bildendem und/oder Ammoniak-freisetzendem Material zu dem Rohgasstrom als auch einen DeNO_X-Katalysator zur Stickoxidreduktion umfasst. Die Reinigungsvorrichtung umfasst dann insbesondere eine Vorrichtung zur selektiven katalytischen Reduktion.
Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass die Reinigungsvorrichtung eine Vorrichtung zur selektiven nicht-katalytischen Reduktion umfasst, welche beispielsweise durch eine Zuführvorrichtung zum Zuführen von Ammoniak, Ammoniak-bildendem und/oder Ammoniak-freisetzendem Material zu dem Rohgasstrom und eine Verbrennungsvorrichtung umfasst.
Bei einer Vorrichtung zur selektiven katalytischen Reduktion erfolgt die Stickoxidreduktion vorzugsweise an einer Katalysatoroberfläche. Bei einer Vorrichtung zur selektiven nicht-katalytischen Reduktion erfolgt die Stickoxidreduktion insbesondere in einem Brennraum der Verbrennungsvorrichtung. Ammoniak dient dabei vorzugsweise als Hilfsmittel zur Stickoxidreduktion.
In dieser Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen wird zur Stickoxidreduktion insbesondere auf Ammoniak Bezug genommen. Es können jedoch auch alternative Zusatzstoffe vorgesehen sein, welche beispielsweise Harnstoff (CH₄N₂O), Koffein (C₈H₁₀N₄O₂) und/oder andere stickstoffhaltige Reduktionsmittel enthalten.
Die erfindungsgemäße Reinigungsvorrichtung ermöglicht vorzugsweise eine Brennwertnutzung, bei welcher ein Energieinhalt von im Rohgasstrom enthaltenen Stoffen zum Betrieb der Reinigungsvorrichtung, insbesondere zur Beheizung eines oder mehrerer Emissionsminderungsprozesse, nutzbar ist.
Vorteilhaft kann es sein, wenn die Reinigungsvorrichtung eine Verdünnungsvorrichtung zur Verdünnung des Rohgasstroms mit Luft umfasst.
Die Verdünnungsvorrichtung ist vorzugsweise stromaufwärts der Katalysatorvorrichtung angeordnet.
Vorzugsweise ist die Verdünnungsvorrichtung stromabwärts einer Zuführvorrichtung zum Zuführen eines Zusatzstoffes zu dem Rohgasstrom angeordnet.
Die Begriffe "stromaufwärts" und "stromabwärts" beziehen sich insbesondere auf die Strömungsrichtung des Rohgasstroms oder des durch Reinigung des Rohgasstroms erhältlichen Reingasstroms innerhalb der Reinigungsvorrichtung und/oder der gesamten Kalzinieranlage.
Günstig kann es sein, wenn die Reinigungsvorrichtung eine Mischvorrichtung umfasst.
Die Mischvorrichtung ist beispielsweise ein durch mehrere Prallplatten, Umlenkelemente und/oder sonstige Turbulenzerzeuger gebildeter Gasmischer.
Vorteilhaft kann es sein, wenn die Mischvorrichtung stromabwärts einer Zuführvorrichtung und/oder einer Verdünnungsvorrichtung der Reinigungsvorrichtung angeordnet ist.
Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass die Mischvorrichtung stromaufwärts einer Katalysatorvorrichtung der Reinigungsvorrichtung angeordnet ist.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Reinigungsvorrichtung eine Verbrennungsvorrichtung umfasst.
Die Verbrennungsvorrichtung kann beispielsweise eine regenerative thermische Verbrennungsvorrichtung (RTO) umfassen.
Die Verbrennungsvorrichtung ist vorzugsweise eine Heizvorrichtung, mittels welcher der zu behandelnde Gasstrom unter Verwendung von zusätzlichem Brennstoff erhitzbar ist, insbesondere auf Temperaturen von mindestens ungefähr 800 °C, beispielsweise mindestens ungefähr 900 °C.
Die Verbrennungsvorrichtung ist vorzugsweise stromabwärts der Katalysatorvorrichtung der Reinigungsvorrichtung angeordnet.
Ferner kann vorgesehen sein, dass die Verbrennungsvorrichtung stromaufwärts eines Wärmeübertragers der Reinigungsvorrichtung angeordnet ist.
Günstig kann es sein, wenn die Verbrennungsvorrichtung zwei Wärmespeicherabschnitte umfasst, zwischen welchen insbesondere ein Brennraum der Verbrennungsvorrichtung angeordnet ist.
Die Wärmespeicherabschnitte umfassen vorzugsweise einen Formkörper oder eine Schüttung aus einem Medium mit hoher Wärmespeicherkapazität, beispielsweise Keramik.
Vorzugsweise ist die Verbrennungsvorrichtung in einem Umkehrbetrieb betreibbar, so dass die Wärmespeicherabschnitte und der zwischen den Wärmespeicherabschnitten angeordnete Brennraum zeitlich variierend wahlweise in einander entgegengesetzten Durchströmungsrichtungen durchströmbar sind.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Verbrennungsvorrichtung eine Umschaltvorrichtung umfasst oder dass der Verbrennungsvorrichtung eine Umschaltvorrichtung zugeordnet ist. Mittels einer Umschaltvorrichtung kann insbesondere bei Bedarf die Durchströmungsrichtung der Verbrennungsvorrichtung umgekehrt werden.
Die Verbrennungsvorrichtung dient vorzugsweise der Verbrennung von Verunreinigungen, beispielsweise Methan.
Die erfindungsgemäße Reinigungsvorrichtung eignet sich insbesondere zur Verwendung in einer Kalzinieranlage.
Die vorliegende Erfindung betrifft daher auch eine Kalzinieranlage, insbesondere zur Zementherstellung, welche eine erfindungsgemäße Reinigungsvorrichtung umfasst.
Die Reinigungsvorrichtung dient insbesondere der Reinigung von Abgas der Kalzinieranlage vor der Abgabe desselben an eine Umgebung.
Die Reinigungsvorrichtung ist dabei vorzugsweise bezüglich einer Strömungsrichtung des Abgases zwischen einer Abscheidevorrichtung, beispielsweise einem Gewebefilter, und einem Schornstein oder Kamin der Kalzinieranlage angeordnet.
Die Kalzinieranlage umfasst vorzugsweise einen Zementkalzinierofen (Kalzinierer) und eine Vorkalziniervorrichtung (Vorkalzinierer).
Ein Kalzinierer ist insbesondere ein Drehrohrofen, bei welchem ein Zementrohstoff, insbesondere Kalkstein, Sand, Eisenerz und/oder Gips zu Zementklinker gebrannt wird.
Ein Vorkalzinierer umfasst insbesondere einen oder mehrere beheizte Sichter zur Vorbehandlung und/oder zum Trocknen der Rohstoffe.
In dieser Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen ist das Kalzinieren am Beispiel der Zementherstellung erläutert.
Grundsätzlich ist unter "Kalzinieren" oder "Kalzinierung" das Erhitzen von festen Stoffen zur Entwässerung und/oder zum Zersetzen derselben zu verstehen. Die Kalzinierung kann dabei beispielsweise zur Herstellung von Zement, Aluminiumoxid, Calciumoxid, Petrolkoks, etc. vorgesehen sein.
Vorzugsweise wird ein Kalzinierprozess im Gegenstrom durchgeführt. Ein zum Erhitzen des Feststoffs genutzter Heißgasstrom wird hierbei vorzugsweise entgegen einer Förderrichtung des Feststoffs geführt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die weitere Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Reinigen eines Rohgasstroms bereitzustellen, welches effizient durchführbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Reinigen eines Rohgasstroms, insbesondere eines Abgasstroms einer Kalzinieranlage, gelöst, wobei das Verfahren Folgendes umfasst:
Zuführen eines zu reinigenden Rohgasstroms zu einer Katalysatorvorrichtung; Behandeln des Rohgasstroms mittels der Katalysatorvorrichtung, so dass ein Reingasstrom erhalten wird;
Übertragen von Wärme mittels eines Wärmeübertragers von dem Reingasstrom auf den der Katalysatorvorrichtung zuzuführenden Rohgasstrom.
Das erfindungsgemäße Verfahren weist vorzugsweise einzelne oder mehrere der im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Reinigungsvorrichtung und/oder der erfindungsgemäßen Kalzinieranlage beschriebenen Merkmale und/oder Vorteile auf.
Ferner weist vorzugsweise die erfindungsgemäße Reinigungsvorrichtung einzelne oder mehrere der im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Kalzinieranlage und/oder dem erfindungsgemäßen Verfahren beschriebenen Merkmale und/oder Vorteile auf.
Zudem kann vorgesehen sein, dass die erfindungsgemäße Kalzinieranlage einzelne oder mehrere der im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Reinigungsvorrichtung und/oder dem erfindungsgemäßen Verfahren beschriebenen Merkmale und/oder Vorteile aufweist.
Günstig kann es sein, wenn die Reinigungsvorrichtung und/oder die Kalzinieranlage so ausgebildet und eingerichtet ist, dass das erfindungsgemäße Verfahren durchführbar ist.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Reinigungsvorrichtung und/oder die Kalzinieranlage eine Steuervorrichtung umfasst, mittels welcher die Reinigungsvorrichtung bzw. die Kalzinieranlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens steuerbar ist.
Günstig kann es sein, wenn die Temperatur des Rohgasstroms, welcher mittels der Gaszuführung zu der Katalysatorvorrichtung zugeführt wird, stromaufwärts des Wärmeübertragers eine Temperatur von weniger als 320 °C aufweist.
Günstig kann es sein, wenn der zu reinigende Rohgasstrom mittels des Wärmeübertragers auf eine Temperatur von mindestens ungefähr 250 °C, beispielsweise mindestens ungefähr 300 °C, insbesondere mindestens ungefähr 320 °C, erhitzt wird.
Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass der zu reinigende Rohgasstrom mittels des Wärmeübertragers auf eine Temperatur von höchstens ungefähr 500 °C, beispielsweise höchstens ungefähr 450 °C, beispielsweise höchstens ungefähr 420 °C, erhitzt wird.
Vorteilhaft kann es sein, wenn ein Zusatzstoff zu dem Rohgasstrom zugeführt wird. Eine Menge des zugeführten Zusatzstoffs wird dabei vorzugsweise geregelt in Abhängigkeit von einer Stickoxidkonzentration des die Katalysatorvorrichtung verlassenden Gasstroms.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass eine Durchflussmenge des Gasstroms und/oder eine Stickoxidkonzentration des in die Katalysatorvorrichtung einströmenden Gasstroms gemessen und mit einem oder mehreren Sollwerten verglichen wird.
Insbesondere kann ein Vergleich von Istwerten und Sollwerten an einem Einlassbereich der Katalysatorvorrichtung und/oder an einem Auslassbereich der Katalysatorvorrichtung vorgesehen sein.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass Verdünnungsluft zu dem Rohgasstrom zugeführt wird. Eine Menge der zugeführten Verdünnungsluft wird dabei vorzugsweise geregelt in Abhängigkeit von einer Temperatur des die Katalysatorvorrichtung verlassenden Gasstroms.
Insbesondere ist eine Temperatur von höchstens ungefähr 420 °C an einem Auslassbereich der Katalysatorvorrichtung vorgesehen.
Der Gasstrom wird vorzugsweise mittels einer Mischvorrichtung gemischt, insbesondere stromaufwärts der Katalysatorvorrichtung.
Günstig kann es sein, wenn der Zusatzstoff und/oder die Verdünnungsluft unter Verwendung von Wärme aus der Katalysatorvorrichtung vorgeheizt wird.
Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass der Zusatzstoff und/oder die Verdünnungsluft unter Verwendung von Wärme aus einer Verbrennungsvorrichtung, insbesondere einer regenerativen thermischen Verbrennungsvorrichtung, vorgeheizt wird.
Günstig kann es sein, wenn der die Katalysatorvorrichtung verlassende Gasstrom einer Verbrennungsvorrichtung, insbesondere einer regenerativen thermischen Verbrennungsvorrichtung, zugeführt und vorzugsweise auf eine Temperatur von mindestens ungefähr 750 °C, beispielsweise mindestens ungefähr 900 °C, erhitzt wird.
Auf diese Weise kann insbesondere eine zuverlässige Methanabreicherung erzielt werden.
Vorteilhaft kann es sein, wenn der Rohgasstrom ein Abgasstrom eines oder mehrerer Vorkalzinierer einer Kalzinieranlage ist.
Günstig kann es sein, wenn der Rohgasstrom vor der Zuführung zu der Reinigungsvorrichtung, insbesondere vor der Zuführung zu dem Wärmeübertrager, mittels einer Abscheidevorrichtung gereinigt, beispielsweise von Staub und Schwebstoffen befreit, wird. Die Abscheidevorrichtung kann beispielsweise eine Filtervorrichtung, insbesondere ein Gewebefilter, sein oder umfassen.
Günstig kann es sein, wenn der mittels der Reinigungsvorrichtung zu reinigende Rohgasstrom vor der Zuführung zu der Reinigungsvorrichtung vorgereinigt wird, insbesondere bei einer Temperatur von weniger als ungefähr 350 °C, beispielsweise weniger als ungefähr 320 °C.
Der mittels der Reinigungsvorrichtung zu reinigende Rohgasstrom umfasst vorzugsweise im Wesentlichen ausschließlich gasförmige Verunreinigungen, welche mittels der Reinigungsvorrichtung entfernt und/oder umgewandelt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich insbesondere auf einer erfindungsgemäßen Reinigungsvorrichtung durchführen.
Die vorliegende Erfindung betrifft daher auch die Verwendung einer erfindungsgemäßen Reinigungsvorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Ferner können die erfindungsgemäße Reinigungsvorrichtung, die erfindungsgemäße Kalzinieranlage und/oder das erfindungsgemäße Verfahren einzelne oder mehrere der nachfolgend beschriebenen Merkmale und/oder Vorteile aufweisen:
Die Reinigungsvorrichtung ist vorzugsweise im Nachlauf eines Vorkalzinierers angeordnet.
Der zu reinigende Rohgasstrom umfasst vorzugsweise Kohlenstoffmonooxid (CO), welches zum Erhitzen des Rohgasstroms umsetzbar ist, insbesondere mittels des Oxidations-Katalysators.
Der DeNO_X-Katalysator dient vorzugsweise der chemischen Umsetzung von Stickoxiden mit Ammoniak zu Stickstoff und Wasser.
Der Oxidations-Katalysator dient vorzugsweise zur Umsetzung von Kohlenstoffmonooxid mit Sauerstoff zu Kohlenstoffdioxid und Wasser, insbesondere Wasserdampf. Hierbei wird insbesondere Wärme frei, welche zum Betrieb der Reinigungsvorrichtung nutzbar ist, insbesondere um die Energieeffizienz der Reinigungsvorrichtung zu erhöhen.
Vorzugsweise wird durch katalytische Oxidation von Kohlenstoffmonooxid (CO) Wärme erzeugt, welche mittels des Wärmeübertragers auf den in die Reinigungsvorrichtung einströmenden Rohgasstrom übertragbar ist.
Vorzugsweise beträgt eine optimale Eintrittstemperatur des Rohgasstroms am Eintritt der Katalysatorvorrichtung zwischen ungefähr 320 °C und ungefähr 420 °C.
Die Austrittstemperatur beträgt vorzugsweise ungefähr 420 °C.
Eine Temperaturerhöhung innerhalb der Katalysatorvorrichtung resultiert vorzugsweise durch exotherme katalytische Umsetzung von Schadstoffen des Rohgasstroms, insbesondere Kohlenstoffmonooxid (CO).
Die in der Reinigungsvorrichtung erzeugte Wärme, insbesondere eine durch katalytische Oxidation des Kohlenstoffmonooxids freigesetzte Restenergie, kann beispielsweise in einem Energieverwertungsprozess, insbesondere einem Organic Rankine Cycle- oder Kalina-Prozess zur Verstromung genutzt werden. Alternativ oder ergänzend hierzu kann eine Nutzung der Wärme zur Vorheizung der Verdünnungsluft vorgesehen sein.
Die Erfindung ist insbesondere umsetzbar unter Vermeidung aufwendiger Umbauarbeiten an einer bereits bestehenden Kalzinieranlage.
Vorzugsweise ist ein Brennstoffbedarf der Reinigungsvorrichtung und/oder der Kalzinieranlage reduzierbar, indem im Rohgasstrom enthaltene Energie genutzt wird.
Vorzugsweise kann die emittierte Kohlenstoffdioxidmenge durch Reduktion der benötigten Brennstoffmenge verringert werden.
Die Wärme zum Aufheizen des Rohgasstroms ist vorzugsweise in einem Reaktor (insbesondere in der Katalysatorvorrichtung) bereitstellbar.
Günstig kann es sein, wenn eine Eintrittstemperatur der Katalysatorvorrichtung durch Variation und/oder zur Variation des Kohlenstoffmonooxidgehalts des Rohgasstroms anpassbar ist.
Die Erfindung ermöglicht vorzugsweise die Einsparung von Investitionskosten sowie die Reduktion des Treibhausgases Methan.
Weitere bevorzugte Merkmale und/oder Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen.
In den Zeichnungen zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Kalzinieranlage zur Zementherstellung;
2 eine schematische Darstellung einer Reinigungsvorrichtung der Kalzinieranlage;
3 eine der 2 entsprechende schematische Darstellung einer alternativen Ausführungsform einer Reinigungsvorrichtung, bei welcher eine Verbrennungsvorrichtung vorgesehen ist; und
4 eine der 3 entsprechende schematische Darstellung der Reinigungsvorrichtung aus 3, wobei eine alternative Strömungsführung vorgesehen ist.
Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in sämtlichen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
Eine in 1 dargestellte Ausführungsform einer als Ganzes mit 100 bezeichneten Kalzinieranlage dient beispielsweise der Herstellung von Zement.
Die Kalzinieranlage 100 umfasst hierzu eine Mühlenvorrichtung 102 (auch Rohmühle genannt) zum Vermahlen von Rohmaterialien, beispielsweise Kalkstein, Ton, Sand, Eisenerz und/oder Gips. Die Kalzinieranlage 100 umfasst ferner einen Vorkalzinierer 104, welcher aus mehreren Sichtern 106 gebildet ist, und einen Kalzinierer 108, welcher insbesondere durch einen Drehrohrofen 110 gebildet ist.
Die Kalzinieranlage 100 umfasst ferner eine Kühlvorrichtung 112 sowie eine Abscheidevorrichtung 114 und einen Kamin 116.
Die Kühlvorrichtung 112 dient der Abkühlung des mittels des Vorkalzinierers 104 und des Kalzinierers 108 behandelten Materials.
Die Abscheidevorrichtung 114 dient der Abscheidung von Verunreinigungen, insbesondere Feststoffen, aus einem Abgasstrom der Kalzinieranlage 100.
Der Kamin 116 dient der Abgabe des gereinigten Abgasstroms an die Umgebung.
Die Kalzinieranlage 100 umfasst ferner eine Reinigungsvorrichtung 118 zur zusätzlichen Reinigung des Abgasstroms.
Auf die Reinigungsvorrichtung 118 wird nachfolgend mit Hinblick auf die 2 bis 4 näher eingegangen.
Die Kalzinieranlage 100 funktioniert insbesondere wie folgt:
Über die Mühlenvorrichtung 102 werden Rohmaterialien zugeführt. Diese Rohmaterialien werden dann über eine Feststoffleitung 120 der Kalzinieranlage 100 nach und nach dem Vorkalzinierer 104, dem Kalzinierer 108 und schließlich der Kühlvorrichtung 112 zugeführt. Dabei werden die Rohmaterialien durch Hitzeeinwirkung umgewandelt, so dass Zementklinker entsteht, welcher schließlich mittels der Kühlvorrichtung 112 heruntergekühlt wird.
Mittels einer Gasleitung 122 der Kalzinieranlage 100 wird ein Gasstrom, insbesondere Luft, im Wesentlichen entgegen einer Förderrichtung der zu behandelnden Materialien durch die Kalzinieranlage 100 hindurchgeführt.
Insbesondere wird ein Gasstrom durch die Kühlvorrichtung 112, den Drehrohrofen 110, den Vorkalzinierer 104 und/oder die Mühlenvorrichtung 102 hindurchgeführt. Der Gasstrom wird dabei mit Verunreinigungen beladen, welche abgeschieden oder umgewandelt werden müssen, um eine Abgabe des Gasstroms an die Umgebung zu ermöglichen.
Insbesondere werden mittels der Abscheidevorrichtung 114, welche beispielsweise eine Filtervorrichtung 124 umfasst, Feststoffe aus dem Gasstrom abgeschieden.
Eine weitere Reinigung des Gasstroms wird mittels einer Reinigungsvorrichtung 118 durchgeführt.
Eine Ausführungsform einer Reinigungsvorrichtung 118 ist beispielsweise in 2 dargestellt.
Der mittels der Reinigungsvorrichtung 118 zu reinigende Gasstrom wird nachfolgend als Rohgasstrom bezeichnet.
Wie 2 zu entnehmen ist, umfasst die Reinigungsvorrichtung 118 eine Gaszuführung 126, eine Gasabführung 128 und eine Katalysatorvorrichtung 130.
Mittels der Gaszuführung 126 ist der Rohgasstrom zu der Katalysatorvorrichtung 130 zuführbar.
Mittels der Katalysatorvorrichtung 130 ist der Rohgasstrom reinigbar, so dass ein Reingasstrom erhältlich ist, welcher mittels der Gasabführung 128 abführbar, insbesondere dem Kamin 116 zuführbar, ist.
Die Gaszuführung 126 und die Gasabführung 128 sind mittels eines Wärmeübertragers 132 thermisch miteinander gekoppelt, so dass Wärme von der Gasabführung 128 auf die Gaszuführung 126 übertragbar ist.
Insbesondere ist somit der über die Gaszuführung 126 zugeführte Rohgasstrom unter Verwendung von Wärme aus dem mittels der Gasabführung 128 abgeführten Reingasstrom erhitzbar.
Die Katalysatorvorrichtung 130 der Reinigungsvorrichtung 118 umfasst einen oder mehrere Katalysatoren.
Insbesondere umfasst die Katalysatorvorrichtung 130 vorzugsweise einen DeNO_X-Katalysator 134 und/oder einen Oxidations-Katalysator 136.
Der DeNO_X-Katalysator 134 dient insbesondere der Stickoxidreduktion.
Hierzu arbeitet der DeNO_X-Katalysator 134 mit einer Zuführvorrichtung 138 zur Zuführung von Ammoniak oder Harnstoff zusammen.
Die Zuführvorrichtung 138 ist bezüglich einer Strömungsrichtung des Gasstroms in der Reinigungsvorrichtung 118 stromaufwärts der Katalysatorvorrichtung 130 angeordnet.
Beispielsweise umfasst die Zuführvorrichtung 138 ein Düsengitter zum Eindüsen eines Ammoniak-Luft-Gemisches oder eines Ammoniak-Wasser-Gemisches in den Rohgasstrom.
Eine Katalysatorbeschichtung des DeNO_X-Katalysators 134 ermöglicht eine chemische Reaktion des Ammoniaks oder Harnstoffs mit dem in dem Rohgasstrom enthaltenen Stickoxid, wodurch sich eine Umwandlung in Stickstoff und Wasser ergibt.
Der Oxidations-Katalysator 136 dient insbesondere der Umwandlung von Kohlenwasserstoffen und anderen kohlenstoffhaltigen oder anderen brennbaren Substanzen.
Vorzugsweise dient der Oxidations-Katalysator 136 der Umwandlung von Kohlenstoffmonooxid in Kohlenstoffdioxid. Diese Reaktion ist exotherm, so dass mittels des Oxidations-Katalysators 136 Wärme bereitgestellt werden kann.
Die Reinigungsvorrichtung 118 umfasst ferner vorzugsweise eine Verdünnungsvorrichtung 140, mittels welcher insbesondere Luft zu dem Rohgasstrom zuführbar ist.
Die Verdünnungsvorrichtung 140 ist insbesondere stromabwärts der Zuführvorrichtung 138 und stromaufwärts der Katalysatorvorrichtung 130 angeordnet.
Schließlich umfasst die Reinigungsvorrichtung 118 noch eine Mischvorrichtung 142, mittels welcher der zugeführte Zusatzstoff, die zugeführte Verdünnungsluft und/oder der Rohgasstrom miteinander vermischbar sind.
Die Mischvorrichtung 142 ist insbesondere stromabwärts der Verdünnungsvorrichtung 140 und stromaufwärts der Katalysatorvorrichtung 130 angeordnet.
Die Reinigungsvorrichtung 118 funktioniert wie folgt:
Der mittels der Reinigungsvorrichtung 118 zu reinigende Rohgasstrom wird vorzugsweise mit geringer Temperatur, insbesondere weniger als 320 °C, über die Gaszuführung 126 zugeführt. Diese geringe Temperatur ergibt sich insbesondere durch die vorherige Reinigung mittels der Abscheidevorrichtung 114, da hierbei eine geringe Temperatur wünschenswert sein kann.
Zur effizienten Reinigung des Rohgasstroms mittels der Reinigungsvorrichtung 118 ist eine höhere Temperatur zu bevorzugen. Insbesondere ist eine Temperatur von mindestens ungefähr 320 °C am Einlass der Katalysatorvorrichtung 130 zu erzielen, um die gewünschten katalytischen Prozesse zu gewährleisten.
Der folglich zunächst zu kalte Rohgasstrom muss daher vor dessen Zuführung zu der Katalysatorvorrichtung 130 erhitzt werden. Dies erfolgt insbesondere mittels des Wärmeübertragers 132 unter Nutzung von Wärme des Reingasstroms.
Im laufenden Betrieb der Reinigungsvorrichtung 118 liegt die Eingangstemperatur der Katalysatorvorrichtung 130 oberhalb von 320 °C, so dass die katalytischen Prozesse stattfinden und insbesondere Kohlenstoffmonooxid mittels des Oxidations-Katalysators 136 unter Wärmeabgabe umgewandelt wird. Diese Wärmeabgabe führt zu einer Temperaturerhöhung des durch die Katalysatorvorrichtung 130 hindurchgeführten Gasstroms, so dass der Reingasstrom, welcher über die Gasabführung 128 abgeführt wird, eine höhere Temperatur aufweisen kann als der über die Gaszuführung 126 zugeführte Rohgasstrom.
Mittels des Wärmeübertragers 132 kann somit die durch die exotherme Reaktion von Kohlenstoffmonooxid frei gewordene Wärme zum Aufheizen des zugeführten Rohgasstroms genutzt werden.
Zur Inbetriebnahme der Reinigungsvorrichtung 118 kann eine separate (nicht dargestellte) Brennervorrichtung vorgesehen sein, insbesondere um den Rohgasstrom anfänglich zu erwärmen und die katalytischen Prozesse zu starten, bis der Prozess selbsterhaltend fortgeführt werden kann.
Eine in den 3 und 4 dargestellte alternative Ausgestaltung einer Reinigungsvorrichtung 118 unterscheidet sich von der in 2 dargestellten Ausführungsform im Wesentlichen dadurch, dass eine Verbrennungsvorrichtung 144 vorgesehen ist.
Die Verbrennungsvorrichtung 144 ist insbesondere als eine regenerative thermische Verbrennungsvorrichtung 146 ausgebildet.
Die Verbrennungsvorrichtung 144 umfasst vorzugsweise zwei Wärmespeicherabschnitte 148, zwischen welchen eine Brennkammer 150 mit einer Brennervorrichtung 152 angeordnet ist.
Eine Umschaltvorrichtung 154 ermöglicht ein Durchströmen der Verbrennungsvorrichtung 144 in einander entgegengesetzten Richtungen. Mittels der Umschaltvorrichtung 154 kann insbesondere gewählt werden, welchem der beiden Wärmespeicherabschnitte 148 der aus der Katalysatorvorrichtung 130 abgeführte Gasstrom zugeführt wird. Über den jeweils anderen Wärmespeicherabschnitt 148 wird dann der Reingasstrom abgeführt.
Die alternierende Durchströmung der Verbrennungsvorrichtung 144 dient insbesondere dazu, die im Betrieb der Verbrennungsvorrichtung 144 in der Brennkammer 150 herrschenden hohen Temperaturen möglichst energieeffizient bereitzustellen. Hierfür wird die im ausströmenden Gasstrom enthaltende Wärme zumindest teilweise in einem Wärmespeicherabschnitt 148 gespeichert. Diese Wärme wird dann nach einem Umschaltvorgang mittels der Umschaltvorrichtung 154 auf den einströmenden Gasstrom übertragen, um diesen vor dessen Zuführung zu der Brennkammer 150 vorzuheizen.
Die Verbrennungsvorrichtung 144 dient insbesondere der Verbrennung von Kohlenwasserstoffen, beispielsweise Methan.
Die Verbrennungsvorrichtung 144 wird vorzugsweise abhängig von einer ermittelten Methankonzentration gesteuert. Zudem kann eine Steuerung der Reinigungsvorrichtung 118 zur Variation des mittels der Zuführvorrichtung 138 zugeführten Zusatzstoffes vorgesehen sein. Insbesondere kann die Zuführung des Zusatzstoffes abhängig von einer Stickoxidkonzentration stromaufwärts und/oder stromabwärts der Katalysatorvorrichtung 130 gesteuert werden.
Mittels einer Steuerung der Verdünnungsvorrichtung 140 kann zudem vorzugsweise eine gewünschte Temperatur am Eintritt der Katalysatorvorrichtung 130 eingestellt werden.
Im Übrigen stimmt die in den 3 und 4 dargestellte Ausführungsform einer Reinigungsvorrichtung 118 hinsichtlich Aufbau und Funktion mit der in 2 dargestellten Ausführungsform überein, so dass auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.

Claims

Reinigungsvorrichtung (118) zum Reinigen eines Rohgasstroms, insbesondere eines Abgasstroms einer Kalzinieranlage (100), wobei die Reinigungsvorrichtung (118) Folgendes umfasst: – eine Katalysatorvorrichtung (130) zur Behandlung des Rohgasstroms; – eine Gaszuführung (126), mittels welcher ein zu reinigender Rohgasstrom zu der Katalysatorvorrichtung (130) zuführbar ist; – eine Gasabführung (128), mittels welcher ein durch Behandlung des Rohgasstroms erhältlicher Reingasstrom abführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigungsvorrichtung (118) einen Wärmeübertrager (132) umfasst, welcher die Gaszuführung (126) und die Gasabführung (128) thermisch miteinander koppelt, so dass Wärme von dem Reingasstrom auf den Rohgasstrom übertragbar ist.
Reinigungsvorrichtung (118) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigungsvorrichtung (118) eine Zuführvorrichtung (138) zum Zuführen eines Zusatzstoffes, insbesondere Ammoniak (NH₃), zu dem Rohgasstrom umfasst.
Reinigungsvorrichtung (118) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Katalysatorvorrichtung (130) einen DeNO_X-Katalysator (134) zur Stickoxidreduktion und/oder einen Oxidations-Katalysator (136) zur Oxidation von Kohlenstoffmonooxid (CO), Kohlenwasserstoffen (HC) und/oder anderen brennbaren Stoffen umfasst.
Reinigungsvorrichtung (118) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigungsvorrichtung (118) eine Verdünnungsvorrichtung (140) zur Verdünnung des Rohgasstroms mit Luft umfasst.
Reinigungsvorrichtung (118) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigungsvorrichtung (118) eine Mischvorrichtung (142) umfasst, mittels welcher Folgendes vermischbar ist: mindestens ein Zusatzstoff, Verdünnungsluft und/oder der Rohgasstrom.
Reinigungsvorrichtung (118) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigungsvorrichtung (118) eine Verbrennungsvorrichtung (144), insbesondere eine regenerative thermische Verbrennungsvorrichtung (RTO) (146), umfasst.
Kalzinieranlage (100), insbesondere zur Zementherstellung, umfassend eine Reinigungsvorrichtung (118) nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
Verfahren zum Reinigen eines Rohgasstroms, insbesondere eines Abgasstroms einer Kalzinieranlage (100), wobei das Verfahren Folgendes umfasst: – Zuführen eines zu reinigenden Rohgasstroms zu einer Katalysatorvorrichtung (130); – Behandeln des Rohgasstroms mittels der Katalysatorvorrichtung (130), so dass ein Reingasstrom erhalten wird; – Übertragen von Wärme mittels eines Wärmeübertragers (132) von dem Reingasstrom auf den der Katalysatorvorrichtung (130) zuzuführenden Rohgasstrom.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der zu reinigende Rohgasstrom mittels des Wärmeübertragers (132) auf eine Temperatur von mindestens ungefähr 320 °C und/oder auf eine Temperatur von höchstens ungefähr 420 °C erhitzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zusatzstoff zu dem Rohgasstrom zugeführt wird, wobei eine Menge des zugeführten Zusatzstoffes vorzugsweise geregelt wird in Abhängigkeit von einer Stickoxidkonzentration des die Katalysatorvorrichtung (130) verlassenden Gasstroms.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass Verdünnungsluft zu dem Rohgasstrom zugeführt wird, wobei eine Menge der zugeführten Verdünnungsluft vorzugsweise geregelt wird in Abhängigkeit von einer Temperatur des die Katalysatorvorrichtung (130) verlassenden Gasstroms.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zusatzstoff und/oder Verdünnungsluft und/oder der Rohgasstrom mittels einer Mischvorrichtung (142) miteinander vermischt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzstoff und/oder die Verdünnungsluft unter Verwendung von Wärme aus der Katalysatorvorrichtung (130) vorgeheizt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzstoff und/oder die Verdünnungsluft unter Verwendung von Wärme aus einer Verbrennungsvorrichtung (144), insbesondere einer regenerativen thermischen Verbrennungsvorrichtung (146), vorgeheizt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der die Katalysatorvorrichtung (130) verlassende Gasstrom einer Verbrennungsvorrichtung (144), insbesondere einer regenerativen thermischen Verbrennungsvorrichtung (146), zugeführt und vorzugsweise auf mindestens ungefähr 900 °C erhitzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohgasstrom ein Abgasstrom eines Vorkalzinierers (104) einer Kalzinieranlage (100) ist.
Verwendung einer Reinigungsvorrichtung (118) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 8 bis 16.