DE102018001800A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Reinigung von Gasen von Ammoniak oder Ammoniak und Noxen - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Reinigung von Gasen von Ammoniak oder Ammoniak und Noxen Download PDF

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    • B01D2257/404—Nitrogen oxides other than dinitrogen oxide

Abstract

Vorrichtung (1) zur Reinigung von Gasen (4) von Ammoniak oder Ammoniak und Noxen gemäß Figur 1, umfassend- eine Einlasseinheit (5) zum Zuleitung der vorgereinigten Gase (4.1) zu einem Wärmetauscher (3; 3.1),- einen Wärmetauscher (3), worin die zuführbaren Gase (4.1) mithilfe der einleitbaren heißen, gereinigten Gase (4.4) aufheizbar sind, wodurch die Gase (4.4) abkühlbar und als abgekühlte Gase (4.5) über ein Frischluftrohr (2.10) aus dem Wärmetauscher (3) ausleitbar sind,- einen Auslass (3.2), durch den die vorgeheizten, Gase (4.2) über mindestens eine Zuführung (2.4) von dem Wärmetauscher (3) einer Katalysatoreinheit (2) zuführbar sind, die in Strömungsrichtung der Gase (4.2; 4.3; 4.4),- eine SCO-Vorrichtung (2.1) zur Oxidation des in den vorgeheizten Gasen (4.2) vorhandenen Ammoniaks,- einen die SCO-Vorrichtung (2.1) umschließenden Ringspalt (2.8) oder einen Bypass um die SCO-Vorrichtung (2.1), durch den ammoniakhaltige Gase (4.2) an der SCO-Vorrichtung (2.1) vorbeileitbar sind,- eine Zone M hinter der SCO-Vorrichtung (2.1), in der die oxidierten Gase (4.3) mit den Gasen (4.2) mischbar und über eine Gasleitung (2.5) oder über einen Abstandshalter (2.19) einer SCR- oder SNCR-Vorrichtung (2.2) zuleitbar sind, worin die NOx-haltigen Gase mit Ammoniak zu Stickstoff reduzierbar sind und wonach die gereinigten Gase (4.4) über eine Gasleitung (2.6) wieder dem Wärmetauscher (3) zuführbar sind;Verfahren zur Oxidation von Ammoniak zu Stickstoff und weitere Verwendungen.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Reinigung von Gasen von Ammoniak oder Ammoniak und Noxen.
  • Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Reinigung von Gasen von Ammoniak oder Ammoniak und Noxen.
  • Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung der Vorrichtung zur Reinigung von Abgasen von Ammoniak oder Ammoniak und Noxen auf den verschiedensten technischen Gebieten.
  • Stand der Technik
  • In der vorliegenden Patentanmeldung zitierten Dokumente werden durch Bezugnahme Bestandteil der vorliegenden Anmeldung.
  • Ammoniak zählt neben seinem Umwandlungsprodukt Ammonium zu den wichtigsten Luftschadstoffen, die die Ökosysteme belasten. Von den 759.000 Tonnen Ammoniakemissionen in Deutschland in 2015 (Quelle: Umwelt Bundesamt) entfallen 734.000 Tonnen auf die Landwirtschaft, die restlichen 25.000 Tonnen entfallen auf die Energiewirtschaft, Militär, verarbeitendes Gewerbe, Verkehr, Haushalte, Kleinverbraucher, Abfall und Abwasser. Die Folgen von Ammoniak und seinen Umwandlungsprodukten, wie Ammonium, primäre, sekundäre und tertiäre Amine und primäre, sekundäre, tertiäre und quartäre Ammoniumsalze und Ammoniumverbindungen, sind Versäuerung und Eutrophierung. Die Produktion von Ammoniak findet in erste Linie in der Landwirtschaft statt. Die Emissionen entstehen größtenteils durch Massentierhaltung, wie Rinder-, Schweine und/oder Geflügelhaltung. Weitere Quellen der Emissionen sind ebenfalls Tierställe und die Lagerung und/oder Ausbringung von Gülle, Jauche und/oder Festmist. In der Landwirtschaft übernimmt die Rinderhaltung 49% der AmmoniakEmission, wobei die Schweinehaltung nur 22% und die Geflügelhaltung nur 7% umfasst.
  • Die Verweilzeit von Ammoniak in der Atmosphäre beträgt ein paar Stunden bis zu einigen Tagen, deshalb wirkt Ammoniak hauptsächlich in der unmittelbaren Nähe des Emittenten. Durch die recht schnelle Umwandlung von Ammoniak in Ammonium und/oder Ammoniumsalzen, insbesondere Nitrate und/oder Nitrite, können diese sich ablagern und ebenfalls in andere Bereiche des Ökosystems, welche sich nicht in unmittelbarer Nähe befinden, verlagert werden und dort ebenfalls Schäden verursachen.
  • Die Entstehung von Ammoniak geschieht im Körper der Tiere und/oder im Körper der Menschen, Zellen und/oder der Umwelt, sowie nachträglich in der Gülle, der Jauche und/oder in dem Festmist. Masttiere werden sehr proteinhaltig gefüttert, überwiegend mit Soja, um ein schnelles Wachstum und/oder ein schnelles Fleischwachstum zu begünstigen. Durch eine sehr eiweißreiche Ernährung wird im Körper der Tiere Ammoniak gebildet und ins Blut transportiert. Das Ammoniak wird mittels der Leber und/oder des Harnstoffes abgebaut und ausgeschieden.
    Die Wirkungen des Ammoniaks, des Ammoniums, der primären, sekundären und tertiären Amine und der primären, sekundären, tertiären und quartären Ammoniumsalze und der und Ammoniumverbindungen sind sehr vielfältig in Bezug auf Ökosysteme, Menschen und/oder Materialien. In Bezug auf Ökosysteme wirken sich Ammoniak, Ammonium, primäre, sekundäre und tertiäre Amine und primäre, sekundäre, tertiäre und quartäre Ammoniumsalze und Ammoniumverbindungen versauernd auf den Boden aus, sie belasten nährstoffarme und naturbelassene Flächen mit zu viel Stickstoff und in unmittelbarer Nähe zu Tierställen können sie zu direkten Schäden an der Vegetation führen.
  • Durch die Versauerung wird der Säuregrad des Bodens verändert, er wird angesäuert. Vom pH-Wert der Böden hängen unter anderem die Bioverfügbarkeit von Nährstoffen und/oder von toxischen Metallkomplexen ab. Durch eine Anreicherung der Böden mit Stickstoff, wird die Vegetation gestört. Stickstoff ist zwar für Pflanzenwachstum essenziell und eine der Hauptkomponenten und dient unter anderem dem Aufbau von Aminosäuren und Proteinen, aber durch eine Eutrophierung wachsen vermehrt stickstoffliebende Pflanzenarten, da sie das Nährstoffüberangebot besser und/oder schneller verarbeiten können. Diese überwuchern die stickstoffempfindlichen Pflanzen und die stickstoffempfindlichen Pflanzen sterben aus. Außerdem bilden Pflanzen bei einem hohen Nährstoffangebot mehr Blattmasse und verholzen weniger. Dadurch werden sie empfindlicher gegen Trockenheit, Schädlinge und/oder Windbruch. Von direkten Schädigungen in der Vegetation sind vor allem Waldbäume betroffen. Durch ihre große Blatt- bzw. Nadelfläche die Schafstoffe aufnimmt, reagieren sie besonders empfindlich. Hierdurch kommt es zu Störungen im Zellstoffwechsel, sie vergilben, verbraunen und/oder sterben ganz ab. In den Richtlinien für die Bewertung der Stickstoffeinträge, sind zwei Aspekte zu beachten. Zum einen sind Ökosysteme in der Lage gewisse Mengen an Stickstoffverbindungen aufzunehmen und ab zu puffern. Hierfür gibt es eine bestimmte Belastungsgrenze, auch »Critical Loads« genannt. Andererseits ist die Konzentration des Stoffes in der Luft ebenfalls von Bedeutung, denn hohe Gehalte können toxisch wirken, diese werden auch »Critical Levels« genannt. Die Belastungsgrenze (Critical Load) umfasst für jedes Ökosystem einen bestimmten Grenzwert, welcher nicht überschritten werden sollte, damit die Schutzgüter weder akut noch langfristig geschädigt werden. Die Schutzgüter können entweder ganze Ökosysteme, Teile davon und/oder Organismen sein. Die kritischen Konzentrationen (Critical Levels) sind Belastungsgrenzwerte für Konzentrationen, die für verschiedene Zeiträume definiert wurden. Durch die Einhaltung dieser Werte, werden nahezu alle Pflanzenarten mit einer hohen Sicherheit vor direkten Schäden durch Ammoniak geschützt.
  • Die Wirkung von Ammoniak, Ammonium, primären, sekundären und tertiären Aminen und primären, sekundären, tertiären und quartären Ammoniumsalzen und Ammoniumverbindungen auf den Menschen ist gefährlich. Ammoniak reizt vor allem die Augen und die Schleimhäute des oberen Atemtraktes. Hierbei spielt die Konzentration und die Expositionsdauer eine wesentliche Rolle. Es kann zu Brennen von Augen, Nase und Rachen, sowie Atembeschwerden, Tränenfluss, Husten und/oder einer Steigerung der Atemfrequenz kommen. Des Weiteren hat Ammoniak nicht nur Einfluss auf die Augen und/oder die Schleimhäute, sondern auch auf die menschlichen und/oder tierischen Zellen, da es ein Zellgift ist. In der Zelle greift Ammoniak in die Energiegewinnung der Mitochondrien ein. Es reagiert mit α-Ketoglutarat zu Glutaminsäure und/oder Glutamin. Hiermit wird dem Citratzyklus ein wichtiger Baustein entzogen. Der Citratzyklus ist ein Stoffwechselkreislauf, ohne den die Verbrennung von Nährstoffen nicht ablaufen kann. Ammoniak blockiert am Citratzyklus die Zellatmung. Auch Stoffwechselsäuren werden in der Leber über den Citratzyklus ausgeleitet.
  • Um die Emission zu senken gibt es heutzutage einige Maßnahmen, die eingehalten werden müssen, allerdings helfen diese nur begrenzt. Die erste Maßnahme ist die NEC-Richtlinie (National Emission Ceilings) von 2001, hier bezieht sich die Europäische Union unter anderem auf die nationale Emissionshöchstmenge für Ammoniak. Die zweite Maßnahme ist das Bundes-Immissionsschutzgesetz (BlmSchG), welches fordert, genehmigungsbedürftige Anlagen so zu errichten und zu betreiben, dass schädliche Umwelteinwirkungen und/oder sonstige Gefahren, erhebliche Nachteile und/oder erhebliche Belästigungen für die Allgemeinheit und/oder für die Nachbarschaft nicht hervorgerufen werden können. Ebenfalls beinhaltet das Bundes-Immissionsschutzgesetzt die Genehmigung von großen landwirtschaftlichen Anlagen in der Tierhaltung. Die dritte Maßnahme beinhaltet eine Technische Anleitung zur Reinigung der Luft (TA Luft), welche das Bundes-Immissionsschutzgesetzt konkretisiert. Diese TA Luft schreibt bestimmte Mindestabstände zur Wohnbebauung vor, um Geruchsbelästigung aus Tierställen zu vermeiden. Diese Mindestabstände richten sich nach der Größe der Anlage. Durch Verminderung von Geruchsstoffen und/oder Emissionen, können diese Mindestabstände unterschritten werden.
  • Des Weiteren können bestimmte vorgeschriebene Maßnahmen ebenfalls zur Minderung von Emission und/oder Ammoniakbildung beitragen. Die Verminderung von Ammoniakemissionen können in verschiedenen Produktionsbereichen erzielt werden, wie zum Beispiel durch die Reduktion von Tierbeständen, über die Fütterungsstrategien, durch den Stallbau, durch extensive Weidewirtschaft, durch die Lagerung der Exkremente, durch die Erzeugung von Biogas aus der Gülle, durch die Ausbringung der Exkremente, durch Begrenzung der Verwendung von Mineraldünger und/oder durch die Umstellung auf den ökologischen Landbau.
  • Organische Flüssigabfälle, zu denen beispielsweise Gülle oder Jauche zählen, enthalten wertvolle Nährstoffe, die traditionell den Einsatz als natürliche Düngemittel bedingen. Die zunehmende Größe von Schweine- und Rindermastbetrieben führt jedoch dazu, dass in einem Betrieb häufig mehr organische Flüssigabfälle in Form von Gülle anfallen, als auf im Umfeld des Betriebs vorhandene Felder ausgebracht werden kann. Zudem haben sich in den letzten Jahren und Jahrzehnten zunehmend Umweltprobleme durch übermäßig ausgebrachte Güllemengen in Form eines erhöhten Nitratgehalts im Grundwasser gezeigt. In vielen Ländern ist aus diesem Grund das Ausbringen von Gülle durch entsprechende Verordnungen geregelt und jahreszeitenabhängig bezüglich der auszubringenden Menge eingeschränkt. Die zunehmende Größe der Mastbetriebe in Verbindung mit den genannten Verordnungen zum Grundwasserschutz führt in vielen Betrieben zu einem Überangebot an Gülle und einem damit verbundenen Lager- bzw. Entsorgungsproblem. Eine Möglichkeit, um die zu lagernde oder zu entsorgende Masse an organischen Flüssigabfällen zu reduzieren, besteht in einem Eintrocknen der organischen Flüssigabfälle, um das enthaltene Wasser zu verdampfen und den Abfall auf seine gewichtsmäßig deutlich geringeren Trockenanteile zu reduzieren. Neben einem hohen Energieaufwand, den dieses Trocknungsverfahren mit sich bringt, stellt der Ammoniakgehalt der organischen Flüssigabfälle ein Problem dar, da Ammoniak leicht flüchtig ist und beim Erhitzen der Gülle als giftiges Gas in die Atmosphäre abdampft.
  • Aus dem Stand der Technik sind zur Verringerung des Ammoniakgehalts von Lösungen verschiedene Verfahren bekannt, beispielsweise ein sogenanntes Waschverfahren mit Schwefelsäure, bei dem der Ammoniak mit Schwefelsäure neutralisiert wird. Weiterhin ist eine Bindung des Ammoniaks an Zeolithe oder Schichtsilikate, die eine hohe Oberfläche zur Adsorption des Ammoniaks aufweisen, bekannt. Weiter werden bakterielle Verfahren zur Verringerung des Ammoniakgehalts eingesetzt, sowie eine Reaktion mit Ozon, das jedoch selbst ein starkes Atmosphärengift ist und nur mit hohem Energieeinsatz zu erzeugen ist.
  • So ist es seit langem bekannt, dass die Stickoxide in den Dieselmotorabgasen durch selektive katalytische Reduktion (selective catalytic reduction, SCR) mit Ammoniak zu Stickstoff entfernt werden können (vgl. den Artikel von Clemens Gleich, „Rettungspaket für Diesel“, Horizonte Verkehr, Technology Review, August 2017, Seiten 52 und 53). Schon frühzeitig hat man aber erkannt, dass das aus Harnstoff (AdBlue) oder Ammoniumcarbonat, Ammoniumcarbonat, Ammoniumhydrogencarbonat oder Ammoniumformiat erzeugte Ammoniak wegen des Ammoniak-Slips eine weitere Ammoniakquelle sein kann. Man versucht nun das Ammoniak mithilfe eines dem SCR nachgeschalteten selektiven Oxidationskatalysator (selective oxidation catalyst, SCO) zu Stickstoff zu oxidieren (vgl. die deutsche Offenlegungsschrift DE 42 14 183 A1 , die internationale Patentanmeldung WO 2005/016497A1 oder DIN europäischen Patente EP 2 029 260B1 und EP 2 683 468 B1 ). Dieses Problem stellt sich auch bei den Abgasen der Zementklinkerherstellung (vgl. die internationale Patentanmeldung WO 2016/169683 A1 ) oder bei den Abgasen von Brennern, die mit fossilen Brennstoffen betrieben werden (vgl. das amerikanische Patent US 7,901,647 B2 ). Auch hier müssen SCO, die Kombinationen von Edelmetallen und Übergangsmetallen als aktive Katalysatoren enthalten, die auf Zeolithen oder Metalloxiden geträgert sind, verwendet werden, um den Ammoniak-Slip zu unterdrücken. Eine neue Entwicklung wird durch das DeNOx-Projekt der RWTH Aachen und dem Forschungszentrum Jülich sowie mehreren Industriepartnern vorangetrieben. Es wird ein Katalysator verwendet, der aus der Hochtemperatur-Brennstoffzellen-Technik stammt und in den die Stickoxide eingelagert werden. Ist der Speicher voll, werden sie durch eine kurzzeitige Änderung der Motoreinstellung mithilfe der neuen Katalysatormaterialien in Ammoniak überführt, das wiederum gespeichert wird. Dieses Ammoniakdepot soll nun die Stickoxide im normalen Fahrbetrieb abbauen, bis es aufgebraucht ist, wonach der Prozess von vorne beginnt (vgl. Gregor Honsel, „Verkehr, Saubere Diesel ohne Harnstoff‟, Technology Review, Aktuell, Januar 2018, Seite 12 sowie die Links
    https://www.fz-juelich.de/SharedDocs/Pressemitteilungen/UK/DE/2017/2017-10-23-stickoxidekat.html
    http://www.aca.rwth-aachen.de/cms/ACA/Forschung/Proiekte/~otjw/Denox/?lidx=1
  • Allerdings ist nachteilig, dass ein Prototyp erst frühestens in drei Jahren zur Verfügung stehen soll.
  • Grundsätzlich ist auch eine elektrolytische Entfernung von Ammoniak aus einer Lösung aus den Publikationen
    • - „Efficient Electrochemical Removal of Ammonia with Various Cathodes and Ti/RuO2-Pt Anode‟ von Wang et al. in, Open Journal of Applied Sciences 2012, Vol. 2, Seiten 241-247;
    • - „Ammonia removal in electrochemical oxidation: Mechanism and pseudo-kinetics‟ von Liang Li und Yan Liu in Journal of Hazardous Materials 161 (2009), Seiten 2010 bis 2016;
    • - „Ammonia removal from landfill leachate by anodic oxidation‟ von A. Cabeza A. Urtiaga, M.-J. Rivero und I. Ortiz in Journal of Hazardous Materials 144 (2007, Seiten 715 bis 719;
    • - „Influence of operating conditions on the ammonia-oxidation rate in wastewaters from power plants (ELONITA™ technique)‟ von Y. Vanlangendinck D. Corbisier und A. Van Lierde in Water Research 39 (2005), Seiten 3028 bis 3034;
    • - „Boron-doped diamond anodic treatment of landfill leachate: „Evaluation of operating variables and formation of oxidation by-products" von A. Anglada, A. Urtiaga, I. Ortiz und D. Mantzavinos in Water Research 45 (2011), Seiten 828 bis 838; und
    • - „Evaluation of the Performance of Different Anodes in the Electrochemical Oxidation of Ammonia‟ von Shi-Long He, Quing Huang, Yong Zhang und Yu-Lun Nie in Water Air Soil Pollut (2015), 226:89;
    bekannt.
  • Voraussetzung zur Durchführung dieser Verfahren ist aber die Auflösung des gasförmigen Ammoniaks in Wasser, was ein zusätzlicher Verfahrensschritt ist. Des Weiteren hat es sich gezeigt, dass die Elektroden keine praxisgerechte Standzeit haben und häufig ausgetauscht werden müssen.
  • Die Verfahren „TriStar - Luftwäscher optional mit Biostufe“ und „LAVAMATIC Trommelwäsche“ von Reventa® zur Reinigung der Abgase von Schweineställen erfordert ebenfalls die Auflösung des Ammoniaks in Wasser. Bei diesem Verfahren fallen große Mengen an Waschwasser an, die weiter aufbereitet werden müssen. So wird unter anderem eine Reinigungsstufe mit Chlordioxid vorgeschlagen. Dabei handelt es sich jedoch um eine explosive und giftige Verbindung, so dass sie immer kurz vor Gebrauch hergestellt aus Chloriten oder Chloraten hergestellt werden muss.
  • Diese Verbindungen sind aber auch giftig und bei unsachgemäßer Handhabung gefährlich. Durch die Umsetzung des Ammoniaks mit Chlordioxid entstehen auch noch große Mengen an chloridhaltigen Abwässern.
  • Es kann aber auch eine biologische Reinigungsstufe für Ammoniak nachgeschaltet werden, bei welcher Bakterien aus dem Ammoniak Nitrat und Nitrit als Abbauprodukt durch Oxidation erzeugen. Dann hat man aber das Problem, wie man die Nitrat und Nitrit enthaltenden großen Mengen an Abwässern entsorgen soll. Außerdem erfordert die biologische Reinigungsstufe große Wasserflächen.
  • Ein anderer Ansatz zur Reduktion der Ammoniakemissionen in Viehställen wird in dem litauischen Patent LT2017010 (B) beschrieben. Hierbei werden der Mist und kontaminierte Oberflächen mit biologischen Präparationen besprüht, die die Ammoniakemission bis zu 32 % reduzieren.
  • In der japanischen Offenlegungsschrift JPH 07227219 (A) wird die Reduktion von Ammoniakemissionen durch die Fütterung von Vieh mit Futter, dem Wasser eines hohen Sauerstoffgehalts, Aktivkohle und eine Mischung von Zeolith mit Ferrit zugesetzt wird, beschrieben. Diese Methode ist jedoch nicht allgemein anwendbar.
  • In dem amerikanischen Patent US 5,069,720 wird die Reduzierung von Ammoniakemissionen aus basischen Rückständen wie Flugasche beschrieben, bei dem das Ammoniak mit einer physikalischen Barriere wie Zement oder einer sauren chemischen Barriere wie Polyvinylacetat/Zitronensäure, Polysulfonsäure oder Polysulfonsäure/Zitronensäure aufgefangen wird. Dadurch entstehen jedoch wieder feste und/oder flüssige Rückstände, die entsorgt werden müssen.
  • Für Feinstaub gibt es viele Quellen, besonders wichtig ist neben dem Verkehr die Ammoniakemission, die zu Feinstaubbildung führt. So schreibt die Zeitschrift der European Geoscience Union, dass bei einer um 50 % verringerten Emission in der Landwirtschaft weltweit 250.000 Todesfälle, die auf Luftverschmutzung zurückzuführen sind verhindert werden könnten. (LABO, 31.10.2017).
  • Zusätzlich zu den Ammoniakemissionen werde noch andere Noxen wie Schwefelwasserstoff, Amine Mikropartikel, Nanopartikel, Mikroorganismen und übelriechende und/oder toxische Substanzen freigesetzt. Gase, insbesondere Luft, müssen ebenfalls von diesen Noxen rasch und zuverlässig gereinigt werden.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung
  • Es stellt sich daher die Aufgabe, eine neue Vorrichtung zu finden, die Gase, insbesondere Luft, von Ammoniak oder Ammoniak und Noxen reinigt. Die neue Vorrichtung soll kompakt und leicht zu regeln sein und nur gasförmige Produkte wie Stickstoff und Wasser sowie gegebenenfalls Kohlendioxid liefern. Darüber hinaus soll es die neue Vorrichtung zusätzlich ermöglichen, Gase, insbesondere Luft, von Bakterien, Viren, Protozoen, Archaeen, Mikroalgen, Pilzen und übelriechenden und/oder toxischen Substanzen, Aerosolen und Stäuben, insbesondere von Grobstäuben, Feinstäuben und Feinststäuben und Aerosolen zu reinigen.
  • Außerdem stellt sich die Aufgabe, ein neues Verfahren zur Reinigung von Abgasen von Ammoniak, Bakterien, Viren Protozoen, Archaeen, Mikroalgen, Pilzen, übelriechenden und/oder toxischen Substanzen und Feinstaub zu finden, das in einfacher Weise durchführbar ist und nur gasförmige Produkte wie Stickstoff und Wasser sowie gegebenenfalls Kohlendioxid liefern. Darüber hinaus soll es das neue Verfahren zusätzlich ermöglichen, Gase von Bakterien, Viren, übelriechenden und/oder toxischen Substanzen und Stäuben, insbesondere von Aerosolen, Grobstäuben, Feinstäuben und Feinststäuben zu reinigen.
  • Des Weiteren stellt sich die Aufgabe, neue Verwendungen der neuen Vorrichtungen des neuen Verfahrens auf den unterschiedlichsten technischen Gebieten zu finden.
  • Nicht zuletzt stellt sich die Aufgabe, einen neuen vergiftungsfreien Katalysator für die selektive katalytische Oxidation von Ammoniak oder von Ammoniak und Noxen zu finden.
  • Weitere Aufgaben gehen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor.
  • Erfindungsgemäße Lösung
  • Demgemäß wurde die Vorrichtung zur Reinigung von Gasen von Ammoniak oder Ammoniak und Noxen gemäß dem unabhängigen Vorrichtungsanspruch 1 gefunden, die im Folgenden als »erfindungsgemäße Vorrichtung« bezeichnet wird.
  • Außerdem wurde das Verfahren zur Reinigung von Gasen von Ammoniak oder Ammoniak und Noxen gemäß dem unabhängigen Verfahrensanspruch 17 gefunden, das im Folgenden als »erfindungsgemäße Vorrichtung« bezeichnet wird.
  • Vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens gehen aus den abhängigen Ansprüchen hervor.
  • Nicht zuletzt wurde die neue Verwendung von Polyoxometallaten (POM) gemäß dem unabhängigen Verwendungsanspruch gefunden, die im Folgenden als »erfindungsgemäße Verwendung« bezeichnet wird.
  • Vorteile der Erfindung
  • Im Hinblick auf den Stand der Technik war es überraschend und für den Fachmann nicht vorhersehbar, dass die Aufgabe, die der vorliegenden Erfindung zu Grunde lag, mithilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung, des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Verwendung gelöst werden konnte. Insbesondere war es überraschend, dass mithilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung, des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Verwendung zahlreiche Vorteile gegenüber üblichen und bekannten Vorrichtungen und Verfahren zur Reinigung von Gasen von Ammoniak oder Ammoniak und Noxen erhalten wurden:
    • - Es entstanden keine unerwünschten Nebenprodukte wie Ammoniumsulfat und Nitrat mehr.
    • - Es entstanden keine giftigen Nitrosamine mehr.
    • - Es mussten keine Schwefelsäure und andere Verbrauchssäuren mehr verwendet werden.
    • - Es bestand keine Wassergefährdung durch die Nutzung von Chemikalien wie Säuren mehr.
    • - Eine aufwendige Wasserwäsche war nicht mehr notwendig.
    • - Es mussten keine Auffangbehälter für die entstehenden Produkte mir zur Verfügung stehen, da die Gase nach der Reinigung in der erfindungsgemäßen Vorrichtung und durch das erfindungsgemäße Verfahren direkt in die Luft abgelassen werden konnten.
    • - Vorratsbehälter für Chemikalien wurden nicht mehr gebraucht.
    • - Es waren keine großflächigen Verrieselungen oder Waschanlagen mehr notwendig.
    • - Die Abluft der erfindungsgemäßen Vorrichtung konnte direkt in den Luftstrom bestehender Belüftungsanlagen integriert werden.
    • - Die erfindungsgemäße Vorrichtung konnte über Jahre durchgehend betrieben werden, da - wenn überhaupt - nur ein geringer Verschleiß auftrat.
    • - Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren kamen ohne Katalysatoroberfläche für den Ammoniakabbau aus. Bei idealer Prozessführung war die Bildung von Stickoxiden minimal oder vernachlässigbar. Falls doch Stickoxide vorhanden waren, konnten diese in einfacher Weise durch selektive katalytische Reduktion zu Stickstoff reduziert werden.
    • - Somit konnten teure Katalysatoroberflächen entfallen und damit auch die Exposition mit Nanopartikeln von aktiven Katalysatoren, die gesundheitsgefährdend waren.
    • - Der Platzbedarf für die Anlage war kleiner als ein Wäscher und deutlich kleiner als für eine biologische Reinigungsstufe.
    • - Die für das erfindungsgemäße Verfahren notwendige Wärmeenergie konnte auf verschiedene Arten erzeugt werden, von elektrisch beheizten Widerstandsmetall, bis hin zur magnetischen Induktion, Erhitzung durch heiße Gase und Infrarotstrahlung und Mikrowellenstrahlung.
    • - Es konnten sowohl Wechselstrom als auch Gleichstrom zur elektrischen Erhitzung genutzt werden.
    • - Die elektrischen Bauteile bedurften keiner separaten Kühlung, wenn sie mit der aufbereiteten Abluft der erfindungsgemäßen Vorrichtung gekühlt wurden.
    • - Es war eine geregelte oder ungeregelte Führung des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich.
    • - Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren konnten bei jedem Gasdruck durchgeführt werden und ermöglichten eine geruchsfreie, feinstaubfreie und feinststaubfreie Abluft.
    • - Das erfindungsgemäße Verfahren konnte auch bei einem verhältnismäßig hohen Wasseranteil in der Zuluft durchgeführt werden.
    • - Das erfindungsgemäße Verfahren gestattete eine energetisch bessere Umsetzung im Vergleich zu Wäscher- und Verrieselungsanlagen, die wieder Energie zur Entsorgung der Produkte benötigten.
    • - Die erfindungsgemäße Vorrichtung das erfindungsgemäße Verfahren konnten in vielfältiger Weise genutzt werden - beispielsweise als Gülletrockner oder als Stallluftreiniger.
    • - Die Bauteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung waren größtenteils kommerziell erhältlich.
    • - Die Kombination und Kompatibilität mit üblichen und bekannten Systemen waren vorhanden.
    • - Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren konnten kontinuierlich überwacht und nachgeregelt werden.
    • - Auch die Reinigung von brennbaren Gasen war mit einer dem erfindungsgemäßen Verfahren vorangehenden selektiven Bindung des Ammoniaks möglich.
    • - Vorhandene Stickoxide konnten mit Ammoniak aus der Luft ohne die Verwendung von AdBlue (Harnstoff) zu Stickstoff umgewandelt werden.
    • - Die Bildung von Treibhausgasen wie Methan oder Ammoniak wurde reduziert.
    • - Bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens in und an Viehställen trat eine Verbesserung der Lebenssituation der Tiere ein und die Tiere gesundeten, weil sie keine ammoniakbelastete Luft mehr einatmen mussten.
    • - Aus diesem Grunde war auch deutlich weniger Tierfutter notwendig, um die gleiche Gewichtszunahme zu erzielen, wie bei Tieren in nicht belüfteten Viehställen.
    • - Die Belastung der Lebern der Tiere wurden dadurch geringer.
    • - Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren waren Energie effizient durch die Energierückgewinnung durch Wärmetauscher.
    • - Da die Abluft Ammoniak frei war, wurde auch die Umgebung nicht belastet.
    • - Es kam zu keiner Versäuerung und Eutrophierung von Gewässern durch Ammoniak mehr.
    • - Es traten weniger oder gar keine Vegetationsschäden durch Ammoniak mehr auf.
    • - Durch die geringe Versauerung der Böden wurde die Bioverfügbarkeit von Nährstoffen in den Böden erhöht.
    • - Durch den fehlenden Ammoniak nahm die Konzentration von giftigen Metallkomplexen in allen Phasen der Ammoniakverwertung im Boden ab.
    • - Die Verholzung von Pflanzen wurde gegenüber der Bildung von Blattmasse gefördert, wodurch die Pflanzen mit geringerer Ammoniakexposition wieder weniger empfindlich gegen Trockenheit, Schädlinge und/oder Windbruch wurden.
    • - Das Verhältnis von NPK, d.h. Stickstoff, Phosphor und Kalium, wird für die Düngung der Felder positiv beeinflusst, da im Verhältnis zu Stickstoff mehr Phosphat und Kalium zur Verfügung steht
    • - Die Grenzwerte für Ammoniak in der Luft wurden weniger häufig erreicht und/oder überschritten.
    • - Dadurch konnten beispielsweise die Mindestabstände von Viehställen zu Wohngebäuden reduziert werden.
    • - Außerdem entfielen durch die Reduktion der Emissionswerte Strafzahlungen an die EU.
    • - Vorrichtungen und Anlagen wie beispielsweise photovoltaische Systeme in landwirtschaftlichen Gebäuden wurden durch die geringere Ammoniakkonzentration in der Nähe der Emissionsquellen weniger korrosiv beansprucht, sie verschmutzten weniger und lieferten dadurch einen höheren Ertrag.
    • - Ammoniakangereichertes Wasser konnte verdunstet oder vernebelt werden, wonach der Ammoniak mithilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens abgebaut werden konnte.
    • - Eine vollständige Reinigung Zuluft oder der Abluft von Partikeln und Aerosolen war durch Akustophorese möglich.
    • - Mikroorganismen wie Bakterien, Archaeen, Protozoen, Mikroalgen, Pilze und Viren wurden in den heißen Zonen der erfindungsgemäßen Vorrichtung abgetötet und zum Teil verbrannt.
    • - Die schädlichen physiologischen Wirkungen von Ammoniak wie Reizung der Augen und der Schleimhäute des oberen Atemtraktes in geschlossenen Räumen und in der unmittelbaren Umgebung von Emissionsquellen konnten vermieden werden.
    • - Ebenso wurden der schädliche Eingriff des Ammoniaks in die Energiegewinnung der Mitochondrien und die Blockade der Zellatmung über das alpha-Ketoglutarat im Citratzyklus vermieden.
    • - Generell können mithilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtungen des erfindungsgemäßen Verfahrens die Herstellung von Mineraldünger, Feuerungsprozesse und Verbrennungen, sowie der Gewässerschutz oder die Vernichtung von Ozon besonders umweltfreundlich durchgeführt werden.
  • Weitere Vorteile gehen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor.
  • Ausführliche Beschreibung der Erfindung
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren beruht auf der thermischen und/oder katalytisch unterstützten Oxidation des Ammoniaks zu Stickstoff durch die Leitung des Ammoniakstroms über entsprechende heiße Oberflächen oder Interaktion mit IR-Strahlung.
  • Im Rahmen der vorliegenden Erfindung bedeuten „ammoniakfrei“, „noxenfrei“ und „NOx-frei“, dass die besagten Substanzen in den Gasen jeweils in einer Menge vorliegen, die unterhalb der jeweiligen gesetzlich festgelegten Grenzwerte und bevorzugt unterhalb der jeweiligen Nachweisgrenzen liegen.
  • Als katalytische Beschichtungen oder Komplettsysteme kommen in Betracht: Metalle wie Alphaeisen, Eisen, Platin, Rhodium, Cereisen, Raney-Nickel, Metalit, Übergangsmetalle, seltene Erden, Oxide wie Aluminiumoxid, Kupferoxid I und II, Zinkoxid, Chromoxid, Vanadiumoxid wie Pentoxid, Hopcalite, Braunstein, Samariumoxid wie dreiwertiges Samariumoxid sowie deren heterogenen und homogenen Mischungen. Besondere Katalysatoren sind Polyoxometallate (POM), die nicht durch Schwefelverbindungen zerstört oder inaktiviert werden. Polyoxometallate werden im Detail in der internationalen Patentanmeldung WO 2016/116259 A1 , Seite 13, Zeile 19, bis Seite 23, Zeile 17, beschrieben. Weitere geeignete Katalysatoren gehen aus dem amerikanischen Patent US 7,901,647 B2 , Spalte 13, Zeile 33, bis Spalte 14, Zeile 63, oder aus der Firmenschrift von NEXTEC MATERIALS Ltd. Lewis Center, Ohio, USA, „Selective Catalytic Oxidation (SCO) of NH3 to N2 for Hot Exhaust Treatment“ hervor.
  • Träger für die Katalysatoren können das Metall oder das Metalloxid selbst sein, aber auch temperaturstabile Wabenkörper aus Keramik, wie Cordierit kommen in Betracht. Neben wabenförmiger Struktur sind alle anderen Formen auch frei wählbar. Bevorzugt wird eine Vielzahl dünnwandiger Kanäle. Bevorzugt sind außerdem eine hohe Rauheit der Oberfläche und eine Vergrößerung der katalytisch aktiven Fläche zu erzielen. Der Katalysator kann selber auf dem Träger haften oder mittels eines sogenannten Washcoats aufgebracht werden. Dieses Washcoat besteht zumeist aus Aluminiumoxid sowie aus Sauerstoffspeicherkomponenten, wie zum Beispiel Cer-IV-oxid. Das Washcoat ist bevorzugt porös.
  • Als Katalysatoren und als Träger für die Katalysatoren kommen außerdem offenzellige Metallschäume in Betracht.
  • Die Oberfläche des Katalysators beziehungsweise des Trägermaterials kann nano- und/oder mikrostrukturiert sein mit verschiedenen Formen und Größen. Gleichzeitig können Bereiche mit unterschiedlicher Katalysatorzusammensetzung enthalten sein.
  • Der Träger kann mittels Lagermatten wie Hochtemperaturwolle oder einem Canning gelagert sein. Der Ausdehnungskoeffizient des Metalls kann zu Dichtungsanschlussproblemen führen. Diese können mit flexiblen Hochtemperaturanschlüssen oder einem gleitenden konischen Übergang, auf dem der Katalysatorausgang gesetzt ist, gelöst werden. Darin kann der Katalysatorausgang gleiten und dennoch durch einen Anpressdruck bei jeder Temperatur gasdicht gehalten werden. Neben der Hochtermperaturwolle können auch flexible, hochtemperaturbeständige, isolierende Coatings auf Basis von Aerogelen genutzt werden, wie z.B. Worlee shield® der Firma Worlee, Hamburg, Deutschland.
  • Entscheidend ist die hohe Temperatur und eine optimale Kontaktzeit des zu reinigenden Gasstroms mit der katalytischen Oberfläche, sodass das thermodynamisch stabilste Produkt aus dem Ammoniak erzeugt wird, nämlich Stickstoff. Die Bildung von Stickoxiden ist thermodynamisch nicht bevorzugt. Jedoch führen kurze Kontaktzeiten und spezifische Katalysatoren wie Rhodium zu einer erhöhten Bildung von Stickoxiden. Da dies vermieden werden soll, ist auch ein Körper, aufgebaut wie der oben beschriebene Katalysator, aber ohne die entsprechende Belegung mit einer katalytisch aktiven Verbindung besonders vorteilhaft. Ein Beispiel für einen solchen Katalysator ist METALIT® der Firma Continental Emitec GmbH, Lohmar, Deutschland. Das wesentliche Merkmal dieser Katalysatoren sind die S-förmige Standardwicklung oder die SM-Wicklung (modifizierte Standardwicklung) sowie das Hartlöten der einzelnen Metallfolien lagen, die je nach Ausführung nur 0,03 mm dünn sind, untereinander und zusammen mit dem Metallmantel (vgl. auch die deutsche Offenlegungsschrift DE 198 20 971 A1 ).
  • Von der Fachwelt werden vorstehend beschriebenen Katalysatoren auch als selektive Oxidationskatalysatoren (SOC, selective oxidation catalysts) bezeichnet.
  • Sauerstoff, angeregter Sauerstoff, Triplett- und Singulettsauerstoff, Ozon, andere Oxidationsquellen wie Braunstein und Peroxide, der Wassergehalt, die Partialdrücke der Gase, der Wasserstoffgehalt, der Stickstoffgehalt, die Temperatur und IR-Strahlung bestimmen das erfindungsgemäße Verfahren.
  • Deshalb ist es bevorzugt die Ausgangsgase zu messen, um einen geregelten thermischen Umsatz des Ammoniaks zu Stickstoff mit und ohne katalytische Oberfläche zu gewährleisten. Hierdurch kann auch die Bildung von Stickoxiden minimiert werden. Als Nebenreaktion kann die Bildung von Stickoxiden besonders bei der ungeregelten Variante ohne Überwachung und Rückkoppelung zu den Temperaturen und Volumenströmen auftreten. Diese Stickoxide werden gleichzeitig oder nachgeschaltet mit entsprechenden Katalysatoren wie beispielsweise Platin oder Palladium, in Gegenwart einer Wasserstoffquelle, wie Ammoniak, Wasser (wie oben), Wasserstoff zu Stickstoff reduziert. Als Wasserstoffquelle kann hier auch Ammoniak dienen. Dieses Ammoniak kann über einen Bypass vor dem katalytischen Stickoxidkatalysator eingeregelt werden. Weitere geeignete Katalysatoren werden beispielsweise in der internationalen Patentanmeldung WO 2016/169638A1 oder in dem europäischen Patent EP 2683468B1 , Seite 3, Spalte 3, Absatz [0015], bis Spalte 4, Absatz [0016], beschrieben Von der Fachwelt werden diese Katalysatoren auch als Katalysatoren für die selektive katalytische Reduktion (SCR, selective catalytic reduction) genannt.
  • Es ist aber auch möglich NOx nicht katalytisch mit Vorrichtungen zur selektiven nicht katalytischen Reduktion (SNCR, selective, non-catalytic reduction) zu Stickstoff zu reduzieren. Dies erfordert im Allgemeinen Temperaturen bis zu 1000 °C.
  • In einer SCR-Vorrichtung können folgende Reaktion ablaufen: 4 NH3 + 4 NO + O2 = 4 N2 + 6 H2O (Standard SCR), 2 NH3 + NO +NO2 = 2 N2 + 3 H2O (Fast SCR) und 8 NH3 + 6 NO2 = 7 N2 + 12 H2O (NO2 SCR).
  • Als Wärmequellen kommen IR-Strahler, Laser, elektrische Widerstandsheizungen, externe Heizungen, durch Magnetohyperthermie, Mikrowellenstrahlung und Induktionsheizungen. Als externe Wärmequellen für die Erwärmung oder Teilerwärmung kommen die Fotovoltaik und Solarthermie, die Geothermie, die Abwärme anderer Prozesse, sowie die Prozesswärme von z.B. Verbrennungprozessen in Betracht. Darüber hinaus kann die Reaktionsenergie beim Abbau von Ammoniak genutzt werden. Vorzugsweise wird eine elektrische Beheizung verwendet. Es können auch elektrisch beheizte Drähte oder Netzwerke angewandt werden.
  • Eine Bestrahlung mit IR Licht wird vorzugsweise mit Wellenlängen von 1000, 1650 und 3400 cm-1, entsprechend den Absorptionsmaxima des Ammoniaks, durchgeführt. Hierfür eignet sich insbesondere ein CO2-Laser. Es können aber auch entsprechende Lampen mit Filtern für die Bereiche oder Wellenlängenwandler eingesetzt werden.
  • Für die Sauerstoffquelle stehen Luft, Abluft, Sauerstoffgeneratoren, Sauerstoff oder Gasgemische mit Sauerstoff aus Vorratshaltung oder Ozongeneratoren zur Verfügung. Die Nutzung eines NOx-Speicherkatalysator ist ebenfalls möglich.
  • Als Wasserstoffquelle kann hier auch z.B. Ammoniak dienen oder Harnstoff (AdBlue), entsprechend einer selektiven katalytischen Reduktion (SCR). Dieses Ammoniak kann über einen Bypass vor dem katalytischen Stickoxidkatalysator eingeregelt werden. Auch kann direkt ein permanenter Bypass der Abluft, die ammoniakreich ist, mit derjenigen, die nun nachfolgend stickoxidreich ist, gemeinsam über einen Katalysator laufen, der daraus Stickstoff macht.
  • Die elektrische Energie für das Heizen der Oberfläche oder der katalytischen Oberfläche oder der Laser und IR-Lampen, oder der induzierten Systeme und oder Magnetohyperthermie ist ein DC- und/oder AC-System. DC/AC Wandler können genutzt werden so dass die Erwärmung idealerweise mit Hilfe einer ungefährlichen Niederspannung erfolgen kann. Aber auch die Verwendung von Hochpannung ist möglich.
  • Ein Wärmetauscher kühlt die entstandene von Ammoniak gereinigte oder abgereicherte Abluft. Der Wärmetauscher, vorzugsweise ein Gegenstrom-Wärmetauscher, kann die Abluft, die noch weiter von Ammoniak abzureichern ist, je nach Prozessführung vorerwärmen oder vollständig erwärmen. Dadurch wird Energie für die Heizleistung eingespart. Daneben können auch Energyharvester wie Thermolelektrische Elemente (TEE), Sterlingmotoren oder Turbinen eingesetzt werden, um und die Abwärme zur Stromproduktion zu nutzen.
  • Die thermische Zersetzung erfolgt vorzugsweise ab, 200 °C, 300 °C oder 400 °C, bevorzugt ab Grad Celsius und insbesondere ab 800 °C und höher. Je nach Druckbedingungen kann man die Temperatur bei reduziertem Druck oder erniedrigtem Partialdruck reduzieren.
  • Die Erhitzung und der Eintrag oder die Kombination mit Ozon, Peroxiden und/oder angeregtem Sauerstoff reinigen die Abluft zugleich von Mikroorganismen wie Bakterien, Viren, Pilzen, Archaeen oder Mikroalgen und geruchsbelastenden Stoffen. Damit werden im Gegensatz zu handelsüblichen Systemen die Keime auch direkt abgetötet. Damit werden zugleich eine Kontamination und ein Ausbringen von potentiellen Kontaminationen durch diese Noxen durch die Landwirtschaft, insbesondere in der Viehhaltung, minimiert oder unterbunden.
  • Durch die vollständige Umsetzung des Ammoniaks und der Umsetzung von Stickoxiden aus möglichen Nebenreaktionen zu Luftstickstoff sowie durch die thermische Zersetzung anderer Geruchsstoffe ist die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren zugleich geruchsneutral.
  • Schwefelwasserstoff und allgemein Schwefelverbindungen sowie Selen- und Phosphoranaloge sind Katalysatorgifte. Dieses Problem kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung dadurch gelöst werden, dass benutzen keinen Katalysator mit Beschichtung verwendet wird. Außerdem wird ein Vorkatalysator oder einen Hauptkatalysator mit Polyoxometallaten verwendet. Diese können auch Schwefel-, Phosphor- und Selenverbindungen oxidieren, ohne sich selbst zu zerstören. Diese können dann in Kombination mit üblichen Katalysatoren genutzt werden. Außerdem können Schwefelwasserstoff, Schwefelverbindungen sowie Selen- und Phosphoranaloge durch Kalkmilch, Festbettreaktoren aus Calciumhydroxyd, Calciumoxid oder Calciumcarbonat. Es können aber auch die entsprechenden Verbindungen von anderen Alkalimetallen, Erdalkalimetallen und/oder Übergangsmetallen zusätzlich oder alleine verwendet werden.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann mit üblichen Gülletrocknern, Abluftwäschern, Reinigungsstufen, biologischen Reinigungsstufen und -systemen, Partikel- und Dreckentfernern aus Abgasen sowie aus Abluftsystemen in Ställen und Gebäuden sowie Biogasanlagen kombiniert werden, dass sie in hohem Maße damit kompatibel ist.
  • In der Energiewirtschaft, dem Militär und dem verarbeitenden Gewerbe sind Ammoniakemissionsquellen die an die Abluft angeschlossen sind, mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ebenfalls kombinierbar und kompatibel. Besonders sind neben der Landwirtschaft Abfall und Abwasser als Emissionsquellen wichtig. In den Abwasserwerken und Abfallanlagen oder Wertstoffhöfen und besonders in Kompostierungsanalagen kann das Ammoniak, das freigesetzt wird, mit Abluftanlagen ebenfalls mithilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens Ammoniak befreit bzw. reduziert werden.
  • Eine besondere Ausführungsform ist die Aufnahme von Ammoniak aus Gemischen mit brennbaren Gasen, wie den Gasgemischen aus Biogasanlagen. Hier ist eine direkte Oxidation des Ammoniaks nicht möglich ohne auch das brennbare Gas, wie beispielsweise Methangas, zu oxidieren. Deshalb gibt es für diese Fälle und andere, bei denen zuerst eine Abtrennung des Ammoniaks erzielt werden soll, eine Vorschalteinheit, die mittels fester Säuren den Ammoniak bindet und anschließend durch Einbringung in einen erwärmten Luftstrom den Ammoniak unter Regenerierung der festen Säuren wieder freisetzt. Diese Art der Beladung und des Recyclings kann automatisch im Kreis im Sinne eines Revolvers verlaufen oder diskontinuierlich in einem Batchsystem. Auch ist eine poröse Struktur möglich, die an der einen Seite Ammoniak durch eine saure Beladung bindet und an der anderen Seite - der dem brennbaren Gasgemisch abgewandten Seite - das Ammoniak mittels Erwärmung verflüchtigt. Der aktive Transport des Ammoniaks innerhalb einer solchen porösen oder mesoporen Struktur wird durch die Verschiebung des chemischen Gleichgewichts erzielt. Übliche feste Säuren sind Lewissäuren wie Zeolithe, Alumina, Silizium-Aluminium-Phosphate und sulfatisiertes Zirkonium, Silica basierte feste Säuren, silicagebundes Aluminiumchlorid, Bortrifluorid, Zinksalze, Perchlorsäure, Schwefelsäure, Sulfonsäure, Heteropolysäuren, ionische Flüssigkeiten, lonenaustauschmaterialien, hydroxylapatitbasierte feste Säuren und kohlenstoffbasierte Systeme. Zudem sind viele Oxide der Übergansmetalle, insbesondere von Titan, Zirkonium, Niobium, aber auch sulfonierte Polystyrole und feste Phorphorsäuren sowie Niobsäure und Heteropolyoxometallate geeignet.
  • Auch kann das Ammoniak in einem wässrigen Medium, z.B. in einem sauren Medium mit organischen oder anorganischen Säuren oder mit Bentonit oder Kaliumsulfat als Säureregulator aufgenommen werden. Anschließen kann wie bei der festen Säure das Ammoniak wieder verdampft und abgebaut werden. Im neutralen wässrigen Milieu ist das gemeinsam mit dem Wasser möglich.
  • Zur Abtrennung von Nanopartikeln und Mikropartikeln wird ein Filter genutzt und/oder eine Kombination mit einer Akustophorese-Trennvorrichtung. Der Einsatz von Zyklonen und Wirbelrohrsystemen zur Abscheidung grober Partikel ist ebenfalls vorteilhaft. Es kann aber auch auf eine Partikelabtrennung vor dem Einlass der ammoniakangereicherten Luft verzichtet werden. Indes bietet die Partikelabtrennung Vorteile für das erfindungsgemäße Verfahren
  • Es kann ammoniakangereichertes Wasser oder Güllefraktionen verdunstet oder - energetisch günstiger - vernebelt oder verwirbelt werden und dann in die erfindungsgemäße Vorrichtung eingebracht werden. Dabei verdampfen das Wasser und das Ammoniak, wobei das Ammoniak dann wie beschrieben zu Stickstoff oxidiert wird.
  • Die Reduktion von Feinstaub oder Nanopartikeln, die bei der Oxidation von Ammoniak gebildet werden können, ist eine weitere Anwendung. Dabei werden der Feinstaub und die Nanopartikeln Akustophorese-Trennvorrichtung die Nanopartikel aggregiert und anschließend auf einem Filter als Mikropartikel entweder ganz entfernt oder aber in solch einer Größe agglomeriert, da sie nicht mehr gefährlich für die Inhalation, weil sie bereits im Nasalbereich abgetrennt werden.
  • Die aufbereitete Abluft kann genutzt werden, um die elektrischen Geräte zu kühlen, indem der Vollvolumenstrom oder ein Teilstrom durch elektrische Schaltschränke oder ihre Bauteile geleitet wird. Dabei kann der Gasstrom geschlossen hindurchlaufen oder offen sein. Bei der geschlossenen Führung ist ein Wärmetauscher für die Luft notwendig. Der wesentliche Vorteil ist in diesem Fall, dass die Elektronik vollständig abgeschirmt ist.
    Alternativ hierzu kann auch mittels einer TEE/Lüfterkombination im Schaltschrank als aktiver Kühlung gearbeitet werden.
  • Die Analyse von Ammoniak und NOx kann mithilfe der handelsüblichen Drägerröhrchen oder mit Matrixsystemen erfolgen.
  • Alternativ kann die Analytik des NOx und NH3 mit Sensoren auf Basis von Xenonlampen, wellenlängenvariierbaren Lasern sowie IR-, NIR-, UV-, Deep UV- und Raman-Spektroskopie erfolgen. Eine spezifische Messung kann mit einer feststehenden Wellenlänge erfolgen, bei der mittels eines Filters und/oder einer variablen Wellenlänge mittels eines optischen Systems wie einem Gitters gemessen wird. Die Messzelle kann lang sein, damit die Weglänge läenger ist wie z.B. 50 cm ist. Sie kann verspiegelt sein, wodurch die Weglänge verdoppelt wird und z.B. 1 m beträgt. Als Messpunkte kann man jeweils einen Messpunkt an verschiedenen Stellen wählen, wo der der Detektor angebracht wird. Oder aber das Gas wird zum Detekor geleitet oder der Detektor wird z.B. mittels Glasfaserkabel mit verschienden Messpunkten verbunden, um beispielsweise die Werte vor und nach der Reinigung zu übermitteln.
  • Das gesamte System kann, um Energie zu sparen, neben dem Gegenstromwärmetauscher, auch mit den handelsüblichen Isolationsmaterialien, Aerogelen, Steinwolle, Glaswolle, Zirkoniumoxid, Lutonit, Vermiculite oder dem Isoliermaterial gemäß dem Ausführungsbeispiel des europäischen Patent EP 2 836 312 B1 , Seite 9, Absatz [0079], bis Seite 10, Absatz [0090] thermisch isoliert werden.
  • Die ammoniakhaltige Abluft wird mittels eines Ventilators oder eines Kompressors, Turboladers, Lüfters, Ringventuris, Turbogebläses, Seitenkanalverdichters, Axiallüfters, Badlüfters, Computerlüfters, CPU-Lüfters, Dauerlüfters, Flachlüfters, Gehäuselüfters, Heizlüfters, Hochdrucklüfters, Hochleistungslüfters, Innenangriffslüfters, Klimalüfters, Kreisellüfters, Kunststofflüfters, Querstromlüfters, Radiallüfters, oder Kombinationen hiervon verdichtet und durch die erfindungsgemäße Vorrichtung geleitet.
  • Ansonsten umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Peripherie zur Erfassung und Übermittlung der gemessenen Daten sowie der elektronischen, elektrischen, mechanischen, hydraulischen und pneumatischen Regelung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Die vorliegende Erfindung richtet sich somit auf die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Reinigung von Gasen von Ammoniak oder Ammoniak und Noxen, umfassend
    • - mindestens eine, insbesondere eine, Einlasseinheit zum Ansaugen, Vorreinigen, Komprimieren und Zuleitung der vorgereinigten, ammoniakhaltigen oder ammoniakhaltigen und noxenhaltigen Gase zu mindestens einem, insbesondere einem, Wärmetauscher,
    • - mindestens einen, insbesondere einen, Wärmetauscher, worin die über mindestens einen, insbesondere einen, Einlass zuleitbaren, vorgereinigten, komprimierten, ammoniakhaltigen oder ammoniakhaltigen und noxenhaltigen Gase mithilfe der über mindestens einen, insbesondere einen, Einlass in den mindestens einen, insbesondere einen, Wärmetauscher) einleitbaren heißen, ammoniakfreien, noxenfreien und NOx-freien Gase aufheizbar sind, wodurch die Gase abkühlbar und als abgekühlte, ammoniakfreie, noxenfreie und NOx-freie Gase über mindestens einen, insbesondere einen, Auslass und mindestens ein, insbesondere ein, Frischluftrohr aus dem mindestens einen Wärmetauscher ausleitbar sind,
    • - mindestens einen, insbesondere einen, Auslass durch den die vorgeheizten, ammoniakhaltigen oder ammoniakhaltigen und noxenhaltigen Gase über mindestens eine, insbesondere eine, Zuführung von dem mindestens einen Wärmetauscher mindestens einer, insbesondere einer monolithischen und/oder mindestens einer zusammengesetzten Katalysatoreinheit zuführbar sind, die, in der Strömungsrichtung der Gase gesehen,
    • - mindestens eine, insbesondere eine, feststehende oder verschiebbare Vorrichtung zur selektiven Oxidation (SCO), worin 60 % bis 99,999 %, vorzugsweise 70 % bis 99,99 % und insbesondere 80 % bis 99,9 % des in den vorgeheizten, ammoniakhaltigen oder ammoniakhaltigen und noxenhaltigen Gasen vorhandenen Ammoniaks oder des vorhandenen Ammoniaks und der vorhandenen Noxen katalytisch, thermisch und/oder thermisch/katalytisch zersetzbar und/oder oxidierbar und/oder verbrennbar sind,
    • - mindestens einen, insbesondere einen, die SCO-Vorrichtung umschließenden Ringspalt und/oder mindestens einen, insbesondere einen, Bypass mit mindestens einer, insbesondere einer, Bypassabzweigung vor der mindestens einen SCO-Vorrichtung, mindestens ein, insbesondere ein Regelventil und mindestens eine, insbesondere eine, Bypassrückführung hinter der mindestens einen SCO-Vorrichtung durch den 0,001 % bis 40%, vorzugsweise 0,01 % bis 30 % und insbesondere 0,1 % bis 20 % des in den vorgeheizten, ammoniakhaltigen oder ammoniakhaltigen und noxenhaltigen Gasen vorhandenen Ammoniaks oder des vorhandenen Ammoniaks und der vorhandenen Noxen an der mindestens einen SCO-Vorrichtung vorbeileitbar sind,
    • - mindestens eine, insbesondere eine, Zone M hinter der mindestens einen SCO-Vorrichtung, in der die oxidierten, ammoniakfreien, noxenfreien und NOx-haltigen Gase mit den vorgeheizten Gasen mischbar und über mindestens eine, insbesondere eine, feststehende oder verlängerbare oder verkürzbare Gasleitung oder über mindestens einen, insbesondere einen, feststehenden oder längenverstellbaren Abstandshalter für das Gasgemisch mindestens eine, insbesondere eine, feststehenden oder verschiebbaren Vorrichtung zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR) und/oder zur selektiven nicht katalytischen Reduktion (SNCR) zuleitbar sind, worin die vorhandenen NOx-haltigen Gase mithilfe von noch vorhandenem Ammoniak zu Stickstoff reduzierbar sind und wonach die resultierenden, reduzierten, heißen, ammoniakfreien, noxenfreien und NOx-freien Gase über mindestens eine, insbesondere eine, feststehende oder verlängerbare oder verkürzbare Gasleitung mindestens einem, insbesondere einem, Einlass des mindestens einen, insbesondere einen, Wärmetauschers zuführbar sind.
    umfasst.
  • Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist diese auf ihrer Außenseite mindestens eine, insbesondere eine thermische Isolierung auf.
  • Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die ammoniakhaltigen Gase Abgase jeglicher Art oder Luft.
  • Bei noch einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die Abgase oder die Luft Gasreste in und Abgase von chemischen Anlagen, Gasleitungen, Befüllungsanlagen, Umfüllanlagen und Reaktionsprodukten oder werden von Dieselmotoren, Abgaskaminen, Kohlekraftwerken, Braunkohlekraftwerken, Brennrohröfen, Krematorien, Pyrolysegeräten, Viehställen, Gülle, Jauche, Festmist, Fäkalien, Kläranlagen, Kanalisationen, Gärresten, verrottenden organischen Materialien und Grünzeug, heißen Quellen, vulkanischen Fumarolen und von sich zersetzendem Eiweiß emittiert.
  • Bei noch einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist die mindestens eine, insbesondere eine, Einlassvorrichtung in dieser Reihenfolge mindestens eine, insbesondere eine, Vorrichtung zur Vorreinigung der ammoniakhaltigen oder ammoniakhaltigen und noxenhaltigen Gase mindestens, insbesondere einen, einen Gasraum hinter der mindestens einen, insbesondere einen Vorrichtung, mindestens eine, insbesondere eine, trichterförmige Zuführung des vorgereinigten, ammoniakhaltigen oder ammoniakhaltigen und noxenhaltigen Gases zu mindestens einer, insbesondere einer, Vorrichtung zum Ansaugen des vorgereinigten, ammoniakhaltigen oder ammoniakhaltigen und noxenhaltigen Gases und Weitertransport zu mindestens einer, insbesondere einer, Vorrichtung zum Verdichten und Einblasen der komprimierten, vorgereinigten, ammoniakhaltigen oder ammoniakhaltigen und noxenhaltigen Gase über mindestens eine, insbesondere eine Zuleitung zu mindestens einem, insbesondere einem, Einlass mindestens eines, insbesondere eines, Wärmetauschers auf.
  • Bei noch einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist die mindestens eine, insbesondere eine, Vorrichtung zum Ansaugen der vorgereinigten ammoniakhaltigen Gase und ihrem Weitertransport zu mindestens einer, insbesondere einer Vorrichtung aus der Gruppe, bestehend aus von in Förderrichtung modulierten Schallwellen, einer Zentrifugalkraft, einer Zentripedalkraft, einer Corioliskraft, der Gravitation, einem Ventilator, einem Axiallüfter, einem Badlüfter einem, Computerlüfter, einem CPU-Lüfter, einem Dauerlüfter, einem Flachlüfter, einem Gehäuselüfter, einem Heizlüfter, einem Innenangriffslüfter, einem Klimalüfter, einem Kreisellüfter, einem Kunststofflüfter, einem Querstromlüfter, einem Radiallüfter, einem Injektor, einem Venturi, einem Diffusor, einem Liquidmultiplier, einem Gasmultiplier, einem Dyson, einer Mantelturbine, einem Deltaflügelkonzentrator, einem Ringventuri, einer Magnuseffektturbine, einem Berwian oder Berliner Windkraftanlage sowie einer passiven und aktiven Konvektion, Effusion und/oder Diffusion, auf, und die mindestens eine, insbesondere eine, Vorrichtung zum Verdichten und Einblasen ist aus der Gruppe, bestehend aus einem Hochdrucklüfter, einem Hochleistungslüfter, einem Kompressor und einem Turbolader, ausgewählt.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die mindestens eine, insbesondere eine, Vorrichtung zur Vorreinigung der ammoniakhaltigen Gase mindestens ein, insbesondere ein, Filter, mindestens eine, insbesondere eine, Akustophorese-Trenneinrichtung, mindestens ein, insbesondere ein, Wirbelrohr und/oder mindestens ein, insbesondere ein Zyklon.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der mindestens eine, insbesondere eine, Wärmetauscher ein Gegenstrom-Wärmetauscher.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weisen die mindestens eine, insbesondere eine SCO-Vorrichtung und die mindestens eine, insbesondere eine, SCR- und/oder die mindestens eine, insbesondere eine, SNCR-Vorrichtung mindestens einen, insbesondere einen, gasdurchlässigen Grundkörper aus Metall oder Keramik und/oder mindestens ein, insbesondere ein, Schüttbett aus mindestens einem, insbesondere einem, Typ geformter Teilchen aus Metall und/oder Keramik und/oder mindestens ein Wirbelschichtbett aus Metallpulvern und/oder Keramikpulver, deren Oberflächen frei von Katalysatoren sind oder mindestens eine, insbesondere eine, Katalysatorbeschichtung aufweisen.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weisen die mindestens eine, insbesondere eine, SCO-Vorrichtung und die mindestens eine, insbesondere eine, SCR- und/oder die mindestens eine, insbesondere eine, SNCR-Vorrichtung jeweils mindestens eine, insbesondere eine, Wärmequelle, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Infrarotstrahlern, Infrarotlasern, elektrischen Widerstandsheizungen, elektrischen Induktionsheizungen, magnetischen Induktionsheizungen Mikrowellensendern und Magnetohyperthermie-Geräten sowie externen Wärmequellen, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Fotovoltaik-Vorrichtungen, Solarthermievorrichtungen, Geothermievorrichtungen, Systeme zur Nutzung der Abwärme anderer Prozesse, Verbrennungseinrichtungen und Vorrichtungen zur Nutzung der bei der Zersetzung des Ammoniaks oder des Ammoniaks und der Noxen freiwerdenden Wärme, auf.
  • Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die mindestens eine, insbesondere eine, SCR- Vorrichtung und/oder die mindestens eine, insbesondere eine, SNCR-Vorrichtung abstandsabhängig durch die mindestens eine mit mindestens einer, insbesondere eine, Wärmequelle ausgestatteten SCO-Vorrichtung beheizbar.
  • Die Abstandsregelung kann dabei über die Temperatur, den elektrischen Strom, das das Durchflussvolumen und/oder die Durchflussgeschwindigkeit und/oder einen Bypass erfolgen.
  • Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung hat der mindestens eine, insbesondere eine, Grundkörper der mindestens einen, insbesondere einen, SCO-Vorrichtung und/oder der mindestens einen, insbesondere einen, SCR-Vorrichtung und/oder der mindestens einen, insbesondere einen SNCR-Vorrichtung einen kreisrunden, Brotlaib-förmigen, ovalen, elliptischen und 3-eckigen, 4-eckigen, trapezförmigen, rautenförmigen, quadratischen, 5-eckigen und 6-eckigen Querschnitt mit geraden und/oder abgerundeten Kanten und/oder scharfen und/oder abgerundeten Ecken.
  • In noch einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die Noxen Stäube, Mikropartikel, Nanopartikel, toxische Gase, toxische Aerosole, toxische und/oder übelriechende Substanzen, Pollen, Pilze, Archaea, Bakterien, Mikroalgen, Protozoen und/oder Allergene.
  • Noch eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst mindestens eine, insbesondere eine, Vorrichtung zur Zudosierung mindestens eines, insbesondere eines, Oxidationsmittels, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Sauerstoff, angeregtem Sauerstoff, Triplett-Sauerstoff, Singulett-Sauerstoff, Ozon, anorganischen und organischen Peroxiden und Oxiden von Metallen in hohen Oxidationsstufen, und mindestens eine Vorrichtung zur Zudosierung von mindestens einer Wasserstoffquelle, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Wasser, Ammoniak, organischen Aminen und Vorprodukten von Ammoniak, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Harnstoff, Ammoniumcarbonat, Ammoniumcarbamat, Ammoniumhydrogencarbonat und Ammoniumformiat.
  • In noch einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist diese zumindest im Bereich der mindestens einen, insbesondere einen, Einlassvorrichtung mindestens eine, insbesondere mindestens zwei, Messstellen (A1) oder (A1a) zur Messung des Ammoniakgehalts oder des Ammoniakgehalts und des Noxengehalts des vorgereinigten, ammoniakhaltigen oder ammoniakhaltigen und noxenhaltigen Gases und im Bereich des mindestens einen , insbesondere einen, Frischluftrohres mindestens eine, insbesondere mindestens zwei Messstellen (A2) zur Messung des Ammoniakgehalts, des Noxengehalts und des NOx-Gehalts des abgekühlten, ammoniakfreien, noxenfreien und NOx-freien Gases (Frischluft), auf.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur Reinigung von Gasen von Ammoniak oder von Ammoniak und Noxen umfasst zumindest die folgenden Verfahrensschritte:
    1. (I) Ansaugen, Vorreinigen und Komprimieren der ammoniakhaltigen oder ammoniak- und noxenhaltigen Gase durch mindestens eine, insbesondere eine, Einlasseinheit (5),
    2. (II) Zuleiten der vorgereinigten, komprimierten, ammoniakhaltigen oder ammoniakhaltigen und noxenhaltigen Gase durch die mindestens eine, insbesondere eine Einlasseinheit zu dem mindestens einen, insbesondere einen, Einlass mindestens eines, insbesondere eines Wärmetauschers,
    3. (III) Vorheizen der der zugeleiteten, vorgereinigten, komprimierten, ammoniakhaltigen oder ammoniakhaltigen und noxenhaltigen Gase in dem mindestens einen, insbesondere einen, Wärmetauscher durch die über den mindestens einen, insbesondere einen, Einlass eingeleiteten, heißen, ammoniakfreien, noxenfreien und NOx-freien Gase, wodurch die Gase abgekühlt und über den mindestens einen, insbesondere einen, Auslass und das mindestens eine, insbesondere eine Frischluftrohr aus dem mindestens einen, insbesondere einen Wärmetauscher ausgeleitet werden,
    4. (IV) Zuleiten der vorgeheizten, vorgereinigten, komprimierten, ammoniakhaltigen oder ammoniakhaltigen und noxenhaltigen Gase über den mindestens einen, insbesondere einen Auslass aus dem mindestens einen, insbesondere einen Wärmetauscher über die mindestens eine, insbesondere eine, Zuführung für die vorgeheizten Gase zu der mindestens einen monolithischen und/oder zusammengesetzten Katalysatoreinheit,
    5. (V) katalytische, thermische und/oder thermisch/katalytische selektive Oxidation, Zersetzung und/oder Verbrennung von 60 % bis 99,999 %, vorzugsweise 70 % bis 99,99 % und vorzugsweise 80 % bis 99,9 % des in den vorgeheizten, Gasen enthaltenen Ammoniaks oder des Ammoniaks und der Noxen in der mindestens einen, insbesondere einen, beheizten, feststehenden oder verschiebbaren Vorrichtung,
    6. (VI) Umleiten der vorgeheizten Gase, enthaltend 0,001 % bis 40 % , vorzugsweise 0,01 % bis 30 % und insbesondere 0,1 bis 20 % des in vorgeheizten Gasen enthaltenen Ammoniaks oder des Ammoniaks und der Noxen um die mindestens eine, insbesondere eine, feststehende oder verschiebbare SCO-Vorrichtung durch mindestens einen, insbesondere einen, die mindestens eine, insbesondere eine, SCO-Vorrichtung umgebenden mindestens einen, insbesondere einen, Ringspalt oder durch mindestens einen, insbesondere einem, Bypass mit mindestens einer, insbesondere einer, Bypassabzweigung vor der mindestens einen, insbesondere einen feststehenden oder verschiebbaren SCO-Vorrichtung, mindestens einem, insbesondere einem, Regelventil und mindestens einer, insbesondere einer, Bypassrückführung,
    7. (VII) Durchmischen der umgeleiteten, vorgeheizten Gase mit den die mindestens eine, insbesondere eine, feststehende oder verschiebbare SCO-Vorrichtung verlassenden, oxidierten, ammoniakfreien oder ammoniak- und noxenfreien sowie NOx-haltigen Gasen in der mindestens einen, insbesondere einen Mischzone und der Bildung eines Gasgemischs,
    8. (VIII) Einleiten des Gasgemischs über die mindestens, insbesondere eine, eine feststehende oder verlängerbare oder verkürzbare Gasleitung oder über mindestens einen, insbesondere einen, feststehenden oder verschiebbaren Abstandshalter in mindestens eine, insbesondere eine, feststehende oder verschiebbare SCR-Vorrichtung und/oder mindestens eine, insbesondere eine, SNCR-Vorrichtung,, worin die vorhandenen NOx-haltigen Gase mithilfe des noch vorhandenen Ammoniaks zu Stickstoff reduziert und die resultierenden, reduzierten, heißen, ammoniakfreien, noxenfreien und NOx-freien Gase über mindestens eine, insbesondere eine, feststehende oder verlängerbare oder verkürzbare Gasleitung mindestens einem, insbesondere einem Einlass des mindestens einen, insbesondere einen, Wärmetauschers zugeführt werden, worin sie durch die vorgereinigten, komprimierten, ammoniakhaltigen oder ammoniakhaltigen und noxenhaltigen Gase abgekühlt und über den mindestens einen, insbesondere einen, Auslass und das mindestens eine, insbesondere eine, Frischluftrohr ausgeleitet werden.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die katalytische, thermische und/oder thermisch/katalytische selektive Oxidation, Zersetzung und/oder Verbrennung der Gase in der mindestens einen, insbesondere einen, SCO-Vorrichtung) ab mindestens 200 °C, vorzugsweise ab mindestens 300 °C, bevorzugt ab mindestens 600 °C und insbesondere ab mindestens 800 °C.
  • In noch einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird oder werden die mindestens eine, insbesondere eine, SCR-Vorrichtung im Niedertemperaturbereich bei 80 °C bis 300 °C oder im Hochtemperaturbereich von 250 °C bis 600 °C und die mindestens eine, insbesondere eine, SNCR-Vorrichtung im Temperaturbereich von 800 °C bis 1000 °C betrieben.
  • In noch einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden bei der Verwendung von mindestens zwei, insbesondere zwei, SCR-Vorrichtungen mindestens eine, insbesondere eine, SCR-Vorrichtung im Niedertemperaturbereich und mindestens eine, insbesondere eine, SCR-Vorrichtung im Hochtemperaturbereich oder bei der Verwendung von mindestens einer, insbesondere einer, SCR-Vorrichtung und mindestens einer, insbesondere einer, SNCR-Vorrichtung die mindestens eine, insbesondere eine, SCR-Vorrichtung im Hochtemperaturbereich betrieben.
  • Es hat sich des Weiteren als vorteilhaft erwiesen, Polyoxometallate (POM) als vergiftungsfreie Oxidationskatalysatoren zur selektiven katalytischen Oxidation von Ammoniak zu Stickstoff, insbesondere in SCO-Vorrichtungen, zur Vermeidung von Ammoniakslip zu verwenden war.
  • Es hat sich außerdem als vorteilhaft erwiesen, beschichtete oder unbeschichtete, gasdurchlässige Metallkatalysatoren, jeweils umfassend einen Metallmantel und mindestens eine S-förmige Standardwicklung und/oder mindestens eine SM-Wicklung oder modifizierte Standardwicklung, die durch Hartlöten der einzelnen ≤0,03mm dünnen Metallfolienlagen, untereinander und zusammen mit dem Metallmantel zusammengefügt werden, für die Oxidation von gasförmigem Ammoniak zu Stickstoff zu verwenden.
  • Es hat sich des Weiteren als Vorteil erwiesen, beschichtete oder unbeschichtete, gasdurchlässige, aus unterschiedlichen Bauteilen zusammengesetzte Katalysatoren zu verwenden, da diese besonders präzise den jeweiligen erfindungsgemäßen Verfahren angepasst werden können und die daher variabler als monolithische Katalysatoren sind.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung das erfindungsgemäße Verfahren können erstaunlich breit angewandt werden. Im Folgenden werden einige charakteristische Beispiele aufgeführt. Die Darstellung ist nicht abschließend.
  • Absaugen von Luft aus Tierställen:
  • Die ammoniakhaltige Luft wird aus den Tierställen unterhalb der Spaltenböden, wo die Ammoniakkonzentration am höchsten ist und zugleich die Tiere den dichtesten Kontakt damit haben, mittels eines Schlauches, eines Ansaugsystems oder einer Umlüftung abgesaugt und direkt in die Einlasseinheit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung eingesaugt und dem erfindungsgemäßen Verfahren unterworfen
  • Erfindungsgemäße Vorrichtungen in Tierställen:
  • Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen, die die Stallluft von Ammoniak, Bakterien, Viren, Keimen, Geruchsstoffen, Grob- und/oder Feinstaub reinigen und anschließend die gereinigte Luft wieder in den Raum abgeben, können an jedem Ort direkt in den Viehställen angebracht werden.
  • Dachinstallationen:
  • Die Dachinstallationen der erfindungsgemäßen Vorrichtungen, die die Stallluft von Ammoniak, Bakterien, Viren, Keimen, Geruchsstoffen, Grob- und/oder Feinstaub mithilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens reinigen, können die gereinigte Luft wieder in den Raum oder als Abluft über Dach abgeben.
  • Separate erfindungsgemäße Vorrichtungen:
  • Die separaten erfindungsgemäßen Vorrichtungen können neben den Viehställen errichtet werden. Sie reinigen mithilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens die Luft von Ammoniak, Bakterien, Viren, Keimen, Geruchsstoffen, Grob- und/oder Feinstaub und führen die gereinigte Luft dann wieder in den Stallraum zurück.
  • Vernichtung von Ammoniak aus Biogasanlagen:
  • Bei Biogasanlagen, wird das Ammoniak, dass alleine vorliegt oder mit sehr geringen Mengen an brennbaren Gasen wie Methan vergesellschaftet ist, in einer separaten, ammoniakspezifischen Trennvorrichtung gebunden. Das abgetrennte Ammoniak wird in die erfindungsgemäße Vorrichtung geleitet, worin es durch das erfindungsgemäße Verfahren zu Stickstoff umgesetzt wird. Danach ist die ammoniakspezifische Trennvorrichtung im Idealfall wieder vollständig oder teilweise regeneriert. Die Trennung kann mit festen Säuren vorgenommen werden. Das gesamte Verfahren kann diskontinuierlich oder kontinuierlich oder im Batchverfahren ablaufen. Hierzu kann ein Aufbau eines Revolversystems oder eines Trommelsystems, das einzelne Elemente mit festen Säuren transportiert, genutzt werden. Neben üblichen Lewis- und Bronstead-Säuren können auch Supersäuren zum Einsatz kommen. Falls es lohnend ist, können die ammoniakfreien, brennbaren Gase als Energielieferanten genutzt werden
  • Reinigung der Abluft von Gärresten:
  • Bei der Lagerung von Gärresten wird die Abluft mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens von Ammoniak, Bakterien, Viren, Keimen, Geruchsstoffen, Grob- und/oder Feinstaub gereinigt, wonach die gereinigte Luft wieder als Frischluftzufuhr in den Behälter geleitet wird. Der Vorgang kann durch eine Umwälzung der Oberfläche der Gärreste oder des kompletten Flüssigwertstoffs unterstützt werden.
  • Aufarbeitung von eiweißhaltigen Abfällen oder Substanzen:
  • Bei der Aufarbeitung von eiweiß- und/oder aminosäurehaltigen Abfällen oder von Substanzen in speziellen Anwendungen, bei denen viel Ammoniak freigesetzt wird, wird die Abluft mithilfe der erfindungsgemäßen und des erfindungsgemäßen Verfahrens von Ammoniak, Bakterien, Viren, Keimen, Geruchsstoffen, Grob- und/oder Feinstaub, dann als gereinigte Luft wieder abgegeben werden und gegebenenfalls zur Spülung des Gasraums oberhalb der Abfälle oder der Substanzen genutzt werden. Die ausgespielten Gase können dann wieder in der erfindungsgemäßen Vorrichtung mithilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens gereinigt werden.
  • Kühlung von elektrischen Geräten:
  • Die mithilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens gereinigte Abluft wird im genutzt, um elektrischen Geräte zu kühlen, d.h. dass der Vollvolumenstrom oder ein Teilstrom durch den elektrischen Schaltschrank oder seine Einheiten geleitet wird. Dabei kann der Gasstrom geschlossen hindurchlaufen oder offen sein. Bei geschlossenem Gasstrom ist ein Wärmetauscher zur Kühlung der Luft notwendig. Ein wesentlicher Vorteil ist in diesem Fall, dass die Elektronik komplett abgeschirmt ist.
  • Alternativ hierzu kann auch mit einer TEE/Lüfterkombination im Schaltschrank als aktiver Kühlung gearbeitet werden.
  • Spezielle Ausführungsformen für Biogasanlagen:
  • Eine spezielle Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Abtrennung von Ammoniak aus Gemischen mit brennbaren Gasen, wie den Gasgemischen aus Biogasanlagen. Hier ist eine direkte Oxidation des Ammoniaks nicht möglich ohne auch das brennbare Gas, wie beispielsweise Methangas, zu oxidieren. Deshalb muss zuvor eine Abtrennung des Ammoniaks in einer Trennvorrichtung, die mittels fester Säuren den Ammoniak bindet und ihn anschließend durch Einbringung in einen erwärmten Luftstrom unter Regenerierung der festen Säuren wieder freisetzt.
  • Zur Abtrennung von Nanopartikeln und Mikropartikeln wird ein Filter genutzt und/oder eine Kombination mit einem Akustophorese-Trennvorrichtung.
  • Auch kann mit Ammoniak angereichertes Wasser verdunstet oder vernebelt werden, wonach der Ammoniak in der erfindungsgemäßen Vorrichtung durch das erfindungsgemäße Verfahren zu Stickstoff oxidiert werden kann.
  • Weitere spezielle Ausführungsformen für Biogasanlagen:
  • Für die Trockung und Pyrolyse von Gärresten, Gülle und Aktivkohle werden diese Substanzen unter vermindertem Druck erwärmt. Dabei entsteht Ammoniak als Gas. Dieses Gas wird über durch die erfindungsgemäße Vorrichtung mithilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens zu Stickstoff umgewandelt. Die parallel entstehenden Pyrolysegase werden im Anschluss verbrannt. Dabei können sich - wenn überhaupt - nur noch geringe Mengen an NOx bilden. Die Abwärme aus der Verbrennung kann wiederum genutzt werden, um die erfindungsgemäße Vorrichtung zu heizen bzw. die Pyrolysegase vorzuheizen.
  • Um Schwefelwasserstoff vor der erfindungsgemäßen Vorrichtung aus dem Abgasstrom zu entfernen kann man Kalkmilch oder einen Festbettreaktor oder BET-Reaktor mit Calciumcarbonat, Calciumhydroxyd, Calciumoxid oder anderen Basen verwenden.
  • Ziel der Gülle- und Gärrestetrocknung und Pyrolyse ist es, das Ausgangsmaterial von Stickstoff im Dünger zu reduzieren und zugleich Kalium und Phosphat dennoch weiterhin für das Pflanzenwachstum in ausreichenden Mengen zur Verfügung zu stellen. Die parallel durch die Pyrolyse entstehende Kohle dient als Langzeitdünger und der Terra Preta-Bodenverbesserung. Die Bildung von Nitrosaminen, PCDDs, PCDFs und PAKs wird durch die Niedrigtemperaturpyrolyse und durch Druckvermindung reduziert oder unterbunden.
  • Ziel der Aktivkohletrocknung und -pyrolyse ist das Recyling der Aktivkohle bei niedriger Temperatur. Auch hier wird die Bildung von Nitrosaminen, PCDDs, PCDFs und PAKs durch die Niedrigtemperaturpyrolyse und durch Druckvermindung reduziert oder unterbunden.
  • Weitere spezielle Ausführungsformen für Viehställe:
  • Eine spezielle Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Aufnahme von Ammoniak aus der Gülle im Spaltenboden. Da diese zumeist warm ist, liegen die Tiere gerne in ihrer Nähe - jedoch zugleich auch im Ammoniak. Deshalb soll hier das Ammoniak direkt z.B. mittels Schläuchen zu der erfindungsgemäßen Vorrichtung geleitet und in Stickstoff und Wasser umgesetzt werden. Jedoch entzieht man hiermit dem System auch Wärme im Spaltenboden. Mittels einer Wärmerückgewinnung z.B. mithilfe eines zweiten Wärmetauschers kann Frischluft vorgewärmt und wieder zugeführt werden. Natürlich kann auch die Abluft dort hingeleitet werden, jedoch ist diese sauerstoffärmer.
  • Eine besondere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist das Austreiben des Ammoniaks aus der Gülle mittels Gas und/oder einer Lauge und/oder einer Temperaturerhöhung. Dieses kann durch Rühren, Aufmischen etc. unterstützt werden.
  • Gleichzeitige Oxidation von Ammoniak und Methan:
  • Bei einer speziellen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden gleichzeitig das Ammoniak zu Stickstoff und dass Methan und Kohlendioxid katalytisch durch Sauerstoff oxidiert. In das entstehende Kohlendioxid kann in der Folge in einfacher Weise den Gasströmen entzogen werden.
  • Reinigung von Kühlmittelresten:
  • Ammoniak wird häufig als Kühlmittel genutzt. Bei dem Handling der betreffenden Anlagen und Apparate kann bei ihrer Entsorgung das Ammoniak frei werden. Das Ammoniak kann aber mithilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens zu Stickstoff oxidiert werden.
  • Luftreinhaltung auf biologischen Wertstoffhöfen:
  • Ammoniak wird in großen Mengen auf biologischen Wertstoffhöfen frei. Dieses Ammoniak kann ebenfalls mithilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens gemeinsam mit Methan, H2S, Viren, Feinstaub etc. in gefahrlosen Stickstoff umgesetzt werden.
  • Verhinderung von Ammoniakslip bei Dieselmotoren:
  • Moderne AddBlue-Katalysatoren leiden unter Ammoniakslip. Dieser kann verhindert werden, indem man die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren den AddBlue-Katalysatoren nachschaltet.
  • Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens unter niedrigem Sauerstoffpartialdruck oder Sauerstoffausschluss:
  • Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens unter niedrigem Sauerstoffpartialdruck oder Sauerstoffausschluss tritt die Oxidationsreaktion in den Hintergrund und die entstehenden Produkte enthalten dann hauptsächlich Stickstoff, Methan und Wasserstoff. Diese können als Brennstoff oder Treibstoff für z.B. Blockheizkraftwerke (BHKWs) dienen.
  • Figurenliste
  • Die 1 bis 5 veranschaulichen schematisch die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Reinigung von Gasen von Ammoniak und ihre Funktionsweise und sind daher nicht maßstabsgetreu. Die 1 bis 5 schränken den Schutzbereich der vorliegenden Anmeldung nicht ein. Es zeigen
    • 1 einen vertikalen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zur Reinigung von Gasen von Ammoniak oder Ammoniak und Noxen mit der Katalysatoreinheit 2, dem Wärmetauscher 3 und der Einlasseinheit 5;
    • 2 einen vertikalen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 mit der Katalysatoreinheit 2, dem Wärmetauscher 3 und der Einlasseinheit 5;
    • 3 einen vertikalen Längsschnitt durch eine Ausführungsform der Katalysatoreinheit 2 mit der Bypassabzweigung 2.15, dem Regelventil 2.16 und der Bypassrückführung 2.17;
    • 4 einen vertikalen Längsschnitt durch eine Ausführungsform der Einlasseinheit 5 mit einer Akustophorese-Trennvorrichtung 5.9;
    • 5 einen vertikalen Längsschnitt durch einen Niederdruck-Pyrolysereaktor 7 mit Schwefelwasserstoff-Scavenger 8, Pyrolysegas-Verdichter 9, Druckgefäß 10, Brennkammer 11 und Vakuumpumpe 12 und
    • 6 einen vertikalen Längsschnitt längs der Mittelachse durch einen Ausschnitt aus einer SCO-Vorrichtung 2.1 oder einer SCR-Vorrichtung oder SNCR-Vorrichtung 2.2;
    • 7 einen horizontalen Querschnitt durch eine SCO-Vorrichtung 2.1 oder eine SCR-Vorrichtung oder SNCR-Vorrichtung 2.2 gemäß 6;
    • 8 einen vertikalen Längsschnitt längs der Mittelachse durch einen Ausschnitt aus einer SCO-Vorrichtung 2.1 oder eine SCR-Vorrichtung oder SNCR Vorrichtung 2.2 während des Zusammenbaus; und
    • 9 vertikale Draufsicht auf das Ende einer SCO-Vorrichtung 2.1 oder eine SCR-Vorrichtung oder SNCR-Vorrichtung 2.2 gemäß 8.
  • In den Figuren haben die Bezugszeichen die folgende Bedeutung:
    • 1
    Vorrichtung zur Reinigung von Gasen von Ammoniak oder Ammoniak und Noxen
    2
    monolithische oder zusammengesetzte Katalysatoreinheit
    2.1
    Vorrichtung zur selektiven katalytischen Oxidation (SCO)
    2.1a
    Verschiebbare SCO-Vorrichtung
    2.2
    Vorrichtung zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR) oder zur selektiven nichtkatalytischen Reduktion (SNCR)
    2.3
    Verstellbare Ringventuridüse
    2.3a
    An der verschiebbaren SOC-Vorrichtung 2.1a befestigte Ringventuridüse
    2.4
    Zuführung von im Wärmetauscher 3 vorgeheiztem, ammoniakhaltigem oder ammoniakhaltigem und noxenhaltigem Gas 4.2 zur Katalysatoreinheit 2
    2.5
    Gasleitung für das Gasgemisch M 4.2; 4.3
    2.6
    Gasleitung für das heiße, ammoniak- und NOx-freie Gas oder ammoniakfreie, noxenfreie und NOx freie Gas 4.4 über die Zuführung 3.3 zum Wärmetauscher 3
    2.7
    Induktionsheizung
    2.8
    Ringspalt zum Durchlass des vorgeheizten, ammoniakhaltigen oder ammoniakhaltigen und noxenhaltigen Gases 4.2
    2.9
    Die Ringventuridüse 2.3 umschließender Trichter
    2.10
    Frischluftrohr
    2.11
    Thermisch isolierte und abgedichtete Durchbohrung
    2.12
    Verstellbare Schubstange
    2.13
    Aktuator
    2.14
    Gasverteilersieb I
    2.15
    Bypassabzweigung
    2.16
    Regelventil
    2.17
    Bypassrückführung
    2.18
    Gasverteilersieb II
    2.19
    Kompensatorbalg
    2.20
    Wand der Katalysatoreinheit 2
    2.21
    Elektrische Isolatorschicht aus Aluminiumoxidkeramik
    2.22
    Gewindestange aus Edelstahl mit Außengewinde
    2.23
    Flügelschraube aus Edelstahl
    2.24
    Abstandshalterrahmen aus Edelstahl
    2.25
    Katalysatorplatte aus offenzelligem Metallschaum aus Eisen
    2.26
    Katalysatorplatte aus mit Polyoxometallat (POM) beschichtetem Gewebe aus Eisen
    2.27
    Formteil aus elektrisch isolierender, hochtemperaturbeständiger Aluminiumoxidkeramik
    2.28
    Bohrung zur Aufnahme der Gewindestange 2.22
    2.29
    Edelstahlschicht mit Innengewinde
    2.30
    Bauteil aus Edelstahl mit korrespondierenden Steckvertiefungen 2.31
    2.31
    korrespondierende Steckvertiefung
    2.32
    korrespondierende Stecker aus Edelstahl
    2.33
    Rahmen aus Edelstahl
    2.34
    Katalysatorplatte aus mit Cereisen beschichtetem Gewebe aus Edelstahl
    2.35
    Übergreifendes Endstück des Bauteils 2.30
    2.36
    Steckrichtung
    3
    Wärmetauscher
    3.1
    Einlass des komprimierten, ammoniakhaltigen oder ammoniakhaltigen und noxenhaltigen Gases 4.1 in den Wärmetauscher 3
    3.2
    Auslass des durch das heiße, ammoniakfreie und NOx-freie oder ammoniakfreie, noxenfreie und NOx-freie Gas 4.4 im Wärmetauscher 3 vorgeheizte, ammoniakhaltige Gas 4.2
    3.3
    Einlass des heißen, ammoniakfreien und NOx-freien oder ammoniakfreien, noxenfreien und NOx-freien Gases 4.4 in den Wärmetauscher 3
    3.4
    Auslass des durch das eingelassene, komprimierte, ammoniakhaltige oder ammoniakhaltige und noxenhaltigen Gas 4.1 im Wärmetauscher 3 abgekühlten, ammoniakfreien und NOx-freien oder ammoniakfreie, noxenfreien und NOx-freie Gases 4.5
    4
    Ammoniakhaltiges oder ammoniakhaltiges und noxenhaltiges Gas, insbesondere Luft
    4;5.2
    Durch Filtration vorgereinigtes, ammoniakhaltiges oder ammoniakhaltiges und noxenhaltiges Gas 4
    4;5.9
    Durch Akustophorese vorgereinigtes, ammoniakhaltiges oder ammoniakhaltiges und noxenhaltiges Gas 4
    4;8
    Durch Kalkmilch vorgereinigtes, ammoniakhaltiges oder ammoniakhaltiges und noxenhaltiges Gas 4
    4.1
    Komprimiertes, durch Filtration vorgereinigtes, ammoniakhaltiges oder ammoniakhaltiges von noxenhaltiges Gas 4; 5.2
    4.1a
    Komprimiertes, durch Akustophorese vorgereinigtes, ammoniakhaltiges oder ammoniakhaltiges und noxenhaltiges Gas 4; 5.9
    4.2
    Im Wärmetauscher 3 durch das heiße, ammoniakfreie und NOx-freie oder ammoniakfreie und NOx-freie Gas 4.4 vorgeheizte, ammoniakhaltige oder ammoniakhaltige und NOx-haltige Gas
    4.3
    Oxidiertes, ammoniakfreies, NOx-haltiges und noxenfreies Gas
    4.4
    Reduziertes, heißes, ammoniakfreies, NOx-freies und noxenfreies Gas
    4.5
    Im Wärmetauscher 3 durch das eingelassene, komprimierte, ammoniakhaltige oder ammoniakhaltige und Noxen haltige Gas 4.1 abgekühltes, ammoniakfreies, NOx-freies und noxenfreies Gas (Frischluft)
    5
    Einlasseinheit
    5.1
    Staubfilter
    5.1.1
    Halterung für den Staubfilter 5.1
    5.2
    Gasraum hinter dem Staubfilter 5.1
    5.3
    Trichterförmige Zuführung des gefilterten, ammoniakhaltigen Gases 4 zum Ventilator 5.4 mit dem Motor 5.4.1
    5.4
    Ventilator für das Ansaugen des gefilterten, ammoniakhaltigen oder ammoniakhaltigen und noxenhaltigen Gases 4
    5.4.1
    Elektromotor für den Ventilator 5.4
    5.5
    Trichterförmige Zuführung des angesaugten, gefilterten, ammoniakhaltigen oder ammoniakhaltigen und noxenhaltigen Gases 4
    5.6
    Kompressor
    5.7
    Auslass des komprimierten, ammoniakhaltigen oder ammoniakhaltigen oder noxenhaltigen Gases 4.1
    5.8
    Zuleitung für das komprimierte, ammoniakhaltige oder ammoniakhaltige oder noxenhaltigen Gas 4.1 zum Einlass 3.1 des Wärmetauschers 3
    5.9
    Akustophorese-Trennvorrichtung
    5.9.1
    Dyson
    5.9.2
    Außenrohr
    5.9.3
    Grobstaub-, Feinstaub-, Feinststaub- und/oder Aerosolteilchen
    5.9.4
    Ultraschallstrahler
    5.9.5
    Stehende Ultraschallwelle
    5.9.6
    Wellenbauch
    5.9.7
    Wellenknoten
    5.9.8
    Innenrohr
    5.9.9
    Aufkonzentrierte Teilchen 5.9.3
    5.9.10
    Abzweigung für das durch Akustophorese vorgereinigte, ammoniakhaltige oder ammoniakhaltige und noxenhaltigen Gas 4; 5.9
    6
    Thermische Isolierung
    7
    Niederdruck-Pyrolysereaktor
    7.1
    Heizung
    7.2
    Einlass für das Pyrolysegut 7.9
    7.3
    Auslass für das Pyrolysat 7.10
    7.4
    Manometer
    7.5
    Gasleitung zum Gaswäscher 8 für Ammoniak und Schwefelwasserstoff enthaltendes Gas
    7.5.1
    Im Gaswäscher 8 aufwärtsströmendes, Ammoniak und Schwefelwasserstoff enthaltendes Gas
    7.6
    Regelventil
    7.7
    Verdichter
    7.8
    Leitung für die Pyrolysegase zum Verdichter 9 und zum Druckgefäß 10
    7.9
    Erhitztes Pyrolysegut
    7.10
    Pyrolysat
    7.11
    Gasraum im Niederdruck-Pyrolysereaktor
    7.12
    Verdichter
    8
    Schwefelwasserstoff-Scavenger
    8.1
    Siebboden
    8.2
    Calciumhydroxyd-Festbett
    8.3
    Grobstaubfilter
    8.4
    Staubhaltiges Gas
    9
    Verdichter für die Pyrolysegase
    10
    Druckgefäß zur Bevorratung der Pyrolysegase
    10.1
    Leitung für Pyrolysegase zum Brenner 11.2 in der Brennkammer 11
    10.2
    Regelventil
    11
    Brennkammer
    11.1
    Flamme
    11.2
    Brenner
    11.3
    Sauerstoff- oder Luftleitung
    11.4
    Regelventil
    11.5
    Leitung der Brandgase zum Wärmetauscher 3
    11.6
    Heiße Brandgase
    12
    Vakuumpumpe
    12.1
    Vakuumleitung
    12.2
    Regelventil
    12.3
    Gasauslass
    13
    Luftzuführung
    13.1
    Regelventil
    13.2
    Eingeblasene Luft
    14
    Stromquelle
    14.1; 14.2
    Elektrische Leitungen
    14.3; 14.4
    Elektrische Anschlüsse
    A1
    Messstelle zur Messung des Ammoniakgehalts des gefilterten, ammoniakhaltigen oder ammoniakhaltigen und noxenhaltigen Gases 5.2; 4
    A1a
    Messstelle zur Messung des Ammoniakgehalts oder des Ammoniakerhalts und des Noxengehalts des durch Akustophorese vorgereinigte Gases
    A2
    Messstelle zur Messung des Ammoniakgehalts, des Noxengehalts und des NOx-Gehalts des abgekühlten Gases 4.5
    Ca(HS)(OH)
    Bildung von Calciumhydrogensulfidhydroxyd-Lösung
    H2S
    Schwefelwasserstoff
    E
    Entsorgung der abgetrennten Feststoff- und/oder Aerosolteilchen
    M
    Mischzone, worin ein Gasgemisch 4.3; 4.2 gebildet wird
    NH3
    Ammoniak
    →↑←↓
    Fließrichtung der Gase 4, 4.1, 4.1a, 4.2;4.3 (M), 4.4, 4.5, 4;5.9, 7,5, 7.8, 10.1, 11.6, 12.1, 12.3
  • Ausführliche Beschreibung der Figuren
  • Vorbemerkung
  • Das Mess- und Regelkonzept
  • Bei den nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtungen 1 der Gehalt der vorgereinigten Gase 4 an Ammoniak und Aminen an der Messstelle A1 oder A1a) gemessen. Der Gehalt an Ammoniak, Aminen, Sauerstoff, Wasser und NOx in den Gasen 4.5 (Frischluft) wurde im Frischluftrohr A2 gemessen (vgl. die 1, 2, 4). Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen 1 wiesen des Weiteren Messgeräte zur Messung der einströmenden Gases 4, der vorgeheizten Gase 4.2 und der ausströmenden Frischluft 4.5 auf. Beispielsweise konnten Durchflussmesser für Druckluft und Gase von ewo, H. Holzapfel GmbH & Co. KG, Stuttgart, Deutschland, verwendet werden. Zu Versuchszwecken konnten solche Durchflussmesser auch noch an anderen Stellen der erfindungsgemäßen Vorrichtungen 1 angebracht werden. Der Druck der Gase komprimierten Gase 4.1 und 4.1a, der vorgeheizten Gase 4.2, des Gasgemischs M 4.2; 4.3 und des heißen, reduzierten Gases 4.4 wurde mithilfe elektronischer Druckmesser gemessen. Der NOx-Gehalt der Gase 4.3 wurde in Strömungsrichtung gesehen hinter dem SOC-Vorrichtungen 2.1 mithilfe einer Zirconiumdioxid-Lambda Sonde oder „Nernst-Sonde“ gemessen (vgl. Fakultät für Ingenieurwissenschaften, Universität Bayreuth, Projekt gemeinsam mit der Industrie, Die klassische Lambda-Sonde als NOx-Sensor, FM Funktionsmaterialien, Prof. Dr.-Ing. Ralf Moos:
    • http://www.funktionsmaterialien.de/docs/Forschung_aktuell_LambdasondeNOx-Sensor.pdf).
  • Der damit gemessene NOx-Gehalt diente als Stellgröße zur Einstellung des die SOC-Vorrichtungen 2.1 umgebenden Ringspalts 2.8 und damit der Menge an die Vorrichtungen 2.1 umströmenden vorgeheizten Gase 4.2 (vgl. 1 und 2) oder der Regelung des Regelungsventils 2.16 in dem Bypass 2.15; 2.17 (vgl. 3). Bei der Verwendung der Akustophorese-Trennvorrichtung 5.9 (vgl. 4) wurde Konzentration und die Teilchengrößenverteilung der Staub- und Aerosolteilchen 5.9.3 hinter dem Dyson 5.9.1, und an der Messstelle A1a in der Abzweigung 5.9.10 mit Streulicht-Partikelzählern bestimmt. Nicht zuletzt wurde die Temperatur der Gase 4.2 unmittelbar vor den SOC-Vorrichtungen 2.1, des Gasgemisch M; 4.2; 4.3 unmittelbar vor den SCR-Vorrichtungen 2.2 sowie der austretenden Gase 4.4 in Strömungsrichtung gesehen hinter den SCR-Vorrichtungen 2.2 mithilfe von elektronischen Temperatursensoren gemessen. Zusätzlich wurde noch die Schwefelwasserstoff-Konzentration in dem Gasraum 7.11 in dem Niederdruck-Pyrolysereaktor, in dem Schwefelwasserstoff-Scanenger 8 vor dem Siebboden 8.1 und oberhalb des Grobstaubfilters 8.3 mithilfe von Schwefelwasserstoffsensoren (vgl. 5) bestimmt.
  • Die vorstehend aufgeführten Messgeräte sind in den nachstehend beschriebenen Figuren der Klarheit halber nicht eingezeichnet.
  • In dieser Weise wurden zahlreiche Stellwerte ermittelt, die die effektive, effiziente und reibungslose Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens unter den unterschiedlichsten Bedingungen mit den unterschiedlichsten Gasen 4 und den unterschiedlichsten Katalysatoreinheiten 2 gestatteten.
  • Zwar konnte das erfindungsgemäße Verfahren ungeregelt von den Messwerten durchgeführt werden. Erfindungsgemäßen war es jedoch von Vorteil, das Verfahren durch ein Computerprogramm zu steuern. Das Computerprogramm steuerte mittels eines Regelkreises entsprechend die Oxidation, die Luftströme und die Wärmezufuhr um eine optimale Oxidation zu erreichen. Hierzu waren von den Abgasen für die verschiedenen Gasbedingungen bei verschiedenen Temperaturen Messungen gemacht bzw. die Werte hierzu extrapoliert oder simuliert worden. Diese Daten bildeten die Grundlage mit der die Steuerung gespeist wurde um dann die Steuerung zu automatisieren.
  • Die Datenerfassung:
  • Zur Aufzeichnung bzw. Dokumentation (Monitoring, Reporting, Datenerfassung) wurden vor Ort Daten durch integrierte oder optional nachrüstbare Sensoren oder Aufzeichnungssysteme erfasst (Datenerfassung). Speziell konnten die Betriebsbedingungen und Umgebungsparameter erfasst werden. Die Daten wurden analog oder digital erfasst und zum Zweck der Speicherung und/oder Datenübermittlung in analoger oder digitaler Form, in Rohform oder aufbereitet verwendet.
  • Beispiel Widerstandsthermometer:
  • Messung des analogen Signals (Spannung), Auswahl der zu erfassenden Daten (Spannung) und Messvorschrift, z.B. Werterfassung bei Ereignis X (Zeitintervall, Grenzmesswert, unabhängiges Ereignis, z.B. auf Anfrage/manuell). Optional: Daten aggregieren / Messwertpaare/-tupel bilden (optional), z.B. Messwert + Zeitpunkt (+ Sensorkennung + ..). Die Verarbeitung der Daten durch z.B. durch Digitalisierung, Umrechnung in einen Widerstandswert, Vorverarbeitung für Speicherung und/oder Transport z.B. durch Konvertierung in ein (transportables) Datenformat.
  • Datenübermittlung:
  • Die Daten wurden vor Ort analog übertragen über Kabel und/oder digitalisiert und/oder mit lokalen Protokollen oder Modulationsverfahren kabelgebunden oder kabellos an eine Datenerfassungs- und oder -Übermittlungseinheit transportiert. Die Datenübermittlungseinheit übermittelte die Daten per (Draht/Funk-) Modem und/oder (Mobil-) Funksendeeinheit und/oder Internetprotokoll kabelgebunden oder kabellos, über oder ohne Zwischenstationen (z.B. Relays, Vermittlungsysteme) an ein Datenempfangssystem (Server oder auch PC, dauernd oder sporadisch erreichbar). Empfangssystem optional in Kombination mit Verarbeitungs- und/oder Speichersystem und/oder Medienumsetzungssystem (z.B. Mobilfunk zu Internet, Internetrouter zu ~, Internet zu LAN, ..). Am Empfangssystem war die Weiterverarbeitung (ebenso wie lokal) möglich. Optional war ein Rückkanal zum Beeinflussen der Betriebsparameter z.B. Änderung der Versorgungssysteme des Heizelementes zur Regelung der Temperatur.
  • Die Daten wurden gemeinsam mit den GPS Daten gesammelt und apparateabhängig übermittelt. Die Daten konnten sowohl zentral als auch dezentral gesammelt und ausgewertet werden. Ein Backup-system konnte als Beweissystem genutzt werden. Eine Ferndiagnose, Fehlerdiagnose und eine Führung des Prozesses konnten über einen Fernterminal erfolgen. Ziel war es damit eine lückenlose Überwachung der Abluftzusammensetzung zu gewährleisten und eine Emission von Schadstoffen dauerhaft und permanent zu unterbinden. Dieses galt dem Ziel der Schaffung eines besseren Klimas, insbesondere in Bezug auf den Ausstoß von Treibhausgasen.
  • Dieses Mess- und Regelkonzept kann nicht nur für die nachstehend beschriebenen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden, sondern ganz allgemein auch für andere erfindungsgemäße Vorrichtungen und hiermit durchgeführte erfindungsgemäße Verfahren verwendet werden.
  • Figur 1
  • Die 1 zeigt einen vertikalen Längsschnitt durch eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 konnte beliebige Abmessungen aufweisen, die in erster Linie von der Menge des zu reinigenden Gases 4 bestimmt wurde. So konnte je nachdem der Raumbedarf der zentralen Einheit ohne ihre Peripherie, d.h. Einlassvorrichtung 5, Wärmetauscher 3 und Katalysatoreinheit 2 bei 0,1 m3 bis 20 m3 liegen. Es ist daher nicht notwendig, im Einzelnen auf die jeweiligen Abmessungen einzugehen, sondern es genügt für die Nacharbeitbarkeit, die Funktion der Bauteile zu mehr erläutern.
  • Die wesentlichen Bauteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 waren aus korrosionsfestem Edelstahl aufgebaut. Da bei dem erfindungsgemäßen Verfahren unterschiedlich stark erhitzte Bauteile neben nicht erhitzten Bauteilen in Kontakt standen, war es notwendig, dass die thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Bauteile - wenn überhaupt - nur geringfügig voneinander abwichen, um durch Temperaturdifferenzen hervorgerufene mechanische Spannungen zu vermeiden.
  • Die thermisch beanspruchten Bauteile wie der Wärmetauscher 3, die Zuführung 2.4, die Katalysatoreinheit 2 und die Gasleitung 2.5 wiesen auf ihrer Außenseite eine 1 cm dicke thermische Isolierung 6 auf. Sie enthielt Silica Aerogel und wurde gemäß dem Ausführungsbeispiel des europäischen Patent EP 2 836 312 B1 , Seite 9, Absatz [0079], bis Seite 10, Absatz [0090], hergestellt.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 war auf eine Menge an Luft oder Gas 4 von 1000 m3/h ausgelegt. Unterstellte man, dass in den Tierställen die maximale Arbeitsplatzkonzentration von 20 ppm oder 14 mg/m3 vorlag, entsprach dies einem Durchsatz von 1,4 g/h an Ammoniak. Stellenweise wurde die maximale Arbeitsplatzkonzentration überschritten.
  • Bei dem Gas 4, dass von Ammoniak und Noxen wie übelriechende organische Amine sowie Bakterien und Viren gereinigt werden sollte, handelte es sich um die feuchte Luft 4, die sich in Tierställen direkt unterhalb der Spaltenböden, wo die Ammoniakkonzentration am höchsten war und die Tiere zugleich den engsten Kontakt damit hatten, befand. Sie wurde mittels eines Schlauchs, eines Ansaugsystems oder einer Umlüftung abgesaugt und der Einlasseinheit 5 zugeführt. Die Luft 4 wurde mit einem mit einer Halterung 5.1.1 fixierten Staubfilter 5.1 vorgereinigt. Der Ammoniakgehalt und der Noxengehalt der vorgereinigten Luft 4 in dem Gasraum 5.2 hinter dem Staubfilter 5.1 wurde an der Messstelle A1 laserfotoakustisch (QCL PAS Laserphotoacoustics, Low ppb ammonia monitor, LSEmonitors, Groningen, Niederlande) gemessen. Der Ammoniakgehalt lag bei 15 ppm. Zur Messung des Gehalts an Aminen wurde eine kleine Menge des vorgereinigten Gases 4 aus dem Gasraum 5.2 ausgeleitet und mit einem Mehrgasmessgerät Dräger X-am@ 5600 der Firma Dräger, Lübeck, Deutschland, gemessen (nicht eingezeichnet). Der Gehalt lag bei 2 ppm. Es konnten auch erhebliche Mengen an Bakterien nachgewiesen werden. Die vorgereinigten Gase 4; 5.2 wurden von einem mit einem Elektromotor 5.4.1 angetriebenen Ventilator 5.4 durch eine trichterförmige Zuführung 5.3 angesaugt und durch eine trichterförmige Zuführung 5.5 in einen Kompressor 5.6 geleitet. In dem Kompressor 5.6 wurden die vorgereinigten Gase 4; 5.2 verdichtet und über den Auslass 5.7 und die Zuleitung 5.8 als komprimiertes Gas 4.1 über den Einlass 3.1 in den mit einer thermischen Isolierung 6 verkleideten Gegenstrom-Wärmetauscher 3 geblasen. In dem Gegenstrom-Wärmetauscher 3 wurde das komprimierte Gas 4.1 durch das in Gegenrichtung strömende, reduzierte, heiße, ammoniakfreie, NOx-freie und noxenfreien Gas 4.4 vorgeheizt. Dadurch kühlte sich das Gas 4.4 ab und konnte über den Auslass 3.4 und das Frischluftrohr 2.10 als Frischluft 4.5 wieder in den Tierstall zurückgeführt werden.
  • Das vorgeheizte Gas 4.2 wurde über den Auslass 3.2 aus dem thermisch isolierten Gegenstrom-Wärmetauscher 3 ausgeleitet und über die thermisch isolierte Zuführung 2.4 in die Katalysatoreinheit 2 geleitet.
  • Die Katalysatoreinheit 2 wies einen kreisrunden Querschnitt auf und umfasste eine säulenförmige, monolithische, Vorrichtung zur selektiven katalytischen Oxidation (SCO) 2.1. Die SCO-Vorrichtung 2.1 wies eine Außenhülle aus Edelstahl und eine Packung aus METALITO der Firma Continental Emitec GmbH, Lohmar, Deutschland, auf. Die SCO-Vorrichtung 2.1 wurde mittels einer Induktionsheizung 2.8 auf 750 °C aufgeheizt und von dem Anteil des vorgeheizten Gases 4.2, der 98 % des in dem Gas 4.2 ursprünglich vorhandenen Ammoniaks und der ursprünglich vorhandenen Noxen entsprach, durchströmt. Die Restmenge des vorgeheizten Gases 4.2 wurden durch den Ringspalt 2.8 um die SCO-Vorrichtung 2.1 zu dem Auslass des oxidierten, ammoniakfreien und noxenfreien Gases 4.3, das geringe Mengen an NOx enthielt, geleitet.
  • Der Auslass aus der SCO-Vorrichtung 2.1 war von einer in Strömungsrichtung verstellbaren Ringventuridüse 2.9 umgeben, die den Gasdurchfluss zusätzlich förderte. Die Restmenge des vorgeheizten Gases 4.2 strömten längs der Außenseite der Ringventuridüse 2.3 und der Innenwand eines die Ringventuridüse 2.3 umschließenden Trichters 2.9. Durch die Verschiebung der verstellbaren Ringventuridüse 2.9 konnten die Strömungsgeschwindigkeiten und die Saugwirkung variiert und optimiert werden. Hinter dem Auslass der Ringventuridüse 2.3 befand sich die Mischzone M, in der sich die umgeleiteten, ammoniakhaltigen und noxenhaltigen Gase 4.2 und die oxidierten Gase 4.3 miteinander mischten. Das resultierende Gasgemisch M 4.2; 4.3 wurde durch die Gasleitung 2.5 in die auf 550 °C aufgeheizte, säulenförmige Vorrichtung 2.2 zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR) eingeleitet. Der Katalysator bestand aus einem monolithischen, gasdurchlässigen Eisen-beta-Zeolith, worin Eisen Bestandteil des Zeolithgitters war, und einer Ummantelung aus Edelstahl. In der SCR-Vorrichtung wurde NOx durch das restliche Ammoniak zu Stickstoff reduziert. Die resultierenden, heißen, ammoniakfreien, noxenfreien und NOx-freien Gase 4.4 wurden über die Gasleitung 2.6 über den Einlass 3.3 in den Gegenstrom-Wärmetauscher 3 geleitet, worin sie den über den Einlass 3.1 eingeleiteten komprimierten, durch Filtration vorgereinigten, ammoniakhaltigen und noxenhaltigen Gasen 4.1 entgegenströmten und diese aufheizten. Die Gase 4.4 wurden dabei abgekühlt und wie vorstehend beschrieben über den Auslass 3.4 und das Frischluftrohr 2.10 als Frischluft 4.5 ausgeleitet. Der Gehalt der Frischluft 4.5 an Ammoniak wurde an der Messstelle A2 laserfotoakustisch (siehe oben) gemessen. Er lag unterhalb der Messgrenze. Zur Bestimmung des NOx-Gehalts wurde Zur Messung des Gehalts an Aminen wurde eine kleine Menge des der Frischluft 4.5 aus dem Frischluftrohr 2.10 ausgeleitet und mit einem Mehrgasmessgerät Dräger X-am® 5600 der Firma Dräger, Lübeck, Deutschland, gemessen (nicht eingezeichnet). Der Gehalt lag ebenfalls unterhalb der Messgrenze. Es konnten auch keine Mikroorganismen mehr nachgewiesen werden.
  • Die erfindungsgemäße Abgasreinigung wurde durch den Wassergehalt der Gase nicht beeinträchtigt, was ein wesentlicher Vorteil war. Durch die erfindungsgemäße Abgasreinigung und die Rückführung der Frischluft in die Viehställe konnte die Qualität der Raumluft signifikant verbessert werden, sodass die Symptome, die durch eine hohe Ammoniakkonzentration in der Luft hervorgerufen werden, bei den Tieren nicht mehr auftraten. Dadurch blieben die Tiere gesund und konnten mit geringeren Mengen an Viehfutter als üblich in kürzerer Zeit gemästet werden. Auch die Umgebung der Viehställe wurde nicht mehr durch den Ammoniak und die Noxen kontaminiert, weswegen Flora und Fauna selbst in der unmittelbaren Umgebung nicht durch die Emissionen geschädigt wurden.
  • Figur 2
  • Die 2 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 in einem vertikalen Längsschnitt.
  • Die die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 gemäß der 2 entsprach im Wesentlichen der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 gemäß der 1, mit dem Unterschied, dass die SOC-Vorrichtung 2.1a selbst verschiebbar war und die Ringventuridüse 2.3a an der verschiebbaren SOC-Vorrichtung 2.1a befestigt war. Der verschiebbare SOC-Vorrichtung 2.1a konnte mithilfe einer verstellbaren Schubstange 2.12, die durch einen thermisch isolierte und abgedichtete Durchbohrung 2.11 geführt wurde mithilfe eines elektrisch angetriebenen Aktuators 2.13 verstellt werden, wodurch der bei der 1 beschriebene Effekt erhalten wurde. Ein weiterer Unterschied war, dass der Grundbauteil des SOC 2.1a ein üblicher und bekannter, gasdurchlässiger, keramischer Monolith war, worin die Innenwände der Gaskanälchen mit eingebranntem Polyoxometallat (POM; Wolframatokieselsäure H4[Si(W3O10)4]. xH2O, CAS-Nr. 12027-43-9) beschichtet waren. Dadurch konnte bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, das wie bei der 1 beschrieben durchgeführt wurde, die Temperatur der SOC-Vorrichtung 2.1a auf 550 °C abgesenkt werden. Ansonsten wurden bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 gemäß der 2 die gleichen vorteilhaften technischen Effekte erzielt.
  • Figur 3
  • Die 3 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Katalysatoreinheit 2 in einem vertikalen Längsschnitt.
  • Die erfindungsgemäße Katalysatoreinheit 2 hatte die Form eines länglichen Rohrs mit einer Wandung aus Edelstahl. An einem Ende wie sie eine Zuführung 2.4 von im Wärmetauscher 3 vorgeheizten, ammoniakhaltigen Gas 4.2 auf. Unmittelbar hinter der Zuführung verbreiterte sich die Zuführung 2.4 zu einem Gasverteilersieb I 2.14, das das Gas 2.4 gleichmäßiger auf die gesamte Front der stationären SOC-Vorrichtung 2.1v erteilte. SCO-Vorrichtung 2.1 wies eine Außenhülle aus Edelstahl und eine Packung aus METALITO der Firma Continental Emitec GmbH, Lohmar, Deutschland, auf. Die SCO-Vorrichtung 2.1 wurde mittels einer Induktionsheizung 2.8 auf 750 °C aufgeheizt und von dem Anteil des vorgeheizten, ammoniakhaltigen Gases 4.2, der 97 % des in dem Gas 4.2 ursprünglich vorhandenen Ammoniaks (20 ppm) entsprach, durchströmt. Der restliche Anteil des vorgeheizten, ammoniakhaltigen Gases wurde in die Bypassabzweigung 2.15 vor der SOC-Vorrichtung 2.1 gelenkt. Dieser restliche Anteil, der 3 % des in dem Gas 4.2 ursprünglich vorhandenen Ammoniaks entsprach, wurde mithilfe des elektronisch gesteuerten Regelventil 2.16 eingestellt und über die Bypassrückführung 2.17 und das Gasverteilersieb II 2.18 hinter der SOC-Vorrichtung 2.1 in die Mischzone M zurückgeführt, worin das Gasgemisch 4.2; 4.3 gebildet wurde. Die Mischzone M befand sich innerhalb eines Kompensatorbalgs 2.19 aus Edelstahl, durch den das Gasgemisch 4.2; 4.3 zu der auf 550 °C aufgeheizte, säulenförmige SCR-Vorrichtung 2.2 strömte. Der Katalysator bestand aus einem monolithischen, gasdurchlässigen Eisen-beta-Zeolith, worin Eisen Bestandteil des Zeolithgitters war, und einer Ummantelung aus Edelstahl. In der SCR-Vorrichtung wurde NOx durch das restliche Ammoniak zu Stickstoff reduziert. Die resultierenden, heißen, ammoniakfreien und NOx-freien Gase 4.4 wurden über die Gasleitung 2.6 über den Einlass 3.3 in den Gegenstrom-Wärmetauscher 3 geleitet. Im Unterschied zu der SCR-Vorrichtung 2.2 der 1 oder 2 war die SCR-Vorrichtung 2.2 der 3 verschiebbar gelagert, sodass der Abstand zu der Austrittsseite der SCR-Vorrichtung 2.1 aufgrund des Kompensatorbalgs 2.19 verkürzt oder verlängert werden konnte (die entsprechende Vorrichtung ist nicht eingezeichnet). Bei einem besonders engen Abstand konnte auf eine Beheizung der SCR-Vorrichtung 2.2 verzichtet werden, weil sie von der SCO-Vorrichtung 2.1 mit aufgeheizt wurde.
    Bei einer anderen Ausführungsform wurde der Kompensatorbalg 2.19 durch zwei teleskopartig ineinander verschiebbare Edelstahlrohre ersetzt.
  • In noch einer weiteren Ausführungsform war die SCR-Vorrichtung 2.2 ebenfalls stationär und mit der Austrittsseite der SCO-Vorrichtung 2.1 durch ein Edelstahlrohr mit einer zuvor berechneten Länge verbunden.
  • Alle drei Ausführungsformen der Katalysatoreinheit 2 waren mit der bei der 1 beschriebenen thermischen Isolierung 6 isoliert.
  • Die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens lieferte bei allen drei Ausführungsformen die bei der 1 aufgeführten vorteilhaften technischen Effekte.
  • Figur 4
  • Die 4 zeigt einen vertikalen Längsschnitt durch einer Akustophorese-Trennvorrichtung 5.9.
  • Die Akustophorese-Trennvorrichtung 5.9 ersetzte in den erfindungsgemäßen Vorrichtungen der 1 oder der 2 die Bauteile 5.1; 5.1.1; 5.2; 5.3; 5.4 und 5.4.1 der Einlasseinheit 5.
  • Die ammoniakhaltigen und aminhaltigen Gase 4, die zusätzlich noch Grobstaub-, Feinstaub-, Feinststaub- und Aerosolteilchen 5.9.3 enthielten, wurden von einem Dyson 5.9.1 in das Außenrohr 5.9.2 durch der Akustophorese-Trennvorrichtung 2.9 geblasen. Durch einander gegenüberliegende, auf der Außenseite des Außenrohrs 5.9.2 befindliche Ultraschallstrahler 5.9.4 wurden stehende Ultraschallwellen 5.9.5 mit jeweils zwei Wellenbäuchen 5.9.6 und jeweils einem Wellenknoten 5.9.7 erzeugt. Durch die stehenden Ultraschallwellen 5.9.5 wurden die in den strömenden Gasen 4 vorhandenen Staubteilchen und Aerosolteilchen 5.9.3 im Bereich der Wellenknoten 5.9.7 angesammelt und in das konzentrisch gelagerte, in das Außenrohr 5.9.2 hineinragende Innenrohr 5.9.8 geleitet, worin sie durch die stehenden Ultraschallwellen 5.9.4, die durch die auf der Außenseite des Innenrohrs 5.9.8 befindlichen, einander gegenüberliegenden Ultraschallstrahler 5.9.4 weiter gebündelt und konzentriert wurden. Die solchermaßen aufkonzentrierten Teilchen 5.9.9 wurden einer Entsorgung E zugeleitet. Das Außenrohr 5.9.2 ging in eine Abzweigung 5.9.10 für das durch die Akustophorese vorgereinigte, ammoniakhaltige und aminhaltige Gase 4; 5.9 über. Im Bereich dieser Abzweigung 5.9.10 befand sich die Messstelle A1a zur Messung des Ammoniakgehalts und des Amingehalts. Es wurden die vorstehend bei der 1 beschriebenen Messmethoden und Messvorrichtungen angewandt. Die vorgereinigten, ammoniakhaltigen und aminhaltigen Gase 4; 5.9 wurden in dem Kompressor 5.6 verdichtet. Die komprimierten, vorgereinigten, ammoniakhaltigen und aminhaltigen Gase 4.1a wurden aus dem Auslass 5.7 über die Zuleitung 5.8 zum Einlass 3.1 des Gegenstrom-Wärmetauschers 3 geleitet.
  • An den Ausgang 3.2 des Gegenstrom-Wärmetauschers 3 schloss sich bei einer Ausführungsform die Katalysatoreinheit 2 der 1, die Katalysatoreinheit 2 der 2 oder die Katalysatoreinheit 2 der 3 an.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren wurde mit allen drei Ausführungsformen der Vorrichtung 1 mit der Akustophorese-Trennvorrichtung 5.9 durchgeführt und lieferten die gleichen vorteilhaften technischen Effekte, wie sie bei der 1 beschrieben wurden. Als zusätzlicher Vorteil wurde eine besonders effektive Vorreinigung der Gase 4 von Staubteilchen und Aerosolteilchen 5.9.3 erzielt.
  • Figur 5
  • Die 5 zeigt einen vertikalen Längsschnitt durch einen Niederdruck-Pyrolysereaktor 7 mit seiner Peripherie und einer Zuleitung der vorgereinigten Gase 4 zu der Akustophorese-Trennvorrichtung 5.9, an die sich jeweils eine der bei der 3 aufgeführten drei Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 anschloss.
  • Der Niederdruck-Pyrolysereaktors 7 wies in seinem Boden eine induktive Heizung 7.1, einen Einlass für das Pyrolysegut 7.9, vorliegend eiweißhaltige Gärreste, das beheizbare Pyrolysegut 7.9, den Auslass 7.3 für das Pyrolysat 7.10, vorliegend Biokohle, und einen Gasraum 7.11 oberhalb des Pyrolyseguts 7.9 auf. Das Pyrolysegut 7.9 wurde durch geeignete Rührvorrichtungen bewegt (nicht eingezeichnet), um eine gleichmäßige Verteilung der Wärme zu erreichen. Zu Beginn der Pyrolyse wurde das Pyrolysegut soweit erwärmt, dass gerade noch keine Pyrolyse eintrat. Dabei entwickelten sich größere Mengen an Ammoniak, Schwefelwasserstoff und Wasser, die in den Gasraum 7.11 übergingen. Der Gasdruck wurde mithilfe des elektronischen Manometers 7.4 gemessen. Die entwickelten Gase wurden durch das geöffnete Regelventil 7.6 und die Gasleitung 7.5 dem Verdichter 7.12 zugeführt, verdichtet und über die Gasleitung 7.5 zu dem Schwefelwasserstoff-Scavenger 8 gepumpt. Die Konzentrationen an Ammoniak und Schwefelwasserstoff wurden mit stationären Ammoniak- und Schwefelwasserstoff-Sensoren gemessen (nicht eingezeichnet). Der Gasraum 7.11 enthaltenen Gase wurde nun über die Zufuhrleitung 13 und das Regelventil 13.1 mit eingeblasener Luft 13.2 durch das Regelventil 7.6 und die Gasleitung 7.5 zu dem Verdichter 7.12 gespült. Der Verdichter 7.12 förderte die Abgase weiter über die Gasleitung 7.5 zu dem trichterförmigne Einlass des Schwefelwasserstoff-Scavengers 8, worin sie durch den Siebboden 8.1 in das strömten Calciumhydroxyd-Festbett 8.2 strömten und über den Grobstaubfilter 8.3 austraten. Die resultierenden, weiter zu reinigenden Gase 4 wurden zu einer Akustophorese-Trennvorrichtung 5.9 (vgl. 4) weitergeleitet, worin sie von feineren Staubteilchen und Aerosolteilchen 5.9.3 (vgl. 4). In dem Schwefelwasserstoff-Scavenger 8 wurden die Schwefelwasserstoffkonzentrationen unterhalb des Siebbodens 8.1 und oberhalb des Grobstaubfilters 8.3 gemessen. Es zeigte sich, dass die Schwefelwasserstoffkonzentration oberhalb des Grobstaubfilters 8.3 unterhalb der Messgrenze der üblichen und bekannten Schwefelwasserstoff-Sensoren lag.
  • Nach der Spülung mit Luft 13.2 wurde das Regelventil 13.1 geschlossen. Der Druck innerhalb des Gasraum 7.11 wurde über die Vakuumleitung 12.1 und das Regelventil 12.2 mithilfe der Vakuumpumpe 12 auf 0,75 bar erniedrigt, wonach das durchmischte und umgewälzt Pyrolysegut 7.9 mittels der Induktionsheizung 7.1 weiter erhitzt wurde, wobei darauf geachtet wurde, dass der eingestellte Druck von 0,75 bar sich nicht erhöhte. Die resultierende Pyrolysegase im Gasraum 7.11 wurden über die Leitung für Pyrolysegase 7.8 und das Regelventil 7.7 zu dem Verdichter 9 geleitet, der sie in das Druckgefäß 10 zur Bevorratung der Pyrolysegase pumpte. Die Pyrolysegase wurden aus Druckgefäß 10 über die Leitung 10.1 und das Regelventil 10.2 in den Brenner 11.2 in einer thermisch isolierten Brennkammer 11 (thermische Isolierung 6) geleitet und verbrannt. Als Oxidationsmittel wurde über die Sauerstoff- oder Luftleitung 13.3 und das Regelventil 11.4 in die Brennkammer 11 eingeleitete Luft oder Sauerstoff verwendet. Die heißen Brandgase 11.6 wurden über die thermisch isolierte Leitung 11.5 zu dem Gegenstrom-Wärmetauscher 3 geleitet, worin sie der Erhitzung der Gase 4.2 dienten.
  • Das feste Pyrolysat 7.10 wurde über den Auslass 7.3 ausgetragen.
  • In dieser Weise ließen sich die Emissionen von Ammoniak, Schwefelwasserstoff und anderen Noxen durch Pyrolysereaktoren signifikant reduzieren oder ganz verhindern. Außerdem konnten die entstehenden Pyrolysegase verbrannt und in den erfindungsgemäßen Vorrichtungen für das erfindungsgemäße Verfahren genutzt werden, was eine erhebliche Energieersparnis mit sich brachte.
  • Figuren 6 bis 9
  • Vorbemerkung
  • Außer den monolithischen Katalysatoreinheiten 2 konnten auch zusammengesetzte Katalysatoreinheiten mit mindestens einer zusammengesetzten SCO-Vorrichtung 2.1 und/oder mindestens einer zusammengesetzten SCR-Vorrichtung 2.2 und/oder mindestens einer zusammengesetzten SNCR-Vorrichtung 2.2 mit Vorteil verwendet werden. Diese zusammengesetzten Vorrichtungen 2.1 und/oder 2.2 wiesen den Vorteil auf, dass sie in einfacher Weise über ihren elektrischen Widerstand elektrisch beheizbar waren. Hierfür waren lediglich mindestens eine regelbare Stromquelle 14 mit mindestens zwei elektrischen Leitungen 14.1 und 14.2 notwendig, die mit elektrischen Anschlüssen 14.3 und 14.4 verbunden waren. Ein weiterer wesentlicher Vorteil der zusammengesetzten Vorrichtungen 2.1 und/oder 2.2 war, dass sie in ihren Abmessungen außerordentlich variabel waren, weil sie beispielsweise durch Zubau weiterer Katalysatoreinheiten 2.34, 2.25 und/oder 2.26 verlängert werden konnten. Auch der Querschnitt der zusammengesetzten Vorrichtungen 2.1 und/oder 2.2 konnte sowohl in ihrer Fläche als auch in ihrem Umriss den jeweiligen Parametern des erfindungsgemäßen Verfahrens angepasst werden. So konnte der Umriss dreieckig, viereckig, 5-eckig, 6-eckig, trapezförmig und rautenförmig mit nach innen und/oder nach außen gebogenen Kanten und scharfen und/oder abgerundeten Ecken sein. Außerdem konnte der Umriss kreisförmig, ellipsenförmig, oval oder „Brotlaib-förmig“ sein. Noch ein weiterer wesentlicher Vorteil der zusammengesetzten Vorrichtungen 2.1 und/oder 2.2 war, dass sie weniger elektrische Energie verbrauchten als Vorrichtungen 2.1 und/oder 2.2 des Standes der Technik. Des Weiteren bestand die Möglichkeit, über mindestens einen Bypass Sauerstoff, angeregten Sauerstoff, Triplett-Sauerstoff, Singulett-Sauerstoff, Ozon, anorganische und organische Peroxide, Azoverbindungen, C-C-Starter und Oxide von Metallen in hohen Oxidationsstufen, und/oder mindestens eine Wasserstoffquelle, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Wasser, Ammoniak, organischen Aminen und Vorprodukten von Ammoniak, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Harnstoff, Ammoniumcarbonat, Ammoniumcarbamat, Ammoniumhydrogencarbonat und Ammoniumformiat, gasförmig und/oder als Aerosol zuzudosieren. In dieser Weise konnte die Effektivität und die Effizienz des erfindungsgemäßen Verfahrens signifikant erhöht und zur Lösung der jeweiligen Reinigungsprobleme gezielt angepasst werden.
  • Somit handelt es sich um elektrisch beheizbare, zusammengesetzte SCO-Vorrichtungen 2.1, SCR-Vorrichtungen 2.2 und SNCR-Vorrichtungen 2.3 von Katalysatoreinheiten 2, jeweils umfassend, in Strömungsrichtung der Gase 4.2 und/oder 4.3; 4.2 gesehen,
    • - mindestens eine quer zur Strömungsrichtung angeordnete gasdurchlässige, elektrisch leitfähige Katalysatorplatte 2.34; 2.25, die über einen elektrischen Anschluss 14.3 und einen elektrischen Leiter 14.2 mit einer Stromquelle 14 in elektrischem Kontakt ist, und
    • - mindestens eine in räumlichem Abstand parallel zur Katalysatorplatte 2.34; 2.25 angeordnete, gasdurchlässige, elektrisch leitfähige Katalysatorplatte 2.26, die über einen elektrischen Anschluss 14.4 und einen elektrischen Leiter 14.1 mit der Stromquelle 14 und über ihren Randbereich mit dem Randbereich der mindestens ersten Katalysatorplatte 2.34 in mechanischem und elektrischem Kontakt ist, wobei
    • - sich zwischen den Katalysatorplatten 2.34; 2.25 und 2.26 jeweils eine elektrisch isolierende, strömende Schicht von Gasen 4.2 und/oder 4.3; 4.2 befindet,
    • - die Katalysatorplatten 2.34; 2.25 und 2.26 mechanisch stabil und wieder voneinander trennbar verbunden sind und wobei
    • - die gesamte Anordnung der Katalysatorplatten 2.34; 2.25 und 2.26 durch mindestens eine elektrische Isolatorschicht 2.21 von der Wand 2.20 der Katalysatoreinheit 2 isoliert ist.
  • Im Folgenden werden zwei Ausführungsformen zusammengesetzte SCO-Vorrichtungen 2.1 und/oder SCR- und/oder SNCR-Vorrichtungen 2.2 zur Veranschaulichung beschrieben.
  • Ausführungsform gemäß den Figuren 6 und 7
  • Die 6 zeigt einen vertikalen Längsschnitt längs der Mittelachse durch einen Ausschnitt aus einer SCO-Vorrichtung 2.1 oder einer SCR-Vorrichtung oder SNCR-Vorrichtung 2.2.
  • Die 7 zeigt einen horizontalen Querschnitt durch eine SCO-Vorrichtung 2.1 oder eine SCR-Vorrichtung oder SNCR-Vorrichtung 2.2 gemäß 6.
  • Die Vorrichtung 2.1 oder 2.2 umfasste, in Strömungsrichtung der Gase 4.2 gesehen, zwei horizontal angeordnete, viereckige Platten 2.25 aus offenzelligem Metallschaum aus Eisen, gefolgt von sechs viereckigen Platten 2.26 aus mit Wolframatokieselsäure (POM) beschichtetem Gewebe aus Eisen. Die gesamte Anordnung wurde durch zwei Gewindestangen 2.22 aus Edelstahl mit Außengewinde zusammengehalten. Die Katalysatorplatten 2.26 und 2.25 wurde durch die Abstandshalterrahmen 2.24 aus Edelstahl auf Abstand gehalten. Die Abstandshalterrahmen 2.24 wiesen Bohrungen auf, durch die die Gewindestangen 2.22 geführt wurden. An den in Strömungsrichtung der Gase 4.2 gesehen oberen Enden der Gewindestangen 2.22 befanden sich Flügelschrauben 2.23, die zusammen mit den Formteilen 2.27 aus elektrisch isolierender, hochtemperaturbeständiger Aluminiumoxidkeramik, die gesamte Anordnung der Katalysatorplatten 2.26 und 2.25 fest zusammenpressten. Die Formteile 2.27 aus Aluminiumoxidkeramik wiesen Bohrungen 2.28 zur Aufnahme der Gewindestangen 2.22 auf. An der vertikalen inneren Wand der Bohrungen 2.28 befanden sich Edelstahlschichten 2.29 mit Innengewinde zur Halterung der Gewindestangen 2.22. Die gesamte Anordnung war von einer elektrischen Isolatorschicht 2.21 aus Aluminiumoxidkeramik umgeben, die einen Übertritt des elektrischen Stroms auf die Edelstahlwand 2.20 der Katalysatoreinheit 2 verhinderte. Nach außen war die Katalysatoreinheit 2 durch die Schicht 6 thermisch isoliert.
  • Ausführungsform gemäß den Figuren 8 und 9
  • Die 8 zeigt einen vertikalen Längsschnitt längs der Mittelachse durch einen Ausschnitt aus einer SCO-Vorrichtung 2.1 oder eine SCR-Vorrichtung oder SNCR Vorrichtung 2.2 während des Zusammenbaus.
  • Die 9 zeigt eine vertikale Draufsicht auf das Ende einer SCO-Vorrichtung 2.1 oder eine SCR-Vorrichtung oder SNCR-Vorrichtung 2.2 gemäß 8.
  • Die Vorrichtung 2.1 oder 2.2 waren in ihrer Konstruktion besonders einfach, konnte aus den Bauteilen:
    • - zwei einander gegenüberliegenden, streifenförmigen Bauteilen 2.30 aus Edelstahl mit korrespondierenden Steckvertiefungen 2.31 und
    • - mehreren kreisrunden Platten 2.34 aus mit Cereisen beschichteten Geweben aus Edelstahl, die jeweils einen umlaufenden Rahmen 2.31 aus Edelstahl mit den korrespondierenden Steckern 2.32 aus Edelstahl,
    in der Steckrichtung 2.36 zusammengesteckt werden. Die gesamte Anordnung der Platten 2.34 und der beiden streifenförmigen Bauteilen 2.30 wurde durch die übergreifenden Endstücke 2.35 zusammengehalten (vgl. 9). Die gesamte Anordnung war ebenfalls mithilfe einer Aluminiumoxidkeramikschicht 2.21 elektrisch isoliert und wies einen besonders geringen Strombedarf zur Erzeugung einer vorgegebenen Temperatur auf.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Claims (23)

  1. Vorrichtung (1) zur Reinigung von Gasen (4) von Ammoniak oder Ammoniak und Noxen, umfassend - mindestens eine Einlasseinheit (5) zum Ansaugen, Vorreinigen, Komprimieren und Zuleitung der vorgereinigten, ammoniakhaltigen oder ammoniakhaltigen und noxenhaltigen Gase (4.1) zu mindestens einem Wärmetauscher (3; 3.1), - mindestens einen Wärmetauscher (3), worin die über mindestens einen Einlass (3.1) zuleitbaren, vorgereinigten, komprimierten, ammoniakhaltigen oder ammoniakhaltigen und noxenhaltigen Gase (4.1) mithilfe der über mindestens einen Einlass (3.3) in den mindestens einen Wärmetauscher (3) einleitbaren heißen, ammoniakfreien, noxenfreien und NOx-freien Gase (4.4) aufheizbar sind, wodurch die Gase (4.4) abkühlbar und als abgekühlte, ammoniakfreie, noxenfreie und NOx-freie Gase (4.5) über mindestens einen Auslass (3.4) und mindestens ein Frischluftrohr (2.10) aus dem Wärmetauscher (3) ausleitbar sind, - mindestens einen Auslass (3.2) durch den die vorgeheizten, ammoniakhaltigen oder ammoniakhaltigen und noxenhaltigen Gase (4.2) über mindestens eine Zuführung (2.4) von dem mindestens einen Wärmetauscher (3) mindestens einer monolithischen und/oder mindestens einer zusammengesetzten Katalysatoreinheit (2) zuführbar sind, die, in der Strömungsrichtung der Gase (4.2; 4.3; 4.4) gesehen, - mindestens eine feststehende oder verschiebbare Vorrichtung (2.1) zur selektiven Oxidation (SCO), worin 60 bis 99,999 % des in den vorgeheizten, ammoniakhaltigen oder ammoniakhaltigen und noxenhaltigen Gasen (4.2) vorhandenen Ammoniaks oder des vorhandenen Ammoniaks und der vorhandenen Noxen katalytisch, thermisch und/oder thermisch/katalytisch zersetzbar und/oder oxidierbar und/oder verbrennbar sind, - mindestens einen die SCO-Vorrichtung (2.1) umschließenden Ringspalt (2.8) und/oder mindestens einen Bypass mit Bypassabzweigung (2.15) vor der SCO-Vorrichtung (2.1), Regelventil 2.16 und Bypassrückführung (2.17) hinter der SCO-Vorrichtung (2.1) durch den 0,001 bis 40 % des in den vorgeheizten, ammoniakhaltigen oder ammoniakhaltigen und noxenhaltigen Gasen (4.2) vorhandenen Ammoniaks oder des vorhandenen Ammoniaks und der vorhandenen Noxen an der mindestens einen SCO-Vorrichtung (2.1) vorbeileitbar sind, - mindestens eine Zone M hinter der mindestens einen SCO-Vorrichtung (2.1), in der die oxidierten, ammoniakfreien, noxenfreien und NOx-haltigen Gase (4.3) mit den Gasen (4.2) mischbar und über mindestens eine feststehende oder verlängerbare oder verkürzbare Gasleitung (2.5) oder über mindestens einen feststehenden oder längenverstellbaren Abstandshalter (2.19) für das Gasgemisch (4.3; 4.2) mindestens eine feststehenden oder verschiebbaren Vorrichtung (2.2) zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR) oder zur selektiven nicht katalytischen Reduktion (SNCR) zuleitbar sind, worin die vorhandenen NOx-haltigen Gase mithilfe von noch vorhandenem Ammoniak zu Stickstoff reduzierbar sind und wonach die resultierenden, reduzierten, heißen, ammoniakfreien, noxenfreien und NOx-freien Gase (4.4) über mindestens eine feststehende oder verlängerbare oder verkürzbare Gasleitung (2.6) mindestens einem Einlass (3.3) des mindestens einen Wärmetauschers (3) zuführbar sind.
  2. Vorrichtung (1) zur Reinigung von Gasen (4) von Ammoniak oder von Ammoniak und Noxen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) auf ihrer Außenseite eine thermische Isolierung (6) aufweist.
  3. Vorrichtung (1) zur Reinigung von Gasen (4) von Ammoniak oder von Ammoniak und Noxen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die ammoniakhaltigen Gase (4) Abgase jeglicher Art oder Luft sind.
  4. Vorrichtung (1) zur Reinigung von Gasen (4) von Ammoniak oder von Ammoniak und Noxen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgase oder die Luft (4) Gasreste in und Abgase von chemischen Anlagen, Gasleitungen, Befüllungsanlagen, Umfüllanlagen und Reaktionsprodukten sind oder von Dieselmotoren, Abgaskaminen, Kohlekraftwerken, Braunkohlekraftwerken, Brennrohröfen, Krematorien, Pyrolysegeräten, Viehställen, Gülle, Jauche, Festmist, Fäkalien, Kläranlagen, Kanalisationen, Gärresten, verrottenden organischen Materialien und Grünzeug, heißen Quellen, vulkanischen Fumarolen und von sich zersetzendem Eiweiß emittiert werden.
  5. Vorrichtung (1) zur Reinigung von Gasen (4) von Ammoniak oder von Ammoniak und Noxen , dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Einlassvorrichtung (5) in dieser Reihenfolge mindestens eine Vorrichtung (5.1) zur Vorreinigung der ammoniakhaltigen oder ammoniakhaltigen und noxenhaltigen Gase (4), einen Gasraum (5.2) hinter der mindestens einen Vorrichtung (5.1), mindestens eine trichterförmige Zuführung (5.3) des vorgereinigten, ammoniakhaltigen oder ammoniakhaltigen und noxenhaltigen Gases (4; 5.2) zu mindestens einer Vorrichtung (5.4) zum Ansaugen des vorgereinigten, ammoniakhaltigen oder ammoniakhaltigen und noxenhaltigen Gases (4; 5.2) und Weitertransport zu mindestens einer Vorrichtung (5.6) zum Verdichten und Einblasen der komprimierten, vorgereinigten, ammoniakhaltigen oder ammoniakhaltigen und noxenhaltigen Gase (4.1) über mindestens eine Zuleitung zu mindestens einem Einlass (3.1) mindestens eines Wärmetauschers (3).
  6. Vorrichtung (1) zur Reinigung von Gasen (4) von Ammoniak oder von Ammoniak und Noxen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Vorrichtung (5.4) zum Ansaugen der vorgereinigten ammoniakhaltigen Gase (4; 5.2) und ihrem Weitertransport zu mindestens einer Vorrichtung (5.6) aus der Gruppe, bestehend aus von in Förderrichtung modulierten Schallwellen, einer Zentrifugalkraft, einer Zentripetalkraft, einer Corioliskraft, der Gravitation, einem Ventilator, einem Axiallüfter, einem Badlüfter einem, Computerlüfter, einem CPU-Lüfter, einem Dauerlüfter, einem Flachlüfter, einem Gehäuselüfter, einem Heizlüfter, einem Innenangriffslüfter, einem Klimalüfter, einem Kreisellüfter, einem Kunststofflüfter, einem Querstromlüfter, einem Radiallüfter, einem Injektor, einem Venturi, einem Diffusor, einem Liquidmultiplier, einem Gasmultiplier, einem Dyson, einer Mantelturbine, einem Deltaflügelkonzentrator, einem Ringventuri, einer Magnuseffektturbine, einem Berwian oder Berliner Windkraftanlage sowie einer passiven und aktiven Konvektion, Effusion und/oder Diffusion ausgewählt is, und dass die mindestens eine Vorrichtung (5.6) aus der Gruppe, bestehend aus einem Hochdrucklüfter, einem Hochleistungslüfter, einem Kompressor und einem Turbolader, ausgewählt ist.
  7. Vorrichtung (1) zur Reinigung von Gasen (4) von Ammoniak oder von Ammoniak und Noxen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Vorrichtung (5.1) zur Vorreinigung der ammoniakhaltigen Gase (4) mindestens ein Filter (5.1) und/oder mindestens eine Akustophorese-Trenneinrichtung (5.9) ist.
  8. Vorrichtung (1) zur Reinigung von Gasen (4) von Ammoniak oder von Ammoniak und Noxen nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Wärmetauscher (3) ein Gegenstrom-Wärmetauscher ist.
  9. Vorrichtung (1) zur Reinigung von Gasen (4) von Ammoniak oder von Ammoniak und Noxen nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine SCO-Vorrichtung (2.1) und die mindestens eine SCR- und/oder SNCR-Vorrichtung (2.2) mindestens einen gasdurchlässigen Grundkörper aus Metall oder Keramik, mindestens ein Schüttbett aus mindestens einem Typ geformter Teilchen aus Metall und/oder Keramik und/oder mindestens ein Wirbelschichtbett aus Metallpulvern und oder Keramikpulver aufweist, deren Oberflächen frei von Katalysatoren sind oder mindestens eine Katalysatorbeschichtung aufweisen.
  10. Vorrichtung (1) zur Reinigung von Gasen (4) von Ammoniak oder von Ammoniak und Noxen nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine SCO-Vorrichtung (2.1) und die mindestens eine SCR- und/oder SNCR-Vorrichtung (2.2) jeweils mindestens eine Wärmequelle (2.7), ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Infrarotstrahlern, Infrarotlasern, elektrischen Widerstandsheizungen, elektrischen Induktionsheizungen, magnetischen Induktionsheizungen Mikrowellensendern und Magnetohyperthermie-Geräten sowie externen Wärmequellen (2.7), ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Fotovoltaik-Vorrichtungen, Solarthermievorrichtungen, Geothermievorrichtungen, Systeme zur Nutzung der Abwärme anderer Prozesse, Verbrennungseinrichtungen und Vorrichtungen zur Nutzung der bei der Zersetzung des Ammoniaks oder des Ammoniaks und der Noxen freiwerdenden Wärme, aufweisen.
  11. Vorrichtung (1) zur Reinigung von Gasen (4) von Ammoniak nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine SCR-und/oder SNCR-Vorrichtung (2.2) abstandsabhängig durch den mindestens eine mit mindestens einer Wärmequelle (2.7) ausgestatteten SCO-Vorrichtung (2.1) beheizbar ist.
  12. Vorrichtung (1) zur Reinigung von Gasen (4) von Ammoniak oder von Ammoniak und Noxen nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Grundkörper der mindestens einen SCO-Vorrichtung (2.1) und/oder der mindestens einen SCR- und/oder SNCR-Vorrichtung (2.2) einen kreisrunden, Brotlaibförmigen, ovalen, elliptischen und 3-eckigen, 4-eckigen, trapezförmigen, rautenförmigen, quadratischen, 5-eckigen und 6-eckigen Querschnitt mit geraden und/oder abgerundeten Kanten und/oder scharfen und/oder abgerundeten Ecken hat.
  13. Vorrichtung (1) zur Reinigung von Gasen (4) von Ammoniak oder von Ammoniak und Noxen nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Noxen Stäube, Mikropartikel, Nanopartikel, toxische Gase, toxische Aerosole, toxische und/oder übelriechende Substanzen, Pollen, Pilze, Archaea, Bakterien, Mikroalgen, Protozoen und/oder Allergene sind.
  14. Vorrichtung (1) zur Reinigung von Gasen (4) von Ammoniak oder von Ammoniak und Noxen nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens eine Vorrichtung zur Zudosierung mindestens eines Oxidationsmittels, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Sauerstoff, angeregtem Sauerstoff, Triplett-Sauerstoff, Singulett-Sauerstoff, Ozon, anorganischen und organischen Peroxiden, Azoverbindungen, C-C-Startern und Oxiden von Metallen in hohen Oxidationsstufen, und mindestens eine Vorrichtung zur Zudosierung von mindestens einer Wasserstoffquelle, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Wasser, Ammoniak, organischen Aminen und Vorprodukten von Ammoniak, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Harnstoff, Ammoniumcarbonat, Ammoniumcarbamat, Ammoniumhydrogencarbonat und Ammoniumformiat, aufweist.
  15. Vorrichtung (1) zur Reinigung von Gasen (4) von Ammoniak oder von Ammoniak und Noxen nach einem der Ansprüche 1 bis 14 , dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) zumindest im Bereich der mindestens einen Einlassvorrichtung (5) mindestens eine Messstelle (A1) oder (A1a) zur Messung des Ammoniakgehalts oder des Ammoniakgehalts und des Noxengehalts des vorgereinigten, ammoniakhaltigen oder ammoniakhaltigen und noxenhaltigen Gases (4; 5.2) oder (4; 5.9) und im Bereich des mindestens einen Frischluftrohres (2.10) mindestens eine Messstelle (A2) zur Messung des Ammoniakgehalts, des Noxengehalts und des NOx-Gehalts des abgekühlten, ammoniakfreien, noxenfreien und NOx-freien Gases (Frischluft; 4.5), aufweist.
  16. Verfahren zur Reinigung von Gasen (4) von Ammoniak oder von Ammoniak und Noxen, dadurch gekennzeichnet, dass man hierfür eine Vorrichtung (1) zur Reinigung von Gasen (4) von Ammoniak oder von Ammoniak und Noxen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15 verwendet.
  17. Verfahren zur Reinigung von Gasen (4) von Ammoniak oder von Ammoniak und Noxen nach Anspruch 16, zumindest umfassend die folgenden Verfahrensschritte: (I) Ansaugen, Vorreinigen und Komprimieren der ammoniakhaltigen oder ammoniak- und noxenhaltigen Gase (4) durch mindestens einer Einlasseinheit (5), (II) Zuleiten der vorgereinigten, komprimierten, ammoniakhaltigen oder ammoniakhaltigen und noxenhaltigen Gase (4.1) durch die Einlasseinheit (5) zu dem mindestens einen Einlass (3.1) mindestens eines Wärmetauschers (3), (III) Vorheizen der der zugeleiteten, vorgereinigten, komprimierten, ammoniakhaltigen oder ammoniakhaltigen und noxenhaltigen Gase (4.1) in dem mindestens einen Wärmetauscher (3) durch die über den mindestens einen Einlass (3.3) eingeleiteten, heißen, ammoniakfreien, noxenfreien und NOx-freien Gase (4.4), wodurch die Gase (4.4) abgekühlt und über den mindestens einen Auslass (3.4) und das mindestens eine Frischluftrohr (2.10) aus dem Wärmetauscher ausgeleitet werden, (IV) Zuleiten der vorgeheizten, vorgereinigten, komprimierten, ammoniakhaltigen oder ammoniakhaltigen und noxenhaltigen Gase (4.2) über den mindestens einen Auslass (3.3) aus dem mindestens einen Wärmetauscher (3) über die mindestens eine Zuführung (2.4) zu der mindestens einen monolithischen und/oder mindestens einen zusammengesetzten Katalysatoreinheit (2), (V) katalytische, thermische und/oder thermisch/katalytische selektive Oxidation, Zersetzung und/oder Verbrennung von 70 % bis 99,99 % des in den vorgeheizten, Gasen (4.2) enthaltenen Ammoniaks oder des Ammoniaks und der Noxen in der mindestens einen beheizten, feststehenden oder verschiebbaren SCO-Einheit (2.1), (VI) Umleiten der vorgeheizten Gase (4.2), enthaltend 0,01 % bis 30 % des in Gasen (4.2) enthaltenen Ammoniaks oder des Ammoniaks und der Noxen um die mindestens eine feststehende oder verschiebbare SCO-Vorrichtung (2.1) durch einen die mindestens eine SCO-Vorrichtung (2.1) umgebenden mindestens einen Ringspalt (2.8) oder durch mindestens einen Bypass mit mindestens einer Bypassabzweigung (2.15) vor der mindestens einen feststehenden oder verschiebbaren SCO-Vorrichtung (2.1), mindestens einem Regelventil (2.16) und mindestens einer Bypassrückführung (2.17), (VII) Durchmischen der umgeleiteten, vorgeheizten Gase (4.2) mit den die mindestens eine feststehende oder verschiebbare SCO-Vorrichtung (2.1) verlassenden, oxidierten, ammoniakfreien oder ammoniak- und noxenfreien sowie NOx-haltigen Gasen (4.3) in der mindestens einen Mischzone (M) und der Bildung eines Gasgemischs (M 4.2; 4.3), (VIII) Einleiten des Gasgemischs (4.2; 4.3) über die mindestens eine feststehende oder verlängerbare oder verkürzbare Gasleitung (2.5) oder über einen feststehenden oder verschiebbaren Abstandshalter (2.19) in mindestens eine feststehende oder verschiebbare SCR-und/oder SNCR-Vorrichtung (2.2), worin die vorhandenen NOx-haltigen Gase (4.2; 4.3) mithilfe des noch vorhandenen Ammoniaks zu Stickstoff reduziert und die resultierenden, reduzierten, heißen, ammoniakfreien, noxenfreien und NOx-freien Gase (4.4) über mindestens eine feststehende oder verlängerbare oder verkürzbare Gasleitung (2.6) mindestens einem Einlass (3.3) des mindestens einen Wärmetauschers (3) zugeführt werden, worin sie durch die vorgereinigten, komprimierten, ammoniakhaltigen oder ammoniakhaltigen und noxenhaltigen Gase (4.1) abgekühlt und über den mindestens einen Auslass (3.4) und das mindestens eine Frischluftrohr (2.10) ausgeleitet werden.
  18. Verfahren zur Reinigung von Gasen (4) von Ammoniak oder von Ammoniak und Noxen nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die katalytische, thermische und/oder thermisch/katalytische selektive Oxidation, Zersetzung und/oder Verbrennung der Gase (4.2) in der mindestens einen SCO-Vorrichtung (2.1) ab mindestens 200 °C erfolgt.
  19. Verfahren zur Reinigung von Gasen (4) von Ammoniak oder von Ammoniak und Noxen nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine SCR-Vorrichtung (2.2) im Niedertemperaturbereich bei 80 °C bis 300 °C oder im Hochtemperaturbereich von 250 °C bis 600 °C und die mindestens eine SNCR-Vorrichtung (2.2) im Temperaturbereich von 800 °C bis 1000 °C betrieben wird.
  20. Verfahren zur Reinigung von Gasen (4) von Ammoniak oder von Ammoniak und Noxen nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Verwendung von mindestens zwei SCR-Vorrichtungen (2.2) mindestens eine SCR-Vorrichtung (2.2) im Niedertemperaturbereich und mindestens eine SCR-Vorrichtung (2.2) im Hochtemperaturbereich oder bei der Verwendung von mindestens einer SCR-Vorrichtung (2.2) und mindestens einer SNCR-Vorrichtung (2.2) die mindestens eine SCR-Vorrichtung (2.2) im Hochtemperaturbereich betrieben werden.
  21. Verwendung von Polyoxometallaten (POM) als vergiftungsfreie Oxidationskatalysatoren zur selektiven katalytischen Oxidation von Ammoniak zu Stickstoff in SCO-Vorrichtungen (2.2) zur Vermeidung von Ammoniakslip.
  22. Verwendung von mit Katalysatoren beschichteten oder unbeschichteten, gasdurchlässigen Metallkatalysatoren, jeweils umfassend einen Metallmantel und mindestens eine S-förmige Standardwicklung und/oder mindestens eine SM-Wicklung oder modifizierte Standardwicklung, die durch Hartlöten der einzelnen ≤0,03mm dünnen Metallfolienlagen, untereinander und zusammen mit dem Metallmantel zusammengefügt sind, für die Oxidation von gasförmigem Ammoniak zu Stickstoff.
  23. Elektrisch beheizbare, zusammengesetzte SCO-Vorrichtungen (2.1), SCR-Vorrichtungen (2.2) und SNCR-Vorrichtungen (2.3) von Katalysatoreinheiten (2), jeweils umfassend, in Strömungsrichtung der Gase (4.2) und/oder (4.3; 4.2) gesehen, - mindestens eine quer zur Strömungsrichtung angeordnete gasdurchlässige, elektrisch leitfähige Katalysatorplatte (2.34; 2.25), die über einen elektrischen Anschluss (14.3) und einen elektrischen Leiter (14.2) mit einer Stromquelle (14) in elektrischem Kontakt ist, und - mindestens eine in räumlichem Abstand parallel zur Katalysatorplatte (2.34; 2.25) angeordnete, gasdurchlässige, elektrisch leitfähige Katalysatorplatte (2.26), die über einen elektrischen Anschluss (14.4) und einen elektrischen Leiter (14.1) mit der Stromquelle (14) und über ihren Randbereich mit dem Randbereich der mindestens ersten Katalysatorplatte (2.34) in elektrischem Kontakt ist, wobei - sich zwischen den Katalysatorplatten (2.34; 2.25) und (2.26) jeweils eine elektrisch isolierende, strömende Schicht von Gasen (4.2) und/oder (4.3; 4.2) befindet, - die Katalysatorplatten (2.34; 2.25) und (2.26) mechanisch stabil und wieder voneinander trennbar verbunden sind und wobei - die gesamte Anordnung der Katalysatorplatten (2.34; 2.25) und (2.26) durch mindestens eine elektrische Isolatorschicht (2.21) von der Wand (2.20) der Katalysatoreinheit (2) isoliert ist.
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