DE1567890B2 - Kontinuierliches verfahren zur umwandlung von stickstoffoxiden in einem abgasstrom - Google Patents

Description

Aus »Chemiker-Zeitung/Chemische Apparatur«, 89 (1965), Seite 634, ist es bekannt, Stickstoffoxide in einem Abgasstrom katalytisch zu Stickstoff und/ oder weniger schädlichem Stickstoffoxid zu'reduzieren. Aus den Seiten 632 und 633 der gleichen Druckschrift ist es außerdem bekannt, statt dessen Stickstoffoxide durch Adsorption auf einem festen Adsorbens unschädlich zu machen.

Es hat sich jedoch gezeigt, daß Stickstoffoxide in einem Abgasstrom mit schwankenden Stickstoffoxidgehalten, die zeitweilig wesentlich über 0,6 Molprozent liegen, nur unvollständig reduziert werden und daß der Reduktionskatalysator relativ schnell deaktiviert wird. Aus diesem Grund war man bisher gezwungen, solche Abgase mit stark schwankenden Stickstoffoxidgehalten vor der Reduktion zu verdünnen, was aber dazu führte, daß die gesamten Apparaturen in ihrer Kapazität vergrößert werden mußten, was zu erhöhten Investitions- und Betriebskosten führt.

pie der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht nun darin, ein kontinuierliches Verfahren zur Umwandlung von Stickstoffoxiden in einem Abgasstrom mit schwankenden Stickstoffoxidgehalten zu bekommen, bei dem keine Verdünnung erforderlich ist und trotzdem eine befriedigende Reduktion der Stickstoffoxide zu Stickstoff und/oder weniger schädlichem Stickstoffoxid ohne die bekannte Deaktivierung des Reduktionskatalysators erfolgt.

Das erfindungsgemäße kontinuierliche Verfahren zur katalytischen Teilreduktion von Stickstoffoxiden in einem Abgasstrom mit schwankenden Stickstoffoxidgehalten, die zeitweilig über und zeitweilig unter 0,6 Molprozent liegen, ist dadurch gekennzeichnet, daß man den Abgasstrom vor dem Einleiten in die Reduktionszone in an sich bekannter Weise über ein Stickstoffoxide adsorbierendes Adsorbens leitet, das bei hohen Stickstoffoxidkonzentrationen im Abgasstrom so viel Stickstoffoxide adsorbiert und bei niedrigen Stickstoffkonzentrationen im Abgasstrom so viel Stickstoffoxide abgibt, daß der in die Reduktionszone eingeleitete Abgasstrom niemals wesentlich mehr als 0,6 Molprozent Stickstoffoxide enthält.

Als Adsorbens wird vorzugsweise zerkleinerte Aktivkohle verwendet. Die Dicke der Adsorbensschicht wird so gewählt, daß bei einem Gehalt des Abgasstroms an Stickstoffoxiden von mehr als 0,6 Molprozent dieser Stickstoffoxidgehalt auf 0,6 Molprozent oder vorzugsweise 0,5 Molprozent herabgedrückt wird, bevor der Abgasstrom in die Reduktionszone

ίο eintritt.

Die Reduktion kann in unterschiedlicher Weise erfolgen. Im allgemeinen geschieht dies durch Umsetzung der Stickstoffoxide mit einem Brennstoffgas an einem Katalysator, wobei das Brennstoffgas oxydiert und die Stickstoffoxide reduziert werden. Unter Verwendung eines Kohlenwasserstoffbrennstoffs hierzu tritt eine im wesentlichen vollständige Umsetzung zu Wasser, Kohlendioxyd, Stickstoffmonoxid und Stickstoff ein, die alle geruchlos und farblos und mit

so Ausnahme des Stickstoffmonoxids harmlose Gase sind.

Als Katalysatoren werden hierbei am zweckmäßigsten solche der Platingruppe verwendet, da sie ein Arbeiten bei relativ niedrigen Temperaturen ermögliehen, wie beispielsweise im Bereich von 232 bis 316° C bei Verwendung von Wasserstoffgas als Brennstoff und im Bereich von 538 bis 650° C bei Verwendung von Naturgas als Brennstoff.

Der bei dieser Umsetzung in der Reduktionszone verwendete Brennstoff kann ein leicht erhältliches Industriegas wie Methan, Propan, Wasserstoff oder Kohlenmonoxid sein. Wenn der die Stickstoffoxide enthaltende Abgasstrom ungenügend Luft oder Sauerstoff für die Umsetzung mit dem Brennstoff enthält, kann es erforderlich sein, zusätzlich Luft zuzumischen. Als Katalysatoren der Platingruppe können solche verwendet werden, die aus mit dem Platingruppenmetall getränkten porösen Trägermaterialien oder aber ganz aus Metall bestehen. Vorzugsweise verwendet man einen Katalysator der letzteren Gruppe, wie Matten aus gekräuseltem Legierungsband mit einem Edelmetallüberzug, insbesondere aus einem Platingruppenmetall. Ein solcher Katalysator ist beispielsweise in der USA.-Patentschrift 2 658 742 beschrieben. Eine Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Durchführung des kontinuierlichen Verfahrens nach der Erfindung und
Fig.2 in einem Diagramm den Stickstoffoxidgehalt in Molprozent NO₂ in Abhängigkeit von der Zeit. in Minuten für den Abgasstrom vor dem Eintritt in das Adsorbens (Kurvet) und nach dem Austreten aus dem Adsorbens (Kurve B) bei dem Verfahren nach der Erfindung.

In der Vorrichtung gemäß F i g. 1 enthält die Adsorptionszone 1 eine querliegende innere Schicht aus zerkleinertem Adsorbens 2, mit dem ein Abgasstrom aus Leitung 3 in Berührung tritt, wonach er durch die Leitung 4 abgezogen wird. Das Adsorbens 2 kann aus Aktivkohle bestehen und wird beispielsweise zwischen geeigneten Sieben oder Lochplatten 25 und 26 gehalten. Die Aktivkohle oder das sonstige Adsorbens wird in einer solchen Menge bzw. Schichtdicke verwendet, daß der Stickstoffoxidgehalt in dem Abgasstrom auf höchstens 0,6 Molprozent herabgesetzt wird.

Gemäß Fig.2 hat ein ankommender Abgasstrom periodisch Spitzenkonzentrationen von ungefähr

1,0 Molprozent Stickstoffdioxid. Seine Zusammensetzung schwankt zyklisch bei einer Geschwindigkeit von etwa 10,7 m/min. Ungefähr zwei Minuten lang herrscht die hohe Konzentration von etwa 1,0 Molprozent NO₂, und anschließend geht der Gehalt etwa 8 Minuten lang auf 0 zurück. Kurve B in F i g. 2 zeigt den NO₂-Gehalt am Ausgang einer Aktivkohleschicht von 17,8 cm Dicke und 1,67 m² Flächengröße bei der Behandlung eines Abgasstroms mit dem NO₂-Gehalt gemäß KurveA. Wenn die Spitzen der Kurvet infolge längerer Perioden an hohem Stickstoffdioxidgehalt im Strom weniger scharf sind oder wenn die Konzentration einen zeitlich längeren Teil des Zyklus andauert, dann wird der Adsorptions-Desorptionseffekt vermindert, und die Kurve B wird weniger flach sein oder einen weniger gleichförmigen NO,-Gehalt haben.

Bei der Vorrichtung nach F i g. 1 geht der Abgasstrom aus Leitung 4 nach Erhitzen durch Brenner 11, der durch Leitung 6 und Regelventil? mit Brennstoff versorgt wird, zu einem Gebläse 5. Er verläßt das Gebläse durch Leitung 8 und geht zum Kontakt mit einer geeigneten Katalysatorschicht 9 in eine Kammer 10. Am Ende der Leitung 8, aufstromseitig von der Katalysatorschicht 9, wird ein geeignetes Brennstoffgas oder Reduktionsmittel aus Leitung 12 durch Verteiler 13 eingeleitet. Die Gesamtmenge an Brennstoffgas im Gesamtvolumen ist klein, soll aber gleich oder etwas größer sein, als für die Umsetzung mit der Stickstoffoxidmenge in dem Abgasstrom erforderlich ist.

Bei der Umsetzung des Brennstoffstroms und Reduktion des Stickstoffdioxidstroms werden harmlose Gase, wie Kohlendioxid, Wasser und Stickstoff, gebildet. Natürlich tritt ein beträchtlicher Temperaturanstieg in der Katalysatorschicht infolge der Oxidation des Brennstoffs auf. Der aus der Katalysatorschicht 9 in der Zone 10 austretende hochtemperierte Abgasstrom wird durch Leitung 14 zu einem Schornstein abgeleitet.

F i g. 1 zeigt, daß ein Teil des behandelten heißen Abgasstroms aus der Kammer 10 durch Leitung 15 mit dem Regelventil 16 zu einem Vorheizabschnitt 17 und vor dort durch Leitung 21 zur Vermischung mit dem Abgasstrom in Leitung 4 zurückgeleitet werden kann. Der Vorheizabschnitt 17 kann zum Anlassen des Betriebes oder zur Herabsetzung des Wärmebedarfs des Brenners 11 verwendet werden. Der Brenner 18 im Vorheizabschnitt 17 erhält Brennstoff aus der Leitung 19 mit dem Regelventil 20.

Die schematische Darstellung der F i g. 1 zeigt eine ίο einstufige Vorrichtung, doch können auch zwei oder mehr Stufen für Adsorption und Katalyse vorhanden sein.

Beispiel

Eine der F i g. 1 entsprechende Anlage wurde mit 284 Normalliter/sec eines Beschickungsstroms von mit NO₂ verunreinigter Luft mit intermittierend auftretenden ΝΟ,-Konzentrationen von 2,2 Molprozent beliefert. Der Luftstrom wurde zunächst durch eine Aktivkohleschicht von ungefähr 6,4 cm Dicke geleitet, die eine NO,-Konzentration ergab, die zwischen etwa 0,1 Molprozent und etwa 0,7 Molprozent schwankte. Die Schichtfläche war so bemessen, daß die Strömungsgeschwindigkeit im Bereich von 6,5 bis 30,5 m/min lag. Der aus der Aktivkohle austretende Gasstrom mit zeitweilig 0,7 Molprozent NO₂ wurde dann im Gemisch mit Propan bei einer Einlaßtemperatur von etwa 288° C durch eine katalytische Zone geleitet, die einen Katalysator von etwa 5,1 cm Dicke aus einer Legierungsmatte mit Platinüberzug enthielt. In diesem Fall war jedoch die Reduktion des NO₂ unvollständig, was sich an einer braunen Fackel zeigte, die periodisch an der Abstromseite der Katalysatorzone auftrat.

In einem zweiten Versuch wurden die gleichen Versuchsbedingungen angewendet, jedoch eine Aktivkohleschicht von etwa 10 cm Dicke benützt, die die Höchstkonzentration an Stickstoffdioxid auf etwa 0,5 Molprozent herabsetzte. Nun war der Katalysator in der Lage, eine so weitgehende Reduktion des NO₂-Gehalts zu bewirken, daß jedes Anzeichen der früheren braunen Fackel ausgeschaltet war.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Kontinuierliches Verfahren zur katalytischen Teilreduktion von Stickstoffoxiden in einem Abgasstrom mit schwankenden Stickstoffoxidgehalten, die zeitweilig wesentlich über und zeitweilig unter 0,6 Molprozent liegen, dadurch gekennzeichnet, daß man den Abgasstrom vor dem Einleiten in die Reduktionszone in an sich bekannter Weise über ein Stickstoffoxide adsorbierendes Adsorbens leitet, das bei hohen Stickstoffoxidkonzentrationen im Abgasstrom so

, viel Stickstoffoxide adsorbiert und bei niedrigen Stickstoffkonzentrationen im Abgasstrom so viel Stickstoffoxide abgibt, daß der in die Reduktionszone eingeleitete Abgasstrom niemals wesentlich mehr als 0,6 Molprozent Stickstoffoxide enthält.

2. Verfahren nach· Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Stickstoffoxide adsorbierendes Adsorbens zerkleinerte Aktivkohle verwendet.