DE1567890C3

DE1567890C3 - Kontinuierliches Verfahren zur Um Wandlung von Stickstoffoxiden in einem Abgas strom

Info

Publication number: DE1567890C3
Application number: DE1567890A
Authority: DE
Inventors: James Michael Barr; Leslie Claire Hardison
Original assignee: Universal Oil Products Co
Current assignee: Universal Oil Products Co
Priority date: 1965-10-14
Filing date: 1966-10-12
Publication date: 1973-12-13
Also published as: JPS4920472B1; GB1155057A; NL6614474A; FR1496530A; US3402015A; DE1567890B2; BE688112A; DE1567890A1

Description

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 Kurvet. 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 NO₂-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 7 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 Fig. 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 NO₂-Konzentrationen von 2,2 Molprozent beliefert. Der Luftstrom wurde zunächst durch eine Aktivkohleschicht von ungefähr 6,4 cm Dicke geleitet, die eine N0₂-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

1 2 eingeleitete Abgasstrom niemals wesentlich mehr als Patentansprüche: 0,6 Molprozent Stickstoffoxide enthält. Als Adsorbens wird vorzugsweise zerkleinerte Ak-

1. Kontinuierliches Verfahren zur katalytischen tivkohle verwendet. Die Dicke der Adsorbensschicht Teilreduktion von Stickstoffoxiden in einem Ab- 5 wird so gewählt, daß bei einem Gehalt des Abgasgasstrom mit schwankenden Stickstoffoxidgehal- Stroms an Stickstoffoxiden von mehr als 0,6 Molten, die zeitweilig wesentlich über und zeitweilig prozent dieser Stickstoffoxidgehalt auf 0,6 Molprounter 0,6 Molprozent liegen, dadurch ge- zent oder vorzugsweise 0,5 Molprozent herabgedrückt kennzeichnet, daß man den Abgasstrom. wird, bevor der Abgasstrom in die Reduktionszone vor dem Einleiten in die Reduktionszone in an io eintritt.

sich bekannter Weise über ein Stickstoffoxide Die Reduktion kann in unterschiedlicher Weise

adsorbierendes Adsorbens leitet, das bei hohen ^x erfolgen. Im allgemeinen geschieht dies durch Um-

Stickstoffoxidkonzentrationen im Abgasstrom so Setzung der Stickstoffoxide mit einem Brennstoffgas

, viel Stickstoffoxide adsorbiert und bei niedrigen an einem Katalysator, wobei das Brennstoffgas oxy-

Stickstoffkonzentrationen im Abgasstrom so viel 15 diert und die Stickstoffoxide reduziert werden. Unter

Stickstoffoxide abgibt, daß der in die Reduktions- Verwendung eines Kohlenwasserstoffbrennstoffs hier-

zone eingeleitete Abgasstrom niemals wesentlich zu tritt eine im wesentlichen vollständige Umsetzung

mehr als 0,6 Molprozent Stickstoffoxide enthält. zu Wasser, Kohlendioxyd, Stickstoffmonoxid und

2. Verfahren nach· Anspruch 1, dadurch ge- Stickstoff ein, die alle geruchlos und farblos und mit kennzeichnet, daß man als Stickstoffoxide adsor- ao Ausnahme des Stickstoffmonoxids harmlose Gase bierendes Adsorbens zerkleinerte Aktivkohle ver- sind.

wendet. . Als Katalysatoren werden hierbei am zweckmäßig

sten solche der Platingruppe verwendet, da sie ein Arbeiten bei relativ niedrigen Temperaturen ermög-

' 35 liehen, wie beispielsweise im Bereich von 232 bis

316° C bei Verwendung von Wasserstoffgas als Brennstoff und im Bereich von 538 bis 650° C bei

Aus »Chemiker-Zeitung/Chemische Apparatur«, Verwendung von Naturgas als Brennstoff.
89 (1965), Seite 634, ist es bekannt, Stickstoffoxide Der bei dieser Umsetzung in der Reduktionszone

in einem Abgasstrom katalytisch zu Stickstoff und/ 30 verwendete Brennstoff kann ein leicht erhältliches oder weniger schädlichem Stickstoffoxid zu'reduzie- Industriegas wie Methan, Propan, Wasserstoff oder ren. Aus den Seiten 632 und 633 der gleichen Druck- Kohlenmonoxid sein. Wenn der die Stickstoffoxide schrift ist es außerdem bekannt, statt dessen Stick- enthaltende Abgasstrom ungenügend Luft oder Sauerstoffoxide durch Adsorption auf einem festen Ad- stoff für die Umsetzung mit dem Brennstoff enthält, sorbens unschädlich zu machen. 35 kann es erforderlich sein, zusätzlich Luft zuzumischen.

Es hat sich jedoch gezeigt, daß Stickstoffoxide in Als Katalysatoren der Platingruppe können solche

einem Abgasstrom mit schwankenden Stickstoffoxid- verwendet werden, die aus mit dem Platingruppengehalten, die zeitweilig wesentlich über 0,6 Molpro- metall getränkten porösen Trägermaterialien oder zent liegen, nur unvollständig reduziert werden und aber ganz aus Metall bestehen. Vorzugsweise verwendaß der Reduktionskatalysator relativ schnell deakti- 40' det man einen Katalysator der letzteren Gruppe, wie viert wird. Aus diesem Grund war man bisher ge- Matten aus gekräuseltem Legierungsband mit einem zwungen, solche Abgase mit stark schwankenden Edelmetallüberzug, insbesondere aus einem Platin-Stickstoffoxidgehalten vor der Reduktion zu verdün- gruppenmetall. Ein solcher Katalysator ist beispielsnen, was aber dazu führte, daß die gesamten Appara- weise in der USA.-Patentschrift 2 658 742 beschrieturen in ihrer Kapazität vergrößert werden mußten, 45 ben. Eine Zeichnung zeigt

was zu erhöhten Investitions- und Betriebskosten F i g. 1 eine schematische Darstellung einer Vorführt, richtung zur Durchführung des kontinuierlichen Ver-

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe be- fahrens nach der Erfindung und

steht nun darin, ein kontinuierliches Verfahren zur Fig.2 in einem Diagramm den Stickstoffoxidge-

Umwandlung von Stickstoffoxiden in einem Abgas- 50 halt in Molprozent NO₂ in Abhängigkeit von der Zeit, strom mit schwankenden Stickstoffoxidgehalten zu in Minuten für den Abgasstrom vor dem Eintritt in bekommen, bei dem keine Verdünnung erforderlich das Adsorbens (Kurve A) und nach dem Austreten ist und trotzdem eine befriedigende Reduktion der aus dem Adsorbens (Kurve B) bei dem Verfahren Stickstoffoxide zu Stickstoff und/oder weniger schäd- nach der Erfindung. ,

lichem Stickstoffoxid ohne die bekannte Deaktivie- 55 In der Vorrichtung gemäß Fig. 1 enthält die Adrung des Reduktionskatalysators erfolgt. sorptionszone 1 eine querliegende innere Schicht aus

Das erfindungsgemäße kontinuierliche Verfahren zerkleinertem Adsorbens 2, mit dem ein Abgasstrom zur katalytischen Teilreduktion von Stickstoffoxiden aus Leitung 3 in Berührung tritt, wonach er durch die in einem Abgasstrom mit schwankenden Stickstoff- Leitung 4 abgezogen wird, Das Adsorbens 2 kann aus oxidgehalten, die zeitweilig über und zeitweilig unter 60'Aktivkohle bestehen und wird beispielsweise zwischen 0,6 Molprozent liegen, ist dadurch gekennzeichnet, geeigneten Sieben oder Lochplatten 25 und 26 gehaldaß man den Abgasstrom vor dem Einleiten in die ten. Die Aktivkohle oder das sonstige Adsorbens Reduktionszone in an sich bekannter Weise über ein wird in einer solchen Menge bzw. Schichtdicke verStickstoffoxide adsorbierendes Adsorbens leitet, das wendet, daß der Stickstoffoxidgehalt in dem Abgasbei hohen Stickstoffoxidkonzentrationen im Abgas- 65 strom auf höchstens 0,6 Molprozent herabgesetzt strom so viel Stickstoffoxide adsorbiert und bei nied- wird.

rigen Stickstoffkonzentrationen im Abgasstrom so viel Gemäß F i g. 2 hat ein ankommender Abgasstrom

Stickstoffoxide abgibt, daß der in die Reduktionszone periodisch Spitzenkonzentrationen von ungefähr