DE19519233A1 - Rauchgas-Reinigungseinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Rauchgas-Reinigungsein­ richtung mit mindestens einem vom Rauchgas durchströmbaren Schlauchfilter.

Bei der Verbrennung von fossilen Energieträgern und/oder Hausmüll entsteht ein Rauchgas das neben einer nicht vernach­ lässigbaren Staub- und Partikelbeladung auch unerwünschte gasförmige Komponenten, wie z. B. Schwefeldioxid, Stickoxide und halogenierte Kohlenwasserstoffe, enthält. Der Ausstoß solcher gasförmiger Schadstoffe unterliegt in einer Vielzahl von Ländern strengen gesetzlichen Auflagen, so daß Maßnahmen ergriffen werden müssen, die den Ausstoß dieser Schadstoffe drastisch verringern.

Zur Senkung des Schwefeldioxid-Gehaltes im Rauchgas sind so­ genannte Rauchgas-Entschwefelungsanlagen bekannt, die die Schwefeloxide auf naß-chemischen Wege in Gips verwandeln, welcher als Wertstoff beispielsweise für den Innenausbau von Gebäuden wieder verwendet werden kann.

Zur Abscheidung von Stickoxiden und organischen Schadstoffen, wie z. B. halogenierten Kohlenwasserstoffen, Kohlenmonoxid, sind Verfahren bekannt geworden, bei denen diese Schadstoffe katalytisch umgesetzt werden. So sind beispielsweise zur ka­ talytischen Umsetzung von organischen Komponenten Oxidations­ katalysatoren bekannt, die die Schadstoffe durch Kontaktie­ rung an katalytisch aktiven Substanzen, wie z. B. Platin, Rodium, Iridium, Kupferoxid, Eisenoxid, zu umweltverträgli­ chem Kohlendioxid, Wasser und weniger umweltverträglichen Säuren, wie z. B. Flurwasserstoff und Salzsäure umgewandelt werden. Hierbei können die zuletzt genannten Säuren jedoch beispielsweise in der vorstehend genannten Rauchgas-Entschwe­ felungsanlage auch auf naß-chemischem Wege aus dem Rauchgas entfernt werden.

Zur Abscheidung von Stickoxiden hat sich weltweit das Verfah­ ren der selektiven katalytischen Reduktion durchgesetzt, bei dem die Stickoxide zusammen mit einem zuvor in das Rauchgas eingebrachten Reduktionsmittel, meist Ammoniak oder eine wäßrige Harnstofflösung, zu Stickstoff und Wasser umgesetzt werden. Hierbei werden die Stickoxide an einen Katalysator kontaktiert, der üblicherweise als Grundstoff Titandioxid und Metalloxide, wie z. B. Vanadiumoxid, Wolframoxid, Molybdän­ oxid, Kupferoxid, Eisenoxid, Chromoxid, Ceroxid, umfaßt. Die Kontaktierung wird dabei innerhalb eines von der Ausführung des Katalysators abhängigen Temperaturbereichs durchgeführt. Solche nach dem SCR-Verfahren arbeitende Katalysatoren und das Verfahren zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden sind beispielsweise durch die DE-PS 24 58 888 of­ fenbart.

In einer Müllverbrennungsanlage werden die vorstehend genann­ ten Katalysatoren üblicherweise nach den Feinreinigungsstufen zur Absenkung des Schwefeldioxid-, HCl-, Hg- und Staub-/Par­ tikelgehaltes im Rauchgaskanal in einem sogenannten Reaktor­ gehäuse angeordnet. Das Rauchgas durchströmt also üblicher­ weise bei einer Temperatur von 100 bis 250°C zunächst die Feinreinigungsstufen, und muß beispielsweise zur naß-chemi­ schen Behandlung in einer Rauchgas-Entschwefelungsanlage (REA) auf deutlich unter 100°C abgekühlt werden. Damit mit den im Reaktorgehäuse der REA nachgeschalteten Katalysatoren vertretbare Wirkungsgrade erreicht werden, wird das Rauchgas üblicherweise wieder aufgeheizt und strömt mit einer Tempera­ tur von etwa 180 bis 300°C in die Katalysatoren.

In einem solchen Reaktor sind üblicherweise Waben- und/oder Plattenkatalysatoren angeordnet. Die Durchströmungsstrecke in einem solchen Reaktorgehäuse beträgt üblicherweise einige Me­ ter, so daß insbesondere in stromabwärts gelegenen Teilen des Katalysators eine laminare Strömung in den Durchlaßkanälen auftritt, welche bezüglich des Stoffaustausches von Gasphase und Katalysatoroberfläche nachteilig ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Rauch­ gas-Reinigungsanlage anzugeben, bei der eine Wiederaufheizung des Rauchgas es und die Nachteile durch die Ausbildung eines laminaren Strömungsprofils in den Gaskanälen der Katalysato­ ren vermieden werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Rauchgas-Reinigungseinrichtung mit mindestens einen vom Rauchgas durchströmbaren Schlauchfilter vorgesehen ist, bei dem ein vom Rauchgas durchströmbarer Katalysator eingangs­ seitig oder ausgangsseitig des Schlauchfilters vorgesehen ist.

Auf diese Weise wird bereits eingangsseitig oder ausgangssei­ tig des Schlauchfilters eine katalytische Umsetzung von un­ erwünschten gasförmigen Schadstoffen, wie halogenierten Koh­ lenwasserstoffen und Stickoxiden, erreicht. Weil die resul­ tierenden Durchströmungsstrecken der Katalysatoren am Eingang oder Ausgang des Schlauchfilters vergleichsweise gering sind, bleibt der Katalysator auf seiner gesamten hänge turbulent durchströmt, was einen hohen Stoffaustausch zwischen Gasphase und Katalysatoroberfläche ergibt. Hieraus resultiert insgesamt eine vergleichsweise hohe Gesamtaktivität des Ka­ talysators. Bei ausreichender Umsatzrate des Katalysators kann auf diese Weise auf eine weiter stromabwärts angeordnete Katalysatoranlage, wie z. B. einen DeNO_x-Reaktor, verzichtet werden.

In baulich besonders einfacher Weise kann der Katalysator ausgangsseitig im Filtereinsatz des Schlauchfilters angeord­ net sein. Auf diese Weise ist das ansonsten erforderliche zu­ sätzliche Gehäuse des Katalysators verzichtbar, weil dieser beispielsweise in den Abströmteil der Filterschlauchhalte­ rung, auch Filterschlauchflansch genannt, integriert werden kann.

Eine besonders vorteilhafte Durchströmungsstrecke des Kataly­ sators beträgt zwischen 10 und 100 cm, vorzugsweise zwischen 20 und 70 cm. Diese vergleichsweise kurzen Durchströmungs­ strecken tragen dazu bei, daß die Strömung des Rauchgases im Katalysator entlang der gesamten Durchströmungsstrecke eher turbulent als laminar ist.

Für die katalytische Umsetzung von Stickoxiden und haloge­ nierten Kohlenwasserstoffen, wie z. B. Dioxinen und Furanen, ist es besonders vorteilhaft, wenn der Katalysator als Grund­ stoff Titandioxid TiO₂ und eine oder mehrere der Komponenten Vanadiumoxid V₂O₅, Wolframoxid WO₃, Molybdänoxid MoO₃, Kup­ feroxid CuO, Eisenoxid Fe₂O₃, Chromoxid Cr₂O₃ und ein Misch­ oxid der Summenformel V_xMO_yO_32-z mit x, y 1, x+y 12, z 1, umfaßt.

In besonders vorteilhafter Weise eignet sich als Katalysator ein wabenförmiger Katalysator. Ein solcher Katalysator ist hinsichtlich seiner geometrischen Abmessungen besonders ein­ fach an die in Schlauchfiltern zur Verfügung stehenden Strö­ mungsquerschnitte anpaßbar.

Eine besonders vorteilhafte Verwendung der vorstehend genann­ ten Rauchgas-Reinigungseinrichtung sieht die Reinigung des Abgases einer Müllverbrennungsanlage, und dabei insbesondere die katalytische Umsetzung halogenierten Kohlenwasserstoffen, wie z. B. Dioxinen und Furanen, vor.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand einer Zeich­ nung näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein mit einem Katalysator versehenes Schlauchfilter;

Fig. 2 eine Aufsicht auf die Abströmseite des Schlauchfil­ ters gemäß Fig. 1; und

Fig. 3 in schematischer Darstellung die Rauchgasleitung ei­ ner Müllverbrennungsanlage.

In den Fig. 1 bis 3 gleiche Teile haben die gleichen Be­ zugszeichen.

In der in Fig. 1 dargestellten Seitenansicht auf eine Rauch­ gas-Reinigungseinrichtung 2 erkennt man einen Schlauchfilter 4 mit einem abströmseitig angeordneten Wabenkatalysator 6. Dieser Wabenkatalysator 6 dient zur Minderung der in einem Rauchgas 8 unter anderem enthaltenen Stickoxide und haloge­ nierten Kohlenwasserstoffe, wie z. B. Dioxine und Furane. Solche Schadstoffe entstehen insbesondere bei der Verbrennung von Siedlungsmüll und/oder gewerblichen Abfällen, aber auch bei der Verbrennung von Dieselkraftstoffen.

Das Schlauchfilter 4 umfaßt einen metallischen, gasdurchläs­ sigen Stützkorb 10, einen Filterschlauch 12 und einen flan­ schförmig ausgestalteten Halter 14 für den Wabenkatalysator 6. Der Wabenkatalysator 6 besteht aus einem voll-keramischen Körper mit einer Zellenanzahl von etwa 50 bis 500 Zellen pro inch² (cpsi), im Ausführungsbeispiel 200 cpsi, und weist eine Durchströmstrecke von nur etwa 50 cm auf. Bedingt durch diese vergleichsweise kurze Durchströmstrecke ist die Strömung des Rauchgas es 8 in den Gaskanälen des Wabenkatalysators 6 eher turbulent als laminar. Auf diese Weise wird die katalytische Aktivität des Wabenkatalysators 6 besonders intensiv genutzt, weil ein hoher Stoffaustausch zwischen Gasphase und Kataly­ satoroberfläche gegeben ist.

Das Katalysatormaterial des Wabenkatalysators 6 umfaßt als Grundstoff Titandioxid TiO₂ mit Zusätzen von Vanadiumoxid V₂O₅, Wolframoxid WO₃, Molybdänoxid MoO₃, Kupferoxid CuO und Chromoxid CrO₃. Die Anteile dieser Zusätze liegen im allge­ meinen zwischen einigen Promille und 10 Prozent, mit Bezug auf das Gesamtgewicht des Katalysatormaterials. Im Ausfüh­ rungsbeispiel ist für jeden Zusatz ein Gehalt von etwa 2 Gew.-% gewählt.

Das Rauchgas 8 büßt beim Durchströmen des Filterschlauches 12 den größten Teil seiner Staub- und Partikelfracht ein. Es strömt also weitgehend staub- und partikelfrei mit einer Tem­ peratur von etwa 200°C in den Wabenkatalysator 6. Am Kataly­ satormaterial findet nun eine Umsetzung der Stickoxide mit zuvor in das Rauchgas 8 eingebrachtem Ammoniak zu Stickstoff und Wasser und eine Umsetzung der halogenierten Kohlenwasser­ stoffe zu Kohlendioxid und Halogen-Wasserstoffverbindungen, wie z. B. Fluorwasserstoff HF und Chlorwasserstoff HCl, wel­ che in einer nachgeschalteten Naßreinigungsstufe 22 (vergleiche Fig. 3) aus dem Rauchgas 8 entfernt werden.

Das Rauchgas 8 verläßt das Schlauchfilter 4 also bereits mit einer wesentlich geringeren Schadstofffracht als dies bei ei­ nem herkömmlichen Schlauchfilter der Fall ist, welches keinen integrierten Katalysator aufweist.

In der in Fig. 2 dargestellten Aufsicht auf das Schlauchfil­ ter 4 erkennt man die flanschförmige Ausgestaltung des Halters 14 und den Wabenkatalysator 6. Der Wabenkatalysator 6 hat üblicherweise einen Durchmesser zwischen 10 cm und 1 m, hier 40 cm. Das Rauchgas 6 strömt senkrecht zur Papierebene, und zwar aus der Papierebene heraus.

In der in Fig. 3 schematisch dargestellten Rauchgasleitung 16 einer hier nicht weiter dargestellten Müllverbrennungsan­ lage erkennt man in Strömungsrichtung des Rauchgases 8 der Reihe nach eine Schlauchfilteranlage 18, einen Wärmetauscher 20, eine Naßreinigungsstufe 22, einen weiteren Wärmetauscher 24, einen Dioxin/DeNO_x-Reaktor 26 und einen Kamin 28. Die Schlauchfilteranlage 18 umfaßt mindestens einen Schlauchfil­ ter 4 mit integriertem Wabenkatalysator 6, wie dies bereits in den Fig. 1 und 2 beschrieben wurde. Es sei angemerkt, daß die Wärmetauscher 20, 24, in denen das Wärmetauschmedium mittels einer Pumpe 30 im Kreislauf geführt wird, und der Di­ oxine/DeNO_x-Reaktor 26 optional sind. Wenn nämlich in dem Wabenkatalysator 6 des oder der Schlauchfilter 4 in der Schlauchfilteranlage 18 bereits eine ausreichende Stickoxid- und Kohlenwasserstoff-Umsetzung erzielt wurde, sind der Schlauchfilteranlage 18 nur noch die Naßreinigungsstufe 22 und der Kamin 28 nachgeschaltet. Dies hat einen erheblichen Vorteil bezüglich der Investitions- und Betriebskosten gegen­ über herkömmlichen Rauchgas-Reinigungsanlagen, welche notwen­ digerweise über einen Dioxin/DeNO_x-Reaktor 26 verfügen müs­ sen. Selbst wenn die im Schlauchfilter 4 erreichte Umsetzung nicht so vollständig ist, daß ganz auf einen Dioxin/DeNO_x-Re­ aktor 26 verzichtet werden kann, besteht jedoch im Dioxin/ DeNO_x-Reaktor 26 ein vergleichsweise geringer Katalysatorbe­ darf, was sich ebenfalls bezüglich Investitions- und Be­ triebskosten und insbesondere bezüglich des Bauvolumens des Reaktors 26 positiv auswirkt.

Alternativ zu den im Schlauchfilter 4 eingesetzten Wabenkatalysator 6 können auch Plattenkatalysatoren oder Katalysatoren in Granulat- und/oder Pelletform eingesetzt werden. Ebenfalls können als katalytisch aktive Komponenten im Katalysatormate­ rial andere hier nicht genannte Edelmetalle oder Oxide von Übergangsmetallen verwendet sein.

Bezüglich der Ausgestaltung und Verwendung von aus dem Stand der Technik bekannten Schlauchfilter wird auf die US-PS 5,186,917 verwiesen.

Claims (7)

1. Rauchgas-Reinigungseinrichtung (2) mit mindestens einem vom Rauchgas (8) durchströmbaren Schlauchfilter (4), dadurch gekennzeichnet, daß ein vom Rauchgas (8) durchströmbarer Katalysator (6) eingangsseitig oder ausgangsseitig des Schlauchfilters (4) vorgesehen ist.

2. Rauchgas-Reinigungseinrichtung (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kata­ lysator (6) ausgangsseitig im Filtereinsatz (14) des Schlauchfilters (4) angeordnet ist.

3. Rauchgas-Reinigungseinrichtung (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Durch­ strömungsstrecke des Katalysators (6) zwischen 10 und 100 cm beträgt.

4. Rauchgas-Reinigungseinrichtung (2) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Durch­ strömungsstrecke zwischen 20 und 70 cm beträgt.

5. Rauchgas-Reinigungseinrichtung (2) nach einem der Ansprü­ che 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kata­ lysator (6) als Grundstoff Titandioxid TiO₂ und eine oder mehrere der Komponenten Vanadiumoxid V₂O₅, Wolframoxid WO₃, Chromoxid Cr₂O₃ und V_xMO_yO_32-z mit x, y 1, x + y 12, z 1 umfaßt.

6. Rauchgas-Reinigungseinrichtung (2) nach einem der Ansprü­ che 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kata­ lysator (6) wabenförmig ist.

7. Verwendung einer Rauchgas-Reinigungseinrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 zur Reinigung des Abgas es einer Müllverbrennungsanlage, insbesondere zur katalytischen Umset­ zung halogenierter Kohlenwasserstoffe.