DE19705663A1 - Einrichtung zur Reduktion von Stickoxiden in einem mit Staub beladenen Abgas - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Reduktion von Stickoxiden in einem mit Staub beladenen Abgas.

Bei der Verbrennung von organischen Stoffen, beispielsweise in einem fossil beheizten Kraftwerk oder in einer Müllver­ brennungsanlage, entstehen neben anderen Schadstoffen auch Stickoxide. Da die Stickoxide in der Umwelt Schaden anrichten können, existieren Auflagen hinsichtlich ihrer mit dem Abgas aus dem Verbrennungsprozeß in die Umwelt maximal freizuset­ zenden Mengen. Entsprechend dieser Auflagen sind die Stick­ oxide mit geeigneten Maßnahmen aus dem Abgas zu entfernen.

Zur Reduktion der Stickoxide im Abgas kann ein selektives nicht-katalytisches Reduktionsverfahren (SNCR-Verfahren) ein­ gesetzt werden. Dabei wird dem Abgas in einer nicht-katalyti­ schen Reaktionszone ein Reduktionsmittel beigemischt. Als nicht-katalytische Reaktionszone ist dabei üblicherweise ein Raumbereich vorgesehen, in dem das Abgas eine Temperatur von etwa 900°C bis 1.000°C aufweist. Das Zumischen des Reduk­ tionsmittels zum Abgas führt bei diesem Temperaturniveau zu einer Reduzierung der Stickoxide zu molekularem Stickstoff, wobei das Reduktionsmittel seinerseits oxidiert wird. Als Re­ duktionsmittel ist dabei üblicherweise Ammoniak vorgesehen, das mit den Stickoxiden zu molekularem Stickstoff und Wasser umgewandelt wird. Je nach Zusammensetzung des Abgases kann als Reduktionsmittel dabei auch eine Substanz wie beispiels­ weise Harnstoff zugeführt werden, die bei den genannten Tem­ peraturen Ammoniak freisetzt, das dann wiederum auf die dar­ gelegte Weise mit den Stickoxiden reagiert.

Der nicht-katalytischen Reaktionszone ist üblicherweise in Strömungsrichtung des Abgases ein Staubfilter nachgeschaltet. Der Staubfilter ist dabei zur Abscheidung von Staub aus dem Abgasstrom vorgesehen.

Bei einer derartigen Einrichtung kann es jedoch insbesondere bei einer unvollständigen Reaktion im Bereich der nicht-kata­ lytischen Reaktionszone dazu kommen, daß das als Reduktions­ mittel zugesetzte Ammoniak nicht vollständig umgesetzt wird. Der die nicht-katalytische Reaktionszone verlassende Abgas­ strom weist somit einen auch als Ammoniak-Schlupf bezeichne­ ten Restbestandteil an Ammoniak auf.

Die Abgabe von Ammoniak an die Umgebung der Verbrennungsan­ lage ist jedoch aus Umweltschutzgründen ebenfalls uner­ wünscht. Auch eine dem Staubfilter einer derartigen Einrich­ tung möglicherweise nachgeschaltete Rauchgasreinigungsanlage trägt zur Verringerung des Ammoniak-Schlupfes nicht bei. Bei einer auf einem nassen Verfahren beruhenden, zur Entfernung von Schwefeldioxid und Salzsäure aus dem Abgas vorgesehenen Rauchgasreinigungsanlage wird das im Abgasstrom verbliebene Ammoniak vielmehr in Ammoniumsalz umgesetzt. Eine zu hohe Am­ moniumsalzkonzentration im Rauchgasreinigungsprodukt kann da­ bei jedoch insbesondere bei einer untertägigen Verwertung zur Verfüllung von Hohlräumen oder bei einer Verwertung eventuell erzeugter Salzsäure hinderlich sein. Zur Vermeidung eines zu hohen Ammoniakaustrages an die Umgebung ist eine derartige Einrichtung zur Reduktion von Stickoxiden daher nur mit einer begrenzten Stickoxid-Abscheiderate betreibbar.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Einrich­ tung zur Reduktion von Stickoxiden der obengenannten Art an­ zugeben, bei der ein Ammoniak-Austrag an die Umgebung auch bei einer hohen Stickoxid-Abscheiderate besonders gering ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, indem dem Staub­ filter ein zum Abbau von Ammoniak ausgelegter Katalysator nachgeschaltet ist.

Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, daß die Re­ duktionseinrichtung für eine hohe Durchsatzrate des Abgases für einen Abbau des Ammoniak-Schlupfes ausgelegt sein sollte. Dazu ist ein Katalysator vorgesehen. Der Katalysator ist da­ bei derart in die Abgasstrecke geschaltet, daß eine Versto­ pfung durch im Abgas geführten Staub weitgehend vermieden ist.

Vorzugsweise ist als Katalysator ein SCR-Katalysator oder ein Oxidationskatalysator vorgesehen. Der SCR-Katalysator zur se­ lektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden mit Ammoniak zu Stickstoff und Wasser ist dabei für den Fall vorgesehen, daß das Abgas im Auslegungsfall im Bereich des Katalysators neben dem als Schlupf geführten Ammoniak noch einen Restbe­ standteil von Stickoxiden aufweist. Für den Fall, daß das Ab­ gas im Bereich des Katalysators im Auslegungsfall keine Stickoxide mehr aufweist, ist hingegen der Oxidationskataly­ sator zur Oxidation von durchtretendem Ammoniak vorgesehen.

Als Staubfilter ist vorzugsweise ein Elektrofilter vorgese­ hen. Die Reduktionseinrichtung ist somit hinsichtlich der Staubabscheidung aus dem Abgasstrom besonders zuverlässig be­ treibbar.

Für einen besonders geringen Montage- oder Fertigungsaufwand sind der Staubfilter und der Katalysator vorteilhafterweise in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet. Die Reduktionsein­ richtung ist dabei besonders platzsparend ausführbar. Durch die Anordnung des Staubfilters und des Katalysators in einem gemeinsamen Gehäuse in der Art einer integrierten Ausführung sind zudem auch bestehende Staub-Reduktionseinrichtungen auf besonders einfache Weise mit geringem Umbauaufwand nach­ rüstbar.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbeson­ dere darin, daß durch die Anordnung eines Katalysators in der Abgasstrecke nach der nicht-katalytischen Reaktionszone auch bei hohem Abgasdurchsatz durch die Reduktionseinrichtung ein Ammoniak-Schlupf sicher abbaubar ist. Eine Freisetzung von Ammoniak an die Umgebung erfolgt somit auch beim Betrieb der Reduktionseinrichtung bei einer hohen Durchsatzrate nicht. Durch die Anordnung des Katalysators hinter dem Staubfilter ist zudem einerseits eine Verstopfung des Katalysators durch im Abgas geführte Staubteilchen sicher vermieden, wobei ande­ rerseits das Abgas im Bereich des Katalysators ein für die katalytische Reaktion besonders günstiges Temperaturniveau aufweist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt die Figur eine Ein­ richtung zur Reduktion von Stickoxiden in einem mit Staub be­ ladenen Abgas.

Die Einrichtung 1 ist einer zur Verbrennung von organischen Stoffen vorgesehenen Verbrennungsanlage 2 abgasseitig nachge­ schaltet. Bei der Verbrennungsanlage 2 handelt es sich im Ausführungsbeispiel um den Kessel einer thermischen Müllbe­ handlungsanlage. Alternativ kann es sich aber auch um ein fossil beheiztes Kraftwerk oder um eine andere Anlage zur Verbrennung von organischen Stoffen handeln.

Die Einrichtung 1 umfaßt eine nicht-katalytische Reaktions­ zone 4, der in Strömungsrichtung des Abgases A aus der Ver­ brennungsanlage 2 gesehen ein Staubfilter 6 nachgeschaltet ist. Der Staubfilter 6 ist dabei als Elektrofilter ausgebil­ det, wobei innerhalb eines Gehäuses 8 eine Anzahl von Nieder­ schlagselektroden 10 angeordnet sind. Das Gehäuse 8 ist in einem Bereich unterhalb jeder Niederschlagselektrode 10 mit einer Staubaustragsvorrichtung 12 für an den Niederschlags­ elektroden 10 abgeschiedenen Staub versehen.

In Strömungsrichtung des Abgas es A gesehen hinter den Nieder­ schlagselektroden 10 ist innerhalb des Gehäuses 8 des Staub­ filters 6 ein Katalysator 14 angeordnet. Ausgangsseitig ist der Staubfilter 6 über ein angedeutetes Abgassystem 16 mit einem nicht dargestellten Kamin verbunden.

Zum Abbau von im Abgas A geführten Stickoxiden ist in die nicht-katalytische Reaktionszone 4 Ammoniak als Reduktions­ mittel einbringbar. Dies ist in der Figur durch den Pfeil 18 dargestellt. Aufgrund der beim Betrieb der Einrichtung 1 im Bereich der nicht-katalytischen Reaktionszone 4 herrschenden hohen Abgastemperatur von etwa 800°C bis 1.000°C findet dort eine selektive nicht-katalytische Reduktion von im Abgas A geführten Stickoxiden mittels des als Reduktionsmittel zuge­ führten Ammoniaks statt. Mit anderen Worten: Die nicht-kata­ lytische Reaktionszone 4 ist zur Durchführung eines SNCR-Ver­ fahrens ausgelegt. Dabei verbindet sich Ammoniak mit Stick­ oxiden unter Bildung von molekularem Stickstoff und Wasser. Der Gehalt von im Abgas A geführten Stickoxiden wird somit beim Durchtritt des Abgases A durch die nicht-katalytische Reaktionszone 4 deutlich herabgesetzt.

Nach der Durchströmung der nicht-katalytischen Reaktionszone 4 gelangt das Abgas A in den Bereich des Staubfilters 6. Dort werden im Abgas A geführte Staubpartikel an den Nieder­ schlagselektroden 10 abgeschieden und über die Austragsvor­ richtungen 12 einer Zwischen- oder Endlagerung zugeführt oder in einem Hochtemperaturprozeß eingeschmolzen.

Im Bereich des Staubfilters 6 weist das Abgas A noch einen als Ammoniak-Schlupf bezeichneten Restgehalt von bei der se­ lektiven nicht-katalytischen Reduktion nicht umgesetztem Am­ moniak auf. Zur Entfernung des Ammoniak-Schlupfes aus dem Ab­ gas A durchströmt dieses den Katalysator 14. Die Einrichtung 1 ist dabei hinsichtlich der Einspeisung von Ammoniak in die nicht-katalytische Reaktionszone 4 für eine hohe Stickoxid-Abscheiderate ausgelegt. Aus diesem Grund erfolgt in der nicht-katalytischen Reaktionszone 4 kein vollständiger Abbau der im Abgas A geführten Stickoxide. Der Katalysator 14 ist daher als selektiv katalytischer Reduktionskatalysator (SCR-Katalysator) zur katalytischen Reduktion der im Abgas A ver­ bliebenen Stickoxide mit dem im Abgas A verbliebenen Ammo­ niak-Schlupf ausgebildet. Mit anderen Worten: Im Bereich des Katalysators 14 reagiert der im Abgas A geführte Restbestand­ teil an Ammoniak mit dem in Abgas A geführten Restbestandteil an Stickoxiden unter Bildung von molekularem Stickstoff und Wasser.

Bei veränderter Auslegung der Einrichtung 1 sind auch andere Ausführungen des Katalysators 14 möglich. Beispielsweise kann die Einrichtung 1 auch derart ausgelegt sein, daß sämtliche im Abgas A geführten Stickoxide im Bereich der nicht-kataly­ tischen Reaktionszone 4 durch das zugeführte Ammoniak redu­ ziert werden. In diesem Fall kann der Katalysator 14 zur Be­ seitigung des im Abgas A verbliebenen Ammoniak-Schlupfes als Oxidationskatalysator ausgeführt sein. Dabei kann das im Ab­ gas A verbliebene Ammoniak beispielsweise mit Sauerstoff un­ ter Bildung von Wasser und von molekularem Stickstoff reagie­ ren.

Aufgrund seiner abgasseitigen Anordnung hinter den Nieder­ schlagselektroden 10 des Staubfilters 6 ist der Katalysator 14 bei besonders günstigen Bedingungen betreibbar. Zum einen ist durch die dem Katalysator 14 vorgeschalteten Nieder­ schlagselektroden 10 eine Verstopfung oder Beaufschlagung des Katalysators 14 mit im Abgas A geführten Staubteilchen weit­ gehend vermieden. Zum anderen ist die Position des Katalysa­ tors 14 im Abgasstrom derart gewählt, daß das Abgas A in sei­ nem Bereich eine für die katalytische Reaktion besonders gün­ stige Temperatur von beispielsweise etwa 200°C bis 300°C auf­ weist.

Für eine besonders raumsparende Bauweise bei einfacher Mon­ tage ist der Katalysator 14 zudem innerhalb des Gehäuses 8 des Staubfilters 6 angeordnet. Zusätzliche Module oder Kompo­ nenten für die Abgasstrecke sind somit nicht erforderlich.

Claims (5)

1. Einrichtung (1) zur Reduktion von Stickoxiden in einem mit Staub beladenen Abgas (A), bei der einem Staubfilter (6), der einer zum Abbau von Stickoxiden vorgesehenen nicht-katalyti­ schen Reaktionszone (4) nachgeschaltet ist, ein zum Abbau von Ammoniak ausgelegter Katalysator (14) nachgeschaltet ist.

2. Einrichtung (1) nach Anspruch 1, bei der das Ammoniak als Reduktionsmittel in die Reaktionszone (4) einbringbar ist.

3. Einrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, bei der als Kata­ lysator (14) ein SCR-Katalysator oder ein Oxidationskatalysa­ tor vorgesehen ist.

4. Einrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der als Staubfilter (6) ein Elektrofilter vorgesehen ist.

5. Einrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der der Staubfilter (6) und der Katalysator (14) in einem gemein­ samen Gehäuse (8) angeordnet sind.