DE19905733A1 - Verfahren und Anlage zur Reinigung von mit Stickoxiden beladenen Abgasen - Google Patents

Abstract

Zur Reinigung von mit Stickoxiden beladenen Abgasen durch Reduktion der Stickoxide mit einem Reduktionsmittel wird ein Reaktor (1) aus 2n+1 Paaren von jeweils durch eine Schaltkammer (4a, 4b, ...) verbundenen Wärmespeicherkammern (A, A', B, B', ...), wobei n eine ganze Zahl größer 0 ist, verwendet. Das zu reinigende Rohgas wird zur Vorerwärmung wechselweise der aufgeheizten Wärmespeichermasse (11) von n Wärmespeicherkammerpaaren (A, A', B, B', ...) und das entstickte heiße Reingas im Gegenstrom der Wärmespeichermasse (11) von anderen n Wärmespeicherkammerpaaren (A, A', B, B', ...) wird dabei gespült. Die Reduktion der Stickoxide mit dem Reduktionsmittel erfolgt an einer brennraumseitig in den Wärmespeicherkammern (A, A', B, B', ...) angeordneten Katalysatormasse (12).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Anlage zur Reinigung von mit Stickoxiden beladenen Abgasen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine solche Anlage ist aus DE 197 20 205 A1 bekannt. Da die Abreinigung von Stickoxiden unter Zusatz eines Reduktionsmit­ tels auch selektive katalytische Reduktion oder SCR genannt wird. Sie wird auch als SCR-(Selective Catalytic Reduction)- Anlage bezeichnet. Dabei werden die im Abgas enthaltenen Stickstoffoxide NO_x (hauptsächlich Stickstoffmonoxid NO und Stickstoffdioxid NO₂) mit dem Reduktionsmittel bei 170 bis 450°C katalytisch zu Stickstoff und Wasser umgesetzt.

Die bekannte SCR-Anlage weist einen ersten Reaktor mit zwei mit Wärmespeichermassen gefüllten Wärmespeicherkammern auf. Das Rohgas wird in der einen Wärmespeicherkammer vorgewärmt, in dem Brennraum nacherhitzt und anschließend nach Zufuhr des Reduktionsmittels einem zweiten Reaktor mit dem Reduktionska­ talysator zugeführt. Mit dem aus dem Reaktor austretenden entstickten heißen Reingas wird die Wärmespeichermasse in der zweiten Wärmespeicherkammer des ersten Reaktors aufgeheizt. Anschließend wird umgeschaltet, d. h., der zweiten Wärmespei­ cherkammer wird dann im Gegenstrom Rohgas zugeführt, und der ersten Wärmespeicherkammer entsticktes heißes Reingas vom SCR-Reaktor usw.

Die bekannte Anlage erfordert u. a. durch den gesonderten SCR-Reaktor und die Zufuhr des Reduktionsmittels zu dem aus dem Brennraum austretenden Abgas einen nicht unerheblichen apparativen Aufwand. Wenn die Wärmespeicherkammer, der Rohgas zugeführt worden ist, auf Reingas vom SCR-Reaktor umgeschal­ tet wird, wird ferner das gesamte in dieser Kammer vorhandene Rohgasvolumen in den Reingaskanal gespült, wodurch der Ent­ stickungswirkungsgrad spürbar herabgesetzt wird.

Die am häufigstens eingesetzten SCR-Katalysatoren enthalten als Hauptkomponente (Trägermaterial) Titandioxid. Nebenbe­ standteile sind Vanadiumpentoxid sowie Wolfram- und ggf. auch Molybdän-Verbindungen. Beispielsweise wird in JP 76-68907 ein Katalysator beschrieben, der aus V- und Nb-Verbindungen als Aktivkomponenten auf einem TiO₂-Träger besteht. Ein in DE 38 21 480 beschriebener Katalysator enthält TiO₂, V, Mo und/oder W und Zn. In DE 26 17 744 wird außerdem Zinn als op­ tionale Aktivkomponente angeführt. Es wurde jedoch auch eine Vielzahl anderer Katalysatorzusammensetzungen beschrieben, wie Fe auf oxidischen Trägern (EP 0 667 181 A1), verschiedene Aktivkomponenten auf Zeolith-Trägern, etwa Ce (WO/17949) Cu (DE 44 13 359), Ag und Pt (EP 0 682 975 A1) oder auch einfa­ che Metalloxid-Katalysatoren, z. B. ein Spinell ZnAl₂O₄ (EP 0­ 676 232 A1). Auch gelingt an SCR-Katalysatoren eine Dioxin- und Furan-Abreicherung (WO91/04780).

Aus DE 197 47 905 C1 ist eine regenerative thermische Nach­ verbrennungsanlage bekannt, die in zwei Reaktorabschnitten drei Paare von Wärmespeicherkammern aufweist, die mit ihrem oberen Ende über einen gemeinsamen Brennraum verbunden sind. Jedes Wärmespeicherkammerpaar ist mit einer Schaltkammer mit einem Absperrorgan verbunden und durch das Absperrorgan wech­ selweise mit dem Rohgaszufuhrkanal oder dem Reingasabfuhrka­ nal verbindbar. Mit dieser Anlage können die im Abgas enthal­ tenen Lösungsmittel oder sonstige Kohlenstoffverbindungen zu 99,5% entfernt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein SCR-Verfahren bzw. eine SCR-Anlage mit geringem apparativem Aufwand, geringen Be­ triebskosten und einem hohen Entstickungswirkungsgrad bereit­ zustellen.

Dies wird erfindungsgemäß mit der im Anspruch 1 gekennzeich­ neten Anlage erreicht. In den Unteransprüchen sind vorteil­ hafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Anlage wiederge­ geben.

Die erfindungsgemäße Anlage weist 2n+1 Paare von Wärmespei­ cherkammern auf. Zur Bildung der Wärmespeicherkammerpaare be­ steht der Reaktor aus zwei Abschnitten, in denen die Wärme­ speichermassen jeweils durch sich von unten nach oben er­ streckende Trennwände getrennt werden, um die einzelnen Wär­ mespeicherkammern zu bilden.

Die Zahl n kann 1, 2, 3 oder eine andere ganze Zahl größer 0 sein. Dabei ist jeweils wenigstens ein Wärmespeicherkammer­ paar an die Spülgasleitung angeschlossen, während von den restlichen 2n Wärmespeicherkammerpaaren n Wärmespeicherkam­ rnerpaare an den Rohgaskanal und n Wärmespeicherkammerpaare an den Reingaskanal angeschlossen sind. Im einfachsten Fall weist die Anlage also drei Wärmespeicherkammerpaare auf, wo­ bei ein Wärmespeicherkammerpaar mit dem Rohgaskanal, ein Wär­ mespeicherkammerpaar mit dem Reingaskanal und ein Wärmespei­ cherkammerpaar mit der Spülgasleitung verbunden ist. Wenn die Anlage beispielsweise fünf Wärmespeicherkammerpaare aufweist, also n = 2 ist, sind zwei Wärmespeicherkammerpaare mit dem Rohgaskanal, zwei Wärmespeicherkammerpaare mit dem Reingaska­ nal und ein Wärmespeicherkammerpaar mit der Spülgasleitung verbunden.

Da bei der erfindungsgemäßen Anlage der Reduktionskatalysator in den Wärmespeicherkammern über der Wärmespeichermasse ange­ ordnet ist, ist für die SCR-Reaktion praktisch kein zusätzli­ cher apparativer Aufwand erforderlich. Auch wird das Rohgas aus jedem Wärmespeicherkammerpaar mit Spülgas entfernt, bevor das entsprechende Wärmespeicherkammerpaar an den Reingaskanal angeschlossen wird. Dadurch kann ein extrem hoher Entstickungs­ wirkungsgrad erzielt werden. Da das entstickte heiße Reingas zur Vorerwärmung des Rohgases verwendet wird, kann zudem mit der erfindungsgemäßen Anlage ein hoher thermischer Wirkungsgrad von beispielsweise 90% und mehr erreicht wer­ den.

Das Reduktionsmittel für die SCR-Reaktion kann Ammoniak sein, der sowohl gasförmig wie auch in wässriger Lösung eingesetzt vuerden kann. Andere Reduktionsmittel sind beispielsweise Harnstoff, Ammoniumacetat oder Kohlenwasserstoffe.

In dem Brennraum, der die Wärmespeicherkammern miteinander verbindet, ist ein Brenner oder eine sonstige Wärmequelle vorgesehen, durch die das Abgas auf die für die SCR-Reaktion notwendige Temperatur von 170 bis 450°C, insbesondere 250 bis 350°C erwärmt wird.

Die Wärmespeichermasse besteht vorzugsweise aus extrudierten prismenförmigen Wärmespeicherkörpern, die eine Vielzahl von in Gasströmungsrichtung verlaufenden Gasdurchtrittskanälen aufweisen. Solche Wärmespeichermassen werden in EP-0 472 605 A1 beschrieben. Die Katalysatormasse kann ebenfalls aus sol­ chen extrudierten keramischen prismenförmigen Körpern mit in Gasströmungsrichtung verlaufenden Gasdurchtrittskanälen be­ stehen. Der Katalysator kann dabei aus den eingangs erwähnten SCR-Katalysatorenmassen hergestellt sein. Beispielsweise kann der Reduktionskatalysator aus TiO₂ als Hauptkomponente mit 10 Gew.-% oder weniger Vanadiumoxid und/oder Wolframoxid beste­ hen. Mit dem SCR-Katalysator kann die erfindungsgemäße Anlage auch zur katalytischen Dioxin- und/oder Furan-Oxidation ver­ wendet werden. Ein Reduktionsmittelzusatz ist natürlich nicht vorgesehen, wenn keine Entstickung sondern nur eine Dioxin- bzw. Furan-Oxidation erfolgt.

Ein Problem bei SCR-Anlagen stellt der sogenannte Ammoniak- Schlupf dar, d. h., Ammoniakspuren, die am Katalysator nicht umgesetzt werden, und damit ins Freie gelangen können. Nach den gesetzlichen Bestimmungen darf das freigesetzte Abgas nämlich nur geringe Spuren an Ammoniak enthalten.

Erfindungsgemäß erfolgt ein zweifacher Katalysatordurchtritt des Rohgases, bevor es in den Reingaskanal gelangt, nämlich beim Durchtritt des Rohgases vom Rohgaskanal zum Brennraum und dann nach zusätzlicher Vermischung vom Brennraum zum Reingaskanal. Damit wird ein hoher Entstickungsgrad ohne Am­ moniak-Schlupf erreicht.

Das Reduktionsmittel wird vorzugsweise dem Rohgaskanal zuge­ führt, beispielsweise als Lösung, die über einen Verteilre­ chen eingespritzt wird, der sich quer durch den Rohgaskanal erstreckt.

Um einen Ammoniak-Schlupf auszuschließen, ist ferner vorzugs­ weise stromabwärts des Verteilrechens im Rohgaskanal ein sta­ tischer Mischer vorgesehen, der das eingespritzte Reduktions­ mittel homogen mit dem Rohgas vermischt. Weiterhin ist vor­ zugsweise zwischen jedem Wärmespeicher und dem Brennraum ein statischer Mischer vorgesehen, der das mit dem Reduktionsmit­ tel versetzte Rohgas nach dem ersten Durchtritt durch den Re­ duktionskatalysator vor und nach dem Eintritt in den Brenn­ raum homogen vermischt. Die am Brennraum angeordneten stati­ schen Mischer sind vorzugsweise so ausgebildet, dass sie dem Gasstrom einen Drall erteilen.

Um einen Ammoniak-Schlupf auszuschließen, wird das Redukti­ onsmittel vorzugsweise unterstöchiometrisch zudosiert, d. h., das NH₃/NO_x-Mol-Verhältnis beträgt vorzugsweise weniger als 1.

Die Spülleitung ist vorzugsweise an den Reingaskanal ange­ schlossen. Auch dadurch wird dem Ammoniak-Schlupf entgegenge­ wirkt. Am Reduktionskatalysator sind nämlich auch nach dem Spülvorgang noch Ammoniak-Spuren adsorbiert. Wenn die ent­ sprechende Wärmespeicherkammer daher nach dem Spülen auf Reingasbetrieb umgeschaltet wird, würden die adsorbierten Am­ moniak-Spuren in das Reingas gelangen. Da das Reduktionsmit­ tel unterstöchiometrisch zugeben wird, enthält das Reingas jedoch NO_x-Restanteile. Durch Spülung mit Reingas wird damit das im Katalysator adsorbierte Ammoniak mit diesen NO_x-Spuren umgesetzt. Die Menge der Spülluft beträgt vorzugsweise 3 bis 30, insbesondere 5 bis 15 Vol.% des gesamten durch die Anlage strömenden Abgasstroms. Dabei hat die Spülung der Wärmespei­ chermassen und damit des Reduktionskatalysators nicht nur die Entfernung des NO_x aus der betreffenden Wärmespeicherkammer, sondern auch die Entfernung des Reduktionsmittels zum Ziel.

Um das Reduktionsmittel mit dem Rohgas möglichst homogen zu vermischen, sind die durch die Absperrorgane verschließbaren Öffnungen der Schaltkammern derart ausgelegt, dass das Abgas mit einer Geschwindigkeit von 10 bis 25 m/sec in die Wärme­ speicherkammern eintritt. Während bei einer Geschwindigkeit von weniger als 10 m/sec die Vermischung nicht mehr optimal sein kann, ist eine Geschwindigkeit von mehr als 25 m/sec mit einem zu hohen Druckverlust verbunden.

Die Wärmespeichermasse besteht vorzugsweise aus keramischen Wärmespeicherkörpern mit einer offenen Porosität von weniger als 10%, insbesondere weniger als 5%, um das an ihnen ad­ sorbierte NO_x bzw. Reduktionsmittel oder andere Schadstoffe beim Spülvorgang leichter entfernen zu können.

Wie in DE 197 47 905 C1 beschrieben, sind die Schaltkammern vorzugsweise zwischen den beiden Kanälen zur Rohgaszufuhr bzw. Reingasabfuhr angeordnet. Weiterhin weisen die Absper­ rorgane auf- und abbewegbar geführte Betätigungsstangen und daran befestigte Schließkörper auf. Die Stellorgane zur Betä­ tigung der Absperrorgane werden vorzugsweise durch Kol­ ben/Zylinder-Einheiten gebildet, wobei die Betätigungsstangen mit den Kolbenstangen der Kolben/Zylinder-Einheit fluchten.

Die Wärmespeicherkammern jedes Paares sind im Abstand vonein­ ander angeordnet. Damit weist die Anlage zwischen den einzel­ nen Wärmespeicherkammerpaaren, also insgesamt einen Zwischen­ raum auf, in dem vorzugsweise die Schaltkammern angeordnet werden. Auch können die Stellorgane bzw. Kolben/Zylinder- Einheiten für die Absperrorgane in diesem Zwischenraum ange­ ordnet sein.

Die Schaltkammern sind von dem Reingasabfuhrkanal durch eine erste Zwischenwand und von dem Rohgaszufuhrkanal durch eine zweite Zwischenwand getrennt, wobei jede Zwischenwand zur Verbindung mit dem Reingasabfuhrkanal bzw. dem Rohgaszufuhr­ kanal mit einer durch den Schließkörper des Absperrorgans ab­ sperrbaren Öffnung versehen ist.

Diese beiden Öffnungen einer Schaltkammer können versetzt an­ geordnet sein oder sie können miteinander fluchten.

Bei versetzter Anordnung muß für jeden Schließkörper eine se­ parate Betätigungsstange mit einer Kolben/Zylinder-Einheit vorgesehen sein. Demgegenüber können bei fluchtender Anord­ nung der beiden Öffnungen der Schaltkammer an der Kolbenstan­ ge zwei zwischen zwei Anschlägen verschiebbar geführte Schließkörper vorgesehen sein, die in Schließstellung in der einen bzw. anderen Innenseite der beiden Öffnungen der Schaltkammer anliegen. Die beiden Schließkörper sind dann voneinander weg federbelastet und die beiden Anschläge sind in einem solchen Abstand angeordnet, dass die beiden Schließ­ körper gleichzeitig zur Anlage an der Innenseite der beiden Öffnungen der Schaltkammer bringbar sind.

Die Spülgasleitung ist von oben durch den Reingaskanal an die Schaltkammern angeschlossen, mündet also in die erste Zwi­ schenwand, die die Schaltkammern von dem Reingaskanal trennt. Damit kann eine Spülgaseinspeisung auf kürzestem Weg durchge­ führt werden.

Die Katalysatormasse kann direkt auf der Wärmespeichermasse angeordnet sein. Dadurch wird ein zusätzlicher Tragrost ein­ gespart.

Das Verhältnis der Höhe der Wärmespeichermasse zur Höhe der Katalysatormasse beträgt 3 : 1 oder mehr. Wie erwähnt, beträgt nämlich die optimale Katalysatortemperatur 250 bis 350°C. Demgegenüber liegt die Temperatur am unteren Ende der Wärme­ speichermassen, also am Rohgaseintritt bzw. Reingasausstritt beispielsweise nur bei ca. 60°C. Bei einer zu großen Kataly­ satorhöhe gegenüber der Höhe der Wärmespeichermasse würde da­ her ein Teil des Katalysators in einem Temperaturbereich un­ terhalb der wirksamen, jedenfalls optimalen Katalysatortempe­ ratur liegen, außerdem könnten thermische Spannungen den Ka­ talysator beschädigen.

Nachstehend ist die Erfindung anhand der Zeichnung näher er­ läutert. Darin zeigen, jeweils schematisch:

Fig. 1 einen Querschnitt durch die Anlage;

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1, wo­ bei auch der Brenner und die Schaltkammern darge­ stellt sind, und

Fig. 3 perspektivisch und teilweise geschnitten den Reingas- und den Rohgaskanal mit den dazwischenliegenden Schaltkammern.

Gemäß Fig. 1 und 2 weist der Reaktor 1 zur Abreinigung von mit Stickoxiden beladenen Abgasen fünf Paare von Wärmespei­ cherkammer A, A', B, B', C, C', D, D' und E, E' auf. Die bei­ den Wärmespeicherkammern A, A', B, B', . . . jedes Paares lie­ gen einander gegenüber. Die Paare A, A', B, B', . . . sind in einer Flucht nebeneinander angeordnet. Der Reaktor 1 besteht dazu aus zwei Reaktorabschnitten oder -hälften 1a, 1b.

Den Wärmespeicherkammern A, A', B, B', . . . sind an ihren obe­ ren Ende über einen Brennraum 2 mit einem Brenner oder Elek­ troheizung 3 miteinander verbunden. Die Heizung 3 ist in der Mitte des Brennraumes 2 angeordnet.

Unterhalb des Brennraums 2 sind beide Reaktorabschnitte 1a, 1b und damit die die einzelnen Wärmespeicherkammerpaare A, A', B, B', . . . durch einen Zwischenraum 4 voneinander ge­ trennt. An ihrem unteren Ende sind die Wärmespeicherkammer A, A', B, B', . . . mit Rosten 5 versehen. Die gleich großen Wär­ mespeicherkammern A, B, . . . bzw. A', B', . . . auf jeder Seite der Anlage sind voneinander durch senkrechte Trennwände 7 ge­ trennt, die aus einem keramischen Material bestehen, sich bis zur Decke 9 des Reaktors erstrecken und zugleich als Wärmei­ solierung dienen.

Die Wärmespeicherkammern A, A', B, B', . . . sind mit einer Wärmespeichermasse 11 gefüllt, die sich auf dem Rost 5 ab­ stützt. Die Wärmespeichermassen 11 können aus quader- oder prismenförmigen keramischen Wärmespeicherkörpern mit einer Vielzahl von Gasdurchtrittskanälen bestehen, beispielsweise gemäß EP 0 472 605 B1.

Am oberen, also brennraumseitigen Ende jeder Wärmespeicher­ kammer A, A', B, B', . . . ist eine Katalysatormasse 12 ange­ ordnet, vorzugsweise direkt auf der Wärmespeichermasse 11. Die Höhe a der Wärmespeichermassen 11 ist etwa 3 mal größer als die Höhe b der Katalysatormasse 12.

Im unteren Bereich des Zwischenraums 4 erstreckt sich in Re­ aktorlängsrichtung ein Reingasabfuhrkanal 13. Unterhalb des Reingaskanals 13 sind in den sich von einer zur anderen Stirnseite des Reaktors 1 erstreckenden Zwischenraum 4 gemäß Fig. 3 hintereinander fünf Schaltkammern 14a, 14b, 14c, 14d, 14e angeordnet, und unter den Schaltkammern 14a, 14b, . . . der Rohgaskanal 15, dem das von einer Emissionsquelle stammende mit Stickoxiden beladene Abgas zugeführt wird.

Die Schaltkammern 14a, 14b, . . . werden durch eine obere Zwi­ schenwand 16 und eine untere Zwischenwand 17 von dem Reingas­ kanal 13 bzw. dem Rohgaskanal 15 getrennt. Durch Querwände 18 vuerden die Schaltkammern 14a, 14b, . . . voneinander getrennt, bzw. an ihren äußeren Stirnseiten geschlossen.

Die Schaltkammern 14a, 14b, . . . sind, wie anhand der Schalt­ kammer 14a in Fig. 1 gezeigt, jeweils mit den beiden Wärme­ speicherkammern jedes Wärmespeicherkammerpaar A, A', B, B' über Gasdurchgangskanäle 19 verbunden. Die Durchgangskanäle 19 sind durch nicht dargestellte Querwände voneinander ge­ trennt bzw. an den Stirnseiten des Reaktors durch diese ver­ schlossen. Sie enden unter den Rosten 5 bzw. sind nach unten durch die Bodenwand 22 des Reaktors verschlossen.

Der Rohgaskanal 15 erstreckt sich ebenso wie der Reingaskanal 13 von einer zur anderen Stirnseite des Reaktors 1 und ist wie dieser als rechteckiges Rohr ausgebildet. Der Reingaska­ nal 13, der Rohgaskanal 15 und die Schaltkammern 14a, 14b, . . . bilden damit eine Einheit, und zwar ggf. zusammen mit den Durchgangskanälen 19.

Zur wechselweisen Zufuhr von Rohgas in die Wärmespeicherkam­ merpaare A, A', B, B', . . . sowie zur Abfuhr von Reingas aus den Wärmespeicherkammerpaaren A, A', B, B' sind die Schalt­ kammern 14a, 14b, . . . mit Absperrorganen 24 versehen, mit de­ nen die Öffnungen 25, 26 in den Zwischenwänden 16, 17 ver­ schließbar sind, die die Schaltkammern 14a, 14b, . . . jeweils mit dem Reingaskanal 13 bzw. Rohgaskanal 15 verbinden.

Die Absperrorgane 24 bestehen, wie insbesondere aus Fig. 3 ersichtlich, jeweils aus einer Betätigungsstange 27 mit zwei als Klappenteller ausgebildeten Schließkörpern 28, 29. Die Betätigung der Absperrorgane 24 erfolgt durch Stellorgane, die vorzugsweise als pneumatische doppeltwirkende Kol­ ben/Zylinder-Einheiten 31 ausgebildet sind, wobei deren Kol­ benstangen 32 mit den Betätigungsstangen 27 fluchten. Die Stellorgane bzw. Kolben/Zylinder-Einheiten 31 sind gleich­ falls in dem Zwischenraum 4 angeordnet. Die Stellorgane wer­ den durch eine nicht dargestellte Steuereinheit angesteuert.

Die beiden Öffnungen 25, 26 in der oberen Zwischenwand 16 und der unteren Zwischenwand 17 jeder Schaltkammer 14a, 14b, . . . fluchten miteinander, d. h., sie sind koaxial zu der Betäti­ gungsstange 27 angeordnet, mit der die beiden Schließkörper 28, 29 der betreffenden Schaltkammer 14a, 14b, . . . betätigt werden. Es ist jedoch auch möglich, die beiden Öffnungen 25, 26 versetzt anzuordnen und die beiden Schließkörper für die beiden Öffnungen durch getrennte Kolben/Zylinder-Einheiten zu betätigen.

Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform sind an den Betätigungsstangen 27 zwei nicht dargestellte Anschläge vor­ gesehen, zwischen denen die Schließkörper 28, 29 verschiebbar geführt sind, wobei sie durch eine nicht dargestellte Feder voneinander wegbelastet sind.

In ihrer Schließstellung liegen die Schließkörper 28, 29 an der Innenseite der Schaltkammern 14a, 14b, . . ., d. h., an der Unterseite der oberen Zwischenwand 16 und an der Oberseite der unteren Zwischenwand 17 an. Die beiden Anschläge an der Betätigungsstange 27 sind in einem solchen Abstand voneinan­ der angeordnet, dass die beiden Schließkörper 28, 29 gleich­ zeitig in ihre Schließstellung bringbar sind, wie in Fig. 3 für die Schaltkammer 14e gezeigt. Die Betätigungsstangen 27 bzw. Kolbenstangen 32 sind jeweils in einem Lager 33 an der Oberseite des Reingaskanals 13 gelagert, durch den sie sich zu den Schaltkammern 14a, 14b, . . . hindurch erstrecken.

Quer durch den Reingaskanal 13 erstreckt sich zu jeder Schaltkammer 14a, 14b, . . . ferner eine Spülgasleitung 34, die durch die obere Zwischenwand 16 hindurch in die Schaltkammer 14a, 14b, . . . mündet, wie in Fig. 3 dargestellt. Als Spülgas wird ein Teil des Reingases verwendet.

Das Rohgas wird vor Eintritt in den Reaktor 1 mit einem Re­ duktionsmittel, beispielsweise einer wässrigen Ammoniaklösung versetzt. Dazu erstreckt sich quer durch den Rohgaskanal 15 ein Verteilerrechen 35, dem die Reduktionsmittellösung zuge­ führt wird.

Ferner ist im Rohgaskanal 15 stromabwärts vom Verteilerrechen 35 vor oder am Eintritt in den Reaktor 1 ein statischer Mi­ scher 36 vorgesehen, um das zugesetzte Reduktionsmittel mit dem Rohgas homogen zu vermischen. Ein weiterer statischer Mi­ scher 37 ist gemäß Fig. 1 zwischen jeder Wärmespeicherkammer A, A', B, B', . . . und dem Brennraum 2 vorgesehen. Die stati­ schen Mischer 37 sind so ausgebildet, dass dem Gasstrom im Brennraum 2 ein Drall erteilt wird. Das heißt, in der in Fig. 2 dargestellten Betriebsstellung, in der das zu reinigen­ de Gas entsprechend den Pfeilen 41, 42 bogenförmig von A, A' und B, B' nach C, C' und D, D' durch den Brennraum 3 strömt, wird durch den Drall sichergestellt, dass jeder Gasstrom 41, 42 gleichmäßig an der Bogenaußenseite als auch an der Bo­ geninnenseite von der Heizung 3 auf die optimale Temperatur erwärmt wird.

Im Betrieb strömt das NO_x-beladene Rohgas in den Rohgaskanal 15 ein. Dort erfolgt zunächst über den Verteilerrechen 35 die Injektion des Reduktionsmittels über den ganzen Querschnitt. Danach wird das Reduktionsmittel mit dem statischen Mischer 36 innig mit dem Rohgas vermischt.

Von dem Rohgaskanal 15 gelangt bei der in Fig. 3 dargestell­ ten Schaltstellung das Rohgas gemäß dem Pfeil 45 in die bei­ den Schaltkammern 14a, 14b, von denen es in beiden Richtungen gemäß der Pfeile 46, 47, 48, 49 in die Wärmespeicherkammern A, A', B, B' strömt. Das Rohgas durchströmt dann die Wärme­ speichermassen 11 in den Wärmespeicherkammern A, A', B, B', die beim vorherigen Zyklus erwärmt worden sind, von unten nach oben und nimmt die Wärme auf. Die aus den Wärmespeicher­ massen 11 austretenden Teilgasströme durchströmen dann die Katalysatormasse 12 in den Wärmespeicherkammern A, A', B, B' und werden dadurch vorgereinigt.

Anschließend werden sie in den statischen Mischern 37 durch­ mischt und vereinigen sich dann im Brennraum 2, wobei die notwendige Wärme zur Kompensation des Abstrahlverlustes und des Wärmeaustauscherverlustes durch die Flamme des Brenners bzw. Heizung 3 geliefert wird. Anschließend wird der Gasstrom entsprechend den Pfeilen 41, 42 gemäß Fig. 2 geteilt, um zu­ erst das restliche NO_x in der Katalysatorschicht 12 in den Wärmespeicherkammern C, C' und D, D' abzubauen und anschlie­ ßend seine Wärme an die Wärmespeichermasse 11 in den Wärme­ speicherkammern C, C' und D, D' abzugeben. Das so abgekühlte Reingas strömt dann gemäß den Pfeilen 50, 51, 52, 53 in die Schaltkammer 14c und 14d, die mit dem Reingaskanal 13 verbun­ den sind und verläßt den Reingaskanal 13 gemäß dem Pfeil 43 an der der Rohgaszufuhr 45 gegenüberliegenden Seite des Reak­ tors 1.

Durch das zweimalige Mischen mit den statischen Mischern 37 und die beiden Katalysatorschichten 12 in den Wärmespeicher­ kammern A, A' und B, B' bzw. C, C' und D, D', die das Abgas durchströmt, ist eine effiziente Abreinigung des NO_x möglich.

Während dieses Betriebszustandes wird das fünfte Wärmespei­ cherkammerpaar E, E' über die an die Schaltkammer 14e ange­ schlossene Spülgasleitung 34 gemäß dem Pfeil 40 mit Reingas gespült, wobei die Schaltkammer 14e durch die beiden Schließ­ körper 28, 29 sowohl an der oberen wie der unteren Öffnung 25, 26 verschlossen ist. Damit gelangt das Spülgas entspre­ chend den Pfeilen 54, 55 gemäß Fig. 3 in die beiden Wärme­ speicherkammern E, E', welche bei dem vorangegangenen Zyklus mit Rohgas beaufschlagt worden sind, und von dort gemäß den Pfeilen 56 (Fig. 2) in den Brennraum 2.

Wenn das Rohgas gemäß Fig. 3 durch die Wärmespeicherkammern A, A' und B, B' strömen soll, werden die Kolben/Zylinder- Einheiten 31 für die Schaltkammern 14a, 14b so mit Druckluft beaufschlagt, dass die Betätigungsstange 27 nach oben wan­ dert, wodurch der untere nicht dargestellte Anschlag an der Betätigungsstange 27 beide Schließkörper 28, 29 soweit nach oben zieht, dass der obere Schließkörper 28 die Öffnung 25 zum Reingaskanal 13 verschließt. Damit wird zugleich der un­ tere Schließkörper 29 so nach oben gezogen, dass die untere Öffnung 26 geöffnet wird und damit das Rohgas von dem Rohgas­ kanal 15 entsprechend den Pfeilen 46 bis 49 über die Durch­ gangskanäle 19 in die Wärmespeicherkammern A, A' und B, B' strömt.

Wenn die Wärmespeichermassen 11 in den Wärmespeicherkammern A, A', B, B' nach einer gewissen Zeit abgekühlt sind, wird in den nächsten Betriebszustand übergegangen, d. h., die Schalt­ kammer 14a, die Durchgangskanäle 19 und die Wärmespeicherkam­ mern A und A', die noch Rohgas enthalten, werden mit Spülgas gespült, das der Schaltkammer 14a über die Leitung 34 zuge­ führt wird. Dazu wird die Druckluft in der pneumatischen Kol­ ben/Zylinder-Einheit 31, die das Absperrorgan 24 in der Schaltkammer 14a betätigt, entspannt, sodass die nicht darge­ stellte Feder zwischen den beiden Schließkörpern 28, 29 die­ selben von der Innenseite der Schaltkammer 14a gegen die bei­ den Öffnungen 25, 26 drückt und damit der zu spülende Bereich vom Rohgaskanal 15 und vom Reingaskanal 13 dicht abgetrennt wird.

Das Spülgas drückt das Restabgas in den Kammern A, A' in den Brennraum 2, wo es aufgeheizt und den Katalysatormassen 12 in den Wärmespeicherkammern D, D' und E, E' zugeführt wird, die in diesem Betriebszustand an den Reingaskanal 13 angeschlos­ sen sind. Dazu nehmen die Absperrorgane 24 in den Schaltkam­ mern 14d und 14e ihre dritte Position ein, indem die Kol­ ben/Zylinder-Einheit 31 dieser Absperrorgane 24 entsprechend mit Druckluft beaufschlagt werden. Die Betätigungsstangen 27 der Absperrorgane 24 der Schaltkammern 14d und 14e bewegen sich dadurch nach unten. Mit Hilfe des oberen nicht darge­ stellten Anschlags an den Betätigungsstangen 27 werden die Schließkörper 28, 29 samt der nicht dargestellten Feder nach unten bewegt, bis die Öffnungen 26 zum Rohgaskanal 15 hin verschlossen sind. Das Reingas kann somit die Wärmespeicher­ kammern D, D' und E, E' nach unten in den Reingaskanal 13 verlassen.

Durch eine nicht dargestellte Steuereinheit erfolgt die Um­ schaltung der einzelnen Schaltkammern 14a bis 14e zwischen Rohgas, Spülgas und Reingas anhand folgender Tabelle. Dabei sind die Wege bezeichnet, die jeweils zu den Wärmespeicher­ kammern A, A', B, B', . . . offen sind. Nach dem fünften Schritt erfolgt wiederum der erste Schritt.

Jeder Schritt hat eine Länge von ca. 1 bis 3 Minuten. Es ist ersichtlich, dass somit die Rohgas- und Reingaszyklen doppelt so lange dauern, wie die Spülzyklen. Beispielsweise ist das Wärmespeicherkammerpaar A, A' in den Schritten 5 und 1, das Wärmespeicherkammerpaar B, B' in den Schritten 1 und 2, an­ schließend das Wärmespeicherkammerpaar C, C' in den Schritten 2 und 3 im Rohgasbetrieb usw.

Claims (24)

1. Verfahren zur Reinigung von mit Stickoxiden beladenen Ab­ gasen in einem Reaktor mit Wärmespeichermassen enthalten­ den Wärmespeicherkammern, bei dem das zu reinigende Roh­ gas in einem Teil der Wärmespeicherkammern vorerwärmt, in einem Brennraum nacherhitzt und zur Reduktion der Stickoxide mit einem Reduktionsmittel einer Katalysator­ masse zugeführt wird, worauf das entstickte heiße Reingas die Wärmespeichermasse in einem anderen Teil der Wärme­ speicherkammern aufheizt, dadurch gekennzeichnet, dass ein Reaktor (1) aus 2n+1 Paaren von jeweils durch eine Schaltkammer (4a, 4b, . . .) verbundenen Wärmespeicherkam­ mern (A, A', B, B', . . .), wobei n eine ganze Zahl größer 0 ist, verwendet wird, wobei das zu reinigende Rohgas zur Vorerwärmung wechselweise der aufgeheizten Wärmespeicher­ masse (11) von n Wärmespeicherkammerpaaren (A, A', B, B', . . .) und das entstickte heiße Reingas im Gegenstrom der Wärmespeichermasse (11) von anderen n Wärmespeicherkam­ merpaaren (A, A', B, B', . . .) zugeführt wird, während we­ nigstens ein Wärmespeicherkammerpaar (A, A', B, B') mit einem Spülgas gespült wird, und die Reduktion der Stickoxide mit dem Reduktionsmittel an einer brennraum­ seitig in den Wärmespeicherkammern (A, A', B, B', . . .) angeordneten Katalysatormasse (12) erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass n wenigstens zwei ist und wechselweise wenigstens ein Wär­ mespeicherkammerpaar (E, E') des Reaktors (1) mit einem Spülgas gespült wird, während wenigstens zwei Wärmespei­ cherkammerpaaren (A, A', B, B') das Rohgas zugeführt wird und aus wenigstens zwei Wärmespeicherkammerpaaren (C, C', D, D') das Reingas austritt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Reduktionsmittel dem Rohgas vor Eintritt in die Wärmespeichermasse (11) zugegeben wird.

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohgas über eine Schaltkammer (4a, 4b, . . .) mit einer Öffnung (26) der Wärmespeicher­ masse (11) zugeführt wird und die Rohgasgeschwindigkeit durch die Öffnung (26) auf 10 m/s bis 25 m/s eingestellt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Spülgas-, Rohgas- und Reingaswechsel alle 1 bis 3 Minuten erfolgt.

6. Verfahren nach Anspruch 2 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Spülgas Reingas verwendet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Reduktionsmittel Ammoniaklösung oder gasförmiger Ammoniak zugegeben wird.

8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Reduktionsmittel unterstöchiome­ trisch zugegeben wird.

9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es zur Oxidation von mit Dioxin und/oder Furan beladenen Abgasen verwendet wird.

10. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach einem der An­ sprüche 1 bis 8,

• - mit einem Reaktor mit Wärmespeichermassen enthalten­ den Wärmespeicherkammern, die mit ihrem einen Ende über einen Brennraum verbunden sind und mit ihrem an­ deren Ende über eine Schaltkammer mit einem Absper­ rorgan wechselweise mit einem Kanal zur Zufuhr des zu reinigenden Rohgases oder einem Kanal zur Abfuhr des Reingases verbindbar sind,
• - mit einer Leitung zur Zufuhr eines Reduktionsmittels, und
• - mit einer Katalysatormasse zur Reduktion der Stickoxide in dem zum Brennraum strömenden Abgas mit dem Reduktionsmittel,

dadurch gekennzeichnet, dass die Katalysatormasse (12) an den brennraumseitigen Enden der Wärmespeicherkammern A, A', B, B', . . . vorgesehen ist, der Reaktor (1) 2n+1 Paare von jeweils durch eine Schaltkammer (4a, 4b, . . .) verbun­ denen Wärmespeicherkammern (A, A', B, B', . . .) aufweist, wobei n eine ganze Zahl größer 0 ist, und jede Schaltkam­ mer (14a, 14b, . . .) mit einer Spülgasleitung (34) verbun­ den ist, um die Wärmespeicherkammerpaare (A, A', B, B', . . .) wechselweise mit dem Rohgaskanal (15), dem Reingas­ kanal (13) und der Spülgasleitung (34) zu verbinden.

11. Anlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktor (1) aus zwei Abschnitten (1a, 1b) besteht, wobei die eine Wärmespeicherkammer jedes Paares (A, A', B, B', . . .) in dem einen Reaktorabschitt (1a) und die andere Wärmespeicherkammer in dem anderen Reaktorabschnitt (1b) angeordnet ist.

12. Anlage nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass n wenigstens zwei ist und die Absperrorgane (24) der Schaltkammern (14a, 14b, . . .) derart gesteuert sind, dass ein Wärmespeicherkammerpaar (E, E') mit der Spülgaslei­ tung (34) verbunden ist und wenigstens zwei Wärmespei­ cherkammerpaare (A, A', B, B') mit dem Rohgaskanal (15) und wenigstens zwei Wärmespeicherkammerpaare (C, C', D, D') mit dem Reingaskanal (13).

13. Anlage nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die Reduktionsmittelzufuhrleitung in den Rohgaskanal (15) mündet.

14. Anlage nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass im Rohgaskanal (15) ein Verteilerrechen (35) zur Einsprit­ zung des Reduktionsmittels vorgesehen ist.

15. Anlage nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass im Rohgaskanal (15) stromabwärts der Mündung der Re­ duktionsmittelzufuhrleitung ein statischer Mischer (36) vorgesehen ist.

16. Anlage nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch ge­ kennzeichnet, dass zwischen jeder Wärmespeicherkammer (A, A', B, B') und dem Brennraum (1) ein statischer Mischer (37) vorgesehen ist.

17. Anlage nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der statische Mischer (37, 38) derart mittels schräggestell­ ter Bleche ausgebildet ist, dass dem Gasstrom im Brenn­ raum (2) ein Drall erteilt wird.

18. Anlage nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die durch die Absperrorgane (24) ver­ schließbaren Öffnungen (26) für den Rohgaseintritt in die Wärmespeicherkammern (A, A', B, B', . . .) derart ausgelegt sind, dass das Rohgas mit einer Geschwindigkeit von 10 m/s bis 25 m/s durch die Öffnungen (26) in die Wärme­ speicherkammern (A, A', B, B', . . .) eintritt.

19. Anlage nach einem der Ansprüche 10 bis 18, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die Spülgasleitung (34) an den Rein­ gaskanal (13) angeschlossen ist.

20. Anlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den beiden Reaktorabschnitten (1a, 1b) ein Zwi­ schenraum (5) vorgesehen ist und die Schaltkammern (14a, 14b, . . .) in dem Zwischenraum (5) angeordnet sind.

21. Anlage nach einem der Ansprüche 10 bis 20, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die Wärmespeichermasse (11) aus kera­ mischen Wärmespeicherkörpern mit einer offenen Porosität von weniger als 10% bestehen.

22. Anlage nach einem der Ansprüche 10 bis 21, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die Katalysatormasse (12) direkt auf der Wärmespeichermasse (11) angeordnet ist.

23. Anlage nach einem der Ansprüche 10 bis 22, dadurch ge­ kennzeichnet, dass das Verhältnis der Höhe (a) der Wärme­ speichermasse (11) zur Höhe (b) der Katalysatormasse (12) 3 : 1 oder mehr beträgt.

24. Anlage nach einem der Ansprüche 10 bis 23, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die Spülgasleitung (34) von oben durch den Reingaskanal (13) an die Schaltkammern (14a, 14b, . . .) angeschlossen ist.