DE2043137C3 - Verfahren zum Beseitigen schädlicher Bestandteile in einem umschlossenen Rauchgasstrom - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Abänderung des Verfahrens zum Beseitigen schädlicher Bestandteile in einem umschlossenen Rauchgasstrom durch Zumischung brennbarer Stoffe und anschließendes Zünden der brennbaren Mischung, wobei als brennbarer Stoff Methyl- oder Äthylalkohol zusammen mit einem Oxydationsmittel eingesprüht wird, nach Patent 1 946 662. Die Erfindung bezieht sich auf Verbesserungen in Verfahren zur Verminderung des Rauches und insbesondere auf einen neuen und verbesserten Vorgang bzw. ein Verfahren zum Beseitigen, Entfernen oder Vermindern schädlicher Bestandteile aus bzw. in einer gasförmigen Atmosphäre, wie einem umschlossenen Rauchstrom vor dem Ausströmen durch eine Leitung wie ein Abzugsrohr, Schacht oder Schlot oder ein Auspuffrohr von Kraftfahrzeugen, Vorzugs- aber nicht notwendigerweise durch deren offenes Hnde in die Atmosphäre. Mit Rauch sind gasförmige Produkte einer Verbrennung oder anderen physikalischen und/oder chemischen Reaktion gemeint, ganz gleich, ob sie durch die darin enthaltenen schädlichen Elemente sichtbar gemacht sind oder nicht. Mit schädlichen Bestandteilen sind jene Produkte einer Verbrennung oder anderen physikalischen und/oder chemischen Reaktion gemeint, die bis zu einem gewissen Grad die Luft verseuchen und Wirkungen erzeugen können, die für das Leben von Menschen, Tieren und Pflanzen merkbar schädlich sind und die zwar gewisse Produkte wie Wasser, stabile Oxyde und vollständig verbrannte Asche nicht enthalten, dafür aber eine gioße Auswahl von Stoffen, die sowohl flüssiger, gasförmiger als auch fester Form, normalerweise sowohl sichtbar als auch unsichtbar sein können und bei Henen es sich vom chemischen Standpunkt aus gesehen um Elemente handeln kann oder deren Gemische oder Verbindungen, wie Kohlenmonoxyd, ölige Partikel, Ruß, unvollständig verbrannte Asche, Schwefelbesiandteile, Kohlenwasserstoffe, Oxyde des Stick-Stoffs und ähnliches.

Durch die USA.-Patenlschriften 3 232713 und 3 248 178 sind bereits Vorrichtungen bekanntgeworden, durch die die schädlichen Bestandteile in Rauchgasen verringert werden, indem der Rauch in eine

to Verbrennungskammer eingeführt und Stickoxyue unter Zumischung von Naturgas oder brennbare Bestandteile unter Zumischung von Luft verbrannt werden. Diese Verfahren und Vorrichtungen benötigen einen erheblichen Aufwand an Material und Kosten.

Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein billiges Verfahren zu schaffen, durch das diese schädlichen Bestandteile auf ein erträgliches Maß herabgedrückt werden, und zwar durch eine Einvicinuiig, die

ao mindestens einen Teil einer Leitung, z. B. eines Schlotes oder eines Auspuffrohrs für Kraftfahrzeuge bildet oder in diese leicht eingebaut werden kann und weiche zuverlässig arbeitet, um ein Vermischen der aktiven Bestandteile mit den schädlichen Bestandteilen des

»5 Rauches zu bewirken sowie eine Reaktion zwischen beiden, vorzugsweise durch deren Entflammung und Verbrennung, um die schädlichen Bestandteile zu verzehren. Weiter soll ein Verfahren geschaffen werden, das den normalen Verlauf des Rauches durch die Leitung, in der die Reaktion stattfindet, nicht wesentlich verändert, dem Strom des Rauches beim Leiten durch irgendein mechanisches Gebilde keinen Widerstand entgegensetzt, den Verlauf des Rauches in keiner Weise komprimiert, beschleunigt oder in irgendeiner Weise ändert und keine festen Katalysatoren benutzt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß nach dem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß als einwertiger Alkohol ein solcher mit nicht mehr als 4 Kohlenstoffatomen verwendet wird.

Es wurde festgestellt, daß durch das Einführen eines einwertigen Alkohols (R-OH), mit Rücksicht auf die Kosten vorzugsweise eines Alkohols mit nicht mehr als vier Kohlenstoffatomen, wie Äthyl- oder Methylalkohol in eine gasförmige Atmosphäre, wie einen nach normaler Art durch Aufsteigen in einer schlot- oder schachtartigen Leitung zu deren oberen Ende strömenden umschlossenen Rauchstrc.r« zusammen, mit einem Oxydationsmittel auf eine selche Weise, daß eine innige Vermischung desselben sichergestellt wi: j und durch das Verursachen einer reaktion zwischen solchen schädlichen Bestandteilen, Alkohol und Oxydationsmittel durch Entflammen eines solchen Gemisches, die schädlichen Elemente des Rauches verzehrt oder Ins zu einem tragbaren Wert vermindert werden, bevor sie ausströmen, vorzugsweise in die Atmosphäre, obgleich auch ein geschlossener Behälter verwendet werden Lumite. Die als geeignet gefundenen Oxydationsmittel sind Wasserstoffperoxyd und reiner Sauerstoff, die in den umschlossenen Rauchstrom mittels Druckluft getrieben oder eingespritzt werden, wobei letztere auch für sich allein verwendet werden kann. Es wurde festgestellt, daß durch solch eine Einspritzung ein wirksames Gemisch entsteht, so daß dessen Entflammung das gewünschte Ausscheiden der schädlichen Bestandteile bewirkt. Zum Verlangsamen des Verfahrens kann Wasser verwendet werden, und die in der wäßrigen

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Lösung von Alkohol und Wasserstoffperoxyd verwendete Wassiermenge erzielt eine solche verlangsamende Wirkung. Normalerweise werden nicht mehr als 90% wäßriger Lösung von Alkohol verwendet.

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung eines mit einer Vorrichtung zur Ausführung des erfindungsgemüßen Verfahrens nach Patent P 19 46 662 ausgestalteten Schlots, insbesondere eines Schlots wie er für Rauchverminderung bei einem Kohlefeuerungsofen verwendet wird.

Fig. 2 ist eine schematische Darstellung der vorliegenden verbesserten Vorrichtung zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens, insbesondere wie sie für die Rauchverminderung bei einer Salpetersäureanlage verwendet wird.

Auf Fig. 1 Bezug nehmend, befindet sich im Schlot 1 ein von einem Ofenrohr 3 herleitendes und zu finem offenen oberen Ende 4 führendes Abzugsrohr 2, durch das die Verbrennungsprodukte in die Atmosphäre ausströmen. In einem vorzugsweise nicht jo kürzeren als 90 cm oder sonst geeigneten Abstand unterhalb des offenen oberen Ende-, 4 befindet sich ein Einspritzeleraent 5 mit einer odor mehreren Düsen für die flüssigen und einer oder mehreren Düsen ,für die gasförmigen Mittel. Wie gezeigt, ist am Einspritzelement eine Düse 6, um eine wäßrige Alkohol-Lösung und eine Düse 8 angeordnet, um eine wäßrige Wasserstofiperoxydlösung nach oben in das Abzugsrohr 2 an einer Seite desselben abzugeben. Die Düse 6 kann durch eine Leitung 9 mit einem aus einer Druckquelle 11 einer solchen Alkohollösung führenden Ventil 10 mit Äthyl- oder Methylalkohol gespeist werden. Die Düse 8 kann durch eine Leitung 12 mit einem aus einer Druckquelle 14 einer solchen Wasserstoffperojcydlösungführenden Ventil 13 mit letzterem Mittel gespeist werden. Die Gasdüse 15 des Einspritzelements 5 ist so angeordnet gezeigt, daß sie Druckgas in Richtung der öffnung der Düsen 6 und 8 abgibt und daß auf diese Weise die aus den letzleren Düsen austretenden Flüssigkeiten einen feinen Neb^l bilden, was bewirkt, daß sie sich mit den unvollständig verbrannten festen und gasförmigen Rauchphasen innig mischen können. Diese Düse 15 kann mit Luft durch eine Leitung 16 mit einem von einer DruekluftqueiJe 19heileitendenVen.il 18 gespeist werden. Die »5 Düse 15 kann wahlweise oder gleichlaufend mit Sauerstoff in reinerer Form als er in der Luft vorkommt, gespeist werden, und zwar durch eine Leitung 20 mit einem von einer Saucrstoffdruckquelle 22 herleitenden Ventil 21. Ee liegt auf der Hand, daß das Einspritzelement 5 in verschiedener Form ausgebildet sein kann; und die Wahl der verwendeten Mittel wird von Kosten und Verfügbarkeit abhängig sein.

Zu der Vorrichtung gehört ebenfalls eine Auslöseoder Zündeinrichtung in Form einer im Abzugsrohr 2 über dem Einspritzelenient 5 aus einem Brenner 26 kommenden Flamme 25. Der Brenner 26 kann mit Gas gespeist werden, und zwar mit oder ohne Luft, die durch eine Leitung 28 mit einem von einer Druckgasquelle 3·führenden Ventil 29 geleitet wird. Einer 6c der üblichen Luftmischer 31 kann verwendet werden, um die zum Unterhalten der Flamme 25 nötige Luft zu liefern, ti* ist erwünscht, daß sich die Flamme ungefähr 7,5 Me'er oder in einem sonstigen geeigneten Absland über dem Einspritzelement 5, und 90 cm oder einem sonstigen geeigneten Abstand unterhalb der oberen öffnung 4 des Schlots befindet, damit eine sachgemäße Vermischung der Oxydationsmittel und da, Alkohols mit den unvollständig verbrannten Bestandteilen des Rauches stattfinde! und auch sichergestellt wird, daß die Flamme 25 nicht durch atmosphärische Luftströme oder in den Schlot hiniintergeschlagende Luft ausgeblasen wird.

Bei Anwendung der Erfindung bewegt sich der Rauch aus dem Feuerungsgang 3 mit unvollständig verbrannten festen und gasförmigen schädlichen Bestandteilen, wie z. B. Kohlenmoooxyd, öligen Partikeln, Ruß, unvollständig oxydierten Schwefelbestandleilen oder Flugasche als eingeschlossener Strom durch das Abzugsrohr 2 des Schlots 1 aufwärts. Die Druckluft oder der Drucksauerstoff aus der Düse 15 richtet sich am Einspritzelement 5 gegen die Düsen 6 und 8, um den aus diesen Düsen abgegebenen Alkohol oder Wasserstoffperoxyd als feinen Nebel gegen die Mitte des Abzugsrohrs 2 des Schlots 1 zu pressen. Dieser Nebel wird von d^n unverbrannten oder teilweise oxydierten schädlichen Bestandteilen oder Elementen des Rauches rasch absorbiert oder eingeschlossen. Die auf diese *-7eise sowohl mit Alkohol als auch mit einemoder meh^reren Oxydationsmitteln beladenen oder sich in Gegenwart letzterer befindlichen Bestandteile kommen dann in berührung mit der Flamme 25. Es findet sofort eine Entflammung statt, wobei sowohl der mit den teilweise oxydierten Bestandteilen des Rauches als auch mit dem Oxydationsmittel oder Oxydationsmittel vereinigte Alkohol ein Gemisch bildet, das die Verminderung und Oxydation der Rauchbestandteile bis zu einem Grad fortsetzt, in dem sie zum Austritt in die Luft geeignet sind.

Bei nicht entsprechenden Resultaten wird in der Praxis mehr Alkohol und/oder Oxydationsmittel angewendet. Wenn zu viel Alkohol verwendet wird, sinkt die aktive Verbrennungsebene hinunter zum Einspritzelement 5 und erlischt, um sich erst wieder zu entzünden, wenn ein frisches Gemisch die Zündflamme 25 erreicht, was eine leicht feststellbare pulsierende Verbrennung zur Folge hat, die der Bedienungsmann durch Verringerung der Alkoholzufuhr korrigieren kann. Die Verbrennungsebene liegt dort, wo die Vermischung des Alkohols, des Oxydationsmittels und der schädlichen Elemente vollständig erfolgt ist und sich auf dieser Gleichgewichtsebene hält, bis eine Änderung stattfindet, z. B. durch verstärkten Zug, der diese Ebene dann anhebt.

Bei einem Einbau der Vorrichtung, wo aus Biaunkohle Elektrizität von 60 Kilowatt mittels eines Kessels und einer Dampfmaschine erzeugt wurde, betrug sein Inner.durchmesser ungefähr 46 cm. Die Zündflamme 25 befand sich 91 cm unterhalb der oberen öffnung 4 des Schlots und wurde mit Bu;angas gespeist. Das Injektionsetcmcnt 5 war ungefähr 7,62 Meter unterhalb der Flamme 25 angebracht. Luft aus 19 und eine geringe Menge Sauerstoff aus 22 wurde bei ungefähr 4,22 kg/cm² angewendet, wobei die Luft ungefLiir 90% des Gases ausmachte, das aus 15 quer jber die Düse 6 entströmte, aus der eine 20 bis 50%igc wäßrige Äthylalkohollösung abgegeben wurde, und wobei die Zuführleitung 9 einen Innendurchmesser von 3,18 mm hatte. Bei Kosten von ungefähr $ 8.00 im Mooat wurde der Rauch einwandfrei gemacht.

Auf F i g. 2 Bezug nehmend, so ist die darin schematisch dargestellte Vorrichtung zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens, insbesondere bei dessen Anwendung zum Beseitigen verschiedene! schädlicher Oxyde des Stickstoffs aus einem Abgas-

schacht einer (nicht gezeigten) Salpctcrsiiurcanlage im wesentlichen unver/.ögcrle F^;.ntflammung ermög-

strömenden Rauch bestimmt; sie umfaßt eine Hinlaß 1 icIit ist. diine daß der erforderliche Strom einen be-

lcitung 40 für Abgas, die von solch einem (nicht ge- tleutenden Weg zurücklegen muß, tritt das Abgas

zeigten) Abgasschacht herführt und ist mit einei durch die leitung 40 in die Verbrennungskammer 43

üblichen rohrförmigen Einrichtung 41 zum Hnlneh- 5 ein und mischt sich mit dem von der Zerstäubungsdüse

men einer Probe und einem verstellbaren Drosselele- 61 kommenden Brennstoff und mit tier Frischluft aus

ment 42 versehen. Das Austrittsende der Leitung 40 der Leitung 48. Diese innige Vermischung wird im

ist mit einer Verbrennungskammer 43 verbunden. wesentlichen unverzüglich durch die Zündeinrichtung

welche das untere Ende des Schachtes oder Abzugs- 63 entzündet und verbrannt, wobei die verminderten

rohrs 44 trägt, welches in der Nähe seines oberen Fn- 10 Vcrbreutumgsproduktc im Schacht 44 nach oben und

des mit einer weiteren, der Einrichtung 41 in der Lei- in die Atmosphäre hinausströmcn. Der Alkohol aus

lung40entsprechenden rohrförmigen Einrichtung 45 dem Brennstofftank 54 wird durch die Leitungen 55

zum Entnehmen einer Probe versehen ist. Die Ver- und 60 von der Brennstoffpumpe 58 zur Düse 61 ge-

hrcnnungskammer43wird von einem je nach Wunsch pumpt, während Frischluft aus der Atmosphäre von

beweglichen bzw. unbeweglichen hohlen Sockel oder 15 der Luftpumpe 50 durch die leitungen 52, 49 und

Gehäuse 46 getragen, durch dessen obere Endwand 48 in die Verbrennungskammer43gcpumpl wird. Das

46« die öffnung einer Frischluftleitung 48 an deren Drosselelement 42 in der Leitung 40 steuert die Strö-

oberen Ende in Höhe des oberen Endes der Einlaßlei- mungsmcngc von Abgasen zur Verbrennungskammer

tutig 40 für Abgas in die Verbrennungskammer 43 43, das Drosselelement 53 in der Leitung 52 steuert

hineinragt. Inder Nähe seines unleren offenen Endes, 20 die Strömungsmenge von Frischluft zur Vcrbren-

welches auf irgendeine geeignete Weise im Gehäuse nungskammer, während das Druckbegrenzungsventil

46 gehalten werden kann, ist die l-citung 48 mit der 62 den BrcnnstoffdruckzurZerstäubungsdüse öl kon-

Austrittsleitung 49 einer in geeigneter Weise auf ei- stant halt, alles dies geschieht zur Sichcrstelluug der

nem Stützbrett 51 gestützten Luftpumpe 50 im Gc- erwünschten innigen Vermischung dieser Bestand-

häuse 46 verbunden und mit einer durch die Seiten- as teile.

wand 46 b hineinragenden, mit einem Drossclelement Bei einem Einbau betrug der Durchmesser des

53 versehenen Einlaßleitung 52 für Frischluft verse- Schachtes 44 15 cm. die Durchmesser der Leitungen

hen. 40 und 48 betrugen je 10 cnr der Durchmesser der

Auf der Außenseite des oberen Endes der gegen- Leitung 60 betrug etwa 0,6 cm; die Gesamtlänge des überliegenden Seitenwand 46c des Gehäuses 46 ist 30 Schachtes 44 und der Verbrennungskammer 43 beein Alkoholbrennslofftank 54 angebracht und mit ei- trug etwa 1,80 Meter und die Zündeinrichtung 63 lag ncr Zuführungsleitung 55 verbunden, die mit einem in einem Abstand von etwa 2,5 cm über der Düse Absperrventil 56 versehen ist und sich durch die Wand 61. Die Strömungsrate des dunklen gelben Rauches 46c zum Einlaß der zweckmäßig auf einem anderen oder Abgases von einer Salpetersäureanlage betrug Stützbrett 59 angebrachten Brennstoffpumpe 58 er- 35 etwa 5,66 m' pro Minute bei einer Temperatur von streckt. Die Austrittsöffnung der Pumpe 58 ist mit 3870° C, eine etwa 50%ige wässerige Methylalkoholeiner sich zweckmäßig durch die Frischluftleitung 48 lösung wurde in einer Menge von etwa 3,79 Liter pro nach oben erstreckenden und in dieser befestigten Stunde in die Verbrennungskammer 43 eingeführt Brennstoffdruckleitung 60 versehen, die an ihrem und Frischluft wurde mit Raumtemperatur eingeführt oberen Ende mit einer direkt über dem offenen obe- 40 um das Oxydationsmittel mit einem Wasserdruck von ren Ende der Leitung48 liegenden Zerstäubungsdüse 25,4 bis 50,8 mm und einer Strömungsrate von 61 versehen ist. Ein Druckbegrenzungsventil 62 ist 0,05 m³ bis 0,22 m³ pro Minute zu liefern. Das in die auf den Eintritts- und Austrittsseiten der Pumpe 58 Leitung 40 eintretende Abgas wurde über die Vordurch Nebenleitungen 55a bzw. 60a mit den Leitun- richtung 42 geprüft und wies nach der Analyse etwa gen 55 und 60 verbunden. Die Vorrichtung wird durch 45 3600 Teile pro Million schädlicher Oxyde des Stickeine mit 63 bezeichnete vorzugsweise mit elektrischen Stoffs auf, während das gereinigte Gas übe« die Vor-Funken arbeitende Zündeinrichtung vervollständigt, richtung 45 untersucht wurde und nach der Analyse wobei die beiden Elektroden Oa und 636 dicht über etwa 200 Teile pro Million solcher Oxyde des Stickder Düse 61 liegen. Stoffs aufwies. Dies bedeutet eine etwa 95%igeRedu-

Bei der Ausführung des erfindungsgemäßen Ver- 50 zierungsolcherschädlichen Oxyde des Stickstoffs; an

fahrens mit der in Fig. 2 gezeigten Vorrichtung, die dere ähnliche Tests hatten eine fast 99%igt

der in Fig. 1 gezeigten vorgezogen wird, weil das Ge- Reduzierung solcher Stickstoffoxyde zum Ergebnii

misch auf Grund der Einspritzung durch die Zerstäu- und in jedem Fall wurde auf der Rmgleman-Skala eil

bungsdüse 61 genügend innig verteilt ist, wodurch eine Wert von 0 abgelesen (d.h. farbloser Rauch).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Abänderung des Verfahrens zum Beseitigen schädlicher Bestandteile in einem umschlossenen Rauchgasstrom durch Zumischung brennbarer Stoffe und anschließendes Zünden der brennbaren Mischung, wobei als brennbarer Stoff Methyloder Äthylalkohol zusammen mit einem Oxydationsmittel eingesprüht wird, nach der deutschen Patentschrift 1946662, dadurch gekennzeichnet, daß als einwertiger Alkohol ein solcher mit nicht mehr als 4 Kohlenstoffaiomen verwendet wird.

2. Verfahren nach- Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Alkohol durch das Sprühen durch eine Zerstäubungsdüse (61) zerstäubt wird, wobei das Oxydationsmittel direkt unter der Zerstäubungsdüse (61) eingesprilzt wird.

3. Verfahren Bach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Alkohol höchstens in etwa 90%iger Lösung, vorzugsweise in nicht mehr als 50%iger wäßriger Lösung vorliegt.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Oxydationsmittel Druckluft enthalt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Oxydationsmittel auch Wasserstoffperoxyd oder Sauerstoff oder beides enthält.