DE2501650A1 - Emissionssteuerungssystem und -verfahren - Google Patents

Description

M/jb 11942

Anmelder: The Champion Paper Company Ltd. , Alpenstraße 1, Luzern/Schweiz

Emissions steuerungssystem und -verfahren

Die Erfindung betrifft ein Emissions steuerungssystem, das insbesondere zur Behandlung der Abgase von Furniertrocknern mit StrömungsSteuerungsmitteln und einem Katalysatorbett geeignet ist, und ein Verfahren zur Behandlung der Abgase eines Trockners vor der Abführung in die Atmosphäre mittels Temperierung, Strömungs steuerung und katalytischer Oxydation des Abgases.

Eine weithin verbreitete Technologie zum Trocknen von Holzfasern, Holzfurnier und Sperrholz in öfen besteht in der Verwendung einer geheizten Luft oder eines Dampfstroms als Trocknungsmittel.

Bei typischem Dampf trockner-B et rieb bewegt sich der Luftstrom in

3
der Nähe von etwa 283 Nm (10 000 SCFM = standard cubic feet per minute), Das Trocknen läßt große Wasserdampfvolumina entstehen, die aus dem Holz auszutreiben sind, und zusammen mit dem "Wasser werden organische Materialien, wie beispielsweise naturharzartige Materialien und Terpene, ausgetrieben. Derartige organische Materialien werden nicht nur in die Atmosphäre abgeführt, wo sie ein wesentliches Verunreinigungsproblem zur Folge haben, sondern darüber hinaus kondensieren die höher siedenden Fraktionen derselben, bei-

509829/0736

-2-

spielsweise Abietinsäure, an den Wänden und am Ausgang des Kamins des Trockners, was einen erhöhten Wartungsbedarf zur Folge hat, da diese Ablagerung eine potentielle Feuergefahr darstellt.

Versuche, dieses Problem durch höhere Trocknungstemperaturen zu überwinden, um die organischen Materialien zu spalten oder von der Kondensierung abzuhalten, waren deshalb nicht gänzlich erfolgreich, da diese höheren Temperaturen eine unerwünschte Nachdunklung des Holzes oder der Holzfasern zur Folge haben. Darüber hinaus arbeiten Einrichtungen und Verfahren zur Behandlung der großen Abgasmenge derartiger Trockner nicht zufriedenstellend, da sie bald verschmutzen und selbst eine umfangreiche und wiederholte Wartung erforderlich machen.

Die Erfindung hat nun ein verbessertes System und ein-verbessertes Verfahren entwickelt, die zur Behandlung großer Abgas Volumina aus Holztrocknern geeignet sind, ohne daß sie entweder in großem Umfang verschmutzen oder zu Naturharzablagerungen neigen.

Kurz zusammengefaßt besteht die vorliegende Erfindung in einem Emissions steuerungssystem zur Behandlung des Abgases einer Trocknungseinrichtung vor der Abführung des Abgases aus der Einrichtung in die Atmosphäre, wobei dieses System kombinativ und in gegenseitiger kommunizierender Verbindung für den Durchgang eines Fluidstromes verfügt über einen Einlaß, eine Diffusionskammer zur derartigen Einstellung des Abgas StromeSj daß dieser sich als über den Bereich seiner Bewegungsbahn im wesentlichen gleichförmiger Strom ausbildet, wenn er die Kammer verläßt, und über eine Katalysationszone mit einem Katalysator, der für eine katalytische Oxydation organischer Materialien des Abgases geeignet ist. Die Erfindung besteht auch in einem Verfahren zur Behandlung des Abgases des Trockners durch eine erste

509 8.2 9/0736

-3-

Temperierung desselben, Einstellung des Abgasstromes derart, daß dieser sich als über den Bereich seiner Bewegungsbahn im wesentlichen gleichförmiger Strom ausbildet, und durch katalytische Oxydierung im wesentlichen aller organischer Materialien des Abgases.

In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 .eine Seitenansicht einer Ausführungsform der Erfindung mit zur Darstellung eines Steuerventils und des Katalysatorbettes weggebrochenen Teilen, -

Fig. 2 eine Seitenansicht einer anderen Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 3 eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 4 eine Seitenansicht einer Ausführungsform der Erfindung, bei der ein einziger Kamin für zwei Trockner verwendet wird, und

Fig. 5 eine Seitenansicht einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, bei der Heizmittel und ein Einlaß für ein Aktivierungsgas für eine optimale katalytische Aktivierung vorgesehen sind.

Während die vorliegende Erfindung zur Verwendung in Verbindung mit allen derzeit verwendeten Trockenöfen und -verfahren geeignet ist, wird die Erfindung im folgenden in,Verbindung mit der Furnierholztrocknung beschrieben.

■» -

In den Zeichnungen sind teilweise dargestellt die isolierten Oberteile und/oder Wände 10, 20, 30, 40 und 50 von Furnierholz-Trockenöfen. Die verwendeten Öfen entsprechen mit Ausnahme der auf das als Teil des Ofens vorgesehene System gerichteten Erfindung den üblicherweise

-4-

509829/073B

zum Trocknen von Furnierholz verwendeten öfen. Holz mit einem Wassergehalt von etwa 40 bis 60 Gew.-% wird unter Verwendung von Dampf oder gasbeheiztem Trocknungsmittel getrocknet, um durch den Trockner zur Trocknung des Holzes hindurchgeführte Luft zu erhitzen. Dabei wird eine möglichst begrenzte Luftmenge verwendet, um die aufzuheizende Luftmenge zu minimalisieren und um auch die durch den Kamin hindurch aus dem Trockner herausgeführte Gasmenge zu begrenzen. Typischerweise liegt der Luftstrom, wie oben bereits ange-

3
geben wurde, bei etwa 283 Nm . Wenn die Luft den Trockner verläßt, bestehen etwa 20 Gew. -% der Luft aus Dampf, der im wesentlichen Wasser, Harzfettsäuren und Terpene enthält, die aus dem Holz extrahiert worden sind. Bei der Behandlung von Holz mit einem Wassergehalt von etwa 40 bis 60 Gew. -% mittels des angegebenen Luftstroms werden aus dem Trockner etwa 2,3 bis 6,8 kg/h organische Materialien abgeführt.

Im Rahmen der gegenwärtigen Trocknungstechnik werden dieses Wasser und die organischen Materialien, wie bereits angegeben wurde, einfach durch den Kamin abgeführt, was die aufgezeigten Probleme der Luftverunreinigung und Kaminverschmutzung zur Folge hat.

Erfindungsgemäß und gemäß Fig. 1 ist am Ofenauslaß 11 ein System angeordnet, das aus einer Diffus ions kamm er 13, einer katalytis chen Behandlungszone 14 und einem Kamin 15 besteht. Die Diffus ions kamm er 13, die katalytis ehe Behandlung s zone 14 und der Kamin 15 stehen in einer gegenseitigen kommunizierenden Verbindung für den Durchgang eines Fluidstroms, so daß das Abgas des Trockners in der angegebenen Reihenfolge durch diese Baueinheiten hindurchströmen kann.

Für einen wirkungsvollsten Betrieb wird es vorgezogen, Mittel 16, vorzugsweise einen Brenner, zur Aufheizung des Abgases vor dessen Ein-

509829/07 3 6 -5-

tritt in die Diffusionskammer 13 und ein Gebläse 17 vorzusehen, das zwischen der katalytischen Behandlung sz one 14 und dem Kamin 15 angeordnet ist. Für den optimalen Betrieb ist es des weiteren wünschenswert, Steuerungsmittel für den Gasstrom, wie beispielsweise ein Steuerungsventil bzw. eine Steuerungsklappe 18, die vor dem Eintritt in das Behandlungssystem 12 angeordnet ist, und ein Filter 19 vorzusehen, das zwischen der Steuerungsklappe 18 und dem Brenner 16 angeordnet ist. Beim Trocknen bestimmter Holzmaterialien, beispielsweise von Faserplatten, können gegebenenfalls große Partikelmengen in dem Trocknungsluftstrom enthalten sein und in das System 12 getragen werden, wo sie sich an dem Katalysator in der katalytischen Behandlungs zone niederschlagen und ansammeln und die Wirksamkeit des Katalysators beeinträchtigen. Das verwendete Filter 19 ist vorzugsweise irgendein im Handel erhältliches poröses Keramikfilter. Bi Verbindung mit derartigen Filtern kann Hitze und/oder eine offene Flamme verwendet werden, um die mitgerissenen Holzpartikel, wie weiter unten noch erläutert wird, zu verbrennen.

Die Aufgabe des Brenners 16 besteht im Rahmen der vorliegenden Erfindung in der Einstellung der Temperatur des Abgasstromes auf die Temperatur, bei der die in dem Abgasstrom enthaltenen organischen Verbindungen mit bestem Wirkungsgrad in der anschließenden katalytischen Behandlung s ζ one 14 katalytisch oxydiert werden. Wie vorstehend bereits angegeben wurde, beruht die Schwierigkeit des Verschmutzens zum größten Teil auf dem kondensierbaren, hochsiedenden Harzmaterial, wie beispielsweise der Abietinsäure. Durch Erhöhung des Wärmegehaltes des Abgasstromes werden derartige Materialien in einen Zustand versetzt, bei dem sie in Gasphase erhalten bleiben, um in bester Weise mittels des Katalysators in unschädliche Materialien umgewandelt zu werden, die gefahrlos in die Atmosphäre abgeführt werden können. Der Brenner 16 kann auch dazu verwendet werden, Holzpartikel, die in

509829/0736 -6-

das System hinter der St eue rungs klappe 18 eintreten oder die im Filter aufgefangen werden, zu verbrauchen. Infolge dieser Verbrennung der im Filter aufgefangenen Partikel besteht dann keine Notwendigkeit mehr, das System zur Reinigung des Filters stillzusetzen.

Die Diffusionskammer 13 wird in bevorzugter Weise verwendet, da sie in Hinblick auf die Einstellung des Abgasstromes derart wirkt, daß dieser einen über den Bereich seiner Bewegungsbahn im wesentlichen ■ gleichförmigen Strom bildet. Dies stellt sicher, daß der Strom gleichmäßig über die katalytische Behandlungszone verteilt wird. Eine weitere Aufgabe des Brenners besteht in dieser Hinsicht in der Erhitzung des Abgases auf eine Temperatur, bei der der Katalysator mit bestem Wirkungsgrad arbeitet.

Die katalytische Behandlungszone 14 enthält eine Reihe von Katalysatorbetten 20'. Für den Katalysator kommt vorzugsweise das im Handel erhältliche Platinmetall-Sol in Betracht, das auf einem Träger aus expandiertem Aluminiumoxyd oder Aluminium silikat aufgebracht ist. Dieser Träger wird unter der Handelsbezeichnung "Torvex" vertrieben. Selbstverständlich können auch andere bekannte Katalysatoren und/oder Träger verwendet werden, die die Aufgabe erfüllen, die organischen Materialien des Abgases zu gefahrlosen und nicht verschmutzenden Abfallprodukten zu oxydieren. Die Größe jeder katalytischen Zone und ihre Tiefe hängen von dem Grad der Verunreinigungen im Abg^sstrom einerseits und vom Volumen der in dem besonderen Trockner behandelten Luft ab. Dies läßt sich leicht errechnen, und für einen Trockner mit einem Luftstrom

3
von 283 Nm bei Behandlung von Holzfasern mit den oben angegebenen Eigenschaften mißt die katalytische Zone im Querschnitt annäherungsweise 1,2 mx 1,2 m.

Des weiteren wird es vorgezogen, ein Gebläse 17 oberhalb des Katalysators zur Ausbildung eines Unterdrucks am Trockner vorzusehen,

509829/0736

-7-

um sicherzustellen, daß alle Abgase im. Trockner durch das erfindungsgemäße System 12 hindurchgeführt und vor ihrer Weiterleitung durch den Kamin 15 behandelt werden.

Zwar sind in den Zeichnungen die Kamine nach Art eines Venturi-Rohrs dargestellt, jedoch ist die Wirksamkeit der Erfindung auch bei jeder anderen Gestaltung der Kamine gegeben. Der Zweck der bevorzugten Venturi-Gestaltung der Kamine besteht in einer Minimalis ie rung der Kamindampffahne. Da das erhitzte Abgas etwa 20 % Feuchtigkeit enthalten kann, könnte unter gewissen atmosphärischen Bedingungen eine Fahne auftreten, wenn eine Venturi-Erweiterung oder irgendeine ähnliche Steuerungs- bzw. Kontrolleinrichtung verwendet würde.

Während sich der vorausgehende Teil der Beschreibung in der Hauptsache mit der Erfindung gemäß Darstellung in Fig. 1 befaßt hat, ist die Beschreibung in gleicher Weise auf die in den übrigen Figuren dargestellten Ausführungsformen lesbar. Es ist offensichtlich, daß die Ausführungs formen der übrigen Figuren Gebrauch von denselben Bauteilen machen, die bei der in Verbindung mit Fig. 1 beschriebenen Apparatur vorgesehen sind, jedoch zeigen die übrigen Figuren verschiedene Alternativen in Hinblick auf die Zuordnung der Apparatur zu einem Holztrockner. So zeigt Fig. 2 einen seitlichen Anbau der Steuerklappe und der Diffusionskammer am Trockner, Fig. 3 einen Anbau des Brenners, der Steuerungsklappe und der Diffus ions kamm er am Trockner von oben, Fig. 4 die Verwendungsmöglichkeit eines einzelnen Kamins zur Abführung der Abgase von zwei Trocknern und Fig. 5 den Anbau des Brenners, der Steuerungsklappe und der Diffusionskammer außerhalb des Trockners an dessen Dach bzw. Oberseite.

Bei der Ausführungs form der Fig. 4 ist der Kamin vorzugsweise von jedem der beiden Gebläse durch eine kurze Leitung 41 je mit einem

509829/0738 -8-

Strömungssteuerungsventil 42 getrennt. Sofern lediglich ein einziger Trockner in Betrieb stehen soll, kann das Ventil in der Leitung 41 des anderen Trockners geschlossen werden, damit die Apparatur des in Betrieb stehenden Trockners mit höchstem Wirkungsgrad arbeiten kann.

Die Ausführungsform der Fig. 5 verfügt über ein Heizelement 51 und über einen Aktivierungs gas einlaß 52. Das Heizelement 51 besteht vorzugsweise in einer Spirale, die an der Innenwand des Eingangs der Apparatur angeordnet ist, in welche Spirale ein Heizfluid, beispielsweise Dampf, Heißwasser und dergleichen, eingeführt werden kann. Alternativ ' hierzu kann das Heizelement in einer elektrischen Heizspirale bestehen. Das Heizelement 51 dient zur Anhebung der Temperatur des Abgases in Verbindung mit dem Brenner.

Der Aktivierungsgaseinlaß 52 ist als Düse 53 dargestellt, obwohl es offensichtlich ist, daß jede anderweitige Gestaltung zur Einführung des Gases in die Apparatur geeignet ist. Nicht dargestellt sind die üblichen Leitungen und Ventile, die zur Zuführung des Gases von einer Quelle, beispielsweise von einem Tank, zum Einlaß 52 verwendet werden. Der Einlaß ist genau vor der Diffusionskammer angeordnet, so daß das gesamte eingeführte Gas im wesentlichen gleichförmig über die Strömungsbahn des Abgases in den Katalysationsbereich verteilt wird. Mit dem hier verwendeten Ausdruck "Aktivierungsgas" werden Gase, beispielsweise Wasserstoff und Ozon, bezeichnet, die in Hinblick auf eine Vergrößerung der Oxydationsgeschwindigkeit wirksam sind. Der Wasserstoff beispielsweise kann in Mengen von etwa 1 % periodisch in das Abgas eingespritzt werden und reagiert mit dem bevorzugten Platinkatalysator, wodurch die Temperatur an der Katalysatoroberfläche auf etwa 24 C bis 38 C oberhalb der Temperatur des Abgases ansteigt, welche Temperaturdifferenz eine erhöhte Katalysator reaktivität ergibt. Mit einer ähnlichen Menge eines Gases, beispielsweise Ozon, wird eine schnellere

509829/0736

-9-

Oxydation in dem Abgas strom erreicht, was zu einer erhöhten Katalysator reaktivität führt. Somit können die Aktivierungsgase direkt auf den Katalysator oder das Abgas einwirken.

Während das erfindungsgemäße Verfahren aus der oben gegebenen Beschreibung deutlich ersichtlich ist, besteht es in der Einführung des Abgases in eine Diffusionskammer, wenn der Abgasstrom über, den Bereich seiner Bewegungsbahn im wesentlichen gleichförmig gestaltet ist, und in der Einführung des Gases in einen Katalysationsbereich, wo im wesentlichen alle organischen Materialien des Gas Stroms katalytisch zu unschädlichen Abfallprodukten oxydiert werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird das Abgas auf eine Temperatur oberhalb derjenigen aufgeheizt, bei der die im Gas enthaltenen organischen Materialien kondensieren.

-10-

509829/0736

Claims (9)

15. Januar 1975

1.] Emissions steuerungssystem zur Behandlung des Abgases einer \__/ Trocknungseinrichtung vor der Abführung des Abgases aus der Trocknungseinrichtung zur Atmosphäre, dadurch gekennzeichnet, daß kombinativ und in gegenseitiger kommunizierender Verbindung für den Durchgang eines Fluidstromes ein Einlaß, eine Diffusionskammer (13) zur derartigen Einstellung des Abgas stromes, daß dieser sich als über den Bereich seiner Bewegungsbahn im wesentlichen gleichförmiger Strom ausbildet, ein Katalysationsbereich (14) mit einem Katalysator (20ty, der für eine katalytische Oxydation der in dem Gasstrom enthaltenen organischen Materialien geeignet ist, und ein Kamin (15) zur Abführung des behandelten Gasstromes in die Atmosphäre vorgesehen sind.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (16)

zur Aufheizung des Abgases vor seiner Einführung in den Katalysationsbereich (14) vorgesehen sind und daß der Kamin (15) in der Lage ist, einen niedrigen Druck an der Ausgangsseite des katalytischen Bereichs (14) und einen ho«hen Druck am Eingang des Kamins (15) auszubilden .

3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Filtermittel (19) zwischen dem Einlaß und der Diffusionskammer (13) vorgesehen sind.

509829/0736 -"-

4. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (52) zur Einführung eines Aktivierungsgases in das Abgas zwischen dem Einlaß und der Diffusionskammer (13) angeordnet sind.

5. Verfahren zur Behandlung des Abgases eines Holztrockners vor der • Abführung des Gasstromes aus dem Trockner in die Atmosphäre, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasstrom so eingestellt wird, daß er eine über den Bereich seiner Bewegungsbahn im wesentlichen gleichförmige Strömung bildet, daß im wesentlichen alle organischen Materialien des Gasstromes katalytisch oxydiert werden und hieran anschließend der so behandelte Gasstrom in die Atmosphäre abgeführt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Abgases auf eine Temperatur oberhalb derjenigen erhöht wird, bei der die organischen Materialien kondensieren, vor der katalytischen Oxydation.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasstrom zur Entfernung grober Holzpartikel gefiltert wird vor der katalytischen Oxydation.

8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein negativer Druck an der Ausgangsseite des katalytischen Bereichs zur Hindurchführung des Gasstromes durch den katalytischen Bereich vorgesehen wird.

9. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Aktivierungsgas dem Abgas zugeführt wird vor der Einstellung des Gasstroms.

509829/0736

Leerseite