DE2838093A1

DE2838093A1 - Verfahren und vorrichtung zur behandlung von abgas

Info

Publication number: DE2838093A1
Application number: DE19782838093
Authority: DE
Inventors: Kazuhiro Matsumoto; Toru Seto; Takeji Tanaka
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1977-08-31
Filing date: 1978-08-31
Publication date: 1979-03-08
Also published as: US4307068A; DE2838093C2; ES473566A1; JPS5824174B2; JPS5438265A; FR2402064B1; FR2402064A1

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Behandlung bzw. Reinigung eines Stickoxide (NO ) Sauerstoff und Ruß enthaltenden Abgases, beispielsweise der Abgase von schwerölbeheizten Kesseln, Sinteröfen, Kohlenfeuerungskesseln usw.

Es ist eine Abgasbehandlungsvorrichtung bekannt, bei der ein körnchenförmiger bzw. (Granulat-) Katalysator sphärischer oder zylindrischer Form in einen Reaktor R gepackt ist und eine katalytische Reaktion durch Einleiten des Abgases G in die Füllkörperschicht P und Hindurchleiten durch diese bewirkt wird (vergl. Fig. 1). Ein Nachteil dieser Vorrichtung besteht darin, daß bei in dem Reaktionsgas enthaltenen Feststoffteilchen, wie Ruß, sich dieser an der Füllkörperschicht P absetzt und die Gasdurchgänge verstopft, wodurch der Druckabfall bzw. Druckverlust des Abgases im Reaktor R zunimmt, bis letzterer schließlich betriebsunfähig wird. Ein anderer Nachteil besteht darin, daß der Druckverlust bzw. -abfall im Reaktor R an sich bereits ziemlich groß ist, weil das Abgas die Katalysator-Füllkörperschicht P durchströmen muß.

Mit dem Ziel der Vermeidung dieser Nachteile ist ein Denitrierreaktor vorgeschlagen worden, bei dem in einem Reaktor bzw. einer Säule R mehrere ebene bzw. flache Füllkörperschichten P¹ aus körnigem Katalysatormaterial parallel zur Strömungsrichtung des Abgases G angeordnet sind (vergl. Fig. 2). Weiterhin ist auch neben dem aus Feststoffkörnchen bestehenden Katalysator ein wabenförmiger Katalysator vorgeschlagen worden. Bei beiden Katalysatoren strömt das Reaktionsgas parallel zu einer Kontaktfläche und beide bieten den Vorteil, daß der Druckabfall klein ist und die Arbeitsweise durch Ruß kaum beeinflußt wird. Falls jedoch beim erstgenannten Katalysator die Zwischenräume zwischen den Katalysatorkörnchen durch Ruß blockiert werden, ergeben sich dieselben Schwierigkeiten wie bei der Vorrichtung

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gemäß Fig. 1. Der Wabenkatalysator ist dagegen mit dem Nachteil behaftet, daß die Fertigungskosten für ihn hoch sind und noch Probleme bezüglich der praktischen Verwendbarkeit bestehen.

Aufgabe der Erfindung ist damit die Ausschaltung der Nachteile und Mangel des Stands der Technik durch Schaffung eines verbesserten Verfahrens zur Behandlung von Abgas sowie einer Vorrichtung unter Verwendung von Katalysatorplattenstapeln mit Abstandstücken oder Vorsprüngen bzw. solcher Stapel mit darin ausgebildeten Durchgängen. Durch diese Ausbildung lassen sich zahlreiche Vorteile erzielen, weil das Verstopfen des Katalysatorstapels durch den im Abgas enthaltenen Ruß verhindert wird, die Kontaktflache pro Volumeneinheit des Kataly^ sators vergrößert, der Kontaktierungswirkungsgrad bzw. die Wirksamkeit der Berührung mit dem Abgas verbessert ist und somit die Vorrichtung kompakt gebaut werden kann, so daß die Herstellung des Füllkörperstapels der Vorrichtung vereinfacht wird, und die Vorrichtung zudem ein niedriges G-ewicht und eine große mechanische Festigkeit besitzt und weiterhin einfach zu montieren ist.

Diese Aufgabe wird durch die in den beigefügten Patentansprüchen gekennzeichneten Merkmale und Maßnahmen gelöst.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine teilweise ausgebrochene, schematische perspektivische Darstellung eines bisherigen Denitrier-Reaktors,

Fig. 2 eine Schnittansicht eines anderen bisherigen Reaktors,

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Fig. 3 eine teilweise ausgekrochene, schematische perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Denitrier-Reaktors unter Verwendung ebener bzw. plattenförmiger Katalysatoren,

Fig. 4 einen schematischen Schnitt IV-I? gemäß Fig. 3,

Fig. 5 eine perspektivische Darstellung eines Stapels von Katalysatorplatten mit zwischengefügten Abstandstücken,

Fig. 6 eine ähnliche Darstellung wie Fig. 5, bei welcher die Katalysatorplatten jedoch auf anderer Weise miteinander verbunden sind,

Fig. 7 eine perspektivische Darstellung eines Stapels gewellter Katalysatorplatten mit zwischengeordneten Abstandstücken wellenförmigen Querschnitts,

Fig. 8 eine perspektivische Darstellung des unteren Rahmenteils eines rechteckigen Rahmens zum Verspannen der Kat'alysatorplattenblöcke,

Fig. 9 eine perspektivische Darstellung eines zusammengesetzten, den unteren Rahmenteil nach Fig. 8 enthaltenden Rechteckrahmens,

Fig.10 eine perspektivische Darstellung, die die Möglichkeit zum Einsetzen der Plattenblöcke in einen Rechteckrahmen zeigt,

Fig.11 einen schematischen Schnitt, der eine Möglichkeit zur Befestigung der Plattenblöcke in einem rechteckigen Rahmen veranschaulicht,

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Fig. 12 eine perspektivische Darstellung eines Stapels von Katalysatorplatten mit angeformten ■Vorsprüngen bzw. Stegen,

Pig. 13 eine perspektivische Darstellung einer Katalysatorplatte von der mit den Stegen gemäß Fig. 12 versehenen Seite,

Fig. 14- eine perspektivische Darstellung eines zusammengesetzten Stapels von Katalysatorplatten mit Stegen,

Fig. 15 eine perspektivische Darstellung eines Stapels von Katalysatorplatten mit an beiden Seiten angeformten VorSprüngen bzw. Stegen,

Fig. 16 eine perspektivische Darstellung einer Katalysatorplatte mit an ihrer einen Fläche vorgesehenen, einzelnen bzw. auf Abstände verteilten Vorsprüngen,

Fig. 17 eine ähnliche Darstellung wie Fig. 16 der anderen Seite der Katalysatorplatte,

Fig. 18, 19 und 20 jeweils perspektivische Darstellungen weiterer Ausführungsformen von mit VorSprüngen bzw. Stegen versehenen Katalysatorplatten,

Fig. 21 eine perspektivische Darstellung eines rechteckigen Katalysatorblocks mit durchgehenden Schlitzen,

Fig. 22, 23 und 24 jeweils perspektivische Darstellungen verschiedener Arten rechteckiger Katalysatorblöcke mit Gasdurchgängen quadratischen Querschnitts,

Fig. 25, 26 und 27 jeweils perspektivische Darstellungen verschiedener Ausführungsformen rechteckiger Katalysatorblöcke mit rohrförmigen Gasdurchgängen,

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Fig. 28 und 29 jeweils schematische perspektivische Darstellungen, wie die rechteckförmigen Katalysatorblöcke mit Gasdurchgängen zusammengesetzt werden,

Fig. 30 eine schematische perspektivische Darstellung eines Metallrahmens zum Verspannen der zusammengesetzten Katalysatorblöcke,

Fig. 31 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels des erfin-• dungsgemäßen Verfahrens zur Behandlung von Abgas in Anwendung auf das Abgas eines mit Schweröl beheizten Kessels,

Fig. 32 eine ähnliche Darstellung wie Fig. 31 zur Veranschaulichung eines anderen Ausführungsbeispiels in Anwendung auf Kohlenkessel-Abgas und

Fig. 33 eine teilweise ausgebrochene perspektivische Darstellung eines einfachen Staubabscheiders zur Verwendung bei dem Verfahren und der Vorrichtung gemäß der Erfindung.

Im folgenden ist die Erfindung zunächst in Verbindung mit durch Abstandstücke verbundene Katalysatorplattenstapeln beschrieben, für welche ein Beispiel in den Fig. 3 und 4- dargestellt ist. Dabei sind flache Katalysatorplatten 1 in mehrlagiger Anordnung und unter Aufrechterhaltung fester Abstände zwischen sich sowie unter Bildung einer Katalysator-Plattengruppe bzw. eines -stapeis 6 in einen Reaktor 2 eingesetzt. Zwischen den nebeneinander liegenden Katalysatorplatten des Stapels 6 sind Abgas-Durchgänge 3 gebildet, so daß ein Abgas über einen Einlaß 4- in den Reaktor 2 einströmen und über einen Auslaß 5 austreten kann. Zur Bildung des Katalysatorplattenstapels 6 sind beispielsweise zwischen die jeweils nebeneinander liegenden Platten aus Gips und/oder Calciumsilikat mit den ungefähren Abmessungen

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von 1 m Länge, 1 m Breite und 1 cm Dicke Abstandstücke 7 demselben Material eingefügt, die eine Länge von Im, eine Breite von 5 cm und. eine Dicke von 5-50 mm besitzen und die mit Hilfe eines Binde- oder Klebmittels fest mit den Platten verbunden sind. Wahlweise können mehrere Platten 1 auf die in Fig. 6 veranschaulichte Weise mit Hilfe von Nägeln. zu einem Block zusammengesetzt werden. Falls gemäß Fig. 7 gewellte Platten 1' verwendet werden, kann ebenso mit Hilfe von Abstandstücken 7¹ gewellten Querschnitts ein Plattenstapel 6' zusammengestellt werden.

Der auf diese Weise hergestellte Plattenstapel 6 bzw. 6' wird dadurch zu einem Katalysator gemacht, daß der Stapel in eine wässrige Lösung eingetaucht wird, die einen oder mehrere Reaktionsaktivatoren, wie VOSO^, Ie₂(SO^)₅, CuSO^ o.dgl. enthält, bis die vom Plattenstapel aufgenommene Menge an Aktivatoren etwa 10 Gew.-% bezogen auf das Gewicht des Plattenstapels 6 bzw. 6¹,beträgt. Wahlweise kann auf die Plattenoberflächen des Plattenstapels 6 bzw. 6¹ eine Aufschlämmung aufgetragen werden, die durch Vermischen von 90 Gew.-% TiO₂ und 10 Gew.-% eines oder mehrerer der Reaktionsaktivatoren, wie ^₂O₁-, MoO₁-,, WO₂ usw. hergestellt worden ist, bis eine Schichtdicke der Aufschlämmung von etwa 0,1 - 1 mm erreicht ist.

Nachstehend ist ein rechteckiger Rahmen zur Aufnahme bzw. Halterung des auf beschriebene Weise zu einem Katalysator umgewandelten, blockförmigen Plattenstapels 6 bzw. 6' beschrieben. Fig. 8 zeigt in perspektivischer Darstellung einen Unterteil 9 eines rechteckigen Rahmens, der hauptsächlich aus Stahl-U-Profilen und.Stahlplatten zusammengesetzt ist. Dabei sind obere Bodenplatten A (Versteifungsplatten), Seitenplatten B, Spannplatten C sowie weitere Elemente D vorgesehen, die sämtlich aus U-Profilen aus Stahl bestehen. Die Spannplatte G

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des Rahmenunterteils 9 ist an mehreren Stellen, bei der dargestellten Ausführungsform an drei Stellen, mit Gewindebohrungen C1, C2 und C3 versehen und an den Platten A und B angeschweißt.

Fig. 9 veranschaulicht den Aufbau eines rechteckigen Rahmens, bei dem ein Oberteil 10 genau denselben Aufbau besitzt wie der Unterteil 9 gemäß Fig. 8, nur mit dem Unterschied, daß anstelle der Spannplatten G Stahlplatten C ohne Gewindebohrungen vorgesehen sind. Der Zusammenbau mit dem Unterteil

9 erfolgt dabei mit Hilfe von Schrauben.

Beim Einsetzen einer Anzahl von blockförmigen Plattenstapeln 6 bzw. 6' der beschriebenen Art in einen solchen rechteckigen Rahmen zur Bildung einer Füllkörperanordnung auf die in Fig.

10 veranschaulichte Weise werden die Katalysator-Plattenstapel 6 nacheinander in einer Anordnung von z.B. 7 bis 10 Stapeln, angefangen von der den Spannplatten G gegenüberliegenden Seite her, in den Rahmenunterteil 9 eingesetzt, worauf am Ende eine Druckplatte 11 angeordnet wird und hierauf der Rahmenoberteil 10 mit Hilfe von Schrauben am Unterteil befestigt wird. Das Verdichten bzw. Verspannen des Stapels erfolgt dann mit Hilfe von z.B. 10 - 25 cm langen Schrauben 12, die durch die als Widerlager dienenden Spannplatten C hindurch gegen die Druckplatte 1 festgezogen werden.

Die beschriebenen, plattenförmigen Katalysatorpackungen mit zugeordneten Abstandstücken bieten die folgenden konstruktiven Vorteile:

1. Die Konstruktion ermöglicht das Packen bzw. Zusammensetzen plattenförmiger Katalysatoren.

2. Durch Änderung der Dicke der Abstandstücke kann der Zwischenraum zwischen benachbarten Platten im Plattenstapelblock leicht eingestellt werden.

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3. Durch die Verbindung des Plattenstapels unter Verwendung von Abstandstücken wird die mechanische Festigkeit der Anordnung verbessert.

4. Der Rechteckrahmen zur Aufnahme der blockförmigen Katalysatorplattenstapel läßt sich leicht zusammensetzen, er besitzt ein niedriges Gewicht sowie eine große mechanische Steifigkeit bzw. Festigkeit, und er kann ohne weiteres dem Abgas ausgesetzt werden.

5. Da die Anordnung einen Rechteckstapel aus plattenförmigen Katalysatoren darstellt, kann sie sowohl lotrecht als auch waagerecht gestapelt werden, so daß eine Behandlung des Abgases bei größerem Durchsatz möglich ist.

6. Da die Katalysatorplatten mittels Schrauben über eine Druckplatte festgelegt sind, kann jede beliebige Anzahl solcher Platten vor Schwingungen und thermischer Beanspruchungen geschützt werden; außerdem wird dadurch der Transport der Katalysatoren vereinfacht.

7. Das Auswechseln der Katalysatorplatten ist einfach.

8. Die blockförmigen Plattenstapel können in zusammengesetztem Zustand zu einem Katalysator umgesetzt werden.

Im folgenden sind Stapel aus Katalysatorplatten mit Vorsprüngen bzw. Stegen beschrieben. Bei diesen Ausführungsformen werden mehrere gehärtete, plattenförmige Körper aus im allgemeinen Gips und/oder Calciumsilikat, die jeweils an zumindestens einer Seite mit einer Anzahl mit Abstand voneinander angeordneten Vorsprüngen bzw. Stegen versehen sind, parallel zueinander angeordnet und mit jeweils in dieselbe.Richtung weisenden Vorsprüngen zusammengesetzt, wobei Abgas-Durchgänge festgelegt bzw. gebildet werden, so daß das Abgas die Spalten

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zwischen den gehärteten Körpern durchströmen kann. Fig. 12 veranschaulicht vier zu einem Stapel zusammengesetzte Katalysatorplatten 1 mit Vorsprüngen bzw. Stegen 13. In Fig. 13 ist eine Katalysatorplatte mit nach oben weisenden Stegen 13 dargestellt. Die Höhe der Stege 13 ist dabei nach den jeweiligen Betriebsbedingungen des Reaktors bemessen; normalerweise liegt sie bei 10 - 50 mm. Es sei darauf hingewiesen, daß die wirksame Oberfläche der Katalysatorplatte 1 dadurch vorgrößert werden kann, daß sie als angerauhte Fläche mit einer Vielzahl von Erhebungen und Vertiefungen (vergl. Fig. 12 und 13) ausgebildet ist. Fig. 14 zeigt die als "Füllkörperpackung" in einen Reaktor 2 mit Abgas-Einlaß 4 und Abgas-Auslaß 5 eingesetzten Katalysatorplatten 1.

In den Fig. 15 bis 17 sind jeweils Katalysatorplatten 1 mit an beiden Flächen vorgesehenen, länglichen Vorsprüngen bzw. Stegen 13, eine Katalysatorplatte 1 mit einzelnen, voneinander entfernten Vorsprüngen 13' und die Rückseite dieser letzteren Katalysatorplatte dargestellt. Die in Fig. 17 sichtbaren Vertiefungen 14 nehmen beim Stapeln der Platten die getrennten Vorsprünge 13' der jeweils anschließenden Katalysatorplatte 1 auf. Fig. 18 veranschaulicht eine Abwandlung der Katalysatorplatte 1, bei welcher zur Verhinderung einer gegenseitigen Verschiebung der Katalysatorplatten 1 in der Plattenrückseite je eine auf jeden Steg 13 ausgerichtete Nut 15 vorgesehen ist. Fig. 19 zeigt eine weitere Abwandlung der Katalysatorplatte 1, bei welcher die Stege 13 gegenüber der Lotrechten einen Winkel aufweisen und die verschiedenen Katalysatorplatten 1 beim Stapeln auf die in Fig. 19 gezeigte Weise zusammengesetzt werden. Fig. 20 veranschaulicht noch eine weitere Abwandlung der Katalysatorplatte 1, die - wie in Fig. 15 - auf beiden Seiten bzw. Oberflächen mit Stegen 13 versehen ist, wobei in der Oberseite jeden Stegs auf der einen Plattenseite jeweils eine Nut 16 angeformt ist.

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Die beschriebenen Vorsprünge verschiedenartiger Form, die als Abstandstücke beim stapelartigen Zusammensetzen der Katalysatorplatten dienen, vermögen wirksam eine Relativverschiebung der betreffenden Platten sowie mechanische Spannungen der gehärteten Plattenkörper im Fertigungsverlauf zu verhindern.

Die beschriebenen Katalysatorplatten 1 werden in der Weise hergestellt, daß ein im wesentlichen aus Gips und/oder Calciumsilikat und einem Anteil von Aktivatoren bestehendes Hydrogranulat-Material gemischt, in eine Form eingeschüttet und ausgehärtet wird. Als solches Material wird entweder Halbhydrat-Gips oder Anhydrit allein, ein gemischtes Granulat aus Gips und Zement oder ein Gemisch aus Halbhydrat gips, Titanoxid und Calciumsilikat verwendet. Als Aktivatoranteil können Oxide oder Sulfate von Vanadium, Molybdän, Wolfram, Eisen, Chrom, Kupfer u.dgl. entweder für sich allein oder im Gemisch miteinander verwendet werden. Die Aktivierung erfolgt dabei auf dieselbe, vorher in Verbindung mit den Katalysatorplatten mit zugeordneten Abstandstücken beschriebene Weise.

Im folgenden ist eine Katalysator anordnung mit Gasdurchgängen beschrieben. Diese Anordnung bzw. dieser Katalysatorblock, bestehend im wesentlichen aus Gips und Calciumsilikat, besitzt eine rechteckige Form, und weist zahlreiche gegenüberliegende Flächen entweder lotrecht oder waagerecht durchsetzende Öffnungen bzw. Durchgänge auf. Dieser Katalysatorblock besitzt eine große Oberfläche pro Volumeneinheit und eine hohe mechanische Festigkeit, und er läßt sich leicht handhaben, weil beim Zusammensetzen mehrerer Blöcke zu Katalysatoreinheiten lediglieh die einzelnen Blöcke zu einem regelmäßigen Stapel zusammengesetzt werden müssen.

In den Fig. 21 bis 27, die verschiedene Ausführungsformen der Erfindung veranschaulichen, gibt jeweils ein Pfeil die Strömungsrichtung des Abgases durch den betreffenden Katalysatorblock 17 an.

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Gemäß Fig. 21 sind in einem rechteckigen Block mit den Abmessungen 500 χ 500 χ 300 mm schlitzförmige Gasdurchgänge vorgesehen. Bei der dargestellten Ausführungsform sind beispielsweise 25 rechteckige Durchgänge mit einem Querschnitt von 20 χ 460 mm in Längsrichtung angeordnet. Die Wanddicke zwischen den Durchgängen beträgt dabei 5 n™* die Wanddicke am Außenumfang hingegen 10 mm.

In Fig. 22 ist ein Katalysatorblock mit quadratischen Durchgängen dargestellt, dessen mechanische Festigkeit wesentlich erhöht ist. Gemäß den Fig. 23 und 24 sind an einem Teil der Seitenflächen bzw. an allen Seitenflächen eines Katalysatorblocks Vorsprünge bzw. Stege angeformt, durch welche die Gaskontaktierungsflache vergrößert wird, wenn mehrere derartige Katalysatorblöcke zu einem Stapel zusammengesetzt sind. Die Fig. 25 bis 27 veranschaulichen Beispiele für Katalysatorblöcke, die von durchgehenden, rohrförmigen Gasdurchgängen durchsetzt werden. Obgleich diese Konstruktion etwas höhere Fertigungskosten bedingt, kann hierdurch die Kontaktfläche pro Volumeneinheit weiter vergrößert werden.

Wenn diese Blöcke 17 zu einem Katalysatorstapel zusammengesetzt werden, brauchen sie gemäß den Fig. 28 und 29 lediglich in Längsrichtung, in Querrichtung und lotrecht mit in vorgegebener Richtung verlaufenden Durchgängen aneinander angesetzt bzw. aufeinandergesezt und beispielsweise mittels eines Stahlrahmens (Fig. 30) gegeneinander verspannt zu werden, wodurch der Transport,der Einbau in eine Vorrichtung und der Ausbau des Katalysatorstapels aus der Vorrichtung vereinfacht werden. Die Aktivierung der Katalysatorblöcke erfolgt wiederum auf die vorher beschriebene Weise.

Die mit Abstandstücken verbundenen Katalysatorplatten, die Katalysatorplatten mit Vorsprüngen bzw. Stegen und die mit Gas-

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durchgängen versehenen Katalysatorblöcke bieten die Vorteile, daß sich Ruß, der von einem parallel zu einer Katalysatorfläche strömenden Gas mitgeführt wird, kaum im Katalysatorstapel absetzen und etwa abgelagerter Ruß durch einen Quergasstrom mit einer Lineargeschwindigkeit von 4 m/s oder mehr wieder abgetragen werden kann, so daß im Laufe der Zeit keine Zunahme der Rußablagerung auftritt und damit der Katalysator über lange Betriebszeiträume hinweg betriebsfähig gehalten werden kann.

Ein anderer Vorteil besteht darin, daß die Vorrichtung wenig Elemente aufweist, die einen Druckabfall aufgrund der Behinderung (collision), Expansion, Kontraktion und Umlenkung des Gasstroms hervorrufen, so daß die zulässige lineare Gasgeschwindigkeit bei einem Druckabfall von etwa 40 - 200 mm Wassersäule etwa 4-15 m/s beträgt. Diese Strömungsgeschwindigkeit ist erheblich größer als die Lineargeschwindigkeit von etwa 1 m/s bei bisherigen Granulat-Katalysatoren. Durch diese hohe Lineargeschwindigkeit wird ein "Wegblaseffekt" des abgelagerten Ruß erreicht und bei turbulenter Gasströmung wird die Gasdiffusion in der Gasphase wirksamer, wodurch auch der Denittierungsgrad verbessert wird. Außerdem ist der Einbau des DenitrLerungsreaktors in einen vorhandenen Rauchzug bzw. Abgasschlot oder -kamin möglich.

Im folgenden ist die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzielte Denitrierungswirkung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele erläutert.

Fig. 31 veranschaulicht schematisch ein bevorzugtes Verfahren gemäß der Erfindung für die Behandlung von Abgas von einem mit Schweröl beheizten Kessel. Das aus dem Kessel 18 austretende Abgas wird aus dem Bereich eines Vorwärmers zu einem Rauchzug (flue) geleitet, an dem ein Teil des Abgases für eine Pilotbzw, Versuchsanlage (pilot plant) abgezweigt wird. In diesem

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Zweigkanal wird das Abgas mit über einen Einlaß 19 zugeführtem NILr-Gas für die Denitrierreaktion vermischt und dann zu einem Denitrierungsreaktor 2 geleitet, in welchem eine Denitrierungsreaktion durch Umsetzung von NO mit NiL, zwecks Umwandlung in harmlosen Stickstof erfolgt.

Der bei dieser Anlage eingesetzte Reaktor besitzt die Ausbildung gemäß den Fig. 3 und 4. Als Katalysator wird eine Katalysatorplatte verwendet, bei welcher eine Vanadiumverbindung von Calciumsilikat getragen wird. Die Lineargeschwindigkeit des Abgases beträgt 4,5 m/s, während die Temperatur 380° C, die Rußkonzentration etwa 0,02 - 0,03 g/Nm , die Ν0_χ- Konzentration 150 - 250 ppm (parts per million) und die NH^-Konzentration I50 - 250 ppm betragen. Das denitrierte Gas wird über ein Gebläse 26 und einen Luftvorwärmer 22 geleitet und dann über eine Esse bzw. einen Schlot 27 als sauberes Gas in die Atmosphäre entlassen.

Im Dauerbetrieb über einen Zeitraum von etwa 5000 h ist der Denitrierungsgrad gleichbleibend bei 92 - 93% geblieben; eine Tendenz zu einer Abnahme ist nicht zu beobachten gewesen. Zudem hat der Druckabfall im Denitrierungsreaktor unverändert bei 35 mm Wassersäule betragen.

Wenn die Rußkonzentration vergleichsweise niedrig ist, wie dies beim Abgas eines mit Schweröl beheizten Kessels, eines Sinterofens o.dgl. der Fall ist, lassen sich zufriedenstellende Ergebnisse mit einem Denitrierungsreaktor unter Verwendung der vorher beschriebenen Katalysatorstapel erzielen. Wenn dagegen die Rußkonzentration, etwa im Fall des Abgases eines mit Kohle beheizten Kessels, hoch ist, treten Nachteile bezüglich einer Verringerung der Katalysatorwirksamkeit aufgrund der Ablagerung von Ruß am Katalysator sowie eines Verschleißes des Katalysators durch den beim Durchströmen der Katalysatorschicht bzw. des Katalysatorstapels auf den

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Katalysator auftreffenden Rußes auf. Dieses Problem könnte zwar durch Abscheidung des Eußes mit Hilfe eines Hochleistung-Staubabscheiders, etwa eines elektrischen Staubfängers, vor dem Einleiten des Abgases in den Kätalysatorstapel gelöst werden. Da der elektrische Staubabscheider dabei jedoch am Auslaß eines Vorwärmers angeordnet ist, - im Hinblick auf die Reaktionsbedingungen im Denitrierungsreaktor (wünschenswerte Temperatur z.B. im Bereich von 300 - 400° G) - muß es sich bei diesem Staubabscheider um eine Vorrichtung mit sehr großem Fassungsvermögen handeln, weil das Abgas infolge thermischer Ausdehnung ein vergrößertes Volumen besitzt. Der Einbau des Staubabscheiders bedingt daher einen großen Aufwand beim Einbau und einen großen Einbauraum, so daß die Verwendung eines solchen Staubabscheiders in der Praxis nicht günstig erscheint.

Im Hinblick auf diese Gegebenheiten sind erfindungsgemäß verschiedene Untersuchungen mit dem Ziel der Entwicklung eines Denitrierungsreaktors durchgeführt worden, der einen verhältnismäßig einfachen Aufbau besitzt und dennoch durch Aufrechterhai tung der Katalysatorfunktion über einen langen Zeitraum hinweg ausgezeichnete Denitrierleistungen gewährleistet.. Als Ergebnis dieser Untersuchungen hat es sich herausgestellt, daß das angegebene Ziel durch Schaffung eines zweckmäßig einfachen Staubabscheiders erreicht werden kann, der in Verbindung mit dem aus Katalysatorplatten bestehenden Denitrierungsreaktor einsetzbar ist.

Im Zusammenhang mit dem genannten einfachen Staubabscheider haben Versuche bestätigt, daß das Ausmaß des durch Aufprallen von Ruß auf die Katalysatoroberfläche hervorgerufenen Katalysatorverschleißes beim Durchströmen des Rußes durch die Katalysatorschicht bzw. den Katalysatorstapel dem Teilchendurchmesser des Rußes, der Rußkonzentration und der Gasströmungsgeschwindigkeit proportional ist; insbesondere ist dabei der Einfluß des Rußteilchendurchmessers sehr groß. Als wirksame Maßnahme zur

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Verhinderung eines solchen Verschleißes hat es sich daher herausgestellt, daß der Katalysatorverschleiß nahezu völlig vermieden werden kann, wenn selektiv nur der Rußanteil mit einem Teilchendurchmesser von 50 - 60 um oder mehr abgetrennt wird, der im allgemeinen nur etwa 5 - 10 Gew.-% des Gesamtrußes ausmacht. Die angegebene Aufgabe kann somit mit einem einfachen Staubabscheider gelöst werden, welcher nur die größeren, einen bestimmten Teil des im Abgas enthaltenen Rußes ausmachenden Rußteilchen abzuscheiden vermag. Die erfindungsgemäße Vorrichtung bietet damit die folgenden Vorteile:

(a) Der Einbauraumbedarf ist gering; die Anlage kann außerhalb der vorhandenen Leitung zusammengesetzt werden; die Einbaukosten sind niedrig.

(b) Der Druckverlust oder -abfall ist niedrig, so daß der Antriebsleistungsaufwand weitgehend verringert werden kann.

(c) Die Wartung ist einfach und die Wartungskosten sind niedrig.

Die erwähnte Abwandlung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist nachstehend anhand von Jig. 32 näher erläutert. Die in Fig. 32 dargestellte Behandlungsanlage stellt eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung in Anwendung auf Kohlenkessel-Abgas dar. Das von einem Kessel 18 kommende Abgas wird von einem Vorwärmerauslaß zu einem Rauchzug geleitet, mit dem über einen Einlaß 19 zugeführten HIU-Gas für die Denitrierungsreaktion vermischt und dann zu einem einfachen Staubabscheider 20 geleitet wird. In letzterem wird der Rußanteil mit Teilchen größeren Durchmessers dem Abgas entzogen und über eine Austragleitung 21 aus der Anlage abgeführt. Sodann wird das Abgas zu einem Denitrierungsreaktor 2 in Form von Katalysatorplattenstapeln mit Abstandstücken oder Vorsprüngen oder in Form von Katalysatorstapeln mit Gasdurchgängen geführt und in diesem Reaktor

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einer Denitrierungsreaktion unterworfen, in deren Verlauf NO mit RS_x zu harmlosem Stickstoff umgesetzt wird. Der vom Abgas mitgeführte Ruß durchläuft den Katalysatorstapel bzw. das Katalysatorbett, ohne innerhalb des Eeaktors anzuhaften und sich abzusetzen. Das denitrierte Abgas wird zu einem Luftvorwärmer 22 geleitet. Nach der Wärmerückgewinnung in diesem Vorwärmer tritt das Abgas mit niedriger Temperatur in einen elektrischen Staubabscheider 23 ein, in welchem ihm der größte Teil des restlichen Rußes entzogen wird. Der abgeschiedene Ruß wird durch eine Austragleitung 24 gefördert und zusammen mit dem im einfachen Staubabscheider 20 abgetrennten Ruß als Flugasche 25 gesammelt.

Das aus dem elektrischen Staubabscheider 23 austretende Abgas durchströmt ein Gebläse 26 und wird dann über eine Esse bzw. einen Schlot 27 als gereinigtes Gas in die Atmosphäre abgegeben.

33 zeigt ein Beispiel für einen einfachen, beim Verfahren und bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung verwendbaren Staubabscheider 20. Dabei strömt Abgas 28 in einen Gaseinlaßzylinder 29 ein, in welchem das Abgas durch Leitschaufeln 30 in eine Wirbelbewegung versetzt wird. Mit dieser Verwirbelung wird das Abgas zu einem Zylinderauslaß geleitet, wobei der Ruß durch die Zentrifugaltrennwirkung abgetrennt wird, und schließlich der Anteil des Rußes mit Teilchen größeren Durchmessers vom Gasstrom abgeschieden und in einem Staubsammeltrichter 33 aufgefangen wird. Das den restlichen Ruß enthaltende Abgas tritt als Auslaßgas aus dem Auslaßrohr 31 aus und wird in den Reaktor 2 eingeleitet. Der Staubabscheider 20 gemäß Fig. 33 weist dabei ein seine Außenwand bildendes Gehäuse 32 auf.

Obgleich vorstehend ein Beispiel für einen Staubabscheider 20 mit einem Axialstrom-Zyklonabscheider dargestellt und beschrieben

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ist, ist der Staubabscheider keineswegs auf diese Konstruktion beschränkt, vielmehr sind je nach der Verteilung der Rußteilchen verschiedenen Durchmessers im Abgas, verschiedene Arten einfacher Staubabscheider anwendbar, beispielsweise Absetzoder Prellplatteneinrichtungen o.dgl. Versuche haben jedoch gezeigt, daß bei der Behandlung des Abgases mit herkömmlichen Zyklonabscheidern anstelle des Axialstrom-Zyklonabscheiders für abgeschiedene Rußteilchen mit Durchmessern von 15-25 um oder größer in einem Denitrierungsreaktor die Ablagerung von Ruß auf den Katalysatorplatten im Gegenteil noch zunimmt. Es hat sich somit herausgestellt, daß eine zweckmäßige Größe für den Durchmesser der abzuscheidenden Rußteilchen besteht, und daß bei möglichst weitgehend in einem Bereich liegenden größeren Rußteilchen, in welchem das Abrieb- bzw. Verschleißproblem unter Berücksichtigung der Abriebwirkung des Rußes und der Gasströmungsgeschwindigkeit nicht gegeben ist, die verbleibenden größeren Rußteilchen wirksam die Anlagerung von Ruß aufgrund des "Wegblas-Effektes" bzw. ihrer Abtragwirkung verhindern können.

Im folgenden ist ein Beispiel für die mit dem erfindungsge— mäßen Verfahren erzielbare Denitrierung erläutert. Der hierbei verwendete Reaktor besitzt den Aufbau gemäß Fig. 3 und 4·. Als Katalysator werden ebene Katalysatorelemente bzw. Katalysatorplatten aus einer Vanadiumverbindung auf Calciumsilikat-Substratplatten benutzt. Die lineare Gasströmungsgeschwindigkeit beträgt 6 m/s, .und die Temperatur 360° C. Dem Abgas wurde am Vorwärmerauslaß des Kohlekessels TSH, zugesetzt, worauf das Gemisch in den Reaktor eingeführt wurde.

Die Rußkonzentration beträgt etwa 5-12 g/Hm , während der mittlere Rußteilchendurchmesser bei etwa 20 pm, die NO Konzentration bei 200 - 250 ppm und die HIL-Konzentration bei 200 - 250 ppm liegen.

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Die Anlage wurde zunächst über einen langen Zeitraum -von 1OOO Stunden ohne den Staubabscheider betrieben. Der dabei erreichte Denitrierungsgrad hat 95% betragen; er fiel jedoch im Laufe der Zeit ab. Darüber hinaus nahm auch der Druckabfall im Reaktor, der anfänglich 40 mm Wassersäule betragen hat, etwas ab.

Bei einer untersuchung nach Öffnen der Anlage konnte zwar keine Rußablagerung auf den Katalysatorplatten festgestellt werden, doch war ein Abrieb bzw. Verschleiß der Katalysatoroberflächen festzustellen.

Sodann sind Rußteilchen mit einem Durchmesser von 50-60 um oder mehr zunächst mit Hilfe eines dem Reaktor 2 vorgeschalteten Axialstrom-Zyklonabscheiders der Art gemäß ίig. 35 abgetrennt worden. Die Rußkonzentration am Auslaß des Staubabscheiders hat dann etwa 4 - lOg/lTnr , der Staubabtrenn-Wirkungsgrad etwa 15%, "und der Druckverlust entsprach etwa 25 mm HO.

Im Dauerbetrieb der Anlage über einen Zeitraum von 1000 h wurde ständig eine IiO -Konzentration von 10 - 15 ppm am Auslaß ermittelt. Der Druckabfall im Reaktor betrug zudem etwa 4-0 nun Wassersäule und es konnte keine zeitabhängige Änderung dieses Druckabfalls festgestellt werden.

Bei einer anschließenden Überprüfung konnten weder Verschleiß der Katalysatoren, noch Ablagerung und Ansammlung von Ruß festgestellt werden. Wenn dagegen Abgas, das Rußteilcben mit einem Durchmesser von 15 - 25 um oder mehr enthält, anstatt mit dem Axialstrom-Zykloiiabscheider mit einem herkömmlichen Zyklonabscheider behandelt worden ist, hat sich nach dem Dauerbetrieb des Reaktors über denselben Zeitraum gezeigt, daß sich der Ruß zunehmend ablagert. Beim beschriebenen Ausführungsbeispiel

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werden somit die besten Ergebnisse dann erzielt, wenn Rußteilchen mit einem Durchmesser im Bereich von 50 - 60 um abgetrennt werden.

Wie aus der vorstehenden Beschreibung hervorgeht, benötigen das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung keinen üblichen Staubabscheider großer Abmessungen, vielmehr wird über einen langen Zeitraum hinweg eine gleichbleibend ausgezeichnete Denitrierleistung mit einem vergleichsweise einfach aufgebauten Staubabscheider und einem Denitrierreaktor in Form von gestapelten Katalysatorplatten erzielt. Die Erfindung besitzt damit einen großen praktischen Nutzwert.

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Claims

Patentansprüche;

1. Verfahren zur Behandlung eines Stickoxide, Sauerstoff und Ruß enthaltenden Abgases, bei dem die Stickoxide durch Zugabe von Ammoniak als Reduktionsmittel in Gegenwart eines Katalysators selektiv zu Stickstoff reduziert werden, dadurch ge kenn ζ e i chne t, daß die Beseitigung der Stickoxide in der Weise erfolgt, daß das Abgas in einen Denitrier-Reaktor eingeleitet wird, in welchem mehrere Katalysatorplattenstapel oder .Katalysatorstapel mit Gasdurchgängen parallel zur der Gasströmung angeordnet sind, und daß die !Lineargeschwindigkeit der Gasströmung durch den Reaktor auf 4-15 m/s eingestellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η ζ e i c hn e t, daß der im Abgas enthaltene Anteil an Rußteilchen mit größerem Durchmesser vor dem Einleiten in den Reaktor durch einen Abschneider und daß nach der Reduktion der Stick-

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oxide der größte Teil des verbleibenden Rußes mittels eines dem Reaktor nachgeschalteten Hochleistung-Abscheiders abgetrennt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Abscheider ein Axialstrom-Zyklonabscheider ist.

4-, Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Hochleistungs-Abscheider ein elektrischer Staubabscheider oder -sammler ist.

5. Denitrier-Reaktor zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennze lehnet, daß eine Plattengruppe bzw. ein Plattenstapel in Blockform vorgesehen ist, die bzw. der durch Befestigung von Abstandstücken zwischen einer Anzahl von planen bzw. ebenen oder gewellten Platten jeweils gleicher Abmessungen gebildet ist, daß der Plattenstapel durch Imprägnieren oder Beschichten mit einem Reaktionsaktivator zu einem Katalysator ausgebildet worden ist und daß mehrere blockförmige Plattenstapel zur Bildung einer Katalysatorplatten-Stapelanordnung oder -Packung zu einem rechteckförmigen Gebilde zusammengesetzt und gegeneinander verspannt werden, wobei das Abgas die Zwischenräume zwischen den Platten des Stapels durchströmt.

6. Reaktor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichn e t , daß jeder Plattenstapel eine Anzahl gehärteter Katalysatorplatten mit jeweils mehreren, an mindestens einer Fläche mit Abstand voneinander angeordneten Vorsprüngen aufweist, daß die Platten parallel zueinander mit in dieselbe Richtung weisenden Vorsprüngen zu einem Block oder Stapel zusammengesetzt sind, daß die Platten zur Bildung eines Katalysators mit einem Reaktionsaktivator imprägniert oder

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beschichtet sind, wobei Gasdurchlasse gebildet werden, so daß Gas zwischen den durch die Vorsprünge gebildeten Zwischenräume der Platten strömen kann.

7. Reaktor nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet , daß in einem rechteckigen Körper eine Vielzahl von dessen einer zur anderen entgegengesetzten Fläche durchgehende Gasdurchgänge in gleichen Abständen voneinander vorgesehen sind und daß eine Vielzahl solcher Körper unter Bildung eines blockförmigen Stapels aufeinander gesetzt sind.

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