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TITEL DER ERFINDUNG
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Verfahren und Katalysator zur Nachverbrennung von Abprodukten ANWENDUNGSGEBIET
D3R ERFINDUNG Die erfindung betrifft ein Verfahren und einen Katalysator für die
katalytische Nachverbrennung der bei der Paraffinoxydation anfallenden uniweltbelästigenden
Abprodukte mit hohem Energieinhalt.
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CHARÄKTERISTlK DER BEEANNTSN TECHNISCHEN LÖSUNGEN Mit der DD 108 220
wurde vorgeschlagen, der Nachverbrennungsanlage Energie von außerhalb des Gesamtsystems
zuzuführen und die Wärmeenergie direkt in den tJmluftkreislauf abzugeben.
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kit der DE 1 264 671 wurde vorgeschlagen, die Heizelemente einer Nachverbrennungsanlage
mit einer katalytisch aktiven Masse zu überziehen. Diese Lösung setzt voraus, daß
sowohl vor dem Katalysator als auch bei der Nachverbrennung elektrische Heizelemente
angeordnet sind.
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Durch die bei diesen beiden Lösungen erforderliche bedeutende Energiezufuhr
von außerhalb des Gesamtsystems sind diese energiewirtschaftlich nicht effektiv.
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Es ist ferner bekannt, für die Oxydation organischer Stoffe als Katalysatoren
Edelmetalle oder ilnedelmetalloxide, die auf metallische oder karamische Trägermaterialien
aufgebracht sind, zu verwenden. Edelmetall-Katalysatoren arbeiten bei einer relativ
niedrigen Arbeitstemperatur und haben einen relativ hohen Wirkungsgrad. Bei einem
hohen Anteil an Brennbarem im Abgas tritt aber eine hohe thermische Kontaktbelastung
auf. Durch Zumischen von i?rischluft läßt sich diese Kontaktbelastung zwar verringern,
dadurch besteht aber andererseits, besonders bei schwankendem Anfall von Brennbarem
im Abgas, die Gefahr des Ausblasens des Reaktors und außerdem wird auf Grund der
abgesenkten Abgastemperaturen eine potentielle Abwarmeverwertung uneffektiv.
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gie mit Unedelmetalloxid-Katalysatoren durchgeführten Versuche ergaben,
daß erst bei einer Vorwärmtemperatur des Abgases über 3500 C der Wirkungsgrad über
90 % liegt. Und dieser ist, damit ein hohes Temperaturniveau in der Anlage erreicht
wird, erforderlich.
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Auch bei dieser Lösung kommt es zu hohen thermischen Belastungen des
Reaktors und der gesamten Nachverbrennungsanlage. Dardber hinaus können die durch
einen Chargenbetrieb bedingten Schwankungen in der Zurverfügungstellung von brennbaren
Bestandteilen nicht ausgeglichen werden, da dadurch z.B. die Zündtemperatur unterschritten
werden kann. Es kommt zu keiner stabilen Fshrweive.
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ZIEL DER ERFINDUNG Ziel der Erfindung ist es, die in der Abluft der
Paraffinoxydation enthaltenen Abprodukte wirtschaftlich zu verbrennen und dadurch
gleichzeitig die Geruchbelästigung der Umwelt durch Amsetzung der geruchsbelästigenden
Anteile in C02 und K20 zu minimieren,
DARLiGENG DES WESENS DER ERFINDUNG
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und einen Katalysator vorzuschlagen,
bei dem Abprodukte der Paraffinoxydation, die diskontinuierlich im Chargenbetrieb
anfallen, mit minimalem Energieaufwand unter optimaler Nutzung der Abwärme für andere
Prozesse bei weitgehender Geringhaltung der thermischen Belastung der An1ge verbrannt
werden können.
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Erfindungsgemäß wird ein Teilabgasstrom einer Paraffinoxydation auf
160 - 2000 C vorgeheizt und über eine Zündschüttung eines Edelmetall-Katalysators
oder über eine mit reinem Kontaktträger material verdünnte Edelmetallkatalysatorschüttung
geführt. Dabei erhöht sich die Temperatur auf über 3500 C. Anschließend wird dieser
erste Teilgasstrom über eine Schüttung eines Unedelmetalloxid-Katalyators geleitet
und nahezu vollständig oxydiert.
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Durch Zumischen eines zweiten Saltgasstrozes wird die Temperatür wieder
auf ca. 3500 gesenkt. Der Gesamtgasstrom wird nun über die dritte Schüttung, die
wiederum aus einem Unedelmetalloxid-Katalysator besteht, geführt. Die stattfindende
Oxydation weist einen Wirkungsgrad von ca. 90 % auf. Durch wahlweises Wachschalten
einer mit reinem Kontaktträgermaterial verdünnten Edelmetall-Katalysatorschüttung
wird ein Wirkungsgrad der Anlage von über 95 % erreicht und ein nahezu geruchsfreies
Abgas erzeugt0 Bei einem sehr hohen Anteil brennbarer Substanzen im Abgas ist es
zweckmäßig, dieses, bevor es über die Katalysatorkombination geleitet wird, einer
Teilkondensation zu unterwerfen.
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Erfindungsgemäß wird das ferner erreicht, indem ein Unedelmetalloxid-Latalysator,
vorzugsweise ein Eisenoxid (Fe2O3) -Katalysator auf r-Tonerdebasis, mit einem Edelmetall-Katalysator,
vorzugsweise einem Platin-Katalysator, derart kombiniert wird, daß vor mindestens
zwei Uüedelmetalloxid-Schüttungen eine Zündschüttung eines Edelmetall-JOatalysators
oder eines mit
reinem Kontaktträgermaterial verdünnten Edelmetall-Katalysators
in den Reaktor eingebracht wird und daß nach den zwei Unedelmetalloxid-Schtittungen
wahlweise noch eine mit reinem Kontakt.
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trägermaterial verdünnte Edelmetall-Katalysatorschüttung in den Reaktor
eingebracht wird0 Dieses Verfahren und die Katalysator-Kombination haben den Vor.
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teil, daß nur in der Anfahrphase des Reaktors Energie von außerhalb
des Systems zugeführt werden muß, um das Abgas auf eine Temperatur von maximal 180
- 2000 C zu bringen. Dadurch wird bereits in der Zündschiittung eine Teiloxydation
der Abprodukte erreicht. Die relativ große Schüttmasse des Unedelmetalloxid-Katalysators
speichert im Betriebszustand eine gewisse Wärmemenge und wirkt gleichzeitig als
Regenerator. Dadurch werden Schwankungen in der Wärmebilanz ausgeglichen.
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AUSFÜHRUNGSBEISPIEL Die in diskontinuierlichen chargenbetrieb bei
der Paraffinoxydation anfallenden Abprodukte (50 # m3) treten als Abgase, die
Fettsäuren, Ketone, Aldehyde u.a. enthalten, mit einer Temperatur von ca. 800 C
aus den Reaktionsgefäßen, in denen die Oxydation durchgeführt wird, aus. In einem
Plattenwärmeübertrager wird ein Teilabgasstrom auf maximal 180. 2300 C aufgeheizt
und über eine 5 cm starke Schüttung eines Platin-Kontaktes, der eine Zündtemperatur
von 160 - 1800 C aufweist, geleitet. In dieser als Zündschüttung dienenden Platin-Kontakt-Schüttung
erfolgt eine Teiloxydation dieses Teilabgasstromes, die mit einer Temperaturerhöhung
auf über 4000 C verbunden ist. In der ersten Schüttung des Eisenoxid-Katalysators
(Fe2O3) auf γ-Tonerdebasis wird die vollständige Oxydation des ersten Teilabgasstromes
durchgeführt. Diesem vollständig oxydierten heißen Teilabgasstrom wird nunmehr zwischen
erster und zweiter Schüttung des
Eisenoxid.Katalysators ein zweiter
kalter Teilabgasstrom zugemischt und dieser Gesamtabgasstrom der zweiten Schlitzung
zuge.
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führt. Es erfolgt die vollständige Oxydation der.brennbaren Bestandteile
des zwischen erster und zweiter Schüttung zugeführten Teilabgasstromes bei einer
Temperatur, die noch über 4000 C liegt. Danach wird der Gesamtabgasstrom über eine
der dünnte Platin-Kontakt-Nachschüttung geführt und damit der Wirknngsgrad des Verfahrens
um weitere 5 % erhöht.
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Nach das Anfahren der Anlage ist es nicht mehr erforderlich, das Abgas
durch Fremdenergiezuführung aufzuheizen, sondern diese Aufheizung kann mittels der
bei der Oxydation frei werdenden Energie erfolgen.
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Durch entsprechende Steuerung der Abgas., Teilabgas- und Frischluftströme
ist es möglich, die Anlage so zu fahren, daß das Temperaturniveau der Nachverbrennungsanlage
optimal gehalten wird und eine maximale Nutzung der Abwärme erfolgen kann.
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Durch das vorgeschlagene Verfahren und die Katalysatorkombination
werden folgende Vorteile erreicht: - Vollständige Verbrennung der im Abgas enthaltenen
Abprodukte - Senkung dar thermischen Belastung des Reaktors - Minimaler Energieaufwand
in der Anfahrphase und kurze Aufheizzeit - Nutzung der Abwärme - Relativ geringe
Katalysatorkosten gegenüber der Verwendung reiner Edelmetallschüttungen - Stabile
Fahrweise relativ unabhängig von der erzielbaren Vorwärmtemperatur - Keine Beeinflussung
des Nachverbrennungsprozesses durch den Chargenbetrieb bei der Paraffinoxydation.