DE3416193C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abscheiden von Halogenen aus einer Wirbelschichtfeuerung sowie eine Vorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens.The invention relates to a method for separating halogens from a fluidized bed furnace and a device for Performing this procedure.
Die Wirbelschichttechnik findet zunehmend in der Feuerungstech nik Anwendung. Bei der Wirbelschichttechnik werden feinkörnige Partikel (Wirbelgut) einem Reaktionsbehälter aufgegeben, der mit einem Anströmboden für das Wirbelgas, einem oberen Abgas austritt sowie Zu- und Abführleitungen für Wirbelgut versehen ist.The fluidized bed technology is increasingly used in furnace technology nik application. With fluidized bed technology, fine-grained Particles (fluidized material) placed in a reaction vessel, the with an inflow floor for the fluidizing gas, an upper exhaust gas exits and supply and discharge lines for eddy material is.
Aus der DE-OS 33 32 928 ist ein Verfahren sowie eine Vorrich tung zur Rauchgasentschwefelung von Kohlefeuerungen bekannt, bei dem eine Additivzugabe zur Schwefeleinbindung in den Feuerungsraum erfolgt und zur Restschwefeleinbindung eine Abküh lung der Asche und Additivstäube enthaltenden Abgase in einem nachgeschalteten Wärmetauscher vorgenommen wird. Eine gezielte Abscheidung von Halogenen ist nicht offenbart.From DE-OS 33 32 928 is a method and a Vorrich known for flue gas desulfurization from coal firing, in which an additive for sulfur incorporation in the Combustion chamber takes place and a cooling down for the integration of residual sulfur Exhaust gases containing ash and additive dust in one downstream heat exchanger is made. A targeted one Deposition of halogens is not disclosed.
Weiterhin ist aus der DE-OS 24 32 515 ein Verfahren zur Verrin gerung der Emission schwefelhaltiger Verbindungen aus Öfen bekannt, in denen sich diese Verbindungen mit dem Abgasstaub an Kesselrohren, Leitungen usw. absetzen und dort Korrosion hervorrufen können, bei dem ein Karbonat in fein verteilter fester Form injiziert wird, um die Schwefelverbindungen in Metallsulfate umzuwandeln. Die Abscheidung von Halogenen wird nicht erwähnt.Furthermore, from DE-OS 24 32 515 a method for Verrin to reduce the emission of sulfur-containing compounds from furnaces known in which these connections with the exhaust dust settle on boiler pipes, pipes etc. and there corrosion can cause, in which a carbonate in finely divided solid form is injected into the sulfur compounds Convert metal sulfates. The deposition of halogens not mentioned.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend weiter zuentwickeln, daß eine wirkungsvollere Abscheidung von Haloge nen aus den ungereinigten Abgasen einer Wirbelschichtfeuerung gewährleistet ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß hinsicht lich des Verfahrens durch die Merkmale des Patentanspruches 1 und hinsichtlich der Vorrichtung durch die Merkmale des Patent anspruches 2 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.The invention has for its object a method and a device of the type mentioned further to develop a more effective deposition of halogen from the uncleaned exhaust gases from a fluidized bed furnace is guaranteed. This object is achieved according to the invention Lich the method by the features of the claim 1 and with regard to the device by the features of the patent Claim 2 solved. Developments of the invention result itself from the subclaims.
Durch die Behandlung der ungereinigten Abgase aus einer Wir belschichtfeuerung in einer Sekundär-Wirbelschicht mit niedri ger Temperatur wird überraschend eine deutlich verbesserte Einbindung der Halogene erreicht, wenn die Herabkühlung auf einen Temperaturbereich von 400 bis 200°C erfolgt.By treating the unpurified exhaust gases from a we fluidized bed combustion in a secondary fluidized bed with low temperature is surprisingly a significantly improved Integration of the halogens is achieved when the cooling down a temperature range of 400 to 200 ° C takes place.
Die Herabkühlung läßt sich vorrichtungsgemäß vorteilhaft in einem Sekundär-Wirbelschichtreaktor verwirklichen, in dessen Wirbelschicht Wärmeaustauscher untergebracht sind und oberhalb der Sekundär-Wirbelschicht gewandelte Leitflächen in der Mitte des Abgasraumes angeordnet sind. Dadurch ist ein guter Wärmeüber gang gewährleistet. Gleichzeitig kann auf diese Weise der sonst erforderliche Abhitzekessel eingespart werden. The cooling down can be advantageous in accordance with the device realize a secondary fluidized bed reactor, in the Fluidized bed heat exchangers are housed and above the secondary fluidised bed in the middle the exhaust chamber are arranged. This ensures good heat transfer guaranteed. At the same time, the otherwise required waste heat boiler can be saved.
Die sich in Bezug auf die Vorrichtung ergebenden weiteren Vor teile bestehen darin, daß im Sekundär-Wirbelschichtreaktor er höhte Anströmgeschwindigkeiten realisiert werden können, ohne daß hierdurch ein unvertretbar hoher Wirbelgutaustrag mit dem Abgas erfolgt.The further advantages that result in relation to the device parts are that he in the secondary fluidized bed reactor high flow velocities can be realized without that this results in an unacceptably high output of the vertebrae Exhaust occurs.
Schließlich wird noch das Problem der Staubreinigung des Abga ses durch die vorgeschlagenen Maßnahmen zu seiner Temperatur senkung verringert und der Abzug des ausreagierten und dabei abgekühlten Wirbelgutes aus der Sekundär-Wirbelschicht er leichtert.Finally, there is the dust cleaning problem of the Abga ses through the proposed measures to its temperature lowering and the deduction of the fully reacted while doing so cooled fluidized material from the secondary fluidized bed relieved.
Gewendelte Leitflächen in der Mitte des Abgasraumes oberhalb der Sekundär-Wirbelschicht in der Form feststehender, quer schnittsfüllender Propeller, die an einem zylindrischen oder konisch nach unten zusammenlaufenden Körper befestigt sind und den Querschnitt des Abgasraumes bis auf eine schmale Randzone zur Wandung des Sekundär-Wirbelschichtreaktors bedecken, führen zu einem hohen Abscheidegrad des Feingutes, dessen Rückführung in die Sekundär-Wirbelschicht durch spiralig nach unten geführ te Randeinbauten, wie erhabene und/oder vertiefte Nuten, an der Reaktorwandung erhöht wird. Dadurch wird die Austragung des Wirbelgutes wesentlich vermindert und die Aufrechterhaltung der Sekundär-Wirbelschicht sichergestellt.Coiled baffles in the middle of the exhaust chamber above the secondary fluidized bed in the form of fixed, transverse incisive propeller attached to a cylindrical or conical bodies converging downwards are attached and the cross section of the exhaust gas space except for a narrow edge zone cover the wall of the secondary fluidized bed reactor to a high degree of separation of the fine material, its return into the secondary fluidized bed by spiraling downwards edge fittings, such as raised and / or recessed grooves, on the Reactor wall is increased. This will cause the Vertebral material significantly reduced and the maintenance of Secondary fluidized bed ensured.
Eine weitere Erhöhung des Abscheidegrades an Wirbelgut im Se kundär-Wirbelschichtreaktor erfolgt, wenn das Abgas in- und/ oder oberhalb der Fliehkraftzone zentrisch abgeführt und dabei ggf. um 180° ein oder mehrmals umgelenkt wird.A further increase in the degree of separation of eddies in the Se secondary fluidized bed reactor occurs when the exhaust gas enters and / or or removed centrally above the centrifugal force zone and thereby is redirected one or more times, if necessary.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschrei bung der Zeichnung und eines Ausführungsbeispiels. In der Zeichnung zeigt Further advantages of the invention result from the description Exercise of the drawing and an embodiment. In the Drawing shows
Fig. 1 einen schematisch dargestellten Wirbelschichtfeue rungsreaktor im Vertikalschnitt, ausschnittsweise, Fig. 1 is a Wirbelschichtfeue schematically illustrated reactor approximately in vertical section, fragmentary,
Fig. 2 einen nachgeschalteten Sekundär-Wirbelschichtreaktor in schematischer Darstellung im Vertikalschnitt, Fig. 2 is a downstream secondary fluidized-bed reactor in a schematic illustration, in vertical section,
Fig. 3 ein Detail der Einbauten im Bereich der Abgasöff nung, Fig. 3 shows a detail of the internals in the range of Abgasöff voltage,
Fig. 4 in schematischer Darstellung eine Versuchseinrichtung mit einem Sekundär-Wirbelschichtreaktor und Fig. 4 in a schematic representation of an experimental device with a secondary fluidized bed reactor and
Fig. 5 ein Diagramm, das Versuchsergebnisse wiedergibt. Fig. 5 is a diagram showing test results.
Ein Wirbelschichtfeuerungsreaktor 1 besteht aus einem Anström boden 2 mit darunter befindlichem Windkasten 3 und ggf. geson dert angeströmten, randnahen Bodenbereichen 4 mit eigenem Wind kasten 5, einer Wirbelschicht 7, einem Abgasraum 8 sowie einem Abzug 6 für ungereinigtes Abgas. In einem dargestellten Wirbel schichtfeuerungsreaktor 1, der in der Zeichnungsebene nach links fortgesetzt sein kann, können verschiedenen Bereichen der Wirbelschicht 7 verschiedene Abgasräume 8 zugeordnet sein. In der Mitte des Abgasraumes 8 befindet sich ein konisch nach un ten zusammenlaufender Körper 9, der an seiner Peripherie unter etwa 45° angestellte Propeller 10 in zwei übereinanderliegenden Ebenen aufweist. Diese feststehenden Propeller 10 haben als Leitschaufeln den Zweck, den Abgasraum 8 über der Wirbelschicht 7 klein zu halten und aufsteigende Wirbelschichtpartikel weit gehend aus dem Abgas abzuscheiden. Die Propellerflügel 10 be decken die Querschnittsfläche des Abgasraumes 8 bis auf eine schmale Randzone 11, welche üblicherweise weniger stark ange strömt ist und in der das Wirbelschichtgut nach unten in die Wirbelschicht 7 zurücksinken kann. Der Abgasraum 8 ist, zur Er höhung des Abscheidegrades, unter Umständen nach oben leicht verjüngt. Die Verminderung der Anströmung der Randzone 11 sowie eine strähnig spiralige Rückführung des abgeschiedenen Feingu tes kann durch spiralig nach unten geführte Randeinbauten 12, wie Nocken oder Nuten, verbessert werden. Die zum Abgasabzug 6 führende Abgasaustrittsöffnung 13 befindet sich bevorzugt mit tig über dem Abgasraum 8 am oberen Ende des Konuskörpers 9 und ist mit Umlenkflächen 14 versehen. Die Umlenkflächen 14 haben bevorzugt die Form einer die Abgasaustrittsöffnung schräg ab deckenden "Schuppe" (Fig. 3). Düsen 15 mit tangentialer Anord nung in Richtung des abgeschiedenen Wirbelgutes sind in der Wandung des Abgasraumes 8 vorgesehen, um ein Reaktionsfluid, z. B. Luft, zur Verbesserung des Ausbrandes der in die Wirbel schicht 7 zurückgeführten Brennstoffpartikel zuzuführen. Die Strähnen 16 aus abgeschiedenem Wirbelgut senken sich aufgrund ihrer Schwerkraft bevorzugt in solche Bereiche der Wirbel schicht 7, die weniger stark aus den Windkästen 5 angeströmt werden und unter Umständen mit Hilfe von bevorzugt jalousieähn lichen Einbauwänden 17 vom Hauptteil der Wirbelschicht 7 sepa riert sind.A fluidized bed combustion reactor 1 consists of an inflow floor 2 with a wind box 3 underneath it and, where appropriate, flowed to floor areas 4 near the edge with its own wind box 5 , a fluidized bed 7 , an exhaust gas chamber 8 and a deduction 6 for unpurified exhaust gas. In a fluidized bed combustion reactor 1 shown , which can be continued to the left in the drawing plane, different areas of the fluidized bed 7 can be assigned different exhaust gas spaces 8 . In the middle of the exhaust gas chamber 8 there is a conically converging body 9 , which has propellers 10 set at about 45 ° on its periphery in two superimposed planes. The purpose of these fixed propellers 10 as guide vanes is to keep the exhaust gas space 8 above the fluidized bed 7 small and to separate ascending fluidized bed particles to a large extent from the exhaust gas. The propeller blades 10 cover the cross-sectional area of the exhaust gas space 8 up to a narrow edge zone 11 , which is usually less strongly flowed and in which the fluidized bed material can sink back down into the fluidized bed 7 . The exhaust chamber 8 is, in order to increase the degree of separation, under certain circumstances slightly tapered upwards. The reduction in the inflow of the edge zone 11 and a stringy spiral return of the separated Feingu tes can be improved by spirally led down internals 12 , such as cams or grooves. The exhaust gas outlet opening 13 leading to the exhaust gas discharge 6 is preferably located above the exhaust gas space 8 at the upper end of the cone body 9 and is provided with deflection surfaces 14 . The deflection surfaces 14 preferably have the shape of a "scale" covering the exhaust gas outlet opening obliquely ( FIG. 3). Nozzles 15 with tangential arrangement in the direction of the separated fluid are provided in the wall of the exhaust gas space 8 in order to provide a reaction fluid, e.g. B. air to improve the burnout of the layer 7 fed back into the fluid particles. The strands 16 of separated fluidized bed lower due to their gravity preferably in those areas of the fluidized bed layer 7 , which are less strongly flowed from the wind boxes 5 and may be separated from the main part of the fluidized bed 7 with the help of preferably jalousie-like installation walls 17 .
Der in Fig. 2 dargestellte erfindungsgemäße Sekundär-Wirbel schichtreaktor 18 befindet sich unmittelbar oder schräg ober halb des in Fig. 1 dargestellten Abgasraumes 8 des Wirbel schichtfeuerungsreaktors 1. Der Abgasabzug 6 des Wirbelschicht feuerungsreaktors 1 geht in den Anströmstutzen 19 des Sekun där-Wirbelschichtreaktors 18 über. Dieser ist zweckmäßig zur Erleichterung der Wirbelschichtbildung mit einem Gasverteiler 20 versehen. Auch bei dem Sekundär-Wirbelschichtreaktor 18 sind im Abgasraum 28 gewendelte Leitflächen (Propellerflügel 10), spiralig nach unten geführte Randeinbauten 12 und/oder Einbau wände 17 - in Fig. 2 nicht dargestellt - vorgesehen. Unterhalb der Leitflächen 10 befindet sich ein in der Wirbelschicht 23 angeordneter Wärmeaustauscher 21, z. B. in Form von kühlmittel durchflossenen Rohrregistern, die so zu bemessen sind, daß die geforderten Temperatursenkungen des Wirbelgutes und des unge reinigten Abgases zuverlässig erreicht werden. Ein Ascheabzug 22 (Wirbelgutabzugsrohr) ist seitlich des Gasverteilers 20 vor gesehen. Er dient einmal zum Abzug des Wirbelschichtgutes bei Betriebsunterbrechungen. Er ist darüber hinaus auch dazu geeig net, die Wirbelschichthöhe zu regeln, um die Betriebstemperatur des Sekundär-Wirbelschichtreaktors zu steuern. Dem Abgasabzug 26 sind vor der Abgasöffnung 27 ebenfalls Umlenkflächen 14 zuge ordnet.The secondary fluidized bed reactor 18 shown in FIG. 2 is located directly or obliquely above half of the exhaust gas chamber 8 shown in FIG. 1 of the fluidized bed reactor 1 . The exhaust gas 6 of the fluidized bed reactor 1 passes into the inflow connector 19 of the secondary-fluidized bed reactor 18 . This is expediently provided with a gas distributor 20 in order to facilitate the formation of fluidized beds. Also in the secondary fluidized bed reactor 18 , helical baffles (propeller blades 10 ), spiral internals 12 and / or installation walls 17 - not shown in FIG. 2 - are provided in the exhaust gas chamber 28 . Below the guide surfaces 10 there is a heat exchanger 21 arranged in the fluidized bed 23 , e.g. B. in the form of coolant flow through tube registers, which are to be dimensioned so that the required temperature reductions of the fluidized material and the uncleaned exhaust gas are reliably achieved. An ash extraction 22 (vortex extraction pipe) is seen on the side of the gas distributor 20 . It is used once to remove the fluidized bed material in the event of business interruptions. It is also suitable for regulating the fluidized bed height in order to control the operating temperature of the secondary fluidized bed reactor. The exhaust vent 26 are also assigned deflection surfaces 14 in front of the exhaust opening 27 .
Fluor und Chlor, die aus den Begleitmineralien der Kohle stam men, werden in Kohlefeuerungen durch Pyrodrolyse in Fluor- und Chlorwasserstoff umgewandelt und als solche emittiert. Eine Ab schätzung auf thermodynamischer Grundlage zeigt mit steigender Temperatur eine zunehmende Tendenz zur Umwandlung. Messungen bestätigen, daß durch ständige Erneuerung der Feuerungsatmos phäre und der staubfeinen Partikel die Einstellung des thermo dynamischen Gleichgewichts nicht erreicht wird, sondern daß die richtungsorientierten Reaktionsgeschwindigkeiten die Emission bzw. Bindung der Halogene bestimmen. Im Innern der Mineralkör ner herrschen günstige Bedingungen für die Halogenwasserstoff bildung, die abhängig von der Verweilzeit und daher von der Korngröße sind. In der Feuerungsatmosphäre sind dann die Bedin gungen günstiger für die Wiedereinbindung, wenn über die vom Schwefel beanspruchte CaO-Oberfläche hinaus frei CaO-Oberflä chen oder Aluminosilikat-Oberflächen vorhanden sind. Alle Be triebsparameter, die die Reaktionsdichte erhöhen, verbessern bereits im Reaktor die Einbindung von F und Cl, die sich im Staub anreichern. Das Filter ist deshalb überwiegender Abschei deort und nicht der eigentliche Reaktionsort. Verlängert man die Gas-Staub-Kontaktzeit durch eine Volumenvergrößerung vor dem Filter, so tritt eine relevante Einbindungzunahme ein.Fluorine and chlorine, which came from the accompanying minerals in coal men, are in coal firing by pyrolysis in fluorine and Converted hydrogen chloride and emitted as such. An ab Estimation on a thermodynamic basis shows with increasing Temperature an increasing tendency to change. Measurements confirm that through constant renewal the furnace atmosphere and the fine dust particles setting the thermo dynamic equilibrium is not reached, but that the directional reaction speeds the emission or determine the binding of the halogens. Inside the mineral body There are favorable conditions for the hydrogen halide education that depends on the residence time and therefore on the Grain size are. The bedin are then in the firing atmosphere conditions cheaper for reintegration, if over the of CaO surface exposed to sulfur is also free of CaO surface Chen or aluminosilicate surfaces are present. All Be drive parameters that increase the reaction density, improve the incorporation of F and Cl already in the reactor Enrich dust. The filter is therefore predominant rejection deort and not the actual place of reaction. You extend the gas-dust contact time by increasing the volume the filter, there is a relevant increase in integration.
In Fig. 4 ist eine Versuchseinrichtung dargestellt, in der die Halogeneinbindung untersucht worden ist. Die Einrichtung be steht aus einem Wirbelschichtfeuerungsreaktor 1, dessen aus Luft, Kohle und Kalk gebildete Wirbelschicht mit einer Tempera tur von 850°C betrieben wird. Das ungereinigte Abgas gelangt über den Abgasabzug 6 in den Anströmstutzen 19 des Sekundär- Wirbelschichtreaktors 18, in dem die Abkühlung der Wirbel schichtpartikel und des Abgases auf verschiedene Temperaturwer te möglich ist.In FIG. 4, a test device is shown in which the halogen incorporation has been investigated. The device consists of a fluidized bed combustion reactor 1 , the fluidized bed formed from air, coal and lime is operated at a temperature of 850 ° C. The uncleaned exhaust gas passes through the exhaust vent 6 into the inflow connector 19 of the secondary fluidized bed reactor 18 , in which the cooling of the fluidized bed particles and the exhaust gas to various temperature values is possible.
Das Abgas aus dem Sekundär-Wirbelschichtreaktor 18 gelangt über den Abgasstutzen 26 in einen Zyklon 31, der mitgerissene Grob partikel abscheidet. Das vorgereinigte Abgas wird dann über ei ne Leitung 32 einem Elektrofilter 33 zur Feingutabtrennung auf gegeben, dessen Betriebstemperatur bei der Versuchseinrichtung bei 200°C lag. Das gereinigte Abgas wird aus dem Filter 33 über Leitung 34 in die Atmosphäre abgeschieden.The exhaust gas from the secondary fluidized bed reactor 18 passes through the exhaust pipe 26 into a cyclone 31 which separates coarse particles entrained. The pre-cleaned exhaust gas is then fed via egg ne line 32 to an electrostatic filter 33 for fine material separation, the operating temperature of which was 200 ° C. in the test device. The cleaned exhaust gas is separated from the filter 33 via line 34 into the atmosphere.
Die in der Versuchseinrichtung erzielten Ergebnisse sind in der Fig. 5 zusammengefaßt dargestellt. Im linken Teil des Diagram mes werden die Emissionen des unter Standardbedingungen betrie benen, jedoch mit wechselnden Mengen eines feinkörnigen Kreide kalksteins beaufschlagten Wirbelschichtfeuerungsreaktors ge zeigt. Der rechte Teil der Fig. 5 gibt wieder, wie die Wieder einbindung der Halogenwasserstoffe (Chlor- und Fluorwasserstof fe) in der Sekundär-Wirbelschicht mit fallender Temperatur vor sich geht: Die vier oberen Kurvenzüge beziehen sich auf die Einbindung von Chlorwasserstoff in kalkhaltige Wirbelschicht aschemischungen und zeigen, daß sich mit zunehmenden Mengen an feinkörnigem Kalk in der Asche ein Emissions-Minimum bei etwa 300°C immer deutlicher ausprägt. Dagegen zeigt eine natürliche Asche ohne Kalkzuschlag nur eine geringe Chlorwasserstoffauf nahme. Im Gegensatz dazu wird Fluorwasserstoff auch von natür licher Kohlenasche (Aluminiumsilikate) bei niedrigen Temperatu ren weitgehend gebunden. Die Fluoreinbindung wird durch Kalkzu schläge noch verstärkt.The results obtained in the test facility are summarized in FIG. 5. The left part of the diagram shows the emissions of the fluidized bed combustion reactor operated under standard conditions, but with varying amounts of a fine-grained chalk limestone. The right part of FIG. 5 shows how the reintegration of the hydrogen halide (chlorine and hydrogen fluoride) in the secondary fluidized bed proceeds as the temperature drops: the four upper curves relate to the incorporation of hydrogen chloride in calcareous fluidized bed ash mixtures and show that with increasing amounts of fine-grained lime in the ashes, a minimum emission at around 300 ° C becomes more and more apparent. In contrast, natural ash with no lime aggregate shows only a small intake of hydrogen chloride. In contrast, hydrogen fluoride is also largely bound by natural coal ash (aluminum silicates) at low temperatures. The inclusion of fluorine is further increased by lime additives.
Durch die Versuche konnte nachgewiesen werden, daß in einer Se kundär-Wirbelschicht aus kalkhaltiger emittierter Flugasche, die vor dem Zyklon und dem Filter angeordnet ist und mit einer Temperatur von etwa 300°C betrieben wird, über 99% des Fluors und 80% des Chlors ausgehalten werden können. Die Sekundär- Wirbelschicht ersetzt dabei gleichzeitig den Abhitzekessel, weil wegen der Anwendung der Wirbelschichttechnik nur ein Zehn tel der Wärmeaustauscher benötigt werden und den Aschekühler, außerdem wird eine Reaktivierung des im Wirbelschichtfeuerungs reaktor nur teilgenutzten Grobkalks bewirkt.The experiments have shown that in a se fluidised bed made of calcareous emitted fly ash, which is arranged in front of the cyclone and the filter and with a Temperature of about 300 ° C is operated, over 99% of the fluorine and 80% of the chlorine can be endured. The secondary Fluidized bed replaces the waste heat boiler at the same time, because due to the application of fluidized bed technology only a ten the heat exchanger and the ash cooler, it will also reactivate the fluidized bed only partially used coarse lime.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
D2 | Grant after examination | ||
8363 | Opposition against the patent | ||
8330 | Complete disclaimer |