DE3431961A1

DE3431961A1 - Verfahren zur ausscheidung von stickoxiden

Info

Publication number: DE3431961A1
Application number: DE19843431961
Authority: DE
Inventors: Fumihiko Kawasaki Kanagawa Kohno
Original assignee: Nippon Oil Corp
Current assignee: Eneos Corp
Priority date: 1983-08-31
Filing date: 1984-08-30
Publication date: 1985-03-21
Also published as: JPS6051534A

Description

Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ausscheidung von Stickoxiden (im folgenden als NOx bezeichnet) in einem Verbrennungsabgas, während Luft mit dem Abgas durch Wärmeaustausch vorgewärmt wird.
Probleme, die bisher nicht zufriedenstellend gelöst wurden, bestehen darin, daß die Wärmewiedergewinnung aus Abgasen, ausgetragen aus Wärmeöfen bzw. Heizkesseln und dergleichen, unter Verwendung eines Luftvorwärmers von der Art eines Rotationswärmeaustauschers (im folgenden als Luftvorwärmer bezeichnet) zu einem Anstieg der Temperatur der Verbrennungsflammen führt, wodurch die Menge an erzeugtem NOx ansteigt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren zur Ausscheidung von NOx in einem Verbrennungsabgas zur Verfügung zu stellen, während die Wärme aus dem Abgas durch die Verwendung eines Luftvorwärmers wiedergewonnen wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Ausscheidungsverfahren, das den Wärmeaustausch zwischen einem Verbrennungsabgas und Luft zur Verbrennung durch einen Luftvorwärmer von der Art eines Rotationswärmeaustauschers, versehen mit einem Rotor mit einem eingebauten Wärmeaustauschkörper, auf den ein Metall mit einer Denitrierungsfunktion aufgebracht ist, und gleichzeitig eine Zufuhr von Ammoniak in das Verbrennungsabgas zur Reaktion der darin enthaltenen Stickoxide mit dem so zugeführten Ammoniak, wobei die Stickoxide zersetzt werden, umfaßt.
Figur 1 ist ein Flußdiagramm des Flamm- und Lufteinlaßrohrs für einen Kessel, der mit einem Luftvorwärmer von der Art eines Rotationswärmeaustauschers mit einer Denitrierungsfunktion versehen ist.
Figuren 2, 3 und 4 zeigen eine Vorderansicht, eine Seitenansicht bzw. eine Draufsicht eines Luftvorwärmers.
Figur 5 ist eine perspektivische Ansicht eines Rotors.
Figuren 6(a), 6(b) und 6(c) sind Schnittansichten eines waben- bzw. zellenartigen keramischen Wärmeübertragungs elements.
Mit Bezug auf Figur 1 wird die Luft zur Verbrennung in einen Luftkanal bzw. Dukt 1 untereim Druck eines Luftgebläses 2 in einen Luftvorwärmer von der Art eines Rotationswärmeaustauschers (Luftvorwärmer) 3 gedrängt, durch Wärmeaustausch mit einem Abgas, das durch einen Abgaskanal bzw. Dukt 4 passiert, erwärmt und dann durch einen Windbehälter 5 einem Kessel 6 zugeführt.
Andererseits wird das durch Verbrennung in dem Kessel 6 erzeugte Abgas in dem Abgaskanal 4 mit Ammoniak, zugeführt durch eine Ammoniakeinspritzhülse 7, denitriert, in den Luftvorwärmer 3, der stromabwärts der Ammoniakeinspritzhülse vorgesehen ist, geleitet, um einen Denitrierungskatalysator in dem Luftvorwärmer zur Beschleunigung der Denitrierung zu kontaktieren, um die in dem Abgas enthaltene N0x-Me'nge zu reduzieren, durch einen Staubabscheider 8 geleitet und dann unter Druck gesetzt, um durch ein Sauggebläse 9 in die freie Luft ausgetragen zu werden.
Wie den Figuren 2 bis 4 zu entnehmen ist, umfaßt der erfindungsgemäß verwendete Luftvorwärmer 3 einen Rotor 11 mit einem eingebauten Wärmeaustauschkörper 10 und kann den Wärmeaustausch durch Rotieren des Rotors 11 mit einem Rotationsantrieb 12 bewirken, wobei jede der Hälften des Rotors alternativ mit einem Verbrennungsabgas 13 und Luft 14 kontaktiert werden.
Wie in Figur 2 angezeigt, werden das Verbrennungsabgas (heiß) 13 und die Luft (kalt) 14 jeweils durch benachbarte Kanäle bzw. Dukte 15 und 16 geleitet, und der Rotor 11 ist so zwischen den Dukten 15 und 16 angeordnet, daß eine Hälfte des Rotors an der heißen Seite und die -andere Hälfte an der kalten Seite ist.
Der Rotor 11 besitzt einen kreisförmigen Querschnitt und rotiert überseine zentrale Achse, während die eine Hälfte des Rotors an der heißen Seite und die andere Hälfte an der kalten Seite gehalten wird, wodurch der erwärmte Teil des Rotors zu der kalten Seite bewegt wird, wo die Wärme ausgetragen wird.
Wie in Figur 5 zu sehen ist, besteht der Rotor 11 aus korrosionsbeständigen Stahlteilen 17, wie hochwertigem rostfreiem Stabstahl, die in eine zylindrische Form verarbeitet werden mit einer Rotationsachse 18, vorgesehen in dem longitudinalen Mittelteil des Rotors, und weiterhin mit einem Rotationsgetriebe 19, vorgesehen um die mittlere peripherische Oberfläche des Rotors. Es ist bevorzugt, daß der Rotor 11 bei etwa 16 Umdrehungen pro Minute rotiert.
Der erfindungsgemäß verwendete Wärmeaustauschkörper 10 ist im allgemeinen von einer Art, die den Fluß von Hochtemperaturabgasen durch seine vielen, gleichförmigen Gasdurchlässe ermöglicht, wobei die Gase einer katalytischen Reaktion, Wärmeaustausch und dergleichen unterworfen werden.
Der Körper 10 sollte so gestaltet sein, daß die durch ihn hindurchfließenden Gase nur einen sehr geringen Druckverlust erleiden, und er sollte ebenfalls leicht und ausreichend wärmebeständig sein. Der Körper 10 kann veranschaulicht werden durch ein wabenartigesakeramisches Wärmeübertragungselement (im folgenden als Wärmeübertragungselement bezeichnet). Die Wärmeübertragungselemente können aus Cordierit, Mullit, Siliciumcarbid, Cordierit-Zirkon oder dergleichen unter Verwendung eines Plattenlaminierverfahrens, Papiertauchverfahrens, Rohrbindeverfahrens, Kalzinierreaktionsverfahrens, Extrusionsverfahrens, Pressverfahrens, Gießverfahrens oder dergleichen hergestellt werden. Wie in den Figuren 6(a) bis 6(c) beispielsweise gezeigt wird, besitzt das Wärmeübertragungselement im Querschnitt einen Aufbau, bei dem wabenförmige Einheiten gleichmäßig verteilt sind.
Die in Figur 6(c) gezeigten wabenartigen Einheiten werden im erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt verwendet, und sie besitzen vorzugsweise eine Breite von 2,1 bis 8,4 mm, eine Höhe von 0,9 bis 5,0 mm und eine Dicke von 0,15 bis 0,3 mm mit einem öffnungsverhältnis von vorzugsweise 58 bis 85 %.
Der Ausdruck "Offnungsverhältnis" bedeutet das Verhältnis zwischen der Gesamtzahl an Öffnungsflächen der aneinandergefügten wabenförmigen Einheiten und der Gesamtoberfläche der Anordnung.
Das Metall, das erfindungsgemäß auf dem Wärmeaustauschkörper 10 aufgebracht sein kann, hat eine Denitrierungsfunktion und ist wenigstens ein Element oder eine Verbindung, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus den Metallen der Gruppen IV, V und VI des Periodensystems. Unter diesen Metallen sind solche, die Ti-W-V als Hauptbestandteile umfassen, besonders bevorzugt. Die besonders bevorzugten Metalle umfassen, in Form von Oxiden, 50 bis 99 Gew.-% TiO2, 1 bis 20 Gew.-% WO, und 0,5 bis 10 Gew.-% V205. Sie können auf den Körper 10 mittels bekannter Verfahren aufgebracht werden, wie durch: (1) Ein Verfahren, das das Eintauchen eines vorgeformten wabenartigen,keramischen Körpers in eine Flüssigkeit, enthaltend ein aufzubringendes Metall, umfaßt, um den Körper mit der Flüssigkeit zu imprägnieren und den so imprägnierten Körper dann zu backen (oder zu brennen), (2) ein Verfahren, das zunächst das Eintauchen eines keramischen Pulvers in eine Flüssigkeit, enthaltend ein aufzu- bringendes Metall, umfaßt, um das Pulver mit der Flüssigkeit zu imprägnieren, Formen des so imprägnierten keramischen Pulvers und anschließendes Backen des so geformten keramischen Pulvers, oder (3) ein Verfahren, das das Beschichten eines vorgeformten wabenartigen9 keramischen Körpers mit aktiviertem Aluminiumoxid oder dergleichen und anschließendes Aufbringen eines gewünschten Metalls auf die so beschichtete Oberfläche des keramischen Körpers umfaßt.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird Ammoniak (NH3) zugeführt, um NOx zu zersetzen. Zu diesem Zweck ist eine Düse zum gleichmäßigen Einspritzen von Ammoniak stromaufwärts des Hochtemperaturverbrennungsabgases vorgesehen. Das Ammoniak reagiert mit NOx in Gegenwart eines geeigneten Katalysators, um das NOx zu zersetzen. Es ist bekannt, daß Sauerstoff (02) an dieser Reaktion teilnimmt. Da der Teil des Wärmeaustauschkörpers, der von der kalten Seite kommt, eine geringe Menge Luft enthält, besteht kein Mangel an 02, das heißt Luft in diesem Fall. Das Molverhältnis zwischen dem zugeführten Ammoniak und dem in dem Abgas enthaltenen NOx liegt im Bereich von wenigstens 0,5, vorzugsweise 1,05 bis 1,10.
Das folgende Beispiel erläutert die Erfindung.
Beispiel Es wurde ein Rotor mit einem eingebauten, aus Cordierit hergestellten, wabenartigen Wärmeübertragungselement (Durchmesser 2,5 cm, Länge 0,5 m und von zylindrischer Form) vorgesehen, auf das eine katalytisch aktive Metallmischung, umfassend, in Form von Oxiden, 92 Gew.-% TiO2, 7 Gew.-% V205 und 1 Gew.-% WO3, aufgebracht wurde. Ein Luftvorwärmer, verbunden mit diesem Rotor, wurde zur Verwendung als solcher für einen Wärmeofen eingebaut. Mit dem Luftvorwärmer unter Verwendung von 20.000 m3/h eines Abgases wurden eine Wärmewiedergewinnung und eine Denitrierungsreaktion bewirkt. Das Molverhältnis zwischen dem Ammoniak, das dem Abgas zugeführt wurde, und dem darin enthaltenen NOx betrug 1,05. Dadurch wurde die eintretende, kalte Luft von 200C durch den Luftvorwärmer geleitet, um ihre Temperatur auf 2000C zu erhöhen, wobei das austretende Abgas von 35O0C, das 150 ppm NOx enthielt, durch den Luftvorwärmer geleitet wurde, um seine Temperatur auf 1800C und seinen NOx-Gehalt auf 80 ppm zu verringern.

Claims

Verfahren zur Ausscheidung von Stickoxiden Patentansprüche 1. Verfahren zur Ausscheidung von Stickoxiden, g e k e n n z e i c h n e t durch einen Wärmeaustausch eines Verbrennungsabgases mit Luft zur Verbrennung unter Verwendung eines Luftvorwärmers von der Art eines Rotationswärmeaustauschers, versehen mit einem Rotor mit darin eingebautem Wärmeaustauschkörper, auf den ein Metall mit Denitrierungsfunktion aufgebracht ist, während dem Abgas Ammoniak zugeführt wird, um die darin enthaltenen Stickoxide mit dem Ammoniak umzusetzen und dadurch die Stickoxide zu zersetzen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß der Wärmeaustauschkörper ein waben- artiges,keramisches Wärmeübertragungselement ist, das eine Anordnung mit darin einheitlich verteilten,wabenförmigen Einheiten umfaßt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die wabenförmige Einheit eine Breite von 2,1 bis 8,4 mm, eine Höhe von 0,9 bis 5,0 mm und eine Dicke von 0,15 bis 0,3 mm besitzt und die Anordnung der wabenförmigen Einheiten eine öffnungsrate von 58 bis 85 % besitzt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche l.bis 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß das Metall mit Denitrierungsfunktion Ti-W-V als Hauptbestandteil umfaßt.
5. Verfahren nach Anspruch 4,dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß das Metall mit Denitrierungsfunktion, in Form von Oxiden, 50 bis 99 Gew.-% Ti02, 1 bis 20 Gew.-% WO, und 0,5 bis 10 Gew.- V205 umfaßt.