-
-
Vorrichtung und Verfahren zur Entfernung
-
unerwünschter gasförmiger Bestandteile aus einem Rauchgas Die Erfindung
betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Entfernung unerwünschter gasförmiger
Bestandteile aus einem bei einer Verbrennung anfallenden Rauchgas.
-
Das Problem der Entfernung unerwünschter gasförmiger Bestandteile
aus Verbrennungsgasen gewinnt zunehmend an Bedeutung. Diese Verbrennungs- oder Rauchgase
entstehen in der Regel durch Verbrennung von kohlenstoffhaltigen Brennstoffen, wie
öl, Kohle oder-Erdgas, aber auch bei der Verbrennung von Wasserstoff, wenn diese
in Gegenwart von Luft durchgeführt wird. Die Entfernung von gegebenenfalls vorhandenen
Schwefelverbindungen, insbesondere Schwefeldioxid, kann dabei nach Abkühlung und
- falls erforderlich - Vorreinigung (insbesondere Staub- und Rußabscheidung sowie
gegebenenfalls Entfernung von HF und HCl) in günstiger Weise mittels eines physikalisch
wirkenden Absorptionsmittels durchgeführt werden. Dabei wird nahezu das gesamte
ursprünglich im Rauchgas enthaltene Schwefeldioxid ausgewaschen. Ein derartiges
Verfahren ist beispielsweise in der DE-OS 32 37 387 beschrieben.
-
Dieses bekannte Verfahren dient jedoch nur zur Entfernung von Schwefeldioxid.
In vielen Fällen enthält das Rauchgas aber noch weitere Bestandteile, die nicht
in die Atmosphäre gelangen dürfen, wie insbesondere Stickoxide.
-
Zur Entfernung von Stickoxiden sind bereits katalytische Verfahren
bekannt, bei denen NO2 und NO in Gegenwart von Ammoniak gemäß
| 4 NH3 + 4NO2 + O2 Katalysator; 4 N2 + 6 H2O bzw. |
| 4 NH3 + 2N02 + O2 Katalysator 3 N2 + 6 H2O |
bei hohen Temperaturen zwischen ca. 2500C und 4500C zu unschädlichem N2 und Wasser
reduziert werden, die an die Atmosphäre abgegeben werden dürfen.
-
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung
der eingangs genannten Art bereitzustellen, mit der auf kostengünstige und wirtschaftliche
Weise eine Entstickung von gegebenenfalls vorgereinigtem Rauchgas durchgeführt werden
kann.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß im Rauchgasstrom
nacheinander mindestens ein ersterWärmetauscher, ein zur Umwandlung von Stickoxiden
geeigneter Katalysator sowie mindestens ein weiterer Wärmetauscher angeordnet sind.
-
Die üblicherweise bei einer Verbrennung anfallenden Rauchgase enthalten
Verunreinigungen, wie SO2, SO3, HCl, HF, Staub und Ruß. Diese Verunreinigungen.
sollten, um die Lebensdauer der zur Umwandlung von Stickoxiden verwendeten Katalysatoren
zur verlängern, vor den Katalysatoren entfernt werden. Insbesondere die SO2-Entfernung
erfolgt gewöhnlich bei Temperaturen, die wesentlich unter denen zur katalytischen
NOx-Umwandlung
erforderlichen liegen. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird nunmehr ermöglicht,
das Rauchgas in Wärmetauschern anzuwärmen, sodann die katalytische Umsetzung durchzuführen
und das gereinigte Rauchgas in mindestens einem weiteren Wärmetauscher wieder abzukühlen.
-
In vorteilhafter Weise wird dabei zur Abkühlung des Rauchein gases
in einem vorangegangenen Schaltzyklus vom Rauchgas durchströmter Wärmetauscher zu
dessen Anwärmung verwendet.
-
Somit kann die Anwärmung in Wärmetauschern erfolgen, die durch das
heiße NOx-freie Rauchgas erwärmt werden und diese Wärme wiederum auf das anzuwärmende
NO -haltige Rauchgas abgeben. Auf diese Weise kann ohne großen Energieaufwand eine
ausreichende Aufheizung des Rauchgases gewährleistet werden.
-
Zur Umschaltung des Rauchgasstromes auf die verschiedenen Wärmetauscher
ist es dabei von Vorteil, wenn im Rauchgasstrom eine Schalteinrichtung vorgesehen
ist, die mit einer Zuführung für das Rauchgas, einer Ableitung für das behan delte
Rauchgas sowie mit jedem der Wärmetauscher verbunden.
-
ist. Insbesondere kann dabei eine Vierwegklappe als Schalteinrichtung
zur Anwendung gelangen.
-
Dabei ist es von Vorteil, wenn Wärmetauscher mit Wärmespeichermasse
verwendet werden. Somit können neben-üblichen Wärmetauschern mit Rohren auch Wärmetauscher
mit Schüttungen zur Anwendung gelangen, wie beispielsweise Regeneratoien oder Rekuperatoren.
Besonders günstig ist es dabei, wenn als Wärmespeichermasse keramische Masse eingesetzt
wird, die einen möglichst vollständigen Wärmeaustausch sicherstellt.
-
Das heiße Rauchgas wird nach Anwärmung über den Katalysator geleitet,
so daß die bereits erwähnten Reaktionen
stattfinden können. Dabei
wird insbesondere die erstgenannte Reaktion auftreten, da in dem Rauchgas meist
über 90% NO und der Rest NO2 enthalten sind. Das bei der katalytischen Umwandlung
entstehende N2 und Wasser bzw. bei den hohen Temperaturen Wasserdampf sind ungefährlich
und können ohne Bedenken in die Atmosphäre abgegeben werden.
-
Das heiße gereinigte Gas gibt dann seine Wärme an einen in einem vorangegangenen
Zyklus zur Erwärmung von NOx-haltigem Rauchgas verwendeten Wärmetauscher ab, so
daß dieser Wärmetauscher in einem weiteren Zyklus wieder zur Anwärmung des Rauchgases
zur Verfügung steht. Der Rauchgasstrom kann dabei nach einer Zeit von etwa 1 bis
20 Minuten, vorzugsweise 3 bis 5 Minuten auf den anderen Wärmetauscher umgeschaltet
werden.
-
Für die Anordnung der Wärmetauscher und des Katalysators ergeben sich
mehrere Möglichkeiten. Nach einer vorteilhaften Variante sind der Wärmetauscher,
der Katalysator und der weitere Wärmetauscher übereinander angeordnet. Alternativ
können beide Wärmetauscher unmittelbar übereinander und der Katalysator oberhalb
oder unterhalb der Wärmetauscher angeordnet sein. Schließlich besteht auch die Möglichkeit,
die Wärmetauscher nebeneinander-und den Katalysator oberhalb oder unterhalb der
Wärmetauscher anzuordnen. Welche der jeweiligen Möglichkeiten gewählt wird, hängt
dabei jeweils insbesondere vom Platzangebot ab.
-
Bei den angegebenen Anordnungsmöglichkeiten für Wärmetauscher und
Katalysatoren wird die Durchströmungsrichtung des Rauchgases durch den Katalysator
umgekehrt, wenn das Rauchgas von dem einen auf den anderen Wärmetauscher umgeschaltet
wird. Diese wechselnde Durchströmung des Katalysator kann zu großer Beanspruchung
desselben führen.
-
Aus diesem Grunde ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß im
Rauchgasstrom
zwischen den Wärmetauschern eine zusätzliche Schaltarmatur angeordnet ist, die einerseits
mit dem Katalysator in Verbindung steht und andererseits wahlweise mit einem der
beiden Wärmetauscher verbindbar ist. Somit besteht die Möglichkeit, das Rauchgas
immer in derselben Richtung über den Katalysator zu leiten, unabhängig davon, welchem
Wärmetauscher es zuerst zugeführt wird. Als Schaltarmatur kann hierbei eine Vierwegklappe
dienen.
-
Der Katalysator kann somit also immer von oben nach unten oder immer
von unten nach oben durchströmt werden. Die letztere Verfahrensführung bietet dabei
folgenden zusätzlichen Vorteil: Bei horizontaler Katalysatoranordnung z.B.
-
auf einem Sieb oder Lochboden als Halterung erfolgt auf dem Sieb oder
Lochboden eine grobe Staubabscheidung. Somit kann der Katalysator zusätzlich eine
Reinigungswirkung erfüllen.
-
Zum Ausgleich von Wärmeverlusten bei nicht vollständigem Wärmeaustausch
ist weiterhin vorgesehen, daß der Katalysator mit einer Wärmequelle verbunden ist.
Diese Wärmequelle kann strömungseingangs- und/oder strömungsausgangsseitig vom Katalysator
angeordnet sein. Die alternative Anordnung ist insbesondere dann möglich, wenn der
Katalysator grundsätzlich einseitig durchströmt wird. Als Wärmequelle kommt hier
insbesondere heißes Rauchgas in Frage. Das Rauchgas kann dabei z.B. durch Verbrennung
hochkalorischer Brennstoffe in einer Brennkammer erzeugt und von außen über eine
Heißgaszuleitung dem Katalysator zugeführt oder direkt durch Verbrennung hochkalorischer
Brennstoffe im Reaktor erzeugt werden. Dabei reicht meist eine kleine Rauchgasmenge
aus, um die Verluste zu decken. Natürlich können die Wärmeverluste auch durch andere
Wärmequellen, wie elektrische Beheizung oder durch in einem Wärmetauscher kondensierenden
Dampf gedeckt werden. Uberdies besteht die Möglichkeit, daß der Katalysator mit
einer beheizten Bypass-
Leitung für das Rauchgas verbunden ist.
-
Gemäß einer sehr vorteilhaften Ausgestaltungsform des Erfindungsgedankens
sind Wärmetauscher und Katalysator in einem gemeinsamen Behälter, der bevorzugt
einen rechteckigen, insbesondere quadratischen Querschnitt aufweist, angeordnet.
-
Es ist jedoch auch ein Behälter mit kreisrundem Querschnitt denkbar.
-
Nach einer äußerst zweckmäßigen Ausführungsform weist der Behälter
dabei eine Wärmeisolierung auf. Der Wandaufbau des Behälters besteht danach aus
einer ein- oder mehrschichtigen Zustellung keramischer Materialien. Das Material-Engineering
wird den wärme- und betriebstechnischen Bedingungen angepaßt. Je nach Zustellungsart
kann es erforderlich sein, die heißgehende Schicht mit dem Behältermantel zu verankern.
Die Zustellung kann dabei eine Gesamtdicke von 20 bis 250 mm, bevorzugt 100 bis
140 mm aufweisen.
-
Als Materialien kommen feuerfeste und wärmedämmende Baustoffe in Frage,
insbesondere Beton, Stein bzw. Steinwolle oder Faserisolierung. Falls erforderlich,
ist die Wärmedämmung nicht nur auf der Behälterinnenseite sondern auch auf der Außenseite
aufgebracht.
-
Um die katalytische Umwandlung der Stickoxide zu ermöglichen,
ist
es überdies notwendig, daß der Strömungsweg zwischen dem ersten Wärmetauscher und
dem Katalysator eine Zuleitung für ein Hilfsfluid, insbesondere Ammoniak, aufweist.
-
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Vorrichtung ist der Katalysator in mehrere Schichten unterteilt. Dies kommt insbesondere
dann zur Anwendung, wenn bei engen Platzverhältnissen die erforderliche Fläche für
das Katalysatorbett bei gegebener Raumgeschwindigkeit und Lineargeschwindigkeit
nicht zur Verfügung steht.
-
Dann vergrößert die erfindungsgemäße Aufteilung des Katalysators in
mehrere Schichten den Anströmquerschnitt, d.h.
-
die Oberfläche des Bettes, da die Summe der Oberflächen der einzelnen
Schichten größer als die Querschnittsflhen des Strömungsweges ist. Durch die Aufteilung
des Katalysators in mehrere Schichten werden außerdem geringere Schütthöhen erreicht,
wodurch weniger Verschleiß durch Abrieb des Katalysators auftritt. Die Aufteilung
des Katalysators in mehrere Schichten vergrößert überdies die Flexibilität hinsichtlich
der Anordnung der\"atalysatormasse.
-
Es erweist sich als zweckmäßig, wenn die Katalysatorschichten in Durchströmungsrichtung
betrachtet einander mindestens zum Teil überlagern. Bei dieser Anordnung liegen
die Katalysatorschichten mit Abstand zueinander in verschiedenen Ebenen senkrecht
zur Durchströmungsrichtuig des Rauchgases, wobei zumindest Abschnitte der Katalysatorschichten
miteinander zur Deckung kommen.
-
Besonders vorteilhaft ist es, wenn, wie weiter vorgeschlagen wird,
die Katalysatorschichten horizontal angeordnet sind.
-
Bei dieser Anordnung ist der Katalysatorabrieb am geringsten.
-
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung des Erfindungsgedankens ist zumindest
ein Teil der Katalysatorschichten stufenartig
versetzt übereinander
angeordnet. Alternativ kann zumindest ein Teil der Katalysatorschichten auch deckungsgleich
übereinander angeordnet sein. Dabei können die Katalysatorschichten in einem Strömungsweg
von kreisförmigem oder rechteckigem Querschnitt symmetrisch zu dessen Längsachse
angeordnet sein.
-
Die erfindungsgemäße Vorrichtung bietet den Vorteil, daß ein kostengünstiger
Katalysator bei optimal wählbarer Reaktionstemperatur verwendet werden kann, dessen
Lebensdauer erhöht ist, da keine schädigenden Verunreinigungen im Gasstrom mehr
vorhanden sind. Bei Lastschwankungen ist die NH3-Zuspeisung regulierbar, wobei der
Temperatureinfluß klein gehalten werden kann.
-
Zur Umwandlung von Stickoxiden kommen die an sich bekannten Katalysatoren
zur Anwendung, wie z.B. Zeolithe oder Vanadiumoxid/Titanoxid auf Träger oder Edelmetallkatalysatoren
auf Träger. Je nach verwendetem Katalysator wird dabei das Rauchgas auf die für
die Umsetzung auf dem Katalysator notwendige Temperatur in dem Wärmetauscher angewärmt.
Bevorzugt liegt diese Temperatur zwischen 2500C und 4000C. Diese Temperaturen sind
aus dem Grund ausreichend, da der Katalysator nichts von seiner Aktivität durch
andere Verunreinigungen einbüßt.
-
Die Katalysatorschichten können als Schüttungen ausgebildet sein,
wobei die Katalysatormasse teilchenförmig, z.B. ring-, zylinder-, kugel- oder sternförmig
ist. Es besteht aber auch die Möglichkeit, wabenförmige Katalysatoren einzusetzen.
-
Die Erfindung betrifft überdies ein Verfahren zur Entfernung unerwünschter
gasförmiger Bestandteile aus einem bei einer Verbrennung anfallenden Rauchgas mit
einer Vorrichtung der vorgenannten Art. Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet,
daß
das Rauchgas über einen ersten Wärmetauscher zur Anwärmung und sodann über einen
zur Umwandlung von Stickoxiden geeigneten Katalysator geleitet wird, woraufhin das
gereinigte Rauchgas über mindestens einen weiteren Wärmetauscher geleitet und gekühlt
abgegeben wird. Nach Anwärmung wird das Rauchgas vorzugsweise mit NH3 versetzt.
Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn der weitere Wärmetauscher in einem vorangegangenen
Zyklus vom Rauchgas durchströmt wird.
-
Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das Verfahren lassen sich allgemein
bei allen Rauchgasreinigungsanlagen einsetzen.
-
Im folgenden seien weitere Vorteile und Ausführungsformen der Erfindung
anhand eines in acht Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutern.
-
Es zeigen: Figur 1 Anordnung Wärmetauscher, Katalysator, Wärmetauscher
Figur 2 Anordnung Wärmetauscher, einseitig durchströmter Katalysator, Wärmetauscher
Figur 3 Wärmetauscher, Katalysator mit Teillastanpassung, Wärmetauscher Figur 4
Anordnung Wärmetauscher, Wärmetauscherkatalysator Figur 5 Wärmetauscher, Wärmetauscher,
einseitig durchströmter Katalysator Figur 6 einseitig durchströmter Katalysator,
Wärmetauscher, Wärmetauscher Figur 7 nebeneinander angeordnete Wärmetauscher mit
darüberliegendem Katalysator.
-
Figur 8 Anordnung wie bei Fig.7, jedoch mit Lastanpassung.
-
In Figur 1 ist eine Vorrichtung zur Entfernung von Stickoxiden aus
einem Rauchgas dargestellt. Ein Reaktor 1 weist in seinem unteren und seinem oberen
Bereich jeweils eine Schüttung 2 aus einem wärmespeichernden Material, beispielsweise
Keramiksättel auf. Die SchüttuiOgen 2 bilden dabei Regeneratoren. Zwischen den beiden
Regeneratoren ist ein Katalysator angeordnet, der sich aus vier stufenförmig übereinander
angeordneten Katalysatorschichten 3 zusammensetzt. Jede der Katalysatorschichten
3 weist einen Katalysator zur Umwandlung von Stickoxiden auf. Die Katalysatorschichten
3 liegen horizontal, wobei sich benachbarte Katalysatorschichten 3 mit etwa 2/3
ihrer Fläche überlappen.
-
Die Summe der Oberflächen der Katalysatorschichten 3 ist somit doppelt
so groß wie der Querschnitt des Reaktors 1.
-
Zwischen den Katalysatorschichten 3 sind Trennwände 4 vorgesehen,
die sich jeweils vom Innenrand der einen zum Außenrand der nächsthöheren Katalysatorschicht
3 erstrecken.
-
Der Reaktor weist an seiner Ober- und seiner Unterseite Zu- bzw. Abführungsleitungen
5, 6, auf welche in eine Vierwege-Schalteinrichtung 7 münden, die außerdem einen
Anschluß 8 zur Zuführung von- Rauchgas soie einen Anschluß 9 zur Abführung von gereinigtem
Rauchgas aufweist.
-
Das Rauchgas wird über die Leitung 5 in den Reaktor 1 eingeleitet
und durchströmt den unteren Regenerator 2, in dem es erwärmt wird. Nach Verlassen
des Regenerators 2 wird das angewärmte Rauchgas mit über eine Zuleitung 10 zugeführtem
Ammoniak vermischt und das Gemisch durch die Katalysatorschichten 3 geleitet. Dabei
werden im Rauchgas enthaltene Stickoxide katalytisch umgewandelt. Anschließend wird
das gereinigte heiße Rauchgas über den oberen Regenerator 2 geleitet und abgekühlt.
Das gekühlte Rauchgas verläßt den Reaktor 1 über Leitung 6.
-
Nach einiger Zeit wird die Vierweg-Schalteinrichtung 7 umgeschaltet
(gestrichelte Darstellung), so daß das Rauchgas dem Reaktor 1 über die obere Leitung
6 zugeführt wird. Das Rauchgas wird beim Durchströmen des im vorhergehenden Zyklus
erwärmten oberen Regenerators 2 angewärmt und anschließend mit über eine Zuleitung
11 zugeführten Ammoniak vermischt.
-
Das Gemisch durchströmt die Katalysatorschichten 3, wobei wiederum
im Rauchgas enthaltene Stickoxide umgewandelt werden. Anschließend wird das gereinigte
Rauchgas durch den im vorhergehenden Zyklus abgekühlten unteren Regenerator 2 geleitet,
abgekühlt und über Leitung 5 abgezogen.
-
Neben Ammoniak kann dem Reaktor außerdem Wärme in Form eines Heißgases
über Leitungen 12 zugeführt werden.
-
Figur 2 zeigt in vereinfachter Form eine ähnliche Vorrichtung wie
Figur 1, wobei gleiche Teile mit gleichen Bezugseichen versehen sind. Dabei sind
die Zuleitungen 5 und 6 nur angedeutet, sowie die Vierwegeschalteinrichtung 7 nicht
dargestellt.
-
Im Unterschied zu Figur 1 wird bei Figur 2 der Katalysator, bzw. die
Katalysatorschichten 3 einseitig drchströmt.
-
Hierzu ist es erforderlich, daß im Reaktor eine Schaltarmatur 13,
beispielsweise eine Heißklappe vorgesehen ist.
-
Das Rauchgas tritt über Leitung 5 ein, durchströmt den unteren Regenerator
2 zur Anwärmung und wird dann in Pfeilrichtung an einem Leitblech 14 vorbeigeleitet,
mit Ammoniak, der über eine Zuleitung 10 und ein Verteilersystem in den Reaktor
eingeführt wird, vermischt und in Pfeilrichtung über die Katalysatorschichten 3
geführt. Schließlich wird das Rauchgas über den oberen Regenerator 2 zur Abkühlung
geleitet und über Leitung 6 abgezogen. Gegebenenfalls kann das angewärmte Rauchgas
bei Umströmen des Leitbleches 14 mittels eines über Leitung 12 herangeführten Heißgases
weiter erwärmt werden.
-
Im nächsten Zyklus wird das Rauchgas sodann über Leitung 6 herangeführt,
zur Anwärmung über den oberen Regenerator 2 geleitet und ebenfalls um das Leitblech
14 geleitet, wobei die Heißklappe 13 um 900 gedreht worden ist, so daß sie senkrecht
steht. Das Rauchgas wird sodann ebenfalls von unten nach oben über die Katalysatorschichten
3 geführt und weiter zur Abkühlung über den unteren Regenerator, so daß es gekühlt
über Leitung 5 abgezogen werden kann.
-
Im Gegensatz zu der Vorrichtung gemäß Figur 1 werden nach
Figur
2 keine im Reaktor direkt angeordneten Brenner, wie beispielsweise Jetbrenner, verwendet,
sondern ein in einem äußeren Kanal (zwischen Reaktorwand und Leitblech 14) liegendes
Brennersystem.
-
Figur 3 zeigt ebenfalls eine Vorrichtung ähnlich der von Figur 1,
wobei wieder gleiche Teile mit gleichen Bezugsziffern versehen sind. Wie gemäß Figur
1 werden auch hier die Katalysatorschichten wechselseitig durchströmt, weshalb keine
zusätzliche Klappe wie in Figur 2 nötig ist.
-
Im Unterschied zu Figur 1 weist die Vorrichtung nach Figur 3 einen
Schieber 15 bei jeder Katalysatorschicht 3 auf, mit dem bei Teillast die Rauchgasmenge
einstellbar ist, d.h. die Raumgeschwindigkeit in der Katalysatorschicht 3 angepaßt
werden kann.
-
Die durchgezogenen Pfeile zeigen die Rauchgasströmung bei Eintritt
über Zuführung 5 an, während die gestrichelten Pfeile die Rauchgasströmung bei Eintritt
über Leitung 6 darstellen.
-
In Figur 4 ist eine Vorrichtung dargestellt, bei der als wesentliche
Unterscheidung zu der Vorrichtung gemäß Figur 1 die Regeneratoren 2 übereinander
und darüber die Katalysatorschichten 3 angeordnet sind. Auch hier ist der Übersichtlichkeit
halber die Verrohrung zu Leitungen 5 und 6 sowie die Vierwegeschalteinrichtung 7
nicht dargestellt. Diese Anordnung ertnglicht, daß die Regeneratoren ohne Schwierigkeiten
gewaschen werden können.
-
Rauchgas tritt über Leitung 5 ein, wird im oberen Regenerator 2 angewärmt
und nach gegebenenfalls weiterer Erwärmung mittels eines Heißgases, das über Leitung
12 zugeführt wird, mit Ammoniak aus Leitung 10 vermischt und über die Katalysatorschichten
3 geführt. Das gereinigte
Rauchgas verläßt den Reaktor 1 im oberen
Bereich über eine Leitung 16 in Pfeilrichtung und wird über Zuführung 17 in den
unteren Bereich des Reaktors wieder eingeführt, über den unteren Regenerator 2 geleitet
und über Leitung 6 gekühlt aus dem Reaktor 1 abgezogen.
-
Im nächsten Zyklus wird das Rauchgas sodann über Leitung 6 eingeführt,
und in Richtung der gestrichelt dargestellten Pfeile über den unteren Regenerator
2, Leitung 17 und 16, sowie die Katalysatorschichten 3 und oberen Regenerator 2
geleitet und über Leitung 5 wieder abgezogen.
-
Figur 5 zeigt eine Vorrichtung, in der die Regeneratoren 2 übereinander
und darüber einseitig durchströmte Katalysatorschichten 3 angeordnet sind. Ahnlich
wie in Figur 2 wird bei dieser Vorrichtung das Rauchgas, das über Leitung 5 eintritt
und in dem oberen Regenerator 2 erwärmt wurde bei horizontal stehender warmer Klappe
13 um das Leitblech 14 geleitet und dann in Pfeilrichtung (durchgezogene Pfeile)
über die Katalysatorschichten 3 geführt und über Leitung 16 abgezogen. Das Rauchgas
tritt über Leitung 17 wieder in den unteren Teil des Reaktors 1 ein und wird nach
Abkühlung im unteren Regenerator 2 über Leitung 6 abgezogen. Bei Eintritt über Leitung
6 gilt die gestrichelt dargestellte Strömungsrichtung, wobei dann die Klappe 13
um 900 gedreht ist, so daß sie senkrecht steht. Wie zu erkennen ist, wird dabei
der Katalysator immer von unten nach oben durchströmt.
-
Diese Vorrichtung hat gegenüber den bislang beschriebenen Vorrichtungen
noch einen weiteren Unterschied. Das Rauchgas kann nämlich nicht nur in dem Bereich
zwischen dem Leitblech 14 und dem äußeren Reaktorrand mittels eines Heißgases, das
über Leitung 12 zugeführt wird, erwärmt werden, sondern auch in dem Rohr 18. Hierzu
kann über Leitung 19 Brenngas direkt in das Rohr 18 eingeführt werden, um dort
verbrannt
zu werden. Alternativ kann über Leitung 19 auch Heißgas eingeführt werden. Weiterhin
besteht die Möglichkeit, das Rohr 18 indirekt zu beheizen. Dabei könnte auch lediglich
ein Teilstrom des Rauchgases in einer Baypass-Leitung angewärmt werden. Diese Ausführungsform
der zusätzlichen Anwärmung des Rauchgases außerhalb des Reaktors 1 ist bei allen
vorangegangenen und noch zu beschreibenden Ausfuhrungsformen ebenfalls denkbar.
-
Bei der Vorrichtung gemäß Figur 6 ist der Katalysator ebenerdig angeordnet
und die Regeneratoren sind oberhalb des Katalysators in dem Reaktor 1 untergebracht.
Zur Verdeutlichung ist bei diesem Beispiel die Vierwegklappe 7 mit Anschlüssen 5
und 6 sowie einem Anschlußrohr 20 nochmals getrennt neben dem Reaktor 1 dargestellt.
-
Rauchgas gelangt über Leitung 5 und Vierwegklappe 7 (durchgezogene
Stellung) über Anschlußteil 20 zum oberen Regenerator 2, wird dort angewärmt und
über Vierwegklappe 13 (durchgezogene Stellung der Klappe) in das Rohr 18 geführt.
-
Dort kann das Rauchgas zusätzlich über 19 erwärmt werden.
-
In das Rohr 18 wird über Leitung 10 NH3 eingeführt, das in einem Mischer
21 mit dem Rauchgas vermischt wird.
-
Das Gasgemisch wird sodann in Pfeilrichtung über die Katalysatorschichten
3 geführt und weiter in Pfeilrichtung über eine Leitung 22 und Vierwegklappe 13
zum unteren Regenerator 2 zur Abkühlung geleitet. Von dort aus gelangt das Gas über
die Klappe 7 in Leitung , über die es aus dem Reaktor 1 abgezogen wird.
-
In dem nächsten Zyklus wird das Gas über die gestrichelt dargestellte
Stellung der Klappe 7 zuerst auf den unteren Regenerator und dann über die gestrichelt
dargestellte Lage der Klappe 13 über Rohr 18 über die Katalysatorschichten geführt,
woraufhin es nach Durchströmen des
oberen Regenerators 2 abgekühlt
abgezogen wird.
-
In der Darstellung der Figur 6 sind mit 2a jeweils die Füllöffnung
für die Regeneratorschüttungen bezeichnet. Um an die Füllöffnung des unteren Regenerators
2 zu kommen, ist das Kanalstück 22a seitlich versetzt angeordnet. Mit 3a ist weiterhin
eine Montageöffnung für den Katalysator bezeichnet. Diese Ausführungsform hat den
großen Vorteil, daß der Katalysator ohne große Schwierigkeiten auswechselbar ist.
Die Klappen 7 und 13 sind symmetrisch eingebaut, wodurch kurze Leitungen ermöglicht
werden.
-
In Figur 7 ist schließlich eine Vorrichtung dargestellt, bei der die
beiden Regeneratoren 2 nebeneinander und der Katalysator über den Regeneratoren
angeordnet ist. Das Rauchgas strömt über Leitung 5 heran, wird im linken Regenerator
2 angewärmt, gegebenenfalls mittels eines über Leitung 12 zugeführten Heizgases
weiter angewärmt, mit NH3 aus Leitung 10 vermischt und in Pfeilrichtung über die
Katalysatorschicht 3 geführt. Das gereinigte Gas wird sodann in Pfeilrichtung über
den rechten Regenerator 2 zur Abkühlung geleitet und über Leitung 6 abgezogen. Die
gestrichelt dargestellten Pfeile geben die Strömungsrichtung des Rauchgases für
den Fall an, daß es über Leitung 6 zugeführt und über Leitung 5 abgezogen wird.
-
Die Anordnung gemäß Figur 7 hat den Vorteil, daß die Bauhöhe wesentlich
geringer wird, jedoch erhöht sich gleichzeitig der Druckverlust innerhalb des Reaktors
etwas.
-
Als weiterer Vorteil ist anzusehen, daß die Regeneratoren, wie auch
bei den Anordnungen der Figuren 4 und 5 ohne große Schwierigkeiten gewaschen werden
können.
-
Die Anordnung gemäß Figur 8 entspricht weitgehend der von Figur 6,
jedoch ist eine Lastanpassung vorgesehen.
-
Hierzu ist im Rauchgasströmungsweg eine Klappe 25 angeordnet.
-
Bei voller Last ist diese Klappe geöffnet, so daß das Rauchgas parallel
ber die beiden Katalysatorschichten 3 in Pfeilrichtung strömt. Bei halber Last ist
die Klappe geschlossen und es wird nur die obere Katalysatorschicht durchströmt.
-
Es ist klar, daß die Lastanpassung mit unterschiedlicher Anzahl von
Katalysatorschichten und Klappen (immer eine Klappe weniger als Katalysatorschichten)
durchgeführt werden kann. In sinnvoller Weise erfolgt die Lastanpassung jedoch mit
2 oder 3 Katalysatorschichten, d.h. einer oder zwei Klappen. Damit sind Anpassungen
an 1/3, 1/2, 2/3, volle Last möglich.
-
In der Tabelle sind nochmals die Anordnungen gemäß den vor beschriebenen
Figuren 1 bis 8 schematisch dargestellt, wobei die Durchströmungsrichtungen des
Katalysators die Anzahl der Klappen sowie ein- bzw. zweistufige Aufheizung und NH3-Zudosierung
angegeben sind.
-
T a b e l l e
| Entsprechend Figur Nr. 1 2 3 4 5 6 7 8 |
| # # # # # # # |
| Gesamtanordnung von Reaktor # # # # # # # # |
| und Regeneratoren # # # # # # # # |
| Durchströmung Katalysator # # # # # # # # |
| Aufheizung + NH3-Dosierung 2- 1- 2- 2- 1- 1- 2- 1- |
| seitig seitig seitig seitig seitig seitig seitig seitig |
| Anzahl der Klappen 1 2 1 1 2 2 1 2 |
- Leerseite -