DE3515143A1

DE3515143A1 - Rauchgasemissions-kontrollsystem

Info

Publication number: DE3515143A1
Application number: DE19853515143
Authority: DE
Inventors: Richard Leon Pittsburgh Pa. Hundstad; Ira Eston Monroeville Pa. Kanter
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1984-04-30
Filing date: 1985-04-26
Publication date: 1985-10-31
Also published as: GB2158055B; JPS6118424A; KR850007570A; SE8501858L; GB8510189D0; IL74856A0; KR920010275B1; IL74856A; GB2158055A; SE8501858D0; CA1277953C

Description

• ti

* III

. Ernst Stratmann

PATENTANWALT D-4OOO DÜSSELDORF I · SCHADOWPLATZ 9

Τ5ΊΤΊΤ0

Düsseldorf, 25. April 1985

51,040
8518

Westinghouse Electric Corporation
Pittsburgh, Pa., V. St. A. .

Rauchgasemissions-Kontrollsystem

Die Erfindung betrifft allgemein ein Verfahren sowie ein Gerät zur Kontrolle und Steuerung gasförmiger Verunreinigungen. Genauer gesagt, liefert die vorliegende
Erfindung ein Verfahren und eine Jechnik, bei dem auf den Abgasstrom eines Verbrennungssystems, welcher Abgasstrom SO_x- und NO_x-Emissionen enthält, so eingewirkt wird, daß die SO_x- und NO_x-Anteile in ein thermodynamisch stabiles und weniger schädliches Abgasprodukt umgewandelt werden, welches Produkt dann leicht gesammelt und beseitigt
werden kann.

Es sind bereits zahlreiche technische Verfahren bekannt, um Luftverunreinigungen zu begrenzen und zu kontrollieren. Beispiele derartiger Verfahren umfassen
Trägheitstrennung, Waschen, Filtrieren, elektrostatische Niederschlagung, Elektro-Potoionisation mittels Elektronenstrahlbestrahlung sowie Katalyse. Zyklonseparatoren, die eine abrupte Richtungsänderung von schnell

iiiiuN wist (BLZ 100 100 10) 1937 36- 109 ■ diutichi iank (BLZ 300 70010) 6160 9SS

strömenden Gasströmungen erzeugen, bewirken eine Trennung der mitgerissenen Feststoffe durch die Differenz in den Trägheitskräften, die auf derartige Feststoffe wirken, im Vergleich zu dem mitreißenden Gas. Zyklone haben den Vorteil der Einfachheit der Konstruktion, der hohen Kapazität und der leichten Wartbarkeit. Jedoch sind derartige Trägheitstrenneinrichtungen, bestenfalls, nur wirksam zum Herausziehen von relativ großen Teilchen aus dem mitreißenden Gas, und natürlich sind diese Einrichtungen vollständig unfähig, verunreinigende Gase abzutrennen, die in dem Hauptkörper des behandelten Gases oder der behandelten Luft vorhanden sind. Andererseits hat das Waschen oder das Reagieren eines Gases durch Kontaktieren dieses Gases mit einem feinen Sprühnebel einsr Flüssigkeit, wie Wasser oder chemischer Aufschlämmungen, den Vorteil der verhältnismäßig niedrigen Ausrüstungskosten. Jedoch gibt es betriebsmäßige Nachteile bei den Waschern, einschließlich der Handhabung dei sich ergebenden Aufschlämmung oder des Schlammes, die Korrosion der Geräte sowie Probleme hinsichtlich mikrobiologischen Wachstums, in den meisten Fällen sind in der Praxis derartige Einrichtungen begrenzt auf die Entfernung von verhältnismäßig groben Teilchen aus einem Gas, und irgendeine Trennung der gasförmigen Verunreinigung SO₂ ist abhängig von der relativen Löslichkeit der Verunreinigungskomponente und der Hauptgaskomponente in dem Wasser oder der anderen Flüssigkeit. Katalytische Betten werden weiterhin angewendet, um verschiedene gasförmige Systeme zu behandeln. Jedoch sind Betten sehr spezifisch hinsichtlich des Reaktionsmittels und des komplementären Katalysators, sie erfordern genaue Temperatursteuerung und sie sind extrem empfindlich gegenüber Giften. Beide gasförmigen Bestandteile und die Feststoffteilchen neigen dazu, den Katalysator zu vergiften und die katalytische Aktivität dadurch zu reduzieren.

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Elektrostatischer Niederschlag wird in weiten*. Umfang angewendet, und trotz der hohen Anfangskosten für die Ausrüstung und trotz der hohen Betriebskosten mag dieses System das einzige praktische Verfahren darstellen, bei dem annehmbar niedrige Pegel hinsichtlich fester, in Luft schwebender Teilchen in Gas- oder Luftströmungen, die an die Atmosphäre abgegeben werden, erreichbar sind. Das verwendete Verfahren umfaßt naturgemäß die Anwendung von hohen Spannungen an Elektrodenanordnungen, so daß das Gas nahe der Elektroden ionisiert wird und die in dem Gas suspendierten Teilchen aus der Berührung mit den Gasionen eine Ladung erhalten. Derartige geladene Teilchen wandern dann von dem Kontakt mit den Gasionen zu einer Elektrode von entgegengesetzter Ladung und die geladenen Teilchen heften sich an die Elektroden, während das Gas über die Elektrodenanordnung hinwegströmt. Die Entfernung der angesammelten festen Teilchen wird in den meisten Fällen durch mechanisches Vibrieren der Elektroden erreicht, um die Kuchen von gesammeltem Staub in einen Sammelbehälter zu entladen. Obwohl das System vielseitig und wirksam bei der Entfernung von kleinen festen Teilchen aus der Atmosphäre ist, ergeben sich doch dann, wenn die Teilchengröße extrem klein ist, einige ernsthafte Probleme, von welchen Problemen das bedeutsamste in der Tatsache liegt, daß nur teilchenförmiges Material ausgeschieden werden kann. Zusätzlich verhindern die physikalischen und elektrischen Eigenschaften von einigen teilchenförmigen Materialien, daß diese wirksam durch eine elektrostatische Niederschlageinrichtung gesammelt werden. Elektronenstrahlbestrahlangssysteme haben zahlreiche Hauptnachteile, einschließlich den der Verwendung von Elektronen hoher Energie ( 500 KeV), weitere Probleme liegen in dem Erfordernis eines bruchempfindlichen Strahlfensters, mit dem dem Elektronenstrahl ermöglicht wird, in die Gasleitung einzutreten,

· f

• fit

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und auch in der Notwendigkeit eines- teueren Elektronenstrahlbeschleunigers außerhalb der Gasleitung sowie auch in der Notwendigkeit, eine Abschirmung vorzusehen, um einen Schutz gegenüber Röntgenstrahlen zu liefern, die von dem Beschleuniger erzeugt werden. Elektro-Fotoionisation beeinflußt die Entfernung von Verunreinigungen mittels der kombinierten Wirkung eines intensiven elektrischen Feldes und einer elektromagnetischen Strahlung auf die Gasströmung, wobei die elektrostatische Niederschlagung von festen Verunreinigungen und die elektrochemische und fotochemische Umwandlung von gasförmigen Verunreinigungen in elementare oder nicht verunreinigende Form stattfindet. Das Feld wird durch entgesetzt aufgeladene Elektroden induziert, die die teilchenförmigen sowie die gasförmigen Verunreinigungen veranlassen, in einen Zustand oder in eine Bedingung angeregt zu werden, die einen Dunkelstromfluß und/oder eine Glühentladung zwischen den Elektroden ve-ursacht. Gleichzeitig mit einer derartigen Hochspannungsanregung wird die Gasströmung einer elektromagnetischen Strahlung im Ultra-Violettbereich ausgesetzt, um Fotoionisation zu erzeugen, die die elektrochemische und die fotochemische Umwandlung aufrechterhält. Gegenwärtig - mit Ausnahme des von einem Elektronenstrahl angetriebenen Systems - beseitigen alle vorgenannten Systeme nur eine der Hauptgruppen von gasförmigen SO2/NO_X-Bestandteilen, wobei jedes Verfahren eine Serienoperation erfordert.

Es gibt zahlreiche bekannt gewordene Patente und Veröffentlichungen, die auf die Entfernung von teilchenförmigen! Material gerichtet sind, wie beispielsweise Staubteilchen aus einem Raum, der Gas oder Luft enthält.

Die US-Patentschrift 3 917 470 handelt von einer elektrostatischen Niederschlageinrichtung, die einen optischen,

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elektrostatischen Generator verwendet. Die Anordnung umfaßt eine Sammelelektrode, die typischerweise eine flüssige Oberfläche besitzt. Das US-Patent 3 979 193 lehrt ein Gerät für die Steuerung der Menge von verunreinigenden Substanzen innerhalb des Abgases einer internen Verbrennungskraftmaschine, wobei die Abgase durch eine Kammer durchtreten, in der eine Korona-Entladung erzeugt wird.

Die US-Patentschrift 3 869 302 beschreibt, wie NO_x-SO₂-haltige Gase einer Bestrahlung mit einer ionisierenden Strahlung von ultra-violettem Licht ausgesetzt werden. Der Prozeß erfordert die Verwendung einer Elektronenstrahleinheit. In der gleichen Richtung liegen die Veröffentlichungen "Radiation Phys. Chem.", Vol. 24, Nr. 1, 1984, Seiten 117-127 und Seiten 129-143 (Shui et al. bzw. Feldman et al.), welche Druckschriften sich mit der Verwendung von Elektronenstrahleinheiten bei der Abgasbehandlung zur Entfernung von NO_x und SO₂ beschäftigen. Diese bekannten Anordnungen verwenden Spannungsversorgungseinrichtungen für unerwünscht hohe Spannungen, beispielsweise solche für 6KV, die im Betrieb und bei der Wartung kompliziert sind und die trotzdem nicht vollständig zuverlässig arbeiten, da sie einen Mangel an Einfachheit aufweisen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein einfaches, billiges und wirksame s System für die gleichzeitige Entfernung von gasförmigen NO_x- und SO_x-Bestandteilen aus einem Hauptstrom aus Gas in einem einzigen Prozeßreaktor zu liefern, indem die gasförmigen Bestandteile in nicht gasförmige Produkte, wie Feststoffe, umgesetzt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es außerdem, ein Emissionsgteuersystem zur Umsetzung und Entfernung von gasförmigen Verunreinigungen bei Anwendungen großen Ausmaßes zu

liefern, wie beispielsweise bei Verbrennungseinrichtungen für fossile Brennstoffe und dgl.

Die vorliegende Erfindung umfaßt in ihrer allgemeineren Form ein Verfahren zur Umsetzung und zur Entfernung von ausgewählten gasförmigen Verunreinigungen aus einem Abgas, das durch ein Verbrennungsgerät erzeugt wird, indem die gasförmigen Verunreinigungen in nicht gasförmige Produkte umgesetzt werden, wobei das Verfahren folgendes umfaßt:

Verwendung eines Umsetzungsreaktors in Verbindung mit dem Verbrennungsgerät, welcher im Weg für das Abgas derart angeordnet ist, daß das erzeugte Abgas auf diese Weise durch den Reaktor zirkuliert, wobei der Reaktor elektronische Anodeneinrichtungen und Kathodeneinrichtungen umfaßt, die von den Anodeneinrichtungen einen Abstand aufweisen, wobei die Kathode und die Anode innerhalb des Reaktors so angeordnet sind, daß sie mit dem Abgas, das durch sie hindurchgeführt wird, einen wesentlichen Kontakt bekommen, und durch Lieferung eines vorbestimmten Gleichstrompotentials zwischen den Kathodeneinrichtungen und den Anodeneinrichtungen, das eine gleichförmig stabile Glimmentladung in dem Abgas bewirkt und ausgewählte gasförmige Verunreinigungen durch selektive elektronische Aktivierung und Reaktion umsetzt und eine chemische Modifikation der gasförmigen Verunreinigungen zu thermodynamisch stabilen festen Stoffen bewirkt, die abgeschieden und beseitigt werden können.

Gemäß einer vorzugsweisen Ausführungsform wird ein Umsetzungsreaktor sowie ein Verfahren zur Verwendung in dem Schornstein oder in den Abgasleitungen eines Verbrennungssystems für fossile Brennstoffe beschrieben, mit denen SO_x- und NO_x-Emissionen eliminiert oder doch im wesentlichen umgesetzt werden zu entfernbaren Fest-

Stoffen. Das Verfahren umfaßt die Aufrechterhaltung einer elektrisch betriebenen stabilen Glimmentladung zwischen getrennten, mit einem Widerstand belasteten Stiften und gegenüberliegenden ebenen Elektroden oder koaxial angeordneten Elektroden. Der Umsetzungsreaktor gemäß der vorliegenden Erfindung aktiviert elektronisch und modifiziert chemisch die ausgewählten Verunreinigungen, um ein thermodynamisch stabiles festes Produkt zu liefern. Dieses feste Produkt kann dann mit herkömmlichen, zur Verfügung stehenden Verfahren für die Entfernung von teilchenförmigen Produkten entfernt werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, die in den Zeichnungen dargestellt sind.

Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Gerätes für die gleichzeitige Entfernung von ΝΟχ- und SC>2-Bestandteilen aus Schornsteingasemissionen, wobei die erfindungsgemäßen Lehren angewendet werden;

Fig. 2 eine in gewisser Hinsicht schematische Wiedergabe einer Seitenansicht der Emissionssteuerungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, angeordnet in dem Abgasstrom, der gesteuert werden soll;

Fig. 3 eine schematische Draufsicht auf eine Emissionssteuerungseinrichtung gemäß d«r vorliegenden Erfindung, angewendet in einer modularen Ausführungsform;

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Fig. 4A, 4B, 4C und AQ

in gewisser Hinsicht schematische Wiedergaben von Beispielen zahlreicher Modulen, die in der Emissionssteuerungseinrichtung gemäß Fig. 3 angewendet werden können, wobei alle gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung ausgeführt sind;

Fig. 5 eine etwas schematisierte Seitendarstellung einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Emissionssteuerungseinrichtung, angeordnet in dem Abgasstrom eines Verbrennungsgerätes .

Die Anwendung und die allgemeine Anordnung eines erfindungsgemäßen Schornsteingas-Emissionssteuerungssystems kann zunächst anhand der schematischen Darstellung des Gasstromrohrnetzwerkes der Fig. 1 verstanden werden. Die Erfindung stellt ein elektrisch angetriebenes Glimmentladungssystem dar, das in einer solchen Weise angeordnet ist, daß die Energie der Elektronen der Glimmentladungssysteme mit dem zu entgiftenden Gasstrom wirksam verkoppelt ist. Die durchschnittliche Elektronenenergie ist 5 eV und paßt sich daher enger an die Bindungsenergien von einfachen chemischen Einrichtungen an. Die Abgasströmung fließt durch das Glimmentladungsvolumen, wo elektronisch aktivierte Bestandteile erzeugt werden. Die halbe Lebensdauer (Lebensdauer-Halbwertszeit) dieser Bestandteile mag oberhalb von 5 ms liegen, was bei Strömungsgeschwindigkeiten von mehr als 80 Fuß pro Sekunde das Reaktionsvolumen über die tatsächlichen physikalischen Abmessungen der Glimmentladungseinrichtungen ausdehnen wird.

Das Gerät, das in Fig. 1 scheraatisch erläutert ist, umfaßt eine Brennstoffversorgung 11, die mit Hilfe von

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Pumpeneinrichtungen 15 über Leitung 17 in eine Verbrennungseinrichtung 13 eingeführt ist. Die Verbrennungseinrichtung 13 ist ein herkömmlicher Brenner von der Bauart, die mit einer durch fossilen Brennstoff angetriebenen elektrischen Leistungserzeugungsanlage oder dgl. versorgt ist. Die Abgase der Verbrennungseinrichtung 13 werden durch Leitungseinrichtungen 21 zu einem Umsetzungsreaktor oder Glimmentladungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung geführt, allgemein angedeutet durch die Bezugszahl 19. Typischerweise ist ein erstes Staubsammelsystem 2 3 von herkömmlicher Bauart zwischen dem Glimmentladungssystem 19 und der Verbrennungseinrichtung 13 angeordnet. Das erste Staubsammelsystem 23 umfaßt einen Staubbeutel 25, Steuerventile 2 7 und eine Nebenschlußleitung 29. Eine Lüftereinrichtung 31 ist zusammen mit Leitungseinrichtungen 21 vorgesehen, um den Betrieb des Staubsammelsystems 23 zu unterstützen und um den gewünschten Abgasstrom durch das Glimmentladungssystem 19 aufrechtzuerhalten.

Der Betrieb des Glimmentladungsystems 19 sei nun in größeren Einzelheiten weiter unten beschrieben. Nachdem jedoch das Abgas in dem Entladungssystem behandelt wurde, wird das behandelte Abgas durch Leitungseinrichtung 31 zu einer oder mehreren Sammeleinrichtungen 33 und 35 für teilchenförmiges Produkt geleitet. Eine der Sammeleinrichtungen 35 für Teilchen kann in eine Rückführungsschleife durch Leitungseinrichtungen 37 und Blaseinrichtungen 39 hindurch angeschlossen sein, um so das behandelte Abgas zurück zu dem Glimmentladungssystem zu führen. Das schließlich behandelte Abgas wird durch Leitungseinrichtungen 41 und Blaseinrichtungen 43 hindurch in einen Abgasschornstein 45 zur Abgabe an die freie Atmosphäre geleitet. Eine SO2- und/oder NO_x-GaS-analysatoreinrichtung 47 kann mit den Abgasleitungseinrichtungen in Verbindung stehen, wie bei 49, um den

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Ausgang des behandelten Abgases von dem Glimmentladungssystem 19 zu überwachen.

Der Reaktor 19 umfaßt im Abstand angeordnete Elektroden 51, 53, die innerhalb des Reaktors angeordnet sind, wobei das zirkulierende Gas zwischen einer elektrisch geerdeten, plattenartigen Anode 51 und einer Kathodenanordnung von stiftartigen Elektroden 53 hindurchströmt, die vorzugsweise außerhalb des Reaktors jeweils mit einem Widerstand belastet sind und an eine Hochspannungsgleichstromquelle 55 angeschlossen sind. Jedoch können zahlreiche Stifte., wie dargestellt, so angeordnet sein, daß sie von einer einzigen Ballasteinrichtung betrieben werden. Die Anzahl der stiftartigen Elektroden 5 3 und ihr Abstand in der Anordnung, wie auch das angelegte Potential und die Belastung werden so festgelegt, daß eine gleichförmige Glimmentladung in dem Gas aufrechterhalten wird, das zwischen der Anode und Kathodenanordnung entlang dem Bewegungsweg der Luft durch den Reaktor fließt. Vorzugsweise ist die Entfernung zwischen jeder stiftartigen Elektrode und der plattenartigen Anode im wesentlichen gleich.

Die typische chemische Verunreinigung wird elektronisch aktiviert infolge der Glimmentladung, die in dem strömenden Gas erzeugt wird, welches die Verunreinigung umfaßt. Das angelegte Gleichstromfeld über den Elektroden dient dazu, die Glimmentladung zu bilden, welche eine Aktivierung der permanenten Luftbestandteile wie auch der Verunreinigungen bewirkt, welche Verunreinigungen dann innerhalb des Glimmentladungsreaktors chemisch modifiziert oder geändert werden, um so die Verunreinigung harmlos werden zu lassen, oder sie leichter durch Filtration abtrennbar zu machen.

Die Durchschnittsenergie der Elektronen in der gleich-

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förmigen Glimmentladung, die zwischen den Elektroden erzeugt wird, ist derartig, daß sie die elektronische Aktivierung der Verunreinigungen wirksam werden läßt, um so die gewünschte chemische Änderung zu begünstigen. Das ausgestoßene Gas, das die Verunreinigungen enthält, wird gezwungen, durch den Glimmentladungsreaktor mit einer solchen Strömungsrate hindurchzufließen, daß die Bildung eines Lichtbogens zwischen den Mach-Zahl-Elektroden verhindert wird, wobei die Durchströmungsrate im wesentlichen im Bereich von einer Mach-Zahl von etwa 0,5 bis 1 liegt. Je höher die Geschwindigkeit oder Strömungsrate des Abgases, desto höher ist der Glimmentladungsstrom und der Leistungseingang ohne Lichtbogendurchbruch. Je höher der Leistungeingang, desto größer ist die Emissionssteuerfähigkeit des Reaktors. Der Gasdruck innerhalb des Glimmentladungsreaktors liegt bei ungefähr atmosphärischem Druck oder sogar bei einem Druck, der etwas höher ist. Der sich ergebende Wert E/N für diese Bedingung reicht von 50 bis 100 Td.

Eine Einrichtung 59, z. B. ein Sieb oder ein ähnliches Element zur Erhöhung der Turbulenz des Gases, das in den Glimmentladungsreaktor .einfließt, kann an dem Reaktoreingang eingeschlossen sein, wobei Einrichtungen wie ein Sieb oder andere Einrichtungen die Gasturbulenz erhöhen und dadurch die Möglichkeit geben, den Glimmentiadungsleistungseingang zur noch wirkungsvolleren elektronischen Aktivierung unter Verhinderung der Lichtbogenbildung zu erhöhen.

Das über den Elektroden des Glimmentladungsreaktors angelegte elektrische Feld ist derartig, daß eine wirksame elektronische Aktivierung der Verunreinigungen erhalten wird, mit einem typischen Feldgradienten von etwa 7 bis 20 kV pro Zentimeter, im allgemeinen größer al3 1 kV pro Zentimeter, wobei die obere Grenze der

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elektrische Feldgradient ist, bei dem Lichtbogenbildung auftritt. Diese Grenze ist abhängig von der Gasströmungszusammensetzung und von der Geschwindigkeit des Gases.

Im allgemeinen können die Parameter von Gasströmung und elektrischer Feldstärke verändert werden, während der Betrieb in dem Glimmentladungsbereich aufrechterhalten wird. Dies ermöglicht einen hoch wirksamen Leistungseingang für die Glimmentladung sowie eine elektronische Aktivierung, die zu der gleichzeitigen Reduzierung oder Beseitung von NO_x und SO_x in den Bestandteilen aus dem Abgas führt.

Betrachtet man Fig. 2, so erkennt man eine Anordnung von Elektroden 51 und 53, wobei eine stabile Glimmentladung zwischen einzelnen mit Ballast versehenen Stiften und ebenen gegenüberliegenden Elektroden aufrechterhalten wird. Der Umsetzungsreaktor 19 ist innerhalb des Abgasschornsteins oder der Abgasleitungen angeordnet, wo das Abgas gezwungen wird, das Entladungsvolumen bei nahezu atmosphärischem Druck und erhöhter Geschwindigkeit zu betreten. Es hat sich gezeigt, daß erhöhte Geschwindigkeit den Entladungsstrompegel erhöht, bevor ein Durchbruch oder Lichtbogenbildung auftritt. Die Elektrodenform und die physikalische Anordnung der Elektroden zueinander kann benutzt werden, um eine erhöhte Geschwindigkeit innerhalb des Rohres zu erhalten. Die Draufsicht gemäß Fig. 2 stellt eine vorzugsweise Ausführungsform des hier beschriebenen Umsetzungsreaktors innerhalb eines kreisförmigen Rohrgliedes 61 dar. Eine erste ebene Elektrode 51a ist um die innere Wand eines Rohrgliedes 61 umfangsmäßig herum angeordnet, und eine zweite ebene Elektrode 51b ist innerhalb des Rohrgliedes zentral angeordnet. Stiftelektroden 53 sind im wesentlichen umfangsmäßig zwischen den ebenen Elektroden 51a und 51b angeordnet. Es

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ist zu erkennen, daß, wie Fig. 3 zeigt, der elektrochemische Reaktor 19 als eine Vielzahl von einzelnen Modulen 71 aufgebaut werden kann, so daß Vielfach-Modul-Installationen angewendet werden können, um die Emissionen für verschiedene Schornsteingrößen und Schornsteinformen in geeigneter Weise zu reduzieren. Fig. 4a, b und c repräsentieren beispielhaft Stiftelektrodenmodulen 71a, 71b bzw. 71c, mit jeweils eigenen Konfigurationen der Stiftelektrodenanordnung, wie bei 73a, 73b und 73c relativ zur ebenen Elektrode 75a, 75b bzw. 75c. Wie weiter oben angedeutet, ist die Anordnung der Stiftelektroden eine der Faktoren, die zu der Betriebsfähigkeit des elektrochemischen Reaktors gemäß der Erfindung beitragen.

Bei der Ausführungsform der Fig. 4d umfassen die Reaktorelektroden eine zylindrische Anode 75d, die entlang der Richtung des Luftstromes ausgerichtet ist, mit einem Kathodenstift 73d, der sich längs der Longitudinalachsf der zylindrischen Anode erstreckt, wie am zylindrischen Anodeneinlaßende. Eine Vielzahl von mit einem Ballast versehenen Kathodenstiften können im Abstand zueinander entlang der Längsrichtung der zylindrischen Anode angeordnet werden, wobei jeder Kathodenstift entlang der Anoden-Longitudinalachse endet. Eine Vielzahl von ineinander verschachtelten zylindrischen Anoden können mit Kathodenstiften versehen werden, die jeder Anode entlang der entsprechenden zylindrischen Anodenlängsachse zugeordnet sind.

Fig. 5 zeigt eine Seitenansicht eines Rohrgliedes, innerhalb dem eine alternative Elektrodenkonfiguration angeordnet ist. Die ebenen Elektroden 51 sind auf beiden Seiten der Stiftelektroden 53 angeordnet, um so einen AbgasStrömungsweg 65 zu liefern, in dem wesentlicher und verlängerter Kontakt innerhalb des Glimmentladungsbe-

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reiches der Elektroden bewirkt wird. Diese alternative Ausfuhrungsform ist auch für modularartige Anwendung geeignet, wie weiter oben erläutert.

Das Schornsteingas-Emissionssteuerungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung kann noch besser verstanden werden, wenn man eine theoretische Beschreibung der Abgasphysik und der Abgaschemiekinetik berücksichtigt, die während der Verunreinigungssteuerung stattfindet.

Numerische Lösungen wurden für die ßoltzmann-Gleichung gefunden, um einen Glimmentladungsbetrieb in Luft zu beschreiben. Die Vorhersagen für die Kanalisierung der elektrischen Energie sind wie folgt:

Vibrationsanregung von N2 44 % Elektronische Anregung von N2 42 % Elektronische Anregung von O2 13 % Ionisation 0,25 %

Andere Verluste 0,75 %

Dies zeigt, daß 55 % der elektrischen Energie kanalisiert wird, um elektronisch angeregtes N2 und O2 zu erzeugen, die dann freie Radikale wie 0 und N erzeugen können.

Die Minderbestandteile SO_x und NO_x können innerhalb des Entladungsstromes durch primäre elektronische Wechselwirkung oder durch Reaktionen oder Kollisionen mit den Hauptbestandteilen reagiert werden. Dieser letzt genannte Weg könnte höhere Ausbeute für die Produkte liefern, einschließlich SO_x und NO_x, insbesondere dann, wenn die Kettenreaktionen steuerend sind. Aus diesem Grunde wurde ein vereinfachter Lösungsweg gewählt, um zu einem Reaktionsmechanismus zu kommen. Reaktionen mit freien Teilchen könnten mit nur diesen ausgewählten Teilchen berücksichtigt werden, für die die experimentell be-

t t ·

I 1 t

► > ι ι

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stimmte Reaktionsratenkonstanten zur Verfügung stehen. Es werden keine Kettenreaktionsschritte angenommen. Der kinetische Mechanismus ist der folgende:

O₂* + 2O₂

+ O3 + O₂

N₂*

N + O₂

2NO + O₂ + 2SO₂

SO₂* + SO₂ SO + SO₃ SO + O3

2NO₂ + O₃

N₂O₅ + 2SO₃ 2SO₂ + 3NO₂

·>

■* O₃ + O₂
-> 2O₂

* 0 + NO

·> 2NO₂

■> SO₃ + SO₂

■* SO₃ + SO

■*■ 2SO₂

■+ SO₂ + O₂

-> N₂O₅ + O₂

■* (NO₂J₂S₂O₇

■*· (NO)₂S₂O₇ + NO

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Was beschrieben wurde, ist ein System, das installiert werden kann in dem Schornstein oder in dem Abgasrohr eines fossilen Brennstoff verbrennenden Systems, um so SO_x- und NO_x-Verunreinigungen im Abgas zu eliminieren oder wesentlich zu reduzieren. Das System umfaßt eine elektrisch betriebene stabile Glimmentladung, die zwischen getrennten, mit Widerständen belasteten Stiften und einer gegenüberliegenden Ebene aufrechterhalten wird.

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Identifizierung von Bezuqzahlen, die in den Zeichnungen benutzt werden

Legende

Bezugszahl

Figur

Brennstoff	11	1
Brenner	13	1
Staubkollektor	25	1
Staubkollektor	33	1
StaubkolJ ektor	35	1
Analysator	47	1
Quelle	55	1

ES/ ag

Claims

1.

Verfahren zur Umsetzung und Entfernung von ausgewählten gasförmigen Verunreinigungen eines Abgases, das durch ein Verbrennungsgerät erzeugt wird, indem die gasförmigen Verunreinigungen in nicht gasförmige Produkte umgesetzt werden, wobei das Verfahren folgendes umfaßt: Verwendung eines Umsetzungsreaktors in Verbindung mit dem Verbrennungsgerät und angeordnet in dem Weg des Abgases, derart, daß das dabei erzeugte Abgas durch den Reaktor zirkuliert, wobei der Reaktor elektronische Anodeneinrichtungen und Kathodeneinrichtung umfaßt, die von den Anodeneinrichtungen einen Abstand aufweisen, wobei die Kathode und die Anode innerhalb des Reaktors angeordnet sind, um einen wesentlichen Kontakt mit dem Abgas zu bewirken, das dort hindurchzirkuliert wird, und durch Liefern eines vorbestimmten Gleichstrompotentials zwischen den Kathodeneinrichvungen

POtTiCHiCKi ·ικι:ν Wi(T (BLZ lOOIOOIO) 139736-109- diutichi iank (BLZ 300 700 10) 6I60U63

• · ♦ · »I

35T5U3;

und den Anodeneinrichtungen, wobei eine gleichförmige stabile Glimmentladung in dem Abgas erzeugt und die ausgewählten gasförmigen Verunreinigungen durch selektive elektronische Aktivierung und Reaktion umgesetzt werden, und Bewirken einer chemischen Modifikation der gasförmigen Verunreinigungen zu einem thermodynamisch stabilen festen Produkt, das entfernt und beseitigt werden kann.

2. Verfahren nach Anspruch 1, einschließlich dem Verfahrensschritt des Verwendens von Filtereinrichtungen in Verbindung mit dem Reaktor, um das stabile feste Produkt von dem Abgas abzufiltern.

3. Verfahren nach Anspruch 1, einschließlich dem Verfahren^schritt des Anordnens der elektronischen Kathodeneinrichtungen in der Form einer Anordnung von im Abstand angeordneten stiftartigen Kathodengliedern, die von einem im wesentlichen ebenen Anodenglied einen Abstand aufweisen, welche stiftartigen Kathodenglieder widerstandsmäßig belastet sind und die Kathod^nglieder an eine Hochspannungsgleichstromquelle anschließen.

4. Verfahren nach Anspruch 3, einschließlich dem Verfahrensschritt der Steuerung des Abgas-Gasdruckes, der linearen Geschwindigkeit, der Strömungsrate der gasförmigen Verunreinigungen, und der Steuerung des Gleichstrompotentials zwischen der Kathodeneinrichtung und der Anodeneinrichtung, um eine gleichförmige stabile Glimmentladung in dem Weg aufrechtzuerhalten, der zwischen den Kathodeneinrichtungen und den Anodeneinrichtungen definiert ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Verunreini-

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35'1"Bl A3'

gungen SO_x- und NO_x-Emissionen sind, die von dem Verbrennungsgerät erzeugt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 3, einschließlich dem Verfahrensschritt der Lieferung der Anordnung von im Abstand angeordneten stiftartigen Kathodenglieder und des ebenen Gliedes, um eine modulare Einheit für die selektive Anordnung innerhalb des Reaktors zu bilden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Reaktor eine vorbestimmte Anzahl von modularen Einheiten umfaßt.

Verfahren nach Anspruch 1, einschließlich dem Verfahrensschritt des Ausrichtens der Anodeneinrichtungen in die Form einer zylindrischen Anode, die entlang der Richtung der Gaszirkulation ausgerichtet ist, und des Anordnens der Kathodeneinrichtungen, um zumindest einen Kathodenstift zu umfassen, der in Richtung zur Längsachse der zylindrischen Anode angeordnet ist.

Verfahren nach Anspruch 8, einschließlich dem Verfahrensschritt der Anordnung der Kathodeneinrichtungen in der Form einer Vielzahl von widerstandsbelasteten Kathodenstiften, die entlang der Länge der zylindrischen Anode im Abstand angeordnet sind, wobei jeder der Kathodenstifte entlang der Anodenlängsachse endet.

10. Verfahren nach Anspruch 8, einschließlich dem Verfahrensschritt der Lieferung einer Vielzahl von zylindrischen Anoden in einer ineinander verschachtelten Beziehung, wobei jede der zylinrischen Anoden zumindest einen Kathodenstift entlang der entsprechenden longitudinalen Achse davon umfaßt.