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Verfahren zur Entfernung von Verunreinigungen
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aus einem heißen Gasstrom Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur
Entfernung von Verunreinigungen aus einem heißen Gasstrom durch katalytische Umsetzung
der Verunreinigungen bei erhöhter Temperatur, bei dem der ungereinigte Gasstrom
in mindestens einem Wärmetauscher mit Wärmespeichermasse abgekühlt, von störenden,
katalytisch nicht umzusetzenden Bestandteilen befreit, in mindestens einem weiteren,
in einem vorangegangenen Zyklus durchströmten Wärmetauscher mit Wärmespeichermasse
angewärmt und der katalytischen Umsetzung zugeführt wird.
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Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise für die gleichzeitige
Schwefeldioxid- und Stickoxidentfernung aus Rauchgas bekannt. Hierbei wird das heiße
Rauchgas in einem Regenerator z.B. auf Umgebungstemperatur abgekühlt und sodann
von störenden Bestandteilen, wie insbesondere SO2, SO3, HCl und HF befreit, beispielsweise
mittels einer Wäsche. Das entschwefelte Rauchgas wird sodann in einem weiteren Regenerator
wieder angewärmt und der katalytischen Umsetzung der Stickoxide bei Temperaturen
über 2500C zugeführt.
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In dem Gasraum der Regeneratoren für die Abkühlung des ungereinigten
Rauchgases und Wiederanwärmung des entschwefelten Rauchgases befindet sich bis zur
Beendigung der Warmfahrperiode, d.h. des Zeitraumes während der Abkühlung des Rauchgases,
das ungereinigte Rauchgas. Das am Ende der Warmfahrperiode noch im Regenerator befindliche
ungereinigte Rauchgasvolumen wird während der Kaltfahrperiode, d.h. des Zeitraumes
während der Wiederanwärmung des entschwefelten Rauchgases, von dem bereits entschwefelten
Rauchgas aus den Regeneratoren verdrängt und in den Entstickungsreaktor transportiert.
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Die Verunreinigungen des verdrängten Rauchgasvolumens, wie SO2, S03,
HCl, HF gelangen dabei periodisch auf den Entstickungskatalysator und bewirken dessen
Vergiftung und Desaktivierung. Dies hat mit der Zeit eine abnehmende Entstickungsleistung
zur Folge.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß eine Beaufschlagung des Katalysators
mit schädlichen Verunreinigungen aus dem ungereinigten Gas vermieden wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Wärmetauscher
nach Abkühlung des ungereinigten Gasstromes gespült wird.
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Die Erfindung beruht auf der Uberlegung, daß eine Vergiftung des Katalysators
durch Verunreinigungen des ungereinigten Gasstromes, wie insbesondere Säuren, dadurch
vermieden werden kann, daß das am Ende der Warmfahrperiode noch im Wärmetauscher,
insbesondere Regenerator, befindliche ungereinigte Gasvolumen von einem Spülmedium
aus dem Wärmetauscher ausgeschleust wird und dabei nicht in den Gasstrom gelangt,
der zur katalytischen Umsetzung geleitet wird.
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In bevorzuger Weise wird hierbei als Spülmedium ein Gas verwendet
und das Gas nach dem Spülen abgeleitet.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann eine Vergiftung und Desaktivierung
des Katalysators auf einfache Weise vermieden werden. Dabei besteht die Möglichkeit,
auch bereits bestehende Anlagen der erwähnten Art für den Fall zu sanieren, daß
die katalytische Umsetzung aufgrund von Vergiftungen des Katalysators nicht funktioniert.
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In Weiterbildung des Erfindungsgedankens wird als Spülgas zumindest
ein Teilstrom des von störenden, katalytisch nicht umzusetzenden Bestandteilen befreiten
Gases verwendet. Der Wärmetauscher wird demzufolge nach Beendigung der Warmfahrperiode
beispielsweise mit dem entschwefelten Rauchgas gespült und das Spülgas direkt in
den Kamin abgeleitet. Letzteres ist möglich, da der Gehalt an Verunreinigungen nicht
den gesetzlich zugelassenen höchsten Grenzwert im Gas überschreitet. Erst nach Beendigung
der Spülung wird dann das erwärmte, von den störenden, katalytisch nicht umzusetzenden
Bestandteilen (z.B. entschwefelte) Gas zur katalytischen Umsetzung (z.B. Entstickung)
geleitet.
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Es ist klar, daß das Spülgasvolumen mindestens so groß sein muß wie
das Gasvolumen des zu spülenden Wärmetauschers.
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Zweckmäßigerweise wird dabei die Spülung des Wärmetauschers in gleicher
Gasströmrichtung durchgeführt wie die Anwärmung des von den störenden, katalytisch
nicht umzusetzenden befreiten Gases. Der Vorteil dieser Maßnahme besteht darin,
daß der Gasstrom zum Spülen der Wärmetauscher für die anschließende Anwärmung nicht
unterbrochen werden muß. Der Gasweg, der während des Spülens zum Kamin geht, wird
nach Beendigung des Spülens durch ein Schaltorgan hinter dem
Wärmetauscher
zur katalytischen Umsetzung geleitet (Spülgas und anzuwärmendes Gas sind identisch).
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Alternativ besteht auch die Möglichkeit, als Spülgas zumindest einen
Teilstrom des katalytisch umgesetzten Gases zu verwenden. Beispielsweise wird also
entschwefeltes und entsticktes Rauchgas zur Spülung des Wärmetauschers herangezogen.
Bei dieser Variante hat es sich auch als nützlich erwiesen, wenn das Spülgas nach
Verwendung zum Spülen des Wärmetauschers in den abgekühlten Gasstrom zur Abtrennung
der schädlichen, katalytisch nicht umzusetzenden Bestandteile geleitet wird. Dies
hat den Vorteil, daß die schädlichen Bestandteile z.B. in der Wäsche abgetrennt
werden, und damit weder die katalytische Umsetzung schädigen können, noch durch
den Kamin an die Umgebung abgegeben werden.
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Hierbei ist es zweckmäßig, wenn die Spülung des Wärmetauschers in
gleicher Gasströmrichtung durchgeführt wird wie die Abkühlung des ungereinigten
Gasstromes, weil dann das Spülgas dieselben Strömungswege geht wie der ungereinigte
Gasstrom.
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Bei einer Realisierung der genannten Alternativen und Verwendung von
nur zwei Wärmetauschern muß in Kauf genommen werden, daß der Gasstrom zur katalytischen
Umsetzung für die Dauer des Spülvorganges unterbrochen ist. Dieser Nachteil läßt
sich erfindungsgemäß auf zwei Arten vermeiden: Die eine Möglichkeit besteht darin,
einen Pufferbehälter in der Gaszuleitung zur katalytischen Umsetzung zu installieren.
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Dieser Pufferbehälter gleicht durch sein darin gespeichertes Gasvolumen
die Unterbrechung der Gas lieferung zur katalytischen Umwandlung während des Spülens
aus.
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Zweckmäßiger allerdings ist es, drei Wärmetauscher ein-
zusetzen,
einen Wärmetauscher zur Abkühlung des ungereinigten Gasstromes und einen Wärmetauscher
zur Wiederanwärmung des von störenden, katalytisch nicht umzusetzenden Bestandteilen
befreiten Gasstromes zu verwenden und den dritten Wärmetauscher zu spülen. Als Spülgase
können erfindungsgemäß ein Teilstrom des erwärmten und von störenden, katalytisch
nicht umzusetzenden Bestandteilen befreiten Gases oder ein Teilstrom des katalytisch
umgesetzten Gases verwendet werden.
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Das Spülgas wird dabei vorteilhaft jeweils dem abgekühlten, ungereinigten
Gasstrom zugemischt. Bei dieser Variante finden keine Unterbrechungen in den Gasströmen
zur Entfernung der störenden, katalytisch nicht umzusetzenden Bestandteile (z.B.
Entschwefelung) und katalytischen Umsetzung (z.B.
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Entstickung) für die Dauer des Spülvorganges statt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist anwendbar bei allen Verfahren,
bei denen die Vergiftung eines Katalysators durch in einem Wärmetauscher noch vorhandene
Verunreinigungen besteht, wie insbesondere Entschwefelung und Entstickung von Rauchgasen.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in zwei Figuren schematisch
dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Das Ausführungsbeispiel bezieht
sich dabei insbesondere auf die Entschwefelung und Entstickung eines Rauchgases.
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Es zeigen: Figur 1 Anordnung mit zwei Regeneratoren Figur 2 Anordnung
mit drei Regeneratoren
Zu reinigendes Rauchgas wird nach einer Staubabtrennung
bei einer Temperatur von 130 bis 1500C über Leitung 1 einem Gebläse 2 zugeführt,
auf etwa 0,15 bar Überdruck verdichtet und einen der umschaltbaren Regeneratoren
3,4, beispielsweise Regenerator 4 zugeführt. Die Regeneratoren sind im Beispiel
mit keramischer Speichermasse, wie Raschigringen oder Berl-Sätteln gefüllt.
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Im Regenerator wird das Rauchgas auf etwa 700C gekühlt und über Leitung
5 einer Waschsäule zugeführt und durch physikalische Absorption von 802 entschwefelt.
Als Waschmittel dient beispielsweise ein Polyäthylenglykoldimethyläther, das über
Leitung 7 der Waschsäule oben aufgegeben wird. Vor Eintritt in diese Wäsche werden
im unteren Abschnitt der Waschsäule durch einen geschlossenen Wasserkreislauf 8
Reste an Staub und direkten Säurebildnern, wie S03 und HCl ausgewaschen. Über Leitung
9 kann Abwasser abgezogen werden.
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Das mit S02 und einer geringen Menge an gelöstem C02 beladene Lösungsmittel
wird über Leitung 10 abgezogen, in 16 einem Wärmetauscher gegen regeneriertes Lösungsmittel
aufgewärmt und in eine Regeneriersäule 11 geleitet. In der Regeneriersäule 11 werden
durch Beheizung 12 mit beispielsweise Niederdruckdampf die gelösten Gase über Kopf
und Leitung 13 abgetrieben. Um zu verhindern, daß Lösungsmittel verlorengeht, ist
die Regeneriersäule 11 zusätzlich mit einer Kopfkühlung 14 zum Rückwaschen von Lösungsmitteldämpfen
ausgerüstet. Das regenerierte Lösungsmittel wird über Leitung 15 vom Sumpf der Regeneriersäule
11 abgezogen und nach Abkühlung in dem Wärmetauscher 16 auf etwa 400C auf den oberen
Teil der Waschsäule 6 aufgegeben.
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Das entschwefelte Rauchgas verläßt die Waschsäule am
Kopf
über Leitung 17 mit einer Temperatur von 300C. Zur Wiederanwärmung wird das entschwefelte
Rauchgas in dem Regenerator 3 auf 1100C angewärmt und über Leitung 18 nach Zumischung
von NH3 aus Leitung 19 einem Reaktor 20 zugeführt. In dem Reaktor ist ein Wärmetauscher
21 mit darüberliegender Katalysatorschicht 22 und weiterem Wärmetauscher 23 angeordnet.
In dem ersten Wärmetauscher, der beispielsweise ebenfalls als Regenerator ausgebildet
sein kann, wird das entschwefelte Rauchgas auf eine Temperatur von 3200C gebracht.
Mit dieser Temperatur gelangt das Rauchgas in die Katalysatorschicht 22, in der
in Gegenwart von Ammoniak das NOX zu N2 und Wasser umgewandelt wird. Das entstickte
Rauchgas gelangt sodann in den weiteren Wärmetauscher 23, in dem es auf etwa 1200C
abgekühlt wird. Das abgekühlte Rauchgas wird sodann über Leitung 24 abgezogen und
über eine Vierwegklappe 25 zum Kamin geleitet. Um gegebenenfalls Wärmeverluste in
der Katalysatorschicht auszugleichen, kann diese zusätzlich beheizt werden, und
zwar insbesondere über einem Brenner 26, in dem Erdgas aus Leitung 27 und Luft aus
Leitung 28 zur Erzeugung eines heißen Rauchgases verbrannt werden.
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Bei der beschriebenen Verfahrensweise wird das im Regenerator 3 vorhandene
ungereinigte Gasvolumen durch das entschwefelte Rauchgas verdrängt und in den Reaktor
20 geführt werden. Dort könnte durch die Verunreinigungen eine Vergiftung des Katalysators
22 auftreten. Erfindungsgemäß ist daher vorgesehen, den Wärmetauscher nach der Warmfahrperiode
zu spülen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird hierzu ein Teilstrom des entschwefelten
Rauchgases aus Leitung 17 über Leitung 29 abgezweigt und nach Beendigung der Warmfahrperiode
des Regenerators 4 zu dessen Spülung verwendet. Das Spülgas wird sodann über Leitung
30 und 18 bei entsprechender Stellung der Armatur 34 in den Kamin geleitet. Während
des Spül-
vorganges wird kein Gas zum Entstickungsreaktor geleitet.
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Die Durchströmung der Regeneratoren 3 und 4 wird nach einer gewissen
Zeit, z.B. 4 Minuten vertauscht. Gleichfalls wird die Beaufschlagung des Entstickungsreaktors
20 nach einer bestimmten Zeit, z.B. 3 Minuten vertauscht, so daß zu entstickendes
Rauchgas zuerst über den Regenerator 23 und dann über den Regenerator 21 bei jeweils
entsprechender Stellung der Vierwegklappe 25 geleitet wird.
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Beim Ausführungsbeispiel der Figur 2 werden im Gegensatz zu dem der
Figur 1 drei Regeneratoren 3, 4 und 31 verwendet. Gleiche Anlagenteile wie in Figur
1 sind mit gleichen Bezugsziffern versehen.
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Während z.B. in Regenerator 4 Rauchgas in Strömungsrichtung von oben
nach unten an der Speichermasse abgekühlt wird, und in Regenerator 3 das entschwefelte
Rauchgas wieder angewärmt wird, wird gleichzeitig Regenerator 31 gespült. Dabei
wird die Durchströmung der Regeneratoren zyklisch beispielsweise von rechts nach
links nach einer Schaltzeit von z.B. 3 Minuten vertauscht.
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Zur Spülung des Regenerators 31 kann hierbei entweder angewärmtes,
entschwefeltes Rauchgas aus Leitung 18 über eine Leitung 32 abgezweigt und nach
Spülung des Regenerators 31 zusammen mit ungereinigtem Rauchgas in Leitung 5 der
Waschsäule 6 zugeführt werden. Alternativ besteht die Möglichkeit, entschwefeltes
und entsticktes Rauchgas aus Leitung 24 über Leitung 33 abzuzweigen. Auch dieses
Spülgas aus Leitung 33 kann nach dem Spülvorgang dem ungereinigten Rauchgas in Leitung
5 zugemischt werden.
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Bei Verwendung von drei Regeneratoren kann somit ein kontinuierlicher
Betrieb ermöglicht werden.
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