DE3515843A1

DE3515843A1 - Verfahren und vorrichtung zur no(pfeil abwaerts)x(pfeil abwaerts)-entfernung aus einem abgasstrom

Info

Publication number: DE3515843A1
Application number: DE19853515843
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl.-Ing. 8000 München Kreis; Lothar Dipl.-Ing. 8190 Wolfratshausen Müller
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 1985-05-02
Filing date: 1985-05-02
Publication date: 1986-11-06
Also published as: DE3515843C2

Description

Verfahren und Vorrichtung zur N0 -Entfernung
aus einem Abgasstrom Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur NOx-Entfernung aus einem NOx-haltigen Abgasstrom durch katalytische Umsetzung bei hohen Temperaturen in Gegenwart eines Hilfsfluides, bei dem der Abgasstrom vor der katalytischen Umsetzung erwärmt wird, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Aus der DE-AS 25 12 410 ist beispielsweise bekannt, bei der NO##Entfernung aus Abgasen von Stickoxiden verarbeitenden Anlagen dem Abgas NH3 zuzudosieren und in einem Katalysator NOx zu N2 und H20 umzusetzen. Die optimale Temperatur des Abgases vor der Reduktion der Stickoxide liegt dabei etwa zwischen 2600C und 340°C. Um im Abgasstrom eine gute NH3-Verteilung zu erreichen, wird das NH3 einem Luftstrom als Trägergasstrom zugemischt und das das Luft/NH3/Gemisch dem Abgas zudosiert. Die Anmelderin hat in der Zwischenzeit jedoch gefunden, daß es von Vorteil ist, das NH3 nicht mit Luft, sondern mit einem Teilstrom des Abgases zu vermischen (DE-Patentanmeldung P 35 13 810.0).
Dabei wird das NH3 beispielsweise über einfache, gelochte Rohre mit einer Geschwindigkeit von z.B. 5 bis 20 m/sec.
vor einem statischen Mischer eingeführt, in dem es mit dem Teilabgas- oder Luftstrom vermischt wird. Das NH3 direkt mit dem Hauptabgasstrom zu vermischen, ist ungünstig, da es in zu geringen Mengen zugegeben wird und nicht in ausreichendem Maße verteilt werden könnte.
Das aus Luft bzw. einem Teilstrom des Abgases und NH3 bestehende Gemisch wird sodann dem Hauptabgasstrom zugeführt.
Diese bekannte Verfahrensweise zur Vermischung des NH3 oder eines anderen Hilfsfluides, wie z.B. Wasserstoff, hat sich jedoch noch als verbesserungswürdig erwiesen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß auf einfache Weise eine verbesserte Zumischung des Hilfsfluides zum Abgasstrom ermöglicht wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß dem Abgasstrom vor der katalytischen Umsetzung das Hilfsfluid nach dem Freistrahl-Prinzip zugemischt wird.
Die Erfindung beruht auf der Überlegung, daß eine optimale Verteilung eines Gases in einem Gasstrom durch Zuführung unter hoher Geschwindigkeit bei gleichzeitiger Ausbildung einer Wirbelströmung erreicht wird. Diese Wirkung tritt bei dem sogenannten Freistrahl-Prinzip auf, das an sich bekannt ist, jedoch bei der Zumischung von einem Hilfsfluid, wie NH3 zu einem Abgasstrom, wie einem Rauchgasstrom noch nicht verwendet worden ist. Führt man demnach das Hilfsfluid mit einer hohen Geschwindigkeit, z.B. 80 bis 120 m/sec.
über eine geeignete Düse in einen Abgasstrom ein, so entsteht ein freier Strahl, der sich schnell mit der Umgebung, d.h. mit dem Abgasstrom vermischt.
Die Aufheizung des Abgases ist insbesondere bei Rauchgas aus dem Grunde erforderlich, da vor der NO -Entfernung oftmals eine SO2 -Entfernung durchgeführt wird, die bei wesentlich niedrigeren Temperaturen von beispielsweise 0 bis 600C für eine absorptive SO2-Entfernung stattfindet. Da die katalytische NO -Entfernung bei Temperaturen zwischen 2500C und 4O00C, vorzugsweise 2500C und 3500C erfolgt, ist eine Aufheizung des mäßig warmen Abgases nötig.
Diese Aufheizung wird dabei oftmals in Wärmetauschern mit Wärmespeichermasse, wie Regeneratoren durchgeführt. Als Ergänzung und zum Ausgleich von auftretenden Wärmeverlusten ist es jedoch zweckmäßg, den Rauchgasstrom mittels eines Heißgases anzuwärmen.
Hierbei sind verschiedene Möglichkeiten denkbar. Zum einen kann von dem Abgasstrom ein Teilstrom abgezweigt und mittels eines extern erzeugten Heißgases erwärmt sowie nach Vermischen mit dem Hilfsfluid zusammen mit diesem dem Abgasstrom nach dem Freistrahlprinzip zugemischt werden. Demnach kann in einer separaten Brennkammer durch Verbrennung von bsispielsweise Erdgas ein heißes Gas erzeugt werden und dieses mit dem Teilstrom des Abgases zu dessen Erwärmung vermischtwerden. Der heiße Teilstrom wird sodann zusammen mit dem Hilfsfluid mit hoher Geschwindigkeit dem Abgasstrom zugemischt.
Nach einer anderen Variante wird der Abgasstrom mittels eines mit einem Teilstrom des Abgases als Hilfsmedium nach dem Freistrahlprinzip eingemischten Heißgases erwärmt und das Hilfsfluid mit einem Teilstrom des Abgases als Trägermedium nach dem Freistrahlprinzip dem Abgasstrom zugemischt. Demnach werden das Heißgas und das Hilfsfluid getrennt voneinander jeweils mittels eines Trägergases bzw. Hilfsmediums zum besseren Einmischen mit hoher Geschwindigkeit dem Abgasstrom zugeführt. Der Vorteil dieser Maßnahme besteht darin, daß - beispielsweise bei Verwendung von NH3 als Hilfsfluid - die kritische Temperatur für einen Zerfall der Verbindung NH3 keinesfalls erreicht wird.
Als dritte Möglichkeit kann nach einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens der Abgasstrom mittels eines mit einem Teilstrom des Abgases als Hilfsmedium nach dem Freistrahlprinzip eingemischten Heißgases erwärmt und das Hilfsfluid diesem Teilstrom vor Zumischung zum Abgasstrom zugeführt werden. Nach dieser Verfahrensführung werden das Heißgas und das Hilfsfluid zusammen mit hoher Geschwindigkeit dem Abgasstrom zugemischt. Auch bei dieser gemeinsamen Zumischung des Heißgases und beispielsweise NH3 zum Abgasstrom ist die Gefahr des thermischen Verfalls des NH3 äußerst gering. Welche der drei aufgeführten Möglichkeiten dabei zur Anwendung gelangt, hängt von den jeweiligen Randbedingungen des Verfahrens ab.
Die Erfindung betrifft überdies eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit einem Katalysator mit Abgaszuführung und Abgasableitung, einer Einrichtung zur Anwärmung des Abgasstromes sowie einer Zuleitung für das Hilfsfluid.
Diese Vorrichtung ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitung für das Hilfsfluid mindestens eine Jet-Düse aufweist.
Dabei kann die Einrichtung zur Erwärmung des Abgasstromes als externer Brenner ausgebildet sein, der Brenner über eine Heißgasleitung mit der Abgas zuführung und die Heißgasleitung mit der Zuleitung für das Hilfsfluid verbunden sein.
Alternativ kann die Einrichtung zur Erwärmung des Abgasstromes als über eine erste Zweigleitung mit der Abgaszu- führung verbundener Jet-Brenner ausgebildet und die Zuleitung für das Hilfsfluid über eine zweite Zweigleitung der Abgaszuführung mit Mischkammer mit der Jet-Düse verbunden sein.
Schließlich besteht nach einer weiteren Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Möglichkeit, daß die Einrichtung zur Erwärmung des Abgasstromes als über eine Zweigleitung mit Mischkammer mit der Abgaszuführung verbundener Jet-Brenner ausgebildet und die Zuleitung für das Hilfsfluid an die Zweigleitung angeschlossen ist.
In der in der Zweigleitung angeordneten Mischkammer kann eine Vormischung des Trägergases und des Hilfsfluides erfolgen.
Eine besonders gute Vormischung kann dann erreicht werden, wenn die Mischkammer als Wirbelkammer ausgebildet ist.
Eine vergleichbare gute Vormischung kann aber auch mit einem statischen Mischer erzielt werden.
Die Erfindung ist mit besonderem Vorteil anwendbar bei der Zudosierung von NH3 oder H2 zu Rauchgas.
Im folgenden sei die Erfindung anhand eines in 3 Figuren schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigen: Figur 1 externe Heißgaserzeugung Figur 2 Heißgaserzeugung mit Jet-Brenner und getrennte NH3-Zumischung und Figur 3 Heißgaserzeugung mit Jet-Brenner und gleichzeitige NH3-Zumischung.
Gemäß Figur 1 werden über eine Leitung 1 196 123 kg/h eines Rauchgases mit einer Temperatur von 700C herangeführt. Dieses Rauchgas wurde in einer nicht dargestellten Einrichtung bereits von Schwefelverbindungen befreit.
Über eine Schalteinrichtung 2, die im dargestellten Fall eine Vierwegklappe ist, gelangt das Rauchgas in einen Regenerator 3 und wärmt sich an dessen Schüttung auf etwa 3200C auf. Mit dieser Temperatur gelangt das Rauchgas in Leitung 4 mit einer weiteren Schalteinrichtung 5, die ebenfalls als Vierwegklappe ausgebildet sein kann, und in eine Abgaszuführung 6.
Über Leitung 7 wird ein Teilstrom des Abgases, z.B. 6000 kg/h abgezweigt und verdichtet 8. Dieser Teilstrom des Abgases wird in einer Muffel 12 mit Gas- oder ölbrennern, deren Brennstoffzuführung über Leitung 17 erfolgt, erwärmt und sodann mit über Leitung 9 zuströmendem NH3 (48 kg/h) in einem Vormischer 10 vermischt. Dieser Vormischer kann dabei als Wirbelkammer ausgebildet sein. Das NH3/Rauchgas/Gemisch wird sodann mit dem Hauptstrom des Rauchgases (196 068 kg/h) in einem weiteren Mischer 11, mit Jet-Düsen vermischt.
Das Rauchgas/NH3/Gemisch gelangt anschließend auf einen Katalysator 13, über dem die Stickoxide zu N2 und H2O reduziert werden. Das reduzierte Gas strömt über Ableitung 14 und gezeigte Stellung der Klappe 5 auf einen Regenerator 15, indem es sich auf'etwa 1200C abkühlt, und über Leitung 16 und Klappe 2 zum Kamin.
Nach einer Schaltzeit von etwa 6 Minuten werden die Regeneratoren 3 und 15 durch 900-Drehung der Schaltklappen 2 und 5 vertauscht, so daß das kalte Rauchgas in dem dann heißen Regenerator 15 angewärmt und in dem kalten Regenerator 3 abgekühlt wird.
Die Regeneratoren 3 und 15 sowie der Katalysator 13 können in einem einzigen Reaktor untergebracht sein. Sie sind lediglich der Übersichtlichkeit halber getrennt dargestellt.
Bei dem Ausführungsbeispiel der Figur 2 sind für gleiche Teile wie in Figur 1 gleiche Bezugszi-fern verwendet.
Bei diesem Beispiel wird ein Teil des verdichteten Teilstroms des Rauchgases in Leitung 7 über eine Leitung 18 als Hilfsgas für die Heißgasmischung über eine Jet-Düse in den Mischer 11 eingeführt. Der restliche Teil des Teilstroms in Leitung 7 wird mit über Leitung 9 zugeführtem NH3 in einem Vormischer 10 vermischt und ebenfalls in den Mischer 11 eingeführt, und zwar über eine Jet-Düse.
Beim Ausführungsbeispiel der Figur 3 wird das verdichtete Rauchgas in der Zweigleitung 7 mit NH3 über Leitung 9 versetzt und in einen Vormischer 10 geleitet. Sodann wird das Trägergas für NH3 bzw. Jet-Gas über eine Jet-Düse in den Mischer 11 eingeführt.

Claims

Patentansprüche 1. Verfahren zur NO -Entfernung aus einem NOx -haltigen Abgasstrom durch katalytische Umsetzung bei hohen Temperaturen in Gegenwart eines Hilfsfluides, bei dem der Abgasstrom vor der katalytischen Umsetzung erwärmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß dem Abgasstrom vor der katalytischen Umsetzung das Hilfsfluid nach dem Freistrahlprinzip zugemischt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von dem Abgasstrom ein Teilstrom abgezweigt, mittels eines extern erzeugten Heißgases erwärmt und nach Vermischen mit dem Hilfsfluid zusammen mit diesem dem Abgasstrom nach dem Freistrahlprinzip zugemischt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgasstrom mittels eines mit einem Teilstrom des Abgases als Hilfsmedium nach dem Freistrahlprinzipeingemischten Heißgases erwärmt und das Hilfsfluid mit einem Teilstrom des Abgases als Trägermedium nach dem Freistrahlprinzip dem Abgasstrom zugemischt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgasstrom mittels eines mit einem Teilstrom des Abgases als Hilfsmedium nach dem Freistrahlprinzip eingemisch#nHeißgases erwärmt und das Hilfsfluid diesem Teilstrom vor Zumischung zum Abgasstrom zugeführt wird.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit einem Katalysator mit Abgaszuführung und Abgasableitung, einer Einrichtung zur Erwärmung des Abgasstromes sowie einer Zuleitung für das Hilfsfluid, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitung für das Hilfsfluid mit mindestens einer Jet-Düse verbunden ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erwärmung des Abgasstromes als externer Brenner ausgebildet ist, der Brenner über eine Heißgasleitung mit der Abgas zuführung und die Heißgasleitung mit der Zuleitung für das Hilfsfluid vor einer Mischkammer verbunden ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erwärmung des Abgasstromes als über eine erste Zweigleitung mit der Abgas zuführung verbundener Jet-Brenner ausgebildet ist und daß die Zuleitung für das Hilfsfluid über eine zweite Zweigleitung der Abgas zuführung mit Mischkammer mit der Jet-Düse verbunden ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erwärmung des Abgasstromes als über eine Zweigleitung mit Mischkammer mit der Abgas zuführung verbundener Jet-Brenner ausgebildet und daß die Zuleitung für das Hilfsfluid an die Zweigleitung angeschlossen ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischkammer als Wirbelkammer oder als statischer Mischer ausgebildet ist.