DE3613637A1 - Process and apparatus for purifying combustion exhaust gases - Google Patents

Process and apparatus for purifying combustion exhaust gases

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    • B01D53/46—Removing components of defined structure
    • B01D53/54—Nitrogen compounds
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    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23J—REMOVAL OR TREATMENT OF COMBUSTION PRODUCTS OR COMBUSTION RESIDUES; FLUES 
    • F23J15/00—Arrangements of devices for treating smoke or fumes
    • F23J15/02—Arrangements of devices for treating smoke or fumes of purifiers, e.g. for removing noxious material
    • F23J15/04—Arrangements of devices for treating smoke or fumes of purifiers, e.g. for removing noxious material using washing fluids

Abstract

Reducing nitrogen oxides in flue gases by a scrubber, characterised in that in the separate or integrated circulation process, an aqueous ammonia-containing solution of defined pH range is fed in countercurrent to the untreated flue gas, a temperature of preferably 50 to 90 DEG C being established in the solution/gas mixture.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Umwandlung von in Verbrennungsabgasen enthaltenem Stickstoff­ monoxid in unschädliche Abgasbestandteile.The invention relates to a method and an apparatus for Conversion of nitrogen contained in combustion gases monoxide in harmless exhaust gas components.

In den bei Verbrennungsprozessen entstehenden Abgasen sind u.a. auch Stickstoffoxide, insbesondere Stickstoffmonoxid (NO) und Stickstoffdioxid (NO2) enthalten, welche als Umweltgifte gelten bzw. neben ihrer Geruchsbelästigung auch toxische Wirkungen auf den menschlichen und tierischen Organismus ausüben können. Die Zersetzung solcher Stickstoffoxide (NOx) durch Reaktion mit einem Reduktionsmittel, z.B. Ammoniak (NH3), unter Bildung umweltfreund­ licher Produkte (z.B. N2 und H2O) gelingt infolge der Reaktions­ trägheit mit der erforderlichen Umsetzungsgeschwindigkeit bei­ spielsweise unter Zuhilfenahme von in der Reaktionskammer einge­ bauten Katalysatoren, welche die Reaktionsgeschwindigkeit im er­ forderlichen Maße erhöhen. Die Katalysatoren erhöhen aber zwangs­ läufig den für den Durchtritt der Abgase erforderlichen Querschnitt, und sie neigen zu Verschmutzung während des Betriebs durch in den Verbrennungsabgasen enthaltene anbackende Teilchen, welche den Durchsatzquerschnitt verringern und die Katalysatorwirkung ver­ schlechtern. Darüberhinaus kann es auch zu einer Verschlechterung der Katalysatorwirkung kommen, wenn in den Brennstoffen Katalysator­ gifte enthalten sind, welche durch die Abgase in die Katalysatoren eingebracht werden. The exhaust gases produced in combustion processes also contain nitrogen oxides, in particular nitrogen monoxide (NO) and nitrogen dioxide (NO 2 ), which are considered to be environmental toxins and which, in addition to their unpleasant odors, can also have toxic effects on the human and animal organism. The decomposition of such nitrogen oxides (NO x ) by reaction with a reducing agent, for example ammonia (NH 3 ), with the formation of environmentally friendly products (for example N 2 and H 2 O) succeeds due to the sluggishness of the reaction with the required rate of conversion, for example with the aid of the reaction chamber built-in catalysts, which increase the reaction rate to the extent necessary. However, the catalysts inevitably increase the cross section required for the passage of the exhaust gases, and they tend to be contaminated during operation by caking particles contained in the combustion exhaust gases, which reduce the throughput cross section and impair the catalyst action. In addition, there may also be a deterioration in the catalyst action if the fuels contain catalyst poisons which are introduced into the catalysts by the exhaust gases.

Um den Einsatz von Katalysatoren zu umgehen, ist es ferner bekannt (DE-OS 34 02 771), das Reduktionsmittel durch Zufuhr von Energie auf ein höheres Reaktionsniveau zu bringen. Dieses Verfahren erfordert hinsichtlich der Energiezufuhr eine auf­ wendige Apparatur, in der das Reduktionsmittel großflächig mit Laser-Licht oder Röntgenstrahlen behandelt wird.To avoid the use of catalysts, it is also known (DE-OS 34 02 771), the reducing agent by supply from energy to a higher level of reaction. This The process requires an energy supply agile equipment in which the reducing agent covers a large area Laser light or X-rays is treated.

Die bisherigen Bemühungen, in Verbrennungsabgas enthaltene Stickstoffoxide umzuwandeln und zu entfernen, konzentrierten sich auf die gleichzeitige Entfernung von zumindest NO und NO2, die in etwa gleich großen Konzentrationen vorlagen.The previous efforts to convert and remove nitrogen oxides contained in combustion exhaust gas have concentrated on the simultaneous removal of at least NO and NO 2 , which were present in approximately equal concentrations.

Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit denen die Umwandlung und Entfernung des Stick­ stoffmonoxids aus Verbrennungsabgasen bei relativ niedrigen Temperaturen und ohne Einsatz von Katalysatoren möglich ist, und zwar auch dann, wenn das Verbrennungsabgas überwiegend Stickstoffmonoxid und nur zu einem vergleichsweise geringen Teil Stickstoffdioxid enthält.Proceeding from this, the invention is based on the object Method and a device of the type mentioned create with which the conversion and removal of the stick Monoxide from combustion gases at relatively low Temperatures and without the use of catalysts, even if the combustion exhaust gas is predominant Nitric oxide and only a comparatively low one Contains part of nitrogen dioxide.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe hinsichtlich eines Verfahrens dadurch gelöst, daß die Verbrennungsabgase bei einer Temperatur von 50 bis 70°C durch eine Ammoniak (NH3) enthaltende wässrige Waschlösung geleitet werden. Hinsichtlich einer Vorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens wird die Aufgabe durch Hinterein­ anderschaltung eines Verbrennungsabgas-Kühlers, einer Dosiervor­ richtung für Ammoniak, eines insbesondere längsdurchströmten, rohrförmigen Wäscherreaktors und eines Wasserabscheiders gelöst. Im Gegensatz zu der mit Katalysatoren arbeitenden Verfahrenweise ist eine Verschlechterung der Umwandlungsergebnisse während des Betriebes infolge von Verschmutzung oder Katalysatorgiften nicht mehr möglich. Ebenso erübrigt sich das Zuführen von Energie zwecks Erhöhung des Ammoniak-Reaktionsniveaus. According to the invention, this object is achieved with respect to a method in that the combustion exhaust gases are passed through an aqueous washing solution containing ammonia (NH 3 ) at a temperature of 50 to 70 ° C. With regard to an apparatus for performing this method, the object is achieved by connecting a combustion exhaust gas cooler in series, a metering device for ammonia, a tubular scrubber reactor, in particular with a longitudinal flow, and a water separator. In contrast to the procedure using catalysts, a deterioration in the conversion results during operation due to pollution or catalyst poisons is no longer possible. Likewise, there is no need to add energy to increase the ammonia reaction level.

Der Umwandlungsgrad von Stickstoffmonoxid wird gemäß einer Weiterbildung der Erfindung dadurch gesteigert, daß die Wasch­ lösung schwach sauer ist, ihr pH-Wert also kleiner als 7 ist.The degree of conversion of nitrogen monoxide is according to a Development of the invention increased in that the washing solution is weakly acidic, i.e. its pH is less than 7.

Die für eine möglichst weitgehende NO-Umwandlung erforderliche Ammoniakmenge wird gemäß einer anderen Weiterbildung der Er­ findung dem Waschprozeß dadurch zugeführt, daß die Ammoniakzu­ fuhr in Abhängigkeit vom pH-Wert in der Waschlösung gesteuert wird. Auf diese Weise wird auch eine Überdosierung des Ammoniaks vermieden.The one required for the greatest possible NO conversion According to another development, the amount of ammonia becomes Er invention fed to the washing process in that the ammonia drove controlled depending on the pH in the wash solution becomes. In this way there is also an overdose of ammonia avoided.

Die Verweilzeit (Kontaktzeit) der Verbrennungsabgase in der Waschlösung kann verhältnismäßig kurz gehalten werden, sie beträgt jedoch vorzugsweise mindestens 1,5 Bekunden. Außerdem sollte zur Erzielung eines bestmöglichen Reaktionsgrades das Ammoniak mit dem Verbrennungsabgas möglichst gründlich ver­ mischt werden.The residence time (contact time) of the combustion gases in the Wash solution can be kept relatively short, she however, is preferably at least 1.5 customers. Furthermore should achieve the best possible degree of reaction Verify ammonia with the combustion exhaust gas as thoroughly as possible to be mixed.

Zum Erreichen der gewünschten Temperatur in der Waschlösung ist es grundsätzlich denkbar, diese bei einer niedrigeren als der gewünschten Temperatur in den Wäscherreaktor einzuleiten und durch Vermischung mit dem in der Regel erheblich heißeren Ver­ brennungsabgas auf das gewünschte Temperaturniveau zu bringen.To reach the desired temperature in the wash solution it is basically conceivable to lower this than initiate desired temperature in the scrubber reactor and by mixing with the usually much hotter Ver Bring combustion exhaust gas to the desired temperature level.

Die im Wäscherreaktor behandelten Verbrennungsabgase werden gemäß einer Weiterbildung der Erfindung vorteilhafterweise von den mitgeführten Reaktionsprodukten wenigstens teilweise be­ freit. Zu diesem Zweck wird gewaschenes Verbrennungsabgas gering­ fügig abgekühlt, und der enthaltene Wasserdampf wird weitgehend auskondensiert. Die Abkühlung erfolgt vorzugsweise auf 60°C oder weniger. Als besonders vorteilhaft hat sich eine Abkühlung auf 55°C erwiesen, was natürlich eine entsprechend hohe Reaktions­ temperatur im Wäscherreaktor erfordert. Durch diese Maßnahme wird der Ammoniakverlust vor allem bei schwach saurer Waschlösung sehr gering gehalten. Eine erheblich stärkere Abkühlung und Auskonden­ sierung von noch mehr Wasserdampf ist in der Regel nicht erfor­ derlich, weil auch das unbehandelte Verbrennungsabgas eine gewisse Eigenfeuchte hat, die in der Regel nicht verringert werden muß. Das anfallende Kondensatwasser wird vorteilhafterweise der Wasch­ lösung zugeführt. Die Waschlösung selbst kann im Kreislauf durch den Wäscherreaktor und den Wasserabscheider geführt werden. Im Wäscherreaktor selbst werden die Waschlösung und das Verbrennungs­ abgas bevorzugt im Gegenstrom geführt. Schließlich wird eine Regelung des Gesamtprozesses dadurch möglich, daß der Stickstoff­ monoxid-Gehalt im Verbrennungsabgas mit einem Chemolumineszenz­ analysator gemessen wird. Diese Messung erfolgt bevorzugt vor und nach der Waschbehandlung.The combustion gases treated in the scrubber reactor are according to a further development of the invention advantageously from the carried reaction products at least partially free. For this purpose, washed combustion exhaust gas becomes low Vigorously cooled, and the water vapor contained is largely condensed out. The cooling is preferably to 60 ° C or fewer. Cooling has been found to be particularly advantageous 55 ° C proved, which of course is a correspondingly high response temperature in the scrubber reactor is required. This measure will the ammonia loss, especially with a weakly acidic washing solution kept low. A much stronger cooling and condensation The generation of even more water vapor is generally not required This is because the untreated combustion exhaust gas also has a certain  Has its own moisture, which usually does not have to be reduced. The resulting condensate water is advantageously the wash solution supplied. The washing solution itself can be circulated the scrubber reactor and the water separator. in the The scrubbing reactor itself becomes the washing solution and the combustion exhaust gas preferably carried out in countercurrent. Eventually one will Regulation of the overall process possible because the nitrogen monoxide content in the combustion exhaust gas with a chemiluminescence analyzer is measured. This measurement is preferably done before and after washing treatment.

Für die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Ver­ fahrens eignen sich als Wäscherreaktoren vor allem Waschtürme und Venturiwäscher. Weiterhin kann zur Temperatursteuerung des Gesamtprozesses ein Wasserkühler vorgesehen sein, über den das gewaschene Verbrennungsabgas in den nachgeordneten Wasserabscheider gelangt. Der Wasserabscheider kann sicherheitshalber und/oder zu Steuerungszwecken mit einem Zulauf vom Wäscherreaktor, insbesondere aus dessen Bodenbereich, und einem Überlauf versehen sein.For the device for performing the Ver washing towers are particularly suitable as scrubbing reactors and venturi washer. Furthermore, for temperature control of the A water cooler can be provided for the overall process, via which the washed combustion exhaust gas in the downstream water separator reached. The water separator can and for safety reasons Control purposes with an inlet from the scrubber reactor, in particular from the bottom area, and be provided with an overflow.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher er­ läutert. Die einzige Figur der Zeichnung zeigt eine schematische Darstellung einer Gesamtanlage zur Behandlung von Verbrennungsab­ gasen:.In the following the invention with reference to the drawing he purifies. The only figure in the drawing shows a schematic Representation of an overall system for the treatment of incineration gas :.

Von einer Verbrennungsmaschine 1 aus durchströmt das Verbrennungs­ abgas einen Wärmetauscher 2, in dem es auf etwa minimal 70°C abge­ kühlt wird. Kurz vor dem Eintritt in einen Wäscherreaktor 3 wird das Verbrennungsabgas mit gasförmigem Ammoniak innig vermischt, wobei die Ammoniak-Zufuhr pH-Wert-gesteuert ist. Nach Durchströmen eines vorzugsweise mit Wasser gefüllten, als Wäscherreaktor 3 dienenden Waschturmes oder Venturiwäschers gelangt das Verbrennungs­ abgas über einen zur Temperatursteuerung dienenden Wasserkühler 4 in einen Wasserabscheider 5, aus dem das Verbrennungsabgas mit etwa der gleichen Feuchtigkeit wie das nicht behandelte Verbrennungsabgas durch die Sekundärseite des Wärmetauschers 2 mittels eines Gebläses 6 einem Kamin 7 zugeführt wird. Das im Wasserabscheider 5 aus dem etwa 55°C warmen Verbrennungsabgas auskondensierte Wasser kann über eine Leitung 8 mittels einer Pumpe 9 in den oberen Bereich des Wäscherreaktors 3 geführt werden. Eine mit einem Ventil 10 steuerbare Rücklaufleitung 11 führt vom Boden des Wäscherreaktors 3 zurück in den Wasserabscheider 5.From an internal combustion engine 1 , the combustion exhaust gas flows through a heat exchanger 2 , in which it is cooled to a minimum of approximately 70 ° C. Shortly before entering a scrubber reactor 3 , the combustion exhaust gas is intimately mixed with gaseous ammonia, the ammonia feed being pH-controlled. After flowing through a washing tower or venturi scrubber, which is preferably filled with water and serves as a scrubber reactor 3 , the combustion exhaust gas passes via a water cooler 4 used for temperature control into a water separator 5 , from which the combustion exhaust gas with approximately the same moisture as the untreated combustion exhaust gas passes through the secondary side of the heat exchanger 2 is fed to a chimney 7 by means of a blower 6 . The water condensed in the water separator 5 from the approximately 55 ° C. combustion flue gas can be fed via a line 8 by means of a pump 9 into the upper area of the scrubber reactor 3 . A return line 11 controllable with a valve 10 leads from the bottom of the scrubber reactor 3 back into the water separator 5 .

Claims (18)

1. Verfahren zur Umwandlung von in Verbrennungsabgasen ent­ haltenen Stickstoffoxiden in unschädliche Abgasbestandteile dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungsabgase bei einer Temperatur von 40 bis 90°C durch eine Ammoniak (NH3) enthaltende wässrige Wasch­ lösung geleitet werden.1. A process for converting nitrogen oxides contained in combustion gases into harmless exhaust gas components, characterized in that the combustion gases are passed at a temperature of 40 to 90 ° C through an aqueous washing solution containing ammonia (NH 3 ). 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Waschlösung einen pH-Wert 4 bis 9 aufweist.2. The method according to claim 1, characterized in that the washing solution has a pH of 4 to 9. 3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die dem Waschprozeß zugeführte Ammoniakmenge in Abhängigkeit vom pH-Wert in der Waschlösung gesteuert wird.3. The method according to any one of claims 1 to 2, characterized records that the amount of ammonia supplied to the washing process controlled depending on the pH in the wash solution becomes. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Verweilzeit des Verbrennungsabgases in der Waschlösung mindestens 1,5 Sekunden beträgt, jedoch vor­ zugsweise um 5 sec liegt.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized records that the residence time of the combustion exhaust gas in the washing solution is at least 1.5 seconds, but before is preferably around 5 sec. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Verbrennungsabgase vor dem Einleiten in die Waschlösung so abgekühlt werden, daß die optimale Reaktions­ temperatur in der Absorptionslösung sich einstellt.5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized records that the combustion exhaust gases before being introduced into the Wash solution to be cooled so that the optimal response temperature in the absorption solution. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das gewaschene Verbrennungsabgas im Absorptions­ turm abgekühlt und der enthaltene Wasserdampf weitgehend aus­ kondensiert wird. 6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized records that the washed combustion exhaust gas in the absorption tower cooled and the water vapor contained largely is condensed.   7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abkühlung auf 50 bis 60°C erfolgt.7. The method according to claim 6, characterized in that the Cooling to 50 to 60 ° C takes place. 8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das auskondensierte Wasser der Waschlösung zugeführt wird.8. The method according to claim 6 or 7, characterized in that the condensed water is fed to the washing solution. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Waschlösung im Kreislauf durch einen Wäscher­ reaktor und einen Wasserabscheider geführt wird.9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized records that the washing solution circulates through a scrubber reactor and a water separator is guided. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Waschlösung und das Verbrennungsabgas im Gegenstrom geführt werden.10. The method according to any one of claims 1 to 9, characterized records that the washing solution and the combustion exhaust gas in Counterflow are performed. 11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das gewaschene Verbrennungsabgas auf annähernd seine Ausgangstemperatur wieder erwärmt wird.11. The method according to any one of claims 1 to 10, characterized records that the washed combustion exhaust gas to approximately its initial temperature is warmed up again. 12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Stickstoffmonoxid-Gehalt im Verbrennungsabgas mit einem Chemolumineszenzanalysator gemessen wird.12. The method according to any one of claims 1 to 11, characterized records that the nitrogen monoxide content in the combustion exhaust gas is measured with a chemiluminescence analyzer. 13. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Verbrennungsabgaskühler (2), eine Dosiervorrichtung für Ammoniak (NH3), einen Wäscherreaktor (3) und einen Wasserab­ scheider (5).13. An apparatus for performing the method according to claim 1, characterized by a combustion exhaust gas cooler ( 2 ), a metering device for ammonia (NH 3 ), a scrubber reactor ( 3 ) and a Wasserab separator ( 5 ). 14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Wäscherreaktor ein Waschturm ist.14. The apparatus according to claim 13, characterized in that the scrubber reactor is a wash tower. 15. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Wäscherreaktor ein Venturiwäscher ist.15. The apparatus according to claim 13, characterized in that the scrubber reactor is a venturi scrubber. 16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, gekennzeichnet durch einen zur Temperatursteuerung dienenden Wasserkühler (4). 16. Device according to one of claims 13 to 15, characterized by a water cooler ( 4 ) serving for temperature control. 17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserabscheider (5) mit einem Zulauf (11) von dem Wäscherreaktor (3) und einem Überlauf versehen ist.17. Device according to one of claims 13 to 16, characterized in that the water separator ( 5 ) is provided with an inlet ( 11 ) from the scrubber reactor ( 3 ) and an overflow. 18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbrennungsabgas-Kühler ein Wärmetauscher (2) ist, der sekundärseitig mit trockenem gewaschenen Verbrennungsabgas durchströmt wird.18. Device according to one of claims 13 to 17, characterized in that the combustion exhaust gas cooler is a heat exchanger ( 2 ) which is flowed through on the secondary side with dry washed combustion exhaust gas.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1990005578A1 (en) * 1988-11-16 1990-05-31 Keith Russell Mcneill Control of oxides of nitrogen in post-combustion waste gases
EP1923124A1 (en) * 2006-11-16 2008-05-21 M+W Zander Facility Engineering Limited Method for purifying exhaust gas containing nitrous gases

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