DE3618514A1

DE3618514A1 - Method for operating a catalytic nitrogen oxide reduction stage

Info

Publication number: DE3618514A1
Application number: DE19863618514
Authority: DE
Inventors: Robert Dipl Chem Dr Walter; Torsten Dipl Ing Dr Schmidt
Original assignee: Kali Chemie AG
Current assignee: Kali Chemie AG
Priority date: 1986-06-02
Filing date: 1986-06-02
Publication date: 1987-12-03

Abstract

The invention relates to a novel method for adding reducing agent to the exhaust gas stream upstream of a catalytic nitrogen oxide reduction stage.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer katalytischen Stickoxid-Reduktionsstufe (KSR-Stufe).The present invention relates to a method for Operate a catalytic nitrogen oxide reduction stage (KSR level).

Gesetzliche Auflagen machen es heute notwendig u. a. Stickoxide (NO_x) aus den Abgasen von Feuerungsanlagen zu entfernen. Eine Art von bekannten Verfahren entfernt NO_x selektiv durch reduktive Behandlung mit Katalysatoren unter Zusatz von Reduktionsmitteln wie Ammoniak, Methan etc. Solche Verfahren und verwendbare Katalysatoren sind einschlägig bekannt und z. B. in Chem. Ing. Tech. 57 (1985) S. 717 ff, insbes. S. 722 ff beschrieben.Today's legal requirements make it necessary to remove nitrogen oxides (NO _x ) from the exhaust gases of combustion plants. One type of known process removes NO _x selectively by reductive treatment with catalysts with the addition of reducing agents such as ammonia, methane, etc. Such processes and usable catalysts are known in the art and are known e.g. B. in Chem. Ing. Tech. 57 (1985) pp. 717 ff, in particular pp. 722 ff.

Für die praktische Durchführung der Verfahren sind dabei hinsichtlich der Anordnung des Katalysators verschiedene Varianten bekannt. So kann er vor oder hinter einer Rauchgasentschwefelungsanlage (REA) angeordnet sein. Den Verfahren gemeinsam ist aber stets, daß das Reduktions mittel Ammoniak verdampft, mit Luft gemischt und vor der KSR-Stufe in den Abgasstrom eindosiert wird.Are there for the practical implementation of the procedures different with regard to the arrangement of the catalyst Variants known. So he can be in front of or behind one Flue gas desulfurization system (REA) can be arranged. The However, the common procedure is always that the reduction medium evaporated ammonia, mixed with air and before KSR stage is metered into the exhaust gas flow.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, die bekannten Verfahren abzuwandeln und ein hinsichtlich Wirkungsgrad der Entstickung und/oder Energiebilanz verbessertes Verfahren zur Verfügung zu stellen.The object of the present invention is the known Modify procedures and an efficiency denitrification and / or energy balance improved To provide procedures.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist durch das in den Patentansprüchen geschilderte Verfahren charakterisiert. The method according to the invention is characterized in that in the Characterized claims characterized methods.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer katalytischen Stickoxid-Reduktionsstufe (KSR) ist dadurch gekennzeichnet, daß manThe inventive method for operating a This makes catalytic nitrogen oxide reduction (KSR) characterized that one

a) a partial flow of the exhaust gas flow to be treated takes,
b) the partial stream from stage a) selective reducing agent, preferably ammonia, admixed,
c) the resulting reducing agent-containing Partial flow before the KSR stage with the main flow united and
d) introduces the combined exhaust gas flow into the KSR stage.

In seiner allgemeinsten Form sieht das Verfahren also vor, das selektive Reduktionsmittel nicht direkt in den Abgasstrom zu dosieren, sondern in einen, dem Abgasstrom entnommenen Teilstrom.In its most general form, the process the selective reducing agent is not directly in the Exhaust gas flow, but in one, the exhaust gas flow withdrawn partial flow.

Der Begriff Abgas umfaßt dabei sowohl Rauchgas, das von Feuerungsanlagen, insbesondere Großfeuerungsanlagen stammt. Er umfaßt aber auch Abgase die Stickoxide (NO_x) enthalten, die aus der thermischen und/oder katalytischen Verbrennung von Schadstoff-enthaltender Abluft diverser Produktionsprozesse stammt. Er umfaßt außerdem solche Abgase, die bei Herstellung und/oder Umsetzung von N-O-Verbindungen anfallen.The term exhaust gas includes both flue gas, which comes from combustion plants, especially large combustion plants. But it also includes exhaust gases that contain nitrogen oxides (NO _x ), which comes from the thermal and / or catalytic combustion of pollutant-containing exhaust air from various production processes. It also includes those exhaust gases that occur during the production and / or conversion of NO compounds.

Als selektive Reduktionsmittel kommen bekannte Mittel wie Kohlenwasserstoffe, vorzugsweise Methan in Frage. Bevorzugt wird der Einsatz von Ammoniak als selektives Reduktionsmittel. Besonders vorteilhaft ist es dabei, daß Reduktionsmittel dem Teilstrom in unverdünnter Form zuzumischen. Known agents such as Hydrocarbons, preferably methane in question. The use of ammonia as a selective is preferred Reducing agent. It is particularly advantageous that Reducing agent to the partial flow in undiluted form to mix.

In einer bevorzugten Variante des Verfahrens ist vorgesehen, den Teilstrom von Stufe a) und/oder den resultierenden, Reduktionsmittel enthaltenden Teilstrom aus Stufe b) aufzuheizen. Dabei hat es sich als sehr wirksam herausgestellt, wenn der gemäß Stufe c) mit dem Hauptstrom zu vereinigende, vorzugsweise Reduktionsmittel enthaltende Teilstrom auf 850 bis 1100°C aufgeheizt wird.In a preferred variant of the method provided the partial flow of stage a) and / or the resulting partial stream containing reducing agent from stage b). It turned out to be very effective if the according to stage c) with the Main stream to be combined, preferably reducing agents containing partial stream is heated to 850 to 1100 ° C.

Eine vorteilhafte Variante des Verfahrens wird anhand der Fig. 1 näher erläutert, die eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäß betriebenen KSR-Stufe darstellt.An advantageous variant of the method is explained in more detail with reference to FIG. 1, which represents a schematic representation of a KSR stage operated according to the invention.

Aus einer Rauchgas führenden Leitung (1) wird über einen Bypass (2) ein Teilstrom entnommen. Die Entnahmestelle kann dabei in Strömungsrichtung gesehen vor oder hinter einer REA-Anlage, vorzugsweise hinter einer REA-Anlage liegen. Dieser Teilstrom wird vorzugsweise über ein Fördermittel (3) einer Heizkammer (4) zugeführt, in der der Teilstrom auf Temperaturen von 850 bis 1100°C aufgeheizt wird.A partial flow is removed from a pipe ( 1 ) carrying flue gas via a bypass ( 2 ). The tapping point can be in front of or behind a FGD plant, preferably behind a FGD plant, when viewed in the direction of flow. This partial flow is preferably fed via a conveyor ( 3 ) to a heating chamber ( 4 ) in which the partial flow is heated to temperatures of 850 to 1100 ° C.

Zur zumindest teilweisen Aufheizung des Teilstromes in der Bypassleitung (2) und/oder in der Heizkammer (4) kann thermische Energie aus dem aus der KSR-Stufe austretenden Abgas über einen Wärmetauscher, vorzugsweise einen regenerativen Wärmetauscher, genutzt werden. In einer anderen Variante kann die Aufzeichnung zumindest teilweise durch Einblasen von Heißdampf erfolgen. Zur Erreichung der angegebenen Aufheiz-Temperatur wird es in der Regel notwendig sein, eine Zusatzfeuerung vorzusehen, beispielsweise eine direkte oder indirekte Zufuhr von Heizenergie, die insbesondere durch Verbrennung fossilen Brennmaterials gewonnen wird.For at least partial heating of the partial flow in the bypass line ( 2 ) and / or in the heating chamber ( 4 ), thermal energy from the exhaust gas emerging from the KSR stage can be used via a heat exchanger, preferably a regenerative heat exchanger. In another variant, the recording can be carried out at least partially by blowing in hot steam. To achieve the specified heating temperature, it will generally be necessary to provide additional firing, for example a direct or indirect supply of heating energy, which is obtained in particular by burning fossil fuel.

Die Zufuhr von NH₃, entweder im Gemisch mit Luft oder Inertgas, oder, bevorzugt, in unverdünnter Form als solcher, wird über Leitung (5) vorgenommen und kann über Leitung (5 a), also vor der Heizstufe, und/oder über Leitung (5 b), also hinter der Heizstufe, erfolgen. Vorzugsweise wird mindestens ein Teil des stöchiometrisch notwendigen Ammoniaks vor der Heizstufe zugemischt. Der aufgeheizte und mit NH₃ versetzte Teilstrom wird dann über Leitung (6) wieder mit dem Hauptstrom vereinigt und der vereinigte Abgasstrom wird dann der Katalysatorstufe (7) zugeführt. Das katalytisch behandelte Abgas verläßt die KSR-Stufe über Leitung (8) und kann dort weiteren Stufen oder dem Abgas-Kamin zugeführt werden.The supply of NH ₃ , either in a mixture with air or inert gas, or, preferably, in undiluted form as such, is carried out via line ( 5 ) and can be via line ( 5 a) , ie before the heating stage, and / or via line ( 5 b) , i.e. behind the heating level. At least part of the stoichiometrically necessary ammonia is preferably mixed in before the heating stage. The heated and mixed with NH ₃ partial stream is then combined again via line ( 6 ) with the main stream and the combined exhaust gas stream is then fed to the catalyst stage ( 7 ). The catalytically treated exhaust gas leaves the KSR stage via line ( 8 ) and can be fed there to further stages or to the exhaust gas chimney.

In einer besonderen Variante wird die Entnahme des Teilstromes über Leitung (2) derart bemessen, daß durch die Zumischung des aufgeheizten Teilstromes zum Hauptstrom im vereinigten Abgasstrom eine Mischungstemperatur im Bereich von 150 bis 500°C, vorzugsweise 150 bis 300°C eingestellt wird. Ein günstiges Entnahmeverhältnis (Teilstrom : Gesamtabgasstrom) liegt im Bereich von 3 : 100 bis 60 : 100.In a special variant, the removal of the partial stream via line ( 2 ) is dimensioned such that a mixture temperature in the range from 150 to 500.degree. C., preferably 150 to 300.degree. C., is set by adding the heated partial stream to the main stream in the combined exhaust gas stream. A favorable extraction ratio (partial flow: total exhaust gas flow) is in the range from 3: 100 to 60: 100.

Die Erfindung umfaßt auch eine angepaßte Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Diese Vorrichtung ist gekennzeichnet durch eine Abgasleitung (1), einen katalytischen Reaktor (7) sowie eine Bypassleitung (2), (6), enthaltend eine Heizkammer (4), eine oder mehrere Zuführungen für Ammoniak (5 a) und/oder (5 b) sowie ggf. ein Fördermittel (3).The invention also includes an adapted device for carrying out the method according to the invention. This device is characterized by an exhaust gas line ( 1 ), a catalytic reactor ( 7 ) and a bypass line ( 2 ), ( 6 ) containing a heating chamber ( 4 ), one or more feeds for ammonia ( 5 a) and / or ( 5 b) and, if necessary, a grant ( 3 ).

Zur Intensivierung der Mischwirkung für die Zugabe von Ammoniak und/oder die Zumischung des aufgeheizten Teilstroms zum Hauptstrom können an sich bekannte Vorrichtungen wie vorzugsweise statische Mischer vorgesehen werden.To intensify the mixing effect for the addition of Ammonia and / or the admixture of the heated Partial stream to the main stream can be known per se Devices such as preferably static mixers be provided.

Das erfindungsgemäße Verfahren und seine Varianten gestatten es, in energetisch günstiger Weise hohe Entstickungsgrade zu erreichen. Dieses wird u. a. bewirkt durch The method according to the invention and its variants allow high energetically favorable To achieve denitrification levels. This is u. a. causes by

- Avoiding an increase in the volume of the flue gas to be treated and heating energy losses due to the usual mixing of NH 3 with air;
- Already thermal reaction of NH 3 with NO x in front of the catalyst; as a result, this can either be made smaller with the same degree of turnover or with the same dimensioning a higher degree of turnover can be achieved;
- efficient avoidance of the formation of ammonium salts such as Nitrates, sulfates etc;
- Efficient mixing of the exhaust gas with the reduction medium.

Claims

1. A process for catalytic nitrogen oxide reduction (KSR) in exhaust gases with the addition of a selective reducing agent, characterized in that

a) takes a partial flow from the exhaust gas flow to be treated,
b) the partial stream from stage a) is mixed with selective reducing agent, preferably ammonia,
c) the resulting partial stream containing reducing agent is combined with the main stream before the KSR stage and
d) introduces the combined exhaust gas flow into the KSR stage.

2. The method according to claim 1, characterized records that the KSR stage behind in the flow direction a flue gas desulfurization stage (REA) is arranged.

3. Method according to one of the preceding Claims, characterized in that in stage b) undiluted ammonia.

4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the partial flow and / or the resulting reducing agent containing Partial flow heats up.

5. The method according to claim 4, characterized in that the heated partial flow, that with the main flow to be combined, a temperature in the range of 850 up to 1100 ° C.

6. The method according to any one of claims 4 or 5, characterized in that the removal in stage a) of the partial flow is dimensioned such that the from stage c) resulting combined exhaust gas flow a mixture temperature tur in the range of 150 to 500 ° C preferably 150 to 300 ° C.

7. The method according to any one of claims 4 to 6, characterized in that for heating the partial flow thermal energy emerging from the KSR stage Exhaust gas via a heat exchanger, preferably one regenerative heat exchanger is removed.

8. The method according to any one of claims 4 to 7, characterized in that the heating of the partial flow by additional firing.

9. The method according to any one of claims 4 to 8, characterized in that the heating of the partial flow at least in part by blowing hot steam he follows.

10. An apparatus for performing the method according to any one of the preceding claims, characterized by an exhaust pipe ( 1 ), a catalytic reactor ( 7 ) and a bypass line ( 2 ), ( 6 ) containing one or more feeds for ammonia ( 5 a) and / or ( 5 b) and possibly a funding ( 3 ) and a heating chamber ( 4 ).