DE3634360C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur gleichzeitigen Entstaubung und Entstickung von Verbrennungsabgasen, bei dem die Abgase mit NH₃, ammoniakhaltigen Substanzen, Aminen oder aminhaltigen Substanzen gemischt und dann bei einer Temperatur von 150 bis 600°C durch mindestens ein Filterelement geleitet werden, das aus einem keramischen Trägermaterial und katalytisch wirksamen Substanzen besteht, welche die Reduktion von Stickoxiden katalysieren, wobei das Trägermaterial aus Al₂O₃, SiO₂ und/oder SiC und einem anorganischen Bindemittel zusammengesetzt ist sowie eine Faser- oder Granalienstruktur aufweist und wobei als katalytisch wirksame Substanzen Oxide und Salze der Elemente mit den Ordnungszahlen 23 bis 30 sowie des Wolframs und Molybdäns verwendet werden.

Es ist bekannt, daß die Reduktion von Stickoxiden aus Gasen selektiv durch Reaktion der Stickoxide mit den Reduktionsmitteln an Feststoffkatalysatoren erfolgen kann. Um eine hinreichend große katalytische Aktivität zu erreichen und um die Salzablagerung auf der Katalysatoroberfläche auszuschließen, die zu einer Desaktivierung des Katalysators führt, sind entsprechend hohe Gastemperaturen erforderlich. Beispielsweise werden Reduktionskatalysatoren zur Rauchgasreinigung in Kraftwerken im Rauchgasstrom zwischen Kessel und Luftvorwärmer bei Temperaturen von etwa 300 bis 350°C eingesetzt. Das keramische Katalysatormaterial wird dabei zumeist in Form von starren Platten oder von Bienenwaben, teilweise aber auch in Form von Schüttschichten, angeordnet. Der Einsatz von Schüttschichten erfordert eine weitgehende Vorentstaubung der Gase. Bei den sog. Low-Dust-Verfahren schaltet man den Bienenwaben oder Plattenkatalysatoren ein Heißgaselektrofilter zur weitgehenden Abtrennung des Staubs vor. Bei den sog. High-Dust-Verfahren passiert das Gas ohne vorherige Entstaubung den mit einem Katalysator gefüllten Reaktor. Die einzelnen Katalysatorelemente müssen hierbei aber über entsprechend weite freie Strömungskanäle für das Gas verfügen (freie Öffnungen von mindestens 6 mm Weite), um Verstopfungen zu vermeiden. Bei anderen Verfahrensvarianten kommen die Katalysatoren nach der Entschwefelung zum Einsatz, wobei zumeist eine Wiederaufheizung der Rauchgase erforderlich ist.

Aus der EP 00 18 713 A1 ist ein Filter zur gleichzeitigen Entstickung und Entstaubung von Abgasen bekannt, in dem mehrere Filterelemente angeordnet sind, welche aus Filtertüchern bestehen. Die Filtertücher enthalten Katalysatoren, welche die Reduktion der Stickoxide katalysieren und unter anderem aus den Oxiden des Kupfers, Eisens, Vanadiums, Kobalts, Molybdäns, Mangans, Wolframs und/oder Chroms bestehen. Die Filtertücher werden aus Glas-, Metall- oder Keramikfasern gewoben. Das aus der EP 00 18 713 A1 bekannte Verfahrren hat den Nachteil, daß die dort verwendeten Filtertücher sehr große Poren aufweisen, die durch Kette und Schuß des Gewebes gebildet werden und die dem Abgas nur eine sehr kurze Kontaktzeit mit dem Katalysator ermöglichen. Daher ist sowohl die Entstaubungs- als auch die Entstickungsleistung derartiger Gewebe unbefriedigend. Außerdem sind die bekannten Filtertücher nicht selbsttragend.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugunde, die Nachteile des aus der EP 00 18 713 A1 bekannten Verfahrens zu vermeiden und katalytisch wirkende Filterelemente zu verwenden, die eine hohe Entstickungs- und Entstaubungsleistung aufweisen sowie kostengünstig hergestellt werden können.

Die der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe wird dadurch gelöst, daß dem Filterelement, welches eine Dicke von 2 bis 20 mm hat, das Verbrennungsabgas mit einer Anströmgeschwindigkeit von 0,5 bis 5 cm/s zugeführt wird. Es hat sich gezeigt, daß Filterelemente mit einer Dicke von 2 bis 20 mm selbsttragend sind und eine Vielzahl kleiner enger Poren aufweisen, die dem Abgas mit dem Katalysator eine lange Kontaktzeit ermöglichen. Die nach der Erfindung vorgesehene Anströmgeschwindigkeit der Verbrennungsabgase garantiert, daß sowohl die Entstaubung als auch die Entstickung (Reduktion der Stickoxide durch Ammoniak, ammoniakhaltige Substanzen, Amine oder aminhaltige Substanzen) mit hoher Leistung ablaufen.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann besonders vorteilhaft durchgeführt werden, wenn das keramische Trägermaterial aus 30 bis 70 Gew.-% Al₂O₃, 15 bis 50 Gew.-% SiO₂ und 1 bis 10 Gew.-% anorganischem Bindemittel besteht und wenn die katalytisch wirksamen Substanzen in einer Menge von 0,4 bis 25 Gew.-%, bezogen auf das keramische Trägermaterial, verwendet werden. Derartig zusammengesetzte Filterelemente haben sowohl eine gute mechanische Festigkeit als auch eine hohe Entstaubungs- und Entstickungsleistung. Als anorganisches Bindemittel werden Alkalisilikate, Erdalkalisilikate, Alkaliphosphate oder Erdalkaliphosphate verwendet.

Das Filterelement besteht nach der Erfindung entweder aus Filzen oder Vliesen, die aus Fasern des keramischen Trägermaterials durch Verdichtung hergestellt und mit den katalytisch wirkenden Substanzen dotiert worden sind oder aus porösen Sinterkörpern, die aus Granalien des keramischen Trägermaterials durch Sintern hergestellt und mit den katalytisch wirkenden Substanzen dotiert worden sind. Die Filze, Vliese und keramischen Sinterkörper besitzen aufgrund der Faser- bzw. Granalienstruktur gasdurchlässige Poren, welche die für eine hohe katalytische Effektivität erforderlichen spezifischen Oberflächengrößen sowie die nötigen Gasverweilzeiten ermöglichen. Im Gegensatz zu den Geweben, aus denen die bekannten Filtertücher bestehen, handelt es sich bei den Vliesen und Filzen um Filterelemente mit langen und sehr kleinen Gasdurchführungskanälen, so daß ein inniger Kontakt zwischen den Stickoxiden, den Reduktionsmitteln und den katalytisch wirkenden Zentren gegeben ist. Aufgrund der hohen Porosität dieser Materialien können sie bei vergleichsweise kleinen Druckverlusten sowohl zur Abtrennung von Staub wie auch zur Stickoxidabscheidung vorteilhaft verwendet werden. Die Filze, Vliese und keramischen Sinterkörper haben gegenüber den Gewebefiltern eine erheblich verbesserte Entstaubungsleistung. Das erfindungsgemäße Verfahren kann besonders vorteilhaft durchgeführt werden, wenn das aus Filzen oder Vliesen bestehende Filterelement die Form eines Schlauchfilters hat oder wenn das aus porösen Sinterkörpern bestehende Filterelement die Form einer Filterkerze hat.

Das Dotieren des keramischen Trägermaterials mit den katalytisch wirkenden Substanzen erfolgt in bekannter Weise dadurch, daß diese Substanzen vor, während oder nach der Herstellung der Filze, Vliese oder Sinterkörper auf das keramische Trägermaterial aufgebracht werden. Dies kann beispielsweise durch Tränken der Filterelemente mit Salzlösungen und anschließendes Erhitzen der mit den Salzen dotierten Filterelemente erfolgen.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend anhand der Zeichnung und anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben.

In der Zeichnung ist der NO-Abscheidegrad in Abhängigkeit von unterschiedlichen Reaktionsbedingungen dargestellt. Da Abgase von Verbrennungsanlagen hauptsächlich mit NO verunreinigt sind, wurde bei den zur Erprobung des erfindungsgemäßen Verfahrens durchgeführten Versuchen lediglich der NO-Abscheidegrad ermittelt. Als Filterelement wurde ein Schlauchfilter benutzt, dessen keramisches Trägermaterial aus zu einem Filz verdichteten Fasern bestand. Das keramische Trägermaterial hatte folgende Zusammensetzung:

46 Gew.-% Al₂O₃, 52 Gew.-% SiO₂ , Rest anorganisches Bindemittel.

Die in der Zeichnung enthaltenen Kurven zeigen die Temperaturabhängigkeit des NO-Abscheidegrades, wobei der Filzdurchmesser des Filterelements für die Kurve a 12 mm und für die Kurve b 8 mm betrug. Beide Filterelemente enthielten 90 g Eisenionen/kg keramisches Trägermaterial. Die Eisenionen wurden in Form einer wässrigen FeSO₄-Lösung auf die Filterelemente aufgebracht. Die Anströmgeschwindigkeit betrug in den Filterelementen 3 cm/s. Der Filz des Filterelements, das zur Durchführung der Versuche gemäß Kurve c verwendet wurde, hatte einen Durchmesser von 8 mm und enthielt 150 g Cr³⁺/kg keramisches Trägermaterial. Die Versuche zeigen, daß nach dem erfindungsgemäßen Verfahren bei 300 bis 400°C 50 bis 60% des im Abgas enthaltenen NO zu Stickstoff reduziert werden können. Als Reduktionsmittel wurde NH₃ in einer Menge von 490 ppm verwendet. Das für die Versuche verwendete Abgas enthielt 500 ppm NO und 5% O₂.

Bei den Versuchen wurde ferner gefunden, daß die aus Filzen bestehenden Schlauchfilter eine sehr gute Entstaubungsleistung aufweisen und daß es auch bei einem Langzeitbetrieb nicht zu Verstopfungen der Filterelemente kommt. Es wurde beobachtet, daß bei einem Filzdurchmesser von mehr als 6 mm, einem Staubgehalt im Rohgas von 10 g/Nm ³ und einer mittleren Korngröße des Staubs von 6 µm bei Dauerbetrieb im gereinigten Abgas ein Staubgehalt von 1 mg/Nm³ erreicht wurde.

Claims (6)

1. Verfahren zur gleichzeitigen Entstaubung und Entstickung von Verbrennnungsabgasen, bei dem die Abgase mit NH₃, ammoniakhaltigen Substanzen, Aminen oder aminhaltigen Substanzen gemischt und dann bei einer Temperatur von 150 bis 600°C durch mindestens ein Filterelement geleitet werden, das aus einem keramischen Trägermaterial und katalytisch wirksamen Substanzen besteht, welche die Reduktion von Stickoxiden katalysieren, wobei das Trägermaterial aus Al₂O₃, SiO₂ und/oder SiC und einem anorganischen Bindemittel zusammengesetzt ist sowie eine Faser- oder Granalienstruktur aufweist und wobei als katalytisch wirksame Substanzen Oxide und Salze der Elemente mit den Ordnungszahlen 23 bis 30 sowie des Wolframs und Molydäns verwendet werden, dadurch gekennzeichnet, daß dem Filterelement, welches eine Dicke von 2 bis 20 mm hat, das Verbrennungsabgas mit einer Anströmgeschwindigkeit von 0,5 bis 5 cm/s zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das keramische Trägermaterial aus 30 bis 70 Gew.-% Al₂O₃, 15 bis 50 Gew.-% SiO₂ und 1 bis 10 Gew.-% anorganischem Bindemittel besteht und daß die katalytisch wirksamen Substanzen in einer Menge von 0,4 bis 25 Gew.-%, bezogen auf das keramische Trägermaterial, verwendet werden.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Filterelement aus Filzen oder Vliesen besteht, die aus Fasern des keramischen Trägermaterials durch Verdichtung hergestellt und mit den katalytisch wirksamen Substanzen dotiert worden sind.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Filterelement aus porösen Sinterkörpern besteht, die aus Granalien des keramischen Trägermaterials durch Sintern hergestellt und mit den katalytisch wirksamen Substanzen dotiert worden sind.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Filterelement die Form eines Schlauchfilters hat.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Filterelement die Form einer Filterkerze hat.