DE3800730A1 - Verfahren zum einmischen von ammoniak in einen rauchgasstrom - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vermischen von Ammoniak in einen Rauchgasstrom gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Die bekanntesten großtechnisch eingesetzten Rauchgasentstik­ kungsverfahren arbeiten auf Ammoniakbasis. Die im Rauchgas enthaltenen Stickoxide reagieren mit Ammoniak zu Stickstoff und Wasserdampf. Bei den sogenannten selektiven katalytischen Verfahren läuft die Reaktion bei etwa 250-500°C mit Hilfe eines Katalysators ab. Bei dem selektiven nichtkatalytischen Verfahren läuft sie bei Temperaturen um 1000°C ohne Katalysator.

Der Zusatz von Ammoniak erfolgt durchweg in der Weise, daß flüssiges Ammoniak einem Flüssiggastank entnommen und in einem Verdampfer in die Gasphase überführt wird und daß der Ammoniakdampf - gegebenenfalls unter Zusatz von Druckluft - in den Rauchgasstrom eingemischt wird.

Transport, Lagerung und Handhabung von flüssigem Ammoniak sind aber mit Schwierigkeiten und Gefahren verbunden. Daher müssen besondere Sicherheitsvorkehrungen getroffen und Genehmigungen eingeholt werden.

In der DE-OS 34 02 771, die sich mit einem speziellen nichtkatalytischen Verfahren befaßt, wird schon beiläufig erwähnt, daß das Ammoniak auch in Wasser ge­ löst sein kann.

Die Durchführung dieses Vorschlags stößt aber in der Praxis auf Schwierigkeiten. Dosiert man die wäßrige Ammoniaklösung direkt in den Rauchgasstrom, so besteht vor allem bei Lastschwankungen die Gefahr, daß das Wasser nicht vollständig verdampft; es können sich Wassertropfen bilden, die die Katalysatoren schädigen und im Bereich der Dosierstelle Korrosion verursachen können.

Auch die Überlegung, die Ammoniaklösung in einem separaten Verdampfer zu verdampfen und das Ammoniak- Wasserdampfgemisch in den Rauchgasstrom einzudüsen, führt zu Problemen. Wegen der stark voneinander ab­ weichenden Dampfdrücke von Ammoniak und Wasser ist es äußerst schwierig, kontinuierlich eine konstant bleibende Ammoniakmenge zuzuführen. Die richtige, stöchiometrische Dosierung ist aber eine unerläßliche Voraussetzung für den Verfahrensablauf. Ist die Dosierung zu niedrig, so werden die Stickoxide teilweise nicht reduziert. Liegt sie zu hoch, so tritt Ammoniak am Schornstein aus.

Durch die DE-OS 35 13 810 ist ein Verfahren zur katalytischen Entstickung eines Abgasstromes bekannt, bei dem zwecks gleichmäßiger Verteilung des Ammoniaks über den Katalysatorquerschnitt von dem Abgasstrom ein Teilstrom abgezweigt, mit Ammoniak versetzt und dem Abgas vor der Umsetzung wieder zugemischt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu entwickeln, bei dem die mit dem Transport, der Lagerung und Handhabung des Ammoniaks verbundenen Probleme umgangen werden und gleichzeitig die oben angedeuteten Schwierigkeiten, die bisher dem praktischen Einsatz von wäßriger Ammoniaklösung entgegenstanden, vermieden werden.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im Kenn­ zeichen des Anspruchs 1 angegebene Maßnahme gelöst.

Gegenstand des Anspruchs 2 ist eine Ausführungsform der Er­ findung, die insbesondere bei Rauchgasen mit niedriger Flug­ aschekonzentration zur Anwendung kommt.

Durch das Merkmal des Anspruchs 3 wird auch bei schwankender Stärke des Rauchgasstromes sichergestellt, daß die Ammoniak­ lösung unter gleichbleibenden Bedingungen verdampft wird.

Durch das Merkmal des Anspruchs 4 werden Wassertröpfchen, die sich unter ungünstigen Betriebsbedingungen bilden kön­ nen, daran gehindert, in den Hauptstrom und somit in den Ka­ talysator zu gelangen.

Zwecks Vermeidung von Ablagerungen und Anbackungen im Ein­ sprühbereich sind bei hohem Flugaschegehalt des Rauchgases die Ausführungsformen gemäß Anspruch 5 oder Anspruch 6 vor­ zuziehen.

Die in Anspruch 7 angegebene Variante des Verfahrens gemäß Anspruch 8 ist von besonderem Vorteil bei der nichtkataly­ tischen Entstickung. Da hierbei die Umwandlung der Stick­ oxide in einer homogenen Gasphasenreaktion erfolgt, ist eine besonders gleichmäßige Einmischung des Ammoniaks in den Rauchgasstrom erforderlich, die man durch Verwendung eines gespannten Trägergases erreichen kann. Der gespannte Dampf kann zum Beispiel einem Kessel entnommen werden, ohne daß zur Erzeugung des Überdrucks ein zusätzliches Druckerhö­ hungsgebläse erforderlich ist.

Die Zeichnung dient zur Veranschaulichung der Erfindung an­ hand von schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen. Die Fig. 1 bis 3 zeigen Fließbilder verschiedener zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneter Rauchgasreinigungsanlagen.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Anlage mündet ein waage­ recht angeordneter Rauchgaskanal 1 in einen mit Katalysator­ packungen 2, z.B. Wabenkatalysatoren, bestückten Reaktor 3. Daran schließt sich ein weiterer Rauchgaskanal 4 an.

Vor dem Reaktor 3 geht von dem Rauchgaskanal 1 ein Zweigkanal 5 aus. Der Zweigkanal 5 hat im wesentlichen die Form eines umgekehrten U. In dem von dem Rauchgaskanal 1 senkrecht nach oben abgezweigten Schenkel ist ein Gebläse 6 angeordnet. Der abwärts gerichtete Schenkel des Zweig­ kanals 5 mündet in eine erweiterte Mischkammer 7, die im wesentlichen die Form eines schlanken Zylinders mit senk­ rechter Achse hat. Kurz unter der Einmündung des Zweig­ kanals 5 ist in der Mischkammer 7 eine Sprühdüse 8 angeord­ net, die durch eine Leitung 9 mit einem Behälter 10 für eine wäßrige Ammoniaklösung verbunden ist. Die Leitung 9 ist mit einer Pumpe 11 versehen.

Die Mischkammer 7 hat an ihrem unteren Ende einen Auslauf­ konus 12 mit Auslaufrohr 13 und Absperrhahn 14. Kurz über dem Auslaufkonus 12 ist seitlich an der Mischkammer 7 ein im Vergleich zur Mischkammer dünnes Rohr 15 angeschlossen, das über einen rechtwinkligen Krümmer und ein Gebläse 16 senk­ recht zu dem Rauchgaskanal 1 zurückgeführt ist. Das Rohr 15 geht in eine innerhalb des Rauchgaskanals 1 angeordnete Düsenanordnung 17 über.

Im Betrieb wird mit dem Gebläse 6 von dem durch den Rauch­ gaskanal 1 fließenden Rauchgasstrom, dessen Temperatur z.B. bei etwa 300-400°C liegt, ein konstanter Teilstrom - z. B. zwischen 10 und 20% - abgezweigt. In diesen Teil­ strom wird in der Mischkammer 7 wäßrige Ammoniaklösung eingesprüht, die durch die Pumpe 11 in dosierter Menge aus dem Behälter 10 zugeführt wird. Unter normalen Betriebs­ bedingungen verdampft die zugeführte Flüssigkeit in der Mischkammer 7 restlos; dementsprechend ist die Mischkammer 7 bemessen. Der mit Ammoniak und Wasserdampf vermischte Teilstrom wird über das Rohr 15 der Düsenanordnung 17 zuge­ führt und - stromabwärts von der Zweigstelle des Teilstromes - nach dem Freistrahlprinzip wieder in den Hauptstrom des Rauchgases eingeleitet. Auf dem Weg bis zum Reaktor 3 erfolgt eine intensive, gleichmäßige Vermischung.

Falls unter ungünstigen Betriebsbedingungen die Verdampfung in der Mischkammer 7 nicht vollständig ist, werden mitge­ führte Tröpfchen infolge der Umlenkung und Geschwindigkeits­ änderung, die der Teilstrom beim Übergang von der Misch­ kammer 7 in die Rohrleitung 15 erfährt, abgeschieden. Diese Tröpfchen bestehen praktisch aus reinem Wasser, da das in der Lösung enthaltene Ammoniak wegen seines niedrigen Siede­ punktes auf jeden Fall verdampft. Die Ammoniakkonzentration im Gasstrom bleibt daher unverändert, wenn auch das Wasser nicht restlos verdampft. Das Wasser bildet im Auslaufkonus 12 einen Sumpf und wird - wenn erforderlich - abgelassen.

Bei der Anlage gemäß Fig. 2 ist von einem Dampfkessel 21 ein Rauchgaskanal 22 zu dem mit Katalysatorpackungen 23 be­ stückten Reaktor 24 geführt, von dort über die Primärseite eines regenerativen Wärmetauschers 25, ein Elektrofilter 26 und eine Entschwefelungsanlage 27 zu einem nicht dargestell­ ten Schornstein.

Von einer Frischluftleitung 28, die über die Sekundär­ seite des regenerativen Wärmetauschers 25 zur Feuerung des Dampfkessels 21 geführt ist, geht eine Zweigleitung 29 aus.

Diese ist mit einem Gebläse 30 versehen und mündet von oben in eine Mischkammer 31, die im wesentlichen die Form eines schlanken Zylinders mit senkrechter Achse hat. Kurz unter der Einmündung der Zweigleitung 29 ist in der Misch­ kammer 31 eine Sprühdüse 32 angeordnet, die durch eine Leitung 33 mit einem Behälter 34 verbunden ist. Dieser ist mit wäßriger Ammoniaklösung gefüllt. In der Leitung 33 ist eine Pumpe 35 angeordnet. Die Mischkammer 31 hat an ihrem unteren Ende einen Auslaufkonus 36 mit Auslauf­ rohr und Absperrhahn. Kurz über dem Auslaufkonus ist seit­ lich an die Mischkammer 31 ein Rohr 37 angeschlossen, das in den Rauchgaskanal 22 mündet, und zwar vor dessen Einmündung in den Reaktor 24. Das Rohr 37 geht in eine innerhalb des Rauchgaskanals 22 angeordnete, nicht dargestellte Düsenan­ ordnung über.

Im Betrieb wird von der aus dem regenerativen Wärmetau­ scher 25 austretenden vorgewärmten Frischluft ein konstan­ ter Teilstrom abgezweigt. In diesen Teilstrom wird in der Mischkammer 31 wäßrige Ammoniaklösung eingesprüht, die durch die Pumpe 35 in dosierter Menge aus dem Behälter 34 zugeführt wird. Die Flüssigkeit verdampft in dem heißen Luftstrom. Der mit Ammoniak und Wasserdampf vermischte Luftstrom wird über das Rohr 37 in den Rauchgasstrom ein­ geleitet. Dieser gelangt anschließend in den Reaktor 24, wo mit Hilfe der Katalysatorpackungen 23 die im Rauchgas enthaltenen Stickoxide mit dem Ammoniak reagieren und in unschädliche Stoffe umgewandelt werden. Die von dem abge­ zweigten Frischluftstrom mitgeführte Wärmemenge wird im regenerativen Wärmetauscher 25 zurückgewonnen.

Das in Fig. 3 dargestellte abgewandelte Ausführungsbei­ spiel unterscheidet sich von dem soeben beschriebenen Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 nur dadurch, daß der Mischkammer 31 statt der vorgewärmten Frischluft über eine Leitung 38 Dampf zugeführt wird. Dieser wird zum Beispiel dem Dampfkessel 21 entnommen. Der Dampf ist so trocken, daß er die gesamte Flüssigkeit aufnehmen kann, ohne daß sich Tropfen bilden. Vorzugsweise ist der Dampf gespannt; sein Druck beträgt zum Beispiel 2-4 bar.

Claims (7)

1. Verfahren zum Einmischen von Ammoniak in einen Rauch­ gasstrom zwecks Umwandlung der im Rauchgas enthaltenen Stickoxide in unschädliche Stoffe, wobei das Ammoniak als wäßrige Lösung eingesetzt wird, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die wäßrige Ammoniaklösung in einen Trä­ gergasstrom eingesprüht und darin verdampft wird, und daß der Trägergasstrom anschließend dem Rauchgasstrom zugemischt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägergasstrom ein vom Hauptstrom des Rauchgases abgezweigter Teilstrom ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Teilstrom konstant gehalten wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeich­ net, daß aus dem Teilstrom vor der Zumischung zum Hauptstrom Wassertropfen abgeschieden werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägergasstrom ein vorgewärmter Frischluftstrom ist.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägergasstrom ein trockener Dampfstrom ist.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampf gespannt ist.