DE3843830C2 - Verfahren zur Verminderung von NO¶x¶ in Rauchgasen - Google Patents
Verfahren zur Verminderung von NO¶x¶ in RauchgasenInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verminderung von NOx in
Rauchgasen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
NOx wird bei Verbrennungsprozessen in Luft durch Reaktion von Stickstoff und
Sauerstoff bei den Temperaturen gebildet, bei denen der Brennstoff zur
Energiegewinnung verbrannt wird. Dabei ist die Bildung des thermischen NOx stark
abhängig von der Flammentemperatur und proportional zur Konzentration an
atomarem Sauerstoff.
Ein gattungsgemäßes Verfahren ist bekannt. Bei diesem erfolgt zum Brennstoff
eine Zumischung von zurückgesaugtem Rauchgas (Rauchgasrezirkulation) in
unbestimmter Menge. Hierdurch wird eine Verbrennung ermöglicht, bei der die
Spitzentemperaturen und die Verweilzeit in heißen Zonen gesenkt werden (DE 88 12 089 U1).
Aus der DE-Z "Energie" Jahrg. 25, Nr. 4, April 1973, S. 126, 127 geht
eine erdgasgefeuerte Kesselanlage hervor, die mit 40% Rezirkulationsgasanteil
betreibbar ist. Hierfür errechnet sich bei stöchiometrischer Verbrennung ein
Volumenanteil von CO2 im Brenngasgemisch von 7,41%.
Aufgabe der Erfindung ist es, bei einem Verfahren der gattungsgemäßen Art eine
weitere Verminderung der NOx-Emission zu erreichen. Diese Aufgabe wird
erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1
gelöst.
Durch diese einfache, mit sehr geringen Kosten verbundene Maßnahme kann die
NOx-Bildung erheblich reduziert werden.
Als Brenngas können beliebige Gase eingesetzt werden, wie z. B. Erdgas, Abfall-
und Restgase aus Raffinerie- und Chemieanlagen oder sonstigen Anlagen, in
denen als Brenngas verwendbare Gase anfallen, die z. B. Wasserstoff,
Kohlenwasserstoffe oder CO enthalten. Als zuzusetzendes Gas kann man reines
oder technisches CO2 einsetzen, jedoch auch beliebige Gemische von CO2 mit
sonstigen Gasen, z. B. mit brennbaren Gasen, so z. B. mit CO, Kohlenwasserstoffen,
Wasserstoff, oder mit Inertgasen, wie z. B. Rauchgas, Stickstoff. Es können auch
Abgasströme aus technischen Anlagen, die einen nennenswerten Gehalt an CO2
besitzen, als CO2 enthaltendes Gasgemisch eingesetzt werden. Eine CO2-Quelle
ist beispielweise überschüssiges Gas, das bei der Konvertierung von CO zu CO2
anfällt (CO + H2O → CO2 + H2).
Die Zumischung des CO2 und/oder CO2 enthaltender Gase kann einfach in der
Weise erfolgen, daß man dem Brenngas vor dem Brenner (den Brennern) diese
Gase zuführt, wobei nur der Brenngasdruck zu überwinden ist. Die Zumischung
kann über ein T-Stück oder eine sonstige Mischvorrichtung in die Brenngasleitung
erfolgen.
Die erfindungsgemäße Reduzierung von NOx hat den großen Vorteil, daß in
Anlagen, die mit üblichen Brennern ausgerüstet sind, keinerlei Umrüstung
derselben erforderlich ist bzw. keine neuen kostspieligen Brenner eingebaut
werden müssen.
Untersuchungen haben ergeben, daß die Verminderung der NOx-Menge nicht auf
einem Verdünnungseffekt beruht. So wird die über die Verdünnung hinausgehende
Reduzierung von NOx beispielsweise nicht erreicht, wenn man die gleiche Menge
Stickstoff oder andere Inertgase, wie z. B. Argon, zumischt. Die Wirkung des CO2
ist überraschend, da die Wärmekapazität dieses Gases besonders niedrig ist und
sich nicht wesentlich von der des Stickstoffs unterscheidet.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Unteranspruch angegeben.
Mit Hilfe der Figur, in der die Abhängigkeit der NOx-Konzentration im Rauchgas
vom zugesetzten CO2 dargestellt ist, wird die Erfindung näher erläutert.
Ohne Zusatz von CO2 zum Brenngas enthält das Verbrennungsabgas 145 mg
NOx/m3 (NOx angegeben als NO2, trockenes Rauchgas im Normzustand bezogen
auf 3% O2). Fügt man beispielhaft soviel CO2 zum Brenngas, daß der CO2-Gehalt
im Brenngas 27,5 Vol.-% beträgt, so verringert sich die NOx-Konzentration auf 88
mg NOx/m3.
Die folgende Gleichung stellt den Einsatz von CH4 als Brenngas zusammen mit
Luft dar (Sauerstoffüberschuß bei der Verbrennung vernachlässigt):
Nach Abzug des Feuchtegehaltes enthalten 201,6 l Rauchgas mit einer
Stickoxidkonzentration von 145 mg/m3 (Massenkonzentration) insgesamt 29,2 mg
NOx.
Fügt man dem Brenngas CH4 20 Vol.-% an CO2, also 4,48 l, hinzu, so enthält das
gesamte Abgas von 206 l mit einer Massenkonzentration von 118 mg NOx/m3 nur
noch 24,3 mg NOx.
Bei einem Zusatz von 27,5 Vol.-% CO2, also 6,16 l, zum Brenngas sinkt die NOx-
Konzentration auf 88 mg/m3 und die NOx-Menge im gesamten Abgas von 207,8 l
auf 18,3 mg ab.
Claims (2)
1. Verfahren zur Verminderung von NOx in Rauchgasen, die bei der
Verbrennung von Brenngas mittels eines Gasbrenners unter Zusatz eines CO2
enthaltenden Gases zum Brenngas entstehen, dadurch gekennzeichnet, daß
dem Brenngas das CO2 enthaltende Gas und/oder CO2 in einer Menge von
10-60 Vol.-%, bezogen auf die CO2-Menge im Brenngas-CO2-Gemisch,
zugesetzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Menge von 10-50
Vol.-% CO2 zugemischt wird.
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