DE3927096C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduzierung des Stickoxidgehaltes im Rauchgas von Verkokungsofenbatterien bei Beheizung mit Stark- und/oder Mischgas mit aufbrennenden und abziehenden Bereichen der Heizwände.

Bei Verbrennungsprozessen treten neben den Reaktionsprodukten CO₂ und H₂O ebenfalls - wenn auch in kleineren Mengen - Stick­ oxide auf. Hinsichtlich ihrer Bildung unterscheidet man im we­ sentlichen drei Bildungsmechanismen: thermische NO-Bildung "prompt"-NO-Bildung in der Reaktionszone und Umwandlung von Brennstoff-Stickstoff. Bei Verbrennungsprozessen, insbesondere bei hohen Prozeßtemperaturen, überwiegt in der Regel der Me­ chanismus der thermischen NO-Bildung. Bei gasförmigen Brenn­ stoffen entfällt zudem noch die Umwandlung von Brennstoff- Stickstoff.

Die Emissionen von Stickoxiden werden vom Gesetzgeber be­ grenzt. In der "TA Luft" sind für Kokereianlagen maximal 500 mg NO₂, bezogen auf 5% O₂ pro nm³ Rauchgas, zugelassen. Diese Werte können in der Regel nur bei einer sorgfältig abgestimm­ ten Verbrennungsführung eingehalten werden.

Zur Begrenzung der Stickoxidbildung sind bei Verkokungsofen­ batterien mehrere Methoden bekannt. Es sind dies die Abgas­ rückführung die gestufte Verbrennung und die katalytische Re­ duktion mit Ammoniak zu Stickstoff und Wasser. Die katalyti­ sche Reduktion eignet sich aus Kostengründen nicht für die Ab­ senkung des Stickoxidgehaltes von Koksofenabgasen, weil die Lebensdauer der Katalysatoren gering ist. Außerdem tritt bei einem niedrigen Verhältnis von reduzierendem Mittel zu Stick­ stoffoxid im Abgas eine Verminderung des Wirkungsgrades auf.

Aus der DE-AS 28 32 397 ist schließlich ein Verfahren zur Sen­ kung des Stickoxidgehaltes von Koksofenabgasen bekannt, wobei man Ammoniak oder ammoniakhaltiges Wasser vorzugsweise in ver­ dampfter Form in die Regenerator- oder Rekuperatorzellen ein­ sprüht, wo das Koksofenabgas eine Temperatur zwischen 700 und 1100°C hat. Diese Verwendung von giftigen Ammoniakdämpfen bringt erhebliche Sicherheitsprobleme mit sich.

Aufgabe der Erfindung ist es nun, ein Verfahren vorzuschlagen, bei dem auch während des laufenden Betriebes von Verkokungs­ ofenbatterien durch Einstellung von außen der Stickoxidgehalt der Abgase reduziert werden und auf den Einsatz von Ammoniak­ gas verzichtet werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird für das eingangs beschriebene Verfahren vorgeschlagen, daß in den abziehenden Bereichen un­ ter Zugabe von kohlenstoffhaltigen, insbesondere methanhalti­ gen Gasen, z. B. Starkgas oder Erdgas, als Reduktionsmittel zu den Rauchgasen eine thermische NOx-Reduzierung eingeleitet wird.

Aus der US-PS 38 67 507 ist für Industriefeuerungen eine ther­ mische Reduktion von Stickoxiden bekannt, wobei den heißen Rauchgasen Kohlenwasserstoffe und Sauerstoff bzw. Luft in aus­ reichender Menge zugegeben werden, um im Temperaturbereich von 400 bis 2700°C eine Reduktion der Stickoxide zu molekularem Stickstoff und eine anschließende Oxidation der überschüssigen Anteile an oxidierbaren Bestandteilen zu bewirken.

Im Bereich der Beheizung von Koksöfen ist diese Methode bisher nicht angewandt worden, vor allem deshalb, weil man aus Si­ cherheitsgründen kein unverbranntes Gas in das Abhitzesystem geben wollte. Es hat sich aber gezeigt, daß ohne großes Risiko ein kohlenwasserstoffhaltiges Gas am Ende des Verbrennungspro­ zesses bei Temperaturen oberhalb 900°C als Reduktionsmittel zugeführt werden kann. Es ist hierdurch eine zusätzliche Reduzierung des NOx- Gehaltes möglich, die unter Umständen die letzte Stufe zur Un­ terschreitung der gesetzlich vorgeschriebenen Grenze ermög­ licht. Das Reduktionsmittel kann erfindungsgemäß am Ende des aufbrennenden Heizzuges oder im abbrennenden Heizzug vor Ein­ tritt in den Regeneratorbesatz oder an beliebiger Stelle zwi­ schen den beiden genannten Punkten erfolgen, wie es in den Un­ teransprüchen 3 bis 8 näher beschrieben ist.

In vielen Anwendungsfällen können schon vorhandene Gaszufüh­ rungsleitungen zum Heranführen des Reduktionsmittels benutzt werden, da in der Regel bei nicht beflammten Heizzügen (ab­ brennend) vorübergehend ungenutzte Gaszuführungsleitungen zur Verfügung stehen. Es können aber auch neue Leitungen in oder auf der Ofendecke verlegt werden, wenn man das Reduktionsmit­ tel im Bereich des oberen Horizontalkanales oder Umkehrpunktes einspeisen will.

Es kann auch günstig sein, an die thermische NOx-Reduzierung eine Nachverbrennung anzuschließen, um sämtliche verbliebenen brennbaren Bestandteile zur Wärmeübertragung auszunutzen bzw. die Bildung von explosionsfähigen Gemischen auf jeden Fall zu vermeiden. Die hierzu notwendige Verbrennungsluft kann eben­ falls über schon vorhandene Zuleitungen am Koksofen (Degra­ phitierungsluft) zugeführt werden.

Das vorgestellte neue Verfahren ist unabhängig von den schon bei Koksofenbeheizungen bekannten Verfahren und wirkt zusätz­ lich. Das Reduktionsmittel wird von außen zugeführt. Daher ist eine sichere Einstell- und Regelmöglichkeit des gewünschten NOx-mindernden Effektes gegeben. Bei Verwendung schon vorhan­ dener Zuführungsleitungen sind nur wenige zusätzliche Baumaß­ nahmen notwendig. Aus diesem Grunde können bestehende Anlagen mit der thermischen Stickoxidreduktion nachgerüstet werden. Bei günstiger Zufuhr des Reduktionsmittels und der Nachver­ brennungsluft im abbrennenden Heizzug läßt sich das vertikale Temperaturprofil positiv beeinflussen.

Insgesamt werden bei der erfindungsgemäßen thermischen Reduk­ tion bereits gebildete Stickstoffoxide wieder zu molarem Stickstoff reduziert. Dies geschieht in einer stark unterstö­ chiometrischen Verbrennungszone, die durch die Zugabe des Re­ duktionsmittels geschaffen wird. In einer weiteren Zone wird dann die Nachverbrennungsluft eingeblasen und der noch nicht umgesetzte Brennstoff verbrannt. Zwar geschieht dies überstö­ chiometrisch, jedoch läuft der Verbrennungsprozeß wegen der niedrigen Sauerstoffkonzentration und der im Vergleich zum aufbrennenden Heizzug niedrigeren Temperatur langsam ab. Die erneute NOx-Bildung ist dabei vernachlässigbar gering.

Claims (8)

1. Verfahren zur Reduzierung des Stickoxidgehaltes im Rauchgas von Verkokungsofenbatterien bei Beheizung mit Stark- und/ oder Mischgas mit aufbrennenden und abziehenden Bereichen der Heizwände, dadurch gekennzeich­ net, daß in den abziehenden Bereichen unter Zugabe von kohlenstoffhaltigen, insbesondere methanhaltigen Gasen, z. B. Starkgas oder Erdgas, als Reduktionsmittel zu den Rauch­ gasen eine thermische NOx-Reduzierung eingeleitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sich an die thermische NOx-Reduzie­ rung eine Nachverbrennung anschließt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß durch Zugabe der kohlenwas­ serstoffhaltigen Gase und/oder der Nachverbrennungsluft im Bereich der oberen Umkehrstelle bzw. des oberen Horizontal­ kanales die thermische NOx-Reduzierung und/oder Nachver­ brennung im abziehenden Bereich eingeleitet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die kohlenwasserstoffhalti­ gen Gase und/oder die Nachverbrennungsluft in den abziehen­ den Heizzügen und/oder im oberen Bereich der Regeneratoren zugegeben werden.

5. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß das kohlenwasserstoffhaltige Gas und/oder die Nachver­ brennungsluft über im Bereich der Ofendecke angeordnete waagerechte eigene Zuführungsleitungen und über senkrechte Kanäle in den abziehenden Bereich geführt wird.

6. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß das kohlenwasserstoffhaltige Gas und/oder die Nachverbren­ nungsluft über parallel zu den üblichen Starkgaszuführungs­ kanälen angeordnete Kanäle am Fuß der abziehenden Heizzüge zugeführt wird.

7. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß über die kohlenwasserstoffhaltigen Gase, die zur thermi­ schen NOx-Reduzierung und/oder Nachverbrennung eingeleitet werden, höchstens 10%, vorzugsweise 0,2 bis 5%, der Wär­ memenge des normalen Heizgases zugeführt wird.

8. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß das zur thermischen NOx-Reduzierung dienende Gas über die normalen, während der jeweiligen Beheizungsperiode nicht mit Starkgas beaufschlagten Starkgaszuführungskanäle zuge­ führt wird.