DE4305236C1 - Vorrichtung zur Erzeugung eines ammoniakbeladenen Heißluftstromes - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Er­ zeugung eines ammoniakbeladenen Heißluftstromes, die aus einem zweistufigen Verdampfungsreaktor besteht.

Auf dem Gebiet der Abgasreinigung werden zur Entstic­ kung von Abgasen aus Feuerungsanlagen Anlagen einge­ setzt, die auf katalytische Weise eine NO_x-Reduzierung bewirken. Zum Ablauf der katalytischen Reaktion ist die Zudosierung von gasförmigem Ammoniak bzw. Ammoniakwas­ ser im Rohgas Voraussetzung.

Bisher wurden verschiedene Methoden für diese Ammoniak­ zuführung in das Abgas genutzt:

Auf herkömmliche Weise wird flüssiges Ammoniak aus einem Flüssig-Ammoniaklager einem Verdampfer zugeführt, in die Gasphase überführt und dem Abgasstrom zugeführt. Aufgrund der hohen NH₃-Konzentration entstehen Mischungsprobleme im Abgas und der sog. Ammoniakschlupf, d. h. unreagiertes Ammoniak gelangt in das Reingas und wird in die Atmosphäre emittiert. Außerdem sind für Transport, Lagerung und Handhabung von flüssigem Ammo­ niak besondere Sicherheits- und Genehmigungsauflagen zu berücksichtigen.

Deshalb wird neuerdings anstelle von Ammoniak eine wäßrige Ammoniakwasser-Lösung verwendet. Eine derar­ tige Möglichkeit ist aus EP 0 278 241 A1 bekannt. Hier­ bei wird eine wäßrige Ammoniak-Lösung in einen Rauch­ gasstrom gesprüht und dort verdampft. Anschließend wird der Trägergasstrom dem Rauchgasstrom zugemischt.

Alternativ kann das Trägermedium aus Heißluft bestehen. Dabei muß die zur Verdampfung des Ammoniakwassers benö­ tigte Energie über diese Heißluft zugeführt werden, was eine Luftvorwärmung auf ca. 300°C vor der NH₄OH-Eindü­ sung über Wärmetauscher oder Zusatzbrenner bedingt.

In der DE 39 15 731 wird ein Verfahren zur rückstands­ freien Verdampfung beschrieben, in welchem eine Teil­ verdampfung mit anschließender Verwirbelung in einen Trägerluftstrom sowie die Verteilung der verbleibenden Flüssigkeit mittels Treibmittel beschrieben wird.

Der Aufwand für diese Verfahren ist hoch, weil die Apparatedimensionierung aufgrund der Verdampfungszeiten erfolgt und ein hohes Temperaturniveau für das Träger­ medium erforderlich ist.

Eine weitere Lösung dieser Aufgabenstellung besteht da­ rin, Ammoniakwasser in einem mit einer Beheizung ausge­ rüsteten Behälter zu verdampfen und anschließend mit Heißluft zu vermischen. Bei diesem Verfahren ist mit ei­ ner hohen Konzentration an gasförmigem Ammoniak am Ver­ dampferaustritt zu rechnen, die entsprechende Sicher­ heitsvorkehrungen bedingt. Außerdem ist eine mögliche Verkrustungsgefahr der Wärmetauscherflächen sowie eine schlechte Regelbarkeit des Verdampfers, bedingt durch das Puffervolumen, zu berücksichtigen.

Um die beschriebenen Nachteile zu vermeiden, liegt der Erfindung eine Vorrichtung in Form eines zweistufigen Verdampfungsreaktors zugrunde, in welchem zunächst ein Trägerluftstrom mittels Niederdruck-Sattdampf auf die erforderliche Temperatur erwärmt wird und im Anschluß über eine Füllkörper-Schüttung mit integriertem Wärme­ tauscher geführt wird. Über diese wird Ammoniakwasser aufgegeben und aufgrund der großen beheizten Oberfläche spontan verdampft.

Insbesondere werden bei dieser Lösung folgende Vorteile erreicht:

Durch die Verdampfung des Ammoniakwassers in der beheizten sowie mit Heißluft durchströmten Schüttung wird an keiner Stelle eine Ammoniakkonzentration im Ex- Bereich erreicht. Besondere Schutzmaßnahmen sind des­ halb nicht erforderlich.

Durch die Strömungsführung in der Schüttung wird eine strähnenfreie Konzentrationsverteilung erreicht. Zu­ sätzliche Maßnahmen zur Mischung und Vergleichmäßigung sind nicht erforderlich.

Die Regelung des Verdampfers läuft über die NO_x-Konzen­ tration und ein Regelventil in der Ammoniakleitung praktisch verzögerungsfrei ohne Puffereffekt.

Für den Betrieb des Verdampfers genügt Niederdruck- Sattdampf von ca. 5 bar. Ein höheres Energiepotential ist nicht erforderlich, so daß sich mit dieser Vorrich­ tung auch eine Kosteneinsparung bei der Lösung dieser Aufgabenstellung ergibt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand Abb. 1 er­ läutert:

Abb. 1 zeigt schematisch die Vorrichtung eines zweistufigen Verdampfungsreaktors, der in einen unteren Lufterhitzerbereich 1 (1. Stufe) und einen obe­ ren Verdampferbereich 2 (2. Stufe) unterteilt ist. Die beiden Stufen sind durch einen mit Öffnungen versehenen Zwischenboden 3 voneinander getrennt.

Die zur Herstellung eines ammoniakbeladenen Heißluft­ stromes benötigte Frischluft 4 wird über einen drucksei­ tig angeordneten Ventilator aus der Atmosphäre oder über eine Absauganlage über den Frischlufteintritts­ stutzen 5 in den unteren Teil des Reaktors gefördert. Dort wird sie über ein Heizregister 6, das beispiels­ weise dampfbeheizt ist, auf die gewünschte Temperatur erwärmt. Die erreichbare Vorwärmtemperatur ist abhängig vom Dampfzustand und sollte mindestens 130-140°C be­ tragen.

Der mit Öffnungen für den Luftdurchtritt versehene Zwi­ schenboden 3 sorgt neben einer Abtrennung der beiden Stufen für eine gleichmäßige Verteilung der erwärmten Heißluft 7 vor dem Eintritt in die nachfolgende Ver­ dampferstufe 2. Diese ist mit einer Schüttung 8 mit ke­ ramischen, metallischen oder Kunststoff-Körpern be­ stückt, die für eine große Oberfläche sorgen und in welche ein dampf- oder thermalölbeheizter Wärmetauscher 9 zur Zusatzbeheizung eingebettet ist.

Schüttung und Wärmetauscher sind in einem einschieb­ baren Behälter 10, der zu Inspektions- und Austausch­ zwecken entnommen werden kann, angeordnet.

Über eine Düsenlanze 11 mit entsprechenden Bohrungen und Verteileinrichtungen wird gleichmäßig über der Schüttungs-Oberfläche Ammoniakwasser aufgedüst und beim Auftreffen auf die heiße Schüttung verdampft. Die er­ forderliche Energiezufuhr erfolgt über den in der Schüttung angeordneten Wärmetauscher. Mit der von unten die Schüttung durchströmenden Heißluft wird das Ammo­ niakwasser in Dampfphase ausgetragen. Zur weiteren Ver­ gleichmäßigung der Strömungsverhältnisse sowie zur Ab­ scheidung eventuell mitgerissener Ammoniaktröpfchen kann im oberen Teil des Reaktors ein Mischgitter 12 an­ geordnet sein, das von der ammoniakbeladenen Heißluft vor Austritt 13 in die Entstickungsanlage passiert wer­ den muß.

Der Anlagenstart erfolgt mit vorgewärmter Schüttung.

Für eventuelle Betriebsstörungen ist im Zwischenboden ein Ammoniakaustrittsstutzen 14 vorgesehen, über welchen ein eventueller Überschuß abgezogen und der Am­ moniakvorlage wieder zugeführt werden kann.

In einer modifizierten Bauweise kann bei Verfügbarkeit von heißem Rauchgas auf die Vorerwärmung in der ersten Stufe verzichtet werden, so daß dieses direkt unterhalb des Zwischenbodens in den Verdampfungsreaktor zugeführt wird.

Claims (4)

1. Vorrichtung zur Erzeugung eines ammoniakbeladenen Heiß­ luftstromes, dadurch gekennzeichnet, daß diese zweistufig aufgebaut ist, wobei in der ersten Stufe ein dampfbeheizter Wärmetauscher zur Luftvorwärmung, darüber ein mit Luftöffnungen versehener Zwischenboden und darüber als zweite Stufe eine ebenfalls über Wärme­ tauscher separat beheizte, aus metallischen, keramischen oder Kunststoff-Füllkörpern bestehende Schüttung an­ geordnet ist, auf die über eine Düsenlanze Ammoniakwasser gedüst wird, wobei die Flüssigkeit direkt an den heißen Oberflächen der Schüttung verdampft und der Dampf mit dem Heißluftstrom ausgetragen wird und die zur Verdampfung notwendige Energie über den in der Schüttung integrierten Wärmetauscher gespeist wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite Stufe des Verdampfungsreaktors mit Sattdampf von 4-7 bar beheizt werden.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Geometrie und das Schüttgewicht der Schüttung so di­ mensioniert sind, daß durch Erhöhung der Luftgeschwindig­ keit eine Aufwirbelung und damit verbundene Selbstreini­ gung der Schüttung möglich ist, wobei ein über der Schüt­ tung gelegenes Mischgitter ein pneumatisches Austragen vermeidet.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Einsatz von vorhandenem Rauchgas auf die Vorerwär­ mung in der ersten Stufe verzichtet werden kann und das heiße Rauchgas direkt über den Zwischenboden (3) der zwei­ ten Stufe (2) zugeführt wird.