DE4422730A1 - Verfahren und Anlage zur Entfernung von Schadstoffen aus vorgereinigten Abgasen von Verbrennungs- insbesondere Müllverbrennungsanlagen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entfernung von Schadstoffen aus einem Rohgas-Strom von vorgereinigten und vor­ gewärmten Abgasen von Verbrennungsanlagen mit in Gasströmungs­ richtung hintereinandergeschalteter Enderhitzung, Zufuhr eines Reaktionsmittels sowie katalytischer Hauptreaktion und diesen unter Relativbewegung von Lagen wärmeübertragender Speicher­ masse und Trägern katalytisch wirkender Verbindungen zu den Gasanschlußkanälen vorgeschalteter Vorwärmung und Vorreaktion sowie nachgeschalteter Nachreaktion und Kühlung sowie Abfuhr als Reingas-Strom.

Es ist bereits ein Verfahren und eine Anlage zur Entstickung der Abgase von Feuerungsanlagen bekannt, bei denen in Nach­ schaltung zu einer Enderhitzung in einem als Hauptkatalysator wirkenden Katalysator die Reduzierung der Stickoxide vorgenom­ men und nachfolgend nicht umgesetzte Reduktionsmittel sowie in Abhängigkeit von der Umsetzung im Hauptkatalysator, gegebenen­ falls nachfolgend des weiteren dem Reingasstrom zugeführte Re­ duktionsmittel in relativ zu den Gasanschlußkanälen bewegten Trägern katalytisch wirkender Verbindungen sorbiert, durch die Relativbewegung dieser Träger zur Rohgasseite übergeführt und auf diese zur Vorentstickung übertragen werden (DE-PS 38 05 791). Derartige Verfahren und zugehörige Anlagen sind vor allem dafür vorgesehen und geeignet einerseits einen Übertritt von Reduktionsmitteln in den Abgaskamin mit den damit verbundenen Belastungen für die Umwelt zu vermeiden und andererseits einen gegebenenfalls vorhandenen Überschuß von Reduktionsmitteln zur Vorentstickung und damit Entlastung des Hauptkatalysators zu verwenden. Wenngleich für die Seite der Rohgase auf diesem Weg eine geringe Menge Reduktionsmittel zur Verfügung gestellt wird, so tritt diese mit einer verhältnismäßig hohen Stickoxid­ belastung der Rohgase in Reaktion, so daß eine vollständige Um­ setzung der Reduktionsmittel zu erzielen ist. Anlagen dieser Art werden in Verbindung mit Verbrennungsanlagen, die Kohle als Brennstoff einsetzen, am sogenannten kalten Ende der Abgas­ strecke angeordnet, um Vergiftungen der Katalysatoren infolge der Naßreinigung der Rohgase, insbesondere durch Schwermetalle und deren Desaktivierung zu vermeiden. Durch die mit der Naßreinigung verbundene Kühlung müssen die Abgase für die Ent­ stickung vorgewärmt und auf die Temperatur einer optimalen, katalytischen Reaktion wiederaufgeheizt werden. Das Temperatur­ niveau am Ende dieser Aufwärmung vor Eintritt in den Hauptkata­ lysator ist abhängig von der Zusammensetzung der katalytisch wirkenden Verbindungen, mit denen die Oberflächen ihrer Träger versehen sind.

Des weiteren ist es bekannt, daß Stickoxide reduzierende, kata­ lytisch wirkende Verbindungen auch geeignet sein können, zykli­ sche, organische Verbindungen zu oxidieren (DE-PS 42 06 599). In Analogie zum Wärmetransport erfolgt auch der Stofftransport und damit die katalytische Umsetzung, um so intensiver, je stärker der Quertransport innerhalb des Strömungskanals des Katalysators von der inneren Kernströmung zur Kanalwandung aus­ gebildet ist. Es wird davon ausgegangen, daß mit einer hohen, volumenspezifischen Leistung von Hochleistungsprofilen hohe Stoffübergangskoeffizienten für den Abbau der Schadstoffe ver­ bunden sind. Bei kohlegefeuerten Verbrennungsanlagen ist die Neubildung von organischen, zyklischen Verbindungen, insbeson­ dere Dioxinen und Furanen, aus dem natürlichen Chlorgehalt der Kohle in Gegenwart von Kohlenstoff, Schwermetall, Schwefel und Sauerstoff aufgrund des höheren Anteils des Schwefels gegenüber dem des Chlors von untergeordneter Bedeutung. Demgegenüber wurde bei Abfallverbrennungsanlagen, insbesondere Müllverbren­ nungsanlagen, eine Neubildung von Dioxinen und Furanen, die als "de novo Syntese" bezeichnet wird, im Bereich von Gastemperatu­ ren zwischen 400 und 250°C festgestellt. Haupteinflußgrößen dieser Neubildung sind der höhere Gehalt an Chlor und Wasser­ dampf in Gegenwart von Kohlenstoff und Kupfer im Flugstaub. Parallel zu einem höheren Anteil an Chlor gegenüber Schwefel wurde ein Anstieg dieser Neubildung beobachtet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Abfallverbren­ nungsanlagen, insbesondere Müllverbrennungsanlagen, den Über­ trag organischer zyklischer Verbindungen - vor allem Dioxine und Furane - insbesondere auch die temperaturbedingte Neubil­ dung auf dem Weg der Reingase durch Lagen der Träger kataly­ tisch wirkender Verbindungen und wärmeübertragender Speicher­ massen, die relativ zu den Gasanschlüssen umlaufender Reaktoren bewegt werden, weitgehend zu unterbinden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß in Reihe in der katalytischen Hauptreaktion zunächst Stichoxide redu­ ziert und nachfolgend in dieser organische zyklische Verbindun­ gen oxidiert werden, und daß in der in Gasströmungsrichtung nachgeschalteten Nachreaktion eine weitere katalytische Oxida­ tion durchgeführt wird. In einer Nachreaktion auf dem Weg der Abkühlung der Reingase bei ihrem Durchtritt durch den kriti­ schen Temperaturbereich aus den Vorläufersubstanzen neu gebil­ dete, organische zyklische Verbindungen, vor allem Dioxine und Furane, werden also innerhalb der Träger katalytisch wirkender Verbindungen des umlauf enden Reaktors oxidiert. Gleiches gilt für die von der Roh- auf die Reingasseite durch Ad- bzw. Desorptionsprozesse übertragenen organischen Schadstoffen.

Des weiteren ist es vorteilhaft, wenn ein Teilstrom der Rein­ gase aus dem Hauptstrom abgezogen, im Druck erhöht und kaltgas­ seitig in die wärmeübertragende Speichermasse vor ihrem Über­ tritt von der Rohgas- in die Reingasseite eingeleitet wird. Auf den wärmeübertragenden Speichermassen, die durch ihre Relativ­ bewegung zu den Gasanschlußkanälen im Wechsel von Roh- und Reingas beaufschlagt werden, werden Feinstäube niedergeschla­ gen. Durch Ad- und Desorptionsprozesse sowie chemische Reaktio­ nen beispielsweise in Gegenwart von HCL und Kohlenstoff werden an den wärmeübertragenden und den katalytisch wirkenden Ober­ flächen, gegebenenfalls im Zusammenwirken mit dem abgeschie­ denen Staub aus den Reaktionsprodukten der katalytischen Reduk­ tion und der Oxidation sowie den vom Gasstrom mitgeführten Che­ mikalienresten der Naßreinigung auch - als Schadstoffe zu be­ trachtende -organische zyklische Verbindungen, wie Dioxine und Furane neu gebildet. Durch den auf der kalten Rohgasseite ein­ geleiteten Teilstrom der Reingase werden diese Schadstoffe aus den als Adsorbens wirkenden Stäuben in den Rohgasstrom hinein ausgetrieben und von diesem den katalytischen Reaktionszonen zugeführt. Hierdurch gelangen während der Relativbewegung der Speichermassen zu den Gasanschlußkanäle des umlaufenden Reak­ tors nur Speichermassen auf die Reingasseite aus deren Staub­ niederschlag die Schadstoffe weitgehend entfernt wurden.

Für die Verstärkung der Oxidation der organischen zyklischen Verbindungen können ein oder in Mischung mehrere Oxidations­ mittel, wie z. B. H₂O₂, Ozon, Kalkstickstoff o. dgl. einem aus dem Hauptstrom abgezweigten Teilstrom der Reingase, vor dessen Einleitung auf der kalten Seite der Speichermasse zugeführt, das heißt in diesen eingemischt werden.

Die Anlage zur Entfernung von Schadstoffen mit innerhalb eines umschließenden Gehäuses relativ zu den Gasanschlußkanälen um­ laufender kaltgasseitiger, wärmeübertragender Speichermasse und heißgasseitigen Trägern von katalytisch wirkender Verbindungen und mit einem statischen Hauptkatalysator sowie einem diesem rohgasseitig vorgeschalteten Gaserhitzer weist einen Hauptkata­ lysator mit Lagen von Trägern auf, die in Strömungsrichtung der Gase zunächst mit als Reduktionskatalysator und nachfolgend als Oxidationskatalysator wirkende Verbindungen versehen sind, wo­ bei auf dem heißgasseitigen relativ zu den Gasanschlußkanälen umlaufender Träger als Oxidationskatalysator wirkende Verbin­ dungen angeordnet sind.

In erfindungsgemäßer Weiterbildung empfiehlt es sich, eine Ein­ richtung zur radialen Verteilung eines Gasstrom über einen Sek­ torabschnitt der Speichermasse in Richtung der Relativbewegung im Bereich zwischen Austritt desselben aus dem Rohgas- und Ein­ tritt in den Reingaskanal vorzusehen. Diese Einrichtung kann beispielsweise aus einem Düsenkasten mit schlitzartigen Öffnun­ gen gegebenenfalls in Verbindung mit einem zwischen Roh- und Reingaskanal in Richtung der Relativbewegung zwischengeschalte­ ten weiteren Kanal bestehen. Auf der heißen Seite des umlaufen­ den Reaktors wird dann der durch diesen Sektor oder weiteren Kanal hindurchgeführte Reingasteilstrom nach Aufnahme der orga­ nischen zyklischen Verbindungen aus den Staubbelägen und Reak­ tion in den Trägern katalytisch wirkender Verbindungen in den Hauptstrom der Rohgase wieder eingeleitet.

Zur Erläuterung der Erfindung ist in der Zeichnung eine in der erfindungsgemäßen Weise arbeitende Anlage schematisch darge­ stellt.

Die den Kessel verlassenden Rohgase werden nach ihrer Entstau­ bung und Kühlung über eine Anschlußleitung 3 in eine Naßreini­ gung 5 geführt. Über eine Leitung 7 und eine Vorwärmung 9 tre­ ten die Rohgase auf der kalten Seite in einen nach dem Lungströmprinzip umlaufenden Reaktor 20 ein. In dem Reaktor 20 sind kaltgasseitig wärmeübertragende Speichermassen 20a und heißgasseitig Träger 20b von als Oxidationskatalysator wirken­ den Verbindungen angeordnet. Nach Vorwärmung und Oxidation von Schadstoffe zu betrachtenden organischen zyklischen Verbindun­ gen werden die Gase über eine Leitung 22, einen Erhitzer 24 und eine Anschlußleitung 26 in einen statischen Katalysator 40 ge­ führt. Für die katalytische Reduktion der Stickoxide wird über eine Leitung 28 ein Reduktionsmittel, vorzugsweise Ammoniak in die dem statischen Hauptkatalysator zugeführten Rohgase einge­ führt. In dem Hauptkatalysator werden Lagen von Trägern unter­ schiedlicher katalytisch wirkender Verbindungen hintereinander­ geschaltet. Die in Gasströmungsrichtung erste Lage 40a dient als Reduktionskatalysator und die nachfolgende zweite 40b als Oxidationskatalysator. Die Gase werden über eine Leitung 42 als Reingase der heißen Seite des relativ zu den Gasanschlüssen bewegten Reaktors 20 zugeführt.

Den den umlauf enden Reaktor 20 über eine Leitung 62 verlassen­ den Gasen wird über eine Leitung 64 ein Teilstrom der Reingase entnommen. Diesem Teilstrom werden durch eine Leitung 66 Oxida­ tionsmittel zugeführt. Nachfolgend wird der Druck des aus dem Hauptstrom entnommenen Reingasteilstroms über ein Gebläse 68 erhöht und dieser Teilstrom über eine Leitung 70 den relativ zu den Gasanschlüssen umlaufenden wärmeübertragenden Speichermas­ sen auf der sogenannten kalten Seite des umlaufenden Reaktors im Bereich vor dem Austritt der wärmeübertragenden Speicher­ masse aus der Rohgasseite und Eintritt derselben in die Rein­ gasseite zugeführt. Der Reingasteilstrom treibt die organischen zyklischen Verbindungen aus den kaltgasseitigen Staubbelägen, die als Adsorbens für diese wirksam sind, aus und führt diese nachfolgend durch die heißgasseitige Lage von Trägern für als Oxidationskatalysator wirkende Verbindungen und in die Rohgase innerhalb der Leitung 22. Der Hauptstrom der Reingase wird nach Durchtritt durch die Lage der Träger katalytisch wirkender Ver­ bindungen und nachfolgend durch die der relativ zu den Gasan­ schlüssen umlaufenden, wärmeübertragenden Speichermassen des umlaufenden Reaktors über die Anschlußleitung 62 dem Kamin 80 zugeführt.

Alternativ oder zusätzlich kann auch ein Teilstrom heißer Rein­ gase aus dem Gesamtstrom derselben vor ihrem Eintritt in den umlaufenden Reaktor über eine Leitung 46 entnommen und unter Druckerhöhung direkt oder in Mischung mit dem anderen Teilstrom vor dessen Druckerhöhung auf der kalten Seite des umlaufenden Reaktors eingeführt werden.

Beispiel

Zu reinigende Abgase treten mit ca. 60°C aus einer Naßentschwe­ felung aus und werden auf ca. 110°C vorgewärmt. Mit dieser Tem­ peratur werden die Rohgase mit einem Gehalt Dioxinen und Fura­ nen von < 2 ng TE m³ (i.N.tr) in die kalte Endlage der relativ zu den Gasanschlußkanälen umlaufenden, wärmeübertragenden Spei­ chermassen des umlaufenden Reaktors ein- und durch die wärme­ übertragende und die katalytisch wirkende Lage hindurchgeführt. Aus der heißgasseitigen katalytischen Endlage treten die Roh­ gase mit ca. 280°C aus und werden in einem Erhitzer auf ca. 320°C aufgeheizt. Mit dieser Temperatur werden die Rohgase durch die Lagen des statischen Katalysators und nachfolgend durch die des umlaufenden Reaktors hindurchgeführt und treten aus der wärmeübertragenden Endlage des umlaufenden Reaktors als Reingase mit ca. 150°C aus. Mit dieser Temperatur gelangen die Reingase in den Kamin. Ein Teilstrom der Reingase wird aus dem Hauptstrom nach Austritt aus den relativ zu den Gasanschlüssen umlaufenden, wärmetauschenden Speichermassen des umlaufenden Reaktors abgezogen, im Druck erhöht und in Drehrichtung im Be­ reich des Übertritts der wärmeübertragenden Speichermassen von der Rohgas- in die Reingasseite auf der kalten Seite des umlau­ fenden Reaktors eingeleitet. Durch diesen Reingas-Teilstrom werden Dioxine und Furane, die von den Übertragungsflächen des Reaktors und auf diesen niedergeschlagenen Stäuben zuvor sor­ biert wurden, ausgetrieben und in Richtung der gleichfalls um­ laufenden Träger katalytisch wirkender Verbindungen und über diese in den Rohgasstrom geführt. Die die relativ zu den Gasan­ schlüssen umlaufenden, wärmeübertragenden Speichermassen des umlaufenden Reaktors in Richtung des Kamins kaltgasseitig ver­ las senden Reingase unterschreiten die für Dioxine und Furane zugelassen Grenzwerte der Schadstoffe in Höhe von 0,1 ng TE m³ (i.N.tr).

Claims (7)

1. Verfahren zur Entfernung von Schadstoffen aus einem Rohgas- Strom von vorgereinigten und vorgewärmten Abgasen von Ver­ brennungsanlagen mit in Gasströmungsrichtung hintereinan­ dergeschalteter Enderhitzung, Zufuhr eines Reaktionsmittels sowie katalytischer Hauptreaktion und diesen unter Relativ­ bewegung von Lagen wärmeübertragender Speichermasse und Trägern katalytisch wirkender Verbindungen zu den Gasan­ schlußkanälen vorgeschalteter Vorwärmung und Vorreaktion sowie nachgeschalteter Nachreaktion und Kühlung sowie Ab­ fuhr als Reingas-Strom, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe in der katalytischen Hauptreaktion zunächst Stickoxide reduziert und nachfolgend in dieser organische zyklische Verbindungen oxidiert werden, und daß in der in Gasströmungsrichtung nachgeschalteten Nachreaktion eine weitere katalytische Oxidation durchgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teilstrom von Reingasen aus dem Hauptstrom abgezogen, im Druck erhöht und kaltgasseitig in die wärmeübertragende Speichermasse vor deren Übertritt aus der Rohgas- in die Reingasseite eingeleitet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß dem Teilstrom der Reingase vor dessen Einleitung auf der kalten Seite der Speichermasse ein oder in Mischung mehrere Oxidationsmittel zugeführt wird bzw. werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß in Nachschaltung zum umlaufenden Reaktor ein oder in Mischung mehrere Oxidationsmittel in die Reingase eingelei­ tet wird bzw. werden.

5. Anlage zur Entfernung von Schadstoffen aus vorgereinigten Abgasen von Verbrennungsanlagen mit innerhalb eines um­ schließenden Gehäuses relativ zu Gasanschlußkanälen umlau­ fender kaltgasseitiger, wärmeübertragender Speichermasse (20a) und heißgasseitigen Trägern (20b) von katalytisch wirkenden Verbindungen und mit einem statischen Hauptkata­ lysator sowie einem diesem rohgasseitig vorgeschalteten Gaserhitzer (24), gekennzeichnet durch einen Hauptkatalysa­ tor (40) der mit Lagen von Trägern (40a; 40b) für in Strö­ mungsrichtung der Gase zunächst als Reduktionskatalysator und nachfolgend als Oxidationskatalysator wirkenden Verbin­ dungen versehen ist, und durch Anordnung von als Oxidati­ onskatalysator wirkenden Verbindungen auf dem heißgasseiti­ gen relativ zu den Gasanschlußkanälen umlaufenden Träger.

6. Anlage nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Einrich­ tung zur radialen Verteilung eines Gasstroms über einen Sektorabschnitt der Speichermasse in Richtung der Relativ­ bewegung im Bereich zwischen Austritt desselben aus dem Rohgas- und Eintritt in den Reingaskanal.

7. Anlage nach Anspruch 4 oder 5, gekennzeichnet durch einen weiteren Gasströmungskanal in Verbindung mit einem Gasan­ schluß zumindest auf der kalten Seite des umlaufenden Reak­ tors in Drehrichtung der Relativbewegung im Bereich vor dem Austritt der Speichermassen aus dem Roh-, und Eintritt der­ selben in den Reingaskanal.