DE4435328A1

DE4435328A1 - Verfahren und Vorrichtung zur nichtkatalytischen Rauchgasentstickung in Reformern

Info

Publication number: DE4435328A1
Application number: DE4435328A
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl Ing Dr Auer; Johann Ecker; Heinz Dr Lehner; Werner Dipl Ing Dr Pichler
Original assignee: Agrolinz Melamin GmbH
Current assignee: Agrolinz Melamin GmbH
Priority date: 1994-08-26
Filing date: 1994-10-01
Publication date: 1996-04-11

Description

Bei der Reformer-Heizung in Anlagen auf Steamreformingbasis, wie sie etwa bei der Ammoniak- oder Methanolerzeugung, sowie bei Oxosynthesen zum Einsatz kommen, entstehen NO_x-Emissionen im Rauchgas, die aus Gründen des Um weltschutzes ab einem gewissen Grenzwert nicht an die Umgebung abgegeben werden dürfen.

Die bekanntesten großtechnisch eingesetzten Rauchgasentstickungsverfahren arbeiten auf Ammoniakbasis, wobei sogenannte selektiv katalytische und selek tiv nichtkatalytische Verfahren unterschieden werden.

Verfahrenstechnisch besteht das wesentliche Problem der nichtkatalytischen Entstickung darin, das Additiv, beispielsweise Ammoniak, und das NO_x-führen de Rauchgas raschestmöglichst homogen, sowie im richtigen Temperaturbereich zu mischen. Aus diesem Grund ist die Anwendung und Optimierung dieses Verfahrens, wenngleich die nichtkatalytische Entwicklung im Prinzip einfach ist, eine technisch äußerst anspruchsvolle Aufgabe.

Zur Erzielung einer solchen homogenen Mischung wird das Additiv üblicher weise über ein Trägermedium in den Rauchgasstrom eingebracht.

Es wurden dazu bereits mehrere Verfahren für die verschiedensten Einsatzgebie te beschrieben. So ist beispielsweise aus EP-B1-0278241 ein Verfahren zum Einmischen von Ammoniak in einen Rauchgasstrom bekannt, bei dem eine wäß rige Ammoniaklösung in einen Trägerstrom eindosiert und darin verdampft wird und der beladene Trägergasstrom, der aus vorgewärmter Frischluft oder trocke nem Wasserdampf besteht, anschließend dem Rauchgasstrom zugemischt wird.

Auch nach EP-B1-0364712 wird das Reduktionsmittel, beispielsweise Ammoni ak, in Form einer Lösung mittels einer als Einstoffdüse ausgebildeten Sprühstelle und eines Zerstäubermittels in einen Rauchgasstrom eingebracht.

All diese Verfahren haben den Nachteil, daß das Reduktionsmittel Ammoniak über ein Trägermedium, beispielsweise als wäßrige Lösung oder mittels Damp fes, in den Rauchgasstrom eingebracht wird. Dies erfordert meist auch aufwen dige Zuleit- und Einsprühsysteme und bedingt einen erhöhten Energieverbrauch, da entweder Dampf als Trägermedium bereitgestellt oder im Fall von wäßrigen Lösungen der Wasseranteil verdampft werden muß und somit diese nutzbare Wärme dem Rauchgas entzogen wird.

Die bisher bekannten und technisch realisierten Maßnahmen zur Rauchgasent stickung sind demnach mit hohen Investitionskosten und Energiekosten, etwa zur Bereitstellung von Wasserdampf, verbunden. Weiters sind diese Maßnahmen zur Anwendung in bestimmten Einsatzgebieten, wie etwa in Kesselanlagen ge eignet, ein zur Rauchgasentstickung in Reformern geeignetes Verfahren wurde jedoch bisher noch nicht beschrieben.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es demnach ein Verfahren zur Rauch gasentstickung zu finden, das die Nachteile der bisher bekannten Maßnahmen vermeidet. Diese Aufgabe konnte nun mit einem Verfahren gelöst werden, das ohne großen Aufwand leicht großtechnisch zu realisieren ist, wobei die Einbrin gung von Ammoniak ohne Trägermedium durchgeführt werden kann und trotz dem eine homogene Vermischung des Ammoniaks mit dem Rauchgas gewähr leistet ist und das zur Anwendung in Reformern geeignet ist.

Gegenstand der vorliegenden Anmeldung ist demnach ein Verfahren zur nichtka talytischen Rauchgasentstickung mittels Ammoniaks in Reformern, das dadurch gekennzeichnet ist, daß gasförmiges Ammoniak direkt in die einzelnen Rauch gassammelkanäle eines Reformers, in denen eine Temperatur von 800 bis 1100°C gegeben ist, über ein Rohrleitungssystem, mit der gleichen Zahl Do sierstellen bzw. Düsen wie Rauchgassammelkanäle vorhanden sind, eingedüst wird.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Anmeldung ist eine Vorrichtung zur nichtkatalytischen Rauchgasentstickung mittels Ammoniaks, die dadurch ge kennzeichnet ist, daß die Rauchgassammelkanäle des Reformers mit einem Rohrleitungssystem verbunden sind, das die gleiche Zahl an Düsen aufweist wie Rauchgassammelkanäle vorhanden sind, wobei die Düsen über Einleitrohre an eine gemeinsame Versorgungsleitung für das Ammoniak angeschlossen sind.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die Vorrichtung eignen sich zur Rauchgas entstickung in Reformern in Anlagen auf Steamreformingbasis, wie sie bei der Ammoniak-, Methanol oder Oxosynthese zum Einsatz kommen. Unter Reformern sind dabei decken-, boden- und seitlichbefeuerte Reformer, sowie sogenannte Terrassenöfen bzw. -reformer zu verstehen. Bevorzugt eignen sich das Verfah ren und die Vorrichtung zur Rauchgasentstickung in decken- bzw. bodenbefeu erten Reformern, besonders bevorzugt in deckenbefeuerten Reformern. Refor mer sind im allgemeinen so aufgebaut, daß eine gewisse Zahl von Spaltrohren, in denen die gewünschte Reaktion, etwa die Spaltung von Kohlenwasserstoffen, erfolgt, in mehreren Reihen m angeordnet sind, wobei sich die Zahl der Spaltrohre und somit die Reihenanzahl m nach der Größe und Art des Reformers richten.

Bevorzugt weist der Reformer 40 bis 400 Spaltrohre auf, die in mehr als 2 Rei hen angeordnet sind.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die Vorrichtung werden somit bevorzugt in decken- bzw. bodenbefeuerten Reformern mit 40 bis 400 Spaltrohren, be sonders bevorzugt in deckenbefeuerten Reformern, mit mehr als 100 Rohren, die in mehr als 2 Reihen angeordnet sind, eingesetzt.

Bei decken- bzw. bodenbefeuerten Reformern befinden sich zwischen bzw. seit lich von den Spaltrohrreihen an der Decke bzw. am Boden des Primärreformers m + 1 Brennerreihen, wobei sich die Zahl der benötigten Brenner pro Reihe der Anzahl an Spaltrohren pro Spaltrohrreihe richtet.

Am Boden bzw. an der Decke eines decken- bzw. bodenbefeuerten Reformers befinden sich, ebenfalls zwischen bzw. seitlich von den Spaltrohrreihen, m + 1 Rauchgassammelkanäle, in die, durch beispielsweise seitlich angebrachte Lö cher, das Rauchgas eindringt. Bevorzugt sind Reformer mit mehr als 3 Rauch gassammelkanälen. Durch die Rauchgassammelkanäle gelangt das Rauchgas in einen gemeinsamen Abzug und von dort in den Schornstein, wobei die Wärme des Rauchgases in der Regel noch über Wärmetauscher genutzt wird.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird nun gasförmiges Ammoniak mit Umgebungstemperatur über ein Rohrleitungssystem in die Rauchgassammelka näle eingebracht. Das Rohrleitungssystem ist dabei so aufgebaut, daß das Am moniak durch die gleiche Zahl an Dosierstellen bzw. Düsen wie Rauchgassam melkanäle vorhanden sind, also m + 1 Düsen, in die einzelnen Rauchgassam melkanäle eingedüst wird, wobei die Düsen über m + 1 Einleitrohre mit einer ge meinsamen Versorgungsleitung für das Ammoniak verbunden sind. Die Düsen können dabei beliebig positioniert sein, es ist jedoch von Vorteil, wenn sie in der vorderen Hälfte, bevorzugt im vorderen Viertel der einzelnen Rauchgassam melkanäle angebracht sind, das heißt, die Eindüsung erfolgt bevorzugt in einem Abstand von bis zu 50 bzw. 25% der Gesamtlänge der Rauchgassammelkanäle, gerechnet vom gemeinsamen Rauchgasabzug aller Sammelkanäle. Besonders bevorzugt wird das Ammoniak möglichst nahe am gemeinsamen Abzug der Rauchgassammelkanäle, also in einem Abstand von bis zu 8% der Gesamtlänge eines Rauchgassammelkanal, gerechnet vom gemeinsamen Abzug, eingebracht.

Der Grad der Umsetzung bzw. des NO_x-Abbaus, sowie der sogenannte Ammo niakschlupf, der für die Menge an nichtumgesetzten Ammoniak, das in den Rauchfang geht, steht, hängt von mehreren Parametern, wie Rauchgastempera tur, Rauchgasgeschwindigkeit, Geometrie der Rauchgassammelkanäle, Verhält nis von Rauchgas- zu Ammoniakmenge, NO_x-Konzentration, Eindüsstelle und den Eindüsbedingungen, wie etwa Geometrie der Düsen, Eindüsgeschwindigkeit usw. ab, die je nach Größe und Art des Reformers variieren können.

Um einen größtmöglichen NO_x-Abbau zu erzielen, sollte die Rauchgastemperatur in den Rauchgassammelkanälen zwischen 800 und 1100°C, bevorzugt zwi schen 900 und 1050°C liegen und die Rauchgasgeschwindigkeit in den Rauch gassammelkanälen von 5 bis 30 m/s, bevorzugt von 10 bis 25 m/s, betra gen.

Übliche in Reformern vorhandene NO_x-Konzentrationen betragen bis zu 400 mg/m³tr als NO₂ gerechnet (tr . . . trocken).

Die Zufuhr des Ammoniaks bzw. die Gesamtammoniakmenge wird über ein Drosselventil an der gemeinsamen Versorgungsleitung geregelt.

Die Aufteilung des Ammoniakstromes auf die einzelnen Düsen wird dabei durch die Wahl der geometrischen Abmessungen der Düsen und Einleitrohre geregelt und möglichst gleichmäßig eingestellt.

Die optimale Ammoniakmenge, die den größtmöglichen NO_x-Abbau bei einem akzeptablen Ammoniakschlupf bewirkt, kann durch Optimierungsversuche, durch die auch die optimalen Eindüsbedingungen ermittelt werden, leicht fest gestellt werden.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird eine Senkung der NO_x-Konzentra tion im Rauchgas auf unter 50%, in manchen Fällen sogar auf unter 40%, bei einem Ammoniakschlupf von höchstens 10 mg/m³_tr erzielt.

Beispiel 1

In einem von oben befeuerten Reformer mit 258 Spaltrohren, die in 6 Reihen zu jeweils 43 Rohren angeordnet waren, 7 Brennerreihen mit jeweils 15 Brennern und 7 Rauchgassammelkanälen mit einem Gesamtquerschnitt von 8,3 m², wurde über ein einfaches Rohrleitungssystem mit 7 Düsen, die jeweils 1 in vor dem gemeinsamen Rauchgasabzug, d. h. in einem Abstand von 6% der Ge samtlänge eines Rauchgassammelkanals gerechnet vom gemeinsamen Abzug, in die einzelnen Rauchgassammelkanäle führten, gasförmiges Ammoniak einge düst. Die Rauchgastemperatur in den Sammelkanälen betrug 990°C, die Rauch gasgeschwindigkeit in den Sammelkanälen lag bei etwa 22,4 m/s.

Die Rauchgasmenge im Reformer betrug etwa 670.000m³_eff/h und wies einen NO_x-Gehalt von 360 mg/m³_tr (als NO₂ gerechnet) auf.

Die eingebrachte Ammoniakmenge von etwa 30 kg/h bewirkte eine NO_x-Reduk tion auf etwa 170mg/m³_tr (als NO₂ gerechnet). Der Ammoniakschlupf lag dabei unter 10 mg/m³_tr.

Claims

1. Verfahren zur nichtkatalytischen Rauchgasentstickung mittels Ammoniaks in Reformern, dadurch gekennzeichnet, daß gasförmiges Ammoniak direkt in die Rauchgassammelkanäle des Reformers, in denen eine Temperatur von 800 bis 1100°C gegeben ist, über ein Rohrleitungssystem mit der gleichen Zahl Dosierstellen bzw. Düsen wie Rauchgassammelkanäle vorhanden sind, eingedüst wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Reformer ein decken- oder ein bodenbefeuerter Reformer ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Reformer ein deckenbefeuerter Reformer ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Rauchgas sammelkanälen des Reformers eine Temperatur von 900 bis 1050°C gege ben ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rauchgasge schwindigkeit in den Rauchgassammelkanälen 5 bis 30 m/s beträgt.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Reformer die Spaltrohre in mehreren Reihen m angeordnet sind, wobei zwischen bzw. seitlich von diesen Reihen m + 1 Brennerreihen und m + 1 Rauchgassam melkanäle liegen.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Reformer 40 bis 400 Spaltrohre, die in mindestens 2 Reihen angeordnet sind, mindestens 3 Brennerreihen und mindestens 3 Rauchgassammelkanäle aufweist.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eindüsung des Ammoniaks in die einzelnen Rauchgassammelkanäle jeweils in einem Abstand von bis zu 50% der Gesamtlänge eines Rauchgassammelkanals, gerechnet vom gemeinsamen Abzug der einzelnen Rauchgassammelkanäle, erfolgt.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eindüsung des Ammoniaks in die einzelnen Rauchgassammelkanäle jeweils in einem Abstand von bis zu 25% der Gesamtlänge eines Rauchgassammelkanals, gerechnet vom gemeinsamen Abzug der einzelnen Rauchgassammelkanäle, erfolgt.

10. Vorrichtung zur nichtkatalytischen Rauchgasentstickung mittels Ammoniaks in Reformern, dadurch gekennzeichnet, daß die Rauchgassammelkanäle des Reformers mit einem Rohrleitungssystem verbunden sind, das die gleiche Zahl an Düsen aufweist wie Rauchgassammelkanäle vorhanden sind, wobei die Düsen über Einleitrohre an eine gemeinsame Versorgungsleitung für das Ammoniak angeschlossen sind.