FI81504C - Foerfarande och anordning, med vilka kvaeveoxider selektivt och katalytiskt avlaegsnas ur avgaser fraon vaermeverk. - Google Patents

Description

χ 81504

Menetelmä ja laite, joilla selektiivisesti ja katalyytti-sesti poistetaan typpioksidit lämmityslaitosten pakokaasuista. - Förfarande och anordning, med vilka kväveoxider selektivt och katalytiskt avlägsnas ur avgaser frän värmeverk.

Keksinnön kohteena on menetelmä, jolla selektiivisesti poistetaan lämmityslaitosten pakokaasujen typpioksidit pelkistämällä ulkoapäin tuodulla kemiallisella yhdisteellä, parhaiten ammoniakilla nopeuttamalla reaktiota katalyytin avulla, jonka läpi toisessa vyöhykkeessä virtaavat pakokaasut ja toisessa vyöhykkeessä lämmityslaitokseen palamisilmana johdettu raitisilma, jolloin pakokaasujen tai raitisilman läpivirtaamien vyöhykkeiden sijaintia muutetaan jatkuvasti tai vaiheittain siten, että ensin pakokaasujen läpivirtaamien osien läpi virtaa tämän jälkeen raitisilma ja päinvastoin, sekä laite menetelmän suorittamiseksi.

Tunnettua on, että esimerkiksi kattilan pakokaasuissa : olevien typpioksidien selektiivistä pelkistämistä varten annostellaan lämmityslaitoksesta poistuvaan pakokaasu-virtaan kaasumaista ammoniakkia (NH^) paineen alla tai paineettomana veteen liuotettuna, jolloin vastaavilla sisärakenteilla varustetun sekoitusosan avulla pyritään siihen, että ammoniakki ja lämpötila jakaantuvat tasaisesti pakokaasuvirtaan seuraavan savukaasukanavan sisällä.

Tämän jälkeen seos johdetaan katalyytin läpi, jonka eteen on kytketty pyörivä regeneratiivi-lämmönvaihdin, joka siirtää pakokaasujen lämmön polttamiseen johdettuun palamisilmaan. Katalyytti on tehty kiinteäkerroksiseksi reaktoriksi, jossa virtaus on parhaiten pystysuora ja suunnattu alhaalta ylöspäin. Reaktorissa on kenno-rakenne, joka sisältää katalyyttisesti vaikuttavan ’...· aineen kiteisenä vanadiini-titaani-yhdisteenä. Kiinteä- kerroksisen reaktorin painehäviö otetaan huomioon savukaasu- 2 81 504 puhaltimen mitoituksessa. Kiinteiden epäpuhtauksien kerääntyminen katalyyttiin estetään tai pideten rajallisena reaktorin pystysuoran ja alhaalta ylöspäin suuntautuvan virtauksen avulla. Muodostuvat sakat poistetaan epäjatkuvasta puhaltamalla paineilman tai höyryn avulla. Katalyyttien viipymäaika reaktorin sisällä on usein yli kaksi vuotta - riippuen kulloinkin kattilasta, ajotavasta ja polttoaineena käytetyn hiilen koostumuksesta.

Jo mainitunlaatuisen ei-julkisen ehdotuksen (DE-patenttiha-kemus P 34 06 657.Θ) mukaisesti katalyytin kestoaikaa parannetaan siten, että katalyytin läpi virtaa eri vyöhykkeissä toisaalta pakokaasut - mukaanlukien siihen sekoitettu ammoniakki - ja toisaalta vastavirtaan palamis-ilmana lämmityslaitokseen tuotu raitisilma, jolloin vyöhykkeiden, joiden läpi virtaus tapahtuu, sijaintia muutetaan koko ajan - vaiheittain tai jatkuvasti -niin, että vyöhykkeen läpi, jonka läpi pakokaasut ensin virtaavat, virtaa sen jälkeen raitisilma ja päinvastoin.

Koko ajan vaikuttavan raitisilmavirran avulla saavutetaan tällöin katalyytin katalyyttisesti vaikuttavan yhdisteen kauemmin kestävä tehokkuus, so. kestoajan piteneminen, verrattuna aikaisemmin käytettyyn epäjatkuvaan puhdistamiseen puhallusputken avulla. Lisäksi laitteen rakennuskustannukset pienenevät sikäli kuin on mahdollista kytkeä katalyytti lämmityslaitoksessa olevan pyörivän ·.·.· regeneratiivi-lämmönvaihtimen kanssa, joka esilämmittää palamisilman, tai sikäli kuin katalyytti voidaan jopa yhdistää regeneratiivi-lämmönvaihtimeen siten, että esimerkiksi regeneratiivi-lämmönvaihtimen varastoin-.*··. tielementtien pinta päällystetään katalyyttisesti vaikut tavalla yhdisteellä.

; Nyttemmin on todettu, että katalyytin kestoaika sekä - mahdollisesti peräänkytketyn regeneratiivi-lämmönvaihtimen ; toiminta riippuu oleellisesti mm. myös ammoniumvetysul-

II

3 81504 faatin (NH^ HSO^) muodostumisesta ja kerrostumisesta katalyyttielementtien katalyyttisesti vaikuttaville pinnoille tai regeneratiivi-lämmönvaihtimen lämmön-vaihtopinnoille. Tämä tarttuvia kerrostumia muodostava suola syntyy lämmityskaasuissa yleensä olevasta rikistä yhdessä typpioksidien pelkistämiseksi mukaan sekoitetun ammoniakin ja pakokaasun sisältävien veden ja hapen kanssa.

Keksinnön tavoitteena on siten suurelta osin pienentää ammoniumvetysulfaatin muodostumista pelkistettäessä katalyyttisesti palamispakokaasujen typpioksideja ammoniakin avulla ja siten oleellisesti pidentää tehokkuuden kestoaikaa, so. katalyytin kestoaikaa ja välttää lämmön-siirtonopeuden heikkenemistä mahdollisesti peräänkytketyssä regeneratiivi-lämmönvaihtirnessa.

Lähtemällä tiedosta, että katalyyttiin käytetyillä katalyyttisesti vaikuttavilla yhdisteillä, esimerkiksi edellä mainituilla kiteisillä vanadiini-titaani-yhdisteillä : on selvä kaasumaista ammoniakkia sitova vaikutus, tämä tavoite saavutetaan keksinnön mukaisesti siten, että ammoniakkia sekoitetaan raitisilmaan ennen sen tuloa — katalyyttiin. Typpioksidien pelkistämisessä tarvittavan ammoniakin johtaminen pakokaasuihin ei tapahdu siten enää pakokaasuputken ennen katalyyttiä sijaitsevassa osassa vaan sekoittamalla katalyyttiin johdettuun raitis-ilmaan, jolloin sitomisvaikutus katalyyttisestä vaikuttavan aineen kanssa pidättää sen katalyytissä raitisilmavirrasta ja siirtää vyöhykkeeseen, jonka läpi pakokaasut virtaavat. Tässä vyöhykkeessä ammoniakki tämän jälkeen halutulla tavalla pelkistää katalyyttisestä pakokaasujen sisältämät typpioksidit ja hajoaa tällöin molekyylimuotoiseksi ·;; · typeksi ja vedeksi.

Ammoniakkia sekoitetaan tällöin raitisilmaan parhaiten 81504 a sellainen määrä, että katalyytin raitisilman läpivirtaa-massa vyöhykkeessä se suurelta osalta sitoutuu katalyyttisestä vaikuttavan materiaalin pintaan ja lämmityspa-kokaasujen sen jälkeen virratessa läpi se oleellisesti tulee käytetyksi täydellisesti tämän sisältämien typpioksidien pelkistämiseen. AmmoniumvetysulTaattia ei tällöin voi lainkaan muodostua katalyyttiin virtaavassa pakokaasussa, koska ammoniakkia ei ole mukana. Itse katalyyttiin raitisilmapuolelta tuotu ammoniakki käytetään oleellisesti täydellisesti typpioksidien pelkistämiseen, jolloin tätä vahingollista suolaa voi tuskin lainkaan muodostua myöskään itse katalyytissä. Tällöin on vielä viitattava siihen, että silloinkaan, kun ammoniakin annostelu raitisilmavirtaan tapahtuu määrällisesti siten, että raitisilmaan jää osa ammoniakista, joka tämän jälkeen menee lämmityslaitokseen, tämä ei merkitse, että lämmityslaitoksesta poistuu pakokaasujen kanssa myös ammoniakkia. Raitisilman mukana syötetty ammoniakki hajoaa nimittäin lämmityslaitoksessa vallitsevissa . . lämpötiloissa, jolloin pakokaasut voivat pahimmassa tapauksessa siis sisältää hieman kohonneen määrän molekyylin muotoista typpeä, joka kuitenkaan ei ole vaarallista.

Keksinnön mukaisen menetelmän suorittamiseksi tarkoitettu - : laite, jossa katalyytti on muodostettu tukeen sijoitetuista katalyyttielementeistä ja jossa tuki ja liitännät, jotka on tarkoitettu pakokaasujen tai raitisilman läpi-virtaamiseen katalyytin läpi vyöhykemäisesti, on tehty toisiinsa nähden kiertyviksi ja joka on varustettu käyttölaitteella, joka pyörittää näitä vaiheittain tai jatkuvasti, on parhaiten muodostettu siten, että ammoniakkisäiliöstä syötetyn ammoniakin sekoitusputken ulostulo on sijoitettu katalyyttiliitäntään raitisilman johtavaan raitisilmaputkeen virtaussuunnassa ennen katalyyttiä. Raitisilmaan suihkutettu ammoniakki voidaan tällöin jakaa raitisilmaan sekoitusosan avulla, joka

II

81 504 5 on muodostettu raiLisilmaputkeen sopivien sisärakenteiden avulla, tai vaihtoehtoisesti ammoniakki voidaan esisekoit-taa raitisilman päävirran sivuvirtana johdetun raitisilmsn osavirran kanssa, joka ennen katlyyttiä palautetaan raitisilmaputkeen.

Keksintöä on lähemmin selvitetty seuraavassa kahden suoritusesimerkin kuvauksessa liittyen piirustuksiin, joissa :

Kuvio 1 on kaaviollinen kytkentäkaavio lämmityslaitoksesta, jonka perään on kytketty katalyytti ja regenera-tiivi-lämmönvaihdin.

Kuvio 2 on kytkentäkaavio muunnetusta lämmityslaitoksesta, jossa peräänkytketty katalyytti ja regenera-tiivi-lämmönvaihdin on koottu yhteiseksi rakennus- yksiköksi .

Kuviossa 1 kaavioitisesti esitetyssä laitoksessa tulevat lämmityslaitoksen 10 pakokaasut putken 12 kautta kata-' lyyttiin 14, joka voi olla muodostettu jatkuvaan kiertyvään tukeen sijoittuvista katalyyttielementeistä. Putken 12 kautta johdetut pakokaasut virtaavat katalyytin 14 läpi siten aina - kuviossa 1 ylempänä olevassa -vyöhykkeessä, jossa tapahtuu pakokaasujen sisältämien typpioksidien katalyyttinen pelkistyminen. Katalyytistä poistuvat pakokaasut, jotka ovat rikastuneet molekyyli-muodossa olevan typen ja veden suhteen, tulevat sen jälkeen putken 16 kautta pyörivään regeneratiivi-lämmönvaihtimeen 18, jossa pakokaasujen lämpö siirretään raitisilmaan, joka johdetaan palamislaitokseen 10 palamisilmana. Pyörivän regeneratiivi-lämmönvaihtimen jälkeen pakokaasut tulevat tämän jälkeen pakokaasuputken 20 kautta - ei-esitettyyn - laitokseen, jossa rikkiyhdisteet erotetaan ja lämmitetään uudelleen pakokaasukaminaan 6 81504 johtamista varten.

Lämmityslaitokseen 10 palamisilmana johdettava raitisilma tulee putken 22 kautta ensin pyörivään regeneratiivi-lämmönvaihtimeen 18, esilämitetään tässä vastavirtaan pakokaasuihin nähden ja johdetaan sen jälkeen putken 24 kautta katalyyttiin 14 ja - samoin vastavirtaan pakokaasuihin nähden - katalyytin läpi - kuviossa 1 alempana olevassa vyöhykkeessä. Poistopuolelta, joka sijaitsee vastapäätä katalyytin 14 tulopuolta, raitisilma virtaa sen jälkeen putken 26 kautta lämmityslaitokseen 10 .

Ammoniakin, joka tarvitaan typpioksidien pelkistämiseen katalyytissä 14, sisäänsuihkuttaminen tapahtuu regene-ratiivi-lämmönvaihtimen 18 ulostulon ja katalyytin 14 sisääntulon välissä kulkevaan raitisilmaputkeen 24, jolloin katalyytin 18 takana johdetaan raitisilmasta osavirta putkesta 24 pitkin putkea 28 efekoitusosaan ; - 30, johon johdetaan ammoniakkia (NH^) varastosäiliöstä 32 ja johon annostellaan raitisilman osavirta. Tämän jälkeen palautetaan raitisilman osavirta putken 34 kautta raitisilman päävirtaan ja siten vaiheittain tai jatkuvasti pyörivään katalyyttiin 14. Katalyytin vyöhykkeessä, jonka läpi raitisilma virtaa, sitoutuu : : raitisilman sisältämä ammoniakki katalyyttielementtien pinnoilla, joiden läpi virtaus tapahtuu, vapaana olevaan katalyyttisesti vaikuttavaan yhdisteeseen ja muuttuu pakokaasun läpivirtaamaksi vyöhykkeeksi, jossa tämän jälkeen tapahtuu haluttu typpioksidien pelkistyminen typeksi ja vedyksi.

: Katalyyttiin 14 ja regeneratiivi-lämmönvaihtimeen 18 voi periaatteessa olla järjestetty erilliset käytöt. Rakennekustannusten pienentämiseksi on kuitenkin suosi- : teltavaa järjestää kumpaankin yksikköön yhteinen käyttö tl 7 81504 siten, että esimerkiksi regeneratiivi-lämmönvaihdinta käytetään tavalliseen tapaan moottorilla ja katalyytti on kytketty lämmönvaihtimeen akselin kautta.

Kuviossa 2 esitetyssä muunnetussa laitteessa on kuvion 1 suoritusesimerkin katalyytti 14 ja regeneratiivi-lämmönvaihdin IB yhdistetty yhteiseksi toiminnalliseksi rakennusyksiköksi 114 siten, että yhteiseen, pyörivään tukeen on sijoitettu regeneratiivi-lämmönvaihtimen varastoimismassana toimivia varastoimiselementtejä, joiden pinnasta ainakin osa on päällystetty katalyyttisesti vaikuttavalla yhdisteellä, esimerkiksi kiteisellä vana-diini-titaani-yhdisteellä. Tällä tavoin nämä varastoimis-elementit on siten sijoitettu niin, että ne samanaikaisesti siirtävät lämmön pakokaasuista raitisilmaan ja saavat uudelleen kata lyy11isesti vaikuttavat pinnat toimintakelpoisiksi pakokaasuvirrassa. Kun katalyytti yhdistetään regeneratiivi-lämmönvaihtimen kanssa, kuviossa 2 esitetyssä suoritusesimerkissä jäävät pois aikaisemmin kuvatun . . suoritusesimerkin putket 16 tai 24, jotka kuljettavat pakokaasua tai raitisilmaa katalyytin 14 ja lämmönvaihtimen 18 välillä. Muussa suhteessa esimerkit ovat suuresti : yhtenäisiä.

Tarpeettoman toiston välttämiseksi jäljempänä on selvennetty vain suoritusesimerkin eroja jo kuvattuun suoritus-esimerkkiin verrattuna. Muutoin viitataan kuvion 1 mukaisen suoritusmuodon kuvaukseen. Kuvioissa 1 ja 2 esitetyissä, toisiaan vastaavissa toimintaelementeissä on lisäksi käytetty samoja viitenumerolta laittamalla ;;; kuvion 2 suoritusesimerkin viitenumeroiden eteen vain " 1" .

Koska kuvion 2 mukaisessa suoritusesimerkissä ei ole - - raitisilmaputkea 24 vastaavaa putkea, ammoniakki syötetään toisessa suoritusesimerkissä ammoniakin varastosäiliöstä 8 81 504 132 putken 134 kautta putken 122 kautta johdettuun rait isilmaan, joka sen jälkeen kokonaisuudessaan johdetaan sekoitusosan 130 läpi, ennenkuin se tulee toiminnalliseen rakennusyksikköön 114, jossa on yhdistetty regene-ratiivi-lämmönvaihdin ja katalyytti.

Keksinnöllisyyden puitteissa voidaan kuvattuja suoritus-esimerkkejä muuntaa ja kehittää edelleen. Siten voi esimerkiksi kuvion 1 mukaisen suoritusesimerkin katalyytissä 14 olla myös regeneratiivi-lämmönvaihtimen 18 käytöstä riippumaton erillinen käyttö niin, että katalyyttiä voidaan käyttää jatkuvasti tai vaiheittain riippumatta lämmönvaihtimen käytöstä. Kuviossa 2 esitetyssä suoritusesimerkissä voi ammoniakin annostelu tapahtua -kuvion 1 suoritusesimerkkiä vastaten - myös raitis-ilmavirrasta haaraantuvaan osavirtaan, joka ammoniakin kanssa sekoittamisen jälkeen palautetaan takaisin raitis-ilman päävirtaan. Kaikissa tapauksissa on oleellista, että ammoniakki johdetaan katalyyttiin tulevan raitisilman : - kautta ja siirretään sen jälkeen vasta katalyytissä *. pakokaasun läpi virtaamaan vyöhykkeeseen sitomalla kata- ; lyyttisesti vaikuttavaan yhdisteeseen.

Il

Claims (3)

81504

1. Menetelmä, jolla selektiivisesti poistetaan typpioksidit lämmityslaitokeen pakokaasuista pelkistämällä ulkoapäin johdetulla kemiallisella yhdisteellä, parhaiten ammoniakilla nopeuttamalla reaktiota katalyytin avulla, jonka läpi toisessa vyöhykkeessä virtaavat pakokaasut ja toisessa vyöhykkeessä lämmitystäitokseen palamisilmana johdettava raitisilma, jolloin pakokaasujen tai raitisilman läpivirtaamieri katalyyttivyöhykkeiden sijaintia muutetaan jatkuvasti tai vaiheittain siten, että pakokaasujen läpivirtaamien osien kautta virtaa sen jälkeen raitisilmaa ja päinvastoin, tunnettu siitä, että ammoniakki sekoitetaan raitisilmaan ennen katalyyttiin tuloaan.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ammoniakkia sekoitetaan raitisilmaan sellainen määrä, että katalyytin raitisilman läpivirtaa-massa vyöhykkeessä se sitoutuu suurelta osalta katalyyt-tisesti vaikuttavan materiaalin pintaan ja pakokaasujen myöhemmin virratessa läpi tulee käytetyksi pakokaasujen sisältämien typpioksidien pelkistämiseen.

3. Laite patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukaisen menetelmän suorittamiseksi, jossa laitteessa on tukeen sijoitettujen katalyyttielementtien muodostama katalyytti, ja jossa tuki ja liitokset, jotka on tarkoitettu pakokaasujen tai raitisilman vyöhykemäiseen virtaamiseen katalyytin läpi, on muodostettu niin, että ne kiertyvät toistensa suhteen, jolloin laite on varustettu käyttölaitteella, joka vaiheittain tai jatkuvasti kiertää tukea liitosten suhteen, tunnettu siitä, että ammoniakkisäiliöstä (32; 132) syötetyn ammoniakin syöttöputken (34; 134) ulostulo on sijoitettu raitisilman katalyytin liitokseen johtavaan raitisilmaputkeen (24; 122) virtaussuunnassa ennen katalyyttiä (14; 114). 81504 10