NL1035584C2 - Inrichting en werkwijze voor het reinigen van rookgassen. - Google Patents

Description

Inrichting en werkwijze voor het reinigen van rookgassen.

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het reinigen van rookgassen, S bijvoorbeeld rookgassen afkomstig uit een gasmotor, meer in het bijzonder een warmtekrachtkoppeling (WKK). De uitvinding heeft tevens betrekking op een werkwijze voor het reinigen van rookgassen, in het bijzonder rookgassen vrijkomend bij de verbranding van aardgas.

10 Bij de verbranding van aardgas in een WKK komen rookgassen vrij met een temperatuur van 400°C - 500°C, meer in het bijzonder 450°C. Naast CO2 bevatten de rookgassen onder anderen onverbrande koolwaterstoffen, waaronder methaan, ethaan en etheen en stikstofoxiden (NOx), welke schadelijke effecten kunnen hebben op de omgeving. Wanneer dergelijke rookgassen worden gebruikt als CC^-bron in de 1S glastuinbouw kunnen de onvolledig verbrande koolwaterstoffen gewasschade veroorzaken, door afzettingen op de bladeren en opname van etheen dat kan leiden tot voortijdige rijping van bloemen en vruchten en voortijdig afsterven van planten. Het gevolg is een verminderde opbrengst per m2.

20 Het is bekend rookgassen te reinigen met katalysatoren. De rookgassen worden door een poreus dragermateriaal geleid waarop een katalytisch materiaal is aangebracht, bijvoorbeeld platina, palladium of rhodium. Het nadeel van een dergelijk systeem is dat het daarin gebruikte katalytisch materiaal zeer kostbaar is en bovendien zeer gevoelig is voor zogenaamde vergiftiging door bijvoorbeeld zwavelverbindingen, 25 en daardoor een beperkte levensduur heeft. Bij hoge temperaturen in de katalysator zal het katalytisch materiaal gedeeltelijk verdampen, waardoor de levensduur verder wordt verkort en katalytisch materiaal in de omgeving wordt verspreid.

Een doel van de uitvinding is een werkwijze en inrichting te verschaffen waarbij rookgassen uit een gasmotor worden gereinigd zonder gebruik te maken van 30 katalytisch materiaal. In een uitvoeringsvorm is het tevens een doel het rendement van de WKK installatie die de rookgassen voortbrengt te verbeteren, in het bijzonder de opwekking van kracht door een dergelijke WKK installatie. In een verdere uitvoeringsvorm is het doel het verschaffen van een inrichting en werkwijze waarbij de 1035584 2 rookgassen kunnen worden aangewend als CQz-bron zonder daarbij gewasschade aan te richten.

De uitvinding beoogt ten minste één van deze doelen te bereiken. Volgens een aspect van de uitvinding wordt een inrichting verschaft voor het reinigen van rookgassen 5 omvattende een warmtewisselaar, voor het verwarmen van de rookgassen tot een eerste temperatuumiveau, een mengeenheid voor het mengen van rookgassen met een brandbaar gas en een zuurstof bevattend gasmengsel zoals omgevingslucht, een brander voor het tot ontbranding brengen en tot een tweede temperatuumiveau verwarmen van het gevormde gasmengsel, een branderbed voor het volledig verbanden en tot een derde 10 temperatuumiveau verwarmen van het gasmengsel, en een conversiecyclus voor het opwekken van kracht uit de het volledig verbrande gasmengsel, waarbij het branderbed keramische elementen omvat, en waarbij de keramische elementen een temperatuurbuffer vormen.

De inrichting wordt geschakeld tussen een installatie die rookgassen 15 voortbrengt, bijvoorbeeld een gasmotor voorzien van een warmtekrachtkoppeling (WKK) en een rookgaskoeler.

De warmtewisselaar is bij voorkeur een gas/gas wisselaar waarin rookgassen uit de WKK in contact worden gebracht met gassen uit een conversiecyclus, en daardoor worden verwarmd tot een eerste temperatuumiveau. In de mengeenheid 20 worden de verwarmde rookgassen gemengd met een brandbaar gas, bijvoorbeeld aardgas en een zuurstof bevattend gasmengsel zoals omgevingslucht. De mengeenheid. is bij voorkeur een venturi gekoppeld met een statische vortex menger. Een dergelijke mengeenheid is de vakman bekend en behoeft geen nadere toelichting.

De brander kan een eenvoudige gasbrander zijn, die het gevormde gasmengsel 25 tot ontbranding brengt en tenminste tot een temperatuumiveau van 537°C verwarmt.

Volgens een bijzonder voordelige uitvoeringsvorm van de uitvinding omvat het poreuze branderbed keramische elementen, die een groot contactoppervlak voorzien. Dergelijke keramische elementen kunnen bijvoorbeeld zijn voorzien door Raschig ringen, Raschig zadels, minerale wol of mineraal doek. Hierdoor wordt een 30 inrichting verkregen waarbij de drukval over het poreuze branderbed kan worden beperkt tot bijvoorbeeld 10 mbar. De keramische elementen worden door de brander verwarmd tot een temperatuur van tenminste 537°C. Zodra deze temperatuur is bereikt kan de brander worden uitgeschakeld. De keramisch elementen fungeren vervolgens 3 als temperatuurbuffer, die het gasmengsel dat het branderbed binnentreedt in korte tijd verwarmt, waarna het gasmengsel verbrandt en de daarbij vrijkomende verbrandingswarmte de temperatuurbuffer op temperatuur houdt.

5 Bij voorkeur omvat de inrichting volgens de uitvinding middelen om bovenstrooms van de mengeenheid een vloeistof of gas te injecteren, bijvoorbeeld een ureumoplossing of ammoniak. Hierdoor zal in de gasfase een hoeveelheid ammoniak beschikbaar zijn die in de inrichting volgens de uitvinding zal reageren met de in de gasmotor gevormde stikstofoxiden (NOx), waardoor de uitstoot van stikstofoxiden 10 wordt beperkt.

De inrichting volgens de uitvinding wordt bij voorkeur zodanig gedimensioneerd, dat de verblijftijd van het gasmengsel in het poreuze bed tenminste 1 seconde bedraagt, en bij voorkeur 2-4 seconden. Bij deze temperatuur en verblijftijd 15 vindt volledige verbranding plaats van alle koolwaterstoffen en roet zonder dat daarvoor katalytisch materiaal nodig is. Tevens wordt de inrichting van thermische isolatie voorzien, waardoor warmteverliezen naar de omgeving worden beperkt. Het volledig verbrandde en daardoor gereinigde gasmengsel wordt vervolgens in een Conversiecyclus geleid, die een gasturbine kan omvatten, voor het daaruit opwekken 20 van kracht. Daarnaast kan de thermische energie via een Organische Rankine Cyclus of een soortgelijk proces nuttig worden aangewend. Door de hogere temperatuur die in de inrichting volgens de uitvinding wordt bereikt, zal het rendement van de opwekking van kracht door de WKK installatie hoger zijn.

De temperatuur van het volledig verbrande gasmengsel zal na de 25 Conversiecyclus hoger zijn dan de temperatuur van de rookgassen uit de WKK. Het volledig verbrande gasmengsel kan worden gekoeld door dit via de warmtewisselaar in contact te brengen met de rookgassen uit de WKK. Hierdoor worden warmteverliezen verder beperkt.

Daarnaast omvat de inrichting meetpunten voor het meten van de 30 samenstelling van de rookgassen. Bij voorkeur bevinden deze meetpunten zich bovenstrooms en benedenstrooms ten opzichte van de warmtewisselaar, en bovenstrooms en benedenstrooms ten opzichte van de conversiecyclus. De meetpunten omvatten een opening voor het nemen van een gasmonster en een gasmeetapparaat, 4 bijvoorbeeld een gaschromatograaf met een detector, zoals een vlam ionisatie detector (FID) of een foto ionisatie detector (PID). Daarnaast kan een accumulator zijn voorzien om componenten die in zeer lage concentraties aanwezig zijn te concentreren.

Bij voorkeur zijn de concentraties aan onverbrande koolwaterstoffen 5 benedenstrooms van de inrichting volgens de uitvinding kleiner dan 400 ppb (microliter per m3), meer in het bijzonder kleiner dan 40 ppb.

Het zal echter duidelijk zijn dat de uitvinding niet beperkt is tot de hierboven beschreven uitvoeringsvormen. Elk van de genoemde voordelen kunnen basis vormen 10 voor een uitvinding voor deze aanvrage of een afsplitsing daarvan.

Het zal de vakman duidelijk zijn dat de inrichting volgens de uitvinding voorziet in een effectieve rookgasreiniging zonder gebruik van katalytisch materiaal.

De schone rookgassen kunnen na afkoeling als CC>2-bron worden gebruikt in de glastuinbouw zonder risico op gewasschade.

1035584

Claims (11)

1. Inrichting voor het reinigen van rookgassen omvattende een warmtewisselaar, voor het verwarmen van de rookgassen tot een eerste temperatuumiveau, een mengeenheid 5 voor het mengen van rookgassen met een brandbaar gas en een zuurstof bevattend gasmengsel zoals omgevingslucht, een brander voor het tot ontbranding brengen en tot een tweede temperatuumiveau verwarmen van het gevormde gasmengsel, een branderbed voor het volledig verbanden en tot een derde temperatuumiveau verwannen van het gasmengsel, en een conversiecyclus voor het opwekken van kracht uit de het 10 volledig verbrande gasmengsel, waarbij het branderbed keramische elementen omvat, en waarbij de keramische elementen een temperatuurbuffer vormen.

2. Inrichting volgens conclusie 1 waarbij de keramische elementen zijn voorzien door Raschig ringen, Raschig zadels, minerale wol of mineraal doek. 15

3. Inrichting volgens conclusie 1 of 2, waarbij de rookgassen afkomstig zijn uit een gasmotor welke een warmtekrachtkoppeling omvat.

4. Inrichting volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij de mengeenheid een 20 venturi en een statische vortex menger omvat.

5. Inrichting volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij de conversiecyclus een gasturbine omvat.

6. Inrichting volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij bovenstrooms van het branderbed middelen voor injectie van een vloeistof of gas zijn voorzien.

7. Inrichting volgens conclusie 6, waarbij de vloeistof ureum bevat.

8. Inrichting volgens conclusie 6, waarbij het gas ammoniak bevat.

9. Werkwijze voor het reinigen van rookgassen omvattende het verwarmen van rookgassen tot een eerste temperatuumiveau door deze via een warmtewisselaar in 1035584 contact te brengen met gassen uit een conversiecyclus, het in een mengeenheid mengen van de tot een eerste temperatuurniveau verwarmde rookgassen met een brandbaar gas en een zuurstof bevattend gasmengsel zoals omgevingslucht, het met een brander tot ontbranding brengen en tenminste tot een tweede temperatuurniveau verwarmen van 5 het gevormde gasmengsel, het in een branderbed volledig verbanden en tot een derde temperatuurniveau verwannen van het gasmengsel, het opwekken van kracht uit de het tot een derde temperatuurniveau verwarmde gasmengsel, en het koelen van het volledig verbrandde gasmengsel tot een vierde temperatuurniveau door dit via een warmtewisselaar in contact te brengen met de rookgassen. 10

10. Werkwijze volgens conclusie 9, waarbij in het branderbed keramische elementen zijn voorzien die fungeren als temperatuurbuffer.

11. Werkwijze volgens conclusie 9 of 10, waarbij nadat het tweede temperatuurniveau 15 is bereikt de brander wordt uitgeschakeld. 1035584