NO343521B1 - Anordning for reduksjon av NOx og N2O i gasser - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelsen vedrører en anordning for reduksjon av innholdet av nitrogenoksider i gasser, spesielt i prosess- og avgasser.

Ved mange prosesser som for eksempel forbrenningsprosesser eller ved industriell fremstilling av salpetersyre er resultatet en med nitrogenmonoksid NO, nitrogendioksid NO2(sammen betegnet som NOx) så vel som lattergass N2O ladet avgass. Mens NO og NO2lenge har vært kjent som forbindelser med økotoksikologisk relevans (surt regn, smogdannelse), og ved fastlagt verdensomspennende grenseverdier for maksimal tillatt emisjon, er i de seneste årene i økende grad også lattergass kommet inn i fokus for miljøbeskyttelse, da denne i ikke ubetydelig grad bidrar til nedbrytning av stratosfærisk ozon og til drivhuseffekten. Det finnes derfor av miljøbeskyttelsesgrunner et presserende behov for tekniske løsninger som fjerner lattergassemisjonen sammen med NOx-emisjonen.

For separat fjernelse av N2O kjennes på den ene eller andre siden allerede tallrike muligheter.

Ved NOx-reduksjonen trekkes den selektive katalytiske reduksjon (SCR) av NOxved hjelp av ammoniakk i nærvær av vanadiumholdige TiO2-katalysatorer frem (jevnfør for eksempel Ertl, H. Knözinger J. Weitkamp: Handbook of Heterogeneous Catalysis, Vol.

4, side 1633-1668, VCH Weinheim (1997)). Disse forløper alt etter katalysator ved temperaturer fra ca 150ºC til ca 450ºC, og muliggjør en NOx-nedbrytning på mer enn 90%. Det er den mest anvendte variant av NOx-reduksjon fra avgasser fra industrielle prosesser.

Det finnes også fremgangsmåter for reduksjon av NOxpå basis av zeolittkatalysatorer som forløper under anvendelse av forskjellige reduksjonsmidler. Ved siden av Cuutbyttede zeolitter (jevnfør for eksempel EP-A-0914866), ser spesielt jernholdige zeolitter ut til å være interessant med hensyn til praktisk anvendelse.

Således gjør US-A-4,571,329 krav på en fremgangsmåte for reduksjon av NOxi en gass som består minst av 50% NO2, ved hjelp av ammoniakk i nærvær av Fe-zeolitter.

Forholdet av NO3til NO2utgjør minst 1.3. Ifølge den her beskrevne fremgangsmåten skal de NOx-holdige gassene reduseres med ammoniakk uten at det skjer en dannelse av N2O som biprodukt.

US 5,451,387 beskriver en fremgangsmåte for selektiv katalytisk reduksjon av NOxmed NH3over jernutbyttede zeolitter som arbeider ved temperaturer omkring 400ºC.

I motsetning til NOx-reduksjon i avgasser som i mange år har vært etablert innen teknikken eksisterer det for N2O-fjernelse kun få tekniske prosesser som i det minste er rettet mot en termisk eller katalytisk nedbrytning av N2O. En oversikt over katalysatorer hvis prinsipiell egnethet for nedbrytning og reduksjon av lattergass er blitt ettervist, gir kaptein et al. (Kaptein F. et al., Appl. Cat. B: Environmental 9 (1996) 25-64).

Som spesielt egnet fremtoner igjen Fe- og Cu-zeolittkatalysatorer som enten bevirker en ren nedbrytning av N2O i N2og O2(US-A-5, 171, 553), eller akser til katalytisk reduksjon av N2O ved hjelp av NH3eller hydrokarboner til N2og H2O, henholdsvis CO2.

Således beskrives i JP-A-07060 126 en fremgangsmåte for reduksjon av N2O med NH3i nærvær av jernholdige zeolitter av pentasiltypen ved temperaturer på 450ºC. N2O-nedbrytningen som oppnås ved denne fremgangsmåten ligger på 71%.

Mauvezin et al. angir i Catal. Lett.62 (1999) 41-44 en oversikt over egnetheten med hensyn til dette av forskjellige jernutbyttezeolitter av typene MOR, MFI, BEA, FER, FAU, MAZ og OFF. Ifølge denne kan en mer enn 90% N2O-reduksjon gjennom NH3-tilsetning under 500ºC kun oppnås i tilfellet med Fe-BEA.

Ved siden av de før nevnte fremgangsmåter for separat fjernelse av N2O og NOx, eksisterer dog også ved fremgangsmåter for kombinert fjernelse som forløper under anvendelsen av en enkelt katalysator.

Fra WO-A-00/48715 kjennes en fremgangsmåte ved hvilken en NOx- og N2O-holdig avgass ved temperaturer mellom 200 og 600ºC ledes hen over en jern-zeolittkatalysator av typen beta (= type BEA), hvorved avgassen videre inneholder NH3i et mengdeforhold mellom 0.7 og 1.4 basert på totalmengden av NOxog N2O. NH3tjener her som reduksjonsmiddel så vel for NOxsom også for N2O. Fremgangsmåten arbeider godt nok ved temperaturer lavere enn 500ºC, men har som den før nevnte fremgangsmåten den prinsipielle ulempen at det til fjernelse av N2O-innholdet benyttes en nesten ekvimolar mengde reduksjonsmiddel (her NH3).

Fra WO-A-01/51, 181 kjennes en fremgangsmåte for fjernelse av NOxog N2O, hvor en prosess- eller avgass føres gjennom to reaksjonssoner som inneholder jernladede zeolitter som katalysatorer. I den første reaksjonssonen nedbrytes herved N2O, mellom den første og den andre reaksjonssonen tilsettes ammoniakk til gassblandingen og i den andre reduksjonssonen reduseres NOx.

Det ble nå overraskende funnet at effektiviteten av den ovenfor nevnte fremgangsmåten kan økes betydelig når minskningen av N2O-innholdet til den ønskede nedbrytningsgraden ikke alene foregår i den første reaksjonssonen, men at også reaksjonssonen for NOx-reduksjon utnyttes til N2O-minskning. Dette ble mulig idet det overraskende ble fastslått at ved anvendelse av jernladede zeolittkatalysatorer er en simultan NOx-reduksjon (for eksempel ved hjelp av NH3) og N2O-nedbrytning mulig. Bidraget til N2O-nedbrytning i det andre reaksjonstrinnet er da spesielt stort når fremgangsmåten drives ved forhøyet trykk, det vil si trykk over 2 bar, fortrinnsvis over 4 bar.

Oppgaven for den foreliggende oppfinnelsen er å tilveiebringe en enkel, men økonomisk fremgangsmåte, som gir bra omsetning så vel for NOx- som også for N2O-nedbrytningen, som er kjennetegnet ved minimale drifts- og investeringskostnader. Til først nevnte teller ved siden av energien for innstilling av den nødvendige driftstemperatur forbruket av reduksjonsmiddel så vel som energitapet gjennom strømningsmotstand i katalysatorsjiktet (trykktap). Investeringskostnadene bestemmes i det vesentlige av den benyttede mengden av katalysator og det dermed forbundne apparatvolum.

I tillegg finnes problemet med innføring av reduksjonsmiddelet, hvilket må blandes grundig med gasstrømmen som skal behandles for å sikre en mest mulig høy virkningsgrad av reduksjonsmiddelet (unngåelse av tap av ikke-reagert reduksjonsmiddel (”schlupf”) og sidereaksjoner). Den dertil nødvendige blanderen bør av konstruksjonstekniske og økonomiske grunner være anordnet mest mulig plassbesparende.

Denne oppgaven ble løst gjennom anordningen ifølge oppfinnelsen, som definert i krav Anordningen beskrevet nedenfor er spesielt egnet for gjennomføring av en fremgangsmåte for minskning av innholdet av NOxog N2O i gasser, spesielt i prosessgasser og avgasser, omfattende tiltakene:

a) å lede den N2O- og NOx-holdige gassen over en rekke av to katalysatorsjikt inneholdende en eller flere jernladede zeolitter,

b) å tilsette et reduksjonsmiddel til NOxmellom katalysatorsjiktene,

c) å innstille en temperatur på mindre enn 500ºC i det første katalysatorsjiktet og det andre katalysatorsjiktet,

d) å innstille et gasstrykk på minst 2 bar i begge katalysatorsjiktene,

e) å velge en slik romhastighet i det første og andre katalysatorsjiktet at det i det første katalysatorsjiktet foregår en nedbrytning av N2O-innholdet i gassen på høyst opptil 90%, basert på N2O-innholdet i innløpet til det første katalysatorsjiktet, og at det i det andre katalysatorsjiktet foregår en ytterligere senkning av N2O-innholdet til gassen med minst 30% basert på N2O-innholdet ved innløpet til det andre katalysatorsjiktet.

I det første katalysatorsjiktet til ren N2O-nedbrytning akselererer den da stadig i gassen tilstedeværende NOxsom forventet den ønskede N2O-nedbrytning gjennom en aktiverende virkning slik som denne ble beskrevet for forskjellige N2O/NOx-forhold av Kögel et al. i Catal. Comm. 2 (2001) 273-6.

Også i det andre katalysatorsjiktet kan en merkbar N2O-nedbrytning oppnås gjennom nedbrytning i nitrogen og oksygen. Dette var overraskende da for det første NOx-innholdet som aktiverer N2O-nedbrytningen reduseres gjennom tilsetning av reduksjonsmiddelet, for det andre ble det forventet at det tilsatte reduksjonsmiddelet ble absorbert intermediært på katalysatoroverflaten og dermed blokkere de aktive sentrene for N2O-nedbrytning.

Under de valgte fremgangsmåtebetingelsene, altså det økte trykk og spesielt et redusert NH3/NOx-forhold fremkommer disse påvirkningene åpenbart ikke.

Fremgangsmåten muliggjør dermed gjennomføringen av nedbrytningen av N2O, også reduksjon av NOxved en lavere driftstemperatur og økonomisk romhastighet og samtidig å oppnå høye nedbrytningsrater for N2O og NOx.

Under begrepet romhastighet forstås herved kvotienten av volumandelen gassblanding (målt ved 0ºC og 1.014 bar) per time basert på en volumandel katalysator.

Romhastigheten kan således innstilles med volumstrømmen til gassen og/eller med katalysatormengden.

Den med nitrogenoksidladede gassen blir vanligvis ført inn med en romhastighet på 200-200 000 h-1, fortrinnsvis fra 5000 til 100000 h-1, helst spesielt fra 5000 til 50000 h-1, basert på det adderte katalysatorvolum til begge katalysatorsjikt.

Innholdet av N2O etter at gassen forlater det første katalysatorsjiktet til fremgangsmåten ligger fortrinnsvis over 200 ppm, spesielt over 300 ppm. I det første katalysatorsjiktet foregår en høyst 90%, fortrinnsvis høyst 80% minskning av N2O-innholdet som var tilstede ved begynnelsen av det første katalysatorsjiktet.

Etter utgangen fra det første katalysatorsjiktet blir gassen inneholdende N2O og NOxførst blandet med gassformet reduksjonsmiddel, fortrinnsvis NH3, etterfølgende for samtidig fjernelse av N2O (gjennom nedbrytning) og NOx(gjennom reduksjon) ved en temperatur på fortrinnsvis mindre enn 450ºC med den valgte romhastigheten ført over katalysatoren.

I det andre katalysatorsjiktet foregår en ytterligere minst 30%, fortrinnsvis minst 40% minskning av det ved begynnelsen av det andre katalysatorsjiktet tilstedeværende N2O-innhold.

Ved fremgangsmåten anvendes i det første og andre katalysatorsjiktet jernholdig zeolitt. Derved kan det dreie seg om forskjellige katalysatorer i de respektive katalysatorsjiktene, eller fortrinnsvis om den samme katalysatoren.

Ved en romlig adskillelse av katalysatorsjiktene er det mulig å innstille temperaturen til det andre katalysatorsjiktet, det vil si den innstrømmende gasstrømmen gjennom varme uttak eller –tilføring slik at den er lavere eller høyere enn den til det første katalysatorsjiktet.

Temperaturen til gasstrømmen i det første katalysatorsjiktet i hvilket det kun fjernes N2O, blir så vel som i det andre katalysatorsjiktet i hvilket N2O og NOxfjernes, ligger under 500ºC, fortrinnsvis i området fra 250-500ºC, spesielt ved 300-450ºC og helt spesielt foretrukket ved 350-450ºC. Temperaturen til det andre katalysatorsjiktet tilsvarer fortrinnsvis temperaturen i det første katalysatorsjiktet. Temperaturen i katalysatorsjiktet kan formålstjenlig bestemmes som en aritmetisk middelverdi av temperaturen til gasstrømmene ved innløpet og utløpet til katalysatorsjiktet.

Valget av driftstemperaturen er her så vel som på den valgte romhastigheten bestemt av den ønskede nedbrytningsgraden av N2O.

Fortrinnsvis foregår valget av temperatur, volumstrøm og katalysatormengde i det første katalysatorsjiktet slik at høyst 90%, fortrinnsvis høyst 80% og helst spesielt foretrukket høyst 70%, av det ved begynnelsen av det første katalysatorsjiktet tilstedeværende N2O omsettes der.

Fortrinnsvis foregår valget av temperatur, volumstrøm og katalysatormengde i det andre katalysatorsjiktet slik at det foregår i en ytterligere reduksjon av N2O-innholdet i gassen med minst 30%, basert på N2O-innholdet ved innløpet til det andre katalysatorsjiktet.

Fremgangsmåten gjennomføres ved et forhøyet trykk på minst 2 bar, fortrinnsvis minst 3 bar, helt spesielt foretrukket på 4 til 25 bar. Innmatningen av reduksjonsmiddelet mellom det første og andre katalysatorsjiktet, det vil si etter det første og før det andre katalysatorsjiktet foregår gjennom en egnet anordning for eksempel med en tilsvarende trykkventil eller tilsvarende utformede dyser.

I den første reaksjonssonen foretrekkes generelt en relativt lav vannkonsentrasjon da et meget høyt vanninnhold vil gjøre det nødvendig med høye driftstemperaturer (for eksempel > 500ºC). Disse kan alt etter den anvendte zeolittypen av driftstiden overskride den hydrotermale stabilitetsgrensen for katalysatoren. Imidlertid spiller NOx-innholdet her en avgjørende rolle da denne kan oppheve deaktiveringen gjennom vann.

Til NOx-reduksjon i den andre reaksjonssonen spiller et høyt vanninnhold en underordnet rolle og allerede ved relativt lave temperaturer oppnås høye NOx-nedbrytningsrater.

Reduksjonsmiddelet tilsettes i en slik mengde som er nødvendig for reduksjonen av NOx. Herunder forstås innenfor rammene av denne beskrivelsen den mengde av reduksjonsmiddel som er nødvendig, for å redusere andelen av NOxi gassblandingen fullstendig eller til den ønskede sluttkonsentrasjon, uten at en merkbar reduksjon av N2O finner sted.

Som reduksjonsmiddel, kan det anvendes slike stoffer som har en høy aktivitet og selektivitet for reduksjon av NO2og hvis selektivitet og aktivitet under de valgte reaksjonsbetingelsene er større enn for mulig reduksjon av N2O.

Som reduksjonsmiddel, er eksempelvis hydrokarboner, hydrogen, karbon monooksid, ammoniakk og deres blandinger som for eksempel syntesegass anvendelig. Spesielt foretrukket blir ammoniakk og stoffer som frigir ammoniakk ved innføring som urea eller ammoniumkarbonat.

Den tilførte mengden av reduksjonsmiddel må herved ikke være nevneverdig større enn det som kreves ved de valgte reaksjonsbetingelsene for reduksjon av NOx.

I tilfellet med ammoniakk som reduksjonsmiddel anvender man alt etter ønsket grad av reduksjon av NOx-innholdet opp til maksimalt 1.2, fortrinnsvis 1.0 til 1.2 molarandeler ammoniakk basert på 1 molar andel NOx. Ønskes en lavere reduksjonsgrad av NOxså utgjør mengden av molare andeler av ammoniakk maksimalt 1.2*y, basert på en molar andel NOx, hvor y er den prosentvise andel NOxsom skal forbrukes i reduksjonen. ;;Ved valg av egnede katalysatorer og fremgangsmåtebetingelser virker det tilsatte NH3ikke som reduksjonsmiddel for N2O, men reduserer selektivt det i avgassen inneholdte NOx. ;;Fremgangsmåten gjør det mulig å gjennomføre fjernelsen av N2O og NOxved en lavere driftstemperatur med et lavere forbruk av gassformig reduksjonsmiddel som NH3, hvilket inntil nå ikke har vært mulig med de innen kjent teknikk beskrevne fremgangsmåter. ;;Dette er spesielt da av stor fordel når store mengder av N2O skal fjernes. ;;Også måten for innføring av det gassformige reduksjonsmiddel i gasstrømmen som skal behandles, kan velges fritt så lenge denne foregår i strømningsretningen før det andre katalysatorsjiktet. Den kan for eksempel foregå i tilføringsledningen for beholderen til det andre katalysatorsjiktet eller umiddelbart for katalysatorsjiktet. Reduksjonsmiddelet kan innføres i form av en gass eller også en væske, henholdsvis vandig oppløsning som fordamper i gasstrømmen som skal behandles. ;Den ifølge oppfinnelsen anvendte katalysatoren inneholder hovedsakelig fortrinnsvis > 50 vekt-%, spesielt > 70 vekt-% av en eller flere med jernladede zeolitter. Således kan det ifølge oppfinnelsen anvendte katalysatoren eksempelvis ved siden av en Fe-ZSM-5-zeolitt inneholde en ytterligere jevn ladet zeolitt som for eksempel en jernholdig zeolitt av MFI- eller FER-typen. ;;Der utover kan katalysatoren anvendt ifølge oppfinnelsen ytterligere inneholde for fagmannen kjente tilsetningsstoffer som for eksempel bindemidler. ;;Katalysatorer anvendt ifølge oppfinnelsen er fortrinnsvis basert på zeolitter i hvilke de er innført jern gjennom faststoffionebytting. Vanligvis tar man dertil utgangspunkt i de kommersielt tilgjengelige ammoniumzeolitter (for eksempel NH4-ZSM-5) og de tilsvarende jernsalter (for eksempel FeSO4x 7 H2O) og blander disse på mekanisk måte intensivt med hverandre i en kulemølle ved romtemperatur. (Turek et al.; Appl. Catal. ;184, (1999) 249-256, EP-A-0955 080). Det refereres dermed uttrykkelig til denne litteratur. De oppnådde katalysatorpulverne blir etterfølgende kalsinert i en kammerovn i luft ved temperaturer i området fra 400-600ºC. Etter kalsineringen blir de oppnådde jernholdige zeolittene vasket intensivt i destillert vann og etter filtreringen tørkes zeolitten. Til slutt blir de således oppnådde jernholdige zeolittene omsatt med egnet bindemiddel, blandet og eksempelvis ekstrudert til sylindriske katalysatorleiver. Som bindemiddel egner seg alle vanligvis anvendte bindemidler, de mest anvendelige er her aluminiumsilikater som for eksempel kaolin. ;;Ifølge den foreliggende oppfinnelsen er de anvendbare zeolittene ladet med jern. ;Jerninnholdet kan her, basert på massen av zeolitten, utgjøre opptil 25%, fortrinnsvis dog 0,1-10%. ;;Fortrinnsvis dreier det seg om jernladede zeolitter av typene MFI, BEA, FER, MOR, FAU og/eller MEL spesielt av typen ZSM-5. ;;I en foretrukket utførelsesform blir det minst i det andre katalysatorsjiktet anvendt en jernladet zeolitt hvis krystallstruktur ikke har noen pore, henholdsvis kanaler, med krystallografisk diameter større enn eller lik 7.0 ångstrøm. ;;Hertil teller jernladede zeolitter av typen MFI, FER og/eller MEL, spesielt av typen ZSM-5. ;I fremgangsmåten omfattes også anvendelsen av slike zeolitter i hvilke gitteraluminium er delvis isomorft substituert med en eller flere elementer eksempelvis erstattet med en eller flere elementer valgt blant B, Be, Ba, Fe, Cr, V, As, Sb og Bi. Også omfattet er anvendelsen av zeolitter i hvilke gittersilisiumet er isomorft substituert med en eller flere elementer eksempelvis erstattet med en eller flere elementer valgt blant Ge, Ti, Zr og Hf. ;;Presise angivelser med hensyn til oppbygningen eller strukturen av zeolittene anvendt ifølge oppfinnelsen er gitt i Atlas of Zeolite Structure Types, Elsevier, 4th revised Edition 1996, som det herved uttrykkelig refereres til. ;;Spesielt foretrukket i fremgangsmåten kommer de lengre oppe definerte zeolittkatalysatorene til anvendelse som er behandlet med vanndamp (”dampede” katalysatorer). Gjennom denne type behandling blir gitteret til zeolitten dealuminert, denne behandlingen er kjent for fagmannen. Overraskende er disse hydrotermisk behandlede zeolittkatalysatorene i fremgangsmåten kjennetegnet ved en spesielt høy aktivitet. ;;Fortrinnsvis anvendes hydrotermisk behandlede zeolittkatalysatorer som er ladet med jern, og i hvilke forholdet av ekstra-gitter-aluminium til gitter-aluminium utgjør minst 1:2, fortrinnsvis 1:2 til 20:1. ;;Vanninnholdet til reaksjonsgassen ligger fortrinnsvis i området fra <25 volum-%, spesielt i området <15 volum%. Et lavere vanninnhold er generelt å foretrekke. ;;Generelt foretrekkes en relativt lav vannkonsentrasjon der høyere vanninnhold vil gjøre høyere driftstemperatur nødvendig. Dette kan alt etter den anvendte zeolittypen og driftstid overskride den hydrotermiske stabilitetsgrensen til katalysatoren, og må således tilpasses det respektivt valgte enkelttilfelle. ;;Også tilstedeværelsen av CO2, så vel som andre deaktiverende bestanddeler i reaksjonsgassen som er kjent for fagmannen, bør om mulig minimeres da disse vil virke negativt på N2O-fjernelsen. ;;Fremgangsmåten arbeider også i nærvær av O2, da katalysatorene anvendt ifølge oppfinnelsen har tilsvarende selektivitet som ved temperaturer < 500ºC undertrykker en reaksjon av det gassformige reduksjonsmiddel, som NH3, med O2. ;Alle disse påvirkningsfaktorer, så vel som den valgte katalysatorbelastningen, det vil si romhastighet, må tas i betraktning ved valg av den egnede driftstemperatur til reaksjonssonen. ;;Fremgangsmåten kan spesielt anvendes ved salpetersyreproduksjonen, ved avgasser fra kraftverk eller ved gassturbiner. I disse prosesser dannes nitrogenoksidholdige prosessog avgasser som økonomisk kan renses for nitrogen (”entstickt”) ved hjelp av den her anførte fremgangsmåten. Fremgangsmåten blir formålsmessig anvendt på restgass fra salpetersyreproduksjon etter absorbsjonstårnet. ;;Utførelsen av katalysatorsjiktet kan ifølge oppfinnelsen utføres fritt. Således kan katalysatoren eller katalysatorene eksempelvis anordnes i et aksialt, eller fortrinnsvis radialt gjennomstrømmet katalysatorsjikt som er anbragt i en eller flere beholdere. ;;Gjenstand for oppfinnelsen er således en anordning for minimering av innholdet av NOxog N2O i gasser, spesielt i prosessgasser og avgasser, omfattende: ;;A) to etter ved andre koblede katalysatorsjikt inneholdende en eller flere med jernladede zeolitter som gjennomstrømmes av gassen inneholdende NOxog N2O og begge katalysatorsjiktene er anordnet i en beholder, ;B) en mellom katalysatorsjiktene anordnet anordning for innføring av et gassformig reduksjonsmiddel i strømmen av gassen inneholdende NOxog N2O, som omfatter en blander som er en statisk blander med tilsvarende innsatser eller en dynamisk blander, og gjennom hvilken gassen føres etter den har gjennomstrømmet det første katalysatorsjiktet og som omfatter en tilførselsledning for reduksjonsmiddel som munner ut i rommet nedstrøms det første katalysatorsjiktet og før eller i blanderen, hvor gassen som skal renses ledes gjennom det andre katalysatorsjiktet etter at den forlater blanderen, og hvor ;C) minst et av katalysatorsjiktene er utformet på formen av en hul sylinder gjennom hvilket gassen inneholdende NOxog N2O gjennomstrømmes radialt. ;;Begge katalysatorsjiktene er anordnet i en beholder. Hvilket tydelig minsker apparatkostnadene. ;Ifølge oppfinnelsen blir minst et katalysatorsjikt, fortrinnsvis begge katalysatorsjikt, radialt gjennomstrømmet av gassen som skal renses, hvilket forårsaker et tydelig mindre trykktap. ;;Det minst ene radiale gjennomstrømmende katalysatorsjiktene er konstruert på formen av en hul sylinder. De radialt gjennomstrømmede katalysatorsjiktene kan være anordnet under hverandre eller de kan velges i en kombinasjon av aksial og radial gjennomstrømmende katalysatorsjikt. Derved må gassveien angis gjennom egnede anbragte adskillelsesflater mellom katalysatorsjiktene slik at først det første og deretter det andre katalysatorsjiktet gjennomstrømmes. ;;I tilfelle med radial gjennomstrømmende katalysatorsjikt, kan disse også foreligge på formen av konsentriske inne i hverandre anordnede hule sylindre. Også ved denne utførelsesform må man påse at gassens vei gjennom egnede anbragte skilleflater mellom katalysatorsjiktene, angis slik at først det første og deretter det andre katalysatorsjiktet gjennomstrømmes. ;;Strømningsretningen til gassen kan i radialkurvreaktoren forløpe innenfra og ut eller utenfra og inn. ;;I en foretrukket utførelsesform foreligger to radialt gjennomstrømmende katalysatorsjikt eksempelvis i form av to hule sylindere med forskjellige mål, hvor den ytre diameteren av det ene katalysatorsjiktet er mindre enn den indre diameteren av det andre katalysatorsjiktet, hvor begge katalysatorsjiktene er anordnet konsentrisk i forhold til hverandre og hvor veien til gassene gjennom egnet anbragte adskillelsesflater mellom katalysatorsjiktene angis slik at først det første og deretter det andre katalysatorsjiktet gjennomstrømmes. ;;I anordningen ifølge oppfinnelsen, blir gassen etter gjennomstrømning av det første katalysatorsjiktet, ført til en blander som fortrinnsvis er anordnet i sentrum av anordningen, i hvilket tilførselen av reduksjonsmiddelet er tiltenkt som munner ut i rommet etter det første katalysatorsjiktet og før eller fortrinnsvis i blanderen, og hvor gassen som skal renses etter at den forlater blanderen, føres til det andre katalysatorsjiktet. ;;Blanderen tjener til grundig fordeling av reduksjonsmiddelet i gasstrømmen. Blanderen er en statisk blander med tilsvarende innsatser eller dynamisk blander. ;Figur 1-6 beskriver foretrukne utførelsesformer av anordningen ifølge oppfinnelsen i lengdesnitt. ;;Figur 1 forestiller en anordning ifølge oppfinnelsen med gassløp 1 og gassutløp 2. I det øvre mot gassinnløpet 1 rettede indre rom, er det første katalysatorsjiktet anordnet i form av en hul sylinder 4 og befinner seg på en skillevegg som deler rommet til anordningene i to halvdeler. Videre er den øvre sideflaten til hulsylinderen 4 lukket med en skillevegg. Gassen som skal renses strømmer radialt gjennom det første katalysatorsjiktet gjennom innløpet 1 og gjennom den ringformede spalten til innløpet 7, til det første katalysatorsjiktet til den ringformede spalten til utløpet 8, til det første katalysatorsjiktet. Derfra strømmer den til blanderen 6 hvis innløpssiden i en innføringsledning 3 for reduksjonsmiddelet munner ut. Blanderen 6 føres gjennom skilleveggen, og gassen strømmer da radialt gjennom det andre katalysatorsjiktet gjennom den ringformede spalten til innløpet 9, til det andre katalysatorsjiktet 5 anordnet under det første katalysatorsjiktet 4, til den ringformede spalten til utløpet 10 til det andre katalysatorsjiktet 5. Derfra forlater den rensede gassen anordningen gjennom gassutløpet 2. ;;Figur 2 beskriver en lignende utførelsesform som figur 1, med den endring at det første katalysatorsjiktet 4 er anordnet under det andre katalysatorsjiktet 5, og gassinnløpet 1 og gassutløpet 2 er anordnet på siden til anordningen. De andre henvisningene har betydningene anført ved beskrivelsen av figur 1. ;;Figur 3 forestiller en ytterligere utstillingsform av anordningen ifølge oppfinnelsen med gassinnløp 1 og gassutløp 2. Første katalysatorsjikt 4 og andre katalysatorsjikt 5 er her utformet i form av to konsentriske inn i hverandre anordnede hule sylindre. Det første katalysatorsjiktet 4 befinner seg utenfor en konsentrisk skillevegg 11, som lukker av den nedre sideflaten til katalysatorsjiktet 4, de ringformede spaltene 7 og 8, så vel som det indre rommet til anordningen og den øvre sideflaten til det andre katalysatorsjiktet 5. Gassen som skal renses, inn gjennom gassinnløpet 1 til anordningen, gjennomstrømmer radialt utenfra og inn det første katalysatorsjiktet fra det ringformede spalteinnløpet 7 til det ringformede spalteutløpet 8. Derfra strømmer den til blanderen 6 på hvis innløpsside i en innløpsledning 3 for reduksjonsmiddelet munner ut. Blanderen 6 munner ut i det indre rommet til det andre katalysatorsjiktet 5 som nedentil er lukket gjennom en skillevegg. Gassen strømmer da radialt ut gjennom den ringformede spalten til innløpet 9 til det andre katalysatorsjiktet til den ringformede spalten til utløpet 10. Derfra forlater den rensede gassen anordningen gjennom gassutløpet 2. ;Figur 4 beskriver en lignende utførelsesform som figur 3, med den endring at det første katalysatorsjiktet 4 danner den indre hule sylinderen og det andre katalysatorsjiktet 5 danner den ytre hulesylinderen. De resterende henvisningstall har betydningen anført i beskrivelsen av figur 3. ;;Figur 5 beskriver en utførelsesform i hvilken det tiltenkte aksiale og radiale gjennomstrømmede katalysatorsjikt. Gassen strømmer over gassinnløpet 1 aksialt gjennom det første katalysatorsjiktet 4 og inn i blanderen 6. I anordningen befinner det seg en skillevegg som oppdeler rommet til anordningene i to halvdeler. På innløpssiden til blanderen 6 munner en innløpsledning 3 ut for reduksjonsmiddelet. Fra blanderen 6 strømmer gassen i den ringformede spalten til innløpet 9 til det andre katalysatorsjiktet 5, og gjennom dette radialt i den ringformede spalten til utløpet 10. Derfra forlater den rensede gassen anordningen gjennom gassutløpet 2. ;;Figur 6 beskriver en lignende utførelsesform som figur 5, med den endring at det første katalysatorsjiktet 4 gjennomstrømmes radialt, og det andre katalysatorsjiktet 5 gjennomstrømmes aksialt. De resterende henvisningstall har betydningen anført ved beskrivelsen av figur 3. ;;Som katalysator blir det anvendt en jernladet zeolitt av typen ZSM-5. Fremstillingen av Fe-ZSM-5-katalysatoren foregikk gjennom faststoffionebytting startende fra en kommersiell tilgjengelig zeolitt på ammoniumform (ALSI-PENTA, SM27). Detaljert angivelse til fremstilling kan finnes i: M. Rauscher, K. Kesore, R. Mönning, W. ;Schwieger, A. Tissler, T. Turek: ”Preparation of higly active Fe-ZSM-5 catalyst through solid state ion exchange for the catalytic decomposition of N2O” in Appl. Catal.184 (1999) 249-256. ;;Katalysatorpulveret ble kalsinert i luft i 6 timer ved 823 K, vasket og tørket natten over ved 383 K. Etter tilsetning av tilsvarende bindemiddel, fulgte ekstruderingen til sylindriske katalysatorleiver. ;;Som anordning til minskning av NOx- og N2O-innholdet ble det anvendt to etter hverandre koblede rørreaktorer, som respektivt var fylt med en slik mengde av katalysatoren over, at basert på den innløpende gasstrømmen det respektivt resulterte i en romhastighet på 15000 h-1. Mellom de to reaksjonssonene foregikk tilsetningen av NH3-gass. Driftstemperaturen til reaksjonssonene ble innstilt gjennom oppvarming. ;Analysen av gasstrømmene inn og ut av reaktoren foregikk ved hjelp av en FTIR-gassanalysator. ;;Ved inngangskonsentrasjoner på 1500 ppm N2O,350 ppm NOx, 3000 ppm H2O og 1.2 volum-% O2i N2og en intermediær tilsetning av NH3, resulterte ved en enhetlig driftstemperatur på 425ºC og et driftstrykk på 6.5 bar, de i følgende tabell anførte omsetningsresultater for N2O, NOxog NH3. ;;Tabell ;; ;;; *) sammensetning mellom den første og andre reaktoren.

Claims (11)

Patentkrav

1.

Anordning for minskning av innholdet av NOxog N2O i gasser, spesielt i prosessgasser og avgasser, k a r a k t e r i s e r t v e d at den omfatter:

A) to etterhverandre koblede katalysatorsjikt (4,5) inneholdende en eller flere med jernladede zeolitter som gjennomstrømmes av den NOx- og N2O-holdige gassen og begge katalysatorsjiktene (4,5) er anordnet i en beholder,

B) en mellom katalysatorsjiktene anordnet anordning til innføring av et gassformig reduksjonsmiddel i strømmen av den NOx- og N2O-holdige gassen, som omfatter en blander (6) som er en statisk blander med tilsvarende innsatser eller en dynamisk blander, og gjennom hvilken gassen føres etter den har gjennomstrømmet det første katalysatorsjiktet (4,5) og som omfatter en tilførselsledning (3) for reduksjonsmiddel som munner ut i rommet nedstrøms det første katalysatorsjiktet (4) og før eller i blanderen (6), hvor gassen som skal renses ledes gjennom det andre katalysatorsjiktet (5) etter at den forlater blanderen (6), og hvor

C) minst ett av katalysatorsjiktene (4,5) er utformet på formen av en hul sylinder gjennom hvilket den NOx- og N2O-holdige gassen strømmer radialt.

2.

Anordning ifølge krav 1, k a r a k t e r i s e r t v e d at begge katalysatorsjikt gjennomstrømmes radialt av den NOx- og N2O-holdige gassen.

3.

Anordning ifølge krav 1, k a r a k t e r i s e r t v e d at to radialt gjennomstrømmende katalysatorsjikt er anordnet over hverandre eller at det foreligger en kombinasjon av overhverandre anordnede aksial- og radialt gjennomstrømmende katalysatorsjikt, hvor veien til gassen gjennom egnet anbragte skilleflater mellom katalysatorsjiktene angis slik at først det første, og deretter det andre, katalysatorsjiktet gjennomstrømmes.

4.

Anordning ifølge krav 1, k a r a k t e r i s e r t v e d at det foreligger to radialt gjennomstrømmende katalysatorsjikt med forskjellige mål, hvor ytterdiameteren av et katalysatorsjikt er mindre enn den indre diameteren til de andre katalysatorsjiktene, begge katalysatorsjikt er anordnet konsentrisk i forhold til hverandre og hvor veien til gassen gjennom egnet anbragte skilleflater mellom katalysatorsjiktene angis slik at først det første, og deretter det andre, katalysatorsjiktet gjennomstrømmes.

5.

Anordning ifølge krav 1, k a r a k t e r i s e r t v e d at gassen etter gjennomstrømning av det første katalysatorsjiktet ledes inn i en blander som er anordnet i sentrum av anordningen.

6.

Anordning ifølge krav 1, k a r a k t e r i s e r t v e d at den samme katalysatoren anvendes i det første og andre katalysatorsjiktet.

7.

Anordning ifølge krav 1, k a r a k t e r i s e r t v e d at zeolitten, eller de med jernladede zeolitter, er av typen MFI, BEA, FER, MOR, FAU og/eller MEL.

8.

Anordning ifølge krav 1, k a r a k t e r i s e r t v e d at den med jernladede zeolitten er av typen MFI.

9.

Anordning ifølge krav 1, k a r a k t e r i s e r t v e d at den med jernladede zeolitten er en Fe-ZSM-5.

10.

Anordning ifølge krav 1, k a r a k t e r i s e r t v e d at det i minst en av katalysatorsjiktene anvendes en med jernladet zeolitt som er blitt behandlet med vanndamp.

11.

Anordning ifølge krav 1, k a r a k t e r i s e r t v e d at det som katalysator i minst et av katalysatorsjiktene anvendes en jernladet zeolitt i hvilken forholdet mellom ekstra-gitter-aluminium til gitter-aluminium utgjør minst 0,5.