Anlage und Verfahren zur thermischen Abgasbehandlung
Die Erfindung betrifft eine Anlage sowie ein Verfahren zur wirtschaftlichen Verbrennung von Abgas- bzw. Abluftströmen, die mit organischen Schadstoffen und/oder Stickstoff-Verbindungen belastet sind, gegebenenfalls zur Reinigung von Gasen.
Bei der Abgasverbrennung sind oft sehr große Gasmeπgen mit in Bezug auf den Heizwert sehr geringfügigen Belastungen auf ca. 700 bis 900°C zu erhitzen und wieder abzukühlen. Die dafür nötigen Wärmetauscher werden als Rekuperatoren (Rohrbündelwärmetauscher oder Plattenwärmetauscher) oder als Regeneratoren ausgeführt.
Regeneratoren wurden bereits als Winderhitzer für Hochöfen vor langer Zeit eingesetzt und werden auch in jüngster Zeit in der Abgasreinigung wieder mit Erfolg eingesetzt.
Dabei ist es meist nötig, die Anlagen mit mindestens drei Regeneratoren auszurüsten, um das nach der Abkühlphase im Regenerator verbleibende Rohgas mit Reingas in die Brennkammer zu spülen.
Die einzelnen Regeneratoren werden mit diversen Füllkörpern gefüllt, die den Nachteil haben, daß sie nur geringe Strömungsgeschwindigkeiten erlauben, wenn die Druckverluste gering gehalten werden sollen.
Dadurch ergibt sich ein ungünstiges Verhältnis von Durchmesser zu Höhe, wodurch der thermische Wirkungsgrad schlechter wird. Außerdem kommt es bei der Verbrennung von Stickstoff-Verbindungen, wie z.B. Ammoniak oder Nitrobenzol, zu verstärkter Bildung von Stickoxiden, die beim
Einsatz von Regeneratoren als Wärmetauscher in einer nachfolgenden Reduktions-Einheit separat entfernt werden müssen.
Häufig ist in den Regeneratoren ein von Kanälen durchzogenes, aus Schamotte-Steinen aufgebautes Gitterwerk als Wärmespeichermasse vorgesehen. In einem solchen Gitterwerk sind zwar die Druckverluste relativ gering, und sie erlauben eine höhere Strömungsgeschwindigkeit der thermisch zu behandelnden Gase, infolge der relativ großen freien Quer¬ schnitte für die Strömung und der relativ hohen Querschnitte der Steine selbst ist jedoch der Wärmetausch verzögert, so daß Wirkungsgrade im Be- reich von maximal etwa 90% erreichbar sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anlage und ein Ver¬ fahren zu schaffen, die bzw. das die Nachteile der bisher bekanntgewor¬ denen Anlagen und Verfahren vermeidet und bei minimalem Abrieb im Falle
staubförmiger Partikel im Abgas, bei hoher Raum- und Dimensionsstabilität, weiters bei einfachem Aufbau und leichter Manipulierbarkeit der Einzelelemeπte der Wärmespeicher hohe Durchsatzgeschwindigkeiten bei geringen Druckverlusten und damit kompakte Baugrößen und sowie hohe Wirkungsgrade beim Wärmetausch selbst erlaubt. Es wurde gefunden, daß Wärmespeichermassen, die mit definierten, in räumlicher Ordnung angeordneten Wabenkörpern aufgebaut sind, für die alternierende Erhitzung und Abkühlung strömender Gase besonders wirkungsvoll sind. Gegenstand der Erfindung ist somit eine Anlage zur thermischen Oxidation von organischen KohlenstoffVerbindungen, insbesondere Kohlenwasserstoffen, und/oder Stickstoff erbindungen in Abgas- bzw. Abluftströmen - gegebenenfalls zur Reinigung von Gasen - mit regenerativer Wärmerückgewinnung, wobei der Abgas- bzw. Abluftstrom wechselweise in mindestens zwei, jeweils Wärmespeichermassen aufweisenden Regeneratoren aufgewärmt und abgekühlt wird, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Regeneratoren jeweils eine Wärmespeichermasse aufweisen, die mit mindestens einem, im wesentlichen pris enförmigen, mit der Prismenhauptachse im wesentlichen in Gas-Strömungsrichtung ausgerichtet angeordneten Speicherkörper gebildet ist, dessen Inneres eine Vielzahl von, bevorzugt regelmäßig angeordneten, durchgehenden, in beide Prismenendflächen mündenden, zur Prismenhauptachse im wesentlichen parallel und im wesentlichen geradlinig verlaufenden Kanälen, vor¬ zugsweise mit untereinander im wesentlichen gleichen Kanalquerschnitten, aufweist.
In ihrer allgemeinen Form sind die in der erfindungsgemäßen Anlage zum ersten Mal für die Wärmespeicherung eingesetzten Speicherkörper als "Wabenkörper", welche entweder selbst aus einer katalytisch wirksamen Masse aufgebaut sind oder mit einer solchen beladen sind, für die verschiedensten Einsatzgebiete der Abgasbehandlung bekanntgeworden. Dabei stand jedoch immer der Kontakt zwischen strömendem gasförmigem Medium und Katalysatoroberflache zum Zwecke einer chemischen Reaktion voll im Vordergrund, und es bildete die Wärme-führung - meist finden exotherme Reaktionen statt - ein Problem, das dieser Technik durchaus Grenzen setzte.
Bisher bekanntgeworden ist eine Verwendung von Wabenkörpern ohne Katalysewirkung ausschließlich als Gasstrom-Gleichrichter, insbesondere in Abgas- und Rauchgasbehandlungs-Anlagen.
In völlig neuartiger Weise besteht die Erfindung nun darin, mit solchen in ihrer Grundform an sich bekannten Wabenkörpern äußerst wirkungsvolle Wärmespeicher aufzubauen und damit Regenerator-Anlagen für den eingangs genannten Zweck auszustatten. Besonderer Vorteil des Einsatzes der Prismenkörper als Wärmespeicher ist deren völlig unproblematischer Einbau in die Regeneratortürme, wobei eine hohe me¬ chanische Stabilität des Aufbaus infolge der regelmäßigen Form der Einzelelemente erreicht wird. Das Verhältnis zwischen frei durchströmbaren Querschnitt und dem vom Speicherkörper selbst eingenommenen Volumen ist für eine hohe Wärmeübertragungsrichtung besonders vorteilhaft, die Druckverluste sind auf einfache Weise gering zu halten.
Weiterer Vorteil der neuartigen Anlage ist weiters ihr niedriger
Energieverbrauch, da autothermer Betrieb schon bei Schadstoffgehalten
3 oberhalb 0,5 - 1 g/Nm erreicht wird. Der Regenerator speichert über 97% der zur Verbrennung erforderlichen Wärme, weniger als 3% verbleiben im
3 Reingas. Daher kann bei Schadstoff-Gehalten von über 2 g/Nm die Ge¬ winnung von Energieüberschüssen in Form von Prozeßdampf oder Heißwasser bereits wirtschaftlich sein. Der Heizwert von Konzentrationsspitzen kann im Regenerator gespeichert und gleichmäßig genutzt werden, es ist die Verwendung von flüssigen Abfällen als Zusatzbreπnstoff möglich. Die Be¬ heizung kann durch Erdgas, Flüssiggas, schwefelfreie flüssige Brennstoffe oder Elektrizität erfolgen, letztgenannte nurf wenn der Schadstoffgehalt
3 über 1 g/Nm liegt. Die Speichermasse läßt sich durch Extrusion von entsprechenden keramischen Massen, die für die jeweils benötigten Temperaturen geeignet sind, herstellen, vorzugsweise aus Steingut, Porzellan Mullit oder ande¬ ren Massen, die dem Fachmann geläufig sind.
Die spezifische Oberfläche der Speichermasse der neuen Regeneratoren
2 3 liegt vorteilhaft zwischen 200 und 1000 m /m .
Die Strömungsgeschwindigkeit in den einzelnen Speicherkörpern wird zwischen 2 und 10 m/s gewählt, wodurch die Druckverluste nicht zu hoch werden. Bei dieser Bau- und Durchströmungsart läßt sich ein guter
Wärmeübergang erzielen, sodaß Wirkungsgrade für die Wärmerückgewinnung von etwa 97 - 98% erzielt werden können, was bedeutet, daß bei einer
Rohgastemperatur von 100°C und einer Verbreπnungste peratur von 800°C das
Abgas nur 21°C erhitzt werden muß, bzw. daß das Abgas ohne Zufuhr von
3 zusätzlichem Brennstoff verbrennt, wenn nur 1 g/Nm Schadstoff mit einer
Verbrennungswärme von etwa 6000 kcal/kg im Abgas enthalten ist.
Wenn in den neuartig ausgestatteten erfindungsgemäßen Regeneratoren in vorteilhafter Weise vorgesehen ist, daß die Wärmespeichermasseπ der Regeneratoren, vorzugsweise unter Bildung einer Schicht bzw. "Lage", mit einer Mehrzahl von mit zumindest einem Teil ihrer Prismenmantelflächen aπeinanderliegend angeordneten Speicherkörpern gebildet ist, ist besonders hohe mechanische Stabilität der aus den Einzelprismen-Körpern aufgebauten Speichermassen praktisch ohne "Gas- und Wärmetausch-Schlupf" zwischen den Speicherkörpern gewährleistet. Als für eine Senkung der Druckverluste in der Anlage bevorzugte Ma߬ nahme kann vorgesehen sein, daß die Wärmespeichermassen der Regeneratoren mit mindestens zwei in Richtung des jeweiligen Gasstromes, gegebenenfalls im Abstand voneinander, mit ihren Prismenflächen, insbesondere mit ihren Kanälen, fluchtend angeordneten Speicherkörpern gebildet sind. Bei gleichartigen Einzelspeicherkörpern ist dadurch eine die Druckverluste gering haltende Fluchtung jedes der gasdurchströmbareπ Kanäle in übereinander angeordneten Speicherkörpern gesichert.
Besonders günstig ist der Zusammen- und Aufbau der Speichermassen bei in der Industrie üblichen Regeneratoren dann zu bewerkstelligen, wenn die Wärmespeichermassen der Regeneratoren mit prismatischen Speicherkörpern von etwa 0,2 - 1,0 m, insbesondere von etwa 0,4 - 0,6 m Prismenlänge und von etwa 0,1 - 0,5 m, vorzugsweise von 0,15 - 0,30 m Prismenendflächen-Seitenläπge gebildet sind.
Hohe Austauschfläche bei ausreichendem Speichervolumen läßt sich in günstiger Weise sichern, wenn die Wärmespeichermassen der Regeneratoren mit Speicherkörpern gebildet sind, deren Kanäle dem Prismenquerschnitt der Speicherkörper geometrisch ähnliche Querschnitte aufweisen.
Mit der bevorzugten Maßnahme, daß die Wärmespeichermassen der Regeneratoren mit Speicherkörpern mit untereinander gleichen, bevorzugt rechteckigen, quadratischen oder gleichmäßig sechseckigen Prismen-Querschnitten gebildet sind, lassen sich die durch die soeben vorher beschriebene Ausführungsvariante erzielbareπ Effekte noch verbessern.
Bei einer insbesondere auch im Hinblick auf Langlebigkeit auch bei Behandlung von staubhältigen Gasen vorteilhaften Form der erfindungsgemäßen Anlage, bei welcher ein im wesentlichen von der Betriebsdauer unabhängiger geringer Druckverlust gewährleistet ist, kann günstigerweise vorgesehen sein, daß die Wärmespeichermassen der
Regeneratoren mit Speicherkörpern mit Kanälen mit einem hydraulischen durch esser von 2 - 12 mm, vorzugsweise von 3 - 8 mm, gebildet sind.
Unter hydraulischem Durchmesser ist der Quotient aus der vierfachen Querschnittsfläche des Kanals durch dessen Umfang zu verstehen. Besonders bevorzugt für hocheffektiven Wärmetausch bei besonders kompakter Bauweise der Speichermasse in den Regeneratoren ist es, wenn die Wärmespeichermassen der Regeneratoren mit Speicherkörpern gebildet sind, deren Kanäle jeweils eine gasdurchströmbare Querschnittsfläche von
2 2 mindestens 3 mm , vorzugsweise von 4 - 100 mm , und insbesondere von 4 -
2 25 mm , aufweisen.
Insbesondere, wenn für die Oxidation der organischen Substanz im Ab¬ gas hohe Temperaturen des zu erhitzenden Abgases erforderlich sind, hat es sich besonders bewährt, wenn die Wärmespeichermassen der Regeneratoren mit Speicherkörpern mit bei 1300 - 1600°C gebrannter Porzellan- oder Mullitmasse gebildet sind.
Bei der Verbrennung von Stickstoff erbindungen bildet sich, je nach Art der Verbindung, ein großer Anteil von Stickoxiden. Wenn man nun eine Speicherkörperschicht aus Keramik durch eine solche aus Katalysatormasse ersetzt bzw. den Wabenkörper mit Katalysatormasse beschichtet, so können die Stickoxide direkt im Wärmetauscher reduziert werden und dieser kann dabei als Wärmetauscher voll funktionsfähig wirken.
Für diesen Fall ist eine in ihrer Wärmespeicherfunktion voll ausnützbare Anlagenvariante besonders günstig, bei welcher vorgesehen ist, daß jeweils ein Teil der Wärmespeichermassen der einzelnen Regeneratoren durch als Reduktionskatalysator ausgebildete und/oder mit einem derartigen Katalysator beladene Katalysator-Speicherkörper mit einer Ausführungsform der Wärme-Speicherkörper, wie sie bisher beschrie¬ ben ist, gebildet sind.
Das erforderliche Ammoniak kann dem Gasstrom jeweils "stromaufwärts" zugemischt werden. Die Zumischung erfolgt durch eine Verteilvorrichtuπg in jenem Regenerator, der gerade in der Aufheizphase ist. Der Katalysator wird in diesem Fall günstigerweise in jenem Bereich der Regeneratoren eingebaut, der im Bereich zwischen 200 und 450°C arbeitet.
Dementsprechend ist es besonders günstig, so vorzugehen, daß die als Reduktionskatalysator ausgebildeten und/oder damit beladenen Katalysator-Speicherkörper, vorzugsweise als jeweils die freie Querschnittsflächen der Regeneratoren füllende Katalysator-Speicher¬ körper-Lage - bezogen auf die Gasstromrichtung - zwischen mindestens
zwei ebenfalls jeweils die freie Querschnittsflächen der Regeneratoren füllenden Speicherkörperπ, vorzugsweise Speicherkörper-Lagen, angeordnet sind.
Besonders hohe katalytische Wirksamkeit bei der Entstickung läßt sich erreichen, wenn - wie bevorzugt - die Katalysator-Speicherkörper mit
Ti0?, in der Anatas-Modifikation und/oder einem Y-Zeolithen gebildet sind, welche jeweils mit Vanadiumpentoxid und/oder Wolframoxid aktiviert sind.
Wenn in den Regeneratoren der efindungsgemäßen Anlage zwischen zwei Wärmespeicherkörper-Schichten eine Schicht von Katalysator-Speicherkör¬ pern zur Reduktion von Sauerstoff angeordnet ist, kann diese z.B. auch zur Entfernung von Sauerstoff-Restmengen aus Stickstoff oder Argon und damit zur Herstellung von Reingasen dienen.
Gegenstand der Erfindung ist weiters ein Verfahren zur thermischen Oxidation von organischen KohlenstoffVerbindungen, insbesondere Kohlen¬ wasserstoffen, und/oder StickstoffVerbindungen in Abgas- bzw. Abluftströ¬ men, gegebenenfalls zur Reinigung von Gasen, mit regenerativer Wärme¬ rückgewinnung, wobei der Abgas- bzw. Abluftstrom wechselweise in minde¬ stens zwei Wärmespeichermassen aufweisenden Regeneratoren aufgewärmt und abgekühlt wird, das sich besonders vorteilhaft auf einer wie vorher be¬ schriebenen erfindungsgemäßen Anlage realisieren läßt.
Das neue Verfahren besteht im wesentlichen darin, daß der Abgas¬ oder Abluftstrom durch eine Speichermasse geführt wird, die mit mindestens einem, im wesentlichen prismenför igen, mit der Prismenhauptachse im wesentlichen in Gas-Strömungsrichtung angeordneten Speicherkörper gebildet ist, dessen Inneres eine Vielzahl von, bevorzugt regelmäßig angeordneten, durchgehenden, in beide Prismenendflächen mün¬ denden, zur Prismenhauptachse im wesentlichen parallel und im wesentlichen geradlinig verlaufenden Kanälen, mit vorzugsweise untereinander im wesentlichen gleichen Kanalquerschnitteπ, aufweist. Es ermöglicht bei etwa gleichen Investitionskosten pro m Austausch¬ flächen wie bei bisher üblichen, mit Füllkörpern gebildeten Speicher¬ massen, bei hoher Langlebigkeit einen hohen Wirkungsgrad bei der Wärme¬ rückgewinnung im Bereich von mindestens 97%. Wenn in vorteilhafter Weise vorgesehen ist, daß der Abgas- oder Abluftstrom durch eine Speichermasse geführt wird, welche mit Speicherkörpern gebildet ist, deren gasdurchströmbaren Kanäle hydrau¬ lische Durchmesser von 2 bis 12 mm, vorzugsweise von 3 bis 8 mm, auf-
weisen und daß mindestens zwei derartige Speicherkörper hintereinander geschaltet werden, deren Länge vorzugsweise zwischen 0,2 und 1 m, insbesondere etwa 0,5 beträgt, wobei ein Teil der Speicherkörper selbst als Reduktionskatalysator ausgebildet sein kann, ist hohe mechanische Stabilität der Speichermasse auch nach durch die hohe Temperaturwechselzahl und unter anderem durch Temperaturspannungeπ verursachten Dimensionsänderungen der Speicherkörper bei gering gehaltenen Druckverlusten sichergestellt. Wenn ein Teil der Speicherkörper bei sonst gleicher geometrischer Ausbildung mit Katalsyseeigenschaften ausgestattet wird, kann neben der angestrebten Verbrennung organischer Bestandteile im Abgas auch eine Reduktion von stickoxidhältigen Verbindungen, oder eine katalytische Oxidation vorge¬ nommen werden.
Wird gemäß einer ebenfalls günstigen Variante so vorgegangen, daß der Abgas- oder Abluftstrom durch eine Speichermasse geführt wird, welche mit Speicherkörpern gebildet ist, deren gasdurchströmbare Kanäle eine
2 2
Querschnittsfläche von mindestens 3 mm , vorzugsweise von 4 bis 100 mm ,
2 und insbesondere von 4 bis 25 mm , aufweisen, ist die Wärmeübertragung besonders hoch, was besonders kompakte Bauweise, kurze Gaswege durch die Speichermasse und geringe Zyklus-Umschaltzeiten ermöglicht.
Günstige Resultate bei der Eπtstickung der Abgase bzw. Abluft können, wie sich gezeigt hat, erreicht werden, wenn zur selektiven Re¬ duktion der Stickoxide in der Temperaturzone der Wärmespeichermasse zwi¬ schen 200 und 450°C die Katalysator-Speicherkörper mit Ti0„ in der Anatas-Modifikation und/oder mit Y-Zeolithen gebildet sind, und mit Vanadiumpentoxid und/oder Wolframoxid aktiviert sind.
Die Entstickungsrate kann auf günstige Art noch gesteigert werden, wenn der Abgas- oder Abluftstrom durch eine Speichermasse geführt wird, in welcher ein Teil der Speicherkörper, vorzugsweise eine von ihnen gebildete, den gesamten vom Abgas bzw. von der Abluft durchströmten Querschnitt der Regeneratoren deckende Lage mit als Reduktions-Kataly¬ sator ausgebildeten und/oder mit einem derartigen Katalysator beladenen Katalysator-Speicherkörpern gebildet ist.
Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, so vorzugehen, daß ein, insbesondere von einer Verbrennung von stickstoffhaltigen Verbindun¬ gen, Stickoxide enthaltender Abgasstrom an einer zwischen mindestens zwei mit den Speicherkörpern gebildeten Lagen angeordneten läge mit Katalysa¬ tor-Speicherkörpern selektiv reduziert wird.
Bei einer zu begünstigenden Verfahrensvariaπte, deren Merkmal es im wesentlichen ist, daß der zur Reduktion der Stickoxide im Abgasstrom er¬ forderliche Ammoniak in dem jeweils in der Aufheizphase befindlichen Re¬ generator jeweils gasstromaufwärts für den Katalysator-Speicherkörpern zur selektiven Reduktion dem Abgasstrom zugemischt wird, ist die Anwesen¬ heit eine für die genannte Reduktion der Stickoxide ausreichenden Reduk- tioπsmittelmenge in vorteilhafter Weise sicherstellbar.
Zu einer besonderen Vereinfachung, welche die Zuführung eines ge¬ sonderten Reduktionsmittels an die Katalysatorkörper erspart, gelangt man schließlich, wenn man vorsieht, daß bei der Verbrennung von mit Ammoniak belastetem Abgas die Katalysator-Speicherkörper für eine nachfolgende selektive Reduktion von Stickoxiden in der sich in einer Abkühlphase be¬ findlichen Wärmespeichermasse adsorptiv mit Ammoniak beladen werden und das adsorbierte Ammoniak in einer Aufheizphase zur Reduktion der in einer Brennkammer aus dem restlichen Teil des Ammoniaks und den stickstoffhal¬ tigen Verbindungen gebildeten Stickoxide zu Stickstoff und Wasser eingesetzt wird.
Besonders vorteilhaft ist also der Einbau der Katalysator-Speicher¬ körper, wenn Ammoniak im Rohgas bereits vorhanden ist. In diesem Fall wird der Ammoniak durch die hervorragende Speicherwirkung des erfindungs¬ gemäß eingesetzten Trägermaterials adsorbiert und es wird nur jener Teil des Ammoniaks in die Brennkammer durchgelassen, der die Sättigung des Katalysators übersteigt. Dieser Anteil wird dann zu Stickoxiden verbrannt und wird an dem in der Aufheizphase befindlichen Katalysator mit dem dort gespeicherten Ammoniak reduziert.
Wenn man als Grundkörper Y-Zeolithe oder Titanoxid der Anatas-Form einsetzt, können wie in handelsüblichen "Denox"-Katalysatoren Vanadiu pentoxid oder Wolframoxid als Aktivmasse eingesetzt werden. Das Gleichgewicht stellt sich dabei automatisch ein, soferne die Speicherkapazität für Ammoniak groß genug ist. Da die Dauer einer Periode in der Praxis aber zwischen 1 und 4 min liegt, reicht die Speicherka¬ pazität der Katalysator-Speicherkörper in der Praxis aus. Die Raumge- schwiπdigkeit für die Durchströmung der Katalysatoren liegt normalerweise
3 3 bei 10.000 Nm Abgas je m Katalysator und Stunde. Wenn die Periodendauer 3 min betragt und die Konzentration an Ammoniak im Rohgas 2 g/Nm
3 beträgt, muß 1 Katalysator nur 1 kg Ammoniak speichern.
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert: Es zeigen
Fig.l schematisch einen erfinduπgsgemäßen Speicher- bzw. gleichartig
ausgebildeten Katalysator-Speicherkörper in Schrägansicht, Fig.2 eine An¬ sicht einer Prismenendfläche eines für die erfindungsgemäße Anlage vor¬ gesehenen Speicherkörpers mit Beispielen für verschiedene Kanal-Quer¬ schnitte, Fig.3 eine schematische Darstellung einer Anlage, die nur zur thermischen Abgas- bzw. Abluft-Oxidation gemäß Erfindung vorgesehen ist, und schließlich Fig.4 ebenso eine schematische Darstellung einer Anlage, die für eine regenerative thermische Abgas- bzw. Abluft-Oxidation bei gleichzeitiger Umwandlung von ebenfalls schadstoffbildenden Stickstoffverbindungen wie Ammoniak in unschädlichen Stickstoff vorgesehen ist.
Der in Fig.l schematisch dargestellte, hier quadratisch-prismatische Speicherkörper 10 mit Prismenmantelfläche 13 mit Kanten der Länge k und den beiden Prismenendflächen 11 und 12 mit Begrenzungsseiten s weist in Gasstromrichtung rl oder r2 und parallel zur Prismenhauptachse a sich er- streckende Kanäle 15 quadratischen Querschnitts auf. Eine Mehrzahl solcher gleichartiger Speicherkörper 10, die bei gleicher Geometrie auch als Katalysator-Speicherkörper 10a ausgeführt sein können, können mit ihren Prismenmantelflächen 13 aneinanderliegend Lagen von Speicherkörpern bilden, welche schließlich wieder, vorzugsweise fluchtend, in Mehrzahl übereinander - meist mit Abstand zueinander - in einem Regenerator ange¬ ordnet sein können, wodurch schließlich eine Speichermasse jeweils gewünschten Gesamtvolumens aufgebaut ist. Das Material der Speicherkörper 10 ist vorteilhaft ein thermostabiles oxidisches, insbesondere "kerami¬ sches" Material mit bevorzugterweise "dichtem" Scherben. Fig.2 zeigt die Geometrie der erfindungsgemäß zur Wärmeübertragung vorgesehenen wabenartigen quadratisch-prismatischen Speicherkörper 10, welche jeweils gleich ist mit der Geometrie der ebenfalls Wärmetausch- funktioπ ausübenden Katalysator-Speicherkörper 10a, anhand einer Ansicht vor deren Prismeπendflache 11. Der Körper weist bei abgerundeten Pris- menhauptkanten, von bevorzugt 0,5 m Länge und Prismenendseiten s mit bevorzugt etwa 0,15 Länge eine Großzahl regelmäßig angeordneter, durchgehender Kanäle 15 mit quadratischer Querschnittsfläche auf, wobei zu Demonstrationszwecken vier Bereiche I - IV mit Kanälen verschiedener Dimensionen, nämlich mit 10, 8, 5 und 2 mm Seitenlänge b, gezeigt sind. Besonders bevorzugt, weil hohe Wirkungsgrade bei der Schadstoffbe- seitigung auch kleinster Konzentrationsmengen in Abluft oder Abgasen sichernd, sind Kanäle der Dimension und Anordnung gemäß den Bereichen III und IV, wobei bei letzteren die geometrische Oberfläche etwa 800 m /rrP
Speicherkörpermasse beträgt. Die Breite der Stege 16 beträgt bevorzugt 0,5 bis 1 mm.
Bei der Anlage zur Verbrennung von Schadstoffen in Abgasströmen gemäß Fig.3 wird mittels Gebläse 5 eine, z.B. mit Aceton, verunreinigte, also nachzubehandelπde Abluft von 20 aus durch die erfindungsgemäße Anlage 1 mit drei verbundenen Regeneratoren 1010,1020,1030 gesaugt. Diese weisen in ihren Iπnenräumen jeder für sich mit mehreren Lagen von fluchtend übereinander gestapelten Speicherkörpern 10 gebildete Speichermassen 101,102,103 auf. Von den drei Speichermassen befindet sich jeweils eine wechselweise in der Abkühlphase, eine in der Aufheizphase und eine in der Spülphase. In der Abkühlphase wird das kalte Rohgas mit einer vorher aufgeheizten Speichermasse, z.B. 101, z.B. von 60 auf 750°C erhitzt, in der Brennkammer 4 wird der Gasstrom durch die Verbrennuπgswärme der organischen Substanz weiter erhitzt und kann mit einer Heizung 6 zusätzlich noch nacherhitzt werden. Der heiße Gasstrom gelangt dann in einen in der Aufheizphase befindlichen Regeneratorteil 1020 und wird dort auf 90°C abgekühlt. Der Regeneratorteil 1030 wird während dieser Zeit mit etwa 5 - 10% des Reingasstromes 21 gespült, sodaß bei der Umschaltung des Gasstromes keine unbehandelte Abluft in das Reingas gelangt. Wenn sich die Speichermasse 102 in dem in der Aufheizphase befindlichen Regeneratorteil 1020 so weit aufgeheizt hat, daß das Reingas den Regenerator z.B. mit 95°C verläßt, wird dieser erhitzte Regeneratorteil mit Rohgas beaufschlagt und der gespülte Regeneratorteil 1030 wird aufgeheizt, bis dieser wieder das Reingas nur auf 95°C abkühlt usw. Das gereinigte Abgas verläßt schließlich die Anlage durch einen Kamin 8. Mit dem Symbol 7 sind Temperaturkontroll-Sensoren bezeichnet, die jeweils mit einer zentralen Programmspeicher-Steuereinrichtung 70 verbunden sind, von wo über Steuer¬ leitungen 71 Steuerimpulse zu den einzelnen Stellorganen 73 der Gasstrom- regelorgane 72 ausgesendet werden.
Bei der Anlage mit Katalsysatormasse gemäß Fig. sind die Regenera¬ torteile mit den Symbolen 1010,1020,1030, deren Hochtemperaturspeicher mit 1011,1021,1031, deren Katalysatorspeicher mit 101a,102a,103a und deren Niedertemperaturspeicher mit 1012,1022,1032 bezeichnet, die jeweils mit kanaldurchzogenen Speicherkörpern 10 bzw. Katalysator-Speicherkörpern 10a gebildet sind. Weitere, auch weiter unten nicht mehr näher erläuterte Symbole haben gleiche Bedeutung wie für Fig.3 angegeben. Ein konkretes Beispiel erläutert die Funktion:
Das Rohgas 20 strömt in den Regenerator 1010, wird in dessen Speichermasse 1012 auf ca. 200°C erwärmt, an der Katalysatormasse 101a wird NH3 adsorbiert und außerdem das Rohgas auf ca. 400°C erhitzt und in der Speichermasse 1011 wird das Rohgas auf ca. 800°C erhitzt, wobei die Schadstoffe oxidiert werden, das im Abgas noch vorhandene Ammoniak wird zu NO und NO verbrannt.
In der Speichermasse 1021 wird das heiße Reingas wieder auf ca. 420°C gekühlt, der von der letzten Kaltphase adsorbierte Ammoniak in der Katalysatormasse 102a reduziert NO und N0 zu Stickstoff und Wasser und gleichzeitig kühlt sich das Gas von 430°C auf ca. 230°C ab. Im Speicher 1022 gibt das Reingas den restlichen Wärmegehalt ab und verläßt den Re¬ generator 1020 um 30°C heißer, als die Rohgastemperatur war, über den Kamin 8 die Anlage. Regenerator 3 wird von einer geringen Reingasmenge (<10%) durchspült solange, bis die Umschaltung eingeleitet wird.
Wenn die Reingastemperatur um einen bestimmten Wert höher ist als die Rohgastemperatur oder nach einer vorzugebenden Zeit, werden die Regelorgane in der Art umgeschaltet, daß das Rohgas in den gerade aufge¬ heizten Regenerator eintritt und das Reingas seine Wärme im gespülten Regeneratorteil 1030 abgibt und dieser Regenerator dabei gespült wird. Die Umschaltung erfolgt jedenfalls immer so, daß das Rohgas in einen ge¬ spülten Regenerator geleitet wird.
Bei Ausführung der Anlage mit nur zwei Regeneratoren, entfällt der Spülzyklus und es können nicht so gute Reinigungsergebπisse erzielt werden.
Die Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele näher erläutert:
Beispiel 1:
3 3
1000 Nm /h Abgas, das mit 1 g/Nm Aceton beladen ist, wird wie für
Fig.l erläutert, über ein Gebläse durch die Anlage gesaugt. Die Regenera- torteile bestehen aus drei mit erfindungsgemäß vorgesehenen Speicher¬ körpern gebildeten Speichermassen, von denen jeweils eine wecheselweise in der Abkühlphase, eine in der Aufheizphase und eine in der Spülphase ist. In der Abkühlphase wird das kalte Rohgas mit der heißen Speicher¬ masse von 60°C auf 750°C erhitzt, in der Brennkammer wird der Gasstrom durch die Verbrennungswärme des Acetons von 750 auf 775°C und mittels der Heizung von 775°C auf 780°C erhitzt. Der 780°C heiße Gasstrom gelangt dann in den in der Aufheizphase befindlichen Regeneratorteil und wird dort auf 90°C abgekühlt. Der dritte Regeneratorteil wird während dieser
Zeit mit ca. 5 - 10% des Reingasstromes gespült, so daß bei der Umschal¬ tung des Gasstromes keine unbehandelte Abluft in das Reingas gelangt. Wenn sich die Speichermasse in dem in der Aufheizphase befindlichen Regeneratorteil so weit aufgeheizt hat, daß das Reingas den Regenerator mit 95°C verläßt, wird der erhitzte Regeneratorteil mit dem Rohgas beauf¬ schlagt und der gespülte Regeneratorteil aufgeheizt, bis dieser wieder das Reingas nur auf 95°C abkühlt usw.
Die Speichermassen sind alle drei gleich ausgeführt und bestehen aus aus je acht Elementen mit 150 x 150 mm Querschnitt und sechs Elementen mit je 300 mm Länge, jeweils in Strömungsrichtung ausgerichtet. Die
Geometrie der einzelnen Elemente ist gemäß Fig.l und 2 ausgeführt, der
Abstand der Stege voneinander beträgt 3 mm und die Stegdicke beträgt 1
2 3 mm, wodurch sich die geometrische Oberfläche der Elemente mit 800 m /m ergibt. Die Umschaltuπg der Regeneratoren ergibt sich in der Praxis alle 3 min und der Druckverlust je Regenerator beträgt 20 mbar.
Im gewonnenen gereinigten Abgas konnte Aceton nicht mehr nachgewie¬ sen werden.
Beispiel 2:
3 3 3
1000 Nm /h Abgas mit 1 g/Nm Aceton und 1 g/Nm Ammoniak werden in der gleichen Anlage wie in Beispiel 1 auf die gleiche Weise behandelt, mit dem Unterschied, daß von den 324 Litern Speichermasse je Regenerator¬ einheit 100 Liter aus Katalysator-Speicherkörpern zur selektiven Reduk¬ tion von Stickoxiden hergestellt sind, in diesem Fall wird ein Träger¬ material aus Titanoxid in Aπatas-Form verwendet, das mit ca. 1% Vanadium- pentoxid an der Oberfläche imprägniert ist. Die Katalysator-Elemente werden so in die Regeneratorteile geschichtet, daß von der Gesamthöhe von 1800 mm in Strömungsrichtung von der kalten zur warmen Seite erst 80 1 Speichermasse, dann 1001 Katalysator-Speichermasse und dann nochmals 134 1 Speichermasse liegen. Die Katalysator-Speichermasse hat die gleiche Geometrie des Strömungsquerschnittes wie die Wärmespeichermasse.
Der Ammoniak wird zu ca. 50% am Katalysator adsorbiert und der rest¬ liche Teil gelangt in die Brennkammer, wird dort zu NO und N0„ oxi- diert und wird im nachfolgenden Katalysator zu Stickstoff und Wasser reduziert.
Der Gehalt an Ammoniak im auf diese Weise gewonnenen Reingas liegt 3 3 3 unter 11 mmgg//NNmm uund der Gehalt an Stickoxiden liegt bei 25 mg/Nm gerechnet, als NO,