WO2010015009A1 - Verfahren und vorrichtung zur entstickung und entstaubung von bei verbrennungsprozessen anfallenden abgasen - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur entstickung und entstaubung von bei verbrennungsprozessen anfallenden abgasen Download PDF

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WO2010015009A1
WO2010015009A1 PCT/AT2009/000297 AT2009000297W WO2010015009A1 WO 2010015009 A1 WO2010015009 A1 WO 2010015009A1 AT 2009000297 W AT2009000297 W AT 2009000297W WO 2010015009 A1 WO2010015009 A1 WO 2010015009A1
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WO
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exhaust gases
catalyst
flow channels
parallel
plates
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PCT/AT2009/000297
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Inventor
Manfred Lisberger
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Scheuch Gmbh
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/74—General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
    • B01D53/86—Catalytic processes
    • B01D53/8621—Removing nitrogen compounds
    • B01D53/8625—Nitrogen oxides
    • B01D53/8631—Processes characterised by a specific device
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2258/00—Sources of waste gases
    • B01D2258/02—Other waste gases
    • B01D2258/0233—Other waste gases from cement factories
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2259/00—Type of treatment
    • B01D2259/45—Gas separation or purification devices adapted for specific applications
    • B01D2259/4591—Construction elements containing cleaning material, e.g. catalysts

Definitions

  • the invention relates to a process for the purification of waste gases produced in the cement clinker production in a furnace plant with a dust content> 5 g / m 3 and nitrogen oxides NO x , wherein the exhaust gases catalytically entstickt in a catalyst with multiple parallel flow channels and dedusted before exiting into the atmosphere become.
  • the present invention relates to a device for cleaning obtained in the cement clinker production in a furnace exhaust gases with a dust content> 5 g / m 3 and nitrogen oxides NO x , with a catalyst with multiple parallel flow channels for catalytic denitrification of the exhaust gases and at least one after the catalyst arranged filter stage for dedusting the exhaust gases before exiting into the atmosphere.
  • exhaust gases accumulate, which contain a high dust content and nitrogen oxides NO x .
  • the raw materials especially limestone, clay and silica are burned in an oven to cement clinker and then ground and bottled in appropriate containers.
  • rotary kilns are preferably used, which are heated to temperatures of 1350 to 1700 0 C, which are required for the cement clinker formation.
  • the raw materials are usually preheated in a preheating tower consisting of several consecutively arranged cyclones before they enter the rotary kiln.
  • the exhaust gases flow through the production process in countercurrent to the material flow and, after leaving the last cyclone heat stage, are fed to an exhaust gas purification system.
  • WO 97/48476 A1 describes a noble metal-coated catalyst for the reduction of pollutants in exhaust gases of internal combustion engines, wherein a photo-semiconductor is used, which is exposed to ultraviolet light.
  • DE 197 05 663 A1 shows a device for the reduction of nitrogen oxides in a dust-laden exhaust gas, wherein the catalyst is preceded by an electrostatic precipitator. Due to the pre-filtering the dust load of the exhaust gases supplied to the catalyst is very low.
  • the object of the present invention is therefore to provide an abovementioned method and device for cleaning exhaust gases resulting from combustion processes, in which the service life of the catalytic converter is increased and thus the maintenance intervals can be extended.
  • the method and the device should be feasible or producible as inexpensively as possible. Disadvantages of known methods and devices should be avoided or at least reduced.
  • the object of the invention is achieved by a method mentioned above, in which the exhaust gases are flowed through the catalyst from top to bottom and in only one layer parallel flow channels formed by tubes of round cross-section, tubes with a cross section with at least five corners whose corner angle> 90 °, or parallel plates, catalytic be de-starter, and that the flow channels of the catalyst are cleaned.
  • the flow direction of the catalyst from top to bottom and the use of only one layer of parallel flow channels the clogging of the catalyst can be delayed.
  • the use of catalysts designed in this way also reduces the clogging of the catalyst by the dust constituents of the exhaust gases.
  • the cleaning of the flow channels of the catalyst can be carried out at periodic intervals or as required, for example by compressed air, sound, mechanical cleaning or the application of appropriate cleaning liquids.
  • the exhaust gases are catalytically enteckickt in only one layer parallel flow channels with a length of at least 1.5 m. Since the blockage of the flow channels of the catalyst takes place mainly at the beginning of the flow channels of each layer of flow channels, it is advantageous to use only one layer of parallel flow channels. However, in order nevertheless to achieve the surfaces of the flow channels required for the catalytic denitrification, these are designed to be particularly long. In order to keep the cost of such catalysts low, the flow channels on the simplest possible geometries, which are relatively easy to produce even in a length of at least 1.5 m.
  • the exhaust gases are coarsely dedusted before the catalytic denitrification to 50 to 95%.
  • the dust content before entering the catalyst can be reduced accordingly and thus the clogging of the catalyst can be further delayed.
  • the effort can be kept low by deliberately coarse dedusting. Since the exhaust gases after exiting the rotary kiln usually have relatively high temperatures of usually 350 to 400 0 C, some filters for such a coarse dedusting, such as bag filter excreted.
  • the exhaust gases are dedusted mechanically or electrically before the catalytic denitrification.
  • the exhaust gases are dedusted before the catalytic denitrification up to a dust content of 1 to 20 g / m 3 .
  • the exhaust gases are preferably cooled.
  • filter stages which only withstand lower temperatures, such as, for example, dust removal from the exhaust gases, can be used. Bag filter, are used.
  • the thermal energy obtained by the cooling can be used for heating the factory building, but also for preheating the raw material in the cement production or the like, whereby the energy balance can be improved.
  • the object of the invention is also achieved by a device mentioned above, wherein the catalyst from top to bottom of the exhaust gases is flowed through and the catalyst consists of only one layer of parallel flow channels, which flow channels through tubes round cross-section, tubes with a cross section with at least five Corners whose corner angles are> 90 °, or plates arranged in parallel are formed, and means for cleaning the catalyst is provided.
  • the catalyst is used for regular or on-demand cleaning of the flow channels of the catalyst. Due to the inventively achieved higher service life of the catalyst and a purification of the catalyst is required only in longer maintenance intervals.
  • the flow channels are formed with a length of at least 1.5 m.
  • the flow channels are formed by parallel tubes of hexagonal cross-section. Such tubes have a larger internal angle, which complicate clogging of the flow channels.
  • the flow channels are formed by parallel plates, which are held by laterally arranged spacers.
  • the flow channels of the catalysts can be relatively be easily and inexpensively manufactured.
  • the spacers which are preferably arranged only in the side region, promote the blockage of the flow channels of the catalyst only to a small extent.
  • the plates can be flat in the simplest case.
  • At least one coarse dedusting filter for 50 to 95% of the exhaust gases is provided in front of the at least one catalyst.
  • the cost of such a filter can be kept relatively low due to the coarse dedusting and still the life of the catalyst can be significantly increased.
  • the at least one filter for dedusting can be formed by a centrifugal separator, in particular a cyclone or multicyclone.
  • a centrifugal separator in particular a cyclone or multicyclone.
  • Such mechanical filters are relatively robust and also suitable for exhaust gases of higher temperatures.
  • the at least one filter for dedusting can be formed by an electrostatic precipitator.
  • the dust particles are electrically charged so that they adhere to an electrode, the so-called collecting electrode.
  • the dust can be removed from the exhaust stream.
  • the at least one filter for dedusting for the purification of the exhaust gases is formed up to a dust content of 1 to 20 g / m 3 .
  • a device for cooling the dedusted and de-nitrogenized exhaust gases is preferably provided.
  • filters which are only suitable for lower exhaust gas temperatures can be used before they are released into the atmosphere, and furthermore the heat of the exhaust gases can be recovered for a better energy balance and used further.
  • Figure 1 is a schematic representation of a plant for cement clinker production according to the prior art.
  • Fig. 2 is a schematic view of a cement clinker manufacturing plant according to the present invention.
  • FIG. 3 shows a further embodiment of a plant for cement clinker production with a single-layered catalyst
  • Fig. 1 shows a schematic view of a device for cement clinker production according to the prior art.
  • the device for cement clinker production consists of a furnace 1, in particular a rotary kiln, in which the raw materials for the production of cement clinker are fired.
  • the raw materials in a preheating tower 2, which may consist of a plurality of superimposed cyclones 3, preheated.
  • the raw materials are placed on a material task 4 in the preheating tower 2.
  • the exhaust gases A flow against the flow of raw material through the preheating tower 2.
  • the exhaust gases A which contain both nitrogen oxides NO x and dust, pass into a catalyst 5.
  • flow channels 6 are formed by appropriately arranged elements, through which the exhaust gases A flow, followed by corresponding catalytic Reactions the nitrogen oxides NO x are partly converted into nitrogen N 2 and water H 2 O.
  • the denitrated exhaust gases A pass through a possible cooling device 7, on the one hand to lower the exhaust gases A to a temperature which are suitable for the subsequent filter stage 8 for dedusting the exhaust gases A.
  • a cooling device 7 the heat contained in the exhaust gases A recovered and used, for example, for heating a factory building, but also for preheating the components in the cement clinker production.
  • the filter stage 8 which may be formed by bag filter or electrostatic precipitator, the exhaust gases A pass through a chimney 9 into the atmosphere.
  • the fired raw material of the cement clinker conveyed with the exhaust gases A passes into a mill 10 where it settles before filling to grind a desired size.
  • Fig. 2 shows an embodiment of the invention, in which a catalyst 5 is used with only one layer of flow channels 6.
  • a single-layer catalyst 5 has lower clogging rates and thus a longer service life. It is also important for a lower blockage rate that the catalyst 5 is flowed through from top to bottom with the exhaust gases A, and the flow channels 6 have as few elements as possible, which promote a blockage. These include corners with a corner angle of> 90 ° or even elements to which the dust of the exhaust gases A can adhere. Since the blockage of the flow channels 6 of the catalysts 5 takes place predominantly in the inlet region of the flow channels 6, the blockage in a single-layer catalyst 5 is relatively lower than in the case of multi-layer catalysts 5. For regular or on-demand cleaning of the flow channels 6 of the catalyst 5, a corresponding device 12 can be provided be provided be provided for purifying the catalyst 5.
  • Fig. 3 shows a further embodiment of the subject invention, in which before the single-layer catalyst 5 is additionally provided a filter 11 for coarse dedusting of the exhaust gases A.
  • a filter 11 for coarse dedusting of the exhaust gases A.
  • deliberately only a rough dedusting of the exhaust gases A is made to 50 to 95%.
  • Such large ⁇ be dust to a dust content of preferably 1 to 20 g / m 3 is possible with relatively little effort and causes a significant extension of the life of the catalyst. 5
  • centrifugal separators for coarse dedusting before the catalyst 5 particularly.
  • the centrifugal separators may be formed, for example, by cyclones, multicyclones or deflection separators.
  • filters 11 are particularly cheap and mechanically very simple. Pre-dedusting up to 80% can be achieved with such centrifugal separators.
  • electrostatic precipitators can also be used as filters 11 for the pre-separation.
  • electrostatic precipitators are more expensive than centrifugal separators and have relatively low efficiency at high temeratures, they are also optimally applicable for coarse pre-dedusting of only 50 to 95%.
  • bag filters are possible, instead of textile tubular fabric metal mesh are used. Such filters are relatively expensive.
  • FIGS. 4 to 9 show various preferred embodiments of the flow channels 6 of the catalyst 5 according to the invention.
  • the flow channels 6 are formed by tubes 13 with a round cross-section.
  • the tubes 13 can be combined into tube bundles.
  • the length L of the flow channels 6 of the catalyst 5 is preferably at least 1.5 m. In this way, the required surfaces for a catalytic effect in the catalyst 5 can be achieved. Tubes 13 of round cross section can also be made relatively easily in such long lengths L.
  • the flow channels 6 of the catalytic converter 5 are formed by tubes of polygonal cross-section, in particular by hexagonal tubes 14. Also, such hexagonal tubes 14 can be assembled into a tube bundle.
  • the flow channels 6 can also be formed by parallel plates 15, which are held by corresponding spacers 16 in the desired position be. While the plates 15 are substantially planar according to FIG. 6, the plates according to FIG. 7 can also be wave-shaped or, according to FIG. 8, trapezoidal or, according to FIG. 9, also zigzag-shaped. As a result, the area of the plates 15 and thus the catalytically active surface of the catalyst 5 is increased.
  • the service life of the catalyst 5 can be increased and thus the maintenance interval of the catalyst 5 can be extended.
  • the additional cost is relatively low, whereby a wide application is possible.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Reinigung von bei Verbrennungsprozessen anfallenden Abgasen (A) mit einem Katalysator (5) mit mehreren parallelen Durchflusskanälen (6) zur katalytischen Entstickung der Abgase (A), und zumindest einer nach dem Katalysator (5) angeordneten Filterstufe (8) zur Entstaubung der Abgase (A) vor dem Austritt in die Atmosphäre. Zur Erhöhung der Standzeit des Katalysators (5) ist vorgesehen, dass der Katalysator (5) von oben nach unten von den Abgasen (A) durchströmbar ist, und der Katalysator (5) aus nur einer Lage parallel angeordneter Durchflusskanäle (6) besteht, welche Durchflusskanäle (6) durch Rohre (13) runden Querschnitts, Rohre (14) mit einem Querschnitt mit mindestens fünf Ecken, deren Eckwinkel >90° sind, oder parallel angeordnete Platten (15) gebildet sind.

Description

VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR ENTSTICKUNG UND ENTSTAUBUNG VOM BEI VERBRENNUNGSPROZESSEN ANFALLENDEN ABGASEN
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung von bei der Zementklinkerherstellung in einer Ofenanlage anfallenden Abgasen mit einem Staubgehalt >5 g/m3 und Stickoxiden NOx, wobei die Abgase in einem Katalysator mit mehreren parallelen Durchflusskanälen katalytisch entstickt und vor dem Austritt in die Atmosphäre entstaubt werden.
Ebenso betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Reinigung von bei der Zementklinkerherstellung in einer Ofenanlage anfallenden Abgasen mit einem Staubgehalt >5 g/m3 und Stickoxiden NOx, mit einem Katalysator mit mehreren parallelen Durchflusskanälen zur katalytischen Entstickung der Abgase und zumindest einer nach dem Katalysator angeordneten Filterstufe zur Entstaubung der Abgase vor dem Austritt in die Atmosphäre.
Bei einer Reihe von Verbrennungsprozessen fallen Abgase an, welche einen hohen Staubgehalt und Stickoxide NOx enthalten.
Beispielsweise werden bei der Zementklinkerherstellung die Rohstoffe, insbesondere Kalkstein, Ton und Kieselsäure in einem Ofen zu Zementklinker gebrannt und danach vermählen und in entsprechende Behältnisse abgefüllt. Zum Brennen der Rohstoffe werden vorzugsweise sogenannte Drehrohröfen verwendet, welche auf Temperaturen von 1350 bis 17000C aufgeheizt werden, welche für die Zementklinkerbildung erforderlich sind. Die Rohstoffe werden üblicherweise in einem Vorwärmturm bestehend aus mehreren hintereinander angeordneten Zyklonen vorgewärmt, bevor sie in den Drehrohrofen gelangen. Die Abgase durchströmen den Produktions- prozess im Gegenstrom zum Materialfluss und werden nach dem Verlassen der letzten Zyklonwärmstufe einer Abgasreinigung zugeführt. Bei der Entstickung, die einen Teil der Abluftreinigung darstellt, wird mit sogenannten SCR (Selective Catalytic Reduction) -Katalysatoren durch Zugabe von Ammoniak bzw. Ammoniak abgebenden Verbindungen, wie z.B. Ammoniakwasser oder Harnstoff, bei optimaler Betriebstemperatur eine Spaltung der Stickoxide NOx in den Abgasen in umweltneutralen Luftstickstoff N2 und Wasser H2O erreicht. Die Abgase gelangen nach einer allfälligen Abkühlung bzw. Wärmerückgewinnung schlussendlich in eine Filterstufe, wo sie entstaubt werden, bevor sie in die Atmosphäre austreten. Die Filterstufe vor dem Austritt der Abgase in die Atmosphäre kann beispielsweise durch Elektro- oder Schlauchfilter gebildet werden.
Der relativ hohe Staubanteil der Abgase führt zu einer raschen Verstopfung der Katalysatoren, weshalb diese häufig gereinigt bzw. gewartet oder ausgewechselt werden müssen. Um die Wechselintervalle der Katalysatoren zu verlängern, werden beispielsweise Katalysatoren mit relativ großen Querschnitten der Durchflusskanäle eingesetzt. Dies erfordert jedoch wieder ein größeres Volumen für den Katalysator. Beispielsweise beschreibt die EP 863 790 Bl einen solchen Katalysator, bei dem die Durchflusskanäle einen Mindestquerschnitt von 10 mm aufweisen. Auch mit diesen Katalysatoren sind noch nicht zufriedenstellende Standzeiten des Katalysators zu erreichen.
Die DE 196 35 383 Al beschreibt einen Katalysator für staub- haltige Abgase, wobei quadratische Querschnitte der Durchflusskanäle verwendet werden.
Die WO 97/48476 Al beschreibt einen Edelmetall-beschichteten Katalysator zur Minderung von Schadstoffen in Abgasen von Brennkraftmaschinen, wobei ein Photohalbleiter eingesetzt wird, der mit Ultraviolettlicht belichtet wird.
Die DE 197 05 663 Al zeigt eine Einrichtung zur Reduktion von Stickoxiden in einem mit Staub beladenen Abgas, wobei dem Katalysator ein Elektrofilter vorgeschaltet ist. Durch die Vorfilterung ist die Staubbelastung der dem Katalysator zugeführten Abgase sehr gering.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher in der Schaffung eines oben genannten Verfahrens und einer oben genannten Vorrichtung zur Reinigung von bei Verbrennungsprozessen anfallenden Abgasen, bei dem die Standzeit des Katalysators erhöht und somit die Wartungsintervalle verlängert werden können. Das Verfahren und die Vorrichtung sollen möglichst kostengünstig durchführbar bzw. herstellbar sein. Nachteile bekannter Verfahren und Vorrichtungen sollen vermieden bzw. zumindest reduziert werden.
Gelöst wird die erfindungsgemäße Aufgabe durch ein oben genanntes Verfahren, bei dem die Abgase von oben nach unten durch den Katalysator geströmt werden und in nur einer Lage paralleler Durchflusskanäle, gebildet durch Rohre runden Querschnitts, Rohre mit einem Querschnitt mit mindestens fünf Ecken, deren Eckwinkel >90° sind, oder parallel angeordnete Platten, katalytisch entstickt werden, und dass die Durchflusskanäle des Katalysators gereinigt werden. Durch die Durchströmungsrichtung des Katalysators von oben nach unten sowie die Verwendung nur einer Lage paralleler Durchflusskanäle, kann die Verstopfung des Katalysators verzögert werden. Durch die Verwendung derartig gestalteter Katalysatoren wird ebenfalls die Verstopfung des Katalysators durch die Staubanteile der Abgase reduziert. Die Reinigung der Durchflusskanäle des Katalysators kann in periodischen Abständen oder bei Bedarf, beispielsweise durch Druckluft, Schall, mechanische Abreinigung oder die Anwendung entsprechender Reinigungsflüssigkeiten, durchgeführt werden.
Vorzugsweise werden die Abgase in nur einer Lage paralleler Durchflusskanäle mit einer Länge von mindestens 1,5 m kataly- tisch entstickt. Da die Verstopfung der Durchflusskanäle des Katalysators hauptsächlich zu Beginn der Durchflusskanäle jeder Lage von Durchflusskanälen stattfindet, ist es von Vorteil, nur eine Lage paralleler Durchflusskanäle zu verwenden. Um jedoch trotzdem die für die katalytische Entstickung erforderlichen Oberflächen der Durchflusskanäle zu erzielen, sind diese besonders lang ausgebildet. Um die Kosten für derartige Katalysatoren gering zu halten, weisen die Durchflusskanäle möglichst einfache Geometrien auf, welche auch in einer Länge von mindestens 1,5 m relativ leicht herstellbar sind.
Vorzugsweise werden die Abgase vor der katalytischen Entstickung zu 50 bis 95% grob entstaubt. Durch die Entstaubung der Abgase vor der katalytischen Entstickung kann der Staubgehalt vor Eintritt in den Katalysator entsprechend reduziert werden und dadurch die Verstopfung des Katalysators weiter verzögert werden. Andererseits kann der Aufwand durch die bewusst grobe Entstaubung gering gehalten werden. Da die Abgase nach Austritt aus dem Drehrohrofen meist relativ hohe Temperaturen von üblicherweise 350 bis 4000C aufweisen, scheiden manche Filter für eine derartige grobe Vorentstaubung, wie z.B. Schlauchfilter, aus .
Vorzugsweise werden daher die Abgase vor der katalytischen Entstickung mechanisch oder elektrisch entstaubt.
Um den Aufwand für die grobe Vorentstaubung der Abgase gering zu halten, werden die Abgase vor der katalytischen Entstickung bis zu einem Staubgehalt von 1 bis 20 g/m3 entstaubt. Diese Werte können mit relativ einfach aufgebauten Filteranlagen er- reicht werden und bewirken bereits deutliche Verlängerungen der Standzeit des Katalysators, da dieser nicht so rasch verstopft wird.
Nach der katalytischen Entstickung werden die Abgase vorzugsweise gekühlt. Durch diese Kühlung können für die Entstaubung der Abgase auch Filterstufen, welche nur geringere Temperaturen aushalten, wie z.B. Schlauchfilter, zum Einsatz kommen. Die bei der Abkühlung gewonnene Wärmeenergie kann zum Beheizen der Fabriksgebäude, aber auch zum Vorwärmen des Rohmaterials bei der Zementherstellung oder dgl. eingesetzt werden, wodurch die Energiebilanz verbessert werden kann.
Gelöst wird die erfindungsgemäße Aufgabe auch durch eine oben genannte Vorrichtung, wobei der Katalysator von oben nach unten von den Abgasen durchströmbar ist und der Katalysator aus nur einer Lage parallel angeordneter Durchflusskanäle besteht, welche Durchflusskanäle durch Rohre runden Querschnitts, Rohre mit einem Querschnitt mit mindestens fünf Ecken, deren Eckwinkel >90° sind, oder parallel angeordnete Platten gebildet sind, und eine Einrichtung zur Reinigung des Katalysators vorgesehen ist. Wie bereits oben erwähnt, verstopfen derartig angeordnete und derartig ausgebildete Katalysatoren nicht so leicht, sodass deren Standzeiten erhöht werden können. Die Einrichtung zur Reinigung des Katalysators dient zur regelmäßigen oder bedarfsmäßigen Reinigung der Durchflusskanäle des Katalysators. Durch die erfindungsgemäß erzielten höheren Standzeiten des Katalysators ist auch eine Reinigung des Katalysators nur in längeren Wartungsintervallen erforderlich.
Um auch nur bei einer Lage von Durchflusskanälen im Katalysator eine ausreichende katalytische Wirkung zu erzielen, sind die Durchflusskanäle mit einer Länge von mindestens 1,5 m ausgebildet.
Vorzugsweise sind die Durchflusskanäle durch parallele Rohre sechseckigen Querschnitts gebildet. Derartige Rohre weisen einen größeren Innenwinkel auf, welche ein Verstopfen der Durchflusskanäle erschweren.
Eine weitere optimale Ausführungsform der Katalysatoren kann auch dadurch erzielt werden, dass die Durchflusskanäle durch parallele Platten gebildet sind, welche durch seitlich angeordnete Abstandhalter gehalten sind. Durch parallel angeordnete Platten können die Durchflusskanäle der Katalysatoren relativ einfach und kostengünstig hergestellt werden. Die vorzugsweise nur im Seitenbereich angeordneten Abstandhalter fördern nur zu einem geringen Teil die Verstopfung der Durchflusskanäle des Katalysators .
Die Platten können im einfachsten Fall eben ausgebildet sein.
Werden die Platten zick-zackförmig, trapezförmig oder wellenförmig ausgebildet, kann eine Vergrößerung der katalytischen Oberfläche gegenüber einer ebenen Ausführungsform der Platten bei gleicher Höhe der Durchflusskanäle erzielt werden.
Vorzugsweise ist vor dem zumindest einen Katalysator zumindest ein Filter zur groben Vorentstaubung zu 50 bis 95% der Abgase vorgesehen. Wie bereits oben erwähnt, können die Kosten für einen derartigen Filter aufgrund der groben Vorentstaubung relativ gering gehalten werden und dennoch die Standzeit des Katalysators deutlich weiter erhöht werden.
Der zumindest eine Filter zur Vorentstaubung kann durch einen Fliehkraftabscheider, insbesondere einen Zyklon oder Multizyklon, gebildet sein. Derartige mechanische Filter sind relativ robust und auch für Abgase höherer Temperaturen geeignet.
Ebenso kann der zumindest eine Filter zur Vorentstaubung durch ein Elektrofilter gebildet sein. Bei Elekrofiltern werden die Staubteilchen elektrisch geladen, sodass diese an einer Elektrode, der sogenannten Niederschlagselektrode, anhaften. Durch regelmäßige Abreinigung der Staubschicht auf der
Niederschlagselektrode kann der Staub aus dem Abgasstrom entfernt werden .
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, dass der zumindest eine Filter zur Vorentstaubung zur Reinigung der Abgase bis zu einem Staubgehalt von 1 bis 20 g/m3 ausgebildet ist. Durch eine derartige relativ geringe Vorentstaubung können die Kosten für einen solchen Filter vor dem Katalysator gering gehalten werden und zudem relativ hohe Abreinigungsintervalle für den Filter erzielt werden.
Nach dem Katalysator ist vorzugsweise eine Einrichtung zur Kühlung der vorentstaubten und entstickten Abgase vorgesehen. Durch die Kühlung der Abgase können vor deren Austritt in die Atmosphäre Filter angewendet werden, welche nur für niedrigere Abgastemperaturen geeignet sind, und darüber hinaus die Wärme der Abgase für eine bessere Engergiebilanz rückgewonnen und weiter verwendet werden. Die vorliegende Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Anlage zur Zementklinkerherstellung nach dem Stand der Technik;
Fig. 2 eine schematische Ansicht einer Anlage zur Zementklinkerherstellung gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 eine weitere Ausführungsform einer Anlage zur Zementklinkerherstellung mit einlagig ausgebildetem Katalysator; und
Fig. 4 bis Fig. 9 verschiedene Ausführungsformen der Durchflusskanäle des Katalysators.
Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zur Zementklinkerherstellung nach dem Stand der Technik. Die Vorrichtung zur Zementklinkerherstellung besteht aus einer Ofenanlage 1, insbesondere einem Drehrohrofen, in welcher die Rohstoffe zur Herstellung des Zementklinkers gebrannt werden. Üblicherweise werden die Rohstoffe in einem Vorwärmturm 2, der aus einer Vielzahl übereinander angeordneter Zyklone 3 bestehen kann, vorgewärmt. Zu diesem Zweck werden die Rohstoffe über eine Materialaufgabe 4 im Vorwärmturm 2 aufgegeben. Nach dem Gegen- stomprinzip gelangt das Rohmaterial in die Ofenanlage 1, wohingegen die Abgase A gegen den Strom des Rohmaterials durch den Vorwärmturm 2 strömen. Nach dem Vorwärmturm 2 gelangen die Abgase A, welche sowohl Stickoxide NOx als auch Staub enthalten, in einen Katalysator 5. Im Katalysator 5 werden durch entsprechend angeordnete Elemente Durchflusskanäle 6 gebildet, welche von den Abgasen A durchströmt werden, worauf durch entsprechende kataly- tische Reaktionen die Stickoxide NOx zum Teil in Stickstoff N2 und Wasser H2O umgewandelt werden. Die entstickten Abgase A gelangen weiter durch eine allfällige Kühleinrichtung 7, um einerseits die Abgase A auf eine Temperatur herabzusenken, welche für die nachfolgende Filterstufe 8 zur Entstaubung der Abgase A geeignet sind. Andererseits kann durch eine derartige Kühleinrichtung 7 die in den Abgasen A enthaltene Wärme rückgewonnen und beispielsweise zum Beheizen eines Fabriksgebäudes, aber auch zum Vorwärmen der Komponenten bei der Zementklinkerherstellung verwendet werden. Nach der Filterstufe 8, die durch Schlauchfilter oder Elektrofilter gebildet sein kann, gelangen die Abgase A über einen Schornstein 9 in die Atmosphäre. Nach dem Katalysator 5 gelangt das mit den Abgasen A beförderte gebrannte Rohmaterial des Zementklinkers in eine Mühle 10, wo es vor der Abfüllung auf eine gewünschte Größe vermählen wird.
Da die Abgase A vor dem Eintritt in den Katalysator 5 einen relativ hohen Staubanteil besitzen, verstopfen die Katalysatoren 5 relativ rasch und weisen eine relativ geringe Standzeit auf. Da die Abgase A vor dem Eintritt in den Katalysator 5 auch eine relativ hohe Temperatur aufweisen, die auch für die katalytische Wirkung erforderlich ist, scheiden eine Reihe von Maßnahmen zur Reduktion der Staubanteile vor dem Katalysator 5 aus. Bisher wurden daher keine Schritte unternommen, die Abgase A vor dem Katalysator 5 zu entstauben.
Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, bei der ein Katalysator 5 mit nur einer Lage an Durchflusskanälen 6 eingesetzt wird. Ein derartiger einlagiger Katalysator 5 weist geringere Verstopfungsraten und somit eine höhere Standzeit auf. Wichtig für eine geringere Verstopfungsrate ist auch, dass der Katalysator 5 von oben nach unten mit den Abgasen A durchströmt wird, und die Durchflusskanäle 6 möglichst wenig Elemente aufweisen, welche eine Verstopfung fördern. Dazu zählen Ecken mit einem Eckwinkel von >90° oder auch Elemente, an welchen der Staub der Abgase A anhaften kann. Da die Verstopfung der Durchflusskanäle 6 der Katalysatoren 5 vorwiegend im Eingangsbereich der Durchflusskanäle 6 stattfindet, ist die Verstopfung bei einem einlagigen Katalysator 5 relativ gesehen geringer als bei mehrlagigen Katalysatoren 5. Zur regelmäßigen oder bedarfsmäßigen Reinigung der Durchflusskanäle 6 des Katalysators 5 kann eine entsprechende Einrichtung 12 zur Reinigung des Katalysators 5 vorgesehen sein.
Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform der gegenständlichen Erfindung, bei der vor dem einlagig ausgebildeten Katalysator 5 zusätzlich ein Filter 11 zur groben Vorentstaubung der Abgase A vorgesehen ist. Um den Aufwand für eine derartige Vorentstaubung gering zu halten und die Kosten für einen derartigen Filter 11 gering zu halten, wird bewusst nur eine grobe Entstaubung der Abgase A zu 50 bis 95% vorgenommen. Eine derartige gro¬ be Entstaubung bis zu einem Staubgehalt von vorzugsweise 1 bis 20 g/m3 ist mit relativ geringem Aufwand möglich und bewirkt eine deutliche Verlängerung der Standzeit des Katalysators 5.
Da die Temperaturen der Abgase A vor dem Eintritt in den Ka¬ talysator 5 relativ hoch sind und für eine optimale katalytische Wirkung auch nicht zu sehr abgesenkt werden dürfen, eignen sich insbesondere mechanische Filter, wie Fliehkraftabscheider, zur groben Vorentstaubung vor dem Katalysator 5 besonders. Die Fliehkraftabscheider können beispielsweise durch Zyklone, Multizyklone oder Umlenkabscheider gebildet sein. Derartige Filter 11 sind besonders billig und mechanisch sehr einfach aufgebaut. Eine Vorentstaubung bis zu 80 % ist mit derartigen Fliehkraftabscheidern erzielbar.
Alternativ dazu können auch Elektrofilter als Filter 11 für die Vorabscheidung eingesetzt werden. Derartige Elektrofilter sind zwar gegenüber Fliehkraftabscheidern teurer und weisen bei hohen Temerpaturen relativ geringen Wirkungsgrad auf, sind jedoch für eine grobe Vorentstaubung von nur 50 bis 95% auch optimal einsetzbar.
Auch Kombinationen von Fliehkraftabscheidern und Elektrofil- tern sind denkbar, wobei die Fliehkraftabscheider für die Gro- bentstaubung und die Elektrofilter für die Feinentstaubung herangezogen werden. Allerdings steigt bei einer derartigen Kombination auch der Herstellungspreis für einen solchen Filter 11.
Theoretisch sind auch bei den relativ hohen Temperaturen Schlauchfilter möglich, wobei anstelle von textilen Schlauchgeweben Metallgewebe verwendet werden. Auch derartige Filter sind relativ teuer.
Die nachfolgenden Fig. 4 bis 9 zeigen verschiedene bevorzugte Ausführungsformen der Durchflusskanäle 6 des erfindungsgemäßen Katalysators 5.
Gemäß Fig. 4 werden die Durchflusskanäle 6 durch Rohre 13 mit rundem Querschnitt gebildet. Die Rohre 13 können zu Rohrbündeln zusammengefasst werden. Die Länge L der Durchflusskanäle 6 des Katalysators 5 beträgt vorzugsweise mindestens 1,5 m. Auf diese Weise können die erforderlichen Oberflächen für eine kata- lytische Wirkung im Katalysator 5 erreicht werden. Rohre 13 mit rundem Querschnitt können auch relativ leicht in derartig großen Längen L hergestellt werden.
Gemäß Fig. 5 werden die Durchflusskanäle 6 des Katalysators 5 durch Rohre mehreckigen Querschnitts, insbesondere durch Sechskantrohre 14, gebildet. Auch derartige Sechskantrohre 14 können zu einem Rohrbündel zusammengestellt werden.
Gemäß Fig. 6 können die Durchflusskanäle 6 auch durch parallel angeordnete Platten 15, welche durch entsprechende Abstandhalter 16 in der gewünschten Position gehalten werden, gebildet sein. Während die Platten 15 gemäß Fig. 6 im Wesentlichen eben ausgebildet sind, können die Platten gemäß Fig. 7 auch wellenförmig oder gemäß Fig. 8 trapezförmig bzw. gemäß Fig. 9 auch zick-zackförmig ausgebildet sein. Dadurch wird die Fläche der Platten 15 und somit die katalytisch wirksame Oberfläche des Katalysators 5 erhöht.
Die Figuren zeigen nur einige der möglichen Ausführungsvarianten für die Durchflusskanäle 6 des Katalysators 5, welche allesamt schwerer verstopfen als bisher verwendete Katalysatoren des Standes der Technik.
Durch das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Standzeit des Katalysators 5 erhöht und somit das Wartungsintervall des Katalysators 5 verlängert werden. Der kostenmäßige Mehraufwand ist relativ gering, wodurch eine breite Anwendung möglich ist.
Obgleich sich die dargestellten Ausführungsbeispiele auf eine Vorrichtung zur Zementherstellung richten, sind Anwendungen der gegenständlichen Erfindung auch bei Abgasen, welche bei anderen Verbrennungsprozessen entstehen und durch einen hohen Staub- und Stickoxidgehalt gekennzeichnet sind, denkbar.

Claims

Patentansprüche :
1. Verfahren zur Reinigung von bei der Zementklinkerherstellung in einer Ofenanlage (1) anfallenden Abgasen (A) mit einem Staubgehalt > 5 g/m3 und Stickoxiden (NOx) , wobei die Abgase (A) in einem Katalysator (5) mit mehreren parallelen Durchflusskanälen (6) katalytisch entstickt und vor dem Austritt in die Atmosphäre entstaubt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgase (A) von oben nach unten durch den Katalysator (5) geströmt werden und in nur einer Lage paralleler Durchflusskanäle (6) gebildet durch Rohre (13) runden Querschnitts, Rohre (14) mit einem Querschnitt mit mindestens fünf Ecken, deren Eckwinkel >90° sind, oder parallel angeordnete Platten (15) katalytisch entstickt werden, und dass die Durchflusskanäle (6) des Katalysators (5) gereinigt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgase (A) in nur einer Lage paralleler Durchflusskanäle (6) mit einer Länge (L) von mindestens 1,5 m katalytisch entstickt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgase (A) vor der katalytischen Entstickung zu 50 bis 95% entstaubt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgase (A) vor der katalytischen Entstickung mechanisch entstaubt werden.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgase (A) vor der katalytischen Entstickung elektrisch entstaubt werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgase (A) vor der katalytischen Entstickung bis zu einem Staubgehalt von 1 bis 20 g/m3 entstaubt werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgase (A) nach der katalytischen Entstickung abgekühlt werden.
8. Vorrichtung zur Reinigung von bei der Zementklinkerherstellung in einer Ofenanlage (1) anfallenden Abgasen (A) mit einem Staubgehalt > 5 g/m3 und Stickoxiden (NOx) , mit einem Katalysator (5) mit mehreren parallelen Durchflusskanälen (6) zur katalyti- schen Entstickung der Abgase (A) , und zumindest einer nach dem Katalysator (5) angeordneten Filterstufe (8) zur Entstaubung der Abgase (A) vor dem Austritt in die Atmosphäre, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator (5) von oben nach unten von den Abgasen (A) durchströmbar ist, und dass der Katalysator (5) aus nur einer Lage parallel angeordneter Durchflusskanäle (6) besteht, welche Durchflusskanäle (6) durch Rohre (13) runden Querschnitts, Rohre (14) mit einem Querschnitt mit mindestens fünf Ecken, deren Eckwinkel >90° sind, oder parallel angeordnete Platten (15) gebildet sind, und dass eine Einrichtung (12) zur Reinigung des Katalysators (5) vorgesehen ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchflusskanäle (6) eine Länge (L) von mindestens 1,5 m aufweisen.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchflusskanäle (6) durch parallele Rohre (14) sechseckigen Querschnitts gebildet sind.
11. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchflusskanäle (6) durch parallele Platten (15) gebildet sind, welche durch seitlich angeordnete Abstandhalter
(16) gehalten sind.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Platten (15) eben sind.
13. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Platten (15) zick-zackförmig ausgebildet sind.
14. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Platten (15) trapezförmig ausgebildet sind.
15. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Platten (15) wellenförmig ausgebildet sind.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Katalysator (5) zumindest ein Filter (11) zur groben Vorentstaubung zu 50 bis 95% vorgesehen ist.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Filter (11) zur Vorentstaubung durch einen Fliehkraftabscheider, insbesondere einen Zyklon oder Multizyklon, gebildet ist.
18. Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Filter (11) zur Vorentstaubung durch ein Elektrofilter gebildet ist.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Filter (11) zur Vorentstaubung zur Reinigung der Abgase (A) bis zu einem Staubgehalt von 1 bis 20 g/m3 ausgebildet ist.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Katalysator (5) eine Einrichtung (7; zur Kühlung der vorentstaubten und entstickten Abgase (A) vorgesehen ist.
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