WO2014201485A1 - Katalysatorreaktor - Google Patents

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WO2014201485A1
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Michael AUMANN
Andreas Hartung
Thomas Krainer
Thomas Nagl
Gerhard PÖLZL
Mario Schweiger
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Ibiden Porzellanfabrik Frauenthal Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a catalyst reactor with internals of catalyst modules.
  • SCR catalysts represent the state of the art for the de-icing of flue gases. This makes a significant contribution to the reduction of ground-level ozone, acid rain and the greenhouse effect. This technology is used in thermal power plants and waste incineration plants as well as in internal combustion engines and many industrial sectors.
  • catalysts are also used, for example, for the degradation of dioxins and furans, which has become particularly prevalent in waste incineration plants as a technical standard.
  • Catalyst elements are offered, for example, in the form of hollow extruded honeycomb bodies or in the form of carrier materials whose surface is provided with a catalytic layer and which are called plate catalysts. Further variants are, for example, catalysts in pellet form, zeolite catalysts in which the active layer is applied to a ceramic support by means of a washcoat process, and catalysts designed as wave-shaped plates.
  • the individual catalyst elements are packed in catalyst modules (for example steel modules), which are referred to collectively as catalyst layer. Between the individual catalyst modules and between the catalyst modules and the wall of the modules receiving Reactor housing seals are provided to force the flue gas flow through the catalyst elements.
  • catalyst modules for example steel modules
  • a significant performance parameter is the pressure loss associated with incorporation of the catalyst modules into the reactor. It is desirable to minimize this undesirable pressure drop.
  • the pressure loss is influenced inter alia by the choice of the geometry of the catalyst elements. The choice of geometry, however, set production-related and process-related limits.
  • the size of the SCR reactor also directly affects the pressure loss. There are limits to the freedom of design: on the one hand by on-site restrictions, in particular with later retrofitted SCR reactors, and on the other hand by economic considerations.
  • the object of the invention is to provide catalyst modules with the greatest possible catalytically active surface area for a given limited reactor cross-section while at the same time minimizing the pressure loss caused by the catalyst modules.
  • This object is achieved in a Kataysa- torreaktor the introductory type according to the invention that the sum of the Anströmein trecs vom the individual catalyst modules per catalyst layer is greater than the flow inlet surface of the catalyst reactor, wherein the module inlet surface of the main flow direction facing surface of the catalyst module side is defined, and wherein the Catalyst modules are positioned in the catalyst reactor such that the catalyst elements installed in the catalyst modules are flowed through by the inlet side and / or the outlet-side flow direction deviating from the flue gas.
  • the provision of the required catalyst surface and the associated catalyst volume is thus achieved by the inventive arrangement of the catalyst modules in ⁇ within the catalyst reactor, which brings an increase in the depth of the catalyst module assembly with it.
  • the cross section of the SCR reactor remains unchanged.
  • catalyst modules are additionally provided, which flow through the flue gas parallel to the orientation of the inlet-side and / or the outlet-side flow direction. These may be located, for example, in the same catalyst layer and / or in a preceding or downstream catalyst layer.
  • Fig. 1 is a schematic perspective view of a catalyst reactor according to the invention
  • Fig. 2 is a schematic plan view
  • Fig. 3 is a front view
  • Fig. 4 is a schematic section along the line IV-IV in Fig. 3 show.
  • the per se conventional structure of a parallelepipedi see catalytic reactor 1 is determined by the fact that the flue gas flow S within the catalyst module 2 without caused by the catalyst deflection of the (main) flow direction of the inlet side 2 'of a catalyst module 2 through channels 4 of the catalyst elements to the exit side 2 "of the catalyst module 2 flows.
  • the parallelepipedic catalyst modules 2 are repositioned differently from the previous practice with respect to the inlet side 2 'and / or the outlet side 2 "or the flow direction in the catalyst reactor 1.
  • the flow through the catalyst elements 3 takes place in a direction deviating with respect to the inlet-side and / or the outlet-side flow direction, for example, inclined at 60 °. Due to this particular arrangement of the catalyst modules 2 and, associated therewith, the catalyst elements 3 within the catalyst reactor 1, it is possible to utilize the existing cross section of the reactor plant at depth. This achieves a significant enlargement of the catalyst inlet surface within a catalyst layer with a constant cross section of the catalyst reactor 1.
  • the flue gas is gelei ⁇ tet from the inlet side 2 'of the catalyst module 2 through the channels 4 of the catalyst elements 3.
  • the catalyst modules 2 are arranged so that the therein catalyst elements 3 and thus their channels 4 are aligned to the main flow direction S of the flue gas in front of the module inlet side 2 ', for example 60 ° inclined and accordingly flows through.
  • the flue gas flows back into the entire flue gas stream S, which runs aligned parallel to the reactor wall.

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Abstract

Katalysatorreaktor (1) mit Einbauten aus Katalysatormodulen (2), wobei die Summe der Anströmeintrittsflachen der in den Katalysatormodulen eingebauten Katalysatorelemente (3) größer als die Strömungseintrittsfläche des Katalysatorreaktors ist, wobei als Moduleintrittsfläche die der Hauptströmungsrichtung zugewandten Flächen der Katalysatormodulseiten definiert sind, und wobei die Katalysatormodule derart positioniert sind, daß die darin befindlichen Katalysatorelemente von der Richtung der eintrittsseitigen und/oder der austrittsseitigen Strömungsrichtung abweichend vom Rauchgas durchströmt sind.

Description

Katalysatorreaktor
Die Erfindung betrifft einen Katalysatorreaktor mit Einbauten aus Katalysatormodulen.
Stand der Technik
SCR-Katalysatoren stellen den Stand der Technik zur Ent- stickung von Rauchgasen dar. Damit wird ein wesentlicher Bei- trag zur Verminderung des bodennahen Ozons, des sauren Regens und des Treibhauseffektes geleistet. Diese Technologie wird in thermischen Kraftwerken und Müllverbrennungsanlagen genauso eingesetzt wie in Verbrennungskraftmaschinen und vielen industriellen Bereichen.
Neben der Reduktion von Stick (stoff) oxiden werden Katalysatoren beispielsweise auch zum Abbau von Dioxinen und Furanen eingesetzt, was sich im besonderen bei Müllverbrennungsanlagen als technischer Standard durchgesetzt hat.
Katalysatorelemente werden beispielsweise in Form von ho- mögen extrudierten Wabenkörpern oder in Form von Trägerwerkstoffen, deren Oberfläche mit einer katalytischen Schicht versehen wird und die Plattenkatalysatoren genannt werden, angeboten. Weitere Ausführungsvarianten sind beispielsweise Katalysatoren in Pelletform, Zeolithkatalysatoren, bei denen die aktive Schicht auf einen keramischen Träger mittels Washcoat-Verfahren aufgebracht wird, sowie als wellenförmige Platten ausgeführte Katalysatoren .
Zum Einbau in SCR-Reaktoren werden die einzelnen Katalysatorelemente in Katalysatormodule (beispielsweise Stahlmodule) gepackt, welche im Verbund als Katalysatorlage bezeichnet werden. Zwischen den einzelnen Katalysatormodulen sowie zwischen den Katalysatormodulen und der Wand des die Module aufnehmenden Reaktorgehäuses werden Dichtungen vorgesehen, um den Rauchgasstrom zwingend durch die Katalysatorelemente zu führen.
Einen wesentlichen Leistungsparameter stellt der durch den Einbau der Katalysatormodule in den Reaktor einhergehende Druckverlust dar. Es wird angestrebt, diesen unerwünschten Druckverlust so gering wie möglich zu halten. Der Druckverlust wird unter anderem durch die Wahl der Geometrie der Katalysatorelemente beeinflußt. Der Geometriewahl sind allerdings fertigungsbedingte sowie prozeßbedingte Grenzen gesetzt. Die Größe des SCR-Reaktors beeinflußt ebenfalls direkt den Druckverlust. Dem Gestaltungspielraum sind somit Grenzen gesetzt: einerseits durch bauseitige Einschränkungen, im besonderen bei später nachgerüsteten SCR-Reaktoren, andererseits durch ökonomische Überlegungen .
Aufgabe der Erfindung
Die Erfindungsaufgabe liegt in der Bereitstellung von Katalysatormodulen mit größtmöglicher, katalytisch aktiver Oberfläche bei gegebenem beschränktem Reaktorquerschnitt unter gleichzeitiger Minimierung des durch die Katalysatormodule verursachten Druckverlustes. Diese Aufgabe wird bei einem Kataysa- torreaktor der einleitend angegebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Summe der Anströmeintrittsflächen der einzelnen Katalysatormodule je Katalysatorlage größer als die Strömungseintrittsfläche des Katalysatorreaktors ist, wobei als Moduleintrittsfläche die der Hauptströmungsrichtung zugewandte Fläche der Katalysatormodulseite definiert ist, und wobei die Katalysatormodule im Katalysatorreaktor derart positioniert sind, daß die in den Katalysatormodulen verbauten Katalysatorelemente von der eintrittsseitigen und/oder der austritts- seitigen Strömungsrichtung abweichend vom Rauchgas durchströmt sind. Die Bereitstellung der erforderlichen Katalysatoroberfläche und des damit verbundenen Katalysatorvolumens wird somit durch die erfindungsgemäße Anordnung der Katalysatormodule in¬ nerhalb des Katalysatorreaktors erzielt, was eine Vergrößerung der Bautiefe des Katalysatormodulverbundes mit sich bringt. Der Querschnitt des SCR-Reaktors bleibt dabei unverändert.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform sind ergänzend auch Katalysatormodule vorgesehen, welche parallel zur Ausrichtung der eintrittsseitigen und/oder der austrittsseitigen Strö- mungsrichtung vom Rauchgas durchströmt sind. Diese können sich beispielsweise in der selben Katalysatorlage und/oder in einer vor- bzw. nachgelagerten Katalysatorlage befinden.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert, wobei Fig. 1 eine schematische Perspektivansicht eines Katalysatorreaktors gemäß der Erfindung, Fig. 2 eine schematische Draufsicht, Fig. 3 eine Vorderansicht und Fig. 4 einen schematischen Schnitt nach der Linie IV-IV in Fig. 3 zeigen.
Der an sich konventionelle Aufbau eines parallelepipedi- sehen Katalysatorreaktors 1 ist dadurch bestimmt, daß der Rauchgasstrom S innerhalb des Katalysatormoduls 2 ohne eine durch den Katalysator hervorgerufene Umlenkung der (Haupt-) Strömungsrichtung von der Eintrittsseite 2' eines Katalysatormoduls 2 durch Kanäle 4 der Katalysatorelemente 3 zur Aus- trittsseite 2" des Katalysatormoduls 2 strömt.
Bei dem in der Zeichnung dargestellten erfindungsgemäßen Aufbau des Katalysatorreaktors 1 sind die parallelepipedisch ausgebildeten Katalysatormodule 2 abweichend von der bisherigen Praxis bezüglich der Eintrittsseite 2' und/oder der Austritts- seite 2" bzw. der Strömungsrichtung im Katalysatorreaktor 1 neu positioniert. Die Durchströmung der Katalysatorelemente 3 erfolgt somit in einer bezüglich der eintrittsseitigen und/oder der austrittsseitigen Strömungsrichtung abweichenden Richtung, beispielsweise unter 60° geneigt. Durch diese besondere Anordnung der Katalysatormodule 2 und damit verbunden der Katalysatorelemente 3 innerhalb des Katalysatorreaktors 1 ergibt sich die Möglichkeit, den bestehenden Querschnitt der Reaktoranlage in der Tiefe zu nützen. Dadurch erreicht man eine signifikante Vergrößerung der Katalysatoreintrittsfläche innerhalb einer Katalysatorlage bei gleichbleibendem Querschnitt des Katalysatorreaktors 1.
Das Rauchgas wird von der Eintrittsseite 2' des Katalysa- tormoduls 2 durch die Kanäle 4 der Katalysatorelemente 3 gelei¬ tet. Die Katalysatormodule 2 sind so angeordnet, daß die darin befindlichen Katalysatorelemente 3 und damit deren Kanäle 4 zur Hauptströmungsrichtung S des Rauchgases vor der Moduleintrittsseite 2' um beispielsweise 60° geneigt ausgerichtet und dement- sprechend durchströmt sind. An der Austrittsseite 2" jedes Katalysatormoduls 2 mündet das Rauchgas wieder in den gesamten Rauchgasstrom S, der parallel zur Reaktorwand ausgerichtet verläuft.
Der vorstehend beschriebene Erfindungsgegenstand kann bei- spielsweise eingesetzt werden zur:
• Verringerung des katalysatorbedingten Druckverlustes bei gleichbleibendem Reaktorquerschnitt.
• Verringerung des katalysatorbedingten Druckverlustes bei gleichzeitig verkleinertem Reaktorquerschnitt.
· Beibehaltung des katalysatorbedingten Druckverlustes bei verkleinertem Reaktorquerschnitt oder reduzierter Anzahl an Katalysatorlagen.
Es versteht sich, daß das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel im Rahmen des Erfindungsgedankens verschiedent- lieh abgewandelt werden kann, insbesondere was die Lage der Katalysatormodule im Katalysatorreaktor bzw. die Lage der Katalysatorelemente im Katalysatormodul betrifft.

Claims

Patentansprüche :
1. Katalysatorreaktor mit Einbauten aus Katalysatormodulen, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe der Anströmeintrittsflachen der in den Katalysatormodulen (2) eingebauten Katalysatorelemente (3) größer als die Strömungseintrittsfläche des Katalysatorreaktors (1) ist, wobei als Moduleintrittsfläche die der HauptStrömungsrichtung (S) zugewandten Flächen der Ka- talaysatormodulseiten definiert sind, und wobei die Katalysatormodule (2) derart positioniert sind, daß die darin befindlichen Katalysatorelemente (3) von der Richtung der eintrittssei- tigen und/oder der austrittsseitigen Strömungsrichtung abweichend vom Rauchgas durchströmt sind.
2. Katalysatorreaktor (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auch Katalysatormodule (2) vorgesehen sind, deren Katalysatorelemente (3) parallel zur Ausrichtung der eintrittsseitigen und/oder der austrittsseitigen Strömungsrichtung vom Rauchgas durchströmt sind.
PCT/AT2014/000129 2013-06-19 2014-06-20 Katalysatorreaktor WO2014201485A1 (de)

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