WO2016102231A1 - Vorrichtung und verfahren zur thermischen abgasreinigung - Google Patents

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WO2016102231A1
WO2016102231A1 PCT/EP2015/079685 EP2015079685W WO2016102231A1 WO 2016102231 A1 WO2016102231 A1 WO 2016102231A1 EP 2015079685 W EP2015079685 W EP 2015079685W WO 2016102231 A1 WO2016102231 A1 WO 2016102231A1
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heat exchange
heat exchanger
gas
exchange medium
thermoreactor
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PCT/EP2015/079685
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Martin Schröter
Erhard Rieder
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Dürr Systems GmbH
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    • Y02E20/12—Heat utilisation in combustion or incineration of waste

Definitions

  • the present invention relates to an apparatus and a method for thermal exhaust gas cleaning, in particular for cleaning a mine exhaust gas or a mine exhaust air, especially a methane-containing mine ventilation gas.
  • the present invention can also be used for the thermal cleaning of other flammable or exhaust gases containing combustible constituents, in particular volatile organic components (VOCs).
  • VOCs volatile organic components
  • thermoreactor for purifying mine exhaust gases, especially methane-containing mine ventilation gases (VAM), and to supply the hot gas resulting from the thermal oxidation process to an energy recovery device.
  • VAM methane-containing mine ventilation gases
  • CN 102733872 A proposes to use the heat energy of the hot gas to produce or further heat water vapor used to drive a steam turbine coupled to a generator for generating electrical power.
  • the inventors have recognized that the energy efficiency of this process, as well as many other heat exchange processes, is limited by the exclusive use of the gross calorific value or the enthalpy difference between a heat exchange entry temperature and a heat exchange exit temperature.
  • the use of the calorific value (lower calorific value) of fuels or the general use of the condensation energy of moist constituents of the (waste) gas is limited by the operating conditions of the secondarily generated energy form. This also applies, for example, to the generation of steam in the boiler operation of a power generation process.
  • the invention has for its object to provide an improved apparatus and an improved method for thermal exhaust gas purification, which have an improved energy balance.
  • the device according to the invention for thermal exhaust gas purification has a thermal reactor to which a raw gas to be purified can be supplied and in which the raw gas supplied is thermally cleanable, and an energy recovery device to which a gas purified in the thermoreactor can be supplied via at least one discharge line.
  • the energy recovery device in turn has at least one condensation heat exchanger in which the purified gas can be cooled in such a way that condensable substances contained in the purified gas condense and enthalpies released in this way can be released to a heat exchange medium and / or the raw gas upstream of the thermoreactor.
  • the thermoreactor has a combustion chamber in which the raw gas supplied is thermally cleanable.
  • the energy recovery device is preferably connected to the combustion chamber of the thermoreactor via a discharge line in order to supply the energy recovery device with a purified gas produced during the thermal cleaning process in the combustion chamber.
  • the energy recovery device preferably has a further heat exchanger in which the purified gas can be cooled to a first temperature level and an enthalpy released in this way can be delivered to a heat exchange medium, and the condensation heat exchanger downstream of the other Heat exchanger is arranged and in which the purified gas to a second temperature level lower than the first temperature stage is further cooled, so condense contained in the purified gas condensables, and released enthalpies to a heat exchange medium and / or the raw gas upstream of the thermoreactor can be issued , on.
  • thermoreactor is a thermal oxidation reactor, which is preferably designed for regenerative thermal oxidation (RTO) and exemplified in WO
  • thermoreactor may in this context, in particular a RTO reactor with two, three, four or more
  • the inventive method for thermal exhaust gas purification includes the steps of thermal cleaning of a raw gas to be purified in a thermoreactor; and cooling a purified gas resulting from the thermal purification process in the thermoreactor in a condensation heat exchanger to condense condensables contained in the purified gas, releasing released enthalpies to a heat exchange medium and / or the raw gas upstream of the thermoreactor.
  • the thermal cleaning of the raw gas takes place in a combustion chamber of the thermoreactor.
  • the purified gas produced in the thermal combustion process in the combustion chamber is preferably in a further heat exchanger to a first
  • the purified gas is preferably further cooled in the condensation heat exchanger downstream of the further heat exchanger to a second temperature level lower than the first temperature stage, so that condense condensables contained in the purified gas, and released enthalpies to a Heat exchange medium and / or the raw gas are discharged upstream of the thermoreactor.
  • the thermal cleaning of the raw gas takes place in a thermal
  • Oxidation reactor which is preferably designed for regenerative thermal oxidation (RTO) and described by way of example in WO 2008/011965 AI the applicant, the content of which in this respect is fully made the subject of the present invention.
  • the thermoreactor may in this context be in particular an RTO reactor with two, three, four or more regenerators or containers.
  • a first heat exchanger further heat exchanger of the invention
  • an enthalpy difference between the inlet temperature and the outlet temperature (first temperature step of the invention) of the purified hot gas into and out of the first heat exchanger can be utilized.
  • the second heat exchanger in the second heat exchanger
  • Condensation heat exchanger of the invention of the energy recovery device by condensation of the moisture in the hot gas and the inherent enthalpy of the hot gas evaporation are used.
  • the type of condensing second heat exchanger for example about 60-70% of the temperature difference between the outlet temperature of the hot gas from the first heat exchanger and the condensation temperature of the moisture (typically water vapor) and the enthalpy of vaporization can be transferred to the heat exchange medium.
  • the thermal cleaning process should in this context include all types of cleaning processes in which heat energy is supplied to the raw gas to be purified. These include, in particular, thermal oxidation processes of combustible substances contained in the raw gas to be purified.
  • the discharge line comprises, in particular, a so-called clean gas line, through which the gases purified in the thermoreactor, after flowing through the Regenerators with appropriate cooling (to eg about 70 ° C) are discharged as so-called clean gas from the thermoreactor, and a so-called hot gas line, through which the cleaned gases in the thermoreactor after thermal cleaning in the thermoreactor with appropriate heating (for example, about 1,000 ° C) are discharged as so-called hot gas from the combustion chamber of the thermoreactor.
  • the purified gas in this context comprises in particular the so-called clean gas and the so-called hot gas.
  • the energy latently contained in the (raw) gas in the form of relative humidity should also be determined by means of an RTO reaction.
  • the raw gas to be supplied to the exhaust gas purification system can be used in the reactor downstream of the condensation heat exchanger, thus improving the energy balance of the entire process n in addition to gaseous components also contain a significant amount of moisture (in the form of condensable substances). It can the
  • thermoreactor downstream condensation heat exchanger now uses this latent heat stored, so that the overall efficiency of the system can be recycled with moist, vapor-saturated crude gases to a level that corresponds to that typical TNV plants in the implementation of substantially arid raw gases. That is, the present invention is particularly advantageous for use in processes in which the crude gas supplied to the thermoreactor contains liquid droplets, but without being limited to this application.
  • the further heat exchanger and the condensation heat exchanger are in heat exchange with a common heat exchange medium circuit.
  • the condensation heat exchanger in the common heat exchange medium circuit is preferably arranged upstream of the further heat exchanger, and the heat exchange medium of the common heat exchange medium circuit can preferably be preheated in the condensation heat exchanger.
  • the further heat exchanger is in heat exchange with a first heat exchange medium circuit and is the
  • Condensation heat exchanger with a second, separate from the first heat exchange medium circuit heat exchange medium circuit in heat exchange.
  • the further heat exchanger is in heat exchange with a first heat exchange medium circuit and is the
  • Condensation heat exchanger provided, which is in heat exchange with a Rohgaszumoltechnischebergheatskyinskyinskyinskyinskyinskyinskyinskyinskyinskyinskyinskyinskyinskyinskyinskyinskyinskyinskyinskyinskyinskyinskyinskyinskyinskyinskyinskyinskyinskyinskyinskyinskyinskyinskyinskyinskyinskyinskyinskyinskyinskyinskyinskyinskyinskyinskyinskyinskyinskyinskyinskyinskyinskyinskyinskyinskyinskyinskyinskyinskyinskyinskyinskyinskyinskyinskyinskyinskyinskyinskyinskyinskyinskyinskyinskyinskyinskyinskyinskyinskyinskyinskyinskyinskyinskyinskyinskyinskyinskyinskyinskyinskyinskyinskyinskyinskyinskyinskyinskyinskyinskyinskyinskyinskyinskyinskyinskyinskyinskyinskyinskyinskyinskyin
  • a power generating device is arranged in the common heat exchange media circuit or the first heat exchange medium circuit downstream of the further heat exchanger. That the heated in the further heat exchanger heat exchange medium is preferably used to generate electricity.
  • the power generating device preferably has a steam turbine connected to the circuit and a generator coupled to the steam turbine for generating electric power.
  • At least one hot and / or hot water consumer and / or a district heating connection are arranged in the second heat exchange medium circuit downstream of the condensation heat exchanger.
  • the heat exchange medium of the second heat exchanger is preferably a process water or a heating medium.
  • the second heat exchange medium circuit serves as a heat source for the operation of an ORC system.
  • an intermediate medium for example a thermal oil
  • the second heat exchange medium cycle may be a working medium cycle of an ORC plant, the second heat exchanger acting as an evaporator for a working medium ORC plant can work.
  • a condensate produced in the condensation heat exchanger of the energy recovery device can be returned to the process via condensate removal.
  • the condensate may be supplied to a heat exchange medium circuit as a heat exchange medium.
  • the condensation heat exchanger of the energy recovery device transfers the residual and / or condensation enthalpy to the raw gas stream to be treated, especially methane-containing mine ventilation gas (VAM), before it enters the thermoreactor.
  • VAM methane-containing mine ventilation gas
  • small amounts of drops contained in the crude gas stream can be evaporated.
  • the thermoreactor correspondingly more energy for primary energy recovery in the other heat exchanger can be withdrawn.
  • alternative or supplementary embodiment of the invention utilizes the
  • Condensation heat exchanger of the energy recovery device the residual and / or condensation enthalpy of the (regenerative) thermoreactor via a clean gas discharge line effluent, purified clean gas flow as a heat source and transfers them to a heat exchange medium in the second heat exchange medium cycle.
  • This variant can be particularly advantageous if an outlet temperature of the clean gas flow in the
  • Clean gas discharge line is above the dew point of a vapor component in the exhaust stream, in particular min. 80 ° C, preferably min. 90 ° C, preferably min. 100 ° C or higher.
  • both the exhaust gas flow from the clean gas discharge line and the hot gas leaving the further heat exchanger are supplied to the condensation heat exchanger as heat source for heat transfer to the heat medium in the second heat exchange medium cycle.
  • the energy recovery device in addition to the aforementioned heat exchangers in a sequential arrangement in the hot gas line also a further heat exchanger for condensation of moisture having the pure gas flowing out in the clean gas line, so that the enthalpy of vaporization inherent in this clean gas is also usable.
  • This variant can be particularly advantageous if an outlet temperature of the (cooler) clean gas flow in the clean gas line is above the dew point of a vapor component in the exhaust gas stream, in particular min. 80 ° C, preferably min. 90 ° C, preferably min. 100 ° C or higher.
  • the apparatus of the invention described above and the method of the invention described above can be used in a particularly advantageous manner for cleaning a mine exhaust gas, in particular a methane-containing mine ventilation gas (VAM).
  • VAM mine ventilation gas
  • the ventilation air of coal mines is admixed with moisture of the order of, for example, 30 to 35% by volume in order to reduce the formation of underground dust during the intake process.
  • the invention utilizes the enthalpy of this moisture in the effluent of the thermoreactor in energy recovery.
  • Fig. 1 is a schematic representation of the construction of a thermal exhaust gas purification device according to a first embodiment of the invention
  • Fig. 2 is a schematic view of the structure of a thermal exhaust gas purification device according to a second embodiment of the invention.
  • FIG. 3 is a schematic view of the structure of a thermal exhaust gas purification device according to a third embodiment
  • FIG. 4 is a schematic view of the structure of a thermal exhaust gas purification device according to a fourth embodiment
  • Fig. 5 is a schematic view of the structure of a thermal exhaust gas purification device according to a fifth embodiment
  • FIG. 6 is a schematic diagram of the structure of a thermal exhaust gas purification device according to a sixth embodiment
  • Fig. 7 is a schematic representation of the structure of a thermal exhaust gas purification
  • Fig. 8 is a schematic representation of the structure of a thermal exhaust gas purification
  • Fig. 1 shows a system for purifying a methane-containing mine ventilation gas (VAM) according to a first embodiment of the present invention.
  • VAM methane-containing mine ventilation gas
  • the system illustrated in FIG. 1 also has, in particular, numerous (control) valves and sensors (in particular temperature sensors) which have been omitted for the sake of simplicity, but which are described, for example, in WO 2008/011965 AI are known.
  • the thermal emission control device of FIG. 1 includes a thermal reactor 10 for regenerative thermal oxidation (RTO) of combustibles in an exhaust or exhaust stream.
  • the thermoreactor 10 has a combustion chamber 12 and two regenerators 14 arranged below the combustion chamber 12, each of which comprises an antechamber and a heat storage mass chamber arranged above the prechamber.
  • the thermoreactor 10 has two regenerators 14, but in other embodiments, three, four or more regenerators 14 may be provided below the combustion chamber 12.
  • the combustion chamber 12 of the thermal reactor 10 projects a burner 16, which are supplied via a gas supply 18 fuel gas and combustion air.
  • the burner 16 serves to burn the pollutants (e.g., methane) contained in the raw gas to be purified.
  • the temperature in the combustion chamber 12 can be up to about 1000 ° C., depending on the energy content of the combustible substances contained in the raw gas.
  • each regenerator 14 of the thermoreactor 10 is connected via a Rohgaszweig effet 20 with a Rohgaszu09 effet 22.
  • An exhaust gas source 24, for example in the form of an exhaust gas collecting and exhaust mixing device feeds the raw gas supply line 22 with the exhaust gas (raw gas) to be cleaned.
  • the exhaust gas to be purified which is supplied to the regenerators 14 of the thermoreactor 10 via the raw gas branch lines 20, usually contains liquid droplets. These drops of liquid originate, for example, from the upstream process 24. This state can also occur, for example, if the temperature difference between the upstream Process 24 and the raw gas inlet into the emission control system at the transfer point from the RohgaszuQuerytechnisch 22 in the Rohgaszweig Oberen 20 condensation of the moisture contained in the raw gas result, which are delivered in the resulting gas stream at the outlet of Rohgaszweig Oberen 20 in the thermoreactor 10 as liquid drops.
  • each regenerator 14 of the thermoreactor 10 is connected via a respective clean gas branch line 26 to a clean gas line (first discharge line of the invention) 28.
  • the cleaned in the thermoreactor 10 and cooled in the regenerator 14 gas (clean gas) is passed through the clean gas line 28 to an exhaust chimney 30 through which the clean gas is discharged to the environment.
  • thermoreactor The operation of such a thermoreactor is described, for example, in WO 2008/011965 AI in more detail. In this regard, reference is made in full to this document.
  • the combustion chamber 12 of the thermoreactor 10 via hot gas branch lines 32 with a hot gas line (second discharge line of the invention) 34 is connected.
  • a hot gas line 34 hot exhaust gas (hot gas) purified by thermal oxidation is conducted past the regenerator 14 or removed from the exhaust gas purification device before passing through a regenerator 14.
  • the hot gas is supplied via the hot gas line 34 to an energy recovery device.
  • This energy recovery device has a first heat exchanger 36 (another heat exchanger of the invention) and a second heat exchanger 38 (condensation heat exchanger of the invention) downstream of the first heat exchanger 36. Both heat exchangers 36, 38 are in heat exchange with a common heat exchange medium circuit 40a.
  • the first heat exchanger 36 serves as a steam generator or steam heater.
  • the hot gas of, for example, about 1,000 ° C to, for example, about 400 ° C (first Temperature level) cooled.
  • the first temperature level may also be below 400 ° C, for example at about 300 ° C, 200 ° C or even about 150 ° C.
  • the enthalpy released during this cooling is used in the first heat exchanger 36 to heat up the heat exchange medium (here: water) of the circuit 40a to vaporization and overheating of the vapor.
  • the overheated by the first heat exchanger 36 steam is supplied in the circuit 40 a steam turbine 42.
  • This steam turbine 42 is coupled to a generator 44 for generating electricity in order to generate electrical energy in a known manner.
  • a cooling tower 43 Downstream of the steam turbine 42, a cooling tower 43 is preferably provided for further cooling of the water.
  • the hot gas exiting from the first heat exchanger 36 is further cooled, for example to about 60 ° C (second temperature level). During this cooling process, the moist components of the hot gas condense.
  • the second heat exchanger 38 can be inexpensively made of carbon or plastic material.
  • Such heat exchangers are known, for example, from WO 2009/007065 A1, the disclosure of which is to be included here.
  • the hot gas gives it its inherent enthalpy between inlet and outlet temperature in and out of the second heat exchanger 38, the enthalpy of enthalpy of the moisture contained in the hot gas by condensation, and the inherent enthalpy of the condensate between inlet and outlet temperature in or out of the second heat exchanger 38 free.
  • the sum of these released enthalpies is released to the heat exchange medium of the circuit 40a to preheat the heat exchange medium.
  • the exhaust gas purification device described above enables efficient energy recovery, in particular also in the event that the raw gas supplied via the raw gas branch lines 20 is supersaturated and contains moisture in the form of liquid droplets.
  • thermoreactor During the heating process in the thermoreactor these liquid droplets are vaporized. If the evaporation product in the thermoreactor releases no reaction energy, as is the case, for example, for water, which can pass through the thermoreactor as steam, the evaporation enthalpy used for the evaporation of the liquid is recovered in the condensation heat exchanger 38 by condensation and in this embodiment to a Heating medium delivered for further use.
  • the emerging from the second heat exchanger 38 hot gas is finally fed via a connecting line 46 of the clean gas line 28 to be ultimately discharged through the exhaust chimney 30 to the environment.
  • the exhaust air flow in the exhaust chimney 30 is also relatively dry due to the condensation heat exchanger 38 used in the energy recovery device.
  • the condensate formed during cooling of the hot gas in the second heat exchanger 38 can optionally be returned to the process via a condensate removal 48.
  • the condensate can be supplied to the circuit 40a as a heat exchange medium.
  • Fig. 2 shows a system for purifying a methane-containing mine ventilation gas according to a second embodiment of the present invention.
  • the same or analogous components are identified by the same reference numbers and a repetition of the corresponding descriptions is dispensed with.
  • the exhaust gas purification device illustrated in FIG. 2 is different from that of the first embodiment by the energy recovery device.
  • the first heat exchanger 36 (another heat exchanger of the invention) of the energy recovery device is in heat exchange with a first heat exchange medium circuit 40b.
  • This first heat exchange medium circuit 40b contains, like the common heat exchange medium circuit 40a of the first embodiment, a power generation device comprising a steam turbine 42 and a generator 44 and a cooling tower 43.
  • the second heat exchanger 38 (condensation heat exchanger of the invention) of the energy recovery device is in heat exchange with a second heat exchange medium circuit 40c, which is configured as an open circuit and separately to the first heat exchange medium circuit 40b.
  • the heat exchange medium of the second heat exchange medium circuit 40c is, for example, service water which is supplied to a hot water consumer or a heating medium which is supplied to a district heating connection.
  • the heat exchange medium of the second heat exchange medium circuit 40c is a thermal oil of an intermediate circuit for
  • the second heat exchanger 38 serves as a direct evaporator for a working medium, in particular an organic working medium for operating a system according Rankine cycle, preferably the Rankine turbine drives a generator. In this way, an efficiency of
  • Electricity generation of the entire system comprising the steam turbine 42 and the Rankine turbine, be increased.
  • Fig. 3 shows a system for purifying a methane-containing mine ventilation gas according to a third embodiment of the present invention. Here are the same or
  • the exhaust gas purification device illustrated in FIG. 3 is different from those of the first two embodiments by the energy recovery device.
  • the first heat exchanger 36 of the energy recovery device is in heat exchange with a first heat exchange medium circuit 40b.
  • This first heat exchange medium circuit 40b includes, like the common heat exchange medium circuit 40a of the first embodiment and the first heat exchange medium circuit 40b of the second embodiment, a power generation device comprising a steam turbine 42 and a generator 44 and a cooling tower 43.
  • the second heat exchanger (condensation heat exchanger) 38 of the energy recovery device is in heat exchange with the raw gas stream delivered by the exhaust gas source 24, specifically methane-containing mine ventilation gases (VAM).
  • VAM methane-containing mine ventilation gases
  • the second heat exchanger 38 is arranged upstream of the thermoreactor 10 in the raw gas supply line 22.
  • the hot gas exiting the first heat exchanger 36 is cooled, for example, from about 300 ° C to about 200 ° C.
  • FIG. 4 shows a system for purifying a VOC-containing exhaust air of an exhaust gas source 24, for example a methane-containing mine ventilation gas or a solvent-containing process exhaust air, according to a fourth exemplary embodiment of the present invention.
  • an exhaust gas source 24 for example a methane-containing mine ventilation gas or a solvent-containing process exhaust air
  • the same or analog components are identified by the same reference numerals and a repetition of the corresponding descriptions is omitted.
  • the exhaust gas purification device illustrated in FIG. 4 differs from the first exemplary embodiment according to FIG. 1 in that the cooler clean gas discharged via the clean gas line (eg about 70 ° C.) is mixed with the hot gas emerging from the first heat exchanger 36 of the energy recovery device (eg about 300 ° C) is mixed before this mixed clean gas (eg, about 180 ° C) downstream in the second heat exchanger
  • (Condensation heat exchanger) 38 enters as a heat source.
  • the mixed clean gas on the dew point of a vapor component, in particular Steam, cooled so that the stored in both partial streams evaporation enthalpy can be transferred to the circulating in the common heat exchange medium circuit 40 d heat exchange medium.
  • the admixture or supply of the gas streams via a mixing and / or swirling device is supported.
  • an advantageous mixing, in particular homogenization of the mixture of the differently tempered gas streams can be promoted.
  • the residual and / or enthalpy of vaporization of the gas mixture can also be transferred to a heat exchange medium circulating in the second heat exchange media circuit 40c.
  • the thus characterized variants are particularly suitable when the mixture formation between the hot gas of the first temperature stage and the cooler clean gas exit temperature from the thermoreactor 10, a mixture temperature of less than 250 ° C can be set, resulting in an advantageous and cost-effective implementation of the second heat exchanger according to the nature of WO 2009/007065 Al leads.
  • 5 shows a system for purifying a VOC-containing exhaust air of an exhaust gas source 24, for example a methane-containing mine ventilation gas or a solvent-containing process exhaust air, according to a fifth exemplary embodiment of the present invention.
  • the same or analog components are identified by the same reference numerals and a repetition of the corresponding descriptions is omitted.
  • the exhaust gas purification device illustrated in FIG. 5 differs from the second exemplary embodiment according to FIG. 2 in that a third heat exchanger 50 is provided in the clean gas line 28.
  • a third heat exchanger 50 condensation heat exchanger of the invention
  • Pure gas emerging from the thermoreactor 10 via the clean gas line 28
  • Pure gas further cooled, for example, to about 60 ° C (corresponding to the second temperature stage of the second heat exchanger 38).
  • the moist constituents of the pure gas condense, whereby a residual and / or enthalpy of vaporization of the pure gas can be transferred to a heat exchange medium.
  • the first heat exchanger 36 and the second heat exchanger 38 are in heat exchange with a common heat exchange medium circuit 40a (similar to the first exemplary embodiment of FIG. 1).
  • the second heat exchanger 38 and the third heat exchanger 50 are cooperatively communicated through a common heat exchange medium circuit 40e, and the heat exchange medium is preheated in the third heat exchanger 50.
  • all three heat exchangers 36, 38, 50 are in operative relationship via a common heat exchange medium circuit, whereby vapor formation for driving the steam turbine 42 can be advantageously maximized.
  • the second heat exchange medium circuit 40f is designed as a working medium circuit of a Rankine cycle.
  • the working medium and thus the second heat exchange medium is preferably an organic working medium, which in particular at lower temperature levels has more favorable evaporation properties than the medium water of the steam turbine 42.
  • the second heat exchanger 38 serves as an evaporator for the working medium, which subsequently via a Rankine turbine 54 is relaxed.
  • the Rankine turbine 54 drives another generator 56.
  • Generator 44 is in operative relationship, which could be dispensed with a second generator.
  • the relaxed in the Rankine turbine 54 working fluid is further cooled by a capacitor 58 so that it condenses out again. Subsequently, it is supplied in predominantly liquid form to the third heat exchanger 50.
  • the third heat exchanger 50 transmits the residual and / or enthalpy of vaporization of the clean gas of the thermal reactor 10 to the liquid working medium, as a result of which it is preheated and possibly even partially vaporized.
  • the second and / or third heat exchanger 38, 50 is designed according to DE 10 2014 201 908 AI, in particular when integrating an RC / ORC system in the manner of a flow apparatus or a system of flow apparatuses.
  • the disclosure of DE 10 2014 201 908 AI is hereby incorporated in full, in particular concerning the structure of the flow apparatus, the flow guide in the flow apparatus, a system of flow apparatus and the operating method for fluid guidance in
  • thermoreactors 10 without hot gas use via the second discharge line 34 and an energy recovery device in the sense of the embodiments of FIGS. 1 to 6 and WO 2008/011965 Al, it may also be useful and advantageous, a condensation heat exchanger 60 (for example, according to Art of the third heat exchanger 50 according to the example of FIG. 5) in the first discharge line 28, as illustrated in FIG. 7 as the seventh embodiment.
  • a condensation heat exchanger 60 for example, according to Art of the third heat exchanger 50 according to the example of FIG. 5 in the first discharge line 28, as illustrated in FIG. 7 as the seventh embodiment.
  • the clean gas flowing out in the clean gas line 28 cools in the condensation heat exchanger 60 below a dew point of a vapor component.
  • the residual and / or enthalpy of vaporization which has not been recovered in the regenerators 14 of the regenerative thermal reactor 10, can be transferred to a heat exchange medium of a corresponding heat exchange medium circuit 40g.
  • the incoming raw gas are preheated analogously to the embodiment according to FIG.
  • another heat user for example a hot or hot water supply or an ORC system, can be supplied with thermal energy.
  • 8 shows an eighth embodiment of an exhaust gas purification device according to the invention, a further modification of the embodiment of Fig. 1. In this case, the same or analogous components are denoted by the same reference numerals and a repetition of the corresponding descriptions is omitted.
  • the exhaust gas purification device illustrated in FIG. 8 is different from that of the first embodiment by the energy recovery device.
  • the first heat exchanger 36 and the second heat exchanger 38 are in heat exchange with a common heat exchange medium circuit 40h.
  • the heat exchange medium downstream of the steam turbine 42 is fed to a further condensation heat exchanger 64, which is arranged upstream of the thermoreactor 10 in the raw gas supply line 22.
  • the heat exchange medium cooled in this further condensation heat exchanger 64 to, for example, approximately 60 ° C. is then fed back to the condensation heat exchanger 38 upstream of the first heat exchanger 36.

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Abstract

Eine thermische Abgasreinigungsvorrichtung weist wenigstens einen Thermoreaktor (10), dem ein zu reinigendes Rohgas zugeführt wird und in dem das zugeführte Rohgas thermisch gereinigt wird, und eine Energierückgewinnungseinrichtung, der ein im Thermoreaktor gereinigtes Gas über wenigstens eine Abführleitung (28, 34) zugeführt wird, auf. Zur Verbesserung der Energiebilanz wird vorgeschlagen, dass die Energierückgewinnungseinrichtung wenigstens einen Kondensations-Wärmetauscher (38, 50, 60, 64) aufweist, in dem das gereinigte Gas derart abgekühlt wird, dass in dem gereinigten Gas enthaltene kondensierbare Stoffe kondensieren, und dabei frei werdende Enthalpien an ein Wärmetauschmedium und/oder das Rohgas stromauf des Thermoreaktors (10) abgegeben werden.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur thermischen Abgasreinigung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur thermischen Abgas- reinigung, insbesondere zum Reinigen eines Minenabgases oder einer Minenabluft, speziell eines methanhaltigen Minenventilationsgases. Die vorliegende Erfindung kann jedoch auch zur thermischen Reinigung anderer, brennbare Bestandteile enthaltender, insbesondere flüchtige organische Bestandteile (VOC - volatile organic components) enthaltender Ablüfte bzw. Abgase eingesetzt werden.
Es ist bekannt, zum Reinigen von Minenabgasen, speziell methanhaltigen Minenventilationsgasen (VAM) einen Thermoreaktor einzusetzen und das beim thermischen Oxidationsprozess entstehende Heißgas einer Energierückgewinnungseinrichtung zuzuführen. So schlägt zum Beispiel die CN 102733872 A vor, die Wärmeenergie des Heißgases zu nutzen, um Wasser- dampf zu erzeugen oder weiter aufzuheizen, der zum Antreiben einer Dampfturbine verwendet wird, welche mit einem Generator zum Erzeugen von elektrischem Strom gekoppelt ist.
Die Erfinder haben erkannt, dass die Energieeffizienz dieses Prozesses wie auch vieler anderer Wärmetauschprozesse durch die ausschließliche Nutzung des Brennwerts (oberer Heizwert) oder der Enthalpiedifferenz zwischen einer Wärmetauscheintritts- und einer Wärmetausch- austrittstemperatur begrenzt wird. In vielen Fällen ist die Nutzung des Heizwerts (unterer Heizwert) von Brennstoffen oder die generelle Nutzung der Kondensationsenergie feuchter Bestandteile des (Ab-)Gases durch die Betriebsbedingungen der sekundär erzeugten Energie- form begrenzt. Dies gilt zum Beispiel auch bei der Erzeugung von Wasserdampf im Kesselbetrieb eines Stromerzeugungsprozesses.
Herkömmliche Verfahren (vgl. z.B. CN 102733872 A) nutzen zur Erzeugung von Wasserdampf im Kesselbetrieb die Enthalpiedifferenz eines durch einen stromaufwärtigen Prozess aufge- heizten Heißgasstrom. Werden solche Heißgasströme in einem Verbrennungsprozess von
Kohlenwasserstoffen erzeugt oder beinhalten diese aus einem anderen Grund größere Mengen kondensierbarer Bestandteile, wie zum Beispiel bei einem methanhaltigen Minenventilationsgas, wird die Kondensationsenthalpie nicht genutzt. Im Fall größerer Mengen Wasserdampf im Gasstrom wird im Gegenteil eine überproportional große Menge der dem Heißgasstrom innewohnenden Enthalpie in Form von Verdampfungsenthalpie gebunden und damit der Energieübertragung im Kessel entzogen bzw. nicht zugeführt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Vorrichtung und ein verbessertes Verfahren zur thermischen Abgasreinigung bereitzustellen, die eine verbesserte Energiebilanz aufweisen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Lehre der unabhängigen Ansprüche. Besonders bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur thermischen Abgasreinigung weist einen Thermo- reaktor, dem ein zu reinigendes Rohgas zuführbar ist und in dem das zugeführte Rohgas thermisch reinigbar ist, und eine Energierückgewinnungseinrichtung, der ein in dem Thermoreaktor gereinigtes Gas über wenigstens eine Abführleitung zuführbar ist, auf. Die Energierückgewinnungseinrichtung weist ihrerseits wenigstens einen Kondensations-Wärmetauscher auf, in dem das gereinigte Gas derart abkühlbar ist, dass in dem gereinigten Gas enthaltene kondensierbare Stoffe kondensieren, und dabei frei werdende Enthalpien an ein Wärmetauschmedium und/oder das Rohgas stromauf des Thermoreaktors abgebbar sind.
Vorzugsweise weist der Thermoreaktor eine Brennkammer auf, in der das zugeführte Rohgas thermisch reinigbar ist. Die Energierückgewinnungseinrichtung ist vorzugsweise mit der Brennkammer des Thermoreaktors über eine Abführleitung verbunden, um der Energierückgewinnungseinrichtung ein beim thermischen Reinigungsprozess in der Brennkammer entstandenes gereinigtes Gas zuzuführen. Ferner weist die Energierückgewinnungseinrichtung vorzugsweise einen weiteren Wärmetauscher, in dem das gereinigte Gas auf eine erste Temperaturstufe abkühlbar ist und eine dabei frei werdende Enthalpie an ein Wärmetausch- medium abgebbar ist, sowie den Kondensations-Wärmetauscher, der stromab des weiteren Wärmetauschers angeordnet ist und in dem das gereinigte Gas auf eine zweite Temperaturstufe niedriger als die erste Temperaturstufe weiter abkühlbar ist, sodass in dem gereinigten Gas enthaltene kondensierbare Stoffe kondensieren, und dabei frei werdende Enthalpien an ein Wärmetauschmedium und/oder das Rohgas stromauf des Thermoreaktors abgebbar sind, auf.
Vorzugsweise ist der Thermoreaktor ein thermischer Oxidationsreaktor, der bevorzugt zur regenerativen thermischen Oxidation (RTO) ausgestaltet und beispielhaft in der WO
2008/011965 AI der Anmelderin beschrieben ist, deren Inhalt diesbezüglich vollständig auch zum Gegenstand der vorliegenden Erfindung gemacht wird. Der Thermoreaktor kann in diesem Zusammenhang insbesondere ein RTO-Reaktor mit zwei, drei, vier oder mehr
Regeneratoren bzw. Behältern sein.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur thermischen Abgasreinigung enthält die Schritte des thermischen Reinigens eines zu reinigenden Rohgases in einem Thermoreaktor; und des Abkühlens eines beim thermischen Reinigungsprozess im Thermoreaktor entstandenen gereinigten Gases in einem Kondensations-Wärmetauscher derart, dass in dem gereinigten Gas enthaltene kondensierbare Stoffe kondensieren, wobei dabei frei werdende Enthalpien an ein Wärmetauschmedium und/oder das Rohgas stromauf des Thermoreaktors abgegeben werden.
Vorzugsweise erfolgt das thermische Reinigen des Rohgases in einer Brennkammer des Thermoreaktors. Das beim thermischen Reinigungsprozess in der Brennkammer entstandene gereinigte Gas wird vorzugsweise in einem weiteren Wärmetauscher auf eine erste
Temperaturstufe abgekühlt, wobei eine dabei frei werdende Enthalpie an ein Wärmetauschmedium abgegeben wird. Ferner wird das gereinigte Gas vorzugsweise in dem Kondensations- Wärmetauscher stromab des weiteren Wärmetauschers auf eine zweite Temperaturstufe niedriger als die erste Temperaturstufe weiter abgekühlt, sodass in dem gereinigten Gas enthaltene kondensierbare Stoffe kondensieren, und dabei frei werdende Enthalpien an ein Wärmetauschmedium und/oder das Rohgas stromauf des Thermoreaktors abgegeben werden.
Vorzugsweise erfolgt das thermische Reinigen des Rohgases in einem thermischen
Oxidationsreaktor, der bevorzugt zur regenerativen thermischen Oxidation (RTO) ausgestaltet und beispielhaft in der WO 2008/011965 AI der Anmelderin beschrieben ist, deren Inhalt diesbezüglich vollständig auch zum Gegenstand der vorliegenden Erfindung gemacht wird. Der Thermoreaktor kann in diesem Zusammenhang insbesondere ein RTO-Reaktor mit zwei, drei, vier oder mehr Regeneratoren bzw. Behältern sein.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann in einem ersten Wärmetauscher (weiterer Wärmetauscher der Erfindung) der Energierückgewinnungseinrichtung eine Enthalpiedifferenz zwischen der Eintrittstemperatur und der Austrittstemperatur (erste Temperaturstufe der Erfindung) des gereinigten Heißgases in den bzw. aus dem ersten Wärmetauscher genutzt werden. Zusätzlich kann in dem zweiten Wärmetauscher
(Kondensations-Wärmetauscher der Erfindung) der Energierückgewinnungseinrichtung durch Kondensation der Feuchte im Heißgas auch die dem Heißgas innewohnende Verdampfungsenthalpie genutzt werden. Auf diese Weise können je nach Art des kondensierenden zweiten Wärmetauschers zum Beispiel etwa 60-70% der Temperaturdifferenz zwischen der Austritts- temperatur des Heißgases aus dem ersten Wärmetauscher und der Kondensationstemperatur der Feuchte (typischerweise Wasserdampf) sowie der Verdampfungsenthalpie an das Wärmetauschmedium übertragen werden.
Der thermische Reinigungsprozess soll in diesem Zusammenhang alle Arten von Reinigungs Prozessen umfassen, bei denen dem zu reinigenden Rohgas Wärmeenergie zugeführt wird. Hierzu zählen insbesondere thermische Oxidationsprozesse von in dem zu reinigenden Roh gas enthaltenen brennbaren Stoffen.
Die Abführleitung umfasst in diesem Zusammenhang insbesondere eine so genannte Reingasleitung, durch welche die im Thermoreaktor gereinigten Gase nach Durchströmen des Regenerators mit entsprechender Abkühlung (auf z.B. etwa 70°C) als so genanntes Reingas aus dem Thermoreaktor abgeführt werden, und eine so genannte Heißgasleitung, durch welche die im Thermoreaktor gereinigten Gase nach der thermischen Reinigung im Thermoreaktor mit entsprechender Aufheizung (auf z.B. etwa 1.000°C) als so genanntes Heißgas aus der Brennkammer des Thermoreaktors abgeführt werden. Dementsprechend umfasst das gereinigte Gas in diesem Zusammenhang insbesondere das so genannte Reingas und das so genannte Heißgas.
Gemäß der Erfindung sollen in dem Kondensations-Wärmetauscher der Energierück- gewinnungseinrichtung„in dem gereinigten Gas enthaltene kondensierbare Stoffe
kondensieren". Hierunter soll im Sinne der Erfindung auch verstanden werden, dass wenigstens eine kondensierbare, das gereinigte Gas als Stoffgemisch aufweisende Stoffkomponente zumindest teilweise im Kondensations-Wärmetauscher kondensiert. Vorzugsweise wird zumindest eine kondensierbare Hauptkomponente des Stoffgemisches zumindest teilweise kondensiert, wobei unter einer kondensierbaren Hauptkomponente eine Stoffkomponente verstanden wird, deren Kondensationsenthalpie wenigstens 50% der Gesamt- kondensationsenthalpie aller im Stoffgemisch vorhandenen kondensierbaren Stoffkomponenten aufweist. Gemäß der Erfindung wird insbesondere vorgeschlagen, auch die in dem (Roh-)Gas in Form relativer Feuchte latent enthaltene Energie mittels eines dem RTO-Reaktor nachgeschalteten Kondensations-Wärmetauschers zu nutzen und so die Energiebilanz des gesamten Prozesses zu verbessern. Dieser Ansatz beruht insbesondere auf den folgenden Überlegungen. Das der Abgasreinigung zuzuführende Rohgas kann neben gasförmigen Bestandteilen auch einen nennenswerten Anteil an Feuchte (in Form kondensierbarer Stoffe) enthalten. Dabei kann der
Anteil der Feuchtkomponenten vor dem Eintritt in die Nachverbrennungsanlage die
Sättigungsgrenze überschreiten bzw. können aufgrund einer Temperaturabnahme zwischen Rohgasquelle und Eintritt in die Nachverbrennungsanlage Teile des Dampfes beginnen aus- zukondensieren. Die dabei entstehenden kleinen Flüssigkeitstropfen werden jedoch durch die hohe Strömungsgeschwindigkeit des Rohgasstroms mitgerissen und gelangen so in den Thermoreaktor. Dort wird ein Teil der im Regenerator des Thermoreaktors gespeicherten Wärme dafür aufgewendet, die Flüssigkeit wieder zu verdampfen, so dass dieser Anteil zunächst nicht zur Aufheizung des Rohgases und zur Einleitung der Oxidationsreaktionen zur Verfügung steht. Diese latent gespeicherte Wärme wird beim Austritt über den ausgangs- seitigen Regenerator des Thermoreaktors auch nicht an die Wärmespeichermasse abgegeben, so dass der Thermoreaktor insgesamt betrachtet nicht mit optimaler Effizienz arbeiten kann. Der erfindungsgemäß dem Thermoreaktor nachgeschaltete Kondensations-Wärmetauscher nutzt nun diese latent gespeicherte Wärme, so dass der Gesamtwirkungsgrad der Anlage auch mit feuchten, dampfübersättigten Rohgasen auf ein Niveau zurückgeführt werden kann, das jenem typischer TNV-Anlagen bei Umsetzung von im Wesentlichen ariden Rohgasen entspricht. D.h. die vorliegende Erfindung ist besonders vorteilhaft einsetzbar in Prozessen, bei denen das dem Thermoreaktor zugeführte Rohgas Flüssigkeitstropfen enthält, ohne aber auf diese Anwendung beschränkt zu sein. In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung stehen der weitere Wärmetauscher und der Kondensations-Wärmetauscher mit einem gemeinsamen Wärmetauschmedien-Kreislauf in Wärmeaustausch. Dabei ist der Kondensations-Wärmetauscher in dem gemeinsamen Wärmetauschmedien-Kreislauf bevorzugt stromauf des weiteren Wärmetauschers angeordnet, und kann das Wärmetauschmedium des gemeinsamen Wärmetauschmedien- Kreislaufs bevorzugt in dem Kondensations-Wärmetauscher vorgewärmt werden.
In einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung steht der weitere Wärmetauscher mit einem ersten Wärmetauschmedien-Kreislauf in Wärmeaustausch und steht der
Kondensations-Wärmetauscher mit einem zweiten, von dem ersten Wärmetauschmedien- Kreislauf separaten Wärmetauschmedien-Kreislauf in Wärmeaustausch.
In einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung steht der weitere Wärmetauscher mit einem ersten Wärmetauschmedien-Kreislauf in Wärmeaustausch und steht der
Kondensations-Wärmetauscher mit einer Rohgaszuführleitung stromauf des Thermoreaktors in Wärmeaustausch. In einer noch anderen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist in dem gemeinsamen Wärmetauschmedien-Kreislauf stromab des weiteren Wärmetauschers ein weiterer
Kondensations-Wärmetauscher vorgesehen, der mit einer Rohgaszuführleitung stromauf des Thermoreaktors in Wärmeaustausch steht.
Der Begriff Kreislauf soll in diesem Zusammenhang sowohl geschlossene als auch offene Kreisläufe umfassen. In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist in dem gemeinsamen Wärmetauschmedien-Kreislauf oder dem ersten Wärmetauschmedien-Kreislauf stromab des weiteren Wärmetauschers eine Stromerzeugungseinrichtung angeordnet. D.h. das im weiteren Wärmetauscher aufgeheizte Wärmetauschmedium wird vorzugsweise zur Stromerzeugung genutzt. Die Stromerzeugungseinrichtung weist vorzugsweise eine in den Kreislauf geschaltete Dampfturbine und einen mit der Dampfturbine gekoppelten Generator zum Erzeugen von elektrischem Strom auf.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind in dem zweiten Wärmetauschmedien-Kreislauf stromab des Kondensations-Wärmetauschers wenigstens ein Warm- und/oder Heißwasserverbraucher und/oder ein Fernwärmeanschluss angeordnet. Mit anderen Worten ist das Wärmetauschmedium des zweiten Wärmetauschers vorzugsweise ein Brauchwasser oder ein Heizmedium. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass der zweite Wärmetauschmedien-Kreislauf als Wärmequelle für den Betrieb einer ORC-Anlage dient. Dabei kann im zweiten Wärmetauschmedien-Kreislauf entweder ein Zwischenmedium, z.B. ein Thermalöl, zur Wärmeübertragung auf eine ORC-Anlage vorgesehen sein oder alternativ der zweite Wärmetauschmedien-Kreislauf direkt ein Arbeitsmittelkreislauf einer ORC-Anlage sein, wobei der zweite Wärmetauscher als Verdampfer für ein Arbeitsmittel der ORC-Anlage arbeiten kann. In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann ein in dem Kondensations- Wärmetauscher der Energierückgewinnungseinrichtung erzeugtes Kondensat über eine Kondensatabführung dem Prozess wieder zurückgeführt werden. Zum Beispiel kann das Kondensat einem Wärmetauschmedien-Kreislauf als Wärmetauschmedium zugeführt werden.
In einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung überführt der Kondensations- Wärmetauscher der Energierückgewinnungseinrichtung die Rest- und/oder Kondensationsenthalpie an den zu behandelnden Rohgasstrom, speziell methanhaltiges Minenventilations- gas (VAM), vor Eintritt in den Thermoreaktor. In dieser Variante können geringe Mengen von im Rohgasstrom enthaltenen Tropfen verdampft werden. Darüber hinaus kann dem Thermoreaktor entsprechend mehr Energie zur primären Energierückgewinnung im weiteren Wärmetauscher entzogen werden. In einer anderen, alternativen oder ergänzenden Ausgestaltung der Erfindung nutzt der
Kondensations-Wärmetauscher der Energierückgewinnungseinrichtung die Rest- und/oder Kondensationsenthalpie des aus dem (regenerativen) Thermoreaktor über eine Reingas- abführleitung abströmenden, gereinigten Reingasstrom als Wärmequelle und überträgt diese auf ein Wärmetauschmedium im zweiten Wärmetauschmedien-Kreislauf. Diese Variante kann insbesondere dann von Vorteil sein, wenn eine Austrittstemperatur des Reingasstroms in der
Reingasabführleitung über dem Taupunkt einer Dampfkomponente im Abgasstrom liegt, insbesondere min. 80°C, vorzugsweise min. 90°C, bevorzugt min. 100°C oder höher liegt. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass dem Kondensations-Wärmetauscher sowohl der Abgasstrom aus der Reingasabführleitung als auch das den weiteren Wärmetauscher ver- lassende Heißgas als Wärmequelle zum Wärmeübertrag auf das Wärmemedium im zweiten Wärmetauschmedien-Kreislauf zugeführt werden.
In weiteren Varianten kann auch vorgesehen sein, dass die Energierückgewinnungseinrichtung neben den vorgenannten Wärmetauschern in sequentieller Anordnung in der Heißgasleitung zudem einen noch weiteren Wärmetauscher zur Kondensation der Feuchte des in der Reingasleitung abströmenden Reingases des Thermoreaktors aufweist, sodass auch die diesem Reingas innewohnende Verdampfungsenthalpie nutzbar wird. Diese Variante kann insbesondere dann von Vorteil sein, wenn eine Austrittstemperatur des (kühleren) Reingasstroms in der Reingasleitung über dem Taupunkt einer Dampfkomponente im Abgasstrom liegt, insbesondere min. 80°C, vorzugsweise min. 90°C, bevorzugt min. 100°C oder höher liegt.
Die oben beschriebene Vorrichtung der Erfindung und das oben beschriebene Verfahren der Erfindung können in besonders vorteilhafter Weise zum Reinigen eines Minenabgases, insbesondere eines methanhaltigen Minenventilationsgases (VAM) verwendet werden. Der Ventilationsluft von Kohleminen wird zur Verminderung der Untertage-Staubentwicklung im Ansaugvorgang Feuchtigkeit in einer Größenordnung von zum Beispiel 30 bis 35 Vol.-% beigemischt. Die Erfindung macht die Enthalpie dieser Feuchtigkeit im Abstrom des Thermoreaktors in der Energierückgewinnung nutzbar. Mit der oben beschriebenen Erfindung können insbesondere die folgenden Vorteile erzielt werden :
Nutzung auch der Verdampfungsenthalpie der im gereinigten Gas, insbesondere im Heißgas enthaltenden Feuchte (-> Verbesserung der Energiebilanz);
Minimierung des Wasserverbrauchs durch Rückführen des Kondensats in den den weiteren Wärmetauscher enthaltenden Kreislauf oder einen anderen Prozess (->
Verbesserung der Ressourcenbilanz);
Erhöhung der Leistung des weiteren Wärmetauschers bei gleichem Energie- und/oder Brennstoffverbrauch;
Minimierung der C02-Emissionen des energieerzeugenden Prozesses stromauf der Energierückgewinnungseinrichtung;
verbesserte Energiebilanz insbesondere für Flüssigkeitstropfen enthaltende Rohgase; Erzielen eines trockeneren Abluftstroms aus der Abgasreinigungsvorrichtung. Obige sowie weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung verschiedener Ausführungsbeispiele anhand d beiliegenden Zeichnungen besser verständlich. Darin zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung des Aufbaus einer thermischen Abgasreinigungsvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 2 eine schematische Darstellung des Aufbaus einer thermischen Abgasreinigungsvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 3 eine schematische Darstellung des Aufbaus einer thermischen Abgasreinigungsvorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel;
Fig. 4 eine schematische Darstellung des Aufbaus einer thermischen Abgasreinigungsvorrichtung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel;
Fig. 5 eine schematische Darstellung des Aufbaus einer thermischen Abgasreinigungsvorrichtung gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel;
Fig. 6 eine schematische Darstellung des Aufbaus einer thermischen Abgasreinigungsvorrichtung gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel;
Fig. 7 eine schematische Darstellung des Aufbaus einer thermischen Abgasreinigungs
Vorrichtung gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel; und
Fig. 8 eine schematische Darstellung des Aufbaus einer thermischen Abgasreinigungs
Vorrichtung gemäß einem achten Ausführungsbeispiel.
Fig. 1 zeigt ein System zum Reinigen eines methanhaltigen Minenventilationsgases (VAM) gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das in Fig. 1 veranschaulichte System weist neben den nachfolgend beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten Komponenten insbesondere auch zahlreiche (Regel-)Ventile und Sensoren (insbesondere Temperatursensoren) auf, die der Einfachheit halber weggelassen sind, die aber beispielsweise aus der WO 2008/011965 AI bekannt sind.
Die thermische Abgasreinigungsvorrichtung von Fig. 1 enthält einen Thermoreaktor 10 zur regenerativen thermischen Oxidation (RTO) von brennbaren Stoffen in einem Abluft- oder Abgasstrom. Der Thermoreaktor 10 weist eine Brennkammer 12 und zwei unterhalb der Brennkammer 12 angeordnete Regeneratoren 14, die jeweils eine Vorkammer und einer oberhalb der Vorkammer angeordnete Wärmespeichermassenkammer umfassen, auf. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel weist der Thermoreaktor 10 zwei Regeneratoren 14 auf, in anderen Ausführungsformen können aber auch drei, vier oder mehr Regeneratoren 14 unterhalb der Brennkammer 12 vorgesehen sein.
In die Brennkammer 12 des Thermoreaktors 10 ragt ein Brenner 16, dem über eine Gaszufuhr 18 Brenngas und Verbrennungsluft zugeführt werden. Der Brenner 16 dient dem Verbrennen der in dem zu reinigenden Rohgas enthaltenen Schadstoffe (z.B. Methan). Die Temperatur in der Brennkammer 12 kann im Betrieb - abhängig vom Energieinhalt der im Rohgas ent- haltenen brennbaren Stoffe - bis zu etwa 1.000°C betragen.
Die Vorkammer jedes Regenerators 14 des Thermoreaktors 10 ist über eine Rohgaszweigleitung 20 mit einer Rohgaszuführleitung 22 verbunden. Eine Abgasquelle 24, zum Beispiel in Form einer Abgassammei- und Abgasmischvorrichtung speist die Rohgaszuführleitung 22 mit dem zu reinigenden Abgas (Rohgas).
Das zu reinigende Abgas, das den Regeneratoren 14 des Thermoreaktors 10 über die Rohgaszweigleitungen 20 zugeführt wird, enthält üblicherweise Flüssigkeitstropfen. Diese Flüssigkeitstropfen stammen zum Beispiel aus dem vorgelagerten Prozess 24. Dieser Zustand kann beispielsweise auch entstehen, wenn die Temperaturdifferenz zwischen dem vorgeschaltete Prozess 24 und dem Rohgas-Eintritt in die Abgasreinigungsanlage beim Übergabepunkt von der Rohgaszuführleitung 22 in die Rohgaszweigleitungen 20 eine Kondensation der im Rohgas enthaltenen Feuchtigkeit zur Folge hat, die im resultierenden Gasstrom am Austritt der Rohgaszweigleitungen 20 in den Thermoreaktor 10 als Flüssigkeitstropfen angeliefert werden.
Weiter ist die Vorkammer jedes Regenerators 14 des Thermoreaktors 10 über jeweils eine Reingaszweigleitung 26 mit einer Reingasleitung (erste Abführleitung der Erfindung) 28 verbunden. Das im Thermoreaktor 10 gereinigte und im Regenerator 14 abgekühlte Gas (Reingas) wird durch die Reingasleitung 28 zu einem Abluftkamin 30 geleitet, über den das Reingas an die Umgebung abgegeben wird.
Die Funktionsweise eines solchen Thermoreaktors ist zum Beispiel in der WO 2008/011965 AI in mehr Einzelheiten beschrieben. Es wird diesbezüglich vollinhaltlich auf diese Druckschrift Bezug genommen.
Wie in Fig. 1 dargestellt, ist die Brennkammer 12 des Thermoreaktors 10 über Heißgaszweigleitungen 32 mit einer Heißgasleitung (zweite Abführleitung der Erfindung) 34 verbunden. Über diese Heißgasleitung 34 wird heißes, durch thermische Oxidation gereinigtes Abgas (Heißgas)am Regenerator 14 vorbeigeführt bzw. der Abgasreinigungsvorrichtung vor dem Passieren eines Regenerators 14 entnommen. In bevorzugten Ausführungen wird das Heißgas über die Heißgasleitung 34 einer Energierückgewinnungseinrichtung zugeführt.
Diese Energierückgewinnungseinrichtung weist einen ersten Wärmetauscher 36 (weiterer Wärmetauscher der Erfindung) und einen zweiten Wärmetauscher 38 (Kondensations- Wärmetauscher der Erfindung) stromab des ersten Wärmetauschers 36 auf. Beide Wärmetauscher 36, 38 stehen mit einem gemeinsamen Wärmetauschmedien-Kreislauf 40a in Wärmeaustausch.
Der erste Wärmetauscher 36 dient als Dampferzeuger oder Dampferhitzer. Im ersten Wärme- tauscher wird das Heißgas von zum Beispiel etwa 1.000°C auf zum Beispiel etwa 400°C (erste Temperaturstufe) abgekühlt. Je nach Auslegung und/oder Wirkungsgrad des ersten Wärmetauschers 36 und/oder Eintrittstemperatur des Heißgases am ersten Wärmetauscher 36 kann die erste Temperaturstufe auch unter 400°C liegen, beispielsweise bei etwa 300°C, 200°C oder sogar ca. 150°C. Die bei dieser Abkühlung frei werdende Enthalpie wird im ersten Wärme- tauscher 36 genutzt zur Aufheizung des Wärmetauschmediums (hier: Wasser) des Kreislaufs 40a bis zur Verdampfung und Überhitzung des Dampfes.
Der durch den ersten Wärmetauscher 36 überhitzte Dampf wird im Kreislauf 40a einer Dampfturbine 42 zugeleitet. Diese Dampfturbine 42 ist mit einem Generator 44 zur Strom- erzeugung gekoppelt, um in bekannter Weise elektrische Energie zu erzeugen. Stromab der Dampfturbine 42 ist vorzugsweise ein Kühlturm 43 zum weiteren Abkühlen des Wassers vorgesehen.
Im zweiten Wärmetauscher 38 wird das aus dem ersten Wärmetauscher 36 austretende Heißgas weiter abgekühlt, zum Beispiel auf etwa 60°C (zweite Temperaturstufe). Während dieses Abkühlvorganges kondensieren die feuchten Bestandteile des Heißgases.
Liegt die erste Temperaturstufe unter etwa 230°C, insbesondere zwischen 200°C und 100°C, bevorzugt bei ca. 150°C kann der zweite Wärmetauscher 38 kostengünstig aus Carbon- oder Kunststoffmaterial gefertigt werden. Solche Wärmetauscher sind beispielsweise aus der WO 2009/007065 AI bekannt, deren Offenbarung an dieser Stelle mit umfasst sein soll.
Dabei gibt das Heißgas die ihm innewohnende Enthalpie zwischen Eintritts- und Austrittstemperatur in den bzw. aus dem zweiten Wärmetauscher 38, die Verdampfungsenthalpie der im Heißgas enthaltenen Feuchte durch Kondensation, und die dem Kondensat innewohnende Enthalpie zwischen Eintritts- und Austrittstemperatur in den bzw. aus dem zweiten Wärmetauscher 38 frei. Die Summe dieser freigesetzten Enthalpien wird an das Wärmetauschmedium des Kreislaufs 40a abgegeben, um das Wärmetauschmedium vorzuwärmen. Die oben beschrieben Abgasreinigungsvorrichtung ermöglicht eine effiziente Energierückgewinnung insbesondere auch für den Fall, dass das über die Rohgaszweigleitungen 20 zugeführte Rohgas übersättigt ist und Feuchte in Form von Flüssigkeitstropfen enthält.
Während des Aufheizvorgangs im Thermoreaktor werden diese Flüssigkeitstropfen ver- dampft. Falls das Verdampfungsprodukt im Thermoreaktor keine Reaktionsenergie abgibt, wie das zum Beispiel für Wasser der Fall ist, welches den Thermoreaktor als Dampf passieren kann, wird die für die Verdampfung der Flüssigkeit aufgewandte Verdampfungsenthalpie im Kondensations-Wärmetauscher 38 durch Kondensation zurückgewonnen und in diesem Ausführungsbeispiel an ein Heizmedium zur Weiterverwertung abgegeben.
Das aus dem zweiten Wärmetauscher 38 austretende Heißgas wird schließlich über eine Verbindungsleitung 46 der Reingasleitung 28 zugeführt, um letztlich über den Abluftkamin 30 an die Umgebung abgegeben zu werden. Der Abluftstrom im Abluftkamin 30 ist aufgrund des in der Energierückgewinnungseinrichtung eingesetzten Kondensations-Wärmetauschers 38 zudem relativ trocken.
Wie in Fig. 1 angedeutet, kann das beim Abkühlen des Heißgases im zweiten Wärmetauscher 38 entstehende Kondensat optional über eine Kondensatabführung 48 wieder dem Prozess zurückgeführt werden. Beispielsweise kann das Kondensat dem Kreislauf 40a als Wärme- tauschmedium zugeführt werden.
Fig. 2 zeigt ein System zum Reinigen eines methanhaltigen Minenventilationsgases gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Dabei sind gleiche bzw. analoge Komponenten mit den gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet und auf eine Wieder- holung der entsprechenden Beschreibungen wird verzichtet.
Die in Fig. 2 veranschaulichte Abgasreinigungsvorrichtung unterscheidet sich von jener des ersten Ausführungsbeispiels durch die Energierückgewinnungseinrichtung. Wie in Fig. 2 dargestellt, steht der erste Wärmetauscher 36 (weiterer Wärmetauscher der Erfindung) der Energierückgewinnungseinrichtung mit einem ersten Wärmetauschmedien- Kreislauf 40b in Wärmeaustausch. Dieser erste Wärmetauschmedien-Kreislauf 40b enthält wie der gemeinsame Wärmetauschmedien-Kreislauf 40a des ersten Ausführungsbeispiels eine Stromerzeugungseinrichtung umfassend eine Dampfturbine 42 und einen Generator 44 sowie einen Kühlturm 43.
Der zweite Wärmetauscher 38 (Kondensations-Wärmetauscher der Erfindung) der Energierückgewinnungseinrichtung steht mit einem zweiten Wärmetauschmedien-Kreislauf 40c in Wärmeaustausch, der als offener Kreislauf und separat zu dem ersten Wärmetauschmedien- Kreislauf 40b ausgestaltet ist. Bei dem Wärmetauschmedium des zweiten Wärmetauschmedien-Kreislaufs 40c handelt es sich beispielsweise um Brauchwasser, das einem Warmwasserverbraucher zugeführt wird, oder um ein Heizmedium, das einem Fernwärmeanschluss zugeführt wird. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass das Wärmetauschmedium des zweiten Wärmetauschmedien-Kreislaufs 40c ein Thermalöl eines Zwischenkreislaufs zur
Ankopplung einer RC-, insbesondere einer ORC-Anlage oder aber direkt ein Arbeitsmedium einer RC-, insbesondere einer ORC-Anlage ist. Im zweiten Fall dient der zweite Wärmetauscher 38 als Direktverdampfer für ein Arbeitsmedium, insbesondere ein organisches Arbeitsmedium zum Betrieb einer Anlage nach Rankine-Zyklus, wobei vorzugsweise die Rankine-Turbine einen Generator antreibt. Auf diese Weise kann ein Wirkungsgrad der
Stromerzeugung der Gesamtanlage, umfassend die Dampfturbine 42 und die Rankine- Turbine, gesteigert werden.
Fig. 3 zeigt ein System zum Reinigen eines methanhaltigen Minenventilationsgases gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Dabei sind gleiche bzw.
analoge Komponenten mit den gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet und auf eine Wiederholung der entsprechenden Beschreibungen wird verzichtet.
Die in Fig. 3 veranschaulichte Abgasreinigungsvorrichtung unterscheidet sich von jenen der ersten beiden Ausführungsbeispiele durch die Energierückgewinnungseinrichtung. Wie in Fig. 3 dargestellt, steht der erste Wärmetauscher 36 der Energierückgewinnungseinrichtung mit einem ersten Wärmetauschmedien-Kreislauf 40b in Wärmeaustausch. Dieser erste Wärmetauschmedien-Kreislauf 40b enthält wie der gemeinsame Wärmetauschmedien- Kreislauf 40a des ersten Ausführungsbeispiels und der erste Wärmetauschmedien-Kreislauf 40b des zweiten Ausführungsbeispiels eine Stromerzeugungseinrichtung umfassend eine Dampfturbine 42 und einen Generator 44 sowie einen Kühlturm 43.
Der zweite Wärmetauscher (Kondensations-Wärmetauscher) 38 der Energierückgewinnungs- einrichtung steht mit dem von der Abgasquelle 24 geförderten Rohgasstrom, speziell methan- haltigen Minenventilationsgasen (VAM), in Wärmeaustausch. Insbesondere ist der zweite Wärmetauscher 38 stromauf des Thermoreaktors 10 in der Rohgaszuführleitung 22 angeordnet. In dem zweiten Wärmetauscher 38 wird das aus dem ersten Wärmetauscher 36 austretende Heißgas zum Beispiel von etwa 300°C auf etwa 200°C abgekühlt.
Fig. 4 zeigt ein System zum Reinigen einer VOC-haltigen Abluft einer Abgasquelle 24, beispielsweise eines methanhaltigen Minenventilationsgases oder einer lösemittelhaltigen Prozessabluft, gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Dabei sind gleiche bzw. analoge Komponenten mit den gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet und auf eine Wiederholung der entsprechenden Beschreibungen wird verzichtet.
Die in Fig. 4 veranschaulichte Abgasreinigungsvorrichtung unterscheidet sich vom ersten Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 dadurch, dass das über die Reingasleitung 28 abgeführte, kühlere Reingas (z.B. etwa 70°C) mit dem aus dem ersten Wärmetauscher 36 der Energie- rückgewinnungseinrichtung austretenden Heißgas (z.B. etwa 300°C) vermischt wird, bevor dieses gemischte Reingas (z.B. etwa 180°C) stromab in den zweiten Wärmetauscher
(Kondensations-Wärmetauscher) 38 als Wärmequelle eintritt. Im zweiten Wärmetauscher 38 wird dann das gemischte Reingas über den Taupunkt einer Dampfkomponente, insbesondere Wasserdampf, abgekühlt, so dass die in beiden Teilströmen gespeicherte Verdampfungsenthalpie auf das im gemeinsamen Wärmetauschmedien-Kreislauf 40d zirkulierenden Wärmetauschmedium übertragen werden kann. Es kann dabei auch vorgesehen sein, dass die Beimengung bzw. Zuführung der Gasströme über eine Misch- und/oder Verwirbelungseinrichtung unterstützt wird. Dadurch kann eine vorteilhafte Durchmischung, insbesondere Homogenisierung des Gemisches der unterschiedlich temperierten Gasströme begünstigt werden. Alternativ zu der in Fig. 4 gezeigten Ausführung kann analog zum Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 die Rest- und/oder Verdampfungsenthalpie des Gasgemisches auch auf ein im zweiten Wärmetauschmedien-Kreislauf 40c zirkulierendes Wärmetauschmedium übertragen werden.
Die so charakterisierten Ausführungsvarianten eignen sich insbesondere dann, wenn sich durch die Gemischbildung zwischen dem Heißgas der ersten Temperaturstufe und dem kühleren Reingas der Austrittstemperatur aus dem Thermoreaktor 10 eine Gemischtemperatur von unter 250°C einstellen lässt, welche zu einer vorteilhaften und kostengünstigen Realisierung des zweiten Wärmetauschers nach Art der WO 2009/007065 AI führt. Fig. 5 zeigt ein System zum Reinigen einer VOC-haltigen Abluft einer Abgasquelle 24, beispielsweise eines methanhaltigen Minenventilationsgases oder einer lösemittelhaltigen Prozessabluft, gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Dabei sind gleiche bzw. analoge Komponenten mit den gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet und auf eine Wiederholung der entsprechenden Beschreibungen wird verzichtet.
Die in Fig. 5 veranschaulichte Abgasreinigungsvorrichtung unterscheidet sich vom zweiten Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 dadurch dass in der Reingasleitung 28 ein dritter Wärmetauscher 50 vorgesehen ist. Im dritten Wärmetauscher 50 (Kondensations-Wärmetauscher der Erfindung) wird das aus dem Thermoreaktor 10 über die Reingasleitung 28 austretende Reingas weiter abgekühlt, zum Beispiel auf etwa 60°C (entsprechend der zweiten Temperaturstufe des zweiten Wärmetauschers 38). Während dieses Abkühlvorganges kondensieren die feuchten Bestandteile des Reingases, wodurch eine Rest- und/oder Verdampfungsenthalpie des Reingases auf ein Wärmetauschmedium übertragen werden kann.
In der in Fig. 5 dargestellten Variante dieses Ausführungsbeispiels stehen dabei der erste Wärmetauscher 36 und der zweite Wärmetauscher 38 mit einem gemeinsamen Wärmetauschmedien-Kreislauf 40a in Wärmeaustausch (ähnlich dem ersten Ausführungsbeispiel von Fig. 1). Zusätzlich stehen der zweite Wärmetauscher 38 und der dritte Wärmetauscher 50 über einen gemeinsamen Wärmetauschmedien-Kreislauf 40e in Wirkbeziehung, wobei das Wärmetauschmedium im dritten Wärmetauscher 50 vorgewärmt wird. Im Ergebnis stehen alle drei Wärmetauscher 36, 38, 50 über einen gemeinsamen Wärmetauschmedien-Kreislauf in Wirkbeziehung, wodurch eine Dampfbildung zum Antrieb der Dampfturbine 42 vorteilhaft maximiert werden kann.
Alternativ zu der in Fig. 5 gezeigten Variante kann auch vorgesehen sein, dass der dritte Wärmetauscher 50 mit dem zweiten Wärmetauscher 38 über einen gemeinsamen zweiten Wärmetauschmedien-Kreislauf 40f in Wirkbeziehung steht und so die einem weiteren Wärmenutzer zuführbare Wärmeenergie in analoger Weise zum Beispiel nach Fig. 2 gesteigert wird.
Eine derartige Ausführung ist in Fig. 6 als sechstes Ausführungsbeispiel gezeigt. Dabei sind gleiche bzw. analoge Komponenten mit den gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet und auf eine Wiederholung der entsprechenden Beschreibungen wird verzichtet. Der zweite Wärme- tauschmedien-Kreislauf 40f ist dabei als Arbeitsmittelkreislauf eines Rankine-Zyklus ausgestaltet. Das Arbeitsmedium und damit das zweite Wärmetauschmedium ist dabei bevorzugt ein organisches Arbeitsmedium, welches insbesondere bei niedrigeren Temperaturniveaus günstigere Verdampfungseigenschaften aufweist als das Medium Wasser der Dampfturbine 42. Der zweite Wärmetauscher 38 dient dabei als Verdampfer für das Arbeitsmedium, welches anschließend über eine Rankine-Turbine 54 entspannt wird. Die Rankine-Turbine 54 treibt einen weiteren Generator 56 an. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass die Rankine-Turbine 54 über ein Kupplungs- bzw. Übertragungssystem mit der Welle des
Generators 44 in Wirkbeziehung steht, wodurch auf einen zweiten Generator verzichtet werden könnte. Das in der Rankine-Turbine 54 entspannte Arbeitsmedium wird weiters über einen Kondensator 58 derart abgekühlt, dass es wieder auskondensiert. Anschließend wird es in vorwiegend flüssiger Form, dem dritten Wärmetauscher 50 zugeführt. Der dritte Wärmetauscher 50 überträgt die Rest- und/oder Verdampfungsenthalpie des Reingases des Thermo- reaktors 10 auf das flüssige Arbeitsmedium, wodurch dieses vorgewärmt und ggf. sogar bereits teilweise verdampft wird.
Vorteilhaft kann es auch sein, wenn der zweite und/oder dritte Wärmetauscher 38, 50 insbesondere bei der Einbindung einer RC/ORC-Anlage nach Art eines Strömungsapparats bzw. eines Systems von Strömungsapparaten nach der DE 10 2014 201 908 AI ausgeführt ist. Die Offenbarung der DE 10 2014 201 908 AI wird hiermit vollinhaltlich, insbesondere betreffend des Aufbaus des Strömungsapparats, die Strömungsführung im Strömungsapparat, ein System von Strömungsapparaten und das Betriebsverfahren zur Fluidführung im
Strömungsapparat in Bezug genommen.
Bei bekannten regenerativen Thermoreaktoren 10 ohne eine Heißgasnutzung über die zweite Abführleitung 34 und eine Energierückgewinnungseinrichtung im Sinne der Ausführungsbeispiele nach Fig. 1 bis 6 und WO 2008/011965 AI kann es auch sinnvoll und vorteilhaft sein, einen Kondensations-Wärmetauscher 60 (zum Beispiel nach Art des dritten Wärmetauschers 50 gemäß dem Beispiel aus Fig. 5) in der ersten Abführleitung 28 vorzusehen, wie dies in Fig. 7 als siebtes Ausführungsbeispiel veranschaulicht ist.
Dabei kühlt das in der Reingasleitung 28 abströmende Reingas in dem Kondensations-Wärmetauscher 60 unter einen Taupunkt einer Dampfkomponente ab. Dadurch kann die Restund/oder Verdampfungsenthalpie, welche nicht in den Regeneratoren 14 des regenerativen Thermoreaktors 10 zurückgewonnen wurde, auf ein Wärmetauschmedium eines ent- sprechenden Wärmetauschmedien-Kreislaufs 40g übertragen werden. So kann beispielsweise analog zum Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 das anströmende Rohgas vorgewärmt werden. Alternativ kann auch ein anderer Wärmenutzer, beispielsweise eine Warm- oder Heißwasserversorgung oder eine ORC-Anlage, mit Wärmeenergie versorgt werden. Fig. 8 zeigt als achtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Abgasreinigungsvorrichtung eine weitere Abwandlung des Ausführungsbeispiels von Fig. 1. Dabei sind gleiche bzw. analoge Komponenten mit den gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet und auf eine Wiederholung der entsprechenden Beschreibungen wird verzichtet. Die in Fig. 8 veranschaulichte Abgasreinigungsvorrichtung unterscheidet sich von jener des ersten Ausführungsbeispiels durch die Energierückgewinnungseinrichtung.
Der erste Wärmetauscher 36 und der zweite Wärmetauscher 38 stehen mit einem gemeinsamen Wärmetauschmedien-Kreislauf 40h in Wärmeaustausch. Dabei wird das Wärme- tauschmedium stromab der Dampfturbine 42 einem weiteren Kondensations-Wärmetauscher 64 zugeleitet, der stromauf des Thermoreaktors 10 in der Rohgaszuführleitung 22 angeordnet ist. Das in diesem weiteren Kondensations-Wärmetauscher 64 auf zum Beispiel etwa 60°C abgekühlte Wärmetauschmedium wird dann wieder dem Kondensations-Wärmetauscher 38 stromauf des ersten Wärmetauschers 36 zugeführt.
BEZUGSZIFFERNLISTE
10 Thermoreaktor
12 Brennkammer
14 Regeneratoren
16 Brenner
18 Gaszufuhr
20 Rohgaszweigleitung
22 Rohgaszuführleitung 24 Abgasquelle
26 Reingaszweigleitung
28 erste Abführleitung, Reingasleitung
30 Abluftkamin
32 Heißgaszweigleitung
34 zweite Abführleitung, Heißgasleitung
36 erster Wärmetauscher, weiterer Wärmetauscher
38 zweiter Wärmetauscher, Kondensations-Wärmetauscher
40a-h Wärmetauschmedien-Kreisläufe
42 Dampfturbine
43 Kühlturm
44 Generator
46 Verbindungsleitung
48 Kondensatabführung
50 dritter Wärmetauscher, Kondensations-Wärmetauscher
52 Kondensatabführung
54 Rankine-Turbine
56 Generator
58 Kondensator
60 vierter Wärmetauscher, weiterer Kondensations-Wärmetauscher
62 Kondensatabführung
64 fünfter Wärmetauscher, Kondensations-Wärmetauscher

Claims

ANSPRÜCHE
Vorrichtung zur thermischen Abgasreinigung, aufweisend:
einen Thermoreaktor (10), dem ein zu reinigendes Rohgas zuführbar ist und in dem das zugeführte Rohgas thermisch reinigbar ist; und
eine Energierückgewinnungseinrichtung, der ein in dem Thermoreaktor (10) gereinigtes Gas über wenigstens eine Abführleitung (28, 34) zuführbar ist,
wobei die Energierückgewinnungseinrichtung wenigstens einen Kondensations- Wärmetauscher (38, 50, 60, 64) aufweist, in dem das gereinigte Gas derart abkühlbar ist, dass in dem gereinigten Gas enthaltene kondensierbare Stoffe kondensieren, und dabei frei werdende Enthalpien an ein Wärmetauschmedium und/oder das Rohgas stromauf des Thermoreaktors (10) abgebbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher
der Thermoreaktor (10) eine Brennkammer (12) aufweist, in der das zugeführte Rohgas thermisch reinigbar ist;
die Energierückgewinnungseinrichtung über die Abführleitung (34) mit der Brennkammer (12) des Thermoreaktors (10) verbunden ist, um der Energierückgewinnungseinrichtung ein beim thermischen Reinigungsprozess in der Brennkammer (12) entstandenes gereinigtes Gas zuzuführen; und
die Energierückgewinnungseinrichtung aufweist:
einen weiteren Wärmetauscher (36), in dem das gereinigte Gas auf eine erste Temperaturstufe abkühlbar ist und eine dabei frei werdende Enthalpie an ein Wärmetauschmedium abgebbar ist; und
den Kondensations-Wärmetauscher (38, 50, 64), der stromab des weiteren Wärmetauschers (36) angeordnet ist und in dem das gereinigte Gas auf eine zweite Temperaturstufe niedriger als die erste Temperaturstufe weiter abkühlbar ist, sodass in dem gereinigten Gas enthaltene kondensierbare Stoffe kondensieren, und dabei frei werdende Enthalpien an ein Wärmetauschmedium und/oder das Rohgas stromauf des Thermoreaktors (10) abgebbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 2, bei welcher der weitere Wärmetauscher (36) und der Kondensations-Wärmetauscher (38) mit einem gemeinsamen Wärmetauschmedien- Kreislauf (40a, 40d, 40h) in Wärmeaustausch stehen, wobei der Kondensations- Wärmetauscher (38) in dem gemeinsamen Wärmetauschmedien-Kreislauf (40a, 40d, 40h) stromauf des weiteren Wärmetauschers (36) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, bei welcher der weitere Wärmetauscher (36) mit einem ersten Wärmetauschmedien-Kreislauf (40b) in Wärmeaustausch steht und der Kondensations-Wärmetauscher (38) mit einem zweiten, von dem ersten Wärmetauschmedien-Kreislauf (40b) separaten Wärmetauschmedien-Kreislauf (40c, 40f) in Wärmeaustausch steht.
Vorrichtung nach Anspruch 2, bei welcher der weitere Wärmetauscher (36) mit einem ersten Wärmetauschmedien-Kreislauf (40b) in Wärmeaustausch steht und der Kondensations-Wärmetauscher (38) mit einer Rohgaszuführleitung (22) stromauf des Thermoreaktors (10) in Wärmeaustausch steht.
Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, bei welcher in dem gemeinsamen Wärmetauschmedien-Kreislauf (40h) stromab des weiteren Wärmetauschers (36) ein weiterer Kondensations-Wärmetauscher (64) vorgesehen ist, der mit einer Rohgaszuführleitung (22) stromauf des Thermoreaktors (10) in Wärmeaustausch steht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, bei welcher in dem gemeinsamen Wärmetauschmedien-Kreislauf (40a, 40d) oder dem ersten Wärmetauschmedien- Kreislauf (40b) stromab des weiteren Wärmetauschers (36) eine Stromerzeugungseinrichtung (42, 44) angeordnet ist. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 7, bei welcher in dem zweiten Wärmetauschmedien-Kreislauf (40c, 40f) stromab des Kondensations-Wärmetauschers (38) wenigstens ein Warmwasserverbraucher und/oder ein Fernwärmeanschluss und/oder eine RC- oder ORC-Anlage (54-58) angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher ein in dem Kondensations-Wärmetauscher (38, 50, 60) erzeugtes Kondensat über eine
Kondensatabführung (48, 52, 62) dem Prozess wieder rückführbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher der Thermo- reaktor (10) ein thermischer Oxidationsreaktor, bevorzugt ein regenerativer thermischer Oxidationsreaktor ist.
Verfahren zur thermischen Abgasreinigung, mit den Schritten:
thermisches Reinigen eines zu reinigenden Rohgases in einem Thermoreaktor (10); und
Abkühlen eines beim thermischen Reinigungsprozess im Thermoreaktor (10) entstandenen gereinigten Gases in einem Kondensations-Wärmetauscher (38, 50, 60, 64) derart, dass in dem gereinigten Gas enthaltene kondensierbare Stoffe kondensieren, wobei dabei frei werdende Enthalpien an ein Wärmetauschmedium und/oder das Rohgas stromauf des Thermoreaktors (10) abgegeben werden.
Verfahren nach Anspruch 11, bei welchem
das thermische Reinigen des Rohgases in einer Brennkammer (12) des Thermoreaktors (10) erfolgt;
das beim thermischen Reinigungsprozess in der Brennkammer (12) entstandene gereinigte Gas in einem weiteren Wärmetauscher (36) auf eine erste Temperaturstufe abgekühlt wird, wobei eine dabei frei werdende Enthalpie an ein Wärmetauschmedium abgegeben wird; und das gereinigte Gas in dem Kondensations-Wärmetauscher (38) stromab des weiteren Wärmetauschers (36) auf eine zweite Temperaturstufe niedriger als die erste
Temperaturstufe weiter abgekühlt wird, sodass in dem gereinigten Gas enthaltene kondensierbare Stoffe kondensieren, und dabei frei werdende Enthalpien an ein Wärmetauschmedium und/oder das Rohgas stromauf des Thermoreaktors (10) abgegeben werden.
13. Verfahren nach Anspruch 12, bei welchem der weitere Wärmetauscher (36) und der Kondensations-Wärmetauscher (38) mit einem gemeinsamen Wärmetauschmedien- Kreislauf (40a, 40d, 40h) in Wärmeaustausch stehen und das Wärmetauschmedium des gemeinsamen Wärmetauschmedien-Kreislaufs (40a, 40d, 40h) in dem
Kondensations-Wärmetauscher (38) vorgewärmt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 12, bei welchem der weitere Wärmetauscher (36) mit einem ersten Wärmetauschmedien-Kreislauf (40b) in Wärmeaustausch steht und der Kondensations-Wärmetauscher (38) mit einem zweiten, von dem ersten Wärmetauschmedien-Kreislauf (40b) separaten Wärmetauschmedien-Kreislauf (40c, 40f) in Wärmeaustausch steht.
15. Verfahren nach Anspruch 12, bei welchem der weitere Wärmetauscher (36) mit einem ersten Wärmetauschmedien-Kreislauf (40b) in Wärmeaustausch steht und der Kondensations-Wärmetauscher (38) mit einer Rohgaszuführleitung (22) stromauf des Thermoreaktors (10) in Wärmeaustausch steht.
16. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, bei welchem in dem gemeinsamen Wärmetauschmedien-Kreislauf (40h) stromab des weiteren Wärmetauschers (36) ein weiterer Kondensations-Wärmetauscher (64) vorgesehen ist, der mit einer Rohgaszuführleitung (22) stromauf des Thermoreaktors (10) in Wärmeaustausch steht.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16, bei welchem das im weiteren Wärmetauscher (36) aufgeheizte Wärmetauschmedium zur Stromerzeugung genutzt wird.
18. Verfahren nach Anspruch 14 oder 17, bei welchem das Wärmetauschmedium des zweiten Wärmetauschmedien-Kreislaufs (40c, 40f) ein Brauchwasser oder ein Heizmedium ist.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 18, bei welchem ein in dem
Kondensations-Wärmetauscher (38, 50, 60) erzeugtes Kondensat über eine
Kondensatabführung (48, 52, 62) dem Prozess wieder rückgeführt wird.
20. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10 oder des Verfahrens nach einem der Ansprüche 11 bis 19 zum Reinigen eines Minenabgases, insbesondere eines methanhaltigen Minenventilationsgases, oder einer brennbare Bestandteile enthaltenden, insbesondere VOC-haltigen Abluft.
21. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10 oder des Verfahrens nach einem der Ansprüche 11 bis 19 zum Reinigen eines Flüssigkeitstropfen enthaltenden Rohgases.
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