DE102021114836A1 - Umsetzung von schwefelhaltigen Verbindungen in Abgasen durch nichtthermisches Plasma - Google Patents

Abstract

Gegenstand der Erfindung sind eine Abgasreinigungsanlage 12 und ein Verfahren zur Behandlung eines Abgasstroms 6 aus einem Betrieb 1, zum Beispiel einer Tierkörperverwertungsanlage. Dabei wird nichtthermisches Plasma, das Ozon und OH-Radikale in einem Plasma-Gasstrom 7 erzeugt, eingesetzt, um schwefelhaltige Target-Komponenten (Methylmercaptan (CH4S), Dimethylsulfid (C2H6S), Dimethyldisulfid (C2H6S2) und Dimethyltrisulfid (C2H6S3)) im Abgasstrom 6 in einer primären und einer sekundären Reaktion umzusetzen. Die primäre Reaktion findet dabei durch die bloße Zusammenführung von Abgas und Plasma-Gasstrom statt. Die sekundäre Reaktion kann durch den Einsatz eines Katalysators beschleunigt werden. Hierdurch wird die Konzentration der Target-Komponenten signifikant reduziert. Alternativ zum Einsatz eines Katalysators kann durch ein Adsorbens eine weitere Umsetzung der Target-Komponenten und/oder Ozon erfolgen. Besonders bevorzugt wird der dadurch erzeugte zweite Gasstrom 9 in einem Gaswäscher 4 und/oder einem Biofilter 5 nachbehandelt.

Description

• Gegenstand der Anmeldung ist ein Verfahren zum Reinigen eines Abgasstroms, bei dem die Konzentration einer schwefelhaltigen Verbindung wie Methylmercaptan (CH₄S), Dimethylsulfid (C₂H₆S), Dimethyldisulfid (C₂H₆S₂) und Dimethyltrisulfid (C₂H₆S₃) durch eine Behandlung mit einem nichtthermischen Plasma reduziert wird und eine entsprechende Abgasbehandlungsanlage. Die genannten schwefelhaltigen Verbindungen werden im Folgenden als Target-Komponenten bezeichnet.
• Abgasreinigungsanlagen werden in vielen Ländern eingesetzt, um die Geruchsbelastung, beispielsweise in der Umgebung von Betrieben, zu reduzieren. Hierbei kann es sich beispielsweise um Tierkörperverwertungsanlagen, Schlachthöfe, Futtermittelhersteller, Klärschlammtrocknungsanlagen oder Tabakfabriken handeln, die Gase emittieren, die einerseits als unangenehm wahrgenommen werden und zum anderen sehr niedrige Geruchsschwellen aufweisen, sodass sehr geringe Konzentrationen in der Atemluft ausreichen, um sie wahrzunehmen. Um die Geruchsbelastung aus solchen Abgasen zu reduzieren, können Anlagen eingesetzt werden, in denen das Abgas über verschiedene Behandlungseinrichtungen geleitet wird, bevor es an die Umgebungsluft abgegeben wird.
• Bisher findet eine Behandlung von derartigen Abgasen vorrangig durch Biofilter statt. In einem Biofilter werden chemische Verbindungen durch Mikroorganismen umgesetzt. Als Mikroorganismen werden je nach Bestimmung des Filters spezielle Bakterien oder Pilze eingesetzt. Die chemischen Verbindungen aus den Abgasen, die dem Biofilter zugeführt werden, werden mit Sauerstoff umgesetzt und zu nicht schädlichen Verbindungen, wie Wasser und Kohlendioxid, rekombiniert, deren Geruch zudem nicht als unangenehm empfunden wird oder die geruchsneutral sind. Als Träger für die Mikroorganismen können verschiedene organische Produkte wie Fasern, Hackschnitzel, Wurzelhölzer, Granulate oder Gemische dienen. Die Lebensdauer eines Biofilters kann in Abhängigkeit von den zugeführten Stoffen stark variieren, da diese teilweise die genutzten Mikroorganismen schädigen.
• Da es sich bei den Target-Komponenten um für viele Mikroorganismen giftige Gase handelt, eignet sich ein Biofilter nur bedingt zum Umsetzen dieser Verbindungen. Es kann zwar zunächst eine Umsetzung stattfinden, jedoch werden die Mikroorganismen durch die Target-Komponenten stark geschädigt, sodass sich ihre Lebensdauer verkürzt und der Biofilter insgesamt eine reduzierte Standzeit aufweist. Insofern ist die bloße Behandlung derartiger Abgase mittels Biofilter nicht wirtschaftlich.
• Eine weitere bekannte Maßnahme zur Behandlung von Abgasen, die mindestens eine der Target-Komponenten enthalten, ist die Verwendung eines Gaswäschers. In einem Gaswäscher wird das zu behandelnde Gas mit einer Waschflüssigkeit, dabei kann es sich um Wasser oder mit abbindungsfördernden Stoffen versetztes Wasser handeln, zusammengeführt. Je nach Bauform des Gaswäschers kann das Gas mit der Flüssigkeit besprüht werden oder der Flüssigkeits- und der Gasstrom werden durch eine düsenförmige Geometrie aneinander so vorbeigeführt, dass der Gasstrom auf eine möglichst große Oberfläche der Flüssigkeit trifft.
• Voraussetzung für eine hohe Umsetzungsrate, also effektive Geruchsminderung, ist eine hohe Wasserlöslichkeit. Diese ist bei den Target-Komponenten nicht gegeben, sodass auch eine Nachbehandlung ausschließlich durch einen Gaswäscher nur geringe Erfolge hinsichtlich der Verminderung der Geruchsbelastung erzielen kann.
• Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zumindest teilweise zu überwinden.
• Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Die abhängigen Ansprüche sind auf vorteilhafte Weiterbildungen gerichtet.
• Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Reinigen eines Abgasstroms, der mindestens eine der folgenden Target-Komponenten Methylmercaptan (CH₄S), Dimethylsulfid (C₂H₆S), Dimethyldisulfid (C₂H₆S₂) und Dimethyltrisulfid (C₂H₆S₃) umfasst, wird dem Abgasstrom ein Plasma-Gasstrom zugeführt, in dem vor Zuführung zum Abgasstrom durch ein nichtthermisches Plasma zumindest Hydroxyl-Radikale und Ozon erzeugt werden und sich Abgasstrom und Plasma-Gasstrom dann zu einem ersten Gasstrom vermischen, wobei innerhalb des ersten Gasstroms mindestens eine der Target-Komponenten in einer primären Reaktion mit den Hydroxyl-Radikalen und in einer sekundären Reaktion mit dem Ozon reagiert, wobei ein zweiter Gasstrom gebildet wird, in dem die die Konzentration mindestens einer der Target-Komponenten im Vergleich zur Konzentration der entsprechenden Target-Komponente im Abgasstrom reduziert ist.
• Bei dem Abgasstrom kann es sich insbesondere um einen Gasstrom handeln, der einem Betrieb beispielsweise durch eine Abluftanlage oder Luftaustauschanlage entzogen wird. Der Abgasstrom enthält einerseits Luft und damit Anteile insbesondere von Sauerstoff, Stickstoff, Kohlendioxid etc. und andererseits weitere Moleküle, die aus den Prozessen in den jeweiligen Betrieben stammen wie insbesondere eine oder mehrere Target-Komponenten. In der Regel beträgt die Konzentration der Target-Komponenten im Abgasstrom zwischen 10 und 1000 mg/m³.
• Für die Umsetzung der Target-Komponenten wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein nichtthermisches Plasma bereitgestellt. Unter dem Begriff nichtthermisches Plasma wird im Rahmen dieses Dokuments insbesondere ein Plasma verstanden, in dem ein thermisches Ungleichgewicht herrscht. Das nichtthermische Plasma wird bevorzugt durch eine dielektrische behinderte Entladung in einem Plasma-Generator erzeugt. Durch den Kontakt mit Außenluft entstehen unter anderem hochreaktive Hydroxyl-Radikale und Ozon (O₃). Unter einer Außenluft wird im Rahmen dieses Dokuments insbesondere eine aus der äußeren Umgebung ansaugbare Frischluft verstanden, die nicht durch beim Produktionsprozess entstehende Gase und Partikel belastet ist.
• Unter dem Begriff Hydroxyl-Radikale wird eine Gruppe umfassend ein Sauerstoff- und ein Wasserstoff-Atom verstanden. Ein Hydroxyl-Radikal weist die chemische Formel OH^- auf und trägt eine negative Ladung. Das Hydroxyl-Radikal ist hochreaktiv und reagiert in einer primären Reaktion mit mindestens einer der Target-Komponenten insbesondere nach den folgenden Reaktionsgleichungen, sobald der Plasma-Gasstrom dem Abgasstrom über eine Zuleitung zugeführt wird und sich die Gase an einer Mischstelle vermischt haben:
• Für Methylmercaptan (CH₄S), Dimethyldisulfid (C₂H₆S₂) und Dimethyltrisulfid (C₂H₆S₃) kann die primäre Reaktion wie folgt dargestellt werden: R-S-H + OH^- → R-S^- + H₂O

mit R=CH₃ für Methylmercaptan, R= C₂H₅S für Dimethyldisulfid und R= C₂H₅S₂ für Dimethyltrisulfid. Für Dimethylsulfid (C₂H₆S) kann die primäre Reaktion dargestellt werden als H₃C-S-CH₃ + OH^- → H₃C-S-CH₂ ^- + H₂O.
• Die Lebensdauer der Hydroxyl-Radikale beträgt, in Abhängigkeit der Konzentration der Target-Komponenten, nur wenige Millisekunden (0,05 ms [Millisekunden] bis 2 ms), sodass die primäre Reaktion unmittelbar nach Mischen des Plasma-Gasstroms und des Abgasstroms erfolgt und nach nur wenigen Millisekunden abgeschlossen ist.
• Ein zweiter Bestandteil des Plasma-Gasstroms ist Ozon (O₃). In einer sekundären Reaktion reagiert mindestens eine der Target-Komponenten mit dem Ozon. Dabei wird Ozon zu O und O₂ oxidiert. Durch diese Oxidation werden die Target-Komponenten in Produkte umgesetzt, deren Wasserlöslichkeit größer ist als die der Target-Komponenten.
• Für Methylmercaptan (CH₄S), Dimethyldisulfid (C₂H₆S₂) und Dimethyltrisulfid (C₂H₆S₃) kann die sekundäre Reaktion wie folgt dargestellt werden: R'-S + O₃ → R'-S-O + O₂ ... →SO₂, H₂O, CO₂
• Mit R'= CH₄ für Methylmercaptan, R'=C₂H₆S für Dimethyldisulfid und R'= C₂H₆S₂ bei Dimethyltrisulfid. Wie dargestellt reagieren die Verbindungen R'-S mit Sauerstoff zu Schwefeldioxid, Wasser und Kohlendioxid Bei Dimethylsulfid (C2H6S) läuft folgende sekundäre Reatkion ab: H₃C-S-CH₂· + O₃ → H₃C-S-CH₂-O· +O₂ ...→ SO₂, H₂O, CO₂
• Auch hier wird das Reaktionsprodukt der sekundären Reaktion weiter zu Stickstoffdioxid, Wasser und Kohlendioxid umgesetzt.
• Für eine effektive Umsetzung der Target-Komponenten wird bevorzugt ein Plasma-Gasstrom bereitgestellt, der bevorzugt zwischen 2 % und 20 %, besonders bevorzugt zwischen 5 % und 15 %, insbesondere etwa 10 %, des Massenstroms des Abgasstroms entspricht und eine Energiedichte von mindestens 1 kW pro 1.000 m³, bezogen auf den Abgasstrom, aufweist. Hierdurch kann beispielsweise eine Reduktion der Konzentration der Target-Komponente Methylmercaptan (CH4S) um mindestens 90 % erreicht werden.
• Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung wird die Reaktionsgeschwindigkeit für die sekundäre Reaktion durch einen Katalysator erhöht. Ein Katalysator ist ein Stoff, der, ohne dabei selbst umgesetzt oder abgebaut zu werden, die Aktivierungsenergie für eine chemische Reaktion herabsetzt und so den Ablauf der Reaktion beschleunigt.
• Diese sekundäre Reaktion wird gemäß dieser Ausgestaltung durch die Bereitstellung eines Katalysators auf einem Katalysatorträger ermöglicht. Bei der sekundären Reaktion wird Ozon mithilfe des Katalysators im Katalysatorträger zu einem Sauerstoffradikal (O) und Sauerstoff (O₂) oxidiert. Das Sauerstoffradikal wird dabei am Katalysator gebunden und reagiert mit einem Molekül einer Target-Komponente, wenn diese am Sauerstoffradikal vorbeigeführt wird.
• Der Katalysatorträger ist vorteilhafterweise durch einen Trägerkörper mit großer Oberfläche gebildet. Dieser kann zum Beispiel ein keramischer Wabenkörper sein, der poröse und/oder durchströmbare Wandungen aufweist. Der Katalysatorträger enthält den Katalysator beispielsweise in oder auf den Wandungen des Trägerkörpers und/oder in einer Beschichtung auf der Oberfläche des Trägerkörpers. Durch die Beschichtung kann eine poröse Struktur auf der Oberfläche des Trägerkörpers erzeugt werden, die sich positiv auf die zur Verfügung stehende Oberfläche für Reaktionen auswirkt. Insbesondere kann als Beschichtung ein entsprechender keramischer Washcoat aufgebracht werden.
• Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung wird Manganoxid als Katalysator bereitgestellt. Manganoxid eignet sich insbesondere zur katalytischen Umsetzung von Ozon und wird bereits in anderen technischen Zusammenhängen dafür eingesetzt. Besonders bevorzugt ist der Einsatz von Mangan(IV)oxid (MnO₂).
• Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung strömt der erste Gasstrom durch ein Adsorbens, in dem eine Reaktion mindestens einer der Target-Komponenten mit Ozon erfolgt, so dass die Konzentration mindestens einer der Target-Komponenten und/oder von Ozon im zweiten Gasstrom reduziert wird. Durch die mikroporöse Struktur und damit große Oberfläche des Adsorbens kann die sekundäre Reaktion effektiv erfolgen. Als Adsorbens wird bevorzugt mindestens einer der folgenden Stoffe eingesetzt: Aktivkohle, imprägnierte Aktivkohle, ein Zeolith und ein Silikalit eingesetzt. Unter einem Zeolithen wird insbesondere ein kristallines Alumosilikat verstanden. Als Silikalit wird insbesondere eine polymorphe Form von Siliziumdioxid verstanden. Die Imprägnierung der Aktivkohle erfolgt bevorzugt mit Metallsalzen, insbesondere Kupferoxid, Zinkoxid und/oder Kaliumiodid.
• Als überraschenderweise besonders vorteilhaft hat sich Aktivkohle bzw. imprägnierte Aktivkohle erwiesen, diese ist günstig und leicht verfügbar bei gleichzeitig effizienter Umsetzung der Target-Komponenten mit Ozon an der Aktivkohle. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird der zweite Gasstrom einer Nachbehandlung durch mindestens eine der Nachbehandlungseinheiten Biofilter und Gaswäscher unterzogen. Der Abgasstrom weist nach der primären und sekundären Reaktion bereits eine signifikant verringerte Konzentration mindestens einer der Target-Komponenten auf. Hinzu kommt eine erhöhte Wasserlöslichkeit der Reaktionsprodukte im Vergleich zur Wasserlöslichkeit der Target-Komponenten, sodass die Abscheidegrade bei einer weiteren Behandlung des Abgasstroms durch traditionelle Systeme verbessert werden kann. Eine Nachbehandlung durch einen Gaswäscher und/oder einen Biofilter kann sich also positiv auf die insgesamt zu erzielende Konzentrationsverringerung der Target-Komponenten auswirken. Zur Förderung des Gasstroms hin zu dem Biofilter wird der Einbau eines Ventilators unmittelbar vor dem Biofilter vorgeschlagen. Durch den Biofilter können die restlichen Target-Komponenten umgesetzt werden. Deren Konzentration ist nach der Umsetzung mit den durch das Plasma erzeugten Radikalen so gering, dass eine Schädigung der Biofilters durch die Target-Komponenten zumindest stark verlangsamt und im Idealfall sogar unterbunden wird. Insbesondere wirkt der Biofilter als Polizeifilter, falls z.B. der Plasma-Generator ausfällt.
• Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird der zweite Gasstrom zuerst durch den Gaswäscher und daran anschließend durch den Biofilter geführt. Im Gegensatz zu einem Gaswäscher bedarf es bei Biofiltern eines regelmäßigen Austauschs der aktiven Mikroorganismen. Die Mikroorganismen werden geringeren Belastungen ausgesetzt, wenn der Gasstrom zunächst durch einen Gaswäscher geführt wird, sodass bei einer derartigen Anordnung eine erhöhte Standzeit des Biofilters zu erwarten ist.
• Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird das nichtthermische Plasma durch eine dielektrisch behinderte Entladung erzeugt. Diese wird in einem Plasma-Generator herbeigeführt, indem zwei Elektroden unter hohe Spannung gesetzt werden, das Entstehen eines Lichtbogens zwischen den Elektroden und eine damit einhergehende Entladung jedoch unterbunden wird, indem mindestens eine der Elektroden mit einer dielektrischen Barriere versehen ist. Stattdessen sammeln sich an der Oberfläche der Barriere geladene Teilchen, die gemeinsam mit dem angelegten Spannungsfeld für die Bildung eines nichtthermischen Plasmas zwischen den Elektroden sorgen. Für diesen Vorgang wird eine Wechselspannung mit sehr hoher Frequenz (insbesondere mehreren Kilohertz) angelegt.
• Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Abgasreinigungsanlage zum Reinigen eines Abgasstroms, der mindestens eine der folgenden Target-Komponenten Methylmercaptan, Dimethylsulfid, Dimethyldisulfid und Dimethyltrisulfid umfasst, vorgeschlagen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Dieses Verfahren umfasst:
• - eine Abgasleitung zur Führung eines Gasstroms, die im Betrieb in einer Durchströmungsrichtung durchströmbar ist,
• - eine Zuleitung mit einem Plasma-Generator, der von einem Luftstrom zur Bildung eines Plasma-Gasstroms durchströmbar ist, wobei durch den Plasma-Generator durch ein nichtthermisches Plasma Hydroxyl-Radikale und Ozon in diesem Plasma-Gasstrom erzeugbar sind, wobei die Zuleitung an einer Mischstelle mit der Abgasleitung zur Mischung des Abgasstroms und des Plasma-Gasstroms zu einem ersten Gasstrom verbunden ist.
• Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Abgasreinigungsanlage in Durchströmungsrichtung stromabwärts der Mischstelle einen Katalysatorträger mit einem Katalysator, durch den die Reaktionsgeschwindigkeit für die sekundäre Reaktion erhöht wird.
• Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird als Katalysator im Katalysatorträger Manganoxid, insbesondere Mangan(IV)oxid (MnO₂), bereitgestellt.
• Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Abgasreinigungsanlage in Durchströmungsrichtung stromabwärts der Mischstelle einen Adsorbensträger mit einem Adsorbens, durch das die Konzentration mindestens einer der Target-Komponenten und/oder Ozon im zweiten Gasstrom reduziert wird.
• Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird eine Abgasreinigungsanlage bereitgestellt, bei der mindestens eine der Nachbehandlungseinheiten Biofilter und Gaswäscher in Durchströmungsrichtung stromabwärts des Katalysatorträgers ausgebildet ist.
• Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird eine Abgasreinigungsanlage bereitgestellt, welche einen Gaswäscher und einen Biofilter umfasst und der Biofilter in Durchströmungsrichtung stromabwärts vom Gaswäscher angeordnet ist.
• Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird eine Abgasreinigungsanlage mit einem Plasma-Generator bereitgestellt, in dem das nichtthermische Plasma durch eine dielektrisch behinderte Entladung erzeugbar ist.
• Die für das Verfahren zum Reinigen eines Abgasstroms offenbarten Details und Vorteile lassen sich auf die Abgasreinigungsanlage anwenden und übertragen und umgekehrt.
• Vorsorglich sei angemerkt, dass die hier verwendeten Zahlwörter („erste“, „zweite“, ...) vorrangig (nur) zur Unterscheidung von mehreren gleichartigen Gegenständen, Größen oder Prozessen dienen, also insbesondere keine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge dieser Gegenstände, Größen oder Prozesse zueinander zwingend vorgeben. Sollte eine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge erforderlich sein, ist dies hier explizit angegeben oder es ergibt sich offensichtlich für den Fachmann beim Studium der konkret beschriebenen Ausgestaltung.
• Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die gezeigten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und Erkenntnissen aus der vorliegenden Beschreibung und/oder Figuren zu kombinieren. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Gegenstände, so dass ggf. Erläuterungen aus anderen Figuren ergänzend herangezogen werden können. Es zeigen:
• 1: schematisch ein erstes Beispiel einer Abgasreinigungsanlage;
• 2: schematisch ein weiteres Beispiel einer Abgasreinigungsanlage; und
• 3: schematisch ein weiteres Beispiel einer Abgasreinigungsanlage.
• Sofern nicht explizit auf eine bestimmte Figur verwiesen wird, gelten die folgenden Ausführungen für beide Figuren. Die Pfeile geben jeweils die Strömungsrichtung eines Gasstroms an.
• Die 1 und 2 zeigen zwei beispielhafte Ausführungen von Abgasreinigungsanlagen 12, die zur Reduktion der Konzentration bestimmter Schwefelverbindungen in einem Abgas, insbesondere eines Betriebs 1, dient. Der Betrieb 1 ist bevorzugt eine Tierkörperverwertungsstelle oder ein Schlachtbetrieb. Aus dem Betrieb 1 wird über ein Abgasleitung 11, in einer Durchströmungsrichtung R, deren Orientierung stets weg von dem Betrieb 1 gerichtet ist, ein Abgasstrom 6 abgeführt. Dieser Abgasstrom 6 enthält aufgrund der im Betrieb 1 ablaufenden Prozesse regelmäßig stark geruchsbelastende Bestandteile. Als besonders problematisch im Hinblick auf niedrige Geruchsschwellen werden im Allgemeinen schwefelhaltige Verbindungen eingestuft, die dann als geruchsbelastend anzusehen sind. Die Abgasreinigungsanlage 12 ist insbesondere für die Behandlung von Abgasströmen geeignet, die mindestens eine der vier Verbindungen Methylmercaptan, Dimethylsulfid, Dimethyldisulfid und Dimethyltrisulfid enthalten. Diese werden als Target-Komponenten bezeichnet.
• Dazu wird dem Abgasstrom 6 ein Plasma-Gasstrom 7 zugeführt wird, in dem vor Zuführung zum Abgasstrom 6 durch ein nichtthermisches Plasma zumindest Hydroxyl-Radikale und Ozon erzeugt werden, sich Abgasstrom 6 und Plasma-Gasstrom 7 zu einem ersten Gasstrom 8 vermischen und wobei innerhalb des ersten Gasstroms 8 mindestens eine der Target-Komponenten in einer primären Reaktion mit den Hydroxyl-Radikalen, und in einer sekundären Reaktion in einem Katalysatorträger 3 mit dem Ozon reagiert, wobei ein zweiter Gasstrom 9 gebildet wird, in dem die Konzentration mindestens einer der Target-Komponenten im Vergleich zur Konzentration der entsprechenden Target-Komponente im Abgasstrom 6 reduziert ist.
• Die Abgasreinigungsanlage 12 weist einen Plasma-Generator 2 auf. Dieser saugt einen Luftstrom 13 aus der Umgebung an. Im Plasma-Generator 2 wird durch eine dielektrisch behinderte Entladung ein nicht-thermisches Plasma erzeugt. Dabei entstehen insbesondere Ozon (O₃) und Hydroxyl Radikale (OH-), als Teil eines Plasma-Gasstroms 7 bereitgestellt, der den Plasma-Generator 2 verlässt.
• Der Plasma-Gasstrom 7 wird durch eine Zuleitung 15 an einer Mischstelle 16 in die Abgasleitung 11 geführt, sodass sich stromabwärts der Mischstelle 16 ein erster Gasstrom 8 bildet, umfassend den Abgasstrom 6 und den Plasma-Gasstrom 7. Zur effektiven Durchmischung der Gase sind bevorzugt Injektionslanzen oder andere Misch- oder Verwirbelungselemente in der Abgasleitung 11 vorgesehen. Während und nach der Mischung des Abgasstroms 6 und des Plasma-Gasstroms 7 kommt es zu ersten chemischen Reaktionen zwischen Anteilen des Plasma-Gasstroms 7 und den Target-Komponenten im Abgasstrom 6. Insbesondere erfolgt eine erste primäre chemische Reaktion, bei der die im Plasma-Gasstrom 7 enthaltenen Hydroxyl-Radikale (OH-Radikale) einen Teil der Target-Komponenten im Abgasstrom 6 umsetzen, sodass deren Konzentration im Abgasstrom 6 bzw. im ersten Gasstrom 8 deutlich reduziert wird.
• Bevorzugt beträgt der Massenstrom des Plasma-Gasstroms 7 zwischen 2 % und 20 %, besonders bevorzugt zwischen 5 % und 15 %, insbesondere etwa 10% des Massenstroms des Abgasstroms 6. Hierdurch kann eine effiziente Umsetzung der Target-Komponenten erreicht werden. Gleichzeitig ist der zusätzliche Energieverbrauch durch den Betrieb des Plasma-Generators 2 überschaubar.
• Stromabwärts erfolgt eine sekundäre Reaktion vorrangig durch die Reaktion des Ozons (O₃), das durch den Plasma-Generator 2 erzeugt und dem ersten Gasstrom 8 zugeführt wird. Diese sekundäre Reaktion wird im vorliegenden Beispiel durch die Bereitstellung eines Katalysators auf einem Katalysatorträger 3 ermöglicht beziehungsweise erleichtert. Der erste Gasstrom 8 strömt in den Katalysatorträger 3 hinein und durch diesen hindurch. Der Katalysatorträger 3 ist porös ausgebildet und weist damit eine große Oberfläche auf, die für Reaktionen zur Verfügung steht. Der Katalysatorträger 3 ist bevorzugt durch einen Trägerkörper, beispielsweise einen Wabenkörper, insbesondere einen keramischen Wabenkörper gebildet. Der Katalysatorträger 3 umfasst bevorzugt neben einem nicht im Detail gezeigten Trägerkörper eine Beschichtung, insbesondere einen Washcoat, die auf dem Trägerkörper ausgebildet ist. Der Katalysator, also die entsprechenden katalytisch aktiven Verbindungen, sind dabei im Trägerkörper und/oder in der Beschichtung enthalten. Durch die Beschichtung wird bevorzugt die für die Reaktion der Target-Komponenten zur Verfügung stehende Oberfläche weiter vergrößert.
• Mithilfe des Katalysators wird Ozon im Katalysatorträger 3 zu einem Sauerstoffradikal (O) und Sauerstoff (O₂) oxidiert. Das Sauerstoffradikal wird dabei am Katalysator gebunden. Dort kommt es zur Reaktion mit einem Molekül einer der Target-Komponenten. Das entsprechende Molekül wird oxidiert und dabei das Sauerstoffradikal vom Katalysator getrennt. Die entstehenden Edukte werden mit dem ersten Gasstrom 8 mitgerissen. Als Katalysator eignet sich bevorzugt Manganoxid, insbesondere MnO₂· Ebenfalls geeignet sind Siliziumoxid (SiO₂) und Aluminiumoxid (Al₂O₃).
• Nach Verlassen des Katalysatorträgers 3 strömt das Gas als zweiter Gasstrom 9 hin zu einem Biofilter 5. Die Konzentration der im zweiten Gasstrom 9 enthaltenen Target-Komponenten ist im Vergleich zu der Konzentration der im Abgasstrom 6 und im ersten Gasstrom 8 enthaltenen Target-Komponenten bereits deutlich reduziert. Innerhalb des Biofilters 5 findet eine Nachbehandlung statt. Insbesondere erfolgt eine biologische Umsetzung der verbliebenen Anteile der Target-Komponenten. Die Abbauprodukte aus der sekundären und primären Reaktion werden im Biofilter 5 von den Mikroorganismen umgesetzt. In einem Biofilter werden chemische Verbindungen durch Mikroorganismen umgesetzt. Als Mikroorganismen können je nach Bestimmung des Filters spezielle Bakterien oder Pilze eingesetzt werden. Die chemischen Verbindungen und Sauerstoff, die dem Biofilter zugeführt werden, werden zersetzt und die Elemente zu nicht schädlichen Verbindungen, wie Wasser und Kohlendioxid, rekombiniert. Als Träger für die Mikroorganismen können verschiedene organische Produkte wie Fasern, Hackschnitzel, Wurzelholz, Granulate oder Gemische dienen. Die Lebensdauer eines Biofilters kann in Abhängigkeit von den zugeführten Stoffen stark variieren.
• Das im Biofilter 5 nachbehandelte Gas strömt als ein gereinigter Gasstrom 10 weiter und kann an die Umgebungsluft abgegeben werden. Die Konzentration der Target-Komponenten ist im gereinigten Gasstrom 10 so weit reduziert, dass diese nicht mehr als geruchsbelastend wahrgenommen werden und insbesondere unter der Geruchsschwelle liegen.
• Gemäß eines zweiten Ausführungsbeispiels, das in 2 dargestellt ist, kann zwischen dem Katalysatorträger 3 und dem Biofilter 5 ein Gaswäscher 4 ausgebildet sein. Innerhalb des Gaswäschers 4 können bestimmte Bestandteile des zweiten Gasstroms 8 an eine Flüssigkeit abgegeben und so dem Gasstrom entzogen werden. Die Abbauprodukte aus der primären und sekundären Reaktion weisen im Vergleich zu den Target-Komponenten eine höhere Wasserlöslichkeit auf und können hierdurch zumindest teilweise im Gaswäscher 4 ausgewaschen werden. Insbesondere solche Bestandteile des Gasstroms 9, die den Biofilter 5 schädigen und so seine Lebensdauer verkürzen würden, können durch einen Gaswäscher 4 in ihrer Konzentration reduziert werden. Vorteilhaft ist daher die Position des Gaswäschers 4, die vom Biofilter 5 aus stromaufwärts gelegen ist. Der durch den Gaswäscher 4 behandelte dritte Gasstrom 14 wird gemäß des Ausführungsbeispiels in 2 dem Biofilter 5 zugeführt und kann daran anschließend als gereinigter Gasstrom 10 an die Umgebung abgegeben werden. Im Übrigen wird auf die Beschreibung des ersten Ausführungsbeispiels oben verwiesen.
• 3 zeigt schematisch ein weiteres Beispiel einer Abgasreinigungsanlage 12. Dieses gleicht dem ersten Beispiel aus 1. Hier sollen deshalb, um Wiederholungen zu vermeiden, nur die Unterschiede zu dem Beispiel aus 1 erläutert werden, Im Übrigen wird auf die vorangegangenen Figurenbeschreibungen verwiesen. In dem Ausführungsbeispiel in 3 strömt der erste Gasstrom 8 stromabwärts von der Mischstelle 16 statt in einen Katalysatorträger 3 in einen Adsorbensträger 17. In diesem ist ein Adsorbens ausgebildet, durch das eine weitere Umsetzung von Target-Komponenten und/oder Ozon erfolgen kann. Im vorliegenden Beispiel wird Aktivkohle als Adsorbens eingesetzt. Auch im zweiten Beispiel aus 2 kann der Katalysatorträger 3 durch einen Adsorbensträger 17 ersetzt werden.
• Gegenstand der Erfindung sind eine Abgasreinigungsanlage 12 und ein Verfahren zur Behandlung eines Abgasstroms 6 aus einem Betrieb 1, zum Beispiel einer Tierkörperverwertungsanlage. Dabei wird nichtthermisches Plasma, das Ozon und OH-Radikale in einem Plasma-Gasstrom 7 erzeugt, eingesetzt, um schwefelhaltige Target-Komponenten (Methylmercaptan (CH₄S), Dimethylsulfid (C₂H₆S), Dimethyldisulfid (C₂H₆S₂) und Dimethyltrisulfid (C₂H₆S₃)) im Abgasstrom 6 in einer primären und einer sekundären Reaktion umzusetzen. Die primäre Reaktion findet dabei durch die bloße Zusammenführung von Abgas und Plasma-Gasstrom statt. Die sekundäre Reaktion kann durch den Einsatz eines Katalysators beschleunigt werden. Hierdurch wird die Konzentration der Target-Komponenten signifikant reduziert. Alternativ zum Einsatz eines Katalysators kann durch ein Adsorbens eine weitere Umsetzung der Target-Komponenten und/oder Ozon erfolgen. Besonders bevorzugt wird der dadurch erzeugte zweite Gasstrom 9 in einem Gaswäscher 4 und/oder einem Biofilter 5 nachbehandelt.
• Bezugszeichenliste

1

Betrieb

2

Plasma-Generator

3

Katalysatorträger

4

Gaswäscher

5

Biofilter

6

Abgasstrom

7

Plasma-Gasstrom

8

erster Gasstrom

9

zweiter Gasstrom

10

gereinigter Gasstrom

11

Abgasleitung

12

Abgasreinigungsanlage

13

Luftstrom

14

dritter Gasstrom

15

Zuleitung

16

Mischstelle

17

Adsorbensträger

R

Durchströmungsrichtung

Claims (14)

1. Verfahren zum Reinigen eines Abgasstroms (6), der mindestens eine der folgenden Target-Komponenten Methylmercaptan, Dimethylsulfid, Dimethyldisulfid und Dimethyltrisulfid umfasst, wobei dem Abgasstrom (6) ein Plasma-Gasstrom (7) zugeführt wird, in dem vor Zuführung zum Abgasstrom (6) durch ein nichtthermisches Plasma zumindest Hydroxyl-Radikale und Ozon erzeugt werden, sich Abgasstrom (6) und Plasma-Gasstrom (7) zu einem ersten Gasstrom vermischen (8) und wobei innerhalb des ersten Gasstroms (8) mindestens eine der Target-Komponenten in einer primären Reaktion mit den Hydroxyl-Radikalen, und in einer sekundären Reaktion mit dem Ozon reagiert, wobei ein zweiter Gasstrom (9) gebildet wird, in dem die Konzentration mindestens einer der Target-Komponenten im Vergleich zur Konzentration der entsprechenden Target-Komponente im Abgasstrom (6) reduziert ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Reaktionsgeschwindigkeit für die sekundäre Reaktion durch einen Katalysator erhöht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei als Katalysator Manganoxid, insbesondere Mangan(IV)oxid (MnO₂) bereitgestellt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der erste Gasstrom (8) durch ein Adsorbens strömt, in dem eine Reaktion mindestens einer der Target-Komponenten mit Ozon erfolgt, so dass die Konzentration mindestens einer der Target-Komponenten und/oder von Ozon im zweiten Gasstrom (9) reduziert wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der zweite Gasstrom (9) einer Nachbehandlung durch mindestens eine der Nachbehandlungseinheiten Biofilter (5) und Gaswäscher (4) unterzogen wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei der zweite Gasstrom (9) durch den Gaswäscher (4) und daran anschließend durch den Biofilter (5) geführt wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das nichtthermische Plasma durch eine dielektrisch behinderte Entladung erzeugt wird.
8. Abgasreinigungsanlage (12) zum Reinigen eines Abgasstroms (6), der mindestens eine der folgenden Target-Komponenten Methylmercaptan, Dimethylsulfid, Dimethyldisulfid und Dimethyltrisulfid umfasst, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend: - eine Abgasleitung (11) zur Führung eines Gasstroms, die im Betrieb in einer Durchströmungsrichtung durchströmbar ist, - eine Zuleitung (15) mit einem Plasma-Generator (2), der von einem Luftstrom (13) zur Bildung eines Plasma-Gasstroms (7) durchströmbar ist und durch den durch ein nichtthermisches Plasma Hydroxyl-Radikale und Ozon in diesem Plasma-Gasstrom (7) erzeugbar sind, wobei die Zuleitung (15) an einer Mischstelle (16) mit der Abgasleitung (11) zur Mischung des Abgasstroms (6) und des Plasma-Gasstroms (7) zu einem ersten Gasstrom (8) verbunden ist.
9. Abgasreinigungsanlage (12) nach Anspruch 8, welche in Durchströmungsrichtung stromabwärts der Mischstelle (16) einen Katalysatorträger (3) mit einem Katalysator umfasst, durch den die Reaktionsgeschwindigkeit für die sekundäre Reaktion erhöht wird.
10. Katalysatorträger (3) nach Anspruch 9, wobei der Katalysatorträger (3) als Katalysator Manganoxid, insbesondere Mangan(IV)oxid (MnO₂), umfasst.
11. Abgasreinigungsanlage (12) nach Anspruch 8, welche in Durchströmungsrichtung stromabwärts der Mischstelle (16) einen Adsorbensträger (17) mit einem Adsorbens umfasst, durch das die Konzentration mindestens einer der Target-Komponenten und/oder Ozon im zweiten Gasstrom (9) reduziert wird.
12. Abgasreinigungsanlage (12) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, bei der mindestens eine der Nachbehandlungseinheiten Biofilter (5) und Gaswäscher (4) in Durchströmungsrichtung stromabwärts des Katalysatorträgers (3) ausgebildet ist.
13. Abgasreinigungsanlage (12) nach Anspruch 12, welche einen Gaswäscher (4) und einen Biofilter (5) umfasst und der Biofilter (5) in Durchströmungsrichtung stromabwärts vom Gaswäscher (4) angeordnet ist.
14. Abgasreinigungsanlage (12) nach einem der Ansprüche 8 bis 13, bei dem das nichtthermische Plasma durch eine dielektrisch behinderte Entladung erzeugbar ist.

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