DE19540045A1 - Filterelement - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Filterelement aus gasdurch
lässigem Material mit das Filterelement durchsetzenden Kanä
len, wobei zumindest die Kanalwände Katalysatormaterial ent
halten oder aus Katalysatormaterial bestehen.
Die Erfindung geht dabei aus von einem Stand der Technik, wie
er sich beispielsweise aus dem Buch von Karl Joachim Thome-
Kozmiensky "Thermische Abfallbehandlung", EF-Verl. für Ener
gie- und Umwelttechnik, Berlin, 2. Auflage 1994, Seiten 555-559,
insbesondere Bild 9.141 auf Seite 556) ergibt.
Die Reinigung von Abgasen aus Verbrennungsprozessen, wie z. B.
Kohleverbrennung oder Müllverbrennung erfordert eine Verminde
rung von partikel- und gasförmigen Schadstoffen. Das Abschei
den partikelförmiger Schadstoffe erfolgt meist in elektrosta
tischen Filtern oder in Oberflächenfiltern. Die Verminderung
gasförmiger Schadstoffe kann durch Katalysatoren erreicht wer
den. So wird z. B. zur Reduktion des NOx-Ausstoßes oft eine
katalytisch beschichtete Wabenstruktur verwendet (Karl Joachim
Thome-Kozmiensky "Thermische Abfallbehandlung", EF-Verl. für
Energie- und Umwelttechnik, Berlin, 2. Auflage 1994, Seiten 555-559,
insbesondere Bild 9.141 auf Seite 556). Abgasreini
gungsanlagen besitzen meist ein sehr großes Bauvolumen. Eine
Kombination beider Prozesse - Staubfiltration und katalytische
Behandlung des Prozeßgases - und damit eine erhebliche Ver
kleinerung des Bauvolumens ist daher anzustreben.
In der Literatur wurden nun Oberflächenfilter vorgeschlagen,
die einen Katalysator enthalten bzw. mit einem solchen be
schichtet sind (vgl. Kalinowsky et al. "Catalytic filter
bags", Konferenzbericht des Joint Symposium on Stationary Com
busstion Nitrogen Oxide Control EPRI-GS-6423-Vol. 2 CONF-
890318-Vol. 2 July 1989, pp. 8.9-8.13). Die Filter werden
dann bei einer Abgastemperatur betrieben, die gleichzeitig für
die katalytischen Prozesse geeignet ist, z. B. bei 300 bis
450°C im Falle der katalytischen Reduktion von NOx.
Soweit Filtergeometrien in der Literatur spezifiziert sind,
handelt es sich dabei um Filterkerzen oder Wabenfilter. Letz
tere lassen sich geometrisch aus einer Katalysatorwabe ablei
ten, indem alternierend jeder der beidseitig offenen
Längskanäle durch die Wabe entweder auf der Zustromseite oder
der Abstromseite des Filters verschlossen wird, so daß Gas
durch die Wände zwischen den Kanälen hindurchtreten muß, um
den Wabenkörper zu passieren.
Wabenkörper erlauben zwar einen kompakten Filteraufbau, sie
haben jedoch den Nachteil, daß sie schwierig vom abgeschie
denen Staub zu reinigen sind, und daß die Wahl der Herstel
lungsmöglichkeiten begrenzt ist. Bisher beruht die Herstellung
von Filterwaben im wesentlichen auf der Extrusion und nachfol
genden Sinterung keramischer Massen (vgl. "Thome-Kozmiensky
a.a.O. Seite 556, linke Spalte, letzter Absatz), und das nach
trägliche Verschließen der Kanäle gestaltet sich sehr aufwen
dig.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Filterelement
der eingangs genannten Gattung zu schaffen, daß einfach her
zustellen und problemlos vom abgesetztem Staub zu reinigen
ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das
Filterelement als Kreuzstromfilter ausgebildet ist und neben
einer ersten Gruppe in einer ersten Richtung das Filterelement
durchsetzenden beidseitig offene Kanäle eine zweite Gruppe in
einer zweiten Richtung, vorzugsweise um 90° versetzt, das Fil
terelement durchsetzenden Kanäle aufweist, welche die Kanäle
der ersten Gruppe nicht anschneiden.
Der Vorteil der Erfindung ist insbesondere darin zu sehen,
daß wie beim Kreuzstromstromfilter Zustrom- und Abstromkanäle
den Filterkörper vollständig durchsetzen, wodurch die Gefahr
des Zusetzens durch die abgeschiedenen Partikel drastisch ver
mindert und auch die Abreinigung des Filters erleichtert wird.
Außerdem kann bei der Herstellung des Filterkörpers aufbe
währte Technologien zurückgegriffen werden, wie sie seit lan
gem bei Kreuzstromfiltern angewandt werden. In der Herstel
lungstechnik sind nämlich Kreuzstromfilter insofern variabler
als Wabenfilter, als sie im Unterschied zu diesen auch aus
aufeinander geschichteten plattenförmigen Filterteilkörpern,
die durch streifen- oder leistenförmige Abstandhalter distan
ziert sind, zusammenzufügen sind. Dabei wird die erste Gruppe
Kanäle durch Kanäle im Filterteilkörper, die andere Gruppe
Kanäle durch die (horizontalen) Distanzen zwischen zwei be
nachbarten Abstandhaltern gebildet. Damit kann die bisher für
katalytisch wirksame Wabenkörper praktisch gegebene Beschrän
kung auf extrudierbare Keramiken umgangen werden. Filterele
mente aus keramischer Fasermasse können ebenso verwendet wer
den wie metallische Materialien, wie z. B. Sintermetalle, me
tallische Fasermaterialien oder Gewebe.
Das katalytisch wirksame Material kann dem Filterkörper schon
bei der Herstellung des Grundmaterial beigegeben werden, oder
es kann dem geformten Filter als Infiltrat oder als Beschich
tung zugefügt werden. Im letzteren Fall ist es vorteilhaft,
nur die Kanalwände der zweiten Gruppe (Austrittskanäle) mit
einem Katalysatormaterial zu versehen.
Der Filterkörper (Wabenkörper) besteht in der Regel aus akti
viertem Titandioxid als poröses Trägermaterial und katalytisch
aktiven Einlagerungen bzw. Beschichtungen mit den Hauptkompo
nenten Vanadiumpentoxid V₂O₅ und Wolframtrioxid WO₃. Es hat
sich gezeigt, daß im Falle einer Beschichtung der Kanalwände
schon eine dünne Schicht von ca. 100 µm ausreicht, um eine
Schadgasminderung von <60% zu erreichen.
Erfindungsgemäße Filterelemente lassen sich wie die bekannten
Wabenfilter abreinigen, indem die abgelagerten Staubschichten
durch einen Druckstoß von der Reingasseite aus in das Rohgas
volumen zurückgeblasen werden. Dabei besteht jedoch die Ge
fahr, daß abgereinigter Staub bzw. Fraktionen davon in das
Filterelement zurücktransportiert werden. Aus diesem Grund er
folgt die Abreinigung des erfindungsgemäßen Filterelements
vorzugsweise von der Rohgasseite her, und zwar durch einen
Druckstoß in einen Abscheideraum in der Verlängerung der Zu
stromrichtung. Auf diese Weise wird eine Wechselwirkung be
reits abgereinigten Staubes mit dem Filterelement verhindert.
Der im Filterelement ablaufende katalytische Prozeß kann eine
Reduktion gasförmiger Schadstoffe (NOx, Dioxine, etc.) oder
irgendeine andere stoffliche Veränderung des Prozeßgases zum
Ziel haben. Katalysator, Prozeßtemperatur und gegebenenfalls
zuzugebende Reaktionsmittel, z. B. Ammoniak für NOx-Reduktion,
sind entsprechend zu wählen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sowie die damit erzielbaren
Vorteile werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläu
tert.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung sche
matisch dargestellt, und zwar zeigt:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Filterelement auf der
Höhe der ersten Gruppe von Kanälen;
Fig. 2 einen Längsschnitt durch das Filterelement nach
Fig. 1 auf der Höhe der zweiten Gruppe von Kanälen;
Fig. 3 eine perspektive Darstellung eines Filterelements
gemäß Fig. 1 und 2 zur Verdeutlichung der Gaswege im
Filterelement;
Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel eines Filterelements mit
aufeinander gestapelten Filterteilkörpern und dazwi
schen liegenden Abstandhaltern;
Fig. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Filterele
ments aus übereinander gestapelten Platten und Ab
standhaltern.
Das in den Fig. 1 bis 3 dargestellte Filterelement besteht
aus einem Quader aus poröser Keramik, z. B. Titandioxid. Der
Quader wird von zwei Gruppen Kanälen 1 bzw. 2 vollständig
durchsetzt. Die erste Gruppe Kanäle 1, im nachfolgenden Zu
stromkanäle bezeichnet, verläuft dabei senkrecht zu den Kanä
len 2 der zweiten Gruppe, im nachfolgenden Abstromkanäle be
zeichnet, und parallel zu zwei Kanten des Quaders. Die Anord
nung ist dabei so getroffen, daß die Kanäle 1 der ersten
Gruppe die Kanäle 2 der zweiten Gruppe nicht anschneiden.
Dem Filterelement ist bereits bei der Herstellung des Grundma
terials katalytisch wirkendes Material beigegeben worden, z. B.
Vanadiumpentoxid V₂O₅ und/oder Wolframtrioxid WO₃, oder das
Filterelement ist ein Zeolith. Alternativ kann dem geformten
Filterelement katalytisch wirkendes Material als Infiltrat
beigefügt werden, oder es sind nur die Wände der Abstromkanäle
2 mit einer katalytisch wirkenden Beschichtung, z. B. aus Vana
diumpentoxid V₂O₅ und/oder Wolframtrioxid WO₃, versehen.
Das staubbeladene Rohgas gelangt zunächst in einen Einström
raum 3 und von dort aus in die Zustromkanäle 1 (Fig. 1). Die
Zustromkanäle 1 münden in einen gegenüber der Umgebung abge
schlossenen Raum 4, der beispielsweise durch eine Abdeckhaube
5 gebildet ist. Das mit Staubpartikeln beladene Rohgas muß
demgemäß die Wände der Zustromkanäle 1 passieren, wo es mit
dem katalytisch wirkenden Material in Wechselwirkung tritt und
gelangt dann in und durch die Abströmkanäle 2 in einen Rein
gasraum 6. Auf diesem Weg lagern sich auch die im Rohgas mit
geführten Staubpartikel an den Wänden der Zustromkanäle und
zum geringen Teil auch im Filtermaterial selbst ab. Die dem
Reingasraum 6 gegenüberliegenden Enden der Abstromkanäle 2
sind mit einem Schieber B verschlossen oder durch eine Haube
5′ gegenüber der Umgebung abgeschlossen.
Die Abreinigung des Filters erfolgt mit einem Druckstoß von
der Rohgasseite (Einströmraum 3) her. Zu diesem Zweck ist eine
Druckstoßquelle 7 an den Einströmraum 3 anschließbar. Diese
umfaßt in der Regel einen Druckerzeuger mit nachgeschaltetem
Druckluftspeicher, der sich schlagartig in den Einströmraum
entleeren kann. Bei diesem Vorgang wird der in den Zu
stromkanälen 1 abgelagerte Staub in den Raum 4 geblasen, wo er
in einem Staubsammelbehälter S fällt und von dort aus entsorgt
werden kann. Dies hat den Vorteil, daß der losgelöste Staub
nicht wieder vom Rohgasstrom in den Filter hineingetragen wer
den kann, wie das bei herkömmlichen Filtergeometrien der Fall
ist.
Eine andere Art der Abreinigung sieht vor, den Raum 4 mit
einem Druckluftstoß zu beaufschlagen, und auf diese Weise den
abgelagerten Staub in den Einströmraum 3 zu befördern. Diese
Variante ist in den Fig. 1 und 2 strichliert dargestellt.
Zusätzlich kann vorgesehen werden, den Raumgasraum 6 mit
Druckluft zu beaufschlagen um auch im porösen Filtermaterial
zwischen den beiden Kanalgruppen abgeschiedenen Staub in den
Einströmraum 3 und in geringerem Masse in den Raum 4 zu ent
fernen. Optional kann man dabei die Zustromkanäle 1 gegenüber
dem Einströmraum 3 mit einem Schieber (nicht dargestellt) zu
schließen, so daß der Staub nur in den Raum 4 transportiert
wird.
Bei der praktischen Realisierung des erfindungsgemäßen
Filterelements kann wegen der sich kreuzenden Kanalstruktur
nicht ohne weiteres auf die klassische Extrudiertechnik zu
rückgegriffen werden. Dies stellt insgesamt gesehen keinen
Nachteil dar, weil die vorgeschlagene Struktur sich in wirt
schaftlicher Weise in Sandwich-Bauweise realisieren läßt, die
weit größere Freiheiten in Bezug auf Herstellung und Zusam
mensetzung des Träger-/Filter-Materials bietet.
So sieht eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung gemäß
Fig. 4 vor, das Filterelement aus aufeinander gestapelten Fil
terteilkörpern 8 mit durchgehenden (Zustrom-)Kanälen 1 und da
zwischen liegenden Abstandhaltern 9 aufzubauen. Die Abstand
halter 9 sind unter sich distanziert, und die Distanzen zwi
schen benachbarten Abstandhaltern 9 bilden die Abstromkanäle
2.
Die Teilfilterkörper 8 können - müssen aber nicht - in der üb
lichen Extrudiertechnik hergestellt sein. Sie können auch aus
keramischer Filtermasse oder metallischen Materialien bestehen
(poröse Sintermetalle, metallische Fasermaterialien oder Ge
webe).
Eine noch größere Freiheit in Bezug auf Materialwahl erlangt
man, wenn das Filterelement gemäß Fig. 5 aufgebaut wird. Dort
besteht das Filterelement nur noch aus jeweils unter sich
gleichartigen Platten 10 und Abstandhaltern 9. Auf einer erste
Platte 10 sind von einander beabstandet Abstandhalter 9a in
einer ersten Richtung parallel zu einer Plattenkante angeord
net. Darauf folgt eine zweite Platte 10. Auf dieser sind - um
90° gegenüber den ersten Abstandhaltern 9a zweite Abstandhal
ter 9b, die gleichfalls voneinander distanziert sind. Dann
folgt eine dritte Platte 10, und auf dieser wiederum erste Ab
standhalter 9a, die gegenüber den Abstandhaltern 9b um
90° versetzt sind, uswf. Auf diese Weise ergibt sich ein Filte
relement mit zueinander senkrecht verlaufenden Zustromkanälen
1 und Abstromkanälen 2, die durch die Platten 10 und die Ab
standshalter 9a bzw. 9b begrenzt werden.
Bezugszeichenliste
1 Zustromkanäle
2 Abstromkanäle
3 Einströmraum
4 Gasraum
5, 5′ Hauben
6 Reingasraum
7 Druckstoßquelle
8 Filterteilkörper
9, 9a, 9b Abstandhalter
10 Platten
B Schieber
S Staubsammelbehälter
2 Abstromkanäle
3 Einströmraum
4 Gasraum
5, 5′ Hauben
6 Reingasraum
7 Druckstoßquelle
8 Filterteilkörper
9, 9a, 9b Abstandhalter
10 Platten
B Schieber
S Staubsammelbehälter
Claims (5)
1. Filterelement aus gasdurchlässigem Material mit das Fil
terelement durchsetzenden Kanälen, wobei zumindest die
Kanalwände Katalysatormaterial enthalten oder aus Kataly
satormaterial bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß das
Filterelement als Kreuzstromfilter ausgebildet ist und
neben einer ersten Gruppe in einer ersten Richtung das
Filterelement durchsetzenden beidseitig offene Kanäle (1)
eine zweite Gruppe in einer zweiten Richtung, vorzugs
weise um 90° versetzt, das Filterelement durchsetzenden
Kanäle (2) aufweist, welche die Kanäle (1) der ersten
Gruppe nicht anschneiden.
2. Filterelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß daß die Kanäle (1) der ersten Gruppe in einem Gas
raum (4) münden, der gegenüber der Umgebung abgeschlossen
ist.
3. Filterelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß der ersten Gruppe Kanäle (1) ein mit einem
Druckstoß beaufschlagbarer Einströmraum (3) vorgeschal
tet ist.
4. Filterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß es mittels voneinander distanzierten
Abstandhaltern (9) voneinander distanzierte Filterteil
körper (8), die mit ersten Kanälen (1) versehen sind,
aufweist, daß die Abstandhalter (9) quer zu den besagten
Kanälen (1) verlaufen und daß die Distanzen zwischen be
nachbarten Abstandhaltern (9) die zweiten Kanäle (2) bil
den.
5. Filterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß es voneinander distanzierte Platten
(10) umfaßt, die mittels ersten (9a) und zweiten Ab
standhaltern (9b) voneinander distanziert sind, wobei die
ersten Abstandhalter (9a) quer zu den zweiten Abstandhal
tern (9b) verlaufen, und daß die Distanzen zwischen be
nachbarten ersten Abstandhaltern (9a) die ersten Kanäle
(1) und die Distanzen zwischen benachbarten zweiten Ab
standhaltern (9b) die zweiten Kanäle (2) bilden.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1995140045 DE19540045A1 (de) | 1995-10-27 | 1995-10-27 | Filterelement |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1995140045 DE19540045A1 (de) | 1995-10-27 | 1995-10-27 | Filterelement |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19540045A1 true DE19540045A1 (de) | 1997-04-30 |
Family
ID=7775945
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE1995140045 Withdrawn DE19540045A1 (de) | 1995-10-27 | 1995-10-27 | Filterelement |
Country Status (1)
Country | Link |
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Date | Code | Title | Description |
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