DE3618514A1

DE3618514A1 - Verfahren zum betreiben einer katalytischen stickoxidreduktionsstufe

Info

Publication number: DE3618514A1
Application number: DE19863618514
Authority: DE
Inventors: Robert Dipl Chem Dr Walter; Torsten Dipl Ing Dr Schmidt
Original assignee: Kali Chemie AG
Current assignee: Kali Chemie AG
Priority date: 1986-06-02
Filing date: 1986-06-02
Publication date: 1987-12-03

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer katalytischen Stickoxid-Reduktionsstufe (KSR-Stufe).

Gesetzliche Auflagen machen es heute notwendig u. a. Stickoxide (NO_x) aus den Abgasen von Feuerungsanlagen zu entfernen. Eine Art von bekannten Verfahren entfernt NO_x selektiv durch reduktive Behandlung mit Katalysatoren unter Zusatz von Reduktionsmitteln wie Ammoniak, Methan etc. Solche Verfahren und verwendbare Katalysatoren sind einschlägig bekannt und z. B. in Chem. Ing. Tech. 57 (1985) S. 717 ff, insbes. S. 722 ff beschrieben.

Für die praktische Durchführung der Verfahren sind dabei hinsichtlich der Anordnung des Katalysators verschiedene Varianten bekannt. So kann er vor oder hinter einer Rauchgasentschwefelungsanlage (REA) angeordnet sein. Den Verfahren gemeinsam ist aber stets, daß das Reduktions mittel Ammoniak verdampft, mit Luft gemischt und vor der KSR-Stufe in den Abgasstrom eindosiert wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, die bekannten Verfahren abzuwandeln und ein hinsichtlich Wirkungsgrad der Entstickung und/oder Energiebilanz verbessertes Verfahren zur Verfügung zu stellen.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist durch das in den Patentansprüchen geschilderte Verfahren charakterisiert.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer katalytischen Stickoxid-Reduktionsstufe (KSR) ist dadurch gekennzeichnet, daß man

a) dem zu behandelnden Abgasstrom einen Teilstrom entnimmt,
b) dem Teilstrom aus Stufe a) selektives Reduktionsmittel, vorzugsweise Ammoniak, zumischt,
c) den resultierenden, Reduktionsmittel enthaltenden Teilstrom vor der KSR-Stufe mit dem Hauptstrom vereinigt und
d) den vereinigten Abgasstrom in die KSR-Stufe einführt.

In seiner allgemeinsten Form sieht das Verfahren also vor, das selektive Reduktionsmittel nicht direkt in den Abgasstrom zu dosieren, sondern in einen, dem Abgasstrom entnommenen Teilstrom.

Der Begriff Abgas umfaßt dabei sowohl Rauchgas, das von Feuerungsanlagen, insbesondere Großfeuerungsanlagen stammt. Er umfaßt aber auch Abgase die Stickoxide (NO_x) enthalten, die aus der thermischen und/oder katalytischen Verbrennung von Schadstoff-enthaltender Abluft diverser Produktionsprozesse stammt. Er umfaßt außerdem solche Abgase, die bei Herstellung und/oder Umsetzung von N-O-Verbindungen anfallen.

Als selektive Reduktionsmittel kommen bekannte Mittel wie Kohlenwasserstoffe, vorzugsweise Methan in Frage. Bevorzugt wird der Einsatz von Ammoniak als selektives Reduktionsmittel. Besonders vorteilhaft ist es dabei, daß Reduktionsmittel dem Teilstrom in unverdünnter Form zuzumischen.

In einer bevorzugten Variante des Verfahrens ist vorgesehen, den Teilstrom von Stufe a) und/oder den resultierenden, Reduktionsmittel enthaltenden Teilstrom aus Stufe b) aufzuheizen. Dabei hat es sich als sehr wirksam herausgestellt, wenn der gemäß Stufe c) mit dem Hauptstrom zu vereinigende, vorzugsweise Reduktionsmittel enthaltende Teilstrom auf 850 bis 1100°C aufgeheizt wird.

Eine vorteilhafte Variante des Verfahrens wird anhand der Fig. 1 näher erläutert, die eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäß betriebenen KSR-Stufe darstellt.

Aus einer Rauchgas führenden Leitung (1) wird über einen Bypass (2) ein Teilstrom entnommen. Die Entnahmestelle kann dabei in Strömungsrichtung gesehen vor oder hinter einer REA-Anlage, vorzugsweise hinter einer REA-Anlage liegen. Dieser Teilstrom wird vorzugsweise über ein Fördermittel (3) einer Heizkammer (4) zugeführt, in der der Teilstrom auf Temperaturen von 850 bis 1100°C aufgeheizt wird.

Zur zumindest teilweisen Aufheizung des Teilstromes in der Bypassleitung (2) und/oder in der Heizkammer (4) kann thermische Energie aus dem aus der KSR-Stufe austretenden Abgas über einen Wärmetauscher, vorzugsweise einen regenerativen Wärmetauscher, genutzt werden. In einer anderen Variante kann die Aufzeichnung zumindest teilweise durch Einblasen von Heißdampf erfolgen. Zur Erreichung der angegebenen Aufheiz-Temperatur wird es in der Regel notwendig sein, eine Zusatzfeuerung vorzusehen, beispielsweise eine direkte oder indirekte Zufuhr von Heizenergie, die insbesondere durch Verbrennung fossilen Brennmaterials gewonnen wird.

Die Zufuhr von NH₃, entweder im Gemisch mit Luft oder Inertgas, oder, bevorzugt, in unverdünnter Form als solcher, wird über Leitung (5) vorgenommen und kann über Leitung (5 a), also vor der Heizstufe, und/oder über Leitung (5 b), also hinter der Heizstufe, erfolgen. Vorzugsweise wird mindestens ein Teil des stöchiometrisch notwendigen Ammoniaks vor der Heizstufe zugemischt. Der aufgeheizte und mit NH₃ versetzte Teilstrom wird dann über Leitung (6) wieder mit dem Hauptstrom vereinigt und der vereinigte Abgasstrom wird dann der Katalysatorstufe (7) zugeführt. Das katalytisch behandelte Abgas verläßt die KSR-Stufe über Leitung (8) und kann dort weiteren Stufen oder dem Abgas-Kamin zugeführt werden.

In einer besonderen Variante wird die Entnahme des Teilstromes über Leitung (2) derart bemessen, daß durch die Zumischung des aufgeheizten Teilstromes zum Hauptstrom im vereinigten Abgasstrom eine Mischungstemperatur im Bereich von 150 bis 500°C, vorzugsweise 150 bis 300°C eingestellt wird. Ein günstiges Entnahmeverhältnis (Teilstrom : Gesamtabgasstrom) liegt im Bereich von 3 : 100 bis 60 : 100.

Die Erfindung umfaßt auch eine angepaßte Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Diese Vorrichtung ist gekennzeichnet durch eine Abgasleitung (1), einen katalytischen Reaktor (7) sowie eine Bypassleitung (2), (6), enthaltend eine Heizkammer (4), eine oder mehrere Zuführungen für Ammoniak (5 a) und/oder (5 b) sowie ggf. ein Fördermittel (3).

Zur Intensivierung der Mischwirkung für die Zugabe von Ammoniak und/oder die Zumischung des aufgeheizten Teilstroms zum Hauptstrom können an sich bekannte Vorrichtungen wie vorzugsweise statische Mischer vorgesehen werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren und seine Varianten gestatten es, in energetisch günstiger Weise hohe Entstickungsgrade zu erreichen. Dieses wird u. a. bewirkt durch

- Vermeidung von Volumenvergrößerung des zu behandelnden Rauchgases und Aufheizenergie-Verlusten durch sonst übliche Vermischung von NH₃ mit Luft;
- bereits thermische Reaktion von NH₃ mit NO_x vor dem Katalysator; dadurch kann dieser entweder bei gleichem Umsatzgrad kleiner dimensioniert werden oder bei gleicher Dimensionierung kann ein höherer Umsatzgrad erzielt werden;
- effiziente Vermeidung der Bildung von Ammoniumsalzen wie Nitrate, Sulfate etc;
- effiziente Vermischung des Abgases mit dem Reduktions mittel.

Claims

1. Verfahren zur katalytischen Stickoxid-Reduktion (KSR) in Abgasen unter Zugabe eines selektiven Reduktionsmittels, dadurch gekennzeichnet, daß man

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die KSR-Stufe in Strömungsrichtung hinter einer Rauchgasentschwefelungs-Stufe (REA) angeordnet ist.

3. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man in Stufe b) unverdünnten Ammoniak zumischt.

4. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man den Teilstrom und/oder den resultierenden, Reduktionsmittel enthaltenden Teilstrom aufheizt.

5. Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der aufgeheizte Teilstrom, der mit dem Hauptstrom vereinigt werden soll, eine Temperatur im Bereich von 850 bis 1100°C aufweist.

6. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß man in Stufe a) die Entnahme des Teilstromes derart bemißt, daß der aus Stufe c) resultierende vereinigte Abgasstrom eine Mischungstempera tur im Bereich von 150 bis 500°C vorzugsweise 150 bis 300°C aufweist.

7. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufheizung des Teilstromes thermische Energie dem aus der KSR-Stufe austretenden Abgas über einen Wärmetauscher, vorzugsweise einen regenerativen Wärmetauscher, entnommen wird.

8. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufheizung des Teilstromes durch eine Zusatzfeuerung erfolgt.

9. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufheizung des Teilstromes mindestens teilweise durch Einblasen von Heißdampf erfolgt.

10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Abgasleitung (1), einen katalytischen Reaktor (7) sowie eine Bypassleitung (2), (6), enthaltend eine oder mehrere Zuführungen für Ammoniak (5 a) und/oder (5 b) sowie ggf. ein Fördermittel (3) und eine Heizkammer (4).