DE10316784A1

DE10316784A1 - Verfahren und Anlage zur NO/CO-Minderung von staubhaltigen Abgasen

Info

Publication number: DE10316784A1
Application number: DE2003116784
Authority: DE
Inventors: Richard Erpelding; Andreas Schmitz; Reinhard Giesemann
Original assignee: Polysius AG
Current assignee: ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
Priority date: 2003-04-11
Filing date: 2003-04-11
Publication date: 2004-10-28

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Anlage zur NO/CO-Minderung von staubhaltigen Abgasen, insbesondere Zementöfenabgasen, wobei zunächst der Staubgehalt der Abgase gemindert wird und dann die Abgase einem Katalysator (9) zugeführt werden. Außerdem wird das Verhältnis von CO zu NO im Abgas ermittelt und in Abhängigkeit des ermittelten Verhältnisses wird der Anteil an CO im Abgas vor der Zuführung in den Katalysator gegebenenfalls erhöht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Anlage zur NO/CO-Minderung von staubhaltigen Abgasen, insbesondere Zementöfenabgasen, wobei zunächst der Staubgehalt der Abgase gemindert wird und dann die Abgase einem Katalysator zugeführt werden.
In der Zementindustrie sind eine Vielzahl von Verfahren entwickelt worden, mit welchen eine NO_x Minderung ermöglicht wird. Im Zusammenhang mit der Entstickung von Abgasen sind mehrere Verfahren in Anwendung. Ein derzeit häufig eingesetztes Verfahren ist das sogenannte SNCR-Verfahren (Selective Non Catalytic Reduction). Dabei werden Ammoniak oder ammoniumhaltige Verbindungen als Reduktionsmittel zugegeben, so dass die Stickoxide im Abgas zu Stickstoff und Wasserdampf umgesetzt werden.
Weiterhin wird zur Zeit in verschiedenen Zementwerken der großtechnische Einsatz der SCR-Technik (Selective Catalytic Reduction) für den Klinkerbrennprozess getestet. Dabei wird ebenfalls ein ammoniumhaltiges Reduktionsmittel eingedüst. Die Minderungsreaktion des NH₃ mit dem NO findet dann an einem geeigneten Katalysator bei sehr viel niedrigeren Temperaturen statt.
Ein weiteres Verfahren zur Minderung von NO-Emissionen ist die gestufte Verbrennung. Dieses seit langem, unter anderem auch in der Zementindustrie genutzte Verfahren, ist ein wirksames Mittel, um die NO-Emissionen prozessintern zu reduzieren. Dabei wird die Eigenschaft genutzt, dass bei geeigneten Randbedingungen NO mit CO und Kohlenwasserstoffen zu N₂ reagiert.
Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Anlage zur gleichzeitigen NO/CO-Minderung von staubhaltigen Abgasen anzugeben, wobei auf Ammoniak bzw. ammoniumhaltige Verbindungen als Reduktionsmittel verzichtet werden kann.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 9 gelöst.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren zur NO/CO-Minderung von staubhaltigen Abgasen, insbesondere Zementöfenabgasen, wobei zunächst der Staubgehalt der Abgase gemindert wird und dann die Abgase einem Katalysator (9) zugeführt werden, wird das Verhältnis von CO/NO im Abgas ermittelt und in Abhängigkeit des ermittelten Verhältnisses der Anteil an CO im Abgas vor der Zuführung in den Katalysator ggf. erhöht.
Im Gegensatz zu den üblichen Verfahren, bei denen NH₃ als Reduktionsmittel eingesetzt wird, liegt dem erfindungsgemäßen Verfahren die Idee zugrunde, das bereits im Abgas enthaltene CO sowie die aus dem Rohmaterial stammenden organischen Komponenten als Reduktionsmittel für das NO zu nutzen. Erfindungsgemäß läuft die NO_x Minderung nach folgenden Brutto-Reaktionen ab: 2NO + 2CO → 2CO₂ + N₂ (1) (2n + m/2)NO + C_nH_m → nCO₂ + ½mH₂O + (n + m/4)N₂ (2)
Der Vorteil dieser Verfahrensweise liegt darin, dass keine NH₃-Eindüsung vorgesehen werden muss.
Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass die genannten Reaktionen durch den Einsatz eines Katalysators bei wesentlich niedrigeren Temperaturen vonstatten gehen als dies bei der gestuften Verbrennung der Fall ist. Dadurch ist eine teilweise Entkopplung der Minderung vom Hauptprozess möglich, wodurch die Ofenfahrweise optimiert werden kann.
Neben NO werden mit dem erfindungemäßen Verfahren auch andere Schadstoffe, die mittelfristig für die Betriebsgenehmigungen von Bedeutung sein werden, gemindert.
Die erfindungsgemäße Anlage zur Durchführung des obigen Verfahrens weist insbesondere Mittel zur Ermittlung des Verhältnisses von CO/NO im Abgas, Mittel zur Zuführung von Brennstoff, um den CO-Gehalt des Abgases in Abhängigkeit des ermittelten Verhältnisses zu erhöhen sowie einen Katalysator auf.
Weitere Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung und der Zeichnung näher erläutert.
Das in der Zeichnung dargestellte Verfahrensfließbild zeigt zunächst einen Filter 1 zur Filterung eines staubhaltigen Abgases 2, insbesondere eines Zementofenabgases. Während das im Staubgehalt geminderte Abgas mittels eines Ventilators 4 einem Wärmetauscher 5 zugeführt wird, wird der abgeschiedene Staub 3 entsorgt, bzw. in den Prozess zurückgeführt.
Nachdem die staubhaltigen Abgase bei der Zementherstellung nach der Hauptentstaubung im Filter 1 üblicherweise eine Temperatur von weniger als 100° Celsius aufweisen, ist es für die nachfolgenden Verfahrensschritte erforderlich, die Temperatur des Abgases zu erhöhen. Dies geschieht im Wärmetauscher 5.
Zweckmäßigerweise sind noch vor dem Filter 1 Mittel 6 vorgesehen, um das Verhältnis von NO zu CO im Abgas zu ermitteln. Da im Zementklinkerbrennprozess die NO- und CO-Konzentrationen zwei Größen sind, die gegenläufig sind, muss davon ausgegangen werden, dass die CO-Basiskonzentration nicht immer ausreicht, um eine genügend große NO/CO-Minderung gemäß der obigen Gleichung (1) zu realisieren.
Um dies auszugleichen, wird das Abgas über dem Wärmetauscher 5 auf beispielsweise 400° Celsius erwärmt. In Abhängigkeit des ermittelten Verhältnisses wird anschließend über Mittel 7 ein Reduktionsmittel, insbesondere Brennstoff, eingedüst, der bei dieser Temperatur nicht CO₂ sondern nur zu CO reagieren kann.
Um die Betriebstemperatur zu erreichen, sowie um Wärmeverluste zu kompensieren, kann eine separate Brennkammer 8 vorgesehen werden.
Alternativ, oder auch in Kombination zu den Mitteln 7, kann das zur NO-Reduktion nötige CO in der separaten Brennkammer 8 durch unterstöchiometrische Betriebsweise erzeugt werden.
Die erforderliche Temperaturerhöhung könnte auch dadurch erfolgen, dass heiße Luft, beispielsweise aus dem Kühler der Zementanlage, zugemischt wird.
Die Menge des Reduktionsmittels/Brennstoffs wird in Abhängigkeit des zuvor ermittelten Verhältnisses von NO zu CO dosiert.
Das auf diese Weise mit CO angereicherte Abgas wird anschließend einem Katalysator 9 zugeführt, der so ausgebildet ist, dass er zumindest die Gleichung (1) vorzugsweise beide Gleichungen (1), (2) unterstützt.
Der Katalysator enthält vorzugsweise eines oder eine Mischung der Elemente der Nebengruppen IV, V, VI, VII, VIII des Periodensystems. Die innere Oberfläche des Katalysators beträgt beispielsweise zwischen 10 und 500 m²/g. Der Katalysator kann als Vollmaterial eingesetzt werden und in 1-10 Lagen vorliegen. Die Schichtdicke des Gases liegt bei der Durchströmung des Katalysators vorzugsweise in einem Bereich von 1-20 mm. Die bevorzugte Temperatur für die Minderung liegt in einem Bereich von 100-450° Celsius. Nachdem das Abgas mit dem Katalysator in Kontakt gekommen ist und bevor es das Katalysatorgehäuse verlässt, durchströmt es zweckmäßigerweise eine Oxidationsstufe.
Das den Katalysator 9 verlassende gereinigte Abgas wird wahlweise dem Wärmetauscher 5 oder über eine Leitung 13 dem noch nicht gereinigten Abgas nach dem Wärmetauscher 5 zugeführt. In beiden Fällen dient das gereinigte Abgas zur Erwärmung des noch nicht gereinigten Abgases. Das gereinigte Abgas wird nach dem Wärmetauscher 5 über einen Kamin 14 abgeleitet.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur NO/CO-Minderung, wobei ein entsprechender Katalysator die Reaktionen gemäß den oben angegebenen Gleichungen (1) und (2) unterstützt. Auf diese Weise kann sowohl der im Abgas enthaltende NO-Gehalt als auch der im Abgas enthaltende CO-Gehalt gemindert werden. Da der CO-Gehalt des Abgases für die Reaktionen nicht immer ausreichend ist, wird über die Mittel 7 oder die zusätzliche Brennkammer 8 der fehlende CO-Gehalt angepasst.
Die Eindüsung von teuerem Ammoniak bzw. ammoniumhaltigen Verbindungen und die dadurch entstehenden Probleme, wie Ammoniakschlupf, können hierdurch vermieden werden.

Claims

Verfahren zur NO/CO-Minderung von staubhaltigen Abgasen, insbesondere Zementöfenabgasen, wobei zunächst der Staubgehalt der Abgase gemindert wird und dann die Abgase einem Katalysator (9) zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von CO zu NO im Abgas ermittelt wird und in Abhängigkeit des ermittelten Verhältnisses der Anteil an CO im Abgas vor der Zuführung in den Katalysator gegebenenfalls erhöht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgase erforderlichenfalls auf eine Temperatur zwischen 100°C bis 500°C gebracht werden.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Reduktionsmittel direkt in das Abgas eingedüst wird, um CO zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in einer separaten Brennkammer (8) Brennstoff derart verbrannt wird, dass CO erzeugt wird und dass Abgas mit dem CO-haltigen Abgas der Brennkammer vermischt wird.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge des Reduktionsmittels/Brennstoffs in Abhängigkeit des NO- und/oder CO Signals dosiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das den Katalysator (9) verlassende Abgas einem Wärmetauscher (5) und/oder dem Abgas vor dem Katalysator zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass Abgas nach dem Katalysator eine Oxidationsstufe (10) durchströmt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgase zuvor entstaubt werden.
Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Mittel (6) zur Ermittlung des Verhältnisse von CO zu NO im Abgas, Mittel (7, 8) zur Zuführung von Brennstoff, um den CO-Gehalt des Abgases in Abhängigkeit des ermittelten Verhältnisses zu erhöhen sowie einen Katalysator.
Anlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, das die Mittel zur Zuführung von Brennstoff eine separate Brennkammer umfassen.
Anlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass für NO/CO Messung ein Infrarotmessgerät vorgesehen ist.