SE518812C2 - Katalytisk regenerativ anordning för rening av gaser - Google Patents

Description

| o n | n: först successivt till en maxtemperatur och kyls sedan.

Den använda maxtemperaturen är sådan att den ligger vid eller högre än den temperatur som behövs för att den avsedda oxidations- eller sönderfallsreaktionen skall äga rum.

Sådana här processer och utrustning används allmänt för rening av ventilationsluft från màlnings- och tryckeriprocesser. De kan också användas för rening av avgaser från förbränningsmotorer. I detta och andra fall är kväveoxider en del av föroreningsproblemet.

När det gäller dieselmotorer kan koncentrationen av kväveoxider i avgasen nå upp till flera tusen ppm. Man kan uppnå god reduktion av dessa kväveoxider om avgasen först blandas med en motsvarande mängd ammoniak, urea eller annan ammin innan den värmebehandlas på det vis som beskrivits ovan. Under uppvärmningen kommer blandningen att passera det temperaturintervall där en selektiv icke katalytisk reduktionsreaktion (eng: Selective Non Catalytic Reduction, SNCR) äger rum och kväveoxider och amminer omvandlas till elementär och ofarlig kvävgas.

Dieselmotoravgaser kan till exempel renas på ovan beskrivna vis först under uppvärmningsfasen när kväve- oxider tas bort och sedan vid den höga temperaturen när sot, aldehyder och andra organiska ämnen oxideras. Detta sätt att använda utrustningen beskrivs i det europeiska patentet EPC 609 288.

Erfarenheten har visat att när den ursprungliga koncentrationen av kväveoxider är högre än 1000 ppm kan man få en god reduktion och koncentrationen av kväve- oxider kan nedbringas till ett par hundra ppm. När emellertid den ursprungliga koncentrationen redan ligger i denna låga storleksordning som till exempel i avgaserna , o o.. o o oo oo oo oooo oo oo 1 8 8 1 2 ' " ' ' ' ' " ' ' ' ' ' " ' ' o. o oo o o o o o o o o o o o o oo. : . o o o o o o o o-o oo ooo o' I . . o o oo oo o I vv 3 från ”lean burn” motorer för naturgasdrift så blir reningen mycket dålig.

Föreliggande uppfinning innebär ett sätt att för- bättra detta läge så att koncentrationen kväveoxider i den utgående behandlade gasen kan nedbringas till ordentligt under 50 ppm. Förbättringen àstadkommes genom införande av katalytiskt aktiva zoner i de tidigare konstruktionernas värmeöverföringsmatriser.

Ett utförande av uppfinningen finns beskrivet i figur 1 och ett annat utförande av uppfinningen finns beskrivet i figur 2. I båda figurerna symboliserar l en spjällmekanism som används för att växla luftens (gasens) flödesriktning genom anläggningen. 2 och 3 är anslut- ningskanaler för inkommande orenad respektive utgående renad gas. 4 och 5 är fördelningskamrar för fördelning och hopsamling av luft (gas) som gär genom den värme- växlande matrisen 6. I den konstruktion som visas i figur 2 är denna matris uppdelad i två delar 6 och 6' som omger en förbränningskammare 7 som saknas i den konstruktion som visas i figur 1, där den värmeväxlande matrisen fyller hela utrymmet mellan luftfördelningskamrarna.

Bägge konstruktionerna innehåller anordningar för upp- värmning: i figur 1 i form av elektriska värmeelement 8, och i figur 2 i form av en brännare 9. Båda konstruk- tionerna innehåller också katalytiskt aktiva zoner 10 och ll i den värmeväxlade matrisen. I den konstruktion som visas i figur l är temperaturen hög i centrum av den värmeväxlande matrisen 6 och sjunker gradvis mot topp och botten. I den konstruktion som visas i figur 2 är temperaturen hög i förbränningskammaren 7 och de övre delarna av den vàrmeväxlande matrisen 6 och 6' och temperaturen minskar gradvis mot nederdelen av de värmeväxlande matriserna. Genom regenerativ värmeväxling 513 812 4 och regelbunden växling av flödesriktningen genom utrustningen kan dessa temperaturmönster hàllas i stort sett oförändrade utan att man för den skull ställer nägra stora krav pà upphettningsanordningarna 8 (figur 1) och 9 (figur 2). När oxidationen av föroreningar i gasströmmen producerar tillräckligt mycket energi kan de stängas av helt.

Vid drift blandas den förorenade gasen först med ammoniak, urea eller annat ämne som kan fungera som selektivt reduktionsmedel för kväveoxiderna. Blandningen förs sedan in i den kalla delen av en värmeväxlande matris där den sedan vid sin genompassage successivt värms till oxidations- eller sönderfallstemperatur som näs i de inre delarna av utrustningen, dvs den varma mitten av matrisen i figur 1 eller de övre delarna av matriserna 6 och 6' och förbränningskammaren 7 i figur 2.

Innan blandningen nàr denna höga temperatur passerar den den katalytiskt aktiva zonen i matrisen 6 eller 6'. Här reagerar kväveoxiderna med det inblandade reduktions- medlet och tas på det viset bort. Den katalytiska zonen är placerad i den värmeväxlande matrisen på ett sådant sätt att temperaturförhàllandena där är gynnsamma för denna reaktion och att en selektiv katalytisk reduktions- reaktion (SCR) sker. Reaktionen sker vid betydligt lägre temperatur än en icke katalytisk reduktionsreaktion (SNCR) och detta tillsammans med användningen av kata- lysator möjliggör en mer grundlig reduktion av kväve- oxiderna jämfört med ett förfarande i enlighet med det europeiska patentet EPC 609 288 och lägre koncentrationer av kväveoxider kan uppnås. När ingàngskoncentrationen av kväveoxider är låg blir skillnaden väsentlig.

Efter SCR-reaktionen värms blandningen ytterligare och som i europeiska patentet EPC 609 288 förstörs andra sauna. n 1 common , 5 812 _ _ . . _ “Zztšuvïï __ ; Q ~ ~ ø .- n a | | n' föroreningar och eventuellt överkott av reduktionsmedel i den inre varma delen.

Vid drift av sådana här regenerativa anordningar växlas gasens flödesriktning genom anordningen med jämna mellanrum. För så vitt inte särskilda åtgärder vidtages ”kortsluts” eller spiller en del obehandlad gasblandning över till utloppet vid varje ändring av flödesriktning.

Med fördel kan man då avbryta tillförseln av reducerings- ämne under en kort tid före varje sådan riktningsändring.

Onödiga utsläpp av reduceringsmedel kan därigenom und- vikas.

En viktig aspekt av uppfinningen är att katalysator kan användas på ett sådant sätt att den reducerande verkan kvarstår under en avsevärd tid efter det att tillförseln av reduceringsmedel har avbrutits. Den totala reduceringsförmågan påverkas därför inte i negativ riktning av sådana avbrott i tillförseln av reducerings- medel. Denna effekt kan vara så utpräglad att man kan modifiera utrustningen så att den innehåller bara en zon av katalytiskt aktivt material. Denna zon aktiveras då genom tillförsel av reduktionsmedel när denna del av anordningen används som ingàngsdel för gasströmmen. När gasströmmen reverseras och den aktiva zonen är vid ut- släppsdelen av anordningen, stängs tillflödet av reduce- ringsmedel av och reduktionen av kväveoxider sker i zonen efter högtemperaturbehandlingen_ Figur 3 visar en sådan konstruktion med bara en katalytiskt aktiv zon 10.

Uppfinningen har beskrivits ovan i samband med re- generativ utrustning som innefattar antingen en värme- växlande matris eller två olika matriser med mellanligg- ande förbränningskammare. Det finns också sådana kon- struktioner som använder tre eller fler värmeväxlande matriser belägna runt en gemensam förbränningskammare. I '518 812 . o u - n oo u o | c c o I . o o - o nu a n ø : e u 0 6 en del konstruktioner ändras flödesriktningen genom matrisen bara gradvis i matrisen så att olika delar av matrisen har olika flödesriktningar. Detta àstadkommes till exempel genom rotation av en matris gentemot fasta anslutningar för tillförsel och bortförsel eller genom användning av ett roterande spjällsystem som arbetar ihop med en stillastàende matris. Sammanfattande kallas ofta dessa olika konstruktioner för regenerativa termiska förbränningsanordningar (eng. Regenerative Thermal Oxidisers, RTOs). I alla de olika konstruktionerna genomströmmas matrismaterialet av ett gasflöde som växlar riktning med regelbundna intervall och den inkommande gasen värms successivt upp till en hög temperatur där oxidation och sönderfall äger rum. Uppfinningen är appli- cerbar pà alla dessa fall. Den konstruktion som visas i figurerna l och 3 har den fördelen att utrustningen är kompakt och kan göras jämförelsevis liten vilket ofta är en viktig aspekt vid användning tillsammans med förbrän- ningsmotorer.

Katalytiskt aktiva zoner kan förläggas i åtminstone en av matriserna och aktiveras genom regelbunden till- försel av reduktionsmedel. Som ovan beskrivits behöver denna tillförsel inte vara kontinuerlig. I en del fall kan den obehandlade gasen redan innehålla sådant reduk- tionsmedel eller kan katalysatorn eller kombinationen av katalysator och obehandlad gas vara sådan att ingen sàdan tillförsel behövs.

Claims (5)

10 15 20 25 30 518 812 7 PATENTKRAV

1. Anordning för rening av gaser som använder en el- ler flera matriser av värmeväxlande material uppvisande en temperaturgradient för successiv upphettning av gasen till sådan temperatur att föroreningarna sönderfaller el- ler oxiderar följd av successiv avkylning av gasen i en regenerativ värmeväxlingsprocess, där flödesriktningen genom matrisen växlas, k ä n n e t e c k n a d av att àt- minstone en av de värmeväxlande matriserna innehåller en zon som är katalytiskt aktiv när det gäller reduktion av kväveoxider och som är så placerad i matrisen att tempe- raturen där understiger den där de termiskt aktiverade processerna sker.

2. Anordning för rening av gaser som använder en en- staka matris av värmeväxlande material uppvisande en tem- peraturprofil som är sådan att den passerande gasen först successivt uppvärmes till en sàdan temperatur att förore- ningarna sönderfaller eller oxiderar och sedan successivt avkyls i en regenerativ värmeväxlingsprocess, där flödes- riktningen genom matrisen växlas, k ä n n e t e c k n a d av att den värmeväxlande matrisen innehåller tvà zoner, som är katalytiskt aktiva när det gäller rening av kväve- oxider och som är belägna pà var sin sida om matrisens varma mittdel.

3. Anordning enligt krav 1 eller 2, k ä n n e - t e c k n a d av att den innefattar en anordning för att tillsätta kväveoxidreducerande ämnen till det inkommande gasflödet.

4. Anordning i enlighet med krav 3, k ä n n e - t e c k n a d av att tillförseln av reduceringsmedel av- bryts en kort stund i samband med ändring av gasflödes- riktning genom anordningen. I i - - i 1518 812 I 8

5. Anordning i enlighet med krav 1 k ä n n e - t e c k n a d av att tillförsel av reduceringsmedel upp- rätthàlles bara när gas som skall behandlas går genom an- ordningen i på sådant vis att den passerar en zon som är 5 katalytiskt aktiv innan den nàr temperaturer som är sà höga att oxidation eller sönderfall sker.