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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Minderung des Stickstoffoxid-Gehalts von Ofenabgasen, Anlagen zur Minderung des Stickstoff-Gehalts in Ofenbypass-Abgasen sowie entsprechenden Anwendungen.
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Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, dass aufgrund hoher Temperaturen und Luftüberschüsse in der Sinterzone in Drehrohröfen hohe NOX-Konzentrationen generiert werden. Im nachgeschalteten Calcinator können diese Emissionen durch heiße, reduzierende Zonen zumindest teilweise gemindert werden. In darauf folgenden Schritten kann mittels SNCR- oder SCR-Verfahren eine weitergehende Minderung erreicht werden. Eine Vielzahl von Anlagen zur Klinkerherstellung ist jedoch mit einem sogenannten Gas-Bypass am Ofeneinlauf zur Entlastung von Chlor- und/oder Alkalikreisläufen ausgestattet. Typische Bypassraten liegen in der Größenordnung 3-10 % vom Abgas aus dem Drehrohrofen. Diese Gasmenge wird nicht in den Calcinator geführt und verursacht daher hohe Stickoxidemissionen.
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In diesem Zusammenhang ist auch zu berücksichtigen, dass die gesetzlichen Anforderungen zur Einhaltung von Emissionsgrenzwerten stetig ansteigen. Dies muss auch bei Produktionsprozessen berücksichtigt werden, die lange Zeit unbeachtet waren. Dazu zählt zum Beispiel auch ein Bypass-Gasstrom, mit dem Schadstoffe (Chloride, Alkalien etc.) aus einem Brennprozess für Zementklinker abgezogen wird.
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Bisherige Lösungen versuchen das Problem der Stickoxidbelastung von Bypassströmen dadurch zu lösen, dass im Bypass eine SNCR erfolgt; Beispiele für solchen Stand der Technik sind die
DE 10 2015 002 688 B3 oder die
WO 2016/183027 . Jedoch sind auch diese Lösungen noch verbesserungsfähig.
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Mithin war es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Verfahren und Anlagen aufzuzeigen, mit denen die Stickoxid-Emissionen, die sich aus Anlagen und Verfahren des bisherigen Standes der Technik ergeben, insbesondere im Rahmen der Klinkerherstellung, weiter zu reduzieren.
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Diese und weitere, den Fachmann bei Betrachtung der vorliegenden Beschreibung ersichtlichen, Aufgaben werden durch die Gegenstände der Ansprüche gelöst, wobei die Unteransprüche bevorzugte Ausgestaltungen darstellen.
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Weitere bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus der folgenden Beschreibung.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden folgende Begriffe und Ausdrücke wie folgt verwendet:
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Der Ausdruck „und/oder“ bedeutet im Rahmen der vorliegenden Erfindung, dass sowohl die einzelnen Elemente, die mit diesem Ausdruck verbunden sind, als auch eine Kombination der einzelnen Elemente umfasst ist.
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Die Abkürzung „SNCR“ bedeutet im Rahmen der vorliegenden Erfindung, „selective non-catalytic reduction“, oder auch selektive nicht-katalytische Reduktion. Die SNCR ist ein sekundäres Verfahren, das beispielsweise bei der Rauchgasentstickung eingesetzt wird. Dabei werden durch Thermolyse gasförmige Stickoxide (NOx) unter Verwendung von beispielsweise Ammoniak oder Harnstoff zu Wasserdampf und Stickstoff umgesetzt. Diese Terminologie und Technologie ist dem Fachmann gut bekannt.
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Die Abkürzung „SCR“ bedeutet im Rahmen der vorliegenden Erfindung, „selective catalytic reduction“, oder auch selektive katalytische Reduktion. Dies ist eine allgemein bekannte Technik zur Reduktion von Stickoxiden in Abgasen von beispielsweise Feuerungsanlagen und Industrieanlagen. Dabei werden in einer chemischen Reaktion am SCR-Katalysator Stickoxide reduziert unter Zuhilfenahme von Verbindungen wie Ammoniak. Diese Terminologie und Technologie ist dem Fachmann gut bekannt.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung bedeutet der Begriff „kontinuierlicher Betrieb“ den laufenden Ofenbetrieb ohne Anfahren und Abfahren
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind die Begriffe „Cfix“ und „Flüchtige“ in fachüblicher Weise auszulegen.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung bedeutet der Begriff „Bypass“ eine Leitung die am Ofen vorbeigeführt wird, also bei Anlagen zur Zementklinkerherstellung beispielsweise und insbesondere am Calcinator vorbei und nicht eine Leitung, die in diesen Calcinator führt. Insbesondere ist ein Bypass/eine Bypassleitung im Sinne der vorliegenden Erfindung eine an weiteren Öfen und/oder Calcinatoren vorbeiführende Abgasleitung, durch die Gase der Umwelt zugeführt werden, wobei die Abgasableitung an die Umwelt gegebenenfalls unter vorheriger Ausnutzung der Wärmeinhalte der Gase erfolgen kann.
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Insbesondere steht der Begriff „Bypass“ im Rahmen der vorliegenden Erfindung für „Chlor-Alkali-Bypass“. Ein solcher Chlor-Alkali-Bypass ist auf dem technischen Gebiet der vorliegenden Erfindung allseits gut bekannt und einen dem betreffenden Fachmann geläufiger Begriff. Entsprechend sollte eine genauere Definition für den Fachmann auf dem entsprechenden Gebiet überflüssig und nicht notwendig sein.
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In besonderen Ausführungsformen bezieht sich die vorliegende Erfindung auf Anlagen der Zementklinkerherstellung; insbesondere gilt dies für die weiter unten dargestellten, mit römischen Ziffern durchnummerierten Ausführungsformen.
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Nachfolgend werden verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung und Offenbarung dargestellt.
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Zur Minderung der hohen Stickoxidemissionen aus Ofenbypassleitungen wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung mindestens eine reduzierende Zone, insbesondere erzeugt durch Einleitung von Brennstoff, zur Senkung der Stickoxidemissionen im Bypass eingesetzt.
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Im Ofeneinlauf, aus dem die Bypassleitung abgezweigt wird, liegen typischerweise Temperaturen im Bereich von 1000-1300°C und Sauerstoffkonzentrationen zwischen 1% und 5% vor. Unverbrannte Kohlenstoffverbindungen liegen aufgrund der hohen Temperaturen und Verweilzeiten im Drehrohrofen jedoch nicht mehr in signifikanten Mengen vor.
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Zur Ausbildung einer reduzierenden Zone wird daher im Rahmen der vorliegenden Erfindung nach dem Bypass-Abzug Brennstoff zugeführt. Dieser Brennstoff ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung bevorzugt ein Brennstoff auf organischer Basis.
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Als Brennstoff eignen sich insbesondere reaktive Brennstoffe wie Braunkohle oder hochwertig aufbereiteter Fluff. Reaktive Brennstoffe zeichnen sich durch hohe Anteile an flüchtigen Verbindungen aus (größer 25 %).
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In Ausführungsformen können als Brennstoffe reaktive Brennstoffe wie Braunkohle, gasförmige Brennstoffen wie zum Beispiel Erdgas, aufbereiteter Ersatz Brennstoff und weniger reaktive Brennstoffe wie beispielsweise Petcoke, Anthrazitkohle und Ersatzbrennstoffe mit hohen Feuchten.
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Zur Zündung kann unter Umständen eine geringe Menge Sauerstoff erforderlich sein. Demgemäß kann in Ausführungsformen Luft und/oder ein sauerstoffhaltiges Gas und/oder reiner Sauerstoff zugeführt werden. In Ausführungsformen kann dies kurz vor, auf gleicher Höhe oder nach dem Einbringen des Brennstoffs erfolgen. In Ausführungsformen wird fester Brennstoff pneumatisch mit Frischluftzufuhr zugeführt, die in diesem Zusammenhang auch gleichzeitig zur Zündung verwendet werden kann. Optional kann auch eine geringe Menge Luft (z.B. Tertiärluft aus dem Klinkerkühler) zugeführt werden.
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Aufgrund der hohen Temperaturen erfolgt eine anteilige Oxidation des Brennstoffes unter Verbrauch der Sauerstoffatome. Die reduzierenden Bedingungen führen zu einer Minderung der Stickoxide unter Bildung von unschädlichem molekularen Stickstoff (N2), da den Stickoxiden die Sauerstoffatome entzogen werden. Zugleich können jedoch nicht vollständig oxidierte Kohlenstoffverbindungen, wie insbesondere Kohlenmonoxid, entstehen. Diese können in einer Ausführungsform durch nachträgliche Luftzufuhr und Einstellung einer Temperatur, bevorzugt zwischen 750 und 1300°C, zu Kohlendioxid oxidiert werden. In Ausführungsformen wird hierfür keine Umgebungsluft verwendet, sondern aufgewärmte Luft aus anderen Bereichen des Klinker-Herstellungsprozesses. Hierfür eignen sich in Ausführungsformen insbesondere Tertiärluft aus dem Ofenauslauf oder dem Klinkerkühler, Kühlermittenluft oder Kühlerabluft.
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In Ausführungsformen kann durch die Zuführung eines stickstoffhaltigen Reduktionsmittels (zum Beispiel Ammoniak, Ammoniakwasser oder Harnstoff) simultan zur Oxidation von Kohlenmonoxid eine weitergehende Stickoxidminderung im SNCR-Verfahren erreicht werden. Bevorzugt wird das Reduktionsmittel nach der Oxidationsluft zugegeben. Optional ist es ebenfalls möglich in Ausführungsformen das Reduktionsmittel vor Eintritt in die Gasleitung mit der Luft zur Oxidation zu vermischen. Die Ausgestaltung der reduzierenden Zone sowie der nachgeschalteten Oxidation- bzw. SNCR-Zone erfolgt in Ausführungsformen in Form einer Rohrleitung; dies sind bevorzugte Ausführungsformen. In Ausführungsformen kann die Eindüsung des Reduktionsmittels der SNCR-Zone in einer oder mehreren Ebenen erfolgen.
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In anderen Ausführungsformen können alternative Geometrie oder Einbauten, wie zum Beispiel Mischkammern, Venturidüsen, Zyklone oder Blenden optional eingesetzt werden.
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In Ausführungsformen ist es möglich durch den Einsatz von Katalysatoren auf eine optional nachgeschaltete Reaktionsstrecke zur Oxidation der Kohlenstoffverbindungen und/oder zur SNCR-Reaktion zu verzichten.
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In Ausführungsformen ermöglichen nachgeschaltete Reduktions- und/oder Oxidationskatalysatoren die weitere Minderung von Stickoxiden und/oder unverbrannten Kohlenstoffverbindungen, wie Kohlenmonoxid oder Kohlenwasserstoffen. In solchen Ausführungsformen ist es vorteilhaft das Abgas auf ein geeignetes Temperaturniveau von bevorzugt 300-400°C herunterzukühlen. In weiteren Ausführungsformen erfolgen nach der katalytischen Behandlung eine weitere Abkühlung und/oder eine Entstaubung. Außerdem können in Ausführungsformen auch katalytische Filter eingesetzt werden, die gleichzeitig Luftschadstoffe und Staub entfernen, bevor das Abgas zu einem Kamin geführt und dann an die Umgebung abgegeben wird. In weiteren Ausführungsformen kann das gereinigte Abgas alternativ zum Beispiel auch in das Ofen-Vorwärmer-System, den Ofenabgasverbund, einen Wärmetauscher oder eine Trocknungseinrichtung geführt werden.
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In Ausführungsformen werden als Brennstoffe solche auf organischer Basis eingesetzt, insbesondere leicht brennbare Brennstoffe. In einer Ausgestaltung werden die Brennstoffe auf organischer Basis ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Gasen, Flüssigkeiten, Ersatzbrennstoffe, Braunkohle, Steinkohle und Mischungen davon. Beispiele für die verschiedenen einsetzbaren Brennstoffe sind Erdgas oder Klärgas für Gase, organische Lösemittel für Flüssigkeiten, Klärschlamm oder Fluff für Ersatzbrennstoffe. In diesem Zusammenhang ist darauf hinzuweisen, dass dem Fachmann bekannt ist, was unter diesen Begriffen allgemein zu verstehen ist.
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Insbesondere bietet es sich an, hierfür Brennstoffe auf organischer Basis einzusetzen, die im Rahmen der (großtechnischen) Anlage an anderer Stelle anfallen.
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In einer Ausführungsform wird eine Mischung aus Brennstoffen eingesetzt, die insbesondere im Falle von Regelbrennstoffen ein Verhältnis Cfix:Flüchtige von kleiner oder gleich 3 aufweist.
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In Ausführungsformen liegt die reduzierende Zone in der Bypassleitung, welche stromabwärts gesehen nach dem Anfang der Bypassleitung (also nach der Abzweigung aus dem Ofeneinlauf) angeordnet ist, so weit nach dem Anfang der Bypassleitung, dass keine Rückmischung/Wechselwirkung mit den Gasen im Ofeninneren bzw. Ofeneinlauf erfolgt.
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In Ausführungsformen sind die Dosiervorrichtungen in Form von Düsen ausgestaltet. In weiteren Ausführungsformen können die jeweiligen Dosiervorrichtungen auch mehrere Düsen o.ä. umfassen. Im Grunde genommen bedeutet der Begriff „Dosiervorrichtung“ lediglich irgendeine Art von Vorrichtung, die dazu geeignet ist, den jeweiligen Stoff der Art in die Bypassleitung an der jeweiligen Stelle einzuleiten, dass die jeweils gewünschte Zone gebildet wird.
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In Ausführungsformen sind die jeweiligen Dosiervorrichtungen an die jeweils zudosierenden Stoffe angepasst. Beispielsweise erfordert die Eindosierung von Braunkohle als Brennstoff eine anders ausgestaltete Dosiervorrichtung als die Dosierung von Erdgas.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist mithin ein Verfahren, bei dem die aus einem Klinkerofen austretenden Abgase vor Eintritt in einen Calcinator zum Teil aus dem (den Ofen und den Calcinator verbindenden) Ofeneinlauf in einen Bypassabzug/eine Bypassleitung geleitet werden. Kennzeichnend für die vorliegende Erfindung ist dann, dass in einem ausreichenden Abstand zum Ofeneinlauf Brennstoffe in die Bypassleitung eindosiert werden. Dabei bedeutet der Ausdruck „in ausreichendem Abstand“, dass im normalen Betrieb keine Rückmischung der zugeführten Brennstoffe und des Brennstoff-/Abgas-Gemischs mit den im Ofeneinlauf befindlichen Gasen erfolgt. Durch den Abgasstrom und die Zudosierung des Brennstoffs wird eine reduzierende Zone gebildet, in der Stickoxide zu Stickstoff (N2) reduziert werden. Gegebenenfalls kann in Ausführungsformen zusätzlich zu dem Brennstoff auch ein sauerstoffhaltiges Gas zudosiert werden, um eine Zündung des Gasgemisches zu bewirken. Diese Zudosierung zur Zündung kann in allen Ausführungsformen vorgenommen werden und erfolgt stromabwärtsgesehen kurz vor, auf gleicher Höhe, nach dem Einbringen des Brennstoffs oder in Kombination dieser Orte. Entsprechend können in allen Ausführungsformen entsprechende Zudosierungsvorrichtungen zur Zündung zugegen sein, auch wenn diese nicht explizit angeführt sind. Selbstverständlich kann diese Zudosierung zur Zündung auch über die gleiche Zudosiervorrichtung erfolgen, über die auch der Brennstoff zugeführt wird.
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In Ausführungsformen wird als sauerstoffhaltiges Gas ein Gas aus der Gruppe bestehend aus Luft, sauerstoffangereicherter Luft, reinem Sauerstoff und sauerstoffhaltigen Gasen, die nicht Luft sind, ausgewählt.
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Anschließend an die reduzierende Zone kann in einer Ausführungsform ein Oxidationsmittel, insbesondere Luft, zudosiert werden, um noch nicht vollständig oxidierte Kohlenstoffverbindungen, wie insbesondere Kohlenmonoxid, weiter zu oxidieren, insbesondere zu Kohlendioxid. In diesen Ausführungsformen wird für diese Oxidationszone bevorzugt eine Temperatur zwischen 750 und 1300°C eingestellt.
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Nach dieser Oxidationszone kann in Ausführungsformen optional ein Reduktionsmittel zudosiert werden, um noch vorhandene Stickoxide weiter umzusetzen.
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In diesen Ausführungsformen wird das Reduktionsmittel bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ammoniak, Ammoniakwasser und Harnstoff. Gleichwohl sind andere Reduktionsmittel, die sich für die SNCR Reaktion eignen, einsetzbar.
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Nach dieser Reaktionsstrecke, in der eine SNCR abläuft, erfolgt dann eine Kühlung des Abgases.
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In Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann diese Kühlung beispielsweise mit einem Kühlmittel ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Wasser, Luft und Rohmehl erfolgen.
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Schließlich kann in weiteren Ausführungsformen das Abgas noch einer Entstaubung unterworfen werden, wobei diese Entstaubung optional auch katalytisch unterstützt werden kann. Im Rahmen dieser Entstaubung können nicht nur feste Staubpartikel entfernt werden, sondern optional auch Flüssigkeitstropfen.
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In Ausführungsformen können katalytische Filter eingesetzt werden.
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Das durch das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäßen Anlagen gereinigte Abgas kann dann an die Umgebung abgegeben werden.
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In Ausführungsformen ist es jedoch gewünscht und sinnvoll das gereinigte Abgas nicht an die Umgebung abzugeben, sondern dies weiter zu verwenden. Das gereinigte Abgas kann beispielsweise in ein Ofen-Vorwärme-System, einen Ofen-Abgasverbund, einen Wärmetauscher oder eine Trocknungseinrichtung geführt werden. In diesen Ausführungsformen kann die noch enthaltene Wärmeenergie des Abgases nutzbar gemacht werden, wodurch ein weiter erhöhter Wirkungsgrad erreicht wird.
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In anderen Ausführungsformen ist es möglich den oben beschriebenen Verfahrens- bzw. Anlagenablauf abzuwandeln. In diesen Abwandlungen wird statt einer Zudosierung eines Oxidationsmittels, insbesondere Luft, nach der reduzierenden Zone der Abgasstrom zunächst abgekühlt. Anschließend wird dann ein Reduktionsmittel zugeführt, welches in Ausführungsformen bevorzugt ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus Ammoniak, Ammoniakwasser und Harnstoff. Gleichwohl ist es in diesen Ausführungsformen genauso möglich beliebige andere Reduktionsmittel zuzudosieren, mit denen SCR Reaktionen ablaufen. Nach der Zudosierung des Reduktionmittels in dieser Ausführungsform ist eine Katalysatorstrecke angeordnet, wo dann die dem Fachmann bekannte SCR abläuft. Anschließend an diese SCR kann in diesen Ausführungsformen dann die Entstaubung erfolgen, wie sie bereits oben beschrieben ist. Auch in diesen Ausführungsformen können die gereinigten Abgase, wie bereits oben beschrieben, in einen Kamin geführt und als Abluft der Umgebung zugeführt oder in die oben genannten Prozessschritte bzw. Anlagenteile geleitet werden.
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In weiteren Ausführungsformen ist es möglich, die Bypassleitungen auf besondere Art und Weise zu strukturieren. Auf diese Weise ist es möglich, dem Abgasstrom bzw. den darin enthaltenen Teilchen derart Impulse zu verleihen, dass es zu Vermischungen und/oder Verwirbelungen kommen kann.
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Entsprechende Ausgestaltungen der Bypassleitung sind zum Beispiel Umlenkkammern, verdrehte Leitungen, Umlenkbleche innerhalb der Bypassleitung und/oder kurvig ausgestaltete Bypassleitungen.
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Diese Strukturierungen der Bypassleitung können dabei sowohl vor, d.h. stromaufwärts, der Brennstoffzudosierung vorgenommen werden, als auch stromabwärts, d.h. nach der Zudosierung. Ebenfalls ist es möglich, sowohl vor als auch nach der Zudosierung des Brennstoffs solche Strukturen auszugestalten.
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Vorteilhaft für die Ausführung vor der Brennstoffzudosierung ist beispielsweise die Verringerung des Rückmischungsrisikos. Vorteilhaft für die Ausgestaltung nach der Brennstoffzufuhr ist die unter Umständen verbesserte Verwirbelung und/oder Vermischung der Bestandteile.
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Optional ist es möglich, solche Strukturen an mehreren Stellen der Bypassleitung einzubauen, beispielsweise vor und/oder nach den jeweiligen Zudosierungen von Brennstoff, Reduktionsmittel für die SCR bzw. SNCR, Kühlmittel und Oxidationsmittel.
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In Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung ist die beschriebene Kühlung, die nach der reduzierenden Zone bzw. nach der kühlenden und/oder oxidierenden Zone vorgenommen wird, als passive Kühlung und/oder aktive Kühlung ausgelegt. Dies bedeutet, dass die Kühlung beispielsweise über Wärmetauscher erfolgen kann, bei denen die Wärme des gereinigten Abgasstromes an ein in einem Kühlkörper fließendes Fluid abgegeben wird. Es ist aber ebenso möglich, die Kühlung dergestalt durchzuführen, dass beispielsweise Luft in den Abgasstrom eindosiert wird.
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Die oben beschriebenen Katalysatoren für die SCR sind übliche Katalysatoren für diese Reaktion und können aus den fachüblich verwendeten Katalysatoren ausgewählt werden. Bevorzugt werden Katalysatoren ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Vanadium, Wolfram, Titan und Gemischen dieser, insbesondere Gemischen dieser, ausgewählt.
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In Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden die Strömungsgeschwindigkeit und die zudosierte Menge des Brennstoffs so ausgewählt, dass eine Verweilzeit des Abgas-/BrennstoffGemisches in der reduzierenden Zone zwischen 0,05 und 10 Sekunden eingestellt wird, bevorzugt zwischen 0,1 und 1 Sekunde.
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In weiteren Ausführungsformen werden in der reduzierenden Zone mittlere Strömungsgeschwindigkeiten zwischen 4 und 50 m/s, bevorzugt von 8-20 m/s eingestellt.
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Besondere Ausführungsformen sind im Folgenden dargestellt:
- Ausführungsform I Verfahren zur Minderung des Stickstoffoxid-Gehalts von Ofenabgasen bei dem Ofenabgase in einer in einer Bypassleitung realisierten reduzierenden Zone umgesetzt werden, wobei die reduzierende Zone stromabwärts gesehen nach dem Anfang der Bypassleitung angeordnet ist, und
wobei ein Brennstoff auf Basis organischer Verbindungen in die Bypassleitung eingebracht und so die reduzierende Zone ausgebildet wird.
- Ausführungsform II Verfahren nach Ausführungsform I, dadurch gekennzeichnet, dass stromabwärts gesehen kurz vor, auf gleicher Höhe oder nach dem Einbringen des Brennstoffs Luft oder ein anderes sauerstoffhaltiges Gas zur Zündung in den Gasstrom eingebracht wird.
- Ausführungsform III Verfahren nach einer der Ausführungsformen I oder II, dadurch gekennzeichnet, dass die Gastemperatur am Anfang der reduzierenden Zone zwischen 800 oder darüber und 1700°C oder darunter, bevorzugt 900 oder darüber bis 1500°C oder darunter, insbesondere bei 1000 oder darüber bis 1300°C oder darunter liegt oder auf diesen Bereich eingestellt wird.
- Ausführungsform IV Verfahren nach einer der Ausführungsformen I-III, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgase neben Stickoxiden Chlor- und/oder Alkaliverbindungen enthalten.
- Ausführungsform V Verfahren nach einer der Ausführungsformen I-IV, dadurch gekennzeichnet, dass als Brennstoffe auf organischer Basis leichtbrennbare Brennstoffe eingesetzt werden, insbesondere ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus brennbaren Gasen wie Erdgas oder Klärgas, Flüssigkeiten wie organische Lösungsmittel, Ersatzbrennstoffen wie Klärschlamm oder Fluff, Braunkohle, Steinkohle und Mischungen davon.
- Ausführungsform VI Verfahren nach einer der Ausführungsformen I-V, dadurch gekennzeichnet, dass die Verweilzeit des durchströmenden Gases in der reduzierenden Zone zwischen 0,01 Sekunden oder darüber und 5 Sekunden oder darunter, bevorzugt 0,05 Sekunden oder darüber und 3 Sekunden oder darunter, besonders bevorzugt 0,1 Sekunden oder darüber und 1 Sekunde oder darunter beträgt oder darauf eingestellt wird.
- Ausführungsform VII Verfahren nach einer der Ausführungsformen I-V oder VI, dadurch gekennzeichnet, dass die mittleren Strömungsgeschwindigkeiten in der reduzierenden Zone 1 m/s oder darüber bis 50 m/s oder darunter, bevorzugt 3 m/s oder darüber bis 20 m/s oder darunter und insbesondere von 8 m/s oder darüber bis 20 m/s oder darunter betragen oder darauf eingestellt werden.
- Ausführungsform VIII Verfahren nach einer der Ausführungsformen I-VII, dadurch gekennzeichnet, dass stromabwärts gesehen nach der reduzierenden Zone eine weitere Behandlung der Abgasmischung mittels
- i) einer Zone zur Durchführung von SNCR oder SCR bzw. zwei Zonen zur Durchführung von SNCR und SCR, oder
- ii) einer Kühl- und/oder Oxidationszone, oder
- iii) erst einer weiteren Zone (i) und dann einer Kühl- oder Oxidationszone (ii) oder
- iv) erst einer Kühl- oder Oxidationszone (ii) und dann einer weiteren Zone (i)
durchgeführt wird. - Ausführungsform IX Verfahren nach Ausführungsform VIII, dadurch gekennzeichnet, dass stromabwärts gesehen
nach der reduzierenden Zone und der/den Zone(n) zur Durchführung von SNCR/SCR gesehen oder nach der reduzierenden Zone und vor der/den Zone(n) zur Durchführung von SNCR/SCR oder nach der reduzierenden Zone und vor und nach der/den Zone(n) zur Durchführung von SNCR/SCR
Luft zugeführt wird, die optional mit weiteren Gasen vermischt oder durch diese Gase ersetzt werden kann, wobei die Gase aus der Gruppe bestehend aus sauerstoffhaltigen Gasen, sauerstofffreien Gasen und Mischungen davon ausgewählt werden.
- Ausführungsform X Verfahren nach Ausführungsform IX, dadurch gekennzeichnet, dass als sauerstoffhaltige Gase Tertiärluft, Mittenluft oder Kühlerabluft verwendet werden, insbesondere zur Oxidation nach der reduzierenden Zone oder den reduzierenden Zonen.
- Ausführungsform XI Verfahren nach einer der Ausführungsformen VIII-X, dadurch gekennzeichnet, dass ein SNCR-Prozess, durchgeführt wird.
- Ausführungsform XII Verfahren nach einer der Ausführungsformen I-XI, dadurch gekennzeichnet, dass stromabwärts gesehen nach der Oxidationszone eine Entstaubungsstufe, insbesondere eine Filtereinheit betrieben wird.
- Ausführungsform XIII Anlage mit vermindertem Stickstoffoxid-Gehalt in Ofenbypass-Abgasen, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einer der Ausführungsformen I-XII, umfassend
- a) einen Ofen zur Durchführung einer Stickstoffoxide freisetzenden Reaktion,
- b) eine Bypassleitung, durch die zumindest ein Teil der bei der Reaktion entstehenden Stickstoffoxide enthaltenden Abgase aus der Anlage abgeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass in der Bypassleitung stromabwärts gesehen
- c) eine erste Eindosiervorrichtung angeordnet ist, durch die im kontinuierlichen Betrieb der Anlage mittels Einbringen eines organischen Brennstoffs eine reduzierende Zone in der Bypassleitung ausgebildet wird.
- Ausführungsform XIV Anlage nach Ausführungsform XIII, dadurch gekennzeichnet, dass stromabwärts gesehen nach der ersten Eindosiervorrichtung
- c1) optional stromabwärts gesehen nach der ersten Eindosiervorrichtung eine zweite Eindosiervorrichtung, durch die ein Kühl- und/oder Oxidationsmittel, insbesondere Luft, eindosiert werden kann, wodurch eine kühlende und/oder oxidierende Zone gebildet werden kann,
- d) stromabwärts gesehen nach der ersten und gegebenenfalls zweiten Eindosiervorrichtung eine weitere Eindosiervorrichtung, durch die im kontinuierlichen Betrieb der Anlage mittels Einbringen eines Reduktionsmittels eine weitere Zone in der Bypassleitung ausgebildet wird, wobei das Reduktionsmittel bevorzugt aus der Gruppe bestehend aus Ammoniak, Ammoniakwasser, Harnstoff und Mischungen davon ausgewählt wird, und alternativ oder zusätzlich
- e) stromabwärts von der weiteren Eindosiervorrichtung oder an dem gleichen Leitungsabschnitt eine zusätzliche Eindosiervorrichtung, durch die im kontinuierlichen Betrieb der Anlage mittels Einbringen Rohmehl (oder ähnlichen Stoffen), eines Gases oder einer Gasmischung, Wasser oder mehrerer der genannten Maßnahmen eine Kühlzone in der Bypassleitung ausgebildet wird, wobei das Gas oder die Gasmischung bevorzugt aus der Gruppe bestehend aus sauerstoffhaltigen Gasen, sauerstofffreien Gasen und Mischungen davon ausgewählt wird, und optional
- f) eine Entstaubungsstufe und/oder eine Filtereinheit angeordnet sind.
- Ausführungsform XV Anlage nach Ausführungsform XIII oder XIV, dadurch gekennzeichnet, dass die Bypassleitung wenigstens teilweise nach der Zugabe des Brennstoffs und/oder des wenigstens einen Reduktionsmittel so geformt ist, dass Vermischung in der Bypassleitung begünstigt werden, insbesondere durch mindestens eine Umlenkkammer.
- Ausführungsform XVI Anlage nach Ausführungsform XIII-XV, dadurch gekennzeichnet, dass die Bypassleitung aus erweiterten Rohrabschnitten in Verbindung mit Einschnürungen ausgebildet ist, um Vermischungen und/oder Verweilzeit zu generieren.
- Ausführungsform XVII Zementklinkerproduktionsanlage mit vermindertem Stickstoffoxid-Gehalt in Bypass-Abgasen, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einer der Ausführungsformen I-XII, umfassend
- a) einen Ofen, insbesondere einen Drehrohrofen,
- b) eine aus dem Ofeneinlauf abzweigende Bypassleitung, durch die zumindest ein Teil der Stickstoffoxide enthaltenden Abgase aus der Anlage abgeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass in der Bypassleitung stromabwärts gesehen
- c) eine erste Eindosiervorrichtung angeordnet ist, durch die im kontinuierlichen Betrieb der Anlage mittels Einbringen eines organischen Brennstoffs eine reduzierende Zone in der Bypassleitung ausgebildet wird.
- Ausführungsform XVIII Anlage nach Ausführungsform XVII, dadurch gekennzeichnet, dass stromabwärts gesehen nach der ersten Eindosiervorrichtung
- c1) optional stromabwärts gesehen nach der ersten Eindosiervorrichtung eine zweite Eindosiervorrichtung, durch die ein Kühl- und/oder Oxidationsmittel, insbesondere Luft, eindosiert werden kann, wodurch eine kühlende und/oder oxidierende Zone gebildet werden kann,
- d) stromabwärts gesehen nach der ersten und gegebenenfalls zweiten Eindosiervorrichtung eine weitere Eindosiervorrichtung, durch die im kontinuierlichen Betrieb der Anlage mittels Einbringen eines Reduktionsmittels eine weitere Zone in der Bypassleitung ausgebildet wird, wobei das Reduktionsmittel bevorzugt aus der Gruppe bestehend aus Ammoniak, Ammoniakwasser, Harnstoff und Mischungen davon ausgewählt wird, und alternativ oder zusätzlich
- e) stromabwärts von der weiteren Eindosiervorrichtung oder an dem gleichen Leitungsabschnitt eine zusätzliche Eindosiervorrichtung, durch die im kontinuierlichen Betrieb der Anlage mittels Einbringen von Rohmehl (oder ähnlichen Stoffen), eines Gases oder einer Gasmischung, Wasser oder mehrerer der genannten Maßnahmen eine Kühlzone in der Bypassleitung ausgebildet wird, wobei das Gas oder die Gasmischung bevorzugt aus der Gruppe bestehend aus sauerstoffhaltigen Gasen, sauerstofffreien Gasen und Mischungen davon ausgewählt wird, und optional
- f) eine Entstaubungsstufe und/oder eine Filtereinheit angeordnet sind.
- Ausführungsform XIX Anlage nach Ausführungsform XVII oder XVIII, dadurch gekennzeichnet, dass die Bypassleitung wenigstens teilweise nach der Zugabe des Brennstoffs und/oder des wenigstens einen Reduktionsmittel so geformt ist, dass Vermischung in der Bypassleitung begünstigt werden, insbesondere durch mindestens eine Umlenkkammer.
- Ausführungsform XX Anlage nach Ausführungsform XVII-XIX, dadurch gekennzeichnet, dass die Bypassleitung aus erweiterten Rohrabschnitten in Verbindung mit Einschnürungen ausgebildet ist, um für Vermischungen und/oder Verweilzeit zu generieren.
- Ausführungsform XXI Zementklinkerproduktionsanlage mit vermindertem Stickstoffoxid-Gehalt in Bypass-Abgasen, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einer der Ausführungsformen I-XII, umfassend
- a) einen Ofen, insbesondere einen Drehrohrofen,
- b) eine aus dem Ofeneinlauf abzweigende Bypassleitung, durch die zumindest ein Teil der Stickstoffoxide enthaltenden Abgase aus der Anlage abgeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass in der Bypassleitung stromabwärts gesehen
- c) eine erste Eindosiervorrichtung angeordnet ist, durch die im kontinuierlichen Betrieb der Anlage mittels Einbringen eines organischen Brennstoffs eine reduzierende Zone in der Bypassleitung ausgebildet wird,
- c1) optional stromabwärts gesehen nach der ersten Eindosiervorrichtung eine zweite Eindosiervorrichtung, durch die ein Kühl- und/oder Oxidationsmittel, insbesondere Luft, eindosiert werden kann, wodurch eine kühlende und/oder oxidierende Zone gebildet werden kann,
- d) stromabwärts gesehen nach der ersten und gegebenenfalls zweiten Eindosiervorrichtung eine weitere Eindosiervorrichtung, durch die im kontinuierlichen Betrieb der Anlage mittels Einbringen eines Reduktionsmittels eine weitere Zone in der Bypassleitung ausgebildet wird, wobei das Reduktionsmittel bevorzugt aus der Gruppe bestehend aus Ammoniak, Ammoniakwasser, Harnstoff und Mischungen davon ausgewählt wird, und alternativ oder zusätzlich
- e) stromabwärts von der weiteren Eindosiervorrichtung oder an dem gleichen Leitungsabschnitt eine zusätzliche Eindosiervorrichtung, durch die im kontinuierlichen Betrieb der Anlage mittels Einbringen von Rohmehl (oder ähnlichen Stoffen), eines Gases oder einer Gasmischung, Wasser oder mehrerer der genannten Maßnahmen eine Kühlzone in der Bypassleitung ausgebildet wird, wobei das Gas oder die Gasmischung bevorzugt aus der Gruppe bestehend aus sauerstoffhaltigen Gasen, sauerstofffreien Gasen und Mischungen davon ausgewählt wird, und optional
- f) weiter stromabwärts eine Entstaubungsstufe und/oder eine Filtereinheit angeordnet sind.
- Ausführungsform XXII Zementklinkerproduktionsanlage mit vermindertem Stickstoffoxid-Gehalt in Bypass-Abgasen, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einer der Ausführungsformen I-XII, umfassend
- a) einen Ofen, insbesondere einen Drehrohrofen,
- b) eine aus dem Ofeneinlauf abzweigende Bypassleitung, durch die zumindest ein Teil der Stickstoffoxide enthaltenden Abgase aus der Anlage abgeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass in der Bypassleitung stromabwärts gesehen
- c) eine erste Eindosiervorrichtung angeordnet ist, durch die im kontinuierlichen Betrieb der Anlage mittels Einbringen eines organischen Brennstoffs eine reduzierende Zone in der Bypassleitung ausgebildet wird,
- d) stromabwärts gesehen nach der ersten Eindosiervorrichtung eine zweite Eindosiervorrichtung, durch die im kontinuierlichen Betrieb der Anlage mittels Einbringen eines Reduktionsmittels eine weitere Zone in der Bypassleitung ausgebildet wird, wobei das Reduktionsmittel bevorzugt aus der Gruppe bestehend aus Ammoniak, Ammoniakwasser, Harnstoff und Mischungen davon ausgewählt wird,
- e) stromabwärts von der zweiten Eindosiervorrichtung eine Katalysatorzone umfassend einen SCR-Katalysator, bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Vanadium, Wolfram, Titan und Mischungen davon, insbesondere Mischungen davon und optional
- f) weiter stromabwärts eine Entstaubungsstufe und/oder eine Filtereinheit angeordnet sind.
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Alle bevorzugten Ausführungsformen, welche vorstehend im Zusammenhang mit dem Verfahren beschrieben sind, gelten entsprechend analog auch für die Anlage.
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Die Komponenten der erfindungsgemäßen Anlagen stehen miteinander in Wirkverbindung, d.h. sind durch geeignete Rohrleitungen etc. miteinander in einer Weise verbunden, welche die allgemeine Funktionsfähigkeit der Vorrichtung gewährleistet. Die dafür erforderlichen Maßnahmen sind einem Fachmann bekannt.
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Die Erfindung wird nunmehr durch Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben. Dabei bedeuten gleiche Bezugsziffern gleiche Merkmale. Die Figuren sind schematisch und nicht maßstabsgetreu. Ebenso sind in den Figuren nicht alle fachüblichen Anlagenbauteile dargestellt; diese sind dem Fachmann hinlänglich bekannt und entsprechend aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht angeführt. Die abstrahierende Darstellung der Figuren beschränkt die vorliegende Erfindung in keiner Weise.
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1 stellt eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Hierbei ist illustriert, wie in dem Ofeneinlauf 2 ein Teil des Abgases über einen Bypassabzug 4 abgezogen wird. An Punkt 5 wird Brennstoff zu dem Abgasstrom zugeführt und an Punkt 6 optional (zur Zündung) Luft oder ein anderes sauerstoffhaltiges Gas. Mittels der Zudosierung des Brennstoffes in Verbindung mit der Abgas-Strömung wird eine reduzierende Zone 7 gebildet. In dieser Zone werden die Stickoxide zu molekularen Stickstoff (N2) reduziert. An Punkt 8 kann dann Oxidationsmittel (z.B. Luft) zugeführt werden, um eventuell nicht vollständig umgesetzte Kohlenstoffverbindungen (wie beispielsweise Kohlenmonoxid) weiter zu oxidieren, insbesondere zu CO2. Anschließend an diese Oxidationszone kann optional noch Reduktionsmittel (wie beispielsweise Ammoniak, Ammoniakwasser oder Harnstoff) zudosiert werden, um in der darauf folgenden durch die Zudosierung und den Abgasstrom gebildeten Reaktionsstrecke eventuell noch verbliebenes Stickoxid umzusetzen (SNCR). Nach der Reaktionsstrecke ist dann eine Kühlung 11 vorgesehen, die beispielsweise mit Wasser, Luft und/oder Rohmehl erfolgen kann. Dem folgend kann dann eine Entstaubung des Abgases erfolgen, wobei die Entstaubung optional katalytisch erfolgen kann.
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2 stellt eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Bei dieser Variante wird illustriert, dass nach der reduzierenden Zone abweichend von der Ausführungsform in 1 keine Oxidation erfolgt, sondern zunächst am Ort 11 gekühlt wird. Nach der Kühlung, die wiederum beispielsweise mit Wasser, Luft und/oder Rohmehl erfolgen kann, kann dann optional ein Reduktionsmittel (wie beispielsweise Ammoniak, Ammoniakwasser oder Harnstoff) zudosiert werden, um verbliebenes Stickoxid umzusetzen. Gemäß der Ausführungsform in 2 erfolgt die Umsetzung abweichend von 1 mittels eines katalytischen Verfahrens (SCR) in der Katalysatorzone 13. Dem folgend kann dann noch an Ort 12 eine Entstaubung stattfinden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Ofen
- 2
- Ofeneinlauf
- 3
- Calcinator
- 4
- Bypassabzug
- 5
- Brennstoffzufuhr
- 6
- optionale Frischluftzufuhr
- 7
- reduzierende Zone
- 8
- Oxidationsluft
- 9
- Reduktionsmittel
- 10
- Reaktionsstrecke
- 11
- Kühlung mit Wasser, Luft und/oder Rohmehl
- 12
- Entstaubung (optional katalytisch)
- 13
- Katalysator
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Es sei darauf hingewiesen, dass die Merkmale der vorliegenden Erfindung und/oder Offenbarung, insbesondere der verschiedenen Ansprüche, beliebig miteinander kombiniert werden können, ohne den Gedanken der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015002688 B3 [0004]
- WO 2016/183027 [0004]