DE19800873C2

DE19800873C2 - Katalysatorlösung und deren Verwendung sowie Verfahren zur Reduzierung der Emission von Schadstoffen bei Verbrennungen und thermischen Prozessen

Info

Publication number: DE19800873C2
Application number: DE1998100873
Authority: DE
Inventors: Martin Mueller; Thomas Reynolds; Jan-Dirk Meurer
Original assignee: ERC EMISSIONS REDUZIERUNGS CON
Current assignee: ERC EMISSIONS REDUZIERUNGS CON
Priority date: 1998-01-13
Filing date: 1998-01-13
Publication date: 2000-03-02
Anticipated expiration: 2018-01-14
Also published as: DE19800873A1

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Katalysatorlösung zur Reduzierung der Emission von Schadstoffen bei Verbrennungen und/oder Trocknungen und/oder thermischen Prozessen von kohlenstoffhaltigem Gut. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Katalysatorlösung, die einem Brennstoff zugeführt wird. Die Katalysatorlösung kann aber auch bei anderen thermischen Prozessen, wie Trocknung, Schwelung oder dergleichen Anwendung finden. Es wird im folgenden überwiegend von einer Verbrennung geredet, ohne daß damit eine Einschränkung verbunden sein soll.

Solche Katalysatorlösungen, die häufig auch als Brennstoffadditive bezeichnet werden, dienen dazu, den Verbrennungsvorgang zu verbessern. Die Brennstoffadditive werden dem Brennstoff, beispielsweise dem flüssigen Öl, Schweröl, oder aber der Verbrennungsluft zudosiert. Bei festen Brennstoffen kann das Brennstoffadditiv der Verbrennungsluft zugegeben werden. Auch ist es möglich, den Brennstoff mit dem Additiv zu benetzen.

Es ist eine Vielzahl von Brennstoffadditiven bekannt. Diese dienen beispielsweise zur Ausbrandverbesserung, zur Rußminimierung, zur Reduzierung des SOx-Gehaltes und dergleichen. Auch können durch entsprechende Wahl des Brennstoffadditivs Rückstände und/oder Verschmutzungen der Kesselwandungen und/oder -einbauten vermieden oder zumindest reduziert werden.

Es ist aus der DE 44 24 090 A1 ein Verfahren zur Ausbrandverbesserung von Festbrennstoffen bekannt. Hier ist vorgesehen, daß eine wässrige Lösung organischer Erdalkaliverbindungen in den Feuerraum kohlebefeuerter Anlagen eingebracht wird, wobei als Verbrennungskatalysatoren wässrige Lösungen von Eisen (Fe), Kalzium (Ca), Kalium (K) und Seltene Erden (SE) eingesetzt werden sollen. Die Verbrennungskatalysatoren werden entweder mit der Kohle oder mit der Verbrennungsluft dem Verbrennungsvorgang zugegeben. Aus der DE 44 46 913 A1 ist es bekannt, zur Verringerung von Schadstoffemissionen wässrige Lösungen mit Salzen der Alkali- und/oder Erdalkalimetalle und/oder Eisen und/oder der Metalle der seltenen Erden einzusetzen. Weitere Angaben in bezug auf die Auswahl der. Wirkstoffe und deren Konzentration sind diesen Schriften nicht zu entnehmen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Katalysatorlösung der eingangs geschilderten Art zu schaffen, durch die die Schadstoffemission auch bei geringer Dosierung verringert werden kann. Die Katalysatorlösung soll dabei vielseitig anwendbar sein. Der Erfindung liegt auch die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Reduzierung der Emission von Schadstoffen bei Verbrennungen und/oder Trocknungen und/oder thermischen Prozessen von kohlenstoffhaltigem festen oder flüssigen Brennstoff bzw. Gut aufzuzeigen.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Katalysatorlösung eine wässrige Lösung von Cer (Ce) und Eisen (Fe) enthält und daß das Eisen und Cer in Form von gelösten Salzen anorganischer und/oder organischer Säuren vorliegen, wobei der pH-Wert der Lösung kleiner als 7 ist. Es hat sich in überraschender Weise gezeigt, daß gerade eine Lösung mit den Wirkstoffen Cer und Eisen besonders effektiv zur Reduzierung der Schadstoffemission beiträgt. Dies liegt daran, daß Cer und Eisen synergetisch zusammenwirken, so daß u. a. eine besonders gute Umsetzung von Kohlenstoff zu Kohlendioxid erfolgen kann. Mit der Katalysatorlösung kann insbesondere der Rußgehalt im Rauchgas verringert werden. Durch die Wahl des pH-Wertes müssen die sonst zu Ausfällungen neigenden Metallionen nicht zusätzlich stabilisiert werden.

Gemäß der Erfindung ist dabei vorgesehen, daß das Gewichtsverhältnis von Eisen zu Cer von 1 : 2-20 : 1 beträgt. Die Konzentration von Cer und, Eisen in Wasser beträgt dabei vorzugsweise bis zu 40 Gew.-%. Grundsätzlich ist jedoch die Wahl der Konzentration abhängig von der späteren Dosierung zur Verbrennung bzw. thermischen Behandlung. Es können auch Konzentrationen von bis zu 20 Gew.-% oder in einem Bereich von 2-10 Gew.-% des Wirkstoffes (Cer und Eisen) zweckmäßig sein. Es hat sich herausgestellt, daß in dieser Konzentration die Katalysatorlösung gute Wirkungen zeigt.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß in der Katalysatorlösung ein Benetzungsmittel, z. B. ein Tensid, enthalten ist. Dies hat den Vorteil, daß eine gleichmäßige Verteilung auf der Oberfläche eines festen Brennstoffes bewirkt werden kann. Auch besteht ein Vorteil darin, daß bei der Einbringung in einen flüssigen Brennstoff, wie Schweröl, eine homogene Verteilung im Öl leichter erfolgen kann.

Ferner ist es möglich, daß in der Katalysatorlösung ein Neutralisationsmittel enthalten ist. Auch können andere Wirkstoffe, die in bekannter Weise den Verbrennungsvorgang beeinflussen, insbesondere Mangan (Mn), Kalzium (Ca), Kalium (K), Kupfer (Cu), Magnesium (Mg) und dergleichen, in der Lösung vorhanden sein. Auch diese Wirkstoffe können in wässriger Lösung vorliegen.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt auch mit den erfinderischen Merkmalen der Ansprüche 5 bis 7.

Es hat sich gezeigt, daß die erfindungsgemäße Katalysatorlösung bei einer Vielzahl von unterschiedlichen thermischen Prozessen eine starke Reduzierung der Schadstoffemission bewirken kann. Es kann beispielsweise vorgesehen werden, daß die Katalysatorlösung bei der Verbrennung von flüssigen oder festen kohlenstoffhaltigen Brennstoffen eingesetzt wird. Insbesondere ist auch der Einsatz bei flüssigen Brennstoffen möglich.

Weiterhin kann vorgesehen werden, daß die Katalysatorlösung für die Verringerung der Emission von Schadstoffen bei der Verbrennung von Klärschlamm und/oder Müll eingesetzt wird. Ferner haben sich gute Ergebnisse bei der Verwendung der Katalysatorlösung zur Verringerung der Emission von Schadstoffen bei der Trocknung von Gütern, wie Klärschlamm oder Grünfutter gezeigt. Auch eignet sich die erfindungsgemäße Katalysatorlösung für den Einsatz bei solchen thermischen Prozessen, bei denen die Kohlenstoffmatrix nicht vollständig abgebaut wird, z. B. bei einer Pyrolyse oder einem Schwelprozeß.

Grundsätzlich ist die Katalysatorwirkung für den Einsatz in einer Vielzahl von industriellen thermischen Prozessen geeignet. So können Schadstoffreduzierende Wirkungen auch bei einer Sinterbandanlage für einen Hochofen oder bei Zugabe zu dem Brennstoff für das Blasformen im Hochofenprozeß erzielt werden.

Die Aufgabe der Erfindung wird auch gelöst durch Verfahren zur Reduzierung der Emission von Schadstoffen bei Verbrennungen und/oder Trocknungen und/oder thermischen Prozessen von kohlenstoffhaltigem Gut. Gemäß der Erfindung wird vorgeschlagen, daß eine wässrige Katalysatorlösung gemäß der oben erläuterten Art der Verbrennung bzw. Behandlung des Gutes zugeführt wird. Hierbei ist vorgesehen, daß die Katalysatorlösung zu dem Brennstoff bzw. zu dem zu behandelnden Gut und/oder der zugeführten Luft vor der Verbrennung bzw. Behandlung zugegeben wird. Alternativ ist vorgesehen, die Katalysatorlösung nach der Verbrennung bzw. Behandlung in die abgeführten Gase zuzuführen. In jedem Fall kann eine Schadstoffreduzierung erzielt werden.

Die Katalysatorlösung kann, bezogen auf den Wirkstoff, in einem Verhältnis zum Brennstoff bzw. dem zu behandelnden Gut von 1 : 200 bis 1 : 5000, z. B. 1 : 2000, (Gewichtsanteile) eingesetzt werden. Es hat sich herausgestellt, daß diese Dosierung vollkommen ausreichend ist, um eine effektive Reduzierung der Schadstoffemission zu bewirken. Je nach Dosierungsverhältnis kann die Konzentration der Katalysatorlösung gewählt werden. Es kann vorgesehen werden, daß die Katalysatorlösung in höherer Konzentration vorliegt, um vor der eigentlichen Dosierung durch Wasser weiter verdünnt zu werden. Dadurch kann eine bessere Verteilung des Wirkstoffes erreicht werden.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die Katalysatorlösung dem Brennstoff oder dem zu behandelnden Gut im wesentlichen kontinuierlich zugegeben wird. Dies ist insbesondere bei einem kontinierlichen Prozeß zweckmäßig. Sofern keine Entmischung der Katalysatorlösung mit dem zu behandlenden Gut bzw. Brennstoff zu erwarten ist, kann diese auch in einen Vorratsbehälter, beispielswiese einem Tagesbehälter, vorab eingegeben werden.

Es hat sich zudem bei der Verwendung für flüssige Brennstoffe gezeigt, daß sich hierbei eine ausreichend homogene Verteilung der Katalysatorlösung im Öl einstellt, obwohl es sich um eine wässrige Lösung handelt. Die Katalysatorlösung wird dabei aufgrund der turbulenten Strömung innerhalb des Zuleitungsrohres in ausreichender homogener Verteilung gehalten. Es kann jedoch auch zweckmäßig sein, wenn die Katalysatorlösung mit dem flüssigen oder festen Brennstoff vermischt oder verwirbelt wird. Dadurch kann eine Entmischung vermieden werden. Die entsprechende Misch- oder Verwirbeleinrichtung kann beispielsweise kurz vor dem Brenner installiert sein.

Grundsätzlich ist es möglich, daß die Katalysatorlösung bei dem Trocknungsvorgang, dem Verbrennungsvorgang von festen Brennstoffen oder bei anderen thermischen Prozeßen auf das zu behandelnde Gut aufgebracht wird. Hierbei kann es zweckmäßig sein, wenn der Katalysatorlösung Benetzungsmittel zugegeben werden, um eine gleichmäßige Benetzung zu erzielen.

Es ist offensichtlich, daß mit der erfindungsgemäßen Katalysatorlösung ein vielseitiges, leicht zu dosierendes und effizientes Additiv bereitgestellt werden kann. Durch den Einsatz von wasserlöslichen Substanzen wird zudem der Verteilungsaufwand verringert, wodurch eine hohe Wirtschaftlichkeit erzielt werden kann. Insbesondere ist auch die Verwendung der wässrigen Katalysatorlösung bei der Verbrennung von Schweröl möglich.

Die Erfindung wird im folgenden anhand zweier Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Beispiel 1

Die erfindungsgemäße Katalysatorlösung wurde bei einer Holzverbrennungsanlage eingesetzt. Es handelte sich um eine Unterschubfeuerung mit 2 × 2,5 MW. Ferner waren ein Heißwasserkessel und ein Elektrofilter installiert. Die Meßergebnisse sind in der Tabelle 1 wiedergegeben:

Tabelle 1

Der Flugascheanfall konnte auf ca. 25% reduziert werden.

Beispiel 2

Die erfindungsgemäße Katalysatorlösung wurde bei der Grastrocknung eingesetzt. Das Ergebnis ist in der Tabelle 2 wiedergegeben.

Tabelle 2

Wie die Beispiele zeigen, konnte eine Reduzierung des Kohlenstoffgehaltes bewirkt werden. Ferner wurden bei der Verbrennung ebenfalls die Emission der Stickoxide verringert. Es hat sich zudem gezeigt, daß auch andere die Umwelt belastenden Stoffe, wie Dioxine oder dergleichen, teilweise erheblich reduziert werden konnten.

Katalysatorlösung und deren Verwendung sowie Verfahren zur Reduzierung der Emission von Schadstoffen bei Verbrennungen und thermischen Prozessen

Claims

1. Katalysatorlösung zur Reduzierung der Emission von Schadstoffen bei Verbrennungen und/oder Trocknungen und/oder thermischen Prozessen von kohlenstoffhaltigem Gut, welche Katalysatorlösung eine wässrige Lösung von Cer (Ce) und Eisen (Fe) enthält, wobei das Cer und Eisen in Form von gelösten Salzen anorganischer und/oder organischer Säuren vorliegen und der pH-Wert kleiner als 7 ist.

2. Katalysatorlösung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewichtsverhältnis von Eisen zu Cer von 1 : 2 bis 20 : 1 beträgt.

3. Katalysatorlösung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration von Cer und Eisen in Wasser bis zu 40 Gew.-%, insbesondere bis zu 20 Gew.-% beträgt.

4. Katalysatorlösung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Benetzungsmittel und/oder ein Neutralisationsmittel enthalten sind.

5. Verwendung der Katalysatorlösung gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4 für die Verringerung der Emission von Schadstoffen bei industriellen thermischen Prozessen, insbesondere bei Sinterbandanlagen, Blasformen im Hochofenprozeß, Schwelprozessen oder Pyrolysen.

6. Verwendung der Katalysatorlösung gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4 für die Verringerung der Emission von Schadstoffen bei der Verbrennung von flüssigen oder festen kohlenstoffhaltigen Brennstoffen, von Klärschlamm und/oder Müll.

7. Verwendung der Katalysatorlösung gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4 für die Verringerung der Emission von Schadstoffen bei der Trocknung von Gütern wie Klärschlamm oder Grünfutter.

8. Verfahren zur Reduzierung der Emission von Schadstoffen bei Verbrennungen und/oder Trocknungen und/oder thermischen Prozessen von kohlenstoffhaltigem festem oder flüssigem Brennstoff bzw. Gut dadurch gekennzeichnet, daß eine wässrige Katalysatorlösung gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4 zu dem Brennstoff bzw. dem zu behandelnden Gut und/oder der zugeführten Luft vor der Verbrennung bzw. der Behandlung zugeführt wird.

9. Verfahren zur Reduzierung der Emission von Schadstoffen bei Verbrennungen und/oder Trocknungen und/oder thermischen Prozessen von kohlenstoffhaltigem festem oder flüssigem Brennstoff bzw. Gut dadurch gekennzeichnet, daß eine wässrige Katalysatorlösung gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4 nach der Verbrennung bzw. der Behandlung in das Abgas eingeleitet wird.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Katalysatorlösung bezogen auf den Wirkstoff in einem Verhältnis zum Brennstoff bzw. dem zu behandelnden Gut von 1 : 200 bis 1 : 5000 eingesetzt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Katalysatorlösung dem Brennstoff oder dem behandelnden Gut im wesentlichen kontinuierlich zugegeben wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysatorlösung Benetzungsmittel, insbesondere Tenside, und/oder Neutralisationsmittel zugegeben werden.