用于废气净化的工艺和装置的制作方法

本发明涉及一种根据权利要求1前序部分所述的用于废气净化的工艺。本发明的另一主题为一种用于执行该工艺的装置。

背景技术

根据权利要求1前序部分所述的工艺根据de102009055942b4为已知的。在回热燃烧系统中，碳化合物在超过800℃的温度下在多级燃烧室中被氧化，并且氮氧化物通过添加氮氢化合物被加热地还原。

在水泥的生产中，而且在其中燃料燃烧以生成高温的其它工业工艺中，环境保护方面以及原材料和燃料成本扮演着越来越重要的角色。特别地，氮氧化物(nox)、氨气(nh3)和一氧化碳(co)的排放物应减少，同时通过燃料量的减少以及低成本燃料和原材料(所谓的次级燃料或次级原材料)，燃料和原材料成本应减小。除了有机碳化合物之外，此类气体还含有一氧化碳和氨气。当用作还原剂的氨气(nh3)或脲投配至燃烧室中时，存在作为副产物的氨气泄漏将发生和因此有害氨气将逸出至大气中的风险。

技术实现要素：

本发明的目标是提供废气净化，特别是对于水泥行业，该废气净化通过减小燃料/原材料成本减少了有机污染物以及一氧化碳、氮氧化物和氨气的排放物。

根据本发明，这通过权利要求1中所表征的工艺来实现。在权利要求2至13中，描述了根据本发明的工艺的优选实施例。权利要求14至17的主题为用于执行根据本发明的工艺的优选装置。

根据本发明，对废气的氮氧化物(nox)、氨气(nh3)和可燃碳化合物进行净化。碳化合物可例如为一氧化碳或有机碳化合物，例如苯、二氧杂环己烯或呋喃。

废气供应至填充有蓄热器本体并且由燃烧室连接的至少两个回热器。优选地，具有平行于主棱柱轴线的多个通道的陶瓷棱柱形蓄热器本体用作蓄热器本体，特别地诸如ep0472605b2所描述。

废气周期性交替地供应到至少一个回热器，该回热器的蓄热器本体已被预热。以这种方式预热的废气供应至燃烧室，该燃烧室具有超过800℃，特别地850℃至1000℃的高温。在该高温下，燃烧室中的碳化合物通过废气中的大气氧气进行燃烧，而氮氧化物在该高温下的燃烧室中借助于氮氢化合物进行还原。

然后，所形成清洁气体由至少一个另一回热器排出，其中其蓄热器本体被加热，而同时，废气再次冷却。

优选地，提供至少一个另一回热器，该另一回热器在原始气体周期之后以从燃烧室所排出的清洁气体进行吹扫。替代两个或三个回热器，例如，还可提供多个回热器，其中在每种情况下提供相同数量的废气回热器和清洁气体回热器和一个吹扫用回热器。

根据本发明，废气中碳化合物的氧化和氮氧化物的还原通过氮氧化物与有机组分以及co在燃烧室的第一区域中的反应首先经加热进行，即，不使用催化剂，该第一区域延伸自回热器的蓄热器本体，废气供应至该蓄热器本体直至连接区域，相邻回热器在该连接区域进行连接。仅在燃烧室的第二区域(其基本上延伸通过回热器的连接区域之上的燃烧室的空间)中，其余氮氧化物以及氮氢化合物(例如，蒸发水性溶液形式的氨气)将进行热反应，其中氮形成。因此，使用回热燃烧后系统；借助于该回热燃烧后系统，除了有机污染物的氧化之外，nox也以两个阶段还原成氮(n2)。

尽管一氧化碳在燃烧室中很大程度上氧化成二氧化碳，但是根据本发明，一部分氮氧化物已由一氧化碳还原成氮。此外，氮由于氮氧化物借助于氮氢化合物的还原而形成。优选地，氨气、脲或氨基甲酸用作氮氢化合物。

用于还原氮氧化物的氮氢化合物可供应至回热燃烧后系统的燃烧室或可已部分地连同废气一起承载。

氮氢化合物优选地作为水性溶液供应至燃烧室。在此，溶液可含有添加剂以降低所需反应温度，例如有机化合物，诸如醇。为了氮氢化合物的水性溶液在燃烧室的最佳分布，可能的是利用双流体喷嘴(即，具有用于水性溶液的中心开口和用于压缩气体的与其同轴的开口的喷嘴)或超声波雾化器(其各自具有恒定或优选脉冲化泵压力)。

从连接区域延伸至回热器的蓄热器本体的区域称为第三区域，清洁气体从蓄热器本体排出。

氮氢化合物借助于注射装置(优选地，喷枪)引入燃烧室中，该注射装置分布于燃烧室的横截面上，优选地分布于第一区域和第二区域或第二区域和第三区域之间。

当废气已含有一部分氮氢化合物时，一部分氮氧化物在第一区域中还原成氮。另一方面，氮氧化物借助于在第二区域的开始处所供应的氮氢化合物在第二区域中还原成氮。

其余氮氧化物(当进入第三区域中时，其仍存在于废气中)借助于氮氢化合物还原成氮，该氮氢化合物由注射装置在第三区域的开始处注射。

废气在燃烧室的第一区域和第三区域中的停留时间在各种情况下优选地为0.3至1秒，特别地0.4至0.6秒，而废气在燃烧室的第二区域中的停留时间优选地为0.5至2秒，特别地0.8至1.5秒。周期优选地持续1至4分钟，特别地2至3分钟。

因为，在每个周期的结束时，废气进入其中的蓄热器本体的温度和因此燃烧室的第一区域和第二区域中的温度使净化性能减小，所以由注射装置在第三区域的开始处所注射的氮化合物的量在一个周期过程中优选地增加。

根据本发明，废气中的氮氧化物因此可由该量的氮氢化合物来还原，使得不仅氮氧化物至大气中的排放而且氮氢化合物至大气中的释放得以防止，并且因此，对于氮氧化物以及氮氢化合物(特别是氨气)的严格极限值可易于实现。

根据本发明的工艺特别适于含有氮氧化物的废气，该氮氧化物具有高含量的有机和/或无机碳化合物，例如超过0.1％(体积)，特别地超过0.4％(体积)的一氧化碳含量。碳化合物的燃烧焓可确保燃烧后系统的自热操作。这意味着不需要额外燃料来操作燃烧后系统。因此，燃烧室中的燃烧器(如果提供的话)仅用于启动燃烧后系统。

因此，根据本发明的废气的净化可用于其中使用燃料和/或原材料的工业工艺，该燃料和/或原材料由于气味、挥发性有机化合物(voc)和一氧化碳的形成先前未使用。

因此，根据本发明的废气的净化特别适于由工业工艺所导致的废气；其中在空气的存在下由于高工艺温度而形成氮氧化物，此外产生诸如一氧化碳和有机化合物的碳化合物。这也为例如当烧石灰时的情况，并且也为例如钢铁行业的情况。

根据本发明，至少一个催化活性蓄热器层各自提供为回热器的下部部分。这意味着，每个回热器在其背向燃烧室的下部区域处具有至少一个催化活性蓄热器层，并且在面向燃烧室的侧部上具有至少一个催化活性蓄热器层。

同时，催化活性蓄热器层优选地形成换热器，也就是说，在蓄热器本体之间不存在功能分离。

优选地，供应至燃烧室的氮氢化合物以超化学计量方式来供应，其中催化活性蓄热器层利用额外形成的氨气以改善氮氧化物的还原。

氮氢化合物的超化学计量剂量可为有利的，因为催化活性蓄热器层可积聚过量氮氢化合物；当原始气体流入回热器中时，该过量氮氢化合物已在下一原始气体周期期间还原原始气体的一部分氮氧化物。

作为用于还原氮氧化物的氮氢化合物，具有或不具有添加剂的氨气、氨基甲酸或脲的水性溶液优选地用于降低所需反应温度。借助于催化活性蓄热器层，二氧杂环己烯和呋喃也可通过根据本发明的回热燃烧后系统从废气移除。

对于催化还原所需的催化活性蓄热器层(清洁气体从其排出)的温度优选地在150℃和300℃之间。

根据本发明的工艺特别地适于在水泥熟料的生产期间所产生的废气的净化。

次级燃料和次级原材料在大多数情况下用于水泥熟料的生产。特别地，成本有效的废弃产品用作此类燃料和原材料，诸如已用轮胎、废油、塑料废弃物或生物燃料(诸如纸纤维残余物或肉骨粉)。因此，废气对于回热燃烧后系统的自热操作具有充分一氧化碳含量。

在水泥熟料的生产期间，通过转炉的初级燃烧所形成的热废气供应至换热器以用于预热生料。优选地，通过在将废气供应至换热器以用于预热生料之前经由选择性非催化还原来供应氮氢化合物，废气中的主要由转炉的初级燃烧所形成的氮氧化物因此部分地降解。然后，离开该换热器的废气可通过根据本发明的工艺进行净化。

在工艺中，氮氢化合物可以超化学计量比率来供应。

根据本发明的回热燃烧后系统的催化活性蓄热器层可含有钛氧化物、钨氧化物和/或钒氧化物，或可形成自这些物质。

催化活性层可在气体的流动方向上由催化剂元件组成，该催化剂元件具有从100mm至1000mm，优选地从300mm至600mm的高度。

替代用于废气的供应、清洁气体的排放或用于吹扫的三个回热器，根据本发明的回热燃烧后系统还可具有多个平行回热器以用于废气的供应、清洁气体的排放或吹扫。

此外，可提供单独回热器以用于将原始气体吹扫出原始气体在先前周期期间供应至其的回热器。

除了在水泥熟料的生产期间所产生的废气，根据本发明的装置还适于在硝酸、己二酸、肥料或三氧化铀的生产期间所产生的废气的净化。

附图说明

本发明将在下文参考附图通过实例的方式更详细地解释，其中：

图1示意性地示出了回热燃烧后系统的操作位置a-b的放大视图，其中废气供应至回热器a，清洁气体从回热器b排出，并且回热器c被吹扫；和

图2也示意性地示出了两个其它操作位置b-c和c-a，其中分别地，废气供应至回热器b，清洁气体从回热器c排出，并且回热器a被吹扫；并且废气供应至回热器c，清洁气体从回热器a排出，并且回热器b被吹扫。

具体实施方式

每个回热器a、b、c(其端部背向回热燃烧后系统的燃烧室10)经由入口关闭装置1a、1b、1c连接至废气管道1，待净化的废气通过废气管道1供应至回热器a、b、c并且经由出口关闭装置2a、2b、2c供应至清洁气体管道2，清洁气体例如经由叠堆通过清洁气体管道2释放至大气中并且经由吹扫气体关闭装置3a、3b、3c供应至吹扫气体管道3a、3b、3c。关闭装置可以阀或翼片的形式进行配置。

用于在回热器a、b、c中生成负压的主风扇4提供于回热燃烧后系统的下游的清洁气体管道2中。吹扫气体管道3经由关闭装置4和辅助风扇5连接至废气管道1。

在根据图1和图2的操作位置a-b，废气供应至回热器a，清洁气体从回热器b排出，并且回热器c被吹扫；然而在操作位置b-c的下一周期中，废气供应至回热器b，清洁气体从回热器c排出，并且回热器a被吹扫；在根据操作位置c-a的随后周期中，废气供应至回热器c，清洁气体从回热器a排出，并且回热器b被吹扫，据此在下一周期再次采用操作位置a-b。

经由废气管道1所供应的废气具有例如0.2至1％(体积)的一氧化碳含量、例如100至1000mg/nm³的氮氧化物含量和例如8至13％体积的氧气含量，其余物基本上为氮、水和二氧化碳。

每个回热器a、b、c在其背向燃烧室10的下部区域具有催化活性蓄热器层6a、6b、6c，以及在面向燃烧室10的侧部上的催化活性蓄热器层6a、6b、6c之上一定距离处具有蓄热器本体7a、7b、7c。

催化活性蓄热器层6a、6b、6c以空间10a、10b、10c与上述布置的蓄热器本体7a、7b、7c分开。

这意味着，催化活性蓄热器层6a、6b、6c可例如单独地净化或从回热器a、b、c移除。

此外，每个回热器a、b、c任选地具有蓄热器本体7a、7b、7c之上且连接区域v1、v2之下的颈部8a、8b、8c，两个相邻回热器a、b、c在颈部8a、8b、8c处彼此连接。

回热燃烧后系统的燃烧室10由若干个区域组成，即，相应回热器a、b、c的蓄热器本体7a、7b、7c和连接区域v1、v2之间的区域11a、11b、11c以及连接区域v1、v2之上的区域12。

第一区域为回热器a、b、c的蓄热器本体7a、7b、7c和连接区域v1、v2之间的区域11a、11b、11c，废气从废气管道1供应至该第一区域，因此，图1和图2中的区域11a处于操作位置a-b。

在第一区域11a、11b、11c中，一氧化碳和/或有机化合物在废气中燃烧。

在连接区域v1、v2的水平处，各自在每个回热器a、b、c上提供一个注射装置14a、14b、14c。

在第二区域12(其由连接区域v1、v2之上的区域形成)中，离开第一区域11a、11b、11c的废气中的氮氧化物在各种情况下(即，加热地，非催化地)借助于由上文所布置的注射装置14a、14b、14c所注射的氮氧化物很大程度上还原成氮。

第三区域11a、11b、11c由回热器a、b、c的连接区域v1、v2和蓄热器本体之间的区域形成，废气从该区域供应至清洁气体管道2，因此区域11b处于根据图1和图2的操作位置a-b。

在第三区域11a、11b、11c中，另一氮氢化合物借助于处于连接区域v1、v2的水平处的注射装置14a、14b、14c注射至离开第二区域12的废气中，因此区域11b处于根据图1和图2的操作位置a-b，以借助于催化活性蓄热器层6a、6b、6c将其余氮氧化物催化地还原成氮。

燃烧室10的第四区域(其由连接区域v1、v2和蓄热器本体7a、7b、7c之间的区域形成，因此区域11c处于根据图1和图2的操作位置a-b)从第二区域12供应有所净化气体以通过将该气体吸入吹扫气体管道3中从原始气体残余物净化蓄热器本体7a、7b、7c和催化活性蓄热器层6a、6b、6c，因此蓄热器本体7c和催化活性蓄热器层6c处于根据图1和图2的操作位置a-b。

根据本发明，例如，因此，废气中的氮氧化物在第一区域11a中操作位置a-b由碳化合物(诸如一氧化碳)的还原和氮氧化物在第二区域12中借助于由注射装置14a所注射的氮氢化合物的还原纯加热地进行，而在氮氢化合物已由注射装置14b注射之后和在回热器7b已穿过之后，催化活性蓄热器层6b上的其余氮氧化物的催化还原在第三区域11b中发生。

在该第一周期之后，周期切换至根据操作位置b-c的下一周期，然后切换至根据操作位置c-a的周期，并且然后切换回至根据图2的操作位置a-b的周期。

因此，废气管道1的废气交替地供应至回热器a、b和c，其中，如图1和图2可见，待净化的废气供应至预热回热器a，并且清洁气体经由回热器b排出，使得根据箭头15的气体流在燃烧室10中生成。

如果含有氮氢化合物和/或一氧化碳的废气供应至回热器a、b、c的预热蓄热器本体，那么第一区域11a、11b、11c中废气中的一部分氮氧化物将被还原。

经由注射装置14a、14b、14c在第二区域12的开始处所供应的氮氢化合物导致氮氧化物在第二区域12中的热还原。

另一方面，通过经由第二区域12的端部处或第三区域11a、11b、11c的开始处的注射装置注射氮氢化合物，其它量的氮氧化物在催化活性蓄热器层6a、6b、6c中被催化地还原。

借助于用于氮氢化合物至注射装置14a、14b和14c的供应管道16中的关闭装置16a、16b、16c，氮氢化合物的供应在各种情况下可以这样的方式进行调控：所添加氮氢化合物在一个操作周期过程中发生连续增加。

因为蓄热器层6a、6b、6c和蓄热器本体7a、7b、7c由于所供应废气在一个操作周期过程中冷却，从而降低燃烧室10的区域12中的温度，所以用于在燃烧室10中还原氮氧化物的非催化热还原速率降低。

因此，因区域12中的非催化热还原而降低的还原速率可通过氮氢化合物至第三区域11a、11b、11c中的增加供应，因此借助于根据图1和图2的操作位置a-b的注射装置14b进行补偿，该氮氢化合物供应至催化活性蓄热器层6b(即，通过由于催化还原而增加还原速率)。

特别是在燃烧后系统的自热操作的情况下，燃烧器18用于启动系统。

下文的实例(其利用根据图1和图2的用于生产水泥熟料的系统和用于净化废气的系统来进行)用于进一步解释本发明的目的。

实例

得自用于生产熟料的转炉的废气具有下述成分：

15％(体积)的二氧化碳；

0.5％(体积)的一氧化碳；

10％(体积)的氧气；

500mg/nm³的氮氧化物；

30mg/nm³的氨气；

100mg/nm³的有机碳。

体积为300000nm³/h的废气以风扇4经由管道1到达回热燃烧后系统。例如，回热器a的蓄热器本体将废气加热至900℃的温度；在该温度下，在燃烧室10的第一区域11a中，氮氧化物由在先前周期期间引入系统的废气中的仍存在的过量氨气和由一部分的一氧化碳来还原，其中氮形成。过量的一氧化碳由废气的现有氧气氧化成二氧化碳，并且有助于燃烧后系统的自热操作模式。废气中的挥发性有机污染物和气味活性物质也在燃烧室10的第一区域11a中燃烧成二氧化碳和水蒸汽。

在离开燃烧室10的第一区域11a之后，废气具有下述成分：

15％(体积)的二氧化碳；

0.1％(体积)的一氧化碳；

9.6％(体积)的氧气；

400mg/nm³的氮氧化物；

25mg/nm³的氨气；

0mg/nm³的有机碳。

在燃烧室10的第二区域12的开始处，将150kg/h的25％氨溶液在根据箭头15的流动方向上注射至水中以还原其它量的仍存在的氮氧化物。例如，清洁气体经由回热器b排出。在燃烧室10的第二区域12的端部处(即，在第三区域11b的开始处)，将另外80kg/h的25％(重量)的氨溶液在流动方向上注射于水中以仍还原额外量的现有氮氧化物并且以产生过量的氨气。

在燃烧室10的第一区域11b的端部，所净化废气具有下述成分：

15％(体积)的二氧化碳；

0％(体积)的一氧化碳；

9.5％(体积)的氧气；

250mg/nm³的氮氧化物；

95mg/nm³的氨气；

0mg/nm³的有机碳。

在穿过清洁气体回热器b的催化活性层6b之后，废气具有下述成分：

15％(体积)的二氧化碳；

0％(体积)的一氧化碳；

9.5％(体积)的氧气；

150mg/nm³的氮氧化物；

5mg/nm³的氨气；

0mg/nm³的有机碳。

如果流动方向根据箭头17逆转，那么所注射氨溶液的投配逆转。流动方向大约每两分钟至三分钟逆转。清洁气体在高于入口温度的平均为40℃的温度下离开燃烧后系统。