AT527427B1 - Rauchgasreinigungsanlage zur Reduktion von Stickstoffoxiden und Oxidation von Kohlenstoffmonoxid aus dem Rauchgas einer Kraftwerksanlage - Google Patents

Rauchgasreinigungsanlage zur Reduktion von Stickstoffoxiden und Oxidation von Kohlenstoffmonoxid aus dem Rauchgas einer Kraftwerksanlage

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Abstract

Rauchgasreinigungsanlage zur Reduktion von Stickstoffoxiden (NOx) und Oxidation von Kohlenstoffmonoxid (CO) aus dem Rauchgas einer Kraftwerksanlage Die Erfindung betrifft eine Rauchgasreinigungsanlage (1) und ein Verfahren zum Betrieb einer Rauchgasreinigungsanlage (1) zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickstoffoxiden (NOx) und Oxidation von Kohlenstoffmonoxid (CO) aus dem Rauchgas (2) einer Kraftwerksanlage (3). Erfindungsgemäß umfasst die Rauchgasreinigungsanlage (1) einem Katalysator (4) der eine hochaktive Schicht (5) auf Basis von Vanadium enthält, wobei der Katalysator nach einer Gasturbine angeordnet ist und für Betriebstemperaturen zwischen 420°C und 720°C ausgelegt ist, und wobei dem Katalysator (4) zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickstoffoxiden (NOx) Ammoniakwasser (NH4OH) als Reduktionsmittel (6) zuführbar ist.

Description

Beschreibung
RAUCHGASREINIGUNGSANLAGE ZUR REDUKTION VON STICKSTOFFOXIDEN UND OX(IDATION VON KOHLENSTOFFMONOXID AUS DEM RAUCHGAS EINER KRAFTWERKSANLAGE
[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Rauchgasreinigungsanlage sowie ein Verfahren zur Reduktion von Stickstoffoxiden (NOx) und Oxidation von Kohlenstoffmonoxid (CO) aus dem Rauchgas einer Kraftwerksanlage.
[0002] In vielen Länder schreibt der Gesetzgeber eine umfassende Behandlung von Rauchgasen aus Kraftwerksanlagen vor, insbesondere eine starke Reduzierung der giftigen NOx Gase, wie Stickstoffmonoxid (NO) und Stickstoffdioxid (NO2). Stickstoffoxide entstehen bei der Verbrennung von fossilen Brennstoffen und sind für die Luftverschmutzung und die Bildung von Smog verantwortlich. Daher wird in Rauchgasreinigungsanlagen das Rauchgas aus der Kraftwerksanlage zunächst durch einen Entstauber gereinigt, um Partikel abzuscheiden. Anschließend wird das entstaubte Rauchgas mit Ammoniak angereichert und durch den SCR-Katalysator geleitet, um den Anteil an Stickoxiden zu reduzieren.
[0003] Rauchgasreinigungsanlagen weisen DeNOx-Katalysatoren auf, in denen Stickoxide durch selektive katalytische Reduktion reduziert und somit das schädliche NOx aus dem Rauchgas entfernt wird. Der SCR-Prozess basiert auf einer chemischen Reaktion, bei der Stickstoffoxide in Stickstoff und Wasser umgewandelt werden. Dabei wird Ammoniak (NH3) als Reduktionsmittel verwendet.
[0004] Herkömmliche DeNOx-Katalysatoren sind für eine maximale Betriebstemperatur von ca. 420 °C ausgelegt. Wird die maximale Betriebstemperatur überschritten, kommt es zu einer Zerstörung des Katalysators. Um eine Zerstörung zu verhindern, werden herkömmliche DeNOx-Katalysatoren bei Temperaturen unter 420 °C betrieben.
[0005] Die EP 1680220 B1 offenbart ein Verfahren zur Entfernung von Stickoxiden aus Abgasen, die von stationären Quellen wie Industriekesseln und Gasturbinen erzeugt werden, und insbesondere einen Vanadium- /Titan-basierten Katalysator zur Reduktion von Stickstoffoxiden, der für Betriebstemperaturen von 150-450°C ausgelegt ist und bei 400°C getestet wurde.
[0006] Die AT 409344 B beschreibt die Mederverwendung von Altkatalysatoren durch Zermahlen und Zugabe zum Rauchgasstrom und eine Verwendung bei Temperaturen von 100-600°C, jedoch keine spezifischen Betriebstemperaturen für den Katalysator.
[0007] Die CN 106938200 A zeigt einen Katalysator, der für Betriebstemperaturen bis 700°C ausgelegt ist und eine Mischung aus Vanadiumoxid, Wolframoxid und Schwefelverbindungen auf einer porösen Titandioxid-Basis verwendet. Es wird keine spezifische Betriebsweise offenbart.
[0008] Die DE 112014000588 T5 beschreibt einen Katalysator, der eine mehrschichtige Struktur mit Vanadium-basierten Katalysatoren und Edelmetallkatalysatoren verwendet. Der Katalysator ist für Betriebstemperaturen von 100-900°C ausgelegt, weist aber keine spezifische Aktivität bei hohen Temperaturen (über 450°C) auf.
[0009] Die DE 10015696 A1 verwendet einen Vanadium-Katalysator, der auf Ti-PILC (titaniapillared interlayer clay) imprägniert ist. Der Katalysator ist für Betriebstemperaturen von 150600°C ausgelegt, es wird jedoch keine spezifische Betriebsweise offenbart.
[0010] Da das Rauchgas bei Eintritt in die Rauchgasreinigungsanlagen noch Temperaturen von um die 650 °C aufweist, ist eine Abkühlung erforderlich. Dies geschieht mittels Quenchen des Rauchgases durch Zufuhr von Frischluft. Dabei wird das Rauchgas auf ca. 400 °C herabgekühlt. Die zusätzliche Einfuhr von Frischluft reduziert den Wirkungsgrad und die Betriebsflexibilität des Kraftwerks.
[0011] Es ist Aufgabe der Erfindung eine Rauchgasreinigungsanlage zur Reduktion von Stickstoffoxiden und Oxidation von Kohlenstoffmonoxid aus dem Rauchgas einer Kraftwerksanlage
anzugeben, die keinen Wirkungsgradverlust durch Quenchen erleidet und trotzdem eine hohe Betriebsflexibilität aufweist.
[0012] Die auf eine Vorrichtung gerichtete Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch eine Rauchgasreinigungsanlage zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickstoffoxiden und Oxidation von Kohlenstoffmonoxid aus dem Rauchgas einer Kraft-Werksanlage, mit einem Katalysator, der eine hochaktive Schicht auf Basis von Vanadium enthält, wobei der Katalysator nach einer Gasturbine angeordnet ist und für Betriebstemperaturen zwischen 420°C und 720°C ausgelegt ist.
[0013] Die hochaktive Schicht auf Basis von Vanadium wirkt als Katalysator, um die chemische Reaktion zwischen den Stickstoffoxiden und dem Ammoniak zu fördern. Durch den Kontakt mit dem Katalysator werden die Stickstoffoxide selektiv in Stickstoff und Wasser umgewandelt, wobei der Katalysator nicht beeinträchtigt wird.
[0014] Gleichzeitig findet in der Rauchgasreinigungsanlage auch die Oxidation von Kohlenstoffmonoxid statt. Kohlenstoffmonoxid ist ein giftiges Gas, das ebenfalls bei der Verbrennung von fossilen Brennstoffen entsteht. Der SCR-Katalysator mit der Vanadium-Beschichtung besitzt auch eine oxidierende Wirkung, die dazu führt, dass Kohlenstoffmonoxid in Kohlendioxid umgewandelt wird.
[0015] Die Verwendung einer Rauchgasreinigungsanlage mit einem Vanadium-basierten SCRKatalysator ermöglicht es, den Ausstoß von Stickstoffoxiden und Kohlenstoffmonoxid signifikant zu reduzieren. Dadurch trägt die Anlage zur Verbesserung der Luftqualität und zur Verminderung der Umweltauswirkungen von Kraftwerken bei.
[0016] Die hochaktive Schicht besteht aus einem Trägermaterial mit einer hochaktiven Beschichtung auf Basis von Vanadium, oder aus einem Trägermaterial, welches mit Vanadium als katalytisch aktivem Material homogenisiert ist. Als Trägermaterial für den Katalysator kann homogen extrudierten Wabenkörper verwendet werden. Vanadium ist ein günstiges, und leicht zu beschaffenes Material zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickstoffoxiden.
[0017] Der wesentliche Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Rauchgasreinigungsanlage für Betriebstemperaturen bis 720°C ausgelegt ist, und der Katalysator ohne Kühlung des Rauchgases direkt nach einer Gasturbine betrieben werden kann. Die Auslegung des Katalysators für Betriebstemperaturen bis 720°C erlauben eine flexible Betriebsweise, bei der es auch kurzzeitig zu höheren Temperaturen kommen kann. Durch die Erfindung kann eine Rauchgasreinigungsanlage gegenüber dem Stand der Technik wesentlich einfacher konstruiert und gebaut werden.
[0018] Gemäß der Erfindung ist dem Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickstoffoxiden (NOx) Ammoniakwasser (NH4OH) als Reduktionsmittel zuführbar. Dies vereinfacht die Prozesskonfiguration, da bei diesem Ansatz keine Ammoniakwasser verdampft werden muss, bevor es in das Einspeisungsnetz geleitet wird. Das System wird dadurch einfacher zu steuern und zu warten, da keine Abgasventilatoren mehr benötigt werden.
[0019] Vorteilhafterweise ist die Rauchgasreinigungsanlage für eine Anwendung in Gas- und Dampf-Kraftwerken konzipiert, um den Wirkungsgrad und die Betriebsflexibilität zu erhöhen. Der Katalysator kommt direkt nach der Gasturbine zum Einsatz.
[0020] Die auf ein Verfahren gerichtete Aufgabe ist gelöst durch ein Verfahren zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickstoffoxiden (NOx) und Oxidation von Kohlenstoffmonoxid (CO) aus dem Rauchgas einer Kraftwerksanlage, mit einem Katalysator, der eine hochaktive Schicht auf Basis von Vanadium enthält, wobei der Katalysator nach einer Gasturbine und bei Betriebstemperaturen zwischen 420°C und 720°C betrieben wird, und wobei dem Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickstoffoxiden (NOx) Ammoniakwasser (NH4«OH) als Reduktionsmittel zugeführt wird.
[0021] Die für die Vorrichtungsansprüche beschriebenen Vorteile gelten gleichermaßen für die Verfahrensansprüche.
[0022] Vorteilhafterweise wird das Verfahren in Gas und Dampf-Kraftwerken betrieben, um den Wirkungsgrad und die Betriebsflexibilität zu erhöhen.
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[0023] Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren näher beschrieben. Darin zeigt:
[0024] Figur 1 Eine schematische Darstellung einer Rauchgasreinigungsanlage nach dem Stand der Technik.
[0025] Figur 2 Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Rauchgasreinigungsanlage.
[0026] Die Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Kraftwerksanlage 3 mit einer Rauchgasreinigungsanlage 1 zur Reinigung eines Rauchgases 2. Die Rauchgasreinigungsanlage 1 ist in den Rauchgaskanal 8 hinter einer Gasturbine 10 angeordnet, und ist Bestandteil eines Abhitzedampferzeugers 9.
[0027] Der Abhitzedampferzeuger 9 umfasst einen Katalysator 7 zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR) von Stickoxiden, der im Rauchgaskanal 8, zwischen zwei Verdampferflächen des Wärmetauschers 11 angeordnet ist.
[0028] Bei dem Katalysator 7 handelt es sich um einen konventionellen SCR-Katalysator nach dem Stand der Technik. Er ist für eine Betriebstemperatur bis zu 420 °C, und Ammoniak (NH3) als Reduktionsmittel ausgelegt, und ist zwischen den Verdampferheizflächen des Wärmetauschers 11 angeordnet. Um eine thermische Zerstörung des Katalysators 7 zu vermeiden, müssen Betriebstemperaturen unter 420°C sichergestellt werden. Da das Rauchgas bei Eintritt in den Abhitzedampferzeuger 9 noch Temperaturen von um die 650 °C aufweist, ist eine Abkühlung des Rausgases 2 erforderlich. Dies geschieht mittels quentschen des Rauchgases durch Zufuhr von Frischluft. Dabei wird das Rauchgas auf ca. 400 °C herabgekühlt. Die zusätzliche Einfuhr von Frischluft reduziert den Wirkungsgrad und die Betriebsflexibilität des Kraftwerks.
[0029] Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Rauchgasreinigungsanlage.
[0030] Die Rauchgasreinigungsanlage 1 umfasst einen Hochtemperatur-DeNOx Katalysator 4 zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickstoffoxiden (NOx) und Oxidation von Kohlenstoffmonoxid (CO) aus dem Rauchgas 2. Um die hochtemperaturbeständigkeit zu erreichen, enthält der Katalysator 4 eine hochaktive Schicht 5 auf Basis von Vanadium, wodurch er für Betriebstemperaturen zwischen 420°C bis 720°C temperaturbeständig wird.
[0031] Die hochaktive Schicht 5 auf Basis von Vanadium wirkt als Katalysator, um die chemische Reaktion zwischen den Stickstoffoxiden und dem Ammoniak zu fördern. Durch den Kontakt mit dem Katalysator 4 werden die Stickstoffoxide selektiv in Stickstoff und Wasser umgewandelt. Der Katalysator 4 kommt ohne Kühlung des Rauchgases 2 aus, und kann direkt nach einer Gasturbine betrieben werden.
[0032] Bei einer vorteilhaften Weiterentwicklung der Erfindung ist dem Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickstoffoxiden (NOx) Ammoniakwasser (NH4OH) als Reduktionsmittel zuführbar. Das Reduktionsmittel 6 wird ohne Kühlung und Verdampfer verwendet. Dies vereinfacht die Prozesskonfiguration, da bei diesem Ansatz keine Ammoniakwasser verdampft werden muss, bevor es in das Einspeisungsnetz geleitet wird. Das System wird dadurch einfacher Zu steuern und zu warten, da keine Abgasventilatoren mehr benötigt werden.
[0033] In einer Situation der zunehmenden Durchdringung der Stromnetze mit erneuerbaren Energiequellen und der Umstellung auf Wasserstoffbasierte Energiespeichersysteme wird die Verbrennung von Gas in bestehenden Gasturbinenkraftwerken unweigerlich zu einem Anstieg der NOx-Emissionen führen. In diesem Fall wird die Nachrüstung solcher Kraftwerke mit dem Erfindungsgemäßen Katalysator eine einfache und kosteneffiziente Lösung sein.
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Claims (3)

Patentansprüche
1. Rauchgasreinigungsanlage (1) zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickstoffoxiden (NOx) und Oxidation von Kohlenstoffmonoxid (CO) aus dem Rauchgas (2) einer Kraftwerksanlage (3), mit einem Katalysator (4), der eine hochaktive Schicht (5) auf Basis von Vanadium enthält, wobei der Katalysator (4) nach einer Gasturbine angeordnet ist und für Betriebstemperaturen zwischen 420°C und 720°C ausgelegt ist, wobei dem Katalysator (4) zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickstoffoxiden (NOx) Ammoniakwasser (NH4OH) als Reduktionsmittel (6) zuführbar ist.
2. Verfahren zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickstoffoxiden (NOx) und Oxidation von Kohlenstoffmonoxid (CO) aus dem Rauchgas (2) einer Kraftwerksanlage (3), mit einem Katalysator (4), der eine hochaktive Schicht (5) auf Basis von Vanadium enthält, wobei der Katalysator (4) nach einer Gasturbine und bei Betriebstemperaturen zwischen 420°C und 720°C betrieben wird, und wobei dem Katalysator (4) zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickstoffoxiden (NOx) Ammoniakwasser (NH4OH) als Reduktionsmittel (6) zugeführt wird.
3. Verfahren zur Entfernung von Stickoxid (NOx) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftwerksanlage ein Gas und Dampf-Kraftwerk ist.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
476
ATA50585/2023A 2023-07-20 2023-07-20 Rauchgasreinigungsanlage zur Reduktion von Stickstoffoxiden und Oxidation von Kohlenstoffmonoxid aus dem Rauchgas einer Kraftwerksanlage AT527427B1 (de)

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