BE1032714A1 - Vorrichtung mit Katalysatormodulen und Verfahren zur katalytischen Reduktion von Stickoxiden - Google Patents

Vorrichtung mit Katalysatormodulen und Verfahren zur katalytischen Reduktion von Stickoxiden

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1), insbesondere zur katalytischen Reduktion von Stickoxiden, mit einem sich entlang einer Längsachse (L) erstreckenden Behälter (2), einem ersten Katalysatormodul (10), einer an einer Innenwand des Behälters (2) angeordneten ersten Stützeinrichtung (12) zum Abstützen des ersten Katalysatormoduls (10), wobei sich die erste Stützeinrichtung (12) entlang der Innenwand des Behälters (2) zumindest teilweise um die Längsachse (L) umlaufend erstreckt und eine der Längsachse (L) zugewandte Innenkontur mit einer ersten Öffnungsbreite, insbesondere einem ersten Öffnungsdurchmesser, aufweist, und einem in dem Behälter (2) in Richtung der Längsachse (L) unterhalb der ersten Stützeinrichtung (12) angeordneten zweiten Katalysatormodul (20), welches eine der Innenwand des Behälters (2) zugewandte Außenkontur mit einer Außenbreite, insbesondere einem Außendurchmesser, aufweist, die kleiner ist als die erste Öffnungsbreite der ersten Stützeinrichtung (12). Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur katalytischen Reduktion von Stickoxiden mit einer derartigen Vorrichtung.

Description

Vorrichtung mit Katalysatormodulen und
Verfahren zur katalytischen Reduktion von Stickoxiden
[0001] Die Erfindung betrifft eine insbesondere zur katalytischen Reduktion von Stickoxiden geeignete
Vorrichtung sowie ein Verfahren zur katalytischen Reduktion von Stickoxiden. Ferner betrifft die Er- findung eine Anlage, in welcher ein mit Stickoxiden, vorzugsweise mit NO, und N:O, belasteter Ab- gasstrom entsteht, und ein Verfahren zur Herstellung von Salpetersäure durch katalytische Oxidation von Ammoniak an einem Primärkatalysator und Umsetzung der dabei entstehenden NO,-Stickoxide in einem Absorptionsturm zu Salpetersäure unter Entstehung von den Absorptionsturm verlassenden Ab- gasen.
[0002] Bei vielen Prozessen, wie z.B. Verbrennungsprozessen, insbesondere bei der Verbrennung stickstoffhaltiger Brennstoffe, wie z.B. Ammoniak (NHs)-haltiger Brennstoffe oder auch bei vielen che- misch-industriellen Prozessen, wie der Herstellung von Salpetersäure oder Caprolactam, fallen Rauch- gase bzw. Abgase an, die verschiedene Arten von Stickoxiden, wie z.B. Stickstoffmonoxid (NO), Stick- stoffdioxid (NO) (zusammen als NOx bezeichnet) und/oder Lachgas (N20) enthalten. NO und NO: können sauren Regen und/oder Smog verursachen und weisen damit eine ôkotoxische Relevanz auf.
NO ist ein Treibhausgas, dessen Global Warming Potential (GWP) im Vergleich zu CO: aktuell mit dem Faktor 273 bewertet wird und welches außerdem in nicht unerheblichem Maße zum Abbau von stratosphärischem Ozon beiträgt. Aus diesem Grund sind weltweit Grenzwerte für deren maximal zu- lässige Emissionen von NO, und N20 festgelegt, bzw. politische Mechanismen und monetäre Anreize zu deren Reduktion etabliert. Es besteht ein dringender Bedarf an technischen Lösungen, die Lach- gasemissionen zusammen mit den NOx-Emissionen beseitigen oder zumindest verringern.
[0003] Zur Beseitigung von Stickoxid-Emissionen in Gasströmen sind unter anderem Verfahren zur katalytischen Reduktion bekannt, wobei die Stickoxide (NOx und/oder N20) in Gegenwart geeigneter
Katalysatoren mit Hilfe von Reduktionsmitteln chemisch reduziert werden. Von technischer Bedeutung sind hier insbesondere Katalysatoren zur selektiven chemischen Reduktion der Stickoxide, sog. SCR-
Katalysatoren, welche möglichst selektiv die Reaktion des Reduktionsmittels mit den Stickoxiden nicht aber mit im Abgas vorhandenen O: katalysieren. Der erreichbare Abbaugrad an Stickoxiden ist dabei unter anderem abhängig von der Menge an zugesetztem Reduktionsmittel. Insbesondere wenn hohe
Abbaugrade erzielt werden sollen, d.h. wenn die Restkonzentrationen an Stickoxiden sehr klein werden, ist es förderlich, die Reduktionsmittel bzw. die darin enthaltenen chemischen Reduktionsäquivalente in äquimolaren oder nahezu äquimolaren Mengen oder sogar einem molaren Überschuss bezogen auf die
Stickoxidkomponenten zu dosieren. In der Folge kann es aber zu einem unerwünschten Schlupf des
Reduktionsmittels oder von dessen noch nicht vollständig oxidierten Reaktionsprodukten kommen.
[0004] Eine im Stand der Technik z.B. aus EP 1 229 994 B1 bekannte Lösung für dieses Problem ist die Dotierung der Katalysatoren mit einer oxidativen katalytischen Komponente, welche das überschüs- sige Reduktionsmittel oder dessen noch nicht vollständig oxidierte Reaktionsprodukte zu unbedenkli- chen Produkten oxidiert. Problematisch hierbei ist allerdings, dass das Reduktionsmittel schon durch die oxidative Komponente oxidiert wird, bevor es mit den zu reduzierenden Stickoxiden reagiert. Es ist hier für den jeweiligen Einsatzfall eine stoffliche Abstimmung der katalytischen Oxidations- und Re- duktionsaktivität des Katalysators erforderlich. Dies erschwert die universelle Anwendung derartiger
Katalysatoren erheblich und verhindert deren praktischen kommerziellen Einsatz. Gleiches gilt für phy- sikalische Mischungen von SCR-Katalysatoren mit ausgewählten Oxidationskatalysatoren, wie dies bspw. in JP 09000884 propagiert wird.
[0005] Eine universellere Lösung der Schlupfproblematik ist die separate Nachoxidation der Schlupf- produkte mit geeigneten Oxidationskatalysatoren. Ein solches zweistufiges Verfahren wird beispiels- weise in EP 3 741 449 A1 beschrieben. Sowohl der Katalysator zur katalytischen Reduktion der Stick- oxide (hier N20) als auch der Katalysator zur Nachoxidation sind dabei als axial durchströmte Betten mit monolithisch geformten Katalysatoren, d.h. Wabenköpern, ausgestaltet. Da die Strömung in den
Kanälen der Wabenkôpern aber im allgemeinen laminarer Natur ist, ist der erreichbare Umsatz der Re- duktionsmittel hier durch den Stofftransport des Reaktanden limitiert. Dies führt insbesondere im Kata- lysatorbett zur N20-Reduktion, vor allem bei einem angestrebt kleinen Katalysatorvolumen, zu einer leichteren Bildung eines Schlupfes an Reduktionsmittel.
[0006] Weiterhin nachteilig bei Wabenkatalysatoren ist die im Vergleich zu partikulären Katalysatoren begrenzte räumliche Ausdehnung der eigentlichen katalytisch aktiven Masse. So weisen insbesondere mit katalytisch aktivem Material beschichtete Wabenkörper zumeist nur eine sehr geringe Schichtdicke an katalytisch aktivem Material auf. Dies kann unter bestimmten Reaktionsbedingungen, d.h. bei lang- samen Reaktionsgeschwindigkeiten, z.B. bedingt durch niedrige Konzentrationen der Reaktanden oder niedrige Temperaturen, zu einem limitierenden Faktor für den erreichbaren Umsatz werden. Dies ist insbesondere der Fall für Reaktionen, welche aufgrund hoher Aktivierungsenergien per se relativ lang- sam ablaufen, wie z.B. die Reduktion von N:0.
[0007] Schließlich besitzen beschichtete Wabenköper im Vergleich zu partikulären Katalysatoren eine, bezogen auf das Füllvolumen, geringere Masse an katalytisch aktivem Material und damit eine geringere intnnsische Katalysatorreserve. Bei der Alterung oder Deaktivierung des Katalysators durch fortdau- emde thermische Belastung oder fortschreitende Vergiftung der Katalysatoroberfläche, kann sich die
Reaktion — anders als bei partikulären Katalysatoren — nur in begrenztem Maße ins Innere des Kataly- sators verschieben. Aufgrund der geringeren inneren Reserven sind Wabenkatalysatoren daher schneller erschöpft als partikuläre Katalysatoren und müssen öfter ausgetauscht werden.
[0008] Aus der WO 2013/087181 A2 sind ferner ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Beseitigung von NOx und N:O aus Gasen bekannt, wobei das zu reinigende Gas zunächst durch ein erstes Kataly- satorbett (DeNOx-Stufe) zur selektiven katalytischen NOx-Reduktion (unter Zugabe von NH; als Re- duktionsmittel) geleitet wird und in einem nachfolgenden zweiten Katalysatorbett (DeN:O-Stufe) eine katalytische Zersetzung des N20 zu N: und O: erfolgt. Das erste Katalysatorbett der DeNOx-Stufe kann ebenso wie das zweite Katalysatorbett der DeN:O-Stufe als axial oder lateral durchströmtes Bett ausge- staltet sein. Die verwendeten DeNOx- und DeN:O-Katalysatoren können als Formkörper beliebiger
Größe und Geometrie vorliegen, bspw. als Zylinder, Ringe, Trilobes, oder auch Wabenstrukturen auf- weisen. Es werden verschiedene vorteilhafte Kombinationen, d.h. sequentielle Anordnungen von Kata-
Iysatorbetten offenbart. Beschrieben werden die jeweils laterale Durchströmung zweier sequentiell an- geordneter Katalysatorbetten, die jeweils axiale Durchströmung zweier sequentiell angeordneter Kata- lysatorbetten sowie eine axiale Durchströmung eines ersten Katalysatorbetts gefolgt von einem lateral durchströmten zweiten Katalysatorbett.
[0009] EP 2 2286 897 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur N20- und NO,-Beseitigung mit zwei Kata- lvsatorbetten, wobei mindestens ein Katalysatorbett in Form eines radial durchströmten Hohlzylinders ausgestaltet ist. Gemäß Figur 6 kann das zweite Katalysatorbett als axial durchströmtes Bett ausgestaltet sein.
[0010] In US 3,733,181 A wird eine Vorrichtung zur Reinigung von Motorabgasen umfassend eine
Kombination aus zwei konzentrisch angeordneten Radialkörben gefüllt mit partikulärem Katalysator beschrieben, wobei 1m ersten, inneren Katalysatorbett eine katalytische Reduktion der Stickoxide erfolgt und im zweiten Katalysatorbett eine katalytische Oxidation von Kohlenwasserstoffen und Kohlenmo- noxid. Zwischen den beiden Schüttungen wird dem zu behandelnden Abgas Luft zugeführt.
[0011] WO 2021/198150 A1 offenbart ein zweistufiges katalytisches Verfahren zur Beseitigung von
NO, und N:O, wobei dem Abgas ein Reduktionsmittel für NO, zugesetzt und dieses dann in eine erste
DeNOx-Stufe zur katalytischen NO,-Reduktion geleitet und der Ausfluss dieser Stufe, welcher neben
N:O auch noch nicht umgesetztes Reduktionsmittel enthält, dann in eine zweite Stufe zur Zersetzung von N>O und Oxidation des nicht umgesetzten Reduktionsmittels durch einem Kobalt-haltigen Kataly- sator geleitet wird. Der Katalysator der ersten Stufe ist bevorzugt ein Fe-Zeolith vom Typ Fe-BEA. Die erste Stufe und/oder auch die zweite Stufe können in Form von monolithischen Formkörpern, insbeson- dere Wabenkörpern, ausgestaltet sein.
[0012] Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die katalytische Reduktion von Stickoxiden aus Abgasen mittels Reduktionsmitteln bei einem möglichst geringen Katalysatorvo- lumen und bei einer hohe Abbaurate zu ermöglichen, wobei ein möglichst minimaler oder gar kein
Schlupf an Reduktionsmitteln oder von deren nicht vollständig oxidierten Reaktionsprodukten auftritt.
[0013] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, insbesondere zur katalytischen Reduktion von Stick-
oxiden, mit einem sich entlang einer Längsachse erstreckenden Behälter, einem ersten Katalysatormo- dul, einer an einer Innenwand des Behälters angeordneten ersten Stützeinrichtung zum Abstützen des ersten Katalysatormoduls, wobei sich die erste Stützeinrichtung entlang der Innenwand des Behälters zumindest teilweise um die Längsachse umlaufend erstreckt und eine der Längsachse zugewandte In- nenkontur mit einer ersten Öffnungsbreite, insbesondere einem ersten Offnungsdurchmesser, aufweist, und einem in dem Behälter in Richtung der Längsachse unterhalb der ersten Stützeinrichtung angeord- neten zweiten Katalysatormodul, welches eine der Innenwand des Behälters zugewandte Außenkontur mit einer Außenbreite, insbesondere einem Außendurchmesser, aufweist, die kleiner ist als die erste
Öffnungsbreite der ersten Stützeinrichtung.
[0014] Unter der Innenkontur wird eine senkrecht zur Längsachse des Behälters verlaufende Umrissli- nie verstanden, die, betrachtet entlang der Längsachse des Behälters, durch eine innenliegende Oberflä- che oder mehrere innenliegende Oberflächen der Stützeinrichtung gebildet wird, welche einem von der ersten Stützeinrichtung umschlossenen Freiraum zugewandt ist bzw. sind. Unter der Außenkontur wird eine senkrecht zur Längsachse des Behälters verlaufende Umrisslinie verstanden, die, betrachtet entlang der Längsachse des Behälters, durch eine außenliegende Oberfläche oder mehrere außenliegende Ober- flächen des Katalysatormoduls gebildet wird.
[0015] Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Anlage vorgeschlagen, in welcher ein mit Stickoxiden, vorzugsweise mit NO, und NO, belasteter Abgasstrom entstehet, mit einer vorstehend beschriebenen Vorrichtung zur katalytischen Reduktion von Stickoxiden, welcher der die Stickoxide enthaltende Abgasstrom zuleitbar ist, insbesondere wobei der die Stickoxide enthaltende Abgasstrom bei Eintritt in den Behälter einen Druck von 1 bara bis 15 bara, bevorzugt 3 bara bis 12 bara und/oder eine Temperatur von 200°C bis 650°C, bevorzugt von 300°C bis 600°C, besonders bevorzugt von 300°C bis 550°C, aufweist. Eine derartige Anlage kann beispielsweise als Anlage zur Herstellung oder Verar- beitung chemischer oder anderer Erzeugnisse oder als Energieerzeugungsanlage, beispielsweise für
Heiz- oder Antriebszwecke oder zur Stromerzeugung, ausgestaltet sein.
[0016] Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur katalytischen Reduktion von Stickoxiden in ei- nem Abgasstrom mit einer vorhergehend beschriebenen Vorrichtung, insbesondere zur katalytischen
Reduktion von Stickoxiden , wobei in den Behälter mit dem Abgasstrom eingeleitete Stickoxide in dem ersten Katalysatormodul unter Anwesenheit eines Reduktionsmittels katalytisch reduziert werden und wobei in dem ersten Katalysatormodul nicht umgesetztes Reduktionsmittel und/oder in dem ersten Ka- talysatormodul nicht vollständig oxidierte Reaktionsprodukte in dem zweiten Katalysatormodul kataly- tisch oxidiert werden. Im Folgenden wird die katalytische Reduktion der Stickoxide auch als erste Re- aktionsstufe oder erste Stufe bezeichnet und die katalytische Oxidation des nicht umgesetzten Redukti- onsmittels und/oder der in der ersten Reaktionsstufe nicht vollständig oxidierten Reaktionsprodukte als zweite Reaktionsstufe oder zweite Stufe bezeichnet. Die erste Reaktionsstufe umfasst das erste Kataly-
satormodul und kann optional weitere Katalysatormodule beispielsweise zum N20-Abbau durch kata-
Iytische Zersetzung oder durch katalytische Reduktion mit Reduktionsmittel oder auch zur katalytischen
NOx-Reduktion umfassen. Die zweite Reaktionsstufe umfasst das zweite Katalysatormodul.
[0017] Schließlich betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zur Herstellung von Salpetersäure durch 5 katalytische Oxidation von Ammoniak an einem Primärkatalysator und Umsetzung der dabei entstehen- den NO,-Stickoxide in einem Absorptionsturm zu Salpetersäure unter Entstehung von den Absorption- sturm verlassenden Abgasen, wobei in den Abgasen enthaltene Stickoxide gemäß einem vorstehend genannten Verfahren katalytisch reduziert werden.
[0018] Durch die die erfindungsgemäße Anordnung der Katalysatormodule in dem Behälter kann eine kompakte Bauweise mit geringen Katalysatorvolumina ermöglicht werden. Aufgrund des Umstands, dass das zweite Katalysatormodul eine Außenbreite (der Außenkontur) aufweist, die kleiner ist als die erste Öffnungsbreite (der Innenkontur) der ersten Stützeinrichtung, kann nicht nur das erste Katalysa- tormodul, sondern auch das zweite Katalysatormodul nach oben aus dem Behälter entnommen werden.
Insofern bietet die erfindungsgemäße Vorrichtung eine verbesserte Zugänglichkeit beider Katalysator- module zur Installation, Inspektion oder zum Katalysatortausch. Die kompakte Anordnung zweier Ka- talysatormodule ermöglicht Abgasreinigungsprozesse mit hoher Abbaurate bei geringen Katalysatorvo- lumina.
[0019] Der Behälter ist bevorzugt im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet.
[0020] Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das erste Kataly- — satormodul dazu konfiguriert ist, im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse durchströmt zu werden und das zweite Katalysatormodul dazu konfiguriert ist, im Wesentlichen parallel zur Längsachse durch- strömt zu werden. Eine derartige Strömungsführung ermöglicht eine besonders kompakte Bauweise.
[0021] Bevorzugte Ausgestaltungen des ersten Katalysatormoduls
[0022] Das erste Katalysatormodul kann einen Katalysatorkorb, sowie ein in dem Katalysatorkorb an- geordnetes Katalysatorbett, insbesondere eine Katalysatorschüttung eines partikulären Katalysators, aufweisen. Die Schüttung des partikulären Katalysators kann eine innigere Vermischung der Reaktions- komponenten bewirken und es können, verglichen mit Wabenkatalysatoren mit axialen Kanälen bei gleichem Katalysatorvolumen und gleichen Abbauraten, geringere Schlupfe an Reduktionsmittel resul- tieren.
[0023] Der partikuläre Katalysator kann als Formkörper vorgegebener Größe und Geometrie vorliegen, bevorzugt mit einer Geometrie, die ein großes Verhältnis von Oberfläche zu Volumen aufweist und bei deren Durchströmung ein möglichst geringer Druckverlust erzeugt wird. Bevorzugt hat der partikuläre
Katalysator, bzw. haben die einzelnen Katalysatorpartikel die Geometrie eines Zylinders, Hohlzylin- ders, Mehrlochzylinders, Rings oder insbesondere eines Trilobes oder sternförmigen Stranges.
[0024] Bevorzugt weist der partikuläre Katalysator einen Äquivalenzdurchmesser der Katalysatorpar- tikel im Bereich von 1 bis 10 mm, besonders bevorzugt von 1 bis 5 mm auf. Der Äquivalenzdurchmesser ist dabei der Durchmesser einer volumengleichen Kugel.
[0025] Bevorzugt ist der partikuläre Katalysator ein partikulärer Vollkatalysator.
[0026] Bevorzugt umfasst das erste Katalysatormodul einen Katalysator, welcher die chemische Um- setzung von NOx oder N20, besonders bevorzugt von NOx und N20, mit Reduktionsmittel fördert. Der- artige Katalysatoren sind beispielswiese dem Fachmann bekannte SCR-Katalysatoren, wie diese z.B. in
Han, L., Cai, S., Gao, M., Hasegawa, J., Wang, P., Zhang, J., Shi, L., Zhang, D., (2019) Selective Cata- lytic Reduction of NOx with NH; by Using Novel Catalysts: State of the Art and Future Prospects.
Chem. Rev, 119 (19), 10916-10976, oder in Janssen, F. Handbook of heterogeneous Catalysis, Vol. 4, chap. 1.2 Environmental Catalysis — Stationary Sources, p.1633-1668, Wiley-VCH, Weinheim, 1997 aufgelistet sind.
[0027] Bevorzugt umfasst das erste Katalysatormodul einen V20s-T10; basierten SCR-Katalysator, wobei als Reduktionsmittel für NOx vorzugsweise gasförmiges NH; verwendet wird.
[0028] Besonders bevorzugt umfasst das erste Katalysatormodul für die katalytische chemische Reduk- tion von N20 oder die bevorzugte gemeinsame chemische Reduktion von N20 und NOx einen mit Über- gangsmetallen bzw. —metall-Ionen beladenen Zeolith-Katalysator. Als Übergangsmetalle ausgewählt sind vorzugsweise Kobalt, insbesondere Kupfer und ganz besonders bevorzugt Eisen. Weitere mögliche
Übergangsmetalle, die vorzugsweise zusammen mit Kobalt, Kupfer und/oder Eisen im Zeolithen auf- treten, sind Mangan, Vanadium, Chrom oder Nickel. Bei den Zeolithen handelt es sich vorzugsweise um Si0--reiche sog. „high silica““-Zeolithe mit einer hohen hydrothermalen Beständigkeit, die ein mo- lares Verhältnis von [S10:]- zu [A10:"]-Einheiten, und damit em molares S1/Al-Verhältnis, von mindes- tens 8 aufweisen, bevorzugt mindestens 9, bevorzugter mindestens 10, noch bevorzugter mindestens 11, am bevorzugtesten mindestens 12, und insbesondere mindestens 13. Vorzugsweise sind die Zeolithe ausgewählt aus der Gruppe der Typen MFI, BEA, FER, MOR und MEL oder Mischungen davon, be- vorzugt vom Typ BEA oder MFL, besonders bevorzugt handelt es sich um einen BEA-Zeolithen.
[0029] Besonders bevorzugt umfasst das erste Katalysatormodul einen mit Eisen beladenen Zeolith-
Katalysator, beispielsweise enthaltend im Wesentlichen, vorzugsweise > 50 Gew%, insbesondere > 70
Gew% eines oder mehrerer mit Eisen beladener Zeolithe. So kann beispielsweise neben einem Fe-BEA-
Zeolith em weiterer Eisen enthaltender Zeolith, wie z. B. ein eisenhaltiger Zeolith des MOR-Typs, in dem erfindungsgemäß verwendeten Katalysator enthalten sem. Beispielsweise kann das erste Katalysa- torbett emen Katalysator umfassen, wie er im Atlas of Zeolite Structure Types, Elsevier, 4th revised
Edition 1996, angegeben ist, auf den hier ausdrücklich Bezug genommen wird.
[0030] Darùber hinaus kann der Katalysator im ersten Katalysatormodul weitere dem Fachmann be- kannte Zusatzstoffe, wie z. B. Bindemittel, enthalten.
[0031] Der Gehalt an Übergangsmetallen in den Zeolithen kann, bezogen auf die Masse an Zeolith, in weiten Bereichen schwanken, beispielsweise bis zu 25% betragen, vorzugsweise jedoch 0,1 bis 10% betragen.
[0032] Die Dotierung der Zeolithe mit den Übergangsmetallen kann bspw. ausgehend von der H- oder bevorzugt NH4-Form der Zeolithe durch Ionenaustausch (in wässriger Phase oder durch Festkörperre- aktion) mit entsprechenden Salzen der Übergangsmetalle erfolgen. Die erhaltenen Katalysatorpulver werden üblicherweise in einem Kammerofen an der Luft bei Temperaturen im Bereich von 400 bis 650°C kalziniert. Nach dem Kalzinieren werden die Übergangsmetall-haltigen Zeolithe in destilliertem
Wasser intensiv gewaschen und nach Abfiltrieren des Zeolithen getrocknet. Diese und andere einschlä- gige Methoden zur Beladung bzw. Dotierung von Zeolithen mit Übergangsmetallen sind dem Fachmann bekannt. Abschließend werden die so erhaltenen Übergangsmetallhaltigen Zeolithe mit geeigneten
Hilfsstoffen zur Plastifizierung und Bindemitteln, wie beispielsweise Alumosilikaten oder Böhmit, ver- setzt und gemischt und beispielsweise zu zylindrischen Katalysatorkörpern extrudiert.
[0033] Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das erste Kataly- satormodul austauschbar in dem Behälter angeordnet ist. Hierdurch kann der Vorteil erzielt werden, dass die Befüllung des ersten Katalysatormoduls im Behälter oder vorzugsweise außerhalb des Behälters durch Entnahme des Katalysatormoduls erfolgen kann. Zudem kann die Zugänglichkeit des zweiten
Katalysatormoduls zur Installation, Inspektion oder zum Katalysatortausch verbessert werden.
[0034] Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Halteeinrich- tung des ersten Katalysatormoduls, insbesondere ein Haltering des ersten Katalysatormoduls, auf der ersten Stützeinrichtung aufliegt, insbesondere auf einem ersten Auflagering der ersten Stützeinrichtung.
Hierdurch kann das erste Katalysatormodul an der Stützeinrichtung gehalten werden.
[0035] Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Halteeinrich- tung in einem oberen Bereich des ersten Katalysatormoduls angeordnet ist, so dass das erste Katalysa- tormodul, insbesondere hängend, im Wesentlichen unterhalb der ersten Stützeinrichtung angeordnet ist.
In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, wenn das erste Katalysatormodul eine hohlzylindrische
Form aufweist und im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse, d.h., im Wesentlichen radial bzw. lateral, von innen nach außen durchströmbar ist.
[0036] Gemäß einer alternativen, vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die
Halteeinrichtung in einem unteren Bereich des ersten Katalysatormoduls angeordnet ist, so dass das erste Katalysatormodul, insbesondere stehend, ım Wesentlichen oberhalb der ersten Stützeinrichtung angeordnet ist. In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, wenn das erste Katalysatormodul eine hohl- zylindrische Form aufweist und im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse, d.h. im Wesentlichen radial bzw. lateral, von außen nach innen durchströmbar ist.
[0037] Bevorzugt liegt die Halteeinrichtung des ersten Katalysatormoduls derart auf der ersten Stütz- einrichtung auf, dass ein Überlapp der Halteeinrichtung mit der Stützeinrichtung in einer Richtung senk- recht zur Längsachse gegeben ist, der bevorzugt im Bereich von 30 mm bis 200 mm, besonders bevor- zugt im Bereich von 50 mm bis 150 mm, ganz besonders bevorzugt im Bereich von 80 mm bis 120 mm, liegt. Durch einen derartigen Überlapp kann eine hinreichende Fläche und damit Sicherheit für das Stüt- zen bzw. Tragen des ersten Katalysatormoduls sowie eine ausreichende Dichtfläche bereitgestellt wer- den.
[0038] Die Breite der Stützeinrichtung, insbesondere des ersten Auflageringes, in einer Richtung senk- recht zur Längsachse beträgt vorzugweise 20 mm bis 300 mm, besonders bevorzugt 40 mm bis 250 mm ganz besonders bevorzugt 60 mm bis 200 mm. Die Breite der Halteeinrichtung, insbesondere eines über die Außenrandung des ersten Katalysatorkorbes kragenden ersten Halterings, in einer Richtung senk- recht zur Längsachse beträgt vorzugweise 30 mm bis 500 mm, besonders bevorzugt 50 mm bis 300 mm ganz besonders bevorzugt 80 mm bis 200 mm.
[0039] Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die erste Stützeinrichtung mit der
Innenwand des Behälters verschweißt ist. Bevorzugt ist das erste Katalysatormodul mit der ersten Stüt- zeinrichtung verschraubt, besonders bevorzugt derart verschraubt, dass mit der Halteeinrichtung ver- bundene Bolzen, welche möglichst gleichmäßig über den Umfang der ersten Halteeinrichtung verteilt sind, in Bohrungen der ersten Stützeinrichtung eingeführt sind. Die Bolzen können insbesondere an einem Flansch ausgebildet oder angeordnet sein. Die Bohrungen der ersten Stützeinrichtung können an dem ersten Auflagering ausgebildet sein. Mittels Bolzen-Bohrung-Paarungen können insbesondere die
Positionierung und Montage des ersten Katalysatormoduls erleichtert werden.
[0040] Die erste Stützeinrichtung kann eine oder mehrere Stützrippen zur Erhöhung der Festigkeit und
Tragfähigkeit aufweisen. Die Stützrippen sind bevorzugt an der Innenwand des Behälters angeordnet, insbesondere mit dieser verschweißt. Die Stützrippen können entlang der Umfangsrichtung gleichmäßig beabstandet sein und insbesondere den Auflagering stützen.
[0041] Bevorzugt ist zwischen der ersten Stützeinrichtung und der ersten Halteeinrichtung ein erstes
Dichtungselement angeordnet, insbesondere eine auf- oder eingelegte Dichtung. Durch das Dichtungs- element können Bypass- oder Leckageströmungen weitestgehend reduziert bzw. vermieden werden.
Dies ist nicht nur wichtig für die Wirksamkeit der ersten Reaktionsstufe in Bezug auf die Erreichung möglichst hoher Abbauraten an Stickoxiden, insbesondere an NOx, sondern vor allem auch für die Wirk- samkeit des zweiten Katalysatormoduls. Denn bereits kleinste Bypassströmungen um das erste Kataly- satormodul, welche zwangsweise die volle Menge bzw. Konzentration an zugesetztem Reduktionsmittel enthalten, können zu einer erheblichen zusätzlichen Belastung des nachgeschalteten, zweiten Katalysa- tormoduls mit Reduktionsmittel führen.
[0042] Zur weiteren Vermeidung einer Bypassströmung durch das mit vorzugsweise partikulärem Ka- talysator befüllte erste Katalysatormodul ist dieses im oberen Bereich an der Innen- und Außenwandung mit einer gasundurchlässigen Abdeckung versehen, z.B. in Form von aufgeschweißten Blechen, so dass eine horizontale bzw. radiale Durchströmung des Katalysatorbetts im oberen abgedeckten Teil nicht möglich ist. Die Höhe der Abdeckung in horizontaler bzw. axialer Richtung beträgt vorzugsweise das 0,1- bis 5-fache der Katalysatorbettstärke (Abstand zwischen innerer und äußerer Berandung des ersten
Katalysatormoduls, jeweils gemessen an der der Katalysatorfüllung zugewandten Seite). Durch die gas- undurchlässige Abdeckung im oberen Bereich des ersten Katalysatormoduls, insbesondere des ersten
Katalysatorkorbs, wird eine Überströmung des Katalysatorbetts vermieden, wenn dieses nicht bis zur in axialer Richtung oberen Abdeckung („Deckel“) des ersten Katalysatorkorbes gefüllt ist. Dies kann z.B. der Fall sein, wenn das Katalysatorbett im zeitlichen Verlauf des Betriebs des Verfahrens absackt. Eine durch Überströmung verursachte Bypassströmung könnte ansonsten zu einer unerwünschten Überlas- tung des nachgeschalteten, zweiten Katalysatormoduls mit Reduktionsmittel führen.
[0043] Bevorzugte Ausgestaltungen des zweiten Katalysatormoduls
[0044] Bevorzugt ist das zweite Katalysatormodul im Wesentlichen parallel zur Längsachse des Behäl- ters durchströmbar, d.h. im Wesentlichen axial durchströmbar.
[0045] Bevorzugt umfasst das zweite Katalysatormodul einen Oxidationskatalysator, beispielweise ei- nen Oxidationskatalysator zur Oxidation von flüchtigen organischen oder auch anorganischen Verbin- dungen (VOC oder VIC). Der Oxidationskatalysator kann Edelmetalle (Pt, Pd, Rh) geträgert auf ober- flächenreichen Oxiden und/oder keramischen oder metallischen Substraten, Übergangsmetalloxide (z.B. von Fe, Mn, Cu, Cr, Co, Ni ...), oder mit Metallen beladene Zeolithe aufweisen. Derartige Kata- lysatoren sind beispielswiese beschrieben in „Handbook of Heterogeneous Catalysis“, Wiley-VCH, Edi- ted by Ertl, Knötzinger, Schüth, Weitkamp, 2nd Ed. 2008, Volume 5, Chapter 11.5 „Solid Catalysts for the Oxidation of Volatile Organic Compounds”.
[0046] Das zweite Katalysatormodul kann mit einem partikulären Katalysator versehen sein oder vor- zugsweise mit einer Packung monolithischer Katalysatorelemente, z.B. monolithischer Wabenkôrper enthaltend oder beschichtet mit katalytisch aktiven Materialien.
[0047] Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das zweite Kataly- satormodul ein oder mehrere monolithische Katalysatorelemente, vorzugsweise Wabenkörper, aufweist, welche bevorzugt Kanäle aufweisen und so angeordnet sind, dass die Kanäle in Richtung der Längs- achse des Behälters ausgerichtet sind und im Wesentlichen axial angeströmt werden, vorzugsweise im
Wesentlichen axial angeströmt und im Wesentlichen axial durchströmt werden. Hierdurch kann eme hohe Effizienz des zweiten Katalysatormoduls bei niedrigem Druck ermöglicht werden.
[0048] In einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst das zweite Katalysatormodul nur einen, ent- sprechend großen Wabenköper, welcher vorzugsweise einen metallischen Grundköper (Substrat) auf- welst.
[0049] Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass mehrere Waben- körper zu einem Wabenkörpermodul zusammengefasst sind und das zweite Katalysatormodul mehrere einzeln austauschbare Wabenkörpermodule umfasst. Hierdurch können Bypass-Strömungen wirksam unterdrückt werden. Die einzelnen (monolithischen) Wabenköper werden auch als Steine und die Wa- benkôrpermodule als Cans bezeichnet. Die Wabenkörpermodule können Metallrahmen aufweisen. Be- vorzugt werden zwei, vier oder sechs Wabenkörper in einem Wabenkörpermodul zusammengefasst. Die
Wabenkörper können verschiedenartige Querschnitts- bzw. Stirnflächen, z.B. mit triangularer, heaxa- gonaler oder vorzugsweise rechteckiger, insbesondere quadratischer Geometrie aufweisen. Bei recht- eckigem Querschnitt liegt die erste Kantenlänge beispielsweise im Bereich von 5 bis 20 cm und die zweiten Kantenlänge im Bereich von 5 bis 20 cm, bevorzugt liegt die erste Kantenlänge im Bereich von 10 bis 15 cm und die zweite Kantenlänge im Bereich von 10 bis 15 cm. Die Höhe eines Wabenkörpers liegt bevorzugt im Bereich von 5 bis25 cm, vorzugsweise im Bereich von 7,5 bis 15 cm. Die Zelldichte der Katalysatorwaben (ausgedrückt als channels per square inch) beträgt vorzugsweise 120 bis 500 cpsi, besonders bevorzugt 180 bis 420 cpsi.
[0050] Bevorzugt werden die einzelnen Wabenkörpermodule innerhalb des zweiten Katalysatormoduls auf eine beispielsweise als Gitterrost ausgeführte Stützkonstruktion gestellt, und vorzugsweise durch
Klammern, Spangen, Winkel oder ähnliches, welche z.B. durch Gewindestangen an einer Unterseite des
Rostes fixiert sind, auf diesen niedergedrückt und fixiert. Auf diese Weise kann eine weitestgehende
Abdichtung zwischen den Stirnseiten der Wabenkörpermodule und dem Gitterost erreicht werden.
[0051] Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Wabenkörper bzw. die Wabenkörpermodule im zweiten Katalysatormodul in mehreren, entlang der Längsachse ver- setzten, Schichten angeordnet sind. Bevorzugt sind die Wabenkörpermodule in 2 bis 5 Schichten ange- ordnet, besonders bevorzugt in 2 bis 3 Schichten. Zwischen den Schichten, d.h. zwischen den Stirnflä- chen der Wabenkörper kann ein Abstand vorgesehen sein, der vorzugsweise im Bereich von 3 bis 30 mm, besonders bevorzugt im Beriech von 4 bis 20 mm, liegt. Durch den Abstand kann eine intermediäre, insbesondere radiale, Durchmischung des aus einer ersten Schicht der Wabenkörper austretenden
Gasstromes ermöglicht werden. Ferner kann vermieden werden, dass sich ein möglicher Schlupf von nicht umgesetztem Reduktionsmittel und/oder von dessen noch nicht vollständig oxidierten Reaktions- produkten aus der ersten Schicht der Wabenkörper in eine nachfolgende, zweite Schicht der Wabenkör- per fortpflanzt.
[0052] Bevorzugt werden die Wabenkörper bzw. die Wabenkörpermodule so angeordnet, dass sie eine nutzbare Anströmfläche der Querschnittsfläche des zweiten Katalysatormoduls belegen, die größer ist als 60% der Querschnittsfläche des zweiten Katalysatormoduls, bevorzugt größer ist als 75% der Quer- schnittsfläche des zweiten Katalysatormoduls.
[0053] Die im Randbereich des zweiten Katalysatormoduls entstehenden Zwickel werden, sofern diese nicht in einfacher Weise mit rechteckigen Wabenkörpermodulen belegt werden können, vorzugsweise nicht mit speziell zugeschnittenen Wabenkörpern ausgefüllt, sondern durch Blindbleche verschlossen.
Dies hat den Vorteil, dass bei einem Tausch verbrauchter Wabenkörper nur standardisierte Wabenkör- permodule ausgetauscht werden müssen und keine speziellen Anpassungen vorgenommen werden müs- sen.
[0054] Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das zweite Kataly- satormodul austauschbar in dem Behälter angeordnet ist. Das zweite Katalysatormodul kann insofern in einfacher Weise kann aus dem Behälter entnommen werden.
[0055] Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist diese eine an einer Innenwand des Behälters angeordnete zweite Stützeinrichtung auf, durch welche das zweite
Katalysatormodul abgestützt ist, wobei sich die zweite Stützeinrichtung entlang der Innenwand des Be- hälters zumindest teilweise um die Längsachse umlaufend erstreckt und eine der Längsachse zuge- wandte Innenkontur mit einer zweiten Öffnungsbreite, insbesondere einem zweiten Öffnungsdurchmes- ser, aufweist, welche kleiner ist als die erste Öffnungsbreite der ersten Stützeinrichtung. Durch diese
Dimensionierung wird es möglich, dass ein zweites Katalysatormodul, dass von oben durch eine Öff- nung in der ersten Stützeinrichtung ein gebracht wird, durch die zweite Stützeinrichtung abgestützt wer- den kann. Die zweite Stützeinrichtung kann einen zweiten Auflagering aufweisen.
[0056] Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die zweite Stütz- einrichtung bevorzugt ein unerwünschtes seitliches Umströmen des zweiten Katalysatormoduls verhin- dert. Die Breite der zweiten Stützeinrichtung, insbesondere des zweiten Auflageringes, in einer Richtung senkrecht zur Längsachse beträgt vorzugweise 30 mm bis 300 mm, besonders bevorzugt 50 mm bis 250 mm, ganz besonders bevorzugt 80 mm bis 200 mm.
[0057] Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Halteeinrich- tung des zweiten Katalysatormoduls, insbesondere ein Haltering des zweiten Katalysatormoduls, auf der zweiten Stützeinrichtung aufliegt, insbesondere auf einem zweiten Auflagering der zweiten Stütz- einrichtung. Hierdurch kann das zweite Katalysatormodul an der zweiten Stützeinrichtung gehalten wer- den. Die Breite der Halteeinrichtung, insbesondere eines über die Außenrandung des zweiten Katalysa- torkorbes kragenden zweiten Halterings, in einer Richtung senkrecht zur Längsachse kann ein Radıal- maß von 30 mm bis 300 mm, bevorzugt 30 mm bis 300 mm, weiter bevorzugt 50 bis 150 mm, besonders bevorzugt 80 bis 120 mm aufweisen.
[0058] Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Halteeinrich- tung in einem oberen Bereich des zweiten Katalysatormoduls angeordnet ist, so dass das zweite Kata-
Iysatormodul, insbesondere hängend, im Wesentlichen unterhalb der zweiten Stützeinrichtung angeord- net ist.
[0059] Bevorzugt liegt die Halteeinrichtung, insbesondere der Haltering des zweiten Katalysatormo- duls derart auf der zweiten Stützeinrichtung, insbesondere dem zweiten Auflagering, auf, dass ein Über-
lapp des Katalysatormoduls mit der Stützeinrichtung in einer Richtung senkrecht zur Längsachse gege- ben ist, der bevorzugt im Bereich von 30 mm bis 250 mm, besonders bevorzugt im Bereich von 50 mm bis 150 mm, ganz besonders bevorzugt im Bereich von 80 mm bis 120 mm, liegt. Durch einen derartigen
Überlapp kann eine hinreichende Fläche und damit Sicherheit für das Stützen bzw. Tragen des zweiten
Katalysatormoduls bereitgestellt werden.
[0060] Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die zweite Stützeinrichtung mit der Innenwand des Behälters verschweißt ist. Das zweite Katalysatormodul kann mit der zweiten Stüt- zeinrichtung verschraubt sein, bevorzugt derart verschraubt, dass mit der zweiten Halteeinrichtung ver- bundene Bolzen, welche möglichst gleichmäßig über den Umfang der zweiten Halteeinrichtung verteilt sind, in Bohrungen der zweiten Stützeinrichtung eingeführt sind. Die Bolzen können insbesondere an einem Flansch ausgebildet oder angeordnet sein. Die Bohrungen der zweiten Stützeinrichtung können an dem zweiten Auflagering ausgebildet sein. Mittels einer Bolzen-Bohrung-Paarung können insbeson- dere die Positionierung und Montage des zweiten Katalysatormoduls erleichtert werden.
[0061] Vorzugweise wird der zweite Auflagering durch senkrecht zur Behälterwand und zum zweiten
Auflagering verschweißte radial gerichtete Stützrippen gestützt.
[0062] Der äußere Durchmesser des zweiten Katalysatormoduls ist vorzugsweise um mindestens 10 mm, besonders bevorzugt um mindestens 20 mm, ganz besonders bevorzugt um mindestens 40 mm kleiner als ein innerer Durchmesser des ersten Auflageringes für den ersten Katalysatorkorb.
[0063] Bevorzugt ist zwischen der zweiten Stützeinrichtung und der zweiten Halteeinrichtung ein zwei- tes Dichtungselement angeordnet, insbesondere eine auf- oder eingelegte Dichtung. Durch das Dich- tungselement können Bypass- oder Leckageströmungen weitestgehend reduziert bzw. vermieden wer- den.
[0064] Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine nach unten überragende äußere Wandung des zweiten Katalysatormoduls auf der zweiten Stützeinrichtung aufliegt, insbesondere auf einem zweiten Auflagering der zweiten Stützeinrichtung.
[0065] Vorzugsweise ragt die äußere Wandung des zweiten Katalysatormoduls auf der gasabströmen- den Seite vorzugsweise um mehr als 10 mm, insbesondere um mehr als 20 mm, ganz besonders bevor- zugt um mehr als 40 mm über das untere Ende (Austrittsfläche) des Katalysatormoduls hinaus.
[0066] Bevorzugt ist zwischen der zweiten Stützeinrichtung und der nach unten überragenden äußeren
Wandung ein umlaufendes zweites Dichtungselement angeordnet, insbesondere eine auf- oder einge- legte Dichtung. Durch das Dichtungselement können Bypass- oder Leckageströmungen weitestgehend reduziert bzw. vermieden werden.
[0067] Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das zweite, insbe- sondere über seine äußere Wandung auf der zweiten Stützeinrichtung aufliegende, Katalysatormodul durch eine an der Innenwand des Behälters angeordnete Klemmeinrichtung gegenüber der zweiten Stüt- zeinrichtung verklemmt ist. Die Klemmeinrichtung kann einen Haltering oder mehrere Halteglieder um- fassen, die jeweils ein Radialmaß im Bereich von 30mm bis 250mm, bevorzugt im Bereich von 40 mm bis 200 mm und besonders bevorzugt im Bereich von 50 mm bis 150 mm aufweisen. Die Klemmein- richtung kann, insbesondere s-förmig geformte, Klemmbleche umfassen, die als Niederhalter dienen.
Mittels der, vorzugsweise 4 bis 36, bevorzugt 8 bis 24 Klemmbleche kann zur Stabilisierung des zweiten
Katalysatorbetts ein hinreichend großer Anpressdruck erzeugt werden. Ferner kann mittels der Klemm- bleche eine schnelle, einfache und zerstörungsfreie Montage und Demontage des zweiten Katalysator- moduls durchgeführt werden. Zudem kann mittels der Klemmbleche eine Zentrierung und/oder variable
Positionierung des zweiten Katalysatormoduls realisiert werden.
[0068] Alternativ oder zusätzlich zu der Klemmeinrichtung und/oder der Anbringung eines zweiten
Dichtungselements und/oder der Verschraubung des zweiten Katalysatormoduls mit der zweiten Stütz- einrichtung kann das zweite Katalysatormodul mit der zweiten Stützeinrichtung verschweißt werden.
Infolge eines Verschweißens kann eine Kombination aus Befestigung, Positionierung und Abdichtung erzielt werden, wobei eine Schweißnaht als Dichtungselement ausgebildet wird. Ferner kann der Vorteil erzielt werden, dass eine etwaige Verschlechterung der Strömungsverhältnisse infolge von in Strö- mungslinien angeordneten Klemmblechen (bspw. durch Wirbelbildung und Reibungsverluste) teilweise oder vollständig verhindert und die Anströmfläche des zweiten Katalysatormoduls vergrößert werden.
[0069] Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Abstand zwi- schen dem ersten Katalysatormodul und dem zweiten Katalysatormodul im Bereich von 0,2 m bis 3 m, bevorzugt im Bereich von 0,5 m bis 0,8 m, liegt, wobei bevorzugt ein Verhältnis aus dem Abstand und einer Breite des zweiten Katalysatormoduls in einer Richtung senkrecht zur Längsachse im Bereich von 0,1 bis 1,2, bevorzugt im Bereich von 0,15 bis 0,8, beträgt. Bei einer nicht kreisförmigen Wandung des zweiten Katalysatormoduls, bspw. bei einer rechteckigen, polygonalen oder gewinkelten Form der Wan- dung, entspricht der in vorstehendem Verhältnis anzusetzende Wert des Durchmessers dem Durchmes- ser des flächengleichen Kreises (bezogen auf die Anströmfläche des Moduls in axialer Richtung). Durch einen derartig gewählten Abstand zwischen dem ersten Katalysatormodul und dem zweiten Katalysa- tormodul kann sichergestellt werden, dass das zweite Katalysatormodul gleichmäßig angeströmt wird.
Hierdurch wird der Katalysator des zweiten Katalysatormoduls uniform beansprucht. Eine lokale oder punktuelle Überlastung durch Strömungssträhnen kann vermieden werden. Einem lokalen oder punktu- ellen Durchbruch von Reduktionsmittel und/oder von dessen noch nicht vollständig oxidierten Reakti- onsprodukten kann entgegengewirkt werden.
Optionales drittes Katalysatormodul
[0070] Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung ein drittes Kata-
Iysatormodul und eine an einer Innenwand des Behälters angeordnete dritte Stützeinrichtung zum Ab-
stützen des dritten Katalysatormoduls umfasst, wobei sich die dritte Stützeinrichtung entlang der Innen- wand des Behälters zumindest teilweise um die Längsachse umlaufend erstreckt und eine der Längs- achse zugewandte Innenkontur mit einer dritten Öffnungsbreite, insbesondere einem dritten Öffnungs- durchmesser, aufweist, die größer ist als die erste Öffnungsbreite der ersten Stützeinrichtung. Bevorzugt weist das erste Katalysatormodul eine der Innenwand des Behälters zugewandte Außenkontur mit einer
Außenbreite, insbesondere einem Außendurchmesser, auf, die kleiner ist als die dritte Öffnungsbreite der dritten Stützeinrichtung. Sofern das erste Katalysatormodul eine Halteeinrichtung, beispielsweise einen Haltering, aufweist, hat dieser bevorzugt einen Außendurchmesser, welcher kleiner ist als die dritte Öffnungsbreite der dritten Stützeinrichtung.
[0071] Das dritte Katalysatormodul kann Teil einer ersten Reaktionsstufe zum katalytischen Abbau von
Stickoxiden, d.h. beispielsweise zum N20-Abbau durch katalytische Zersetzung oder durch katalytische
Reduktion mit Reduktionsmittel oder auch zur katalytischen NO,-Reduktion in einem Abgasstrom sein.
[0072] Bevorzugt ist das dritte Katalysatormodul dazu konfiguriert, ım Wesentlichen senkrecht zur
Längsachse durchströmt zu werden. Besonders bevorzugt ist das dritte Katalysatormodul dazu konfigu- riert im Wesentlichen in einer Richtung durchströmt zu werden, welche der Richtung entgegengesetzt ist, in welcher das erste Katalysatorbett im Wesentlichen durchströmt wird. Beispielsweise kann das dritte Katalysatorbett radial von außen nach innen durchströmt werden und das erste Katalysatorbett radial von innen nach außen.
[0073] Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass eine Halteeinrichtung des dritten
Katalysatormoduls, insbesondere ein Haltering des dritten Katalysatormoduls, auf der dritten Stützein- richtung aufliegt, insbesondere auf einem dritten Auflagering der dritten Stützeinrichtung. Bevorzugt ist die Halteeinrichtung des dritten Katalysatormoduls in einem unteren Bereich des dritten Katalysator- moduls angeordnet, so dass das dritte Katalysatormodul, insbesondere stehend, im Wesentlichen ober- halb der dritten Stützeinrichtung angeordnet ist.
[0074] Die im Zusammenhang mit dem ersten Katalysatormodul beschriebenen vorteilhaften Ausge- staltungen können, allein oder in Kombination, auch bei dem dritten Katalysatormodul Anwendung fin- den.
Bevorzugte Ausgestaltung des Behälters
[0075] Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Behälter ein oberes Behälter- teil und ein in Richtung der Längsachse unterhalb des oberen Behälterteils angeordnetes unteres Behäl- terteil aufweist, welche vorzugsweise durch einen Behälterflansch miteinander verbunden sind, wobei die erste Stützeinrichtung und die ggf. vorhandene zweite Stützeinrichtung und/oder die ggf. vorhandene dritte Stützeinrichtung in dem unteren Behälterteil angeordnet sind.
Bevorzugte Ausgestaltungen der Verfahrensführung
[0076] Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das erste Katalysatormodul zur katalytischen Reduktion von in den Behälter eingeleiteten und ın einem Abgasstrom enthaltenen Stick- oxiden unter Anwesenheit eines Reduktionsmittels konfiguriert ist und das zweite Katalysatormodul zur katalytischen Oxidation von in dem ersten Katalysatormodul nicht umgesetztem Reduktionsmittel und/oder in dem ersten Katalysatormodul nicht vollständig oxidierten Reaktionsprodukten konfiguriert ist.
[0077] Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Reduktionsmittel zur Reduk- tion der Stickoxide ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend: — NH, — Harnstoff — Kohlenwasserstoffe, insbesondere Methan, Ethan, Propan, Butan, — LPG, — Erdgas, — CO, — FH.
[0078] Das Reduktionsmittel kann dabei eine oder vorzugsweise mehrere Komponenten der vorstehen- den Gruppe umfassen.
[0079] Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Reduktionsmittel mindestens — stôchiometrisch vorzugsweise überstöchiometrisch dosiert ist, d.h. dass eine äquimolare Menge vor- zugsweise ein molarer Überschuss an im Reduktionsmittel enthaltenen Reduktionsäquivalenten bezo- gen auf das chemisch zu reduzierende Stickoxid im in die erfindungsmäße Vorrichtung eintretenden
Abgasstrom vorliegt bzw. in diesen dosiert wird.
[0080] Das Reduktionsmittel zur Reduktion von NO, umfasst bevorzugt NH; und/oder Harnstoff, ins- besondere NH:.
[0081] In bevorzugten Ausführungsformen wird NH; zur NO,-Reduktion in einer Menge von 0,9 bis 2,5 molaren Anteilen, bevorzugt 1,0 bis 1,6 molaren Anteilen, bevorzugter 1,0 bis 1,4 molaren Anteilen, noch bevorzugter 1,0 bis 1,2 molaren Anteilen eingesetzt, bezogen auf einen molaren Anteil an che- misch zu reduzierendem NO.
[0082] Das Reduktionsmittel zur Reduktion von N,0 umfasst insbesondere NH; und/oder Kohlenwas- serstoffe.
[0083] In bevorzugten Ausführungsformen ist das Reduktionsmittel für N20 NHz, welches bevorzugt in einer Menge von 0,5 bis 3,0 molaren Anteilen, bevorzugter in einer Menge von 0,7 bis 2,5 molaren
Anteilen, noch bevorzugter von 0,8 bis 2,0 molaren Anteilen, eingesetzt wird, bezogen auf einen mola- ren Anteil an chemisch zu reduzierendem N:O, d.h. bezogen auf die im Abgas enthaltene Menge an
N20, bei Eintritt in die erste Reaktionsstufe.
[0084] In anderen bevorzugten Ausführungsformen ist das Reduktionsmittel für N20 em Kohlenwas- serstoff oder eine Mischung mehrerer Kohlenwasserstoffe, welche bevorzugt in einer Menge von 0,2 bis 1,0 molaren Anteilen, bevorzugter von 0,2 bis 0,7 molaren Anteilen bezogen auf die molare Menge an N0 im Abgas bei Eintritt in die erste Reaktionsstufe.
[0085] Diese Menge an Reduktionsmittel für NO ist additiv zur gef. erforderlichen Menge Redukti- onsmittel zur NO,-Reduktion.
[0086] Bei der chemischen Reduktion des Stickoxids wird das eingesetzte Reduktionsmittel oxidiert.
Je nach Art des eingesetzten Reduktionsmittels können dabei ggf. mehrere oxidierte Reaktionsprodukte gebildet werden, welche sich im Oxidationsgrad voneinander unterscheiden. Beispielsweise kann bei der besonders bevorzugten Reduktion von N20 mit Kohlenwasserstoffen gemäß nachstehenden Reak- tionsgleichungen nicht nur CO:, sondern in erheblichem Umfang auch CO gebildet werden: @n+1) N20 + CaHon-2 — @n+1) N; + n CO + (n+1) HO 4n N50 + CaHn:2 > 4n N + n CO: + 2n H;O
[0087] Bei der erfindungsgemäBen Verwendung von NH; als Reduktionsmittel für NO, und/oder N20 weist das aus der ersten Reaktionsstufe austretende Abgas eine NHs-Konzentration von vorzugsweise höchstens 20 ppmv, bevorzugter von höchstens 10 ppmv, noch bevorzugter von höchstens 5 ppmv und insbesondere bevorzugt von höchstens 3 ppmv auf.
[0088] Bei der erfindungsgemäBen Verwendung von Kohlenwasserstoffen als Reduktionsmittel für
NO weist das aus der ersten Reaktionsstufe austretende Abgas eine CO-Konzentration von vorzugs- weise höchstens 200 ppmv, bevorzugter von höchstens 150 ppmv, noch bevorzugter von höchstens 100 ppmv und insbesondere bevorzugt von höchstens 50 ppmv auf.
[0089] Die erfindungsgemäße zweite Reaktionsstufe dient dazu, Reduktionsmittel zu oxidieren, wel- ches in dem ersten Katalysatormodul bei der chemischen Reduktion des Stickoxids überhaupt nicht reagiert hat. Darüber hinaus dient das zweite Katalysatormodul dazu, gef. in dem ersten Katalysatormo- dul aus dem Reduktionsmittel gebildete Oxidationsprodukte, welche noch nicht vollständig oxidiert sind, weiter zu oxidieren. Dabei bedeutet die vollständige Oxidation eine Oxidation des Reduktionsmit- tels bzw. von dessen noch nicht vollständig oxidierten Reaktionsprodukten bis hin zu einer Oxidations- stufe, welche eine Abgabe an die Umgebung erlaubt; die dabei erreichte Oxidationsstufe muss jedoch nicht die höchste theoretisch mögliche Oxidationsstufe sein. Ist das Reduktionsmittel z.B. Methan (CHs), so ist Kohlenstoffmonoxid (CO) ein noch nicht vollständig oxidiertes Reaktionsprodukt, welches erfindungsgemäß bevorzugt in der zweiten Reaktionsstufe weiter oxidiert wird zu Kohlenstoffdioxid (CO). Ist das Reduktionsmittel hingegen Ammoniak (NHs), so ist Stickstoff (N») ein bereits vollständig oxidiertes Reaktionsprodukt und eine weitergehende Oxidation, z.B. zu NO oder NO», ist nicht er- wünscht.
[0090] Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der zweiten Reaktionsstufe, abgestimmt auf die Leis- tungsdaten der ersten Reaktionsstufe, weist das aus der zweite Reaktionsstufe austretende Abgas eine
NHz-Konzentration von vorzugsweise höchstens 5 ppmv, bevorzugter von höchstens 3 ppmv, noch be- vorzugter von höchstens 2 ppmv und insbesondere bevorzugt von höchstens 1 ppmv auf und eine CO-
Konzentration von vorzugsweise höchstens 90 ppmv, bevorzugter von höchstens 60 ppmv, noch bevor- zugter von höchstens 40 ppmv und insbesondere bevorzugt von höchstens 20 ppmv auf.
[0091] Weiterhin beträgt die Restkonzentration an NOx im Abgas am Austritt der zweiten Reaktions- stufe vorzugsweise höchstens 20 ppmv, bevorzugter höchstens 10 ppmv, noch bevorzugter höchstens 5 ppmv und insbesondere bevorzugt von höchstens 2 ppmv. Ganz besonders bevorzugt ist eine NOx-
Restkonzentration von nahezu 0 ppm, d.h. kleiner 1 ppm. Die Restkonzentration an N20 im Abgas am
Austritt der zweiten Reaktionsstufe beträgt vorzugsweise höchstens 50 ppmv, bevorzugter höchstens 30 ppmv, noch bevorzugter höchstens 10 ppmv und insbesondere bevorzugt von höchstens 5 ppmv.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der die Stickoxide enthaltende Ab- gasstrom bei Eintritt in den Behälter eine Temperatur im Bereich von 200 °C bis 650 °C, bevorzugt 300 °C bis 600 °C, besonders bevorzugt 300 °C bis 550°C aufweist.
[0092] Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass eine erste Raumgeschwindigkeit der ersten Reaktionsstufe im Bereich von 2.000 h bis 50.000 ht, bevorzugt 3.000 h* bis 30.000 h”, besonders bevorzugt 5.000 h" bis 25.000 h” eingestellt wird.
[0093] Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass eine zweite Raumgeschwindig- keit der zweiten Reaktionsstufe im Bereich 20.000 h” bis 300.000 h7, bevorzugt 30.000 h" bis 250.000 h besonders bevorzugt 30.000 h" bis 200.000 h”, eingestellt wird.
[0094] Die vorgenannten Raumgeschwindigkeiten sind definiert als der Quotient aus dem Volumen- strom des Abgases, bezogen auf dessen Normzustand, und dem vom Abgas durchströmtem Volumen des Katalysatorbettes, d.h. dem vom Abgas durchströmtem Volumen der Katalysatorschüttung oder der
Katalysatorpackung. Dies bedeutet, dass die erfindungsgemäße Einstellung der Raumgeschwindigkeit durch die Einstellung des Volumenstromes des Abgases und/oder durch die Einstellung des Katalysa- torvolumens erfolgen kann. Der Normzustand entspricht den Normalbedingungen, die nach DIN 1343 definiert sind zu Temperatur = 273,15 K und Druck = 1,01325 bara.
[0095] Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass eine erste Raumgeschwindigkeit des ersten Katalysatormoduls und eine zweite Raumgeschwindigkeit des zweiten Katalysatormoduls derart eingestellt werden, dass ein Verhältnis der ersten Raumgeschwindigkeit zu der zweiten Raumge- schwindigkeit im Bereich von 1/2 bis 1/20, bevorzugt im Bereich von 1/3 bis 1/10, liegt.
[0096] Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der die Stickoxide enthaltende
Abgasstrom bei Eintritt in den Behälter einen Druck von 1 bara bis 15 bara, bevorzugt 3 bara bis 12 bara und/oder eine Temperatur von 200°C bis 650°C, bevorzugt von 300°C bis 600°C, besonders bevorzugt von 300 °C bis 550°C aufweist.
Bevorzugte Anwendungen
[0097] Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren werden vorzugsweise eingesetzt in Anlagen, in welchen mit Stickoxiden, vorzugsweise mit NO, und N20 belastete Abgase entstehen. Hierbei kann es sich bspw. um Produktionsanlagen zur Herstellung oder Verarbeitung che- mischer oder anderer Erzeugnisse oder auch um Energieerzeugungsanlagen bspw. für Heiz- oder An- trnebszwecke oder zur Stromerzeugung handeln.
[0098] Besonders vorteilhaft werden die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße
Verfahren in Anlagen eingesetzt, in welchen die mit Stickoxiden beladenen Abgase bei erhöhten Dru- cken von 1,0 bara bis 15 bara, bevorzugt von 1,2 bara bis 12 bara, noch bevorzugter von 1,5 bara bis 12 bara, am bevorzugtesten 2 bara bis 12 bara, insbesondere bevorzugt von 3,0 bara bis 12 bara vorliegen.
[0099] Besonders vorteilhaft werden die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße
Verfahren Anlagen zur Produktion chemischer Erzeugnisse, wie Salpetersäure, Caprolactam, Adipin- säure oder Glyoxalsäure eingesetzt.
[0100] Ganz besonders vorteilhaft können die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsge- mäße Verfahren in einer Anlage bzw. einem Prozess zur Herstellung von Salpetersäure eingesetzt wer- den.
[0101] Die Herstellung von Salpetersäure erfolgt im technischen Maßstab im Allgemeinen durch ka- talytische Oxidation von Ammoniak an einem sog. Primärkatalysator, d.h. zumeist einem Edelmetall- kataylsator auf Pt/Rh-Basis (sog. Ostwald-Verfahren). Dabei wird NH; sehr selektiv zu NO oxidiert, welches dann im Laufe des weiteren Prozesses zu NO: oxidiert wird und schließlich mit Wasser in einem Absorptionsturm zu Salpetersäure umgesetzt wird. Die Pt/Rh-Katalysatoren sind als dünne Netze ausgebildet und in einem Brenner auf breiter Fläche aufgespannt. Die Netze werden von einem Gasge- misch aus typischerweise etwa 8 -12 Vol% Ammoniak und Luft durchströmt, wobei sich an den Netzen durch die Exothermie der Reaktion eme Temperatur von etwa 850-950°C einstellt. Typischerweise wird sowohl die katalytische Oxidation des NH: als auch die Absorption des gebildeten NOx im Absorption- sturm bei erhöhten Drucken betrieben. Erfolgt die katalytische Oxidation und Absorption bei gleichem
Druck spricht man von Monodruckanlagen, erfolgt die Absorption bei höheren Drucken als die kataly- tische Oxidation, was insbesondere bei hohen Produktkapazitäten der Fall ist, spricht man von Zwei- druckanlagen. Der Druck wird dabei zumeist über entsprechende Kompressoren erzeugt, welche die benötigte Verbrennungsluft auf den gewünschten Betriebsdruck von typischerweise 3 - 12 bara verdich- ten, bevor dieser dann vor Eintritt in den katalytischen Brenner verdampftes NH; zugeführt wird. Im
Zweidruckprozess ist eine zusätzliche zweite Kompressionsstufe bzw. ein zusätzlicher zweiter Verdich- ter vorhanden, welcher zwischen NHz;-Brenner und Absorptionsturm angeordnet ist. Das NOx-haltige
Prozessgas wird dabei nach Verlassen des NH;:-Brennes schrittweise über verschiedene Wärmetauscher bis zum Eintritt in den Absorptionsturm abgekühlt. Nach dem Auswaschen der Produktsäure im Ab- sorptionsturm wird das den Absorptionsturm verlassende Restgas wieder schrittweise über verschiedene
Wärmetauscher aufgeheizt, je nach Verfahrensvariante auf Temperaturen zwischen ca. 300°C und 600°C, bevor das Restgas dann über einen Expander (Restgasturbine) wieder entspannt und in die At- mosphäre entlassen wird. Eine Übersicht über den Ablauf der Salpetersäureproduktion und deren ver- schiedene Verfahrensvarianten ist bspw. in Ullmanns Encyclopedia of Industrial Chemistry, Vol.A 17,
VCH Weinheim (1991) gegeben.
[0102] Das den Absorptionsturm verlassende Restgas weist je nach Auslegung des Absorptionsturms, d.h. v.a. abhängig dessen Größe, Betriebsdruck und Kühlwassertemperatur, typischerweise Restkon- zentrationen an NO, von ca. 100 — 800 ppmv, in Einzelfällen auch mehr als 1000 ppmv auf. Weiterhin enthält das Restgas auch N:O, je nach Anlagentyp und Betriebsweise im Bereich von ca. 500 bis 2500 ppmv, sofern dieses nicht zuvor durch gesonderte Maßnahmen, z.B. Sekundärmaßnahmen reduziert wurde. Das NO entsteht dabei im Zuge der katalytischen Oxidation des NH; im NHz-Brenner, welches dort nicht vollkommen selektiv zu NO verbrennt. Eine merkliche Absorption des gebildeten N20 im
Absorptionsturm findet nicht statt.
[0103] Eine in der Technik verbreitete Maßnahme zur N20-Minderung ist der Einsatz von Katalysato- ren zur N20-Zersetzung sog. Sekundärkatalysatoren, welche direkt unterhalb, d.h. in Prozessgasrichtung stromabwärts der Pt/Rh-Netzkatalysatoren installiert und bei den dort den herrschenden hohen Tempe- raturen von ca. 850-950°C betrieben werden. Eine allgemeine Übersicht über prinzipielle Möglichkeiten der N,0-Mindeurng in Anlagen zur industriellen HNO:-Produktion, in welcher auch die sog. Sekundär- maßnahmen und Sekundärkatalysatoren beschrieben werden, findet sich in Perez-Ramirez, J., Kapteijn,
F., Schôffel, K., Moulijn, J.A, (2003) Formation and control of N20 in nitric acid production: Where do we stand today? Appl. Catal. B, 44 (2), 117-151.
[0104] Bevorzugt befindet sich die erfindungsgemäße Vorrichtung integriert in eine Anlage zur Her- stellung von Salpetersäure (HNO:3), insbesondere ist die die erfindungsgemäße Vorrichtung angeordnet im Restgasstrang der HNO:-Produktionsanlage stromabwärts des Absorptionsturm und stromaufwärts der Restgasturbine, vorzugsweise stromabwärts des letzten Wärmtauschers vor Eintritt des Restgases in die Restgasturbine. Bei vorstehender Integration der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Stickoxidre- duktion in den Restgasstrang der HNO:-Produktion wird diese im Folgenden als tertiäre Entstickungs- vorrichtung bezeichnet.
[0105] Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Anlage zur Herstellung von Salpetersäure zusätzlich zur vorgenannten ferfiären Entstickungsvorrichtung einen Sekundärkatalysator zum N20-
Abbau, d.h. zur katalytischen Zersetzung von N20 in N; und O:. Der Sekundärkatalysator ist bevorzugt direkt unterhalb, d.h. direkt stromabwärts des Katalysators zur NH:-Oxdiation (Primärkatalysators), vorzugsweise direkt unterhalb der Edelmetall-haltigen Netzkatalysatoren angeordnet.
[0106] Als katalytische Aktivkomponenten enthält der Sekundärkatalysator vorzugsweise Übergangs- metall-(Misch)Oxide wie z.B. Co , Fe , Mn , oder Cu-Oxide kombiniert mit refraktären Oxiden wie z.B.
Al203, MgO, ZnO, ZrO2 oder CeO2 zur Anwendung. Vorzugweise weisen die katalytisch aktiven
Komponenten eine Perowskitstruktur, Perowskit-ähnliche Strukturen oder Spinellstrukturen, wie diese bspw. in (N. Gunasekaran et al., Catal. Lett. (1995), 34 (3,4), pp. 373-382) beschrieben werden. Die
Verwendung von Kobalt-haltigen Oxiden oder Mischoxiden, wie Co3O4 oder LaCoO: ist besonders vor- teilhaft.
[0107] Vorzugsweise werden Sekundärkatalysatoren als Schüttkörper mit hoher geometrischer Ober- fläche z.B. als sternförmige Extrudate, Mehrloch-Zylinder oder Trilobes oder auch als Wabenköper ein- gesetzt. Ganz bevorzugt ist die Verwendung von 3D-gedruckten Formkörpern als Sekundärkatalysato- ren, welche neben einer hohen geometrischen Oberfläche durch besonders geringe Druckverluste aus- gezeichnet sind.
[0108] Bevorzugt beträgt das Verhältnis der geometrischen Oberfläche zum Schüttvolumen der erfin- dungsgemäß einsetzbaren Sekundärkatalysatoren 500 m?/m bis 2000 m?/m?, bevorzugter 700 m°/m° bis 1500 m°/m°, noch bevorzugter 800 m?/m bis 1200 m?/m).
[0109] Durch die genannten Oberflächen- zu Volumenverhältnisse können mit relativ geringen Kata- lysatormengen und damit verbundenen geringen Druckverlusten hohe Abbauraten an N20 erzielt wer- den. Um die Druckverluste durch die Sekundärkatalysatoren zu begrenzen ist der N20-Abbau durch die
Sekundärkatalysatoren erfindungsgemäß auf maximal 95%, vorzugsweise maximal 90%, insbesondere auf maximal 85% zu beschränken.
[0110] Dadurch ergibt sich eine optimale Synergie mit der tertiären Entstickungsvorrichtung. Hier kann, ggfs. neben der NO,-Reduktion durch die weitere Reduktion des N20 eine Vervollständigung des
N:0-Abbaus auf Werte von insgesamt mehr als 95%, vorzugsweise mehr als 98%, insbesondere mehr als 99% erreicht werden. Dies ist möglich, da die überschüssige Dosierung von Reduktionsmittel in der tertiären Entstickungsvorrichtung durch deren speziellen zweistufigen Aufbau, insbesondere durch die zweite Reaktionsstufe zur Oxidation von nicht umgesetztem Reduktionsmittel und/oder dessen in der ersten Reaktionsstufe nicht vollständig oxidierten Reaktionsprodukten nicht limitiert ist. Dies gilt ins- besondere dann, wenn in der besonders bevorzugten Kombination von SekundärmaBnahme bzw. Se- kundärkatalysator und tertiärer Entstickungsvorrichtung eine Vorreduktion des N20 am Sekundärkata- lysator stattfindet, so dass die absolute Menge an N:O und damit auch die absolut benötige Menge an
Reduktionsmittel für N20 in der tertiären Entstickungsvorrichtung drastisch, d.h. auf ca. 1/5 bis zu 1/20 reduziert ist.
[0111] Folglich umfasst eine bevorzugte Ausgestaltung des Verfahrens zu Herstellung von Salpeter- säure einen Sekundärkatalysator zur N20-Zersetzung, welcher stromabwärts des Primärkatalysators zur
Oxidation von Ammoniak angeordnet ist. Besonders bevorzugt beträgt der durch den Sekundärkataly- sator zur N20-Zersetzung bewirkte N:0-Abbau maximal 95%, vorzugsweise maximal 90%, insbeson- dere maximal 85%.
[0112] Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Zeichnungen, sowie aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen anhand der Zeichnun- gen. Die Zeichnungen illustrieren dabei lediglich beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung, wel- che den Erfindungsgedanken nicht emschränken.
[0113] Kurze Beschreibung der Figuren
[0114] Die Fig. 1 zeigt schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäfBen Vorrich- tung.
[0115] Die Fig. 2 zeigt schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäfBen Vor- richtung.
[0116] Die Fig. 3 zeigt schematisch ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäBen Vorrich- tung.
[0117] Die Fig. 4 zeigt schematisch ein viertes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäBben Vorrich- tung.
[0118] Die Fig. 5 zeigt schematisch ein fünftes Ausführungsbeispiel einer erfmdungsgemäBen Vorrich- tung.
[0119] Ausführungsformen der Erfindung
[0120] In Fig. 1 ist schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäBen Vorrichtung 1 zur katalytischen Reduktion von Stickoxiden dargestellt, die beispielsweise zur Abgasnachbehandlung in einem System zur Herstellung von Salpetersäure unter Entstehung von Abgasen eingesetzt werden kann. Die Vorrichtung 1 ist insbesondere geeignet zur Reinigung eines Stickoxide enthaltenden Ab- gasstroms, der bei Eintritt in einen Behälter 2 der Vorrichtung 1 einen Druck von 1 bara bis 15 bara, bevorzugt 3 bara bis 12 bara und/oder eine Temperatur von 200°C bis 650°C, bevorzugt von 300°C bis 600°C, besonders bevorzugt von 300 °C bis 550°C, aufweist.
[0121] Die Vorrichtung 1 umfasst einen Behälter 2, der sich entlang einer Längsachse L erstreckt. Ge- mäß dem Ausführungsbeispiel ist der Behälter mit einem kreisfôrmigen Querschnitt, also im Wesentli- chen zylindrisch ausgebildet. Der Behälter 2 umfasst eine Behälterwandung 7 sowie einen Einlass 3 zum Einleiten des Abgases der Verbrennung. Der Einlass 3 ist an der Oberseite des Behälters 2 ange- ordnet. An der Unterseite des Behälters 2 befindet sich ein Auslass 5, über welchen das in der Vorrich- tung 1 von Stickoxiden gereinigte Abgas ausgegeben werden kann. Zwischen Einlass 3 und Auslass 5 sind zwei Katalysatormodule 10, 20 angeordnet, die von dem Abgas hintereinander durchstrômt werden.
In dem ersten Katalysatormodul 10 werden eingeleitete Stickoxide unter Anwesenheit eines Redukti- onsmittels, beispielsweise NHz, reduziert. In dem zweiten Katalysatormodul 20 werden in dem ersten
Katalysatormodul 10 nicht umgesetztes Reduktionsmittel und/oder dessen in der ersten Reaktionsstufe 10 noch nicht vollständig oxidierte Reaktionsprodukte oxidiert.
[0122] Das erste Katalysatormodul 10 umfasst ein im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse L durch- strömbares erstes Katalysatorbett 11 und das zweite Katalysatormodul 20 ein im Wesentlichen parallel zur Längsachse L durchströmbares zweites Katalysatorbett 21.
[0123] Das erste Katalysatorbett 11 ist als Radialkorb ausgebildet und wird im Wesentlichen von radial außen nach radial innen von dem zu prozessierenden Abgas durchströmt. Der Fluss F des Abgases ist in Fig. 1 durch Pfeile angedeutet.
[0124] Das erste Katalysatorbett 11 weist auf einer dem Einlass 3 zugewandten Seite eine gasundurch- lässige Abdeckung 9 auf. Die Abdeckung 9 verhindert eine Durchströmung des ersten Katalysatorbetts 11 in axialer Richtung und lenkt das zu reinigende Abgas in Richtung der Behälterwandung 7 ab. Die
Abdeckung 9 erstreckt sich zudem ausgehend von der Oberseite des Katalysatorbetts 11, zumindest teilweise, entlang einer Innenwandung 13 und entlang einer AuBenwandung 15 des ersten Katalysator- betts 11. Zwischen der Innenwandung 13 und der AuBenwandung 15 ist ein partikulärer Katalysator 17 als Schüttgut angeordnet. Bei dem partikulären Katalysator handelt es sich um einen Katalysator, der die chemische Umsetzung von NOx oder N:O, besonders bevorzugt von NOx und NO, mit Redukti- onsmittel, hier NH, fördert.
[0125] Ferner weist das erste Katalysatorbett 11 auf einer dem Auslass 5 zugewandten Seite einen ers- ten Haltering 19 auf. Das erste Katalysatorbett 11 wird von einer ersten Stützeinrichtung 12 gestützt und ist mit dieser verschraubt. Die erste Stützeinrichtung 12 umfasst einen erste Auflagering 12.1 und meh- rere erste Stützrippen 12.2. Die ersten Stützrippen 12.2 sind entlang einer Umfangsrichtung der Vor- richtung 1 gleichmäßig beabstandet und auf einer Innenseite der Behälterwandung 7 mit dieser ver- schweißt. Zwischen dem Haltering 19 und dem ersten Auflagering 12.1 ist ein in der Figur 1 nicht sichtbares erstes Dichtungselement angeordnet. Bei dem in der Figur 1 dargestellten ersten Ausfüh- rungsbeispiel kann von einer stehenden Anordnung des ersten Katalysatorbetts 11 in dem Behälter 2 gesprochen werden.
[0126] Das zweite Katalysatorbett 21 umfasst einen Oxidationskatalysator. Gemäß dem Ausführungs- beispiel weist das zweite Katalysatorbett 21 mehrere Wabenkörper mit Wabenkanälen auf, die in Rich- tung der Längsachse L des Gehäuses 2 ausgerichtet sind. Mehrere Wabenkörper, beispielsweise zwei, vier oder sechs, smd jeweils zu einem Wabenkörpermodul zusammengefasst und m einer Schicht auf einem Gitterrost angeordnet. Das zweite Katalysatorbett 21 umfasst mehrere, entlang der Längsachse versetzte Schichten von Wabenkörpermodulen, die jeweils voneinander beabstandet angeordnet sind.
Das zweite Katalysatormodul 20 weist eine der Innenwand des Behälters 2 zugewandte Außenkontur mit einer Außenbreite, insbesondere einem Außendurchmesser, auf, die kleiner ist als die erste Öff- nungsbreite der ersten Stützeinrichtung.
[0127] Das zweite Katalysatorbett 21 wird von unten von einer zweiten Stützeinrichtung 22 gestützt, die an der Innenseite der Behälterwandung 7 angeordnet ist. Die zweite Stützeinrichtung 22 umfasst eine zweite Stützscheibe 22.1 und mehrere zweite Stützrippen 22.2. Das zweite Katalysatorbett 21 ist mit der zweiten Stützeinrichtung 22 verschweißt oder alternativ über ein Dichtungselement verbunden.
[0128] Zudem ist an der Oberseite des zweiten Katalysatorbetts 21 Klemmeinrichtung 23 vorgesehen, welch das Katalysatorbett 21 gegenüber der Stützeinrichtung 21 fixiert und zentriert. Die Klemmein- richtung 23 umfasst Halteglieder, die als s-förmige Klemmbleche ausgebildet sind. Mittels der Klemm- bleche kann ein Anpressdruck auf das zweite Katalysatorbett 21 ausgeübt werden. Bei dem in der Figur 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel kann von einer stehenden Anordnung des zweiten Katalysa- torbetts 21 in dem Behälter 2 gesprochen werden.
[0129] Der Behälter 2 weist ein oberes Behälterteil 2.1 und ein in Richtung der Längsachse L unterhalb des oberen Behälterteils 2.1 angeordnetes unteres Behälterteil 2.2 auf. Die beiden Behälterteile 2.1, 2.2 sind über einen Behälterflansch 50 miteinander verbunden. Die erste Stützeinrichtung 12 und die zweite
Stützeinrichtung (22) sind beide in dem unteren Behälterteil 2.2 angeordnet.
[0130] In Fig. 2 ist schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 dargestellt. Die Vorrichtung 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen der Vorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Im Unterschied zu dem ersten Ausführungs- beispiel ist das zweite Katalysatormodul 20 bei der Vorrichtung 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbei- spiel hängend angeordnet. Dabei liegt ein im Bereich der Oberseite des zweiten Katalysatormoduls 20 angeordneter zweiter Haltering 29 auf dem zweiten Auflagering 22.1 auf. Zwischen dem zweiten Hal- tering 29 und dem zweiten Auflagering 22.1 kann ein nicht gezeigtes Dichtungselement angeordnet sein.
Haltering 29 und Auflagering 22.1 sind bevorzugt miteinander verschraubt.
[0131] In Fig. 3 ist schematisch ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 dargestellt. Die Vorrichtung 1 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen der
Vorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Im Unterschied zu dem ersten Ausführungsbei- spiel ist das erste Katalysatormodul 10 bei der Vorrichtung 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel hängend angeordnet. Dabei liegt ein im Bereich der Oberseite des ersten Katalysatormoduls 10 ange- ordneter erster Haltering 19 auf dem ersten Auflagering 12.1 auf. Zwischen dem ersten Haltering 19 und dem ersten Auflagering 12.1 kann ein nicht gezeigtes Dichtungselement angeordnet sein. Haltering 19 und Auflagering 12.1 smd bevorzugt miteinander verschraubt.
[0132] In Fig. 4 ist schematisch ein viertes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäBen Vorrichtung 1 dargestellt. Die Vorrichtung 1 gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen der Vorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Im Unterschied zu dem ersten Ausführungs- beispiel sind sowohl das erste Katalysatormodul 10 als auch das zweite Katalysatormodul 20 hängend angeordnet.
[0133] Die vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiele von Vorrichtungen zur katalytischen Reduk- tion von Stickoxiden ermöglichen eine kompakte Bauweise. Dabei können hohe Abbauraten an Stick- oxiden erreicht werden.
[0134] In Fig. 5 ist schematisch ein fünftes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 dargestellt. Die Vorrichtung 1 gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen der Vorrichtung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel. Im Unterschied zu dem dritten Ausführungs- beispiel ist zusätzlich ein drittes Katalysatormodul 30 vorhanden. Das dritte Katalysatormodul 30 kann
Teil der ersten Reaktionsstufe sein, beispielsweise zum katalytischen Abbau von Stickoxiden, d.h. bei- spielsweise zum N:0-Abbau durch katalytische Zersetzung oder durch katalytische Reduktion mit Re- duktionsmittel oder auch zur katalytischen NO,-Reduktion in einem Abgasstrom.
[0135] Das dritte Katalysatormodul 30 ist oberhalb des ersten Katalysatormoduls 10 angeordnet. Das dritte Katalysatormodul 30 umfasst ein im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse L durchströmbares drittes Katalysatorbett 31. Das dritte Katalysatorbett 31 ist als Radialkorb ausgebildet und wird im We- sentlichen von radial auBen nach radial innen von dem zu prozessierenden Abgas durchströmt. Der Fluss
F des Abgases ist in Fig. 5 durch Pfeile angedeutet.
[0136] Das dritte Katalysatorbett 31 weist auf einer dem Einlass 3 zugewandten Seite eine gasundurch- lässige Abdeckung 38 auf. Die Abdeckung 38 verhindert eine Durchströmung des dritte Katalysatorbetts 31 in axialer Richtung und lenkt das zu reinigende Abgas in Richtung der Behälterwandung 7 ab. Die
Abdeckung 38 erstreckt sich zudem ausgehend von der Oberseite des Katalysatorbetts 31, zumindest teilweise, entlang einer Innenwandung 33 und entlang einer AuBenwandung 35 des dritten Katalysator- betts 31. Zwischen der Innenwandung 33 und der AuBenwandung 35 ist ein partikulärer Katalysator als
Schüttgut angeordnet. Ferner weist das dritte Katalysatorbett 31 auf einer dem Auslass 5 zugewandten
Seite einen Haltering 39 auf.
[0137] An einer Innenwand des Behälters 2 ist ein dritte Stützemrichtung 32 zum Abstützen des dritten
Katalysatormoduls 30 angeordnet, wobei sich die dritte Stützemrichtung 32 entlang der Innenwand des
Behälters 2 zumindest teilweise um die Längsachse L umlaufend erstreckt und eine der Längsachse L zugewandte Innenkontur mit einer dritten Offnungsbreite, insbesondere einem dritten Öffaungsdurch- messer, aufweist, die größer ist als die erste Offnungsbreite der ersten Stützeinrichtung 12. Das dritte
Katalysatorbett 31 wird von der dritten Stützeinrichtung 32 gestützt und ist mit dieser verschraubt. Die dritte Stützeinrichtung 32 umfasst einen dritten Auflagering 32.1 und mehrere dritte Stützrippen 32.2.
Die dritten Stützrippen 32.2 sind entlang einer Umfangsrichtung der Vorrichtung 1 gleichmäßig beab- standet und auf einer Innenseite der Behälterwandung 7 mit dieser verschweißt. Zwischen dem Haltermg 39 und dem dritten Auflagering 32.1 ist ein in der Figur 5 nicht sichtbares erstes Dichtungselement angeordnet. Bei dem in der Figur 5 dargestellten fünften Ausführungsbeispiel kann von einer stehenden
Anordnung des dritten Katalysatorbetts 31 in dem Behälter 2 gesprochen werden.
[0138] Der Behälter 2 weist ein oberes Behälterteil 2.1 und ein in Richtung der Längsachse L unterhalb des oberen Behälterteils 2.1 angeordnetes unteres Behälterteil 2.2 auf. Wie in Fig. 5 ersichtlich, sind die erste Stützeinrichtung 12 und die zweite Stützeinrichtung 22 und die dritte Stützeinrichtung 32 in dem unteren Behälterteil 2.2 angeordnet. Die Öffnungsbreiten, insbesondere Öffnungsdurchmesser der Stüt- zeinrichtungen 12, 22, 32 verringern sich von oben nach unten entlang der Längsachse L. Das bedeutet, dass die Öffnungsbreite der dritten Stützeinrichtung 32 größer ist als die Öffnungsbreite der ersten Stüt- zeinrichtung 12, die wiederrum größer ist als die Öffnungsbreite der zweiten Stützeinrichtung 22. Diese
Ausgestaltung ermöglicht es, dass das erste Katalysatormodul 10, das zweite Katalysatormodul 20 und das dritte Katalysatormodul 30 nach oben aus dem Behälter 2 entnommen werden können. Insofern bietet die Vorrichtung 1 eine verbesserte Zugänglichkeit aller drei Katalysatormodule 10, 20, 30 zur
Installation, Inspektion oder zum Katalysatortausch.
Bezugszeichenliste 1 Vorrichtung zur katalytischen Reduktion von Stickoxiden 2 Behälter 2.1 oberes Behälterteil 22 unteres Behälterteil 3 Einlass 5 Auslass 7 Behälterwandung 9 Abdeckung 10 erstes Katalysatormodul 11 erstes Katalysatorbett 12 erste Stützeinrichtung 12.1 erster Auflagenng 12.2 erste Stützrippe 13 Innenwandung des ersten Katalysatorbetts 15 AuBenwandung des ersten Katalysatorbetts 17 partikulärer Katalysator 19 erster Haltering zweites Katalysatormodul 20 21 zweites Katalysatorbett 22 zweite Stützeinrichtung 22.1 zweiter Auflagering 22.2 zweite Stützrippe 23 Klemmeinrichtung 29 zweiter Haltering drittes Katalysatormodul 31 drittes Katalysatorbett 32 dritte Stützeinrichtung 32.1 dritter Auflagering 30 322 dntte Stützrippe 33 Innenwandung des dritten Katalysatorbetts
AuBenwandung des dritten Katalysatorbetts 38 Abdeckung 39 dritter Haltering 35 50 Behälterflansch
F Fluss des zu reinigenden Abgases
L Längsachse

Claims (26)

Patentansprüche:
1. Vorrichtung (1), insbesondere zur katalytischen Reduktion von Stickoxiden, mit einem sich entlang einer Längsachse (L) erstreckenden Behälter (2), einem ersten Katalysatormodul (10), einer an einer Innenwand des Behälters (2) angeordneten ersten Stützeinrichtung (12) zum Abstützen des ersten Katalysatormoduls (10), wobei sich die erste Stützeinrichtung (12) entlang der Innenwand des Behälters (2) zumindest teilweise um die Längsachse (L) umlaufend erstreckt und eine der Längsachse (L) zugewandte Innenkontur mit einer ersten Öffnungsbreite, insbesondere einem ersten Öffnungsdurchmesser, aufweist, und einem in dem Behälter (2) in Richtung der Längsachse (L) unterhalb der ersten Stütz- einrichtung (12) angeordneten zweiten Katalysatormodul (20), welches eine der Innenwand des Behälters (2) zugewandte Außenkontur mit einer Außenbreite, insbesondere einem Außen- durchmesser, aufweist, die kleiner ist als die erste Öffnungsbreite der ersten Stützeinrichtung (12).
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Katalysatormodul (10) dazu konfiguriert ist, im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse (L) durchströmt zu werden und das zweite Katalysatormodul (20) dazu konfiguriert ist, im Wesentlichen parallel zur Längs- achse (L) durchströmt zu werden.
3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Katalysatormodul (10) einen mit Eisen beladenen Zeolith-Katalysator umfasst.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Halteeinrichtung (19) des ersten Katalysatormoduls (10), insbesondere ein Haltering des ersten Katalysatormoduls (10), auf der ersten Stützeinrichtung (12) aufliegt, insbesondere auf einem ersten Auflagering (12.1) der ersten Stützeinrichtung (12).
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteeinrichtung (19) in einem oberen Bereich des ersten Katalysatormoduls (10) angeordnet ist, so dass das erste Katalysator- modul (10), insbesondere hängend, im Wesentlichen unterhalb der ersten Stützeinrichtung (12) angeordnet ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteeinrichtung (19) in einem unteren Bereich des ersten Katalysatormoduls (10) angeordnet ist, so dass das erste Katalysa- tormodul (10), insbesondere stehend, im Wesentlichen oberhalb der ersten Stützeinrichtung (12) angeordnet ist.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Katalysatormodul (20) ein oder mehrere monolithische Katalysatorelemente, vorzugs- weise einen oder mehrere Wabenkörper, aufweist, welche bevorzugt Kanäle aufweisen und so angeordnet sind, dass die Kanäle in Richtung der Längsachse (L) des Behälters (2) ausgerichtet sind und im Wesentlichen axial angeströmt werden, vorzugsweise im Wesentlichen axial ange- strömt und im Wesentlichen axial durchströmt werden.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere monolithische Katalysa- torelemente, vorzugsweise Wabenkörper, zu einem Wabenkörpermodul zusammengefasst sind und das zweite Katalysatormodul (20) mehrere einzeln austauschbare Wabenkörpermodule um- fasst.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Wabenkörper bzw. die Wabenkörpermodule in mehreren, entlang der Längsachse (L) versetzten, Schichten angeordnet sind.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Wabenkörper bzw. die Wabenkörpermodule so angeordnet sind, dass sie eine nutzbare Anströmfläche der Querschnittsfläche des zweiten Katalysatormoduls (20) belegen, die größer ist als 60% der Querschnittsfläche des zweiten Katalysatormoduls (20), bevorzugt größer ist als 75% der Quer- schnittsfläche des zweiten Katalysatormoduls (20).
11. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch eine an einer Innenwand des Behälters (2) angeordnete zweite Stützeinrichtung (22), durch welche das zweite Katalysatormodul (20) abgestützt ist, wobei sich die zweite Stützeinrichtung (12) entlang der Innenwand des Behälters (2) zumindest teilweise um die Längsachse (L) umlaufend erstreckt und eine der Längsachse (L) zugewandte Innenkontur mit einer zweiten Öffnungsbreite, insbe- sondere einem zweiten Öffnungsdurchmesser, aufweist, welche kleiner ist als die erste Öff- nungsbreite der ersten Stützeinrichtung (12).
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Halteeinrichtung (29) des zweiten Katalysatormoduls (20), insbesondere ein Haltering des zweiten Katalysatormoduls (20), oder eine nach unten überragende äußere Wandung des zweiten Katalysatormoduls (20) auf der zweiten Stützeinrichtung (22) aufliegt, insbesondere auf einem zweiten Auflagering
(22.1) der zweiten Stützeinrichtung (22).
13. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Katalysatormodul (20) durch eine an der Innenwand (7) des Behälters (3) angeordnete Klemmeinrichtung (23) gegenüber der zweiten Stützeinrichtung (22) verklemmt ist.
14. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstand zwischen dem ersten Katalysatormodul (10) und dem zweiten Katalysator- modul (20) im Bereich von 0,2 m bis 3 m, bevorzugt im Bereich von 0,5 m bis 0,8 m, liegt, wobei bevorzugt ein Verhältnis aus dem Abstand und einer Breite des zweiten Kataly- satormoduls (20) in einer Richtung senkrecht zur Längsachse (L) im Bereich von 0,1 bis 1,2, bevorzugt im Bereich von 0,15 bis 0,8, beträgt.
15. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) ein drittes Katalysatormodul (30) und eine an einer Innenwand des Behälters (2) angeordnete dritte Stützeinrichtung (32) zum Abstützen des dritten Katalysatormoduls (30) umfasst, wobei sich die dritte Stützeinrichtung (32) entlang der Innenwand des Behälters (2) zumindest teilweise um die Längsachse (L) umlaufend erstreckt und eine der Längsachse (L) zugewandte Innenkontur mit einer dritten Offnungsbreite, insbesondere einem dritten Öff- nungsdurchmesser, aufweist, die größer ist als die erste Öffnungsbreite der ersten Stützeinrich- tung (12).
16. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (2) ein oberes Behälterteil (2.1) und ein in Richtung der Längsachse (L) unterhalb des oberen Behälterteils (2.1) angeordnetes unteres Behälterteil (2.2) aufweist, wobei die erste Stüt- zeinrichtung (12) und die ggf. vorhandene zweite Stützeinrichtung (22) und die ggf. vorhandene dritte Stützeinrichtung (32) in dem unteren Behälterteil (2.2) angeordnet sind.
17. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Katalysatormodul (10) zur katalytischen Reduktion von in den Behälter (2) eingeleiteten und in einem Abgasstrom enthaltenen Stickoxiden unter Anwesenheit eines Reduktionsmittels konfiguriert ist und das zweite Katalysatormodul (20) zur katalytischen Oxidation von in dem ersten Katalysatormodul (10) nicht umgesetztem Reduktionsmittel und/oder in dem ersten Ka- talysatormodul (10) nicht vollständig oxidierten Reaktionsprodukten konfiguriert ist.
18. Anlage, in welcher ein mit Stickoxiden, vorzugsweise mit NO, und N:O0, belasteter Abgasstrom entsteht, mit einer Vorrichtung (1) zur katalytischen Reduktion der Stickoxide nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welcher der die Stickoxide enthaltende Abgasstrom zuleitbar ist, insbesondere wobei der die Stickoxide enthaltende Abgasstrom bei Eintritt in den Behälter (2) einen Druck von 1 bara bis 15 bara, bevorzugt 3 bara bis 12 bara und/oder eine Temperatur von
200°C bis 650°C, bevorzugt von 300°C bis 600°C, besonders bevorzugt von 300 °C bis 550°C aufweist.
19. Anlage nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage eine Anlage zur Herstel- lung oder Verarbeitung chemischer oder anderer Erzeugnisse ist, insbesondere eine Anlage zur Herstellung von Salpetersäure oder Caprolactam oder Adipinsäure oder Glyoxalsäure.
20. Anlage nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage eine Energieerzeugungs- anlage, insbesondere für Heiz- oder Antriebszwecke oder zur Stromerzeugung, ist.
21. Verfahren zur katalytischen Reduktion von Stickoxiden in einem Abgasstrom mit einer Vor- richtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei in den Behälter (2) mit dem Abgasstrom eingeleitete Stickoxide in dem ersten Katalysatormodul (10) unter Anwesenheit eines Reduktionsmittels katalytisch reduziert werden und wobei in dem ersten Katalysatormodul (10) nicht umgesetztes Reduktionsmittel und/oder in dem ersten Katalysatormodul (10) nicht vollständig oxidierte Reaktionsprodukte in dem zweiten Katalysatormodul (20) katalytisch oxidiert werden.
22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Raumgeschwindigkeit der ersten Reaktionsstufe (10) und eine zweite Raumgeschwindigkeit der zweiten Reaktions- stufe (20) derart eingestellt werden, dass ein Verhältnis der ersten Raumgeschwindigkeit zu der zweiten Raumgeschwindigkeit im Bereich von % bis 1/20, bevorzugt im Bereich von 1/3 bis 1/10, liegt.
23. Verfahren nach Anspruch 21 oder 22, wobei der die Stickoxide enthaltende Abgasstrom bei Eintritt in den Behälter einen Druck von 1 bara bis 15 bara, bevorzugt 3 bara bis 12 bara und/oder eine Temperatur von 200°C bis 650°C, bevorzugt von 300°C bis 600°C, besonders bevorzugt von 300 °C bis 550°C aufweist.
24. Verfahren zur Herstellung von Salpetersäure durch katalytische Oxidation von Ammoniak an einem Primärkatalysator und Umsetzung der dabei entstehenden NO,-Stickoxide in einem Ab- sorptionsturm zu Salpetersäure unter Entstehung von den Absorptionsturm verlassenden Abga- sen, wobei in den Abgasen enthaltene Stickoxide gemäß einem Verfahren nach einem der An- sprüche 21 bis 23 katalytisch reduziert werden.
25. Verfahren zur Herstellung von Salpetersäure unter Entstehung von Abgasen nach Anspruch 24, wobei das Verfahren einen Sekundärkatalysator zur N20-Zersetzung umfasst, welcher strom- abwärts des Primärkatalysators zur Oxidation von Ammoniak angeordnet ist.
26. Verfahren zur Herstellung von Salpetersäure unter Entstehung von Abgasen nach Anspruch 25, wobei der durch den Sekundärkatalysator zur N20-Zersetzung bewirkte N20-Abbau maximal 95%, vorzugsweise maximal 90%, insbesondere maximal 85% beträgt.
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