EP2986358A1 - Katalysatormodul mit katalysatorelementen - Google Patents

Katalysatormodul mit katalysatorelementen

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EP2986358A1
EP2986358A1 EP14723668.1A EP14723668A EP2986358A1 EP 2986358 A1 EP2986358 A1 EP 2986358A1 EP 14723668 A EP14723668 A EP 14723668A EP 2986358 A1 EP2986358 A1 EP 2986358A1
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catalyst
module
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flue gas
catalyst module
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Kurt OREBOVSKY
Michael AUMANN
Andreas Hartung
Thomas Krainer
Thomas Nagl
Gerhard PÖLZL
Mario Schweiger
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Ibiden Porzellanfabrik Frauenthal GmbH
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Ibiden Porzellanfabrik Frauenthal GmbH
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to a catalyst module with internals of catalyst elements.
  • SCR catalysts represent the state of the art for the de-icing of flue gases. This makes a significant contribution to the reduction of ground-level ozone, acid rain and the greenhouse effect. This technology is used in thermal power plants and waste incineration plants as well as in internal combustion engines and many industrial sectors.
  • catalysts are also used, for example, for the degradation of dioxins and furans, which has become particularly prevalent in waste incineration plants as a technical standard.
  • Catalyst elements are offered, for example, in the form of hollow extruded honeycomb bodies or in the form of carrier materials whose surface is provided with a catalytic layer and which are called plate catalysts. Further variants are, for example, catalysts in pellet form, zeolite catalysts in which the active layer is applied to a ceramic support by means of a washcoat process, and catalysts designed as wave-shaped plates.
  • the individual catalyst elements are packed in parallelepipedic catalyst modules (for example steel modules), which are referred to as catalyst layer in the composite. Seals are formed between the individual catalyst modules and between the catalyst modules and the wall of the reactor housing accommodating the modules provided to forcibly guide the flue gas stream through the cata ⁇ torieri.
  • parallelepipedic catalyst modules for example steel modules
  • a key performance parameter represents the einher- continuous pressure loss by the installation of the catalyst elements in the catalyst module.
  • the aim is to keep this unwanted ⁇ desired pressure drop as low as possible.
  • the pressure loss is influenced inter alia by the choice of the geometry of the catalyst elements.
  • the choice of geometry is subject to production-related and process-related limits.
  • the size of the SCR reactor also directly affects the pressure loss. There are limits to the freedom of design: on the one hand by on-site restrictions, in particular with later retrofitted SCR reactors, and on the other hand by economic considerations.
  • the object of the invention is to provide catalyst modules with the greatest possible catalytically active surface area for a given limited reactor cross-section while at the same time minimizing the pressure loss caused by the catalyst elements.
  • This object is achieved in that the inflow surface of the individual catalyst elements is greater than the flow inlet surface of the Kataly- satormoduls, wherein the module inlet surface of the main flow direction facing surface of the module side is defined, and wherein the catalyst elements are positioned in the catalyst module such that they are of the Direction of the inlet-side and / or the outlet-side flow direction are flowing through the flue gas deviating.
  • the catalyst elements are preferably provided, which are flowed through in parallel to the off ⁇ direction of the incident side and / or the exit-side flow direction of the flue gas.
  • At least one flue gas channel is arranged on the inlet side of the catalyst module, which leads the flue gas into the catalyst module, the module side facing the main flow direction being defined as the inlet side of the catalyst module.
  • At least one flue gas duct is arranged on the outlet side of the catalyst module, which leads the flue gas out of the catalyst module, wherein the module side remote from the main flow direction is defined as the outlet side of the catalyst module.
  • the per se conventional structure of a catalyst module 1 is determined by the fact that the flue gas stream S flows within the catalyst module 1 without deflecting the flow direction from the inlet side 1 'of the catalyst module 1 through the channels 3, 4 of the catalyst elements 2 to the outlet side 1 "of the catalyst module 1.
  • the catalyst elements 2 deviating from the previous practice with respect to the inlet side 1 'and / or the outlet side 1 "or the flow direction is repositioned in the catalyst module 1.
  • the flow through the catalyst elements 2 thus takes place in a respect to the the inlet-side and / or the outlet-side flow direction deviating direction, for example offset by 90 °.
  • the flue gas is passed from the inlet side 1 'of the catalyst module 1 via a plurality of openings and a plurality of channels 3 to the catalyst elements 2.
  • the catalyst elements 2 are arranged so that they are aligned with respect to the main flow direction S of the flue gas at the module inlet side 1 'offset by 90 °.
  • the flue gas opens again into a channel 4, via which the flue gas is led to the outlet side 1 "of the catalyst module 1.
  • the channels 3, 4 are open either to the inlet side 1 'or to the outlet side 1 "of the catalyst module 1, so that the flue gas stream S is forcibly passed through the catalyst elements 2.
  • the channels 3, 4 can optionally be a constant one, as in the example shown
  • the channels 3, 4 can also be optimized in terms of flow conditions by means of flow-improving internals.
  • the inlet side 1 'of the catalyst module 1 and the entry into the catalyst elements for example, statically relevant struts, load attachment points, walk-on gratings or the like, which can lead to a corresponding distance between the inlet side 1 'of the catalyst module 1 and the entry into the catalyst elements 2.

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Abstract

Katalysatormodul (1) mit Einbauten aus Katalysatorelementen (2), wobei die Anströmfläche der einzelnen Katalysatorelemente größer als die Strömungseintrittsfläche des Katalysatormoduls ist, wobei als Moduleintrittsfläche die der Hauptströmungsrichtung (S) zugewandte Fläche der Modulseite definiert ist, und wobei die Katalysatorelemente im Katalysatormodul derart positioniert sind, daß sie von der Richtung der eintrittsseitigen und/oder der austrittsseitigen Strömungsrichtung abweichend vom Rauchgas durchströmt werden.

Description

KATALYSATORMODUL MIT KATALYSATORELEMENTEN
Die Erfindung betrifft ein Katalysatormodul mit Einbauten aus Katalysatorelementen.
Stand der Technik
SCR-Katalysatoren stellen den Stand der Technik zur Ent- stickung von Rauchgasen dar. Damit wird ein wesentlicher Bei- trag zur Verminderung des bodennahen Ozons, des sauren Regens und des Treibhauseffektes geleistet. Diese Technologie wird in thermischen Kraftwerken und Müllverbrennungsanlagen genauso eingesetzt wie in Verbrennungskraftmaschinen und vielen industriellen Bereichen.
Neben der Reduktion von Stick ( stoff) oxiden werden Katalysatoren beispielsweise auch zum Abbau von Dioxinen und Furanen eingesetzt, was sich im besonderen bei Müllverbrennungsanlagen als technischer Standard durchgesetzt hat.
Katalysatorelemente werden beispielsweise in Form von ho- mögen extrudierten Wabenkörpern oder in Form von Trägerwerkstoffen, deren Oberfläche mit einer katalytischen Schicht versehen wird und die Plattenkatalysatoren genannt werden, angeboten. Weitere Ausführungsvarianten sind beispielsweise Katalysatoren in Pelletform, Zeolithkatalysatoren, bei denen die aktive Schicht auf einen keramischen Träger mittels Washcoat-Verfahren aufgebracht wird, sowie als wellenförmige Platten ausgeführte Katalysatoren .
Zum Einbau in SCR-Reaktoren werden die einzelnen Katalysatorelemente in parallelepipedische Katalysatormodule (bei- spielsweise Stahlmodule) gepackt, welche im Verbund als Katalysatorlage bezeichnet werden. Zwischen den einzelnen Katalysatormodulen sowie zwischen den Katalysatormodulen und der Wand des die Module aufnehmenden Reaktorgehäuses werden Dichtungen vorgesehen, um den Rauchgasstrom zwingend durch die Katalysa¬ torelemente zu führen.
Einen wesentlichen Leistungsparameter stellt der durch den Einbau der Katalysatorelemente in das Katalysatormodul einher- gehende Druckverlust dar. Es wird angestrebt, diesen uner¬ wünschten Druckverlust so gering wie möglich zu halten. Der Druckverlust wird unter anderem durch die Wahl der Geometrie der Katalysatorelemente beeinflußt. Der Geometriewahl sind allerdings fertigungsbedingte sowie prozeßbedingte Grenzen ge- setzt. Die Größe des SCR-Reaktors beeinflußt ebenfalls direkt den Druckverlust. Dem Gestaltungspielraum sind somit Grenzen gesetzt: einerseits durch bauseitige Einschränkungen, im besonderen bei später nachgerüsteten SCR-Reaktoren, andererseits durch ökonomische Überlegungen.
Aufgabe der Erfindung
Die Erfindungsaufgabe liegt in der Bereitstellung von Katalysatormodulen mit größtmöglicher, katalytisch aktiver Ober- fläche bei gegebenem beschränktem Reaktorquerschnitt unter gleichzeitiger Minimierung des durch die Katalysatorelemente verursachten Druckverlustes. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Anströmfläche der einzelnen Katalysatorelemente größer als die Strömungseintrittsfläche des Kataly- satormoduls ist, wobei als Moduleintrittsfläche die der Hauptströmungsrichtung zugewandte Fläche der Modulseite definiert ist, und wobei die Katalysatorelemente im Katalysatormodul derart positioniert sind, daß sie von der Richtung der eintritts- seitigen und/oder der austrittsseitigen Strömungsrichtung ab- weichend vom Rauchgas durchströmt werden.
Die Bereitstellung der erforderlichen Katalysatoroberfläche und des damit verbundenen Katalysatorvolumens wird somit durch die erfindungsgemäße Anordnung der Katalysatorelemente innerhalb der Katalysatormodule erzielt, was eine Vergrößerung der Tiefe der Katalysatormodule mit sich bringt. Der Querschnitt des SCR-Reaktors bleibt dabei unverändert.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform sind vorzugsweise auch Katalysatorelemente vorgesehen, welche parallel zur Aus¬ richtung der eintrittsseitigen und/oder der austrittsseitigen Strömungsrichtung vom Rauchgas durchströmt werden.
Vorzugsweise ist an der Eintrittsseite des Katalysatormoduls mindestens ein Rauchgaskanal angeordnet, der das Rauch- gas in das Katalysatormodul führt, wobei als Eintrittsseite des Katalysatormoduls die der Hauptströmungsrichtung zugewandte Modulseite definiert ist.
Nach einem weiteren Erfindungsmerkmal ist an der Austrittsseite des Katalysatormoduls mindestens ein Rauchgaskanal angeordnet, der das Rauchgas aus dem Katalysatormodul führt, wobei als Austrittsseite des Katalysatormoduls die der Hauptströmungsrichtung abgewandte Modulseite definiert ist.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert, die einen Schnitt durch ein Kataly- satormodul gemäß der Erfindung zeigt.
Der an sich konventionelle Aufbau eines Katalysatormoduls 1 ist dadurch bestimmt, daß der Rauchgasstrom S innerhalb des Katalysatormoduls 1 ohne Umlenkung der Strömungsrichtung von der Eintrittsseite 1' des Katalysatormoduls 1 durch die Kanäle 3, 4 der Katalysatorelemente 2 zur Austrittsseite 1" des Katalysatormoduls 1 strömt.
Bei dem in der Zeichnung dargestellten erfindungsgemäßen Aufbau des Katalysatormoduls 1, der im Wesentlichen als geschlossener parallelepipedischer Körper mit rechteckigen Sei- tenflächen ausgebildet ist, werden die Katalysatorelemente 2 abweichend von der bisherigen Praxis bezüglich der Eintrittsseite 1' und/oder der Austrittsseite 1" bzw. der Strömungsrichtung im Katalysatormodul 1 neu positioniert. Die Durchströmung der Katalysatorelemente 2 erfolgt somit in einer bezüglich der eintrittsseitigen und/oder der austrittsseitigen Strömungsrichtung abweichenden Richtung, beispielsweise um 90° versetzt. Durch diese besondere Anordnung der Katalysatorelemente 2 innerhalb des Katalysatormoduls 1 ergibt sich die Möglichkeit, den bestehenden Querschnitt der Reaktoranlage in der Tiefe zu nützen . Dadurch erreicht man eine nahezu beliebige Skalierbarkeit .
Das Rauchgas wird von der Eintrittsseite 1' des Katalysatormoduls 1 über mehrere Öffnungen und mehrere Kanäle 3 zu den Katalysatorelementen 2 geleitet. Die Katalysatorelemente 2 sind so angeordnet, daß sie gegenüber der HauptStrömungsrichtung S des Rauchgases an der Moduleintrittsseite 1' um 90° versetzt ausgerichtet sind. An der Austrittsseite jedes Katalysatorelementes 2 mündet das Rauchgas wieder in einen Kanal 4, über wel- chen das Rauchgas zur Austrittsseite 1" des Katalysatormoduls 1 geleitet wird.
Die Kanäle 3, 4 sind entweder zur Eintrittsseite 1' oder zur Äustrittsseite 1" des Katalysatormoduls 1 geöffnet, so daß der Rauchgasstrom S zwingend durch die Katalysatorelemente 2 geleitet wird. Die Kanäle 3, 4 können wahlweise wie beim gezeigten Beispiel einen gleichbleibenden, einen sich verringernden oder einen sich erweiternden Querschnittsverlauf aufweisen. Die Kanäle 3, 4 können auch durch strömungverbessernde Einbauten hinsichtlich der Strömungsverhältnisse optimiert gestaltet werden.
Im Unterschied dazu erfolgt bei dem konventionellen Aufbau der Katalysatormodule 1 die Zufuhr des Rauchgasstroms S in die Katalysatorelemente 2 direkt an der Eintrittsseite 1' des Katalysatormoduls 1, weil die Katalysatorelemente 2 üblicherweise direkt an der Eintrittsseite 1' der Katalysatormodule 1 angeordnet sind. In manchen Ausführungsvarianten sind zwischen der Eintrittsseite 1' des Katalysatormoduls 1 und dem Eintritt in die Katalysatorelemente 2 beispielsweise statisch relevante Verstrebungen, Lastanschlagspunkte, begehbare Gitterroste oder dergleichen mehr angebracht, was zu einem dementsprechenden Abstand zwischen der Eintrittsseite 1' des Katalysatormoduls 1 und dem Eintritt in die Katalysatorelemente 2 führen kann.
Der vorstehend beschriebene Erfindungsgegenstand kann bei- spielsweise eingesetzt werden zur:
• Verringerung des katalysatorbedingten Druckverlustes bei gleichbleibendem Reaktorguerschnitt .
* Verringerung des katalysatorbedingten Druckverlustes bei gleichzeitig verkleinertem Reaktorquerschnitt.
· Beibehaltung des katalysatorbedingten Druckverlustes bei verkleinertem Reaktorquerschnitt.
Es versteht sich, daß das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel im Rahmen des Erfindungsgedankens verschiedentlich abgewandelt werden kann, insbesondere was die Lage der Ka- talysatorelemente im Katalysatormodul betrifft.

Claims

Patentansprüche :
1. Katalysatormodul mit Einbauten aus Katalysatorelementen, dadurch gekennzeichnet, daß die Anströmfläche der einzel- nen Katalysatorelemente (2) größer als die Strömungseintrittsfläche des Katalysatormoduls (1) ist, wobei als Moduleintrittsfläche die der Hauptströmungsrichtung (S) zugewandte Fläche der Modulseite definiert ist, und wobei die Katalysatorelemente (2) im Katalysatormodul (1) derart positioniert sind, daß sie von der Richtung der eintrittsseitigen und/oder der austrittsseiti- gen Strömungsrichtung abweichend vom Rauchgas durchströmt werden .
2. Katalysatormodul, dadurch gekennzeichnet, daß vorzugsweise auch Katalysatorelemente (2) vorgesehen sind, welche parallel zur Ausrichtung der eintrittsseitigen und/oder der austrittsseitigen Strömungsrichtung vom Rauchgas durchströmt werden .
3. Katalysatormodul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an der Eintrittsseite (Ι') des Katalysatormo- duls (1) mindestens ein Rauchgaskanal (3) angeordnet ist, der das Rauchgas in das Katalysatormodul (1) führt, wobei als Eintrittsseite (l1) des Katalysatormoduls (1) die der Hauptströmungsrichtung (S) zugewandte Modulseite definiert ist.
4. Katalysatormodul nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an der Austrittsseite (1") des Katalysatormoduls (1) mindestens ein Rauchgaskanal (4) angeordnet ist, der das Rauchgas aus dem Katalysatormodul (1) führt, wobei als Austrittsseite (1") des Katalysatormoduls (1) die der Hauptströmungsrichtung (S) abgewandte Modulseite definiert ist.
EP14723668.1A 2013-04-15 2014-04-14 Katalysatormodul mit katalysatorelementen Withdrawn EP2986358A1 (de)

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ATA306/2013A AT514228B1 (de) 2013-04-15 2013-04-15 Katalysatormodul
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