WO2010086085A2 - Verfahren zum betreiben einer oxidationsanlage sowie oxidationsanlage - Google Patents

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    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G7/00—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals
    • F23G7/06—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of waste gases or noxious gases, e.g. exhaust gases
    • F23G7/061—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of waste gases or noxious gases, e.g. exhaust gases with supplementary heating
    • F23G7/065—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of waste gases or noxious gases, e.g. exhaust gases with supplementary heating using gaseous or liquid fuel
    • F23G7/066—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of waste gases or noxious gases, e.g. exhaust gases with supplementary heating using gaseous or liquid fuel preheating the waste gas by the heat of the combustion, e.g. recuperation type incinerator
    • F23G7/068—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of waste gases or noxious gases, e.g. exhaust gases with supplementary heating using gaseous or liquid fuel preheating the waste gas by the heat of the combustion, e.g. recuperation type incinerator using regenerative heat recovery means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23M—CASINGS, LININGS, WALLS OR DOORS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION CHAMBERS, e.g. FIREBRIDGES; DEVICES FOR DEFLECTING AIR, FLAMES OR COMBUSTION PRODUCTS IN COMBUSTION CHAMBERS; SAFETY ARRANGEMENTS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION APPARATUS; DETAILS OF COMBUSTION CHAMBERS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F23M2900/00—Special features of, or arrangements for combustion chambers
    • F23M2900/13002—Energy recovery by heat storage elements arranged in the combustion chamber

Definitions

  • the invention relates to a method for operating an oxidation Anläge, with a planned average heat input by means of a present in varying concentrations of reactant, wherein the heat input a desired heat profile in at least one heat bed of a heat exchanger is maintained.
  • the invention further relates to an oxidation plant.
  • Such a method can be used, for example, for operating a thermal-regenerative exhaust air purification system that represents the oxidation system.
  • it serves to remove hydrocarbons, ie reactants, from exhaust air of a preceding process by oxidation, in particular total oxidation.
  • oxidation of the exhaust gas resulting exhaust gases can subsequently the cleaning system as pure gas, ie without reactants, are discharged into the environment.
  • the raw gas supplied to the exhaust-air purification plant that is to say air contaminated with the hydrocarbons, can have a time-varying concentration of the hydrocarbons. This means that the exhaust air supplied to the exhaust air purification system may contain different proportions of the reactant at different times.
  • the heat exchanger is provided. This results in the combustion of the hydrocarbons resulting heat of the exhaust air, so that it already has a temperature when entering a reaction or combustion chamber of the exhaust air purification system, which is higher than the outlet temperature of the exhaust air.
  • the heat exchanger has a plurality of heat beds, which can be operated alternately in different operating modes, namely raw gas operation, clean gas operation and rinsing operation. In raw gas operation, the polluted exhaust air is passed through the heat bed, the heated bed was previously heated by passing, hot clean gas.
  • the hot, coming from the combustion chamber clean gas is passed through the appropriate heat bed, so that it is heated, then to make the crude gas operation, the oxidation of the hydrocarbons or the reactant can.
  • a warming bed is operated to ensure that no raw gas escapes into the environment when a bed of heat passes from the raw gas mode to the clean gas mode, ie it must be ensured that no raw gas is left in the bed.
  • pure gas originating from the combustion chamber of the exhaust air purification plant is passed through the heat bed to be rinsed and returned to the raw gas stream. In this way, with a sufficient dimensioning of the heat bed, an autothermal operation of the exhaust air purification system can be ensured.
  • the heat bed In order to achieve oxidation even at low concentrations, ie concentrations below the average concentration of the reactant present, the heat bed must be dimensioned to a design concentration at which the autothermal operation is to be carried out. This means that the lower the expected average concentration of the reactant, the larger the heat-bed must be, in order to supply sufficient heat of the exhaust gas of the exhaust air or the reactant. However, the larger the size of the heat bed, the greater the temperature drop over it. The exhaust gas temperature drops from the high temperature to a low temperature via the heat bed.
  • a method for operating an oxidation system having the features of claim 1.
  • a, in particular directly to a combustion chamber of the oxidation system coupled for charging, heat accumulator is provided which serves to absorb heat surplus and / or release of heat, in particular in the case of a below-average heat input.
  • An oxidation system serves, for example, to purify a pollutant having raw gas, ie a gas which has the reactant, so that no negative influences of the reactant on an environment of the oxidation system occur. This is achieved by subjecting the crude gas to temperature so that the reactant reacts completely or oxidizes.
  • the reactant may thus be a fuel.
  • the heat exchanger To increase the efficiency of the oxidation system of the heat exchanger is provided with which heat the exhaust gas of the oxidation plant is introduced into this supplied raw gas. In this case, a re-heating of 95% is possible, that is, 95% of the heat contained in the exhaust gas of the oxidation system can be returned to the raw gas.
  • the heat accumulator is provided. This serves to absorb heat surplus, ie heat that can not be converted in the heat exchanger. Excess heat is present, for example, if the concentration of the present reaction substance is above the design concentration of the oxidation plant.
  • the method can be used to operate a thermally regenerative exhaust air purification system in which exhaust air charged with a time-varying amount of pollutants is passed through the heat exchanger for heating by the heat exchanger and then to the oxidation of the pollutants. Above and at the design concentration is a self-sustaining operation of the exhaust air purification system feasible.
  • the heat accumulator can be supplied with heat at a concentration that is greater than the design concentration, and at a smaller concentration heat for continuous self-sustained operation of the oxidation system are returned to the combustion chamber.
  • the heat accumulator is arranged, for example, fluidically parallel to the heat exchanger.
  • the described procedure can be used not only to operate the oxidation plant but also to design it.
  • the design is thus provided so that the heat accumulator absorb heat surplus and / or heat, in particular in the case of below-average heat input, ben again ben.
  • the oxidation plant can be designed so that an autothermal operation over a wide concentration range can be provided.
  • the design concentration of the system can be selected to be higher.
  • the method can also be applied to a generic thermal installation.
  • a sufficiently large heat storage can be temporarily stored and, if necessary, ie with a time delay, released again.
  • This heat supply can be used both for discharging the heat required for a reaction, as well as for ensuring a continuous operation of another system which is connected to the oxidation system.
  • a continuous heat release of the heat accumulator can be provided, so not only in the presence of below-average heat input. This is especially true in the case of a stationary operation of the oxidation system in which the heat accumulator continuously supplied heat and withdrawn.
  • the heat storage can be connected directly to the reaction chamber or the combustion chamber of the system. That means, that the exhaust gas of the system is tapped for the heat storage before it passes through the heat exchanger.
  • the heat exchanger is provided fluidically parallel to the heat storage. In this way, the heat storage fluid supplied to a high temperature level.
  • an adapted dimensioning of the heat bed can be provided.
  • the heat bed is sized smaller than would be necessary for an autothermal reaction at a low concentration of the reactant. So there is a Unterdimensionleiter of the heat bed, the design concentration of the system is thus selected higher. This means that in a conventional oxidation system, a reaction of the reactant would be possible only with the introduction of additional fuel, if the concentration temporarily falls below the design concentration of the plant. This is prevented by the provision of the heat accumulator. As described above, heat is released therefrom, especially if the below-average heat input is present. Thus, even at a concentration that is below the design concentration of the system, operation of the system can be ensured.
  • a development of the invention provides that the system emits heat stored in the heat accumulator to at least one other system. In order to use the heat energy stored in the heat storage, this is delivered to another facility. Of particular importance in this case is the arrangement of the heat accumulator. While plants are known from the prior art, which provide heat storage in the other plant, the heat storage is included here in the oxidation system and arranged in this way between the combustion chamber and the other system. In this way, it is possible to increase the efficiency of the overall process, including both the oxidation plant and the at least one further plant. It can also be provided that the heat stored in the heat accumulator is released to the further system.
  • the concentration of the reaction substance falls below the design concentration of the oxidation system, so that only a below-average heat input is present.
  • the heat stored in the heat accumulator can ensure both the reaction of the reactant and the reliable and continuous operation of the further system.
  • the heat accumulator absorbs the heat surplus and delivers exclusively to the operation of the further system, while the reaction of the reactant is maintained, for example, with the introduction of additional fuel.
  • a development of the invention provides that the temperature of a further system for the heat dissipation of supplied fluid is controlled and / or regulated. Before the heat energy generated in the oxidation system or stored in the heat storage is supplied to the fluid of the further system, the temperature present must be adapted. For example, adjusting the temperature to a design temperature of the other system. In particular, an over-temperature should be avoided, which can lead to damage to the other system. The adaptation takes place, for example, by mixing in cold fluid.
  • a development of the invention provides that a further heat exchanger, a heater, a production device, a refrigerating machine or an energy converter device is used as a further system.
  • the further heat exchanger may be part of a secondary circuit, the heat of the exhaust gas of the oxidation plant is supplied.
  • the further heat exchanger the heat is transferred to a fluid (for example thermal oil, steam or water) of the secondary circuit, in which a further transport of the heat takes place to a place of use.
  • the secondary circuit may cooperate with a heater or a production device. This is called indirect heat use.
  • the heating or the production device can also represent the other system and be directly charged with the heat (direct heat use). This can be provided, for example, for operating a hot-air dryer.
  • the other system is a chiller, in particular an absorption chiller, then a this fluid flowing through be brought to a lower temperature.
  • the heat energy can also be used when using an energy converter device as a further system for generating, for example, electrical or mechanical energy.
  • a gas or steam turbine or a fuel cell can be used.
  • the peculiarity of the oxidation system is that the heat accumulator is provided between the combustion chamber and the further system, that is, not initially a heat exchange to a lower temperature is performed and only then the heat is stored.
  • a further development of the invention provides that a reaction of the reaction substance in the heat bed and / or the combustion chamber takes place, wherein by means of the heat exchanger the reactant supplied to the heat bed and / or the combustion chamber is heated with heat from exhaust gas flowing out of the combustion chamber.
  • the reaction of the reactant proceeds as soon as it has reached a sufficiently high temperature. This may already be the case when passing through the heat bed, so that the reaction can already take place in the heat bed.
  • the combustion chamber is provided for the reaction of the reactant.
  • a burner is arranged, which generates a permanent flame.
  • a support temperature is generated or the reactant warmed up by passing through the heat bed is ignited.
  • the heat exchanger serves to extract heat from the exhaust gas flowing out of the combustion chamber and to supply it to the reactant or the exhaust air.
  • the heating bed or the combustion chamber supplied reactant is heated, creating a Reaction of the reactant in the heat bed or the combustion chamber is made possible.
  • a development of the invention provides that at least a portion of the exhaust gas is used in addition to heating the heat accumulator.
  • the resulting in the combustion chamber exhaust gas, in which the reactant is already completely oxidized, is used both for a heat exchange process between the exhaust gas and the non-oxidized or spent reactant as well as for heating the heat accumulator.
  • the heating is carried out in particular when the concentration of the reaction substance exceeds the design concentration of the oxidation system and thus there is excess heat.
  • a development of the invention provides that the heat accumulator is heated to almost the highest temperature present in the oxidation system.
  • the present or the highest temperature present in the reaction of the reactant should also be available in the heat accumulator. This is therefore heated at least almost to this highest temperature.
  • unloading the heat accumulator for releasing heat to maintain the heat profile or to operate the other system is therefore essentially this high temperature available.
  • a further development of the invention provides that a long-term heat store is used as the heat store.
  • the heat storage can hold the stored heat for a longer period of time, for example up to several days. It is It is advantageous if a resulting during heating of the heat storage temperature stratification in the heat storage is maintained as long as possible, so no equalization of the temperature takes place in the heat storage.
  • a temperature which corresponds to a mean temperature of the heat accumulator is used as the heat store.
  • An advantageous embodiment of the invention provides that at a concentration which is below a minimum concentration, additional fuel is introduced into the combustion chamber and / or the heat bed. If the concentration of the reactant present is too low, ie if it is below the design concentration, the system can only be operated with the introduction of heat. This means that either heat must be released from the heat storage or additional fuel must be introduced into the system. If the minimum concentration, which is less than the design concentration, is also less than that, then this is the case only the introduction of fuel provided. The introduction can take place in the combustion chamber and / or the heat bed. In this way, a complete oxidation of the reactant is ensured even when falling below the minimum concentration. It can also be provided to dynamically adapt the minimum concentration of the oxidation system during operation. Thus, it may be advantageous to lower the minimum concentration at least temporarily to zero in order to ensure the reaction of the reactant only by heat from the heat storage. This can be done, for example, with a high amount of stored heat.
  • an autothermal operation is carried out with the release of heat from the heat accumulator into the heat bed and / or the combustion chamber. If the concentration of the reactant therefore lies between the minimum concentration and the design concentration of the system, autothermal operation of the system is nevertheless to be enabled, although this is not possible with below-average heat input in systems known from the prior art, since the concentration is less than the design concentration , For this purpose, heat is released from the heat storage. This can be done both in the warm bed and in the combustion chamber. By transferring the heat into the heat bed and / or the combustion chamber, the reactant is brought to the temperature required for its reaction, so that it can proceed without further ado.
  • the temperature of the reactant can not be brought to the necessary temperature by means of the heat exchanger.
  • the desired heat profile should be maintained in the heat bed of the heat exchanger.
  • the minimum concentration can also be variably provided and, in particular, can be lowered to zero.
  • the heat surplus is present at a concentration which is above a design concentration.
  • the oxidation system is designed for the presence of a specific concentration, the design concentration. In this the autothermal operation is feasible. This means that from a concentration greater than this design concentration, more heat is introduced into the system, as can be recycled through the heat exchanger. In this case, therefore, there is the excess heat that can be used to load the heat accumulator.
  • the reactant is a pollutant, in particular volatile hydrocarbon.
  • the reactant must therefore not be discharged untreated into an environment of the system. It is therefore intended to carry out a reaction of the reactant in the system, in particular to oxidize it, so that no negative effects on the environment are exerted.
  • the pollutant may be, for example, a volatile hydrocarbon such as is found in many processing industries, in particular paint processing industries.
  • An advantageous embodiment of the invention provides that a bed and / or at least one molding element as a heat bed is used, in particular, a ceramic material is provided. It can be provided to assemble the heat bed from at least one molding element, for example a honeycomb, which advantageously consists of ceramic. Al- ternative to the mold element and a bed is possible.
  • the thermal bed may consist partly or entirely of a ceramic material.
  • the ceramic material is highly heat resistant and has a low coefficient of expansion. This means that with varying temperature exposure of the heat bed no strong expansion or contraction of the material occurs. Therefore, with a ceramic heat bed, both the design of the system can be simplified, and their life, due to the high temperature resistance of the ceramic material can be increased.
  • the invention further relates to an oxidation plant, in particular thermal-regenerative exhaust air purification system, preferably for carrying out the method described above, with an intended average heat input by means of a present in varying concentration reactant, wherein the heat input a desired heat profile is maintained in at least one heat bed of a heat exchanger.
  • a heat accumulator in particular directly coupled to a combustion chamber of the oxidation system for charging, is provided, which serves to absorb excess heat and / or to give off heat, in particular in the case of a below-average heat input.
  • the above statements are also applicable.
  • At least two heat beds are provided, wherein at least one first heat bed in front of a combustion chamber and at least one second heat bed are arranged after a combustion chamber.
  • the heat exchanger thus has at least two heat beds, wherein a first fluidically provided before the combustion chamber and a second fluidically after this.
  • an alternating flow through the heat beds is provided.
  • the respective heat bed is heated, whereas heat is given off to the latter during the passage through the reaction material, whereby the heating bed cools down.
  • the reaction of the reaction substance can take place both in the combustion chamber and in the heat bed arranged in front of the combustion chamber.
  • the heat accumulator is arranged substantially parallel to the second heat bed and in particular connected to the combustion chamber.
  • the heat storage is thus fluidly operated in parallel to the heat bed. This means that an inlet of the heat accumulator also at the same time an inlet of the heat bed and an outlet of the heat accumulator can simultaneously be an outlet of the heat bed or these are fluidically connected to each other.
  • the heat storage can therefore be connected as well as the second heat bed directly to the combustion chamber.
  • a further system is connected to an exhaust gas connection of the system.
  • the exhaust port can be in fluid communication both with the heat storage and with the second heat bed.
  • the exhaust connection can therefore be fed by means of the heat storage but also by means of the second heat bed with heat, which is passed on to the other system. In this way, with the heat that is generated in the oxidation system, the other system can be operated and the heat can be used effectively.
  • FIG. 1 shows a schematic view of a thermal-regenerative exhaust-air purification system in a first operating mode
  • Figure 3 shows a first variant of the exhaust air purification system with heat storage and bypass device
  • FIG. 1 shows an oxidation system 1 in the form of an exhaust air purification system 1 ', which has a heat exchanger 2 in the form of three heat beds 3, 4 and 5, which are equipped for example with ceramic honeycomb bodies.
  • the oxidation system 1 is used to clean with volatile hydrocarbons or the reaction substance contaminated exhaust air K, which is raw gas.
  • the exhaust air K should therefore be freed from the hydrocarbons.
  • it is passed through one of the heat beds 3, 4 or 5.
  • FIG. 1 shows how the exhaust air K is passed through the thermal bed 4.
  • the heat bed 4 is preheated to a high temperature, for example 800 0 C. Subsequently, the exhaust air K enters a combustion chamber 6 of the exhaust air purification system 1 '.
  • a burner 7 is arranged, which can produce a flame 8.
  • the burner 7 is intended to generate a support temperature in the combustion chamber 6.
  • the hydrocarbons are oxidized, so that from the raw gas containing hydrocarbons, pure gas is, which has only oxidized, that is burned, hydrocarbons.
  • the oxidation can take place both in the heat blanket 4 and only in the combustion chamber 6.
  • the clean gas present in the combustion chamber 6 is then passed through the heat bath 5 in order to heat it up. Subsequently, the clean gas is discharged in accordance with the flow path 9 into an environment or outside atmosphere of the exhaust air purification system 1 '.
  • FIG. 3 shows a first variant of the exhaust air purification system 1 'in an operating mode in which the raw gas or exhaust air K first passes through the heat bed 4, enters the combustion chamber 6 and then passes through the heat bed 3.
  • a heat accumulator 11 is provided, which is bypassable by means of a bypass device 12, which is shown here as a control or controllable valve.
  • the clean gas can thus from the combustion chamber 6 both through the heat bed 3 (flow path 9 ') and through the heat storage 11 (flow path 13) or past the heat storage 11 by the bypass device 12 (flow path 14) stream.
  • a device may also be provided, by means of which the inflow from the combustion chamber 6 to the heat accumulator 11 is interrupted immediately.
  • the clean gas is discharged either along the flow path 15 in the vicinity of the exhaust air purification system 1, or the pure gas flowing through the heat exchanger 11 or the bypass device 12 as indicated by the flow path 16, fed to another system 17.
  • the clean gas flowing along the flow paths 13 and / or 14 can also be combined at one or several points with the clean gas which flows along the flow path 9 '.
  • the exhaust air purification system 1 ' has not shown fans and / or control flaps, with which the fluid (clean gas and / or raw gas) within the exhaust air purification system 1' can be moved.
  • Different flow paths can be set via the flow flaps-for example, individual flow paths can be blocked-while the fans serve to transport the fluid.
  • Heat storage 11, the thermal bed 3 or the bypass device 12 or only the heat bed 3 has passed through.
  • the clean gas in addition to or as an alternative to the heat bed 3, the heat bed. 5 flows through.
  • the thermal bed 5 is also fluidly connected to the exhaust gas stream according to the flow path 9 1 .
  • the bypass device 12 is a so-called bypass. With this, the clean gas or exhaust gas, bypassing the heat accumulator 11, for example, be discharged directly from the combustion chamber 6 in the environment of the system or to the further system 17.
  • the bypass device 12 can be controlled or regulated as a function of the temperature of the heat accumulator 11. In particular, the clean gas should be guided around it when a maximum temperature of the heat accumulator 11 is exceeded. This means that no overheating of the heat accumulator 11 can occur or that a loading of the heat accumulator 11 is interrupted as soon as the maximum temperature occurs or is detected in this.
  • Exhaust air purification systems 1 'known from the prior art are designed such that, given a concentration of the reaction substance which reaches at least one design concentration, an autothermal operation of the exhaust air purification system 1' can be carried out.
  • the heat sinks 3, 4 and 5 must be dimensioned sufficiently large to allow the highest possible amount of heat from the exhaust gas or clean gas emitted from the combustion chamber 6 to the reaction chamber. supply raw material containing raw material, and in this way to increase its temperature as much as possible. It follows that the smaller the design concentration at which the exhaust air purification system V is operable, the larger the heat beds 3, 4 and 5 must be dimensioned.
  • the exhaust air purification system 1 'shown in FIG. 3 now has undersized heat beds 3, 4 and 5. This means that the heat sinks 3, 4 and 5 are made smaller than an autothermal operation requires at a design concentration. Instead, the exhaust air purification system 1 'is designed for a design concentration which is higher than a minimum concentration. Below the minimum concentration of additional fuel is added, at a concentration that is between minimum concentration and design concentration, however, heat is removed from the heat accumulator 11 to continuously continue the oxidation of the reactant. By contrast, in the systems known from the prior art, the design concentration essentially corresponds to the minimum concentration.
  • the concentration of the reactant falls below the design concentration, that by means of the heat exchanger 2, the reagent or the raw gas can not be brought to a temperature which is necessary for the oxidation of the reactant.
  • the heat storage 11 is now provided to give off heat in the case of below-average heat input, in particular in the combustion chamber 6 and / or in the heat bed 3, to further allow a continuous reaction of the reactant without additional fuel through the burner 7 in the combustion chamber. 6 or in the To introduce heat sinks 3, 4 or 5. This means that when the heat input is below average, the heat stored in the heat accumulator 11 is used to increase the temperature of the raw gas, that is to say of the reactant.
  • the following modes of operation of the exhaust air purification system V are shown: At a concentration of the reaction substance below the minimum concentration of the exhaust air cleaning system V or the combustion chamber 6 and / or the heat beds 3, 4 and / or 5 additional fuel is supplied to allow oxidation of the reactant , At a concentration which is greater than or equal to the minimum concentration but less than the design concentration, heat stored in the heat accumulator 11 is returned to the combustion chamber 6 or one or more of the heat beds 3, 4 and 5, respectively. If the concentration corresponds to the design concentration, then the exhaust air purification system 1 'is in the autothermal operation, which means that neither additional fuel nor heat from the heat accumulator 11 must be supplied.
  • the concentration is higher than the design concentration, more heat is formed by the oxidation of the reaction substance than can be reacted with the aid of the heat exchanger 2. It creates a heat surplus.
  • This heat surplus can be absorbed by the heat accumulator 11 and stored for later use. This means that at least part of the exhaust gas or of the clean gas from the combustion chamber 6 is used for heating the heat accumulator 11. If the heat accumulator 11 is completely loaded or if a temperature of the heat accumulator 11 exceeds a maximum temperature, then the heat accumulator 11 can be relieved by means of a bypass device 12 by relating the exhaust gas. hies the clean gas is guided around the heat storage 11. So there is no further loading of the heat storage 11th
  • the design of the exhaust air purification system 1 ' is such that the heat sinks 3, 4 and 5 are undersized. While in a known exhaust air purification system Y, for example, an autothermal operation is provided at a concentration of 1, 1 g / m 3 , for which heat beds 3, 4 and 5 are necessary with a height of 2.0 m, according to the invention is a design of the exhaust air purification system Y on a Design concentration of 3 g / m 3 . In this way, heat beds 3, 4 and 5 with a height of, for example, 1, 5 m are sufficient. So far, only an optimization of the running in the exhaust air purification system Y process.
  • both the exhaust air purification system 1 'and the other system 17 can be operated with high efficiency and the lowest possible energy costs.
  • FIG. 4 shows a further variant of the exhaust-air purification system Y.
  • the further system 17 is a production device 18 which is fed directly, ie directly, with waste gas from the exhaust air purification system 1 ', as indicated by the flow path 16.
  • the production device 18 consists of three hot air dryers 19, which are acted upon in parallel with the exhaust gas. After passing through the hot air dryer 19, the exhaust gas can again be contaminated with solvents or hydrocarbons. It will therefore, as by the Flow path 20 indicated again as exhaust air K of the exhaust air purification system 1 'fed to be cleaned there again.
  • a further heat exchanger 21 may be provided, which is arranged, for example, in terms of flow technology parallel to the heat accumulator 11.
  • the heat exchanger 21 can be switched through in parallel to the heat storage 11 of exhaust gas from the combustion chamber 6.
  • a secondary circuit 22 associated fluid for example, thermal oil, steam or the like
  • a further system (not shown here) are supplied.
  • this fluid can be supplied.
  • This fluid passes through the heat accumulator 11 in the direction of the combustion chamber 6 and thereby heats up, advantageously to a temperature which corresponds almost to the maximum temperature used when loading the heat accumulator 11.
  • the heated fluid can now optionally the combustion chamber 6, the heat exchanger 21 and / or the other system 17 are supplied. In this way, both the reaction of the reactant in the combustion chamber 6 can be maintained, as well as the secondary circuit 22 by means of the heat exchanger 21 and the further system 17 further heat are supplied.
  • the heated fluid must be brought to a temperature which is suitable for the operation of the further system 17. This can be done by the fluid is first passed through the heat exchanger 21, wherein the fluid withdrawn heat and thus it is brought to a lower temperature. Alternatively, however, it is also possible to displace the heated fluid with cooler fluid and thus adjust its temperature so that it can be supplied to the further system 17. In this way, the further system 17 can be continuously supplied with heat, should the amount of heat generated in the exhaust air purification system V be insufficient.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Oxidationsanlage (1), mit einem vorgesehenen durchschnittlichen Wärmeeintrag mittels eines in wechselnder Konzentration vorliegenden Reaktionsstoffes, wobei durch den Wärmeeintrag ein gewünschtes Wärmeprofil in mindestens einem Wärmebett (3,4,5) eines Wärmetauschers (2) aufrechterhalten wird. Dabei ist ein, insbesondere unmittelbar an eine Brennkammer (6) der Oxidationsanlage (1) zum Aufladen gekoppelter, Wärmespeicher (11) zur Aufnahme von Wärmeüberschuss und/oder Abgabe von Wärme, insbesondere im Falle eines unterdurchschnittlichen Wärmeeintrags vorgesehen. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Oxidationsanlage (1).

Description

Verfahren zum Betreiben einer Oxidationsanlage sowie Oxidationsanlaqe
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Oxidations- anläge, mit einem vorgesehenen durchschnittlichen Wärmeeintrag mittels eines in wechselnder Konzentration vorliegenden Reaktionsstoffes, wobei durch den Wärmeeintrag ein gewünschtes Wärmeprofil in mindestens einem Wärmebett eines Wärmetauschers aufrechterhalten wird. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Oxidationsanlage.
Verfahren der eingangs genannten Art sind bekannt. Ein solches Verfahren kann beispielsweise zum Betreiben einer die Oxidationsanlage darstellenden thermisch-regenerativen Abluftreinigungsanlage eingesetzt werden. In diesem Anwendungsfall dient es dazu, Kohlenwasserstoffe, also Reaktionsstoffe, aus Abluft eines vorge- schalteten Prozesses durch Oxidation, insbesondere Totaloxidation, zu entfernen. Durch die Oxidation der Abluft entstehende Abgase können nachfolgend der Reinigungsanlage als Reingas, also ohne Reaktionsstoffe, in die Umgebung abgegeben werden. Das der Abluftreinigungsanlage zugeführte Rohgas, also mit den Kohlenwas- serstoffen verunreinigte Luft, kann eine zeitlich variierende Konzentration der Kohlenwasserstoffe aufweisen. Das bedeutet, dass die der Abluftreinigungsanlage zugeführte Abluft zu verschiedenen Zeitpunkten verschiedene Anteile des Reaktionsstoffes enthalten kann. Da die Oxidation der Kohlenwasserstoffe erst ab einer bestimmten Re- aktionstemperatur in der Abluftreinigungsanlage auftritt, muss diese Temperatur in der Anlage erzeugt und aufrechterhalten werden. Vorteilhafterweise entsteht bei der Oxidation der Kohlenwasserstoffe ein Wärmeeintrag in die Anlage, aufgrund welchem die notwendige Temperatur in der Anlage vorliegt. Dies ist jedoch erst ab einer Kon- zentration, die größer als eine Auslegungskonzentration ist, der Fall. Unterhalb der Auslegungskonzentration muss der Abgasreinigungsanlage zusätzlicher Brennstoff zugeführt werden, um die in der Abluft enthaltenen Schadstoffe, also Kohlenwasserstoffe, zuverlässig und vollständig zu oxidieren beziehungsweise zu verbrennen.
Um den Wirkungsgrad der Abluftreinigungsanlage zu erhöhen, ist der Wärmetauscher vorgesehen. Dieser führt bei der Verbrennung der Kohlenwasserstoffe entstehende Wärme der Abluft zu, sodass diese bereits bei einem Eintreten in eine Reaktions- beziehungswei- se Brennkammer der Abluftreinigungsanlage eine Temperatur aufweist, die höher ist als die Ausgangstemperatur der Abluft. Der Wärmetauscher weist insbesondere mehrere Wärmebetten auf, die abwechselnd in verschiedenen Betriebsarten, nämlich Rohgasbetrieb, Reingasbetrieb und Spülbetrieb betrieben werden können. Im Rohgasbetrieb wird die belastete Abluft durch das Wärmebett hindurchgeleitet, wobei das Wärmebett zuvor durch hindurchgeleitetes, heißes Reingas erhitzt wurde. Im Reingasbetrieb wird das heiße, aus der Brennkammer kommende Reingas durch das entsprechende Wärmebett geleitet, sodass es aufgeheizt wird, um anschließend im Rohgasbetrieb die Oxidation der Kohlenwasserstoffe beziehungsweise des Reaktionsstoffes vornehmen zu können. Im Spülbetrieb wird ein Wärmebett betrieben, um sicherzustellen, dass beim Übergang eines Wärmebettes vom Rohgasbetrieb in den Reingasbetrieb kein Rohgas in die Umgebung gelangt, das heißt es muss sicherge- stellt sein, dass sich kein Rohgas mehr in dem Wärmebett befindet. Hierzu wird aus der Brennkammer der Abluftreinigungsanlage stammendes Reingas durch das zu spülende Wärmebett geleitet und wieder dem Rohgasstrom zugeführt. Auf diese Weise kann, bei einer ausreichenden Dimensionierung des Wärmebetts, ein autothermer Betrieb der Abluftreinigungsanlage sichergestellt werden. In dem autothermen Betrieb muss der Abluftreinigungsanlage kein zusätzlicher Brennstoff zugeführt werden, um die Kohlenwasserstoffe vollständig zu oxidieren. Zur Oxidation reicht also allein die bei der Oxidation entstehende Wärme aus. Um bereits bei geringen Konzentrationen, also Konzentrationen unterhalb der durchschnittlichen Konzentration des vorliegenden Reaktionsstoffes, eine Oxidation zu erreichen, muss das Wärmebett auf eine Ausle- gungskonzentration dimensioniert werden, bei welcher der autother- me Betrieb durchgeführt werden soll. Das bedeutet, dass je geringer die zu erwartende durchschnittliche Konzentration des Reaktionsstoffes ist, das Wärmebett umso größer dimensioniert werden muss, um ausreichend Wärme des Abgases der Abluft beziehungsweise dem Reaktionsstoff zuzuführen. Je größer das Wärmebett jedoch dimensioniert ist, umso größer ist der Temperaturabfall über diesem. Die Abgastemperatur sinkt über das Wärmebett von einer hohen Temperatur auf eine niedrige Temperatur ab.
Dies hat jedoch den Nachteil, dass die aus der Abluftreinigungsanla- ge entlassenen Abgase eine zu geringe Temperatur aufweisen, um sie für einen Prozess in einer weiteren Anlage sinnvoll nutzen zu können. Auch muss in der Abluftreinigungsanlage ein so genannter Bypass vorgesehen sein, über welchen das Abgas - mit den vollständig oxidierten Kohlenwasserstoffen - direkt aus der Brennkam- mer der Abluftreinigungsanlage ins Freie entlassen werden kann. Dies ist notwendig, um bei einer hohen Konzentration des Reaktionsstoffes eine Überhitzung der Abluftreinigungsanlage beziehungsweise des Wärmebetts zu vermeiden. Es bereitet also Schwierigkeiten, die Abluftreinigungsanlage derart auszulegen, dass sie über einen weiten Konzentrationsbereich des Reaktionsstoffes effizient arbeitet. Ist die Anlage auf eine hohe Konzentration des Reaktionsstoffes ausgelegt, so muss beim Betreiben mit niedrigen Konzentrationen zusätzlicher Brennstoff eingebracht werden, während bei Auslegung auf niedrige Konzentrationen bei einem Betreiben mit hoher Konzentration Abgas aus der Brennkammer direkt ins Freie entlassen werden, womit die darin enthaltene Wärme nicht in dem Wärmetauscher umgesetzt werden kann und folglich verlorengeht.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben einer Oxidationsanlage vorzuschlagen, welche über einen weiten Konzentrationsbereich effizient betrieben werden kann, sodass möglichst wenig zusätzlicher Brennstoff eingebracht werden muss und möglichst wenig ungenutzte Wärme mit dem Abgas abgegeben wird.
Dies wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren zum Betreiben ei- ner Oxidationsanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Dabei ist ein, insbesondere unmittelbar an eine Brennkammer der Oxidationsanlage zum Aufladen gekoppelter, Wärmespeicher vorgesehen, der zur Aufnahme von Wärmeüberschuss und/oder Abgabe von Wärme, insbesondere im Falle eines unterdurchschnittlichen Wärmeeintrags, dient. Eine Oxidationsanlage dient beispielsweise dazu, ein Schadstoffe aufweisendes Rohgas, also ein Gas, welches den Reaktionsstoff aufweist, derart zu reinigen, dass keine negativen Einflüsse des Reaktionsstoffes auf eine Umgebung der Oxidationsanlage auftreten. Dies wird erreicht, indem das Rohgas derart tem- peraturbeaufschlagt wird, dass der Reaktionsstoff vollständig reagiert beziehungsweise oxidiert. Der Reaktionsstoff kann folglich ein Brennstoff sein. Zur Erhöhung des Wirkungsgrades der Oxidationsanlage ist der Wärmetauscher vorgesehen, mit welchem Wärme aus dem Abgas der Oxidationsanlage in das dieser zugeführte Rohgas eingebracht wird. Dabei ist eine Rückwärmung von 95% möglich, das heißt, dass 95% der in dem Abgas der Oxidationsanlage enthaltenen Wärme wieder dem Rohgas zugeführt werden kann. Um zu vermeiden, dass eine Reaktion des Reaktionsstoffes nur unter Einbringung zusätzlichen Brennstoffes durchführbar ist, wird der Wärmespeicher vorgesehen. Dieser dient zur Aufnahme von Wärme- überschuss, also von Wärme, die nicht in dem Wärmetauscher umgesetzt werden kann. Wärmeüberschuss liegt beispielsweise vor, wenn die Konzentration des vorliegenden Reaktionsstoffes über der Auslegungskonzentration der Oxidationsanlage liegt.
Liegt lediglich ein unterdurchschnittlicher Wärmeeintrag vor, ist also die Konzentration des Reaktionsstoffes unter die Auslegungskonzentration der Anlage abgesunken, so kann aus dem Wärmespei- eher Wärme abgegeben werden. Dabei soll insbesondere in dem Wärmebett ein Wärmeprofil aufrechterhalten werden, welches eine Reaktion des Reaktionsstoffes ermöglicht. Auf diese Weise kann die Reaktion des Reaktionsstoffes aufrechterhalten werden, ohne zusätzlichen Brennstoff in die Anlage einbringen zu müssen. Bei- spielsweise kann das Verfahren zum Betreiben einer thermischregenerativen Abluftreinigungsanlage eingesetzt werden, bei der mit einer zeitlich schwankenden Menge an Schadstoffen belastete Abluft zum Aufheizen durch den Wärmetauscher und anschließend zur Oxidation der Schadstoffe durch die Brennkammer geleitet wird. Oberhalb und bei der Auslegungskonzentration ist dabei ein selbsterhaltender Betrieb der Abluftreinigungsanlage durchführbar.
Dem Wärmespeicher kann bei einer Konzentration, die größer als die Auslegungskonzentration ist, Wärme zugeführt und bei einer kleineren Konzentration Wärme zum kontinuierlichen selbsterhaltenen Betrieb der Oxidationsanlage in die Brennkammer zurückgeführt werden. Dabei ist der Wärmespeicher beispielsweise strömungstechnisch parallel zu dem Wärmetauscher angeordnet. Die be- schriebene Vorgehensweise kann nicht nur zum Betreiben der Oxidationsanlage, sondern auch zu deren Auslegung verwendet werden. Die Auslegung ist also so vorgesehen, dass der Wärmespeicher Wärmeüberschuss aufnehmen und/oder Wärme, insbesondere im Falle des unterdurchschnittlichen Wärmeeintrags, wieder abge- ben kann. Auf diese Weise kann die Oxidationsanlage so ausgelegt werden, dass ein autothermer Betrieb über einen weiten Konzentrationsbereich vorgesehen werden kann. Im Vergleich zu einer aus dem Stand der Technik bekannten Oxidationsanlage so kann beispielsweise die Auslegungskonzentration der Anlage höher gewählt werden. Das Verfahren kann auch auf eine generische wärmetechnische Anlage angewandt werden.
Mittels des Wärmespeichers kann ein ausreichend großer Wärmevorrat zwischengespeichert und bei Bedarf, also zeitversetzt, wieder abgegeben werden. Dieser Wärmevorrat kann sowohl zum Abgeben der für eine Reaktion benötigten Wärme, als auch zum Sicherstellen eines kontinuierlichen Betriebs einer weiteren Anlage, die an die Oxidationsanlage angeschlossen ist, verwendet werden. Dabei kann eine kontinuierliche Wärmeabgabe des Wärmespeichers vorgesehen sein, also nicht nur bei Vorliegen des unterdurchschnittlichen Wärmeeintrags. Dies gilt insbesondere im Falle eines stationären Betriebs der Oxidationsanlage, in welchem dem Wärmespeicher kontinuierlich Wärme zugeführt als auch entzogen wird. Der Wärmespeicher kann unmittelbar an den Reaktionsraum beziehungsweise die Brennkammer der Anlage angeschlossen sein. Das bedeutet, dass das Abgas der Anlage für den Wärmespeicher abgegriffen wird, bevor es den Wärmetauscher durchläuft. Beispielsweise ist der Wärmetauscher strömungstechnisch parallel zu dem Wärmespeicher vorgesehen. Auf diese Weise weist das dem Wärmespeicher zugeführte Fluid ein hohes Temperaturniveau auf.
Zusätzlich oder alternativ kann ein angepasstes Dimensionieren des Wärmebetts vorgesehen sein. Das Wärmebett wird kleiner dimensioniert, als es für eine autotherme Reaktion bei einer niedrigen Konzentration des Reaktionsstoffes notwendig wäre. Es liegt also eine Unterdimensionierung des Wärmebetts vor, die Auslegungskonzentration der Anlage wird somit höher gewählt. Das bedeutet, dass bei einer herkömmlichen Oxidationsanlage eine Reaktion des Reaktionsstoffes nur unter Einbringung zusätzlichen Brennstoffes möglich wäre, wenn die Konzentration vorübergehend unter die Auslegungs- konzentration der Anlage absinkt. Dies wird durch das Vorsehen des Wärmespeichers verhindert. Aus diesem wird, wie vorstehend beschrieben, Wärme abgegeben, insbesondere wenn der unterdurchschnittliche Wärmeeintrag vorliegt. Damit kann auch bei einer Konzentration, die unter der Auslegungskonzentration der Anlage liegt, ein Betrieb der Anlage sichergestellt werden. Durch die zumindest teilweise Trennung von Reaktionskinetik, also der Brennkammer und dem Wärmetauscher, von der Wärmespeicherung in dem Wärmespeicher, ist es nicht nur möglich, flexibler auf sich wechselnde Konzentrationen des Reaktionsstoffes zu reagieren stellen, sondern es ist auch eine Rückführung von Abgas der Oxidationsanlage mit höheren Temperaturen realisierbar. Das bedeutet, dass das Abgas der Oxidationsanlage an eine weitere Anlage zur sinnvollen Verwendung der Wärme abgegeben werden kann. Dabei ist es auch vorteilhaft, dass mittels des Wärmespeichers ein ausreichend großer Wärme- vorrat zwischengespeichert und bei Bedarf, also zeitversetzt, abgegeben werden kann. Durch die Unterdimensionierung des Wärmebetts kann auch der Druckverlust über das Wärmebett reduziert werden.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Anlage in dem Wärmespeicher gespeicherte Wärme an mindestens eine weitere Anlage abgibt. Um die in dem Wärmespeicher gespeicherte Wärmeenergie nutzen zu können, wird diese an eine weitere Anlage abgegeben. Von besonderer Bedeutung ist hierbei die Anordnung des Wärmespeichers. Während aus dem Stand der Technik Anlagen bekannt sind, welche eine Wärmespeicherung in der weiteren Anlage vorsehen, ist der Wärmespeicher hier in der Oxidationsanlage enthalten und auf diese Weise zwischen Brennkammer und der weiteren Anlage angeordnet. Auf diese Weise ist eine Effizienzerhöhung des Gesamtprozesses, umfassend sowohl die Oxidationsanlage als auch die mindestens eine weitere Anlage, möglich. Es kann auch vorgesehen sein, dass die in dem Wärmespeicher gespeicherte Wärme an die weitere Anlage abgegeben wird. Dies ist auch dann der Fall, wenn die Konzentration des Reaktionsstoffes die Ausle- gungskonzentration der Oxidationsanlage unterschreitet, sodass lediglich ein unterdurchschnittlicher Wärmeeintrag vorliegt. In diesem Fall kann mit der in dem Wärmespeicher gespeicherten Wärme sowohl die Reaktion des Reaktionsstoffes als auch der zuverlässige und kontinuierliche Betrieb der weiteren Anlage sichergestellt wer- den. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass der Wärmespeicher den Wärmeüberschuss aufnimmt und ausschließlich zum Betreiben der weiteren Anlage abgibt, während die Reaktion des Reaktionsstoffes beispielsweise unter Einbringen von zusätzlichem Brennstoff aufrechterhalten wird. Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Temperatur eines der weiteren Anlage zum Wärmeabgeben zugeführten Fluids gesteuert und/oder geregelt wird. Bevor die in der Oxidationsanlage erzeugte beziehungsweise in dem Wärmespeicher gespeicherte Wärmeenergie mit dem Fluid der weiteren Anlage zugeführt wird, muss die dabei vorliegende Temperatur angepasst werden. Beispielsweise erfolgt ein Anpassen der Temperatur auf eine Auslegungstemperatur der weiteren Anlage. Insbesondere soll dabei eine Übertemperatur vermieden werden, die zu einer Beschädigung der weiteren Anlage führen kann. Das Anpassen erfolgt beispielsweise durch Beimengen von kaltem Fluid.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass als weitere Anlage ein weiterer Wärmetauscher, eine Heizung, eine Produktionsvorrichtung, eine Kältemaschine oder eine Energiewandlereinrichtung ver- wendet wird. Der weitere Wärmetauscher kann Teil eines Sekundärkreislaufes sein, dem Wärme des Abgases der Oxidationsanlage zugeführt wird. Mittels des weiteren Wärmetauschers wird die Wärme auf ein Fluid (zum Beispiel Thermalöl, Dampf oder Wasser) des Sekundärkreislaufs übertragen, in dem ein Weitertransport der Wärme zu einem Einsatzort stattfindet. Beispielsweise kann der Sekundärkreislauf mit einer Heizung oder einer Produktionsvorrichtung zusammenarbeiten. Dies wird als indirekte Wärmenutzung bezeichnet. Die Heizung beziehungsweise die Produktionsvorrichtung kann aber auch die weitere Anlage darstellen und unmittelbar mit der Wärme beaufschlagt werden (direkte Wärmenutzung). Dies kann beispielsweise zum Betreiben eines Heißlufttrockners vorgesehen sein. Ebenso ist ein Betreiben beziehungsweise Beheizen der Produktionsvorrichtung möglich. Ist die weitere Anlage eine Kältemaschine, insbesondere eine Absorptionskältemaschine, so kann ein diese durchströmendes Fluid auf eine niedrigere Temperatur gebracht werden. Die Wärmeenergie kann jedoch auch, beim Verwenden einer Energiewandlereinrichtung als weitere Anlage, zur Erzeugung von beispielsweise elektrischer oder mechanischer Energie genutzt werden. Zu diesem Zweck kann zum Beispiel eine Gas- beziehungsweise Dampfturbine oder eine Brennstoffzelle eingesetzt werden. Wie bereits beschrieben, besteht die Besonderheit der Oxi- dationsanlage darin, dass der Wärmespeicher zwischen Brennkammer und der weiteren Anlage vorgesehen ist, also nicht zunächst ein Wärmetauschen auf eine niedrigere Temperatur durchgeführt wird und erst dann die Wärme gespeichert wird.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass eine Reaktion des Reaktionsstoffes in dem Wärmebett und/oder der Brennkammer abläuft, wobei mittels des Wärmetauschers der dem Wärmebett und/oder der Brennkammer zugeführte Reaktionsstoff mit Wärme von aus der Brennkammer ausströmendem Abgas aufgeheizt wird. Die Reaktion des Reaktionsstoffes läuft ab, sobald dieser eine ausreichend hohe Temperatur erreicht hat. Dies kann bereits bei Durchlaufen des Wärmebetts der Fall sein, sodass die Reaktion auch be- reits in dem Wärmebett ablaufen kann. Alternativ oder zusätzlich ist die Brennkammer zur Reaktion des Reaktionsstoffes vorgesehen. In der Brennkammer ist beispielsweise ein Brenner angeordnet, der eine permanente Flamme erzeugt. Damit wird eine Stütztemperatur erzeugt beziehungsweise der durch das Durchlaufen des Wärme- betts aufgewärmte Reaktionsstoff entzündet. Der Wärmetauscher dient dazu, dem aus der Brennkammer ausströmenden Abgas Wärme zu entziehen und dem Reaktionsstoff beziehungsweise der Abluft zuzuführen. Dabei wird der dem Wärmebett beziehungsweise der Brennkammer zugeführte Reaktionsstoff erwärmt, wodurch eine Reaktion des Reaktionsstoffes in dem Wärmebett beziehungsweise der Brennkammer ermöglicht wird.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass zumindest ein Teil des Abgases zusätzlich zum Aufheizen des Wärmespeichers ver- wendet wird. Das in der Brennkammer anfallende Abgas, in welchem der Reaktionsstoff bereits vollständig oxidiert ist, wird sowohl für einen Wärmetauschvorgang zwischen dem Abgas und dem nicht oxi- dierten beziehungsweise verbrauchten Reaktionsstoff als auch zum Aufheizen des Wärmespeichers verwendet. Das Aufheizen wird ins- besondere dann durchgeführt, wenn die Konzentration des Reaktionsstoffes die Auslegungskonzentration der Oxidationsanlage überschreitet und somit Wärmeüberschuss vorliegt.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Wärmespeicher nahezu auf die höchste in der Oxidationsanlage vorliegende Tempe- ratur aufgeheizt wird. Um die in der Oxidationsanlage anfallende Wärme möglichst effizient zu nutzen, soll die dort bei der Reaktion des Reaktionsstoffes vorliegende beziehungsweise höchste Temperatur auch in dem Wärmespeicher zur Verfügung stehen. Dieser wird daher zumindest nahezu auf diese höchste Temperatur aufgeheizt. Beim Entladen des Wärmespeichers zum Abgeben von Wärme zum Aufrechterhalten des Wärmeprofils oder zum Betreiben der weiteren Anlage steht demzufolge im Wesentlichen diese hohe Temperatur zur Verfügung.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass als Wärmespeicher ein Langzeitwärmespeicher verwendet wird. Das bedeutet, dass der Wärmespeicher die gespeicherte Wärme für einen längeren Zeitraum, beispielsweise bis zu mehrere Tage, vorhalten kann. Dabei ist es vorteilhaft, wenn eine beim Aufheizen des Wärmespeichers entstehende Temperaturschichtung in dem Wärmespeicher möglichst lange erhalten bleibt, also keine Vergleichmäßigung der Temperatur in dem Wärmespeicher stattfindet. Üblicherweise stellt sich in einem Wärmespeicher nach Abschluss eines Beladevorgangs mit der Zeit, insbesondere nach langem Stillstand, eine Temperatur ein, welche einer mittleren Temperatur des Wärmespeichers entspricht. Mittels des Wärmespeichers kann also bei Entnahme der Wärme lediglich eine Temperatur erreicht werden, welche der mittleren Temperatur entspricht. Dahingegen ist es bei der Oxidationsanlage wünschenswert, möglichst eine Temperatur zu erreichen, welche der beim Beladen vorliegenden hohen Temperatur entspricht. Es soll also eine Temperaturschichtung in dem Wärmespeicher vorliegen, die auch bei langer Standzeit erhalten bleibt. Somit kann, je nach Durchströ- mungsrichtung des Wärmespeichers, beim Entnehmen der Wärme auch eine Temperatur erzielt werden, welche unterhalb der mittleren Temperatur liegt. Die gewünschte Temperatur kann also mit geeigneter Wahl der Durchströmungsrichtung ausgewählt werden. Dies liegt in der beschriebenen Temperaturschichtung begründet.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass bei einer Konzentration, die unterhalb einer Minimalkonzentration liegt, zusätzlicher Brennstoff in die Brennkammer und/oder das Wärmebett eingebracht wird. Ist die Konzentration des vorliegenden Reaktionsstoffes zu niedrig, liegt diese also unterhalb der Auslegungskon- zentration, kann die Anlage nur unter Einbringung von Wärme betrieben werden. Das bedeutet, dass entweder Wärme aus dem Wärmespeicher abgegeben oder zusätzlicher Brennstoff in die Anlage eingebracht werden muss. Wird auch die Minimalkonzentration, die kleiner als die Auslegungskonzentration ist, unterschritten, so ist lediglich das Einbringen von Brennstoff vorgesehen. Das Einbringen kann in die Brennkammer und/oder das Wärmebett erfolgen. Auf diese Weise wird auch bei Unterschreiten der Minimalkonzentration eine vollständige Oxidation des Reaktionsstoffes gewährleistet. Es kann auch vorgesehen sein, die Minimalkonzentration der Oxidati- onsanlage während des Betriebs dynamisch anzupassen. So kann es vorteilhaft sein, die Minimalkonzentration zumindest zeitweilig auf Null abzusenken, um die Reaktion des Reaktionsstoffes lediglich durch Wärmeeintrag aus dem Wärmespeicher sicherzustellen. Dies kann beispielsweise bei einer hohen gespeicherten Wärmemenge durchgeführt werden.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird bei unterdurchschnittlichem Wärmeeintrag aber einer die Minimalkonzentration überschreitenden Konzentration ein Autothermbetrieb unter Ab- gäbe von Wärme aus dem Wärmespeicher in das Wärmebett und/oder die Brennkammer durchgeführt. Liegt die Konzentration des Reaktionsstoffes also zwischen der Minimalkonzentration und der Auslegungskonzentration der Anlage, so soll trotzdem ein Autothermbetrieb der Anlage ermöglicht werden, obwohl dies bei aus dem Stand der Technik bekannten Anlagen bei unterdurchschnittlichem Wärmeeintrag nicht möglich ist, da die Konzentration kleiner als die Auslegungskonzentration ist. Zu diesem Zweck wird Wärme aus dem Wärmespeicher abgegeben. Dies kann sowohl in das Wärmebett als auch in die Brennkammer erfolgen. Durch die Abga- be der Wärme in das Wärmebett und/oder die Brennkammer wird der Reaktionsstoff auf die zu seiner Reaktion benötigte Temperatur gebracht, sodass diese ohne Weiteres ablaufen kann. Damit wird eine vollständige Oxidation beziehungsweise Reaktion des Reaktionsstoffes ermöglicht, obwohl die Temperatur des Reaktionsstoffes mittels des Wärmetauschers nicht auf die dazu notwendige Temperatur gebracht werden kann. Mit der aus dem Wärmespeicher abgegebenen Wärme soll also das gewünschte Wärmeprofil in dem Wärmebett des Wärmetauschers aufrechterhalten werden. Wie be- reits beschrieben kann die Minimalkonzentration auch variabel vorgesehen und insbesondere auf Null absenkbar sein.
In einer bevorzugten Weiterbildung liegt bei einer Konzentration, die oberhalb einer Auslegungskonzentration liegt, der Wärmeüber- schuss vor. Die Oxidationsanlage ist auf das Vorliegen einer be- stimmten Konzentration, der Auslegungskonzentration, ausgelegt. In dieser ist der Autothermbetrieb durchführbar. Das bedeutet, dass ab einer Konzentration, die größer als diese Auslegungskonzentration ist, mehr Wärme in die Anlage eingebracht wird, als durch den Wärmetauscher zurückgeführt werden kann. In diesem Fall liegt daher der Wärmeüberschuss vor, der zum Beladen des Wärmespeichers verwendet werden kann.
Schließlich ist vorgesehen, dass der Reaktionsstoff ein Schadstoff, insbesondere flüchtiger Kohlenwasserstoff, ist. Der Reaktionsstoff darf also nicht unbehandelt in eine Umgebung der Anlage entlassen werden. Daher ist es vorgesehen, eine Reaktion des Reaktionsstoffes in der Anlage durchzuführen, insbesondere diesen zu oxidieren, sodass keine negativen Auswirkungen auf die Umgebung ausgeübt werden. Der Schadstoff kann beispielsweise ein flüchtiger Kohlenwasserstoff sein, wie er in vielen verarbeitenden Industrien, insbe- sondere farbverarbeitenden Industrien, anfällt.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass als Wärmebett eine Schüttung und/oder mindestens ein Formelement verwendet wird, wobei insbesondere ein keramisches Material vorgesehen ist. Es kann vorgesehen sein, das Wärmebett aus mindestens einem Formelement, zum Beispiel einem Wabenstein, zusammenzusetzen, welches vorteilhafterweise aus Keramik besteht. Al- ternativ zu dem Formelement ist auch eine Schüttung möglich. Das Wärmebett kann zu einem Teil oder vollständig aus einem keramischen Material bestehen. Das keramische Material ist hochgradig hitzebeständig und weist einen geringen Ausdehnungskoeffizienten auf. Das bedeutet, dass bei wechselnder Temperaturbeaufschla- gung des Wärmebetts keine starkes Ausdehnen beziehungsweise Zusammenziehen des Materials auftritt. Daher kann mit einem keramischen Wärmebett sowohl die Auslegung der Anlage vereinfacht werden, als auch deren Lebensdauer, bedingt durch die hohe Temperaturbeständigkeit des Keramikmaterials, erhöht werden.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Oxidationsanlage, insbesondere thermisch-regenerative Abluftreinigungsanlage, vorzugsweise zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens, mit einem vorgesehenen durchschnittlichen Wärmeeintrag mittels eines in wechselnder Konzentration vorliegenden Reaktionsstoffes, wobei durch den Wärmeeintrag ein gewünschtes Wärmeprofil in mindestens einem Wärmebett eines Wärmetauschers aufrechterhalten ist. Dabei ist ein, insbesondere unmittelbar an eine Brennkammer der Oxidationsanlage zum Aufladen gekoppelter, Wärmespeicher vorgesehen, der zur Aufnahme von Wärmeüberschuss und/oder zur Ab- gäbe von Wärme, insbesondere im Falle eines unterdurchschnittlichen Wärmeeintrags dient. Hinsichtlich der Oxidationsanlage sind die vorstehenden Ausführungen ebenfalls anwendbar. Bei der Auslegung der Oxidationsanlage wird es angestrebt, bei einer zu erwartenden durchschnittlichen Konzentration des Reaktionsstoffes einen autothermen Betrieb zu ermöglichen. Liegt die Konzentration des Reaktionsstoffes unterhalb dieser Auslegungskonzentration, so wird dem Wärmespeicher Wärme entnommen und einer Brennkammer beziehungsweise dem Wärmebett der Oxidationsanlage derart zuge- führt, dass eine Reaktion des Reaktionsstoffes ablaufen kann.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung sind mindestens zwei Wärmebetten vorgesehen, wobei mindestens ein erstes Wärmebett vor einer Brennkammer und mindestens ein zweites Wärmebett nach einer Brennkammer angeordnet sind. Der Wärmetauscher verfügt somit über mindestens zwei Wärmebetten, wobei ein erstes strömungstechnisch vor der Brennkammer und ein zweites strömungstechnisch nach dieser vorgesehen sind.
Zweckmäßigerweise ist dabei eine alternierende Durchströmung der Wärmebetten vorgesehen. Das bedeutet, dass das erste Wärmebett und das zweite Wärmebett abwechselnd mit dem heißen Abgas der Oxidationsanlage und dem dieser zugeführten Reaktionsstoff durchströmt werden. Während der Durchströmung mit dem Abgas wird das jeweilige Wärmebett aufgeheizt, wohingegen während des Durchströmens mit dem Reaktionsstoff Wärme an diesen abgege- ben wird, womit sich das Wärmebett abkühlt. Die Reaktion des Reaktionsstoffes kann dabei sowohl in der Brennkammer als auch in dem vor der Brennkammer angeordneten Wärmebett ablaufen.
Weiterhin ist vorgesehen, dass der Wärmespeicher im Wesentlichen parallel zu dem zweiten Wärmebett angeordnet und insbesondere an die Brennkammer angeschlossen ist. Der Wärmespeicher wird also strömungstechnisch parallel zu dem Wärmebett betrieben. Das bedeutet, dass ein Einlass des Wärmespeichers auch gleichzeitig ein Einlass des Wärmebetts und ein Auslass des Wärmespeichers gleichzeitig ein Auslass des Wärmebetts sein kann beziehungsweise diese strömungstechnisch miteinander verbunden sind. Der Wärmespeicher kann also ebenso wie das zweite Wärmebett unmittelbar an die Brennkammer angeschlossen sein.
Schließlich ist vorgesehen, dass eine weitere Anlage an einen Ab- gasanschluss der Anlage angeschlossen ist. Der Abgasanschluss kann dabei sowohl mit dem Wärmespeicher als auch mit dem zweiten Wärmebett in Fluidverbindung stehen. Der Abgasanschluss kann also mittels des Wärmespeichers aber auch mittels des zweiten Wärmebetts mit Wärme gespeist werden, die an die weitere Anlage weitergegeben wird. Auf diese Weise kann mit der Wärme, die in der Oxidationsanlage erzeugt wird, die weitere Anlage betrieben werden und die Wärme sinnvoll genutzt werden.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Ansicht einer thermisch- regenerativen Abluftreinigungsanlage in einer ersten Betriebsart,
Figur 2 die aus Figur 1 bekannte Abluftreinigungsanlage in einer weiteren Betriebsart,
Figur 3 eine erste Variante der Abluftreinigungsanlage mit Wärmespeicher und Umgehungseinrichtung, und
Figur 4 eine weitere Variante der Abluftreinigungsanlage. Die Figur 1 zeigt eine Oxidationsanlage 1 in Form einer Abluftreinigungsanlage 1', die einen Wärmetauscher 2 in Form von drei Wärmebetten 3, 4 und 5 aufweist, die beispielsweise mit keramischen Wabenkörpern ausgestattet sind. Die Oxidationsanlage 1 dient dazu, mit flüchtigen Kohlenwasserstoffen beziehungsweise dem Reaktionsstoff belastete Abluft K, die Rohgas darstellt, zu reinigen. Die Abluft K soll also von den Kohlenwasserstoffen befreit werden. Zu diesem Zweck wird sie durch eines der Wärmebetten 3, 4 oder 5 geleitet. In Figur 1 ist dargestellt, wie die Abluft K durch das Wärmebett 4 geleitet wird. Das Wärmebett 4 ist dabei auf eine hohe Temperatur, beispielsweise 8000C, vorgeheizt. Anschließend gelangt die Abluft K in eine Brennkammer 6 der Abluftreinigungsanlage 1'. In der Brennkammer 6 ist ein Brenner 7 angeordnet, der eine Flamme 8 erzeugen kann. Der Brenner 7 ist dazu vorgesehen, eine Stütztemperatur in der Brennkammer 6 zu erzeugen. Durch die Beaufschlagung der Abluft K mit der in dem Wärmebett 4 herrschenden Temperatur werden die Kohlenwasserstoffe oxidiert, sodass aus dem Rohgas, welches Kohlenwasserstoffe enthält, Reingas wird, welches lediglich oxidierte, das heißt verbrannte, Kohlenwasserstoffe aufweist. Das Oxidieren kann dabei sowohl bereits in dem Wärhnebett 4 als auch erst in der Brennkammer 6 ablaufen. Das in der Brennkammer 6 vorhandene Reingas wird anschließend durch das Wärmebett 5 geleitet, um es aufzuheizen. Anschließend erfolgt eine Abgabe des Reingases gemäß Strömungsweg 9 in eine Umgebung beziehungs- weise Außenatmosphäre der Abluftreinigungsanlage 1'. Mittels gestrichelter Strömungswege ist angedeutet, dass es in einer anderen Betriebsart auch möglich ist, dass Reingas sowohl durch das Wärmebett 5 als auch durch das Wärmebett 3 geleitet wird. Nach einer gewissen Zeit erfolgt eine Umtaktung, das heißt, die Abluft K wird nicht mehr durch das Wärmebett 4 geleitet, sondern durch das Wärmebett 3 oder durch das Wärmebett 5. Dementsprechend wird das Wärmebett 4 nunmehr verwendet, um das Reingas hindurchzuleiten, damit es sich wieder aufheizt, da es zuvor Wärme an das Rohgas abgegeben hat.
Um zu verhindern, dass bei einem Übergang von dem Rohgasbetrieb eines Wärmebetts 3, 4 oder 5 in den Reingasbetrieb Rohgas in das Reingas gelangt, erfolgt ein so genannter Spülbetrieb. Dies ist in Figur 2 dargestellt. Dabei wird Reingas gemäß dem Strömungsweg 10 aus der Brennkammer 6 durch ein Wärmebett 3, 4 oder 5 geleitet, das zuvor Rohgas geführt hat. In dem dargestellten Beispiel wird das Reingas durch das Wärmebett 3 geleitet. Dieses Vorgehen dient dazu, um Rohgasreste auszuspülen, die gemäß Strömungsweg 11 zusammen mit dem Reingas in den belasteten Abluftstrom K zurückge- führt werden. Auf diese Weise ergibt sich ein Kreislauf, der solange aufrechterhalten wird, bis das Wärmebett 3 keine Rohgasreste mehr aufweist.
In der Figur 3 ist nun eine erste Variante der Abluftreinigungsanlage 1' in einer Betriebsart dargestellt, in welcher das Rohgas bezie- hungsweise die Abluft K zunächst das Wärmebett 4 durchläuft, in die Brennkammer 6 gelangt und anschließend das Wärmebett 3 durchläuft. Parallel zu dem Wärmebett 3 ist ein Wärmespeicher 11 vorgesehen, der mittels einer Umgehungseinrichtung 12, die hier als Steuer- beziehungsweise regelbares Ventil dargestellt ist, umgehbar ist. Das Reingas kann also aus der Brennkammer 6 sowohl durch das Wärmebett 3 (Strömungsweg 9') als auch durch den Wärmespeicher 11 (Strömungsweg 13) beziehungsweise an dem Wärmespeicher 11 vorbei durch die Umgehungseinrichtung 12 (Strömungsweg 14) strömen. Zusätzlich zu der Umgehungseinrichtung 12 kann auch eine Einrichtung vorgesehen sein, mittels welcher der Zufluss aus der Brennkammer 6 zu dem Wärmespeicher 11 unmittelbar unterbrochen wird. Dies ist in Figur 3 jedoch nicht dargestellt. Das Reingas wird entweder entlang des Strömungswegs 15 in die Umgebung der Abluftreinigungsanlage 1 entlassen, oder aber das durch den Wärmetauscher 11 oder die Umgehungseinrichtung 12 strömende Reingas wie durch den Strömungsweg 16 angedeutet, einer weiteren Anlage 17 zugeführt. Alternativ kann auch eine Zuführung des Reinga- ses, welches den Wärmetauscher 2 beziehungsweise das Wärmebett 3 durchläuft in die weitere Anlage vorgesehen sein. Das entlang der Strömungswege 13 und/oder 14 strömende Reingas kann sich auch an einer oder verschiedenen Stellen mit dem Reingas, welches entlang des Strömungswegs 9' strömt, vereinen.
Die Abluftreinigungsanlage 1' weist nicht dargestellte Ventilatoren und/oder Steuerklappen auf, mit welchen das Fluid (Reingas und/oder Rohgas) innerhalb der Abluftreinigungsanlage 1' bewegt werden kann. Über die Strömungsklappen sind dabei unterschiedliche Strömungswege einstellbar - beispielsweise einzelne Strö- mungswege versperrbar -, während die Ventilatoren zum Transport des Fluids dienen.
Dabei kann es sowohl vorgesehen sein, der weiteren Anlage 17
Reingas zuzuführen, welches sowohl das Wärmebett 3 oder den
Wärmespeicher 11 , das Wärmebett 3 oder die Umgehungseinrich- tung 12 oder lediglich das Wärmebett 3 durchlaufen hat, zuzuführen.
Es kann selbstverständlich auch vorgesehen sein, dass das Reingas zusätzlich oder alternativ zu dem Wärmebett 3 das Wärmebett 5 durchströmt. In diesem Fall ist es vorgesehen, dass das Wärmebett 5 ebenfalls mit dem Abgasstrom gemäß Strömungsweg 91 strömungstechnisch verbunden ist.
Die Umgehungseinrichtung 12 stellt einen so genannten Bypass dar. Mit diesem kann das Reingas beziehungsweise Abgas unter Umgehung des Wärmespeichers 11 beispielsweise unmittelbar aus der Brennkammer 6 in die Umgebung der Anlage beziehungsweise an die weitere Anlage 17 abgegeben werden. Die Umgehungseinrichtung 12 ist in Abhängigkeit von der Temperatur des Wärmespeichers 11 steuerbar beziehungsweise regelbar. Insbesondere soll das Reingas bei Überschreiten einer Maximaltemperatur des Wärmespeichers 11 um diesen herumgeführt werden. Das bedeutet, dass keine Überhitzung des Wärmespeichers 11 auftreten kann beziehungsweise dass ein Beladen des Wärmespeichers 11 unterbrochen wird, sobald in diesem die Maximaltemperatur auftritt beziehungsweise festgestellt wird.
Aus dem Stand der Technik bekannte Abluftreinigungsanlagen 1' sind so ausgelegt, dass bei einer Konzentration des Reaktionsstoffes, welche mindestens eine Auslegungskonzentration erreicht, ein Autothermbetrieb der Abluftreinigungsanlage 1' durchgeführt werden kann. Dies bedeutet, dass mittels des Brenners 7 kein zusätzlicher Brennstoff in die Brennkammer 6 eingebracht werden muss, sondern dass die Reaktionswärme des Reaktionsstoffes, beispielsweise der Kohlenwasserstoffe, ausreicht, um die Reaktionstemperatur des Re- aktionsstoffes zu erreichen. Zu diesem Zweck müssen die Wärmebetten 3, 4 und 5 ausreichend groß dimensioniert werden, um eine möglichst hohe Wärmemenge von dem aus der Brennkammer 6 abgegebenen Abgases beziehungsweise Reingases dem reaktions- stoffhaltigen Rohgas zuzuführen, und auf diese Weise dessen Temperatur soweit als möglich zu erhöhen. Daraus folgt, dass je kleiner die Auslegungskonzentration ist, bei welcher die Abluftreinigungsanlage V betreibbar ist, desto größer müssen die Wärmebetten 3, 4 und 5 dimensioniert sein.
Die in Figur 3 dargestellte Abluftreinigungsanlage 1' weist nun unterdimensionierte Wärmebetten 3, 4 und 5 auf. Das bedeutet, dass die Wärmebetten 3, 4 und 5 kleiner ausgelegt sind, als ein Autothermbetrieb bei einer Auslegungskonzentration erfordert. Stattdessen ist die Abluftreinigungsanlage 1' auf eine Auslegungskonzentration ausgelegt, welche höher ist als eine Minimalkonzentration. Unterhalb der Minimalkonzentration wird zusätzlicher Brennstoff zugreführt, bei einer Konzentration, die zwischen Minimalkonzentration und Auslegungskonzentration liegt, wird dagegen dem Wärmespeicher 11 Wärme entnommen, um die Oxidation des Reaktionsstoffes kontinuierlich fortzuführen. Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Anlagen entspricht dagegen die Auslegungskonzentration im Wesentlichen der Minimalkonzentration. Es kann bei diesen also vorkommen, wenn die Konzentration des Reaktionsstoffes unter die Auslegungskonzentration abfällt, dass mittels des Wärmetauschers 2 der Reaktionsstoff beziehungsweise das Rohgas nicht auf eine Temperatur gebracht werden kann, welche zur Oxidation des Reaktionsstoffes notwendig ist. In diesem Fall liegt ein unterdurchschnittlicher Wärmeeintrag in das Rohgas vor. Der Wärmespeicher 11 ist nun dazu vorgesehen, im Falle des unterdurchschnittlichen Wärmeeintrags Wärme abzugeben, insbesondere in die Brennkammer 6 und/oder in das Wärmebett 3, um weiterhin eine kontinuierliche Reaktion des Reaktionsstoffes zu ermöglichen, ohne zusätzlichen Brennstoff über den Brenner 7 in die Brennkammer 6 oder in die Wärmebetten 3, 4 oder 5 einbringen zu müssen. Das bedeutet, dass bei unterdurchschnittlichem Wärmeeintrag die in dem Wärmespeicher 11 gespeicherte Wärme verwendet wird, um die Temperatur des Rohgases, also des Reaktionsstoffes, zu erhöhen.
Es stellen sich somit folgende Betriebsarten der Abluftreinigungsanlage V dar: Bei einer Konzentration des Reaktionsstoffes unterhalb der Minimalkonzentration wird der Abluftreinigungsanlage V beziehungsweise der Brennkammer 6 und/oder den Wärmebetten 3, 4 und/oder 5 zusätzlicher Brennstoff zugeführt, um eine Oxidation des Reaktionsstoffes zu ermöglichen. Bei einer Konzentration, die größer oder gleich der Minimalkonzentration, aber geringer als die Auslegungskonzentration ist, wird in dem Wärmespeicher 11 gespeicherte Wärme in die Brennkammer 6 beziehungsweise eines oder mehrere der Wärmebetten 3, 4 und 5 zurückgeführt. Entspricht die Konzent- ration der Auslegungskonzentration, so befindet sich die Abluftreinigungsanlage 1' in dem Autothermbetrieb, das bedeutet, dass weder zusätzlicher Brennstoff noch Wärme aus dem Wärmespeicher 11 zugeführt werden müssen. Ist die Konzentration höher als die Auslegungskonzentration, so wird durch die Oxidation des Reaktionsstof- fes mehr Wärme gebildet, als mit Hilfe des Wärmetauschers 2 umgesetzt werden kann. Es entsteht ein Wärmeüberschuss. Dieser Wärmeüberschuss kann von dem Wärmespeicher 11 aufgenommen und zur späteren Verwendung gespeichert werden. Das bedeutet, dass zumindest ein Teil des Abgases beziehungsweise des Reinga- ses aus der Brennkammer 6 zum Aufheizen des Wärmespeichers 11 verwendet wird. Ist der Wärmespeicher 11 vollständig beladen oder überschreitet eine Temperatur des Wärmespeichers 11 eine Maximaltemperatur, so kann der Wärmespeicher 11 mittels einer Umgehungseinrichtung 12 entlastet werden, indem das Abgas bezie- hungsweise das Reingas um den Wärmespeicher 11 herumgeführt wird. Es erfolgt also kein weiteres Beladen des Wärmespeichers 11.
Die Auslegung der Abluftreinigungsanlage 1 ' erfolgt derart, dass die Wärmebetten 3, 4 und 5 unterdimensioniert werden. Während bei einer bekannten Abluftreinigungsanlage Y beispielsweise ein Autothermbetrieb bei einer Konzentration von 1 ,1 g/m3 vorgesehen ist, wofür Wärmebetten 3, 4 und 5 mit einer Höhe von 2,0 m notwendig sind, erfolgt erfindungsgemäß eine Auslegung der Abluftreinigungsanlage Y auf eine Auslegungskonzentration von 3 g/m3. Auf diese Weise sind Wärmebetten 3, 4 und 5 mit einer Höhe von beispielsweise 1 ,5 m ausreichend. Bisher erfolgte lediglich eine Optimierung des in der Abluftreinigungsanlage Y ablaufenden Prozesses. Nun soll zusätzlich der in der weiteren Anlage 17 ablaufende Prozess beachtet werden, sodass eine Optimierung eines die beiden Prozes- se umfassenden Gesamtprozesses erfolgt. Auf diese Weise kann sowohl die Abluftreinigungsanlage 1' als auch die weitere Anlage 17 mit hoher Effizienz und möglichst geringen Energiekosten betrieben werden.
Figur 4 zeigt eine weitere Variante der Abluftreinigungsanlage Y. Es sei zunächst auf die auch hier zutreffenden Ausführungen zu Figur 3 verwiesen. In dem in Figur dargestellten Beispiel ist die weitere Anlage 17 eine Produktionsvorrichtung 18, die direkt, also unmittelbar, mit Abgas der Abluftreinigungsanlage 1' gespeist wird, wie durch den Strömungsweg 16 angedeutet ist. Die Produktionsvorrichtung 18 be- steht aus drei Heißlufttrocknern 19, die zueinander parallel mit dem Abgas beaufschlagt sind. Nach dem Durchlaufen der Heißlufttrockner 19 kann das Abgas wieder mit Lösungsmitteln beziehungsweise Kohlenwasserstoffen verunreinigt sein. Es wird daher, wie durch den Strömungsweg 20 angedeutet, wiederum als Abluft K der Abluftreinigungsanlage 1' zugeführt, um dort erneut gereinigt zu werden.
Alternativ oder zusätzlich zu der weiteren Anlage 17 kann ein weiterer Wärmetauscher 21 vorgesehen sein, der beispielsweise strö- mungstechnisch parallel zu dem Wärmespeicher 11 angeordnet ist. Der Wärmetauscher 21 kann zuschaltbar parallel zu dem Wärmespeicher 11 von Abgas aus der Brennkammer 6 durchströmt werden. Mit dem Wärmetauscher 21 kann ein einem Sekundärkreislauf 22 zugeordnetes Fluid (beispielsweise Thermalöl, Dampf oder ähnli- ches) erhitzt und einer weiteren Anlage (hier nicht dargestellt) zugeführt werden.
Über einen Anschluss 23, der sich auf einer der Brennkammer 6 strömungstechnisch abgewandten Seite des Wärmespeichers 11 befindet, kann diesem Fluid zugeführt werden. Dieses Fluid durch- läuft den Wärmespeicher 11 in Richtung der Brennkammer 6 und erwärmt sich dabei, vorteilhafterweise bis auf eine Temperatur, die nahezu der beim Beladen des Wärmespeichers 11 verwendeten Maximaltemperatur entspricht. Das erwärmte Fluid kann nun wahlweise der Brennkammer 6, dem Wärmetauscher 21 und/oder der weiteren Anlage 17 zugeführt werden. Auf diese Weise kann sowohl die Reaktion des Reaktionsstoffes in der Brennkammer 6 aufrechterhalten, als auch dem Sekundärkreislauf 22 mittels des Wärmetauschers 21 beziehungsweise der weiteren Anlage 17 weiterhin Wärme zugeführt werden.
Soll das Fluid der weiteren Anlage 17 zugeführt werden, so muss das aufgeheizte Fluid auf eine Temperatur gebracht werden, die zum Betrieb der weiteren Anlage 17 geeignet ist. Dies kann erfolgen, in- dem das Fluid zunächst durch den Wärmetauscher 21 geleitet wird, wobei dem Fluid Wärme entzogen und es damit auf eine geringere Temperatur gebracht wird. Alternativ ist es jedoch auch möglich, das aufgeheizte Fluid mit kühlerem Fluid zu versetzen und so seine Temperatur derart einzustellen, dass es der weiteren Anlage 17 zugeführt werden kann. Auf diese Weise kann die weitere Anlage 17 kontinuierlich mit Wärme versorgt werden, sollte die in der Abluftreinigungsanlage V erzeugte Wärmemenge nicht ausreichend sein.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Betreiben einer Oxidationsanlage (1), mit einem vorgesehenen durchschnittlichen Wärmeeintrag mittels eines in wechselnder Konzentration vorliegenden Reaktionsstoffes, wobei durch den Wärmeeintrag ein gewünschtes Wärmeprofil in mindestens einem Wärmebett (3,4,5) eines Wärmetauscher (2) aufrechterhalten wird, gekennzeichnet durch einen, insbesondere unmittelbar an eine Brennkammer (6) der Oxidationsanlage (1) zum Aufladen gekoppelten, Wärmespeicher (11) zur Aufnahme von Wärmeüber- schuss und/oder Abgabe von Wärme, insbesondere im Falle eines unterdurchschnittlichen Wärmeeintrags.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage (1) insbesondere in dem Wärmespeicher (11) gespeicherte Wärme an mindestens eine weitere Anlage (17) abgibt.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur eines der weiteren Anlage (17) zum Wärmeabgeben zugeführten Fluids gesteuert und/oder geregelt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da- durch gekennzeichnet, dass als weitere Anlage (17) ein weiterer
Wärmetauscher (21), eine Heizung, eine Produktionsvorrichtung (18), eine Kältemaschine oder eine Energiewandlereinrichtung verwendet wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da- durch gekennzeichnet, dass eine Reaktion des Reaktionsstoffes in dem Wärmebett (3,4,5) und/oder der Brennkammer (6) abläuft, wobei mittels des Wärmetauschers (2) der dem Wärmebett (3,4,5) und/oder der Brennkammer (6) zugeführte Reaktionsstoff mit Wärme von aus der Brennkammer (6) ausströmendem Abgas aufgeheizt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil des Abgases zusätzlich zum Aufheizen des Wärmespeichers (11) verwendet wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da- durch gekennzeichnet, dass der Wärmespeicher (11) nahezu auf die höchste in der Oxidationsanlage (1) vorliegende Temperatur aufgeheizt wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Wärmespeicher (11) ein Langzeit- Wärmespeicher verwendet wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Konzentration, die unterhalb einer Minimalkonzentration liegt, zusätzlicher Brennstoff in die Brennkammer (6) und/oder das Wärmebett (3,4,5) eingebracht wird.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei unterdurchschnittlichem Wärmeeintrag aber einer die Minimalkonzentration überschreitenden Konzentration ein Autothermbetrieb unter Abgabe von Wärme aus dem Wärmespeicher (11) in das Wärmebett (3,4,5) und/oder die Brenn- kammer (6) durchgeführt wird.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Konzentration, die oberhalb einer Auslegungskonzentration liegt, der Wärmeüberschuss vorliegt.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da- durch gekennzeichnet, dass der Reaktionsstoff ein Schadstoff, insbesondere flüchtiger Kohlenwasserstoff, ist.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Wärmebett (3,4,5) eine Schüttung und/oder mindestens ein Formelement verwendet wird, wobei insbe- sondere ein keramisches Material vorgesehen ist.
14. Oxidationsanlage (1), insbesondere thermisch-regenerative Abluftreinigungsanlage (1'), vorzugsweise zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, mit einem vorgesehenen durchschnittlichen Wärmeeintrag mit- tels eines in wechselnder Konzentration vorliegenden Reaktionsstoffes, wobei durch den Wärmeeintrag ein gewünschtes Wärmeprofil in mindestens einem Wärmebett (3,4,5) eines Wärmetauschers (2) aufrechterhalten ist, gekennzeichnet durch einen, insbesondere unmittelbar an eine Brennkammer (6) der Oxidationsanlage (1) zum Aufladen gekoppelten, Wärmespeicher (11) zur Aufnahme von Wärmeüberschuss und/oder Abgabe von Wärme, insbesondere im Falle eines unterdurchschnittlichen Wärmeeintrags.
15. Oxidationsanlage nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Wärmebetten (3,4,5) vorgesehen sind, wobei mindestens ein erstes Wärmebett (4) vor einer Brennkammer (6) und mindestens ein zweites Wärmebett (3,5) nach einer Brennkammer (6) angeordnet sind.
16. Oxidationsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine alternierende Durchströ- mung der Wärmebetten (3,4,5) vorgesehen ist.
17. Oxidationsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmespeicher (11) im Wesentlichen parallel zu dem zweiten Wärmebett (3,4,5) vorgesehen und insbesondere an die Brennkammer (6) angeschlossen ist.
18. Oxidationsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine weitere Anlage (17) an einen Abgasanschluss der Anlage angeschlossen ist.
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