DE4206024A1

DE4206024A1 - Verfahren zur reduktion von stickoxyden in abgasen

Info

Publication number: DE4206024A1
Application number: DE19924206024
Authority: DE
Inventors: Markus Dr Oldani; Juergen Dr Bittner; Gisbert Dr Kaefer; Ekkehard Dr Schade
Original assignee: Asea Brown Boveri AG Switzerland; Asea Brown Boveri AB
Current assignee: ABB Asea Brown Boveri Ltd; ABB AB
Priority date: 1992-02-27
Filing date: 1992-02-27
Publication date: 1993-09-02
Also published as: CA2086778A1; JPH06277449A; EP0558809A1

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Reduktion von Stickoxiden in Abgasen, bei welchem das Abgas mit NCO- Radikalen, welche durch thermische Dissoziation von Isocyan säure (HNCO) entstehen, in Kontakt gebracht wird.

Technologischer Hintergrund und Stand der Technik

Neben vielen anderen Verfahren hat der sogenannte RAPRENOX- Prozeß eine gewisse Bedeutung bei der Entstickung von Abga sen erlangt. Bei diesem Prozeß - er wurde erstmals in der U.S. Patentschrift 47 31 231 beschrieben - wird das NCO-Ra dikal zur NO_x-Reduktion eingesetzt. Die Radikale werden aus Isocyansäure HNCO durch Abspaltung des H-Atoms gewonnen. HNCO wiederum wird bei diesem Verfahren durch thermische Zerset zung von Cyanursäure (cyanuric acid) oder Oligomeren von HNCO erhalten. Aus Cyanursäure im festen Zustand bildet sich bei Temperaturen von 300 bis 400°C und höher durch Sublimation ein gas-/dampfförmiges Zwischenprodukt, welches dann bei Tem peraturen über 500°C im Abgas zu Isocynasäure (HNCO) umge setzt wird. Andere bekannte Verfahren verwenden Harnstoff (H₂NCONH₂) als Ausgangssubstanz. Gemeinsames Merkmal der be kannten Verfahren ist die Verwendung einer festen Ausgangs substanz, die durch Sublimation in die Gasphase überführt wird.

Abgesehen davon, daß die Gewinnung von HNCO auf diese Weise apparativ aufwendig ist, benötigen die bekannten Verfahren relativ hohe Temperaturen und weisen den Nachteil auf, daß schwer handhabbare Nebenprodukte entstehen, die sich an kal ten Stellen in der Verdampfereinrichtung ablagern.

Kurze Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Reduktion von Stickoxiden anzugeben, das ebenfalls mit dem Radikal NCO arbeitet, bei dem aber die Isocyansäure bei re lativ niedriger Temperatur hergestellt werden kann und damit auch wesentlich einfacher durchzuführen ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als Ausgangssubstanz eine unterhalb von 100°C im schmelzflüssi gen Zustand vorliegende und aus der flüssigen Phase stark verdampfende Substanz verwendet wird, die unmittelbar oder nach Vorbehandlung auf das Abgas einwirkt.

Der Vorteil der Erfindung ist insbesondere darin zu sehen, daß bereits bei Temperaturen oberhalb etwa 200°C der ther mische Zerfall der Ausgangssubstanz und damit HNCO schon bei wesentlich niedriger Temperatur und einfacher als beim be kannten RAPRENOX-Verfahren erzeugt wird. Die Ausgangssubstanz ist sehr einfach handzuhaben. Es entstehen keine Ablagerungen im Abgaskanal.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sowie die damit erzielba ren Vorteile werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt, und zwar zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Abgaskanals einer thermischen Kraftanlage;

Fig. 2 ein Diagramm, das den Zerfall von Methylcarbamat in Abhängigkeit von der Temperatur veranschaulicht.

Wege zur Ausführung der Erfindung

In die Abgasleitung 1 einer thermischen Kraftanlage, z. B. einer Gasturbine, mündet eine erste Leitung 2, die in eine erste Behandlungskammer 3 führt. Diese wiederum ist über eine zweite Leitung 4 mit einer zweiten Behandlungskammer 5 ver bunden. Die zweite Behandlungskammer 5 ist teilweise mit der Ausgangssubstanz 6, in diesem Falle Methylcarbamat, gefüllt. Sie ist auf eine Temperatur von etwa 80°C aufgeheizt und liegt deshalb zum Teil im flüssigen Zustand, zum Teil schon in Dampfform vor.

Der erzeugte Dampftritt über die Leitung 4 in die (optio nale) erste Behandlungskammer 3 ein. Gleichzeitig kann über eine dritte Leitung 7 ein Gasstrom, beispielsweise von Luft oder Stickstoff, in die zweite Behandlungskammer 5 eingeführt werden. Der zusätzliche Gasstrom verdünnt den Dampf und beschleunigt sein Ausströmen aus der zweiten Behandlungs kammer 5.

Das weitere Geschehen hängt davon ab, ob die (optionale) Be handlungskammer vorhanden ist, und welche Bedingungen dort herrschen, oder ob das dampfförmige Methylcarbamat direkt dem Abgas zugeführt bzw. eingemischt wird.

Im letztgenannten Fall erfolgt die thermische Zersetzung des dampfförmigen Methylcarbamats unter Bildung von HNCO und die Zersetzung des HNCO unter Bildung von NCO-Radikalen, welche letztendlich die Reduktion der Stickoxyd bewirken, im Abgas. Der Zerfall von dampfförmigem Methylcarbamat und die Bildung von HNCO in Abhängigkeit von der Temperatur wird durch das in Fig. 2 dargestellte Diagramm veranschaulicht. Die Verweilzeit des dampfförmigen Methylcarbamats bei der auf der Abszissenachse aufgetragenen Temperatur war jeweils in der Größenordnung von wenigen Zehntelsekunden. Es ist deutlich zu erkennen, daß bereits bei relativ niedrigen Temperaturen die Bildung von HNCO einsetzt. Diese Temperaturen liegen er heblich unter denjenigen Temperaturen, die für die Bildung von HNCO aus Cyanursäure (über 500°C) oder aus Harnstoff notwendig sind.

Ist die optionale Behandlungskammer 3 vorhanden, und herrscht dort eine entsprechend dem Diagramm der Fig. 2 eine genügend hohe Temperatur, so wird das dampfförmige Methylcarbamat in der ersten Behandlungskammer 3 in HNCO und andere Zerfalls produkte zerlegt. Das HNCO gelangt dann mit den anderen Zer fallsprodukten des Methylcarbamats und gegebenenfalls mit dem zusätzlich über die Leitung 7 beigefügten Gasstrom durch die Leitung 2 in die Abgasleitung 1, wo es mit dem Abgas ver mischt wird und dann, wenn die Abgastemperatur genügend hoch ist, NCO-Radikale entstehen, die in bekannter Weise mit den Stickoxiden reagieren.

Das Aufheizen der ersten Behandlungskammer 3 bzw. die Wärme zufuhr zu dieser kann durch eine separate Wärmequelle, gege benenfalls unter Ausnutzung der (Abgas-)Wärme der Kraftan lage, erfolgen.

Es ist aber auch möglich, in der ersten Behandlungskammer 3 die Temperatur so hoch einzustellen, daß schon in dieser das HNCO zumindest teilweise in atomaren Wasserstoff und NCO- Radikale zersetzt wird. Hierfür sind Temperaturen von größer 600°C notwendig. Die dann unmittelbare Einfügung von NCO- Radikalen erlaubt die Reduktion der Stickoxyd bei niedrigeren Abgastemperaturen als bisher, da diese Radikale nicht erst im Abgas gebildet werden müssen, was einmal eine genügend hohe Temperatur im Abgas sowie auch eine gewisse Zeitdauer für die Radikalbildung erfordern würde.

Die Erzeugung von NCO-Radikalen aus dem HNCO vor dem Eintritt in das Abgas kann auch durch andere physikalischen und/oder chemische Vorbehandlung erfolgen, wie z. B. photolytische und/oder katalytische Vorbehandlung und/oder durch Bestrah lung mit Infrarot-Licht, Elektronenstrahlen, Radiowellen etc. In Fig. 1 ist beispielsweise die Vorbehandlung mit UV- Licht dargestellt, bei welcher die Absorption von UV-Licht quanten die Abspaltung eines H-Atomes von vom HNCO bewirken.

Aufgrund der kurzen Lebensdauer der NCO-Radikale darf die Leitung 2 zwischen dem Abgaskanal 1 und der Vorbehandlungs kammer nicht sehr lang sein.

Neben dem im Ausführungsbeispiel genannten Methylcarbamat kommen eine Reihe von anderen Ausgangssubstanzen in Frage, nämlich generell sauerstoffhaltige Kohlenwasserstoffe mit zumindest einer Stickstoff-Funktion, aliphatisch substitu ierte Carbamate, neben dem erwähnten Methylcarbamat Aethyl carbamat, tertiäres Butylcarbamat. Ferner finden als Aus gangssubstanz Oxyharnstoff oder Hydroxyharnstoff Hydrazinate oder ihre Ester, vorzugsweise Hydrazincarbonsäure oder Hy drazincarbonsäureester, Oxalsäureamid oder Oxalsäurediamid und Semicarbazone Verwendung.

Claims

1. Verfahren zur Reduktion von Stickoxiden in Abgasen, bei welchem das Abgas mit NCO-Radikalen, welche durch ther mische Dissoziation von Isocyansäure (HNCO) entstehen, in Kontakt gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Ausgangssubstanz eine unterhalb von 100°C im schmelzflüssigen Zustand vorliegende und aus der flüs sigen Phase stark verdampfende Substanz verwendet wird, die unmittelbar oder nach Vorbehandlung auf das Abgas einwirkt.

2. Verfahren nach Patentspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Ausgangssubstanz sauerstoffhaltige Kohlenwas serstoffe mit zumindest einer Stickstoff-Funktion ver wendet wird.

3. Verfahren nach Patentspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Ausgangssubstanz ein aliphatisch substituiertes Carbamat, insbesondere Methylcarbamat, Aethylcarbamat, tertiäres Butylcarbamat, verwendet wird.

4. Verfahren nach Patentspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Ausgangssubstanz Oxy-Harnstoff oder Hydroxy- Harnstoff verwendet wird.

5. Verfahren nach Patentspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Ausgangssubstanz Hydrazinate oder ihre Ester, vorzugsweise Hydrazincarbonsäure oder Hydrazincarbon säureester, verwendet werden.

6. Verfahren nach Patentspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Ausgangssubstanz Oxalsäureamid oder Oxalsäure diamid verwendet wird.

7. Verfahren nach Patentspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Ausgangssubstanz Semicarbazone, verwendet wer den.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, daß zur Abspaltung des H-Atoms aus dem HNCO-Molekül die Aus gangssubstanz chemisch und/oder physikalisch vorbehan delt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorbehandlung auf thermischem, katalytischem und/oder photolytischem Wege erfolgt.