DE69316568T2

DE69316568T2 - Vorrichtung zur gleichzeitigen Entfernung von SO2 und NOx aus Verbrennungsabgasen mittels Hochfrequenzentladung

Info

Publication number: DE69316568T2
Application number: DE69316568T
Authority: DE
Inventors: Vujo Dr Miljevic
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1992-10-26
Filing date: 1993-10-26
Publication date: 1998-06-04
Anticipated expiration: 2013-10-27
Also published as: JPH06262034A; ATE162419T1; DE69316568D1; EP0602354B1; EP0602354A2; CN1130097A; EP0602354A3

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung gehört zum Gebiet des Filterns oder Beseitigens von SO&sub2; und NOx aus Verbrennungsgasen, die bei der Verbrennung von fossilen Brennstoffen oder bei metallurgischen Prozessen anfallen. Im allgemeinen wird die Erfindung zum Filtern von Gasen die SO&sub2; und NOx enthalten, sowie auch zum Filtern anderer Verunreinigung aus Luft verwendet.

Stand der Technik

Die vorhandenen Verfahren zum Filtern von SO&sub2; und NOx aus Verbrennungsgasen sind chemische Methoden, die auf Trocken- oder Naßtechniken basieren. Das Filterprodukt oder das Nebenprodukt ist Gips, der nur einen sehr begrenzten kommerziellen Wert hat. Dies bedeutet praktisch, daß eine Art von Schadstoffen in eine andere, jedoch weniger gefährliche, umgewandelt wird. In diesem Fall wird Land für die Lagerung der Filterprodukte geopfert und häufig Grundwasser verunreinigt.
Die Effizienz einer derartigen Technologie liegt bei ungefähr 50% für SO&sub2; und die gelegentliche Regeneration der Einrichtung aufgrund von Sättigung ist unvermeidbar.
Ein Verfahren beruht auf der Elektronenbestrahlung von Verbrennungsgas in Gegenwart von Ammonium (in stöchiometrischer Menge). Dieses Verfahren hat eine hohe Effizienz. Nahezu 100% für SO&sub2; und ungefähr 80% bis 90% für NOx und es hat keine Sättigung zur Folge.
Als wichtiges Nebenprodukt (Ammoniumsulfat und Ammoniumnitrat) wird Kunstdünger gewonnen, der auch einen kommerziellen Wert hat. Weil auf derartige Weise hergestellter Kunstdünger in der Landwirtschaft verwendet wird, stellt die Lagerung kein Problem dar.
Unzulänglichkeiten dieses Verfahrens bestehen jedoch in teuren Beschleunigern, die im Bereich hoher Leistung, beispielsweise 100kW und mehr, arbeiten.
Versuchsanlagen auf der Grundlage dieses Verfahrens arbeiten in den USA, Japan und Deutschland und seit 1991 auch in Polen unter realistischen Bedingungen.
Die DE-A-3 708 508 und GB-A-1 009 331 sehen eine elektronische Anregung von Verbrennungsgasen über elektrische, zwischen zwei Elektroden erzeugte Entladung vor.
Um eine Bogenentladung zu verhüten, wird dielektrisches Material zwischen diesen Elektroden angeordnet. Jedoch wird gemäß der GB-A-1 009 331 eine Umwandlung von Schwefeltrioxid von nur 75% erreicht, und dies sogar bei Spannungen von mehreren kV und Frequenzen von einigen hunderttausend Hertz.
Die FR-A-835 288 offenbart die Erzeugung von elektrischer Anregung unter Verwendung von Magnetfeldern mit Frequenzen von bis zu 600 Megahertz. Dieses Verfahren ist zur Stimulation chemischer Reaktionen anwendbar. Diese Technik ist seit 1938 bekannt, wurde jedoch anscheinend niemals für die effiziente Beseitigung von SO&sub2; und NOx aus Verbrennungsgasen verbessert.
Ein weiteres Verfahren für die Verbrennungsgasfilterung basiert auf Impulskoronaentladung. Obwohl die Filterkammer vergleichbar einfach ist, ist die Hochspannungsimpulsversorgung für Anstiegszeiten im Nanosekundenbereich und Wiederholraten von bis zu 300 Hertz sehr teuer. Die Effizienz dieses Verfahrens liegt um 50-60% und es befindet sich immer noch in der Experimentierphase.
Verfahren zum Beseitigen von SO&sub2; und NOx von Verbrennungsgasen, die in Gegenwart von Ammonium auf der Wechselwirkung von Elektronen mit Verbrennungsgasen arbeiten, sind, neben den chemischen Methoden, elektronische Methoden oder sogenanntes elektronisches Filtern. Auf diesen Verfahren beruhende Filter verkörpern vielversprechende Vorrichtungen zum Beseitigen von SO&sub2; und NOx aus Verbrennungsgasen.

Technische Aufgabe

Das der Erfindung zugrundeliegende technische Probleme ist die Beseitigung von SO&sub2; und NOx von Gasen verschiedener Herkunft, wie auch die Beseitigung von anderen Luftverunreinigungen. Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Verbesserungen der Vorrichtung sind in darauf rückbezogenenu abhängigen Ansprüchen angegeben.

Erfindungsbeschreibung

Das Wesen der vorliegenden Erfindung besteht in der Verwendung einer Teslaspule als Hochspannungs- und Hochfrequenzgenerator, die mit einer speziell ausgebildeten Elektrode (oder Elektroden) verbunden ist, 5so daß die Elektronen in der mit Verbrennungsgas gefüllten Kammer zum Schwingen angeregt werden. Diese hochenergetischen Elektronen regen an, ionisieren und dissoziieren in der mit Verbrennungsgas gefüllten Kammer, was in Gegenwart von Ammonium zu chemischen Reaktionen führt, die letztendlich in der Beseitigung von SO&sub2; und NOx aus Verbrennungsgasen und ihre Umwandlung in Ammoniumsalze resultiert. Anders ausgedrückt, das Verfahren ermöglicht einen einfachen und bedeutend kostengünstigeren Weg zum Ausführen elektronischen Filterns von Verbrennungsgasen.
An Stelle einer Teslaspule kann irgendein Hochfrequenzgenerator benutzt werden. Deshalb zum Zweck einer knappen und einfachen Erklärung, soll der Ausdruck "Teslaspulen, auch jeden anderen Typ von Hochspannungs- und Hochfrequenzgeneratoren mit kontinuierlichem oder gepulstem Arbeitsbereich bezeichnen.
Die Vorrichtung zum simultanen Ausscheiden von SO&sub2; und NOx aus Verbrennungsgasen mit Hilfe von Hochfrequenzentladungen über eine Teslaspule ist in Figur 1 schematisch gezeigt.
Sie besteht aus Teslaspule 1 und Filterkammer 2, in der eine speziell ausgebildete Elektrode 3 angeordnet Ist, die auf der einen Seite mit einer Teslaspule über eine Durchführung 4 verbunden ist. Der Einfachheit halber werden ein oder mehrere Elektroden in der Figur 1 durch die Elektrode 3 repräsentiert. Weitere Einzelheiten sind weiter unten angegeben.
Verbrennungsgas tritt von der Seite 5 aus in die Filterkammer 2 ein. Ammonium in stöchiometrischer Menge wird dem Verbrennungsgas über die Öffnung 6 beigefügt, womit die Mischung von Verbrennungagas und Ammonium durch das Elektrodensystem mit Hochfrequenzfeld hindurchläuft und durch die Öffnung 7 austritt. Das Gas wird weiter durch ein Rohr zu einem Filter zur Beseitigung der elektronischen Filterprodukte - Kunstdünger -transportiert und läuft dann weiter durch das Rohr zu beispielsweise einem Sackfilter für die Düngersammlung, jedoch frei von SO&sub2; und NOx, und in die Atmosphäre.
Die Filterkammer 2 kann ein Rohr von verschiedenen Querschnittsansichten sein: rund, quadratisch, rechteckig usw. Die Elektrode 3 kann verschiedene Formen haben. Einige sind in Figur 2 schematisch gezeigt: ein Draht 31, ein Satz von parallelen Drähten 32, ein Gitter mit runden Rändern 33, ein Gitter mit scharfen Spitzen 34, eine Anzahl von Spitzen 35 usw.. Ferner kann jede dieser Elektroden getrennt vorliegen oder die Elektroden können bezüglich der Kammer 2 miteinander kombiniert sein, oder mit verschieden geformten Elektroden oder Kammern, um eine maximale Effizienz des elektronischen Filterns von Verbrennungsgasen zu erzielen. Gleichzeitig wird das Ammoniumeinlaßsystem so eingestellt, daß eine (nahezu) stöchiometrische Menge aufrecht erhalten wird.
Wenn ein Magnetfeld an die Filterkammer angelegt wirdu erhöht es die Effizienz und die Ionisation des Verbrennungsgases und daher die Effizienz des elektronischen Filters.
Figur 3a zeigt schematisch einen Fall, in dem ein paralleles Magnetfeld B an der Kammer angelegt ist, wohingegen Figur 3b ein senkrechtes Magnetfeld B1 zeigt. Dabei ist es nicht wichtig, wie das magnetische Feld erzeugt wird, ob durch einen Permanentmagneten oder durch einen Elektromagneten. Im zweiten Fall wird eine geeignete Leistungsversorgung benötigt.
Bei der obigen Beschreibung wurde stillschweigend angenommen, daß die Durchführungen, beispielsweise die Elektrodenhalter, von der Kammer isoliert sind. Die Kammer ist ferner geerdet.
Diese Vorrichtung kann auch zum Filtern von Gas mit anderen gefährlichen Beimischungen, wie zum Beispiel CO, CO&sub2;, verschiedenen Hydrocarbonaten usw. - in diesem Fall wird kein Ammonium hinzugefügt - durch Einstellung der Entladungsparameter, Frequenz, und sowohl elektrische als auch magnetische Feldstärke sowie auch die Geometrie der Elektroden eingesetzt werden.

Claims

1) Einrichtung, die zur simultanen Ausscheidung von SO&sub2; und NOx aus einem Verbrennungsgas in der Gegenwart von Ammonium mittels einer Koronaentladung geeignet ist, mit einer Filterkammer (2) zum Einleiten des Verbrennungsgases, mit einer Elektrode (3), die in der Filterkammer (2) angeordnet ist, mit einem Hochspannungsgenerator, der mit der Elektrode (3) verbunden ist, um die Elektrode (3) mit Spannung zu versorgen, wobei kein dielektrischer Schirm im Entladungsweg vorgesehen ist und die Einrichtung dadurch gekennzeichnet ist, daß der Hochspannungsgenerator auch ein Hochfrequenzspannungsgenerator ist, der kontinuierlich oder im Impulsbereich betreibbar ist.

2) Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochspannungsgenerator eine Teslaspule (1) ist.

3) Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (2) ein Rohr von kreisförmigem, quadratischem, rechteckigem oder anderem willkürlichen Querschnitt ist, in dem eine oder mehrere Elektroden (3) angeordnet sind, die an dem Hochspannungsgenerator angeschlossen sind.

4) Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (3) aus Draht (31), einem Satz Drähten (32), einem Gitter (33, 34, 35), verschiedenen Gittern (33, 34, 35), Spitzen oder einem Satz Spitzen oder einer oder mehreren Elektroden willkürlicher Form besteht.

5) Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch ein paralleles oder senkrechtes auf die Kammer (2) einwirkendes Magnetfeld (B).