Cómo óxido de descomposición de compuestos cíclicos orgánicos en los gases de escape desde el elemento catalítico y plantas de incineración que contienen un metal u óxido de
Descripción general
 Descomponer compuestos orgánicos cíclicos en el gas de escape de las plantas de incineración, en particular, para ser capaz de la más baja como sea posible la concentración de dioxinas, el tamaño catalizador se optimiza, los compuestos orgánicos cíclicos en el gas de escape de las plantas de incineración De este modo, proporciona un elemento catalítico para el método. ] Elemento catalizador tiene la forma de la ecuación (1):]] [en la que, x, d, u, DT, CO, CX y el parámetro A, se configura sobre la base de 'como se define en la reivindicación 1 Ahí
Campo técnico
La presente invención es un metal y / o de óxido a una oxidación dispositivo y los métodos de catalizador de descomposición de compuestos orgánicos cíclicos en el gas de escape de las plantas de incineración utilizando el catalizador que contiene.
Antecedentes
gases residuales incinerador se observa a menudo, contiene compuestos orgánicos no quemados a ser removidos del gas de escape con el fin de reducir la contaminación ambiental.
Particularmente los compuestos orgánicos difíciles son conocidos por ser compuestos orgánicos cíclicos halogenados y, en particular, dibenzodioxinas policloradas y dibenzofuranos (en lo sucesivo, la dioxina, se denominan colectivamente).
medios rudimentarios, en particular los cambios en las condiciones de incineración (por ejemplo, Chemische Industrie 7/90, pp.21 ver 25) dioxina mediante la adición de la combustión incompleta de productos reducen o gases de combustión NI trietanolamina y trietilamina por inhibir la formación (UWSF-Z. Umweltchem. Oekotox., 4 (1989) ver Pp.3-6), un método de reducir el producto de la combustión incompleta está presente, estos medios en el gas de escape no llegar fácilmente a la concentración máxima permisible de dioxina (0,1 ng / m3).
Por lo tanto, todavía hay una necesidad de reducir el contenido de dioxinas por descomposición oxidativa en un catalizador adecuado. Para este propósito, el documento EP-252521, Publicación de Patente Europea No. 387.417 Pat y especificación solicitud de patente alemana Publicación No. 3933480 Patente describe el uso de un catalizador que contiene un metal u óxido de Lo hice
Convencionalmente, en el desarrollo de dichos catalizadores, en particular ha sido importante dependencia de la velocidad de descomposición de la composición química, es decir, la actividad del catalizador, además de los aspectos técnicos, tales como la temperatura y la velocidad espacial del gas de escape primero tenido una importancia (H. Fahlenkamp, ​​G. Mittelbach, H. Hagenmaier et al, Katalytische oxidación :. Eine Technik zur Verminderung derPLDD / PCDF-emisión aus Muellverbrennungsanlagen auf kleiner0 / 1 ng TE / m3, VGB- Fachtagung, thermische Abfallverwetung 1990, Essen, Alemania 28 de septiembre 1990). Se ha mostrado también el área de superficie del catalizador por volumen en este contexto, sin embargo, la estructura del catalizador se considera insignificante en el mismo lugar (la publicación de solicitud de patente alemana No. 3.933.480, véase la página 3).
Sin embargo, la determinación precisa de la forma tridimensional del elemento catalizador, cuando debería al menos se consigue la concentración máxima admisible, es cada vez más importante.
Tarea de solución
Un objeto de la presente invención, los compuestos orgánicos cíclicos en el gas de escape de las plantas de incineración, en particular, para ser capaz de la más baja como sea posible la concentración de dioxinas, el tamaño catalizador está optimizado, el anillo en el gas de escape de las plantas de incineración proporcionar un dispositivo catalítico para el procedimiento de degradación del compuesto orgánico de fórmula.
Solución
Este objetivo se consigue mediante un catalizador que tiene una forma de catalizador representada por la siguiente ecuación (1):
En donde, x = longitud del elemento catalizador, d = 2 veces la distancia de separación entre la placa de diámetro hidráulico o elemento catalizador placa de orificio pasante de la velocidad a través de hoyos, u = decir, dt = contaminantes dependientes de la temperatura en el gas de escape representa el coeficiente de difusión sexo, CO = concentración inicial del contaminante, la concentración de contaminantes después de CX = longitud x, y el parámetro a tiene los siguientes valores, dependiendo de la forma del orificio de paso similar a:
Forma A
Polígono (n = 3 ∞) 1.2 4.4
Placa <8.3
], Que tiene un agujero pasante similar a un pasaje.
La presente invención, el compuesto cíclico del elemento de catalizador se determina por la velocidad particular de la descomposición oxidativa de la difusión de la dioxina, por el contrario, el descubrimiento fenomenal subyacente de que la velocidad de degradación química del compuesto en la superficie del elemento de catalizador no es crítica .
Por lo tanto, exclusivamente, es particularmente importante para el diseño del elemento de catalizador, es posible determinar el catalizador de forma de las ecuaciones como una base.
El valor máximo de A está, Sherwood muestra para varias formas pasajes aplicada y la tabla por debajo de un flujo laminar se forma número (Sherwood), dependiente de Sharufa:
Sha
Triángulo 2.05
Rectángulo 2.98
Hexágono 3.35
Circular 3.65
Forma de la placa 7.54
La cantidad en la ecuación, con respecto a ciertos métodos son conocidos (CX, CO, u) o constantes de material (DT). Por lo tanto, el diámetro hidráulico del elemento catalizador poligonal (d = 4F / U, F = área y circunferencia de U = a través de agujeros) o distancia de separación de placa en el caso de catalizador en forma de placa, y la longitud, calculado como una función de los parámetros A Tu puedes hacer límites de rango determinado empíricamente en A está dentro del intervalo anterior, que depende en gran medida por la precisión analítica de la medición de los valores individuales.
El parámetro A tiene los siguientes valores, dependiendo de la forma del orificio pasante:
Forma A
Triángulo 1.2 2.8
Rectángulo 2.2 3.8
Hexagon 2.5 4.2
Circular 2.8 4.4
Placa <8.3
La presencia de desactivación polvo y / o en el gas de escape del catalizador, para causar una reducción adicional en el valor de A.
El gas de escape está sustancialmente libre de polvo (contenido de polvo: 0 30 mg / m3 (s.t.p)), en el caso de las palabras, por ejemplo gas de escape después del filtro electrostático o purificación de gases de combustión, la siguiente con respecto al A se obtiene el valor mínimo: triangular 1.5; cuadrado 2,4; hexagonal 2,8; ronda 3,0; 4,0 placa.
La presente invención también está dirigida a un elemento de catalizador se lleva a cabo a 100 500 ° C, a los compuestos orgánicos cíclicos en el gas de escape de las plantas de incineración proporciona una descomposición de oxidación método, el método, la conversión de u, tiempo de residencia r Y las dimensiones del catalizador se calcularon usando la siguiente ecuación (2):
En donde, U = conversión de contaminantes (= 1 CX / CO), r = tiempo de retención (= x / u, u es la velocidad promedio del gas), y DT, el orificio pasante de d y una forma pasaje Que se define sobre la base de la forma del compuesto de fórmula (I).
Esta ecuación (2) se desarrolla a partir de la ecuación (1) anterior en relación con el catalizador.
La presente invención proporciona por primera vez detalles precisos con respecto a la geometría requerida del catalizador.
compuestos orgánicos cíclicos que se pueden mencionar son tanto el compuesto aromático y alifático cíclico, y heterocíclico o compuestos cíclicos sustituidos también se degradan. En particular, los compuestos policíclicos que pueden halogenados A, por ejemplo, bifenilos policlorados, por supuesto fenoles policíclicos, se descompone por el catalizador o el proceso según la invención. El método de acuerdo con el catalizador y la presente invención de acuerdo con la presente invención es particularmente adecuado para particular, la degradación de la dioxina.
Se describen las cantidades a continuación: CX y CO se indican mediante Nonaguramu por metro cúbico en condiciones de temperatura y presión estándar. En este caso, la concentración de dioxinas se mide por el método habitual. coeficiente de difusión depende de DT temperatura se determina por métodos conocidos (por ejemplo, VDI-Waermeatlas, cuarto, Edition, 1988, ver Da32 / Da33), y por ejemplo, a 303 ° C, con respecto tetracloro dibenzodioxina 0.175cm2 / s, dibenzodioxinas hexacloro respeto respetan 0.163cm2 / s, con respecto a octa-cloro dibenzodioxina 0.153cm2 / s y hexacloro dibenzo di furano es 0.165cm2 / s.
Puesto que el gas de escape contiene generalmente mezclas de diferente dioxina, preferiblemente a fin de asegurar la descomposición de las dioxinas al menos correspondiente realizar los cálculos relacionados con coeficiente de difusión muy pequeña.
La velocidad media del gas u se calcula a partir del cociente VR / AC. En este caso, VR velocidad espacial del gas de escape (m3 / h) y AC es el área de contacto. área de contacto Mientras tanto, dividido por el área de sección transversal total del elemento catalizador (que es, por ejemplo producido o está determinado por el reactor) a partir de (en el caso, por ejemplo, 60% de la superficie de una abertura que es 0.6) abrir relación ε . En consecuencia, la relación ε abertura se determina por la relación del área de la sección transversal libre y el área de sección transversal total.
La velocidad media de gas u puso el procedimiento según la invención está generalmente en el rango de 5 10 m / s.
La cantidad d, cuando la sección transversal del paso en forma de orificios pasantes es polígono regular o círculo, que se conoce como un diámetro hidráulico. Por lo tanto, el diámetro hidráulico en relación con el agujero pasante cuadrado es, por ejemplo, D = 4 a2 / 4a = a (una longitud = 1 lado). Para los catalizadores de placas, d representa la separación de placas.
elemento catalizador que tiene una forma a través del agujero mientras el elemento catalizador satisface las condiciones anteriores pasaje, puede tener cualquier forma deseada. Por lo tanto, también es posible un catalizador de panal conocido y también un catalizador de placa. pasajes de nido de abeja pueden estar en la forma de un polígono de dicho, pero también puede pasajes de circular o redonda.
Las dos ecuaciones (1) y (2) de las ecuaciones conocidas desarrolladas para la transferencia de calor en el caso de flujo laminar en el tubo:
Derivado de (Graetz, Ann Phys, 18 (1883) 79/94, 25 (1885) 337/357; .. Nusselt, Z. VDI 54 (1910) 1154/1158).
El número de los orificios de paso puede variar en función del contenido de polvo de la correspondiente a y en el gas de escape al cuadrado del número de células z, por ejemplo con respecto al agujero pasante cuadrado, la siguiente ecuación:
En donde, a = apertura de las células (es decir, la longitud del lado del orificio pasante), b = longitud del lado del elemento catalizador, (el número de orificios pasantes a lo largo de un lado del dispositivo de catalizador) número de z = células, epsilon = apertura de relación, en este caso, está en relación con el gas de combustión sustancialmente libre de polvo 40 ≦ z ≦ 25, 24 ≦ z con respecto al gas de escape que tiene 39 ≦ el alto contenido de polvo con respecto al gas de escape que tiene un bajo contenido de polvo z ≦ 25 y ≦ 20] aplica.
El término 'gas de combustión sustancialmente libre de polvo' significa un gas que contiene temperatura y presión estándar por partículas de polvo metros cúbicos 0 30 mg (mg / m3 (s.t.p)), el término 'bajo contenido de polvo 'el, como una guía, los medios para y términos, el 30 500 mg / m3 (s.t.p)' gas de escape con el gas de escape 'que tiene un alto contenido de polvo, 500 mg / m3 (s.t.p) Significa que es más grande.
Esta es una manera de lograr una caída de presión extremadamente baja en el elemento catalítico. Esta pérdida de presión incluye la siguiente ecuación (4):
En el que, eta = viscosidad dinámica del gas, y u, x y d = es el significado especificado anteriormente y de 0,89 ≦ ≦ phi 1,5] se aplica (VDI-Waemeatlas, 4ª Edición, 1983, 267).
Para el proceso de acuerdo con la invención, la adsorción de compuestos orgánicos cíclicos por el dispositivo catalizador, independientemente de la composición de la sustancia activa, siempre Contaminantes sustancialmente sólo el transporte difusivo de masa en el paso de flujo laminar en el dispositivo catalítico es que más es determinante de la velocidad de la degradación oxidativa de un rápido ser verdad. Por lo tanto, la efectividad del elemento catalítico está determinada sustancialmente por su forma. En este caso, se prefiere particularmente un agujero pasante similar a un paso con forma hexagonal regular.
Basado en este reconocimiento, es posible utilizar las ecuaciones (1) (4) para el proceso de acuerdo con el catalizador y la presente invención de acuerdo con la presente invención. Estas ecuaciones no son incluir absolutamente información acerca de las propiedades de absorción y cinética del material catalizador.
Por lo tanto, en principio, hay una diferencia entre el método según la invención, por ejemplo la reducción catalítica de óxidos de nitrógeno a utilizar NH3 en el mismo tipo de catalizador (reacción SCR). Debido a la cinética de ambos difusivos de transporte y de calor cinética en masa de adsorción de NH3 en el material de catalizador y la reacción de SCR, ya que debe ser observado en esta reducción.
Los materiales catalizadores que se pueden usar son materiales conocidos por el catalizador de oxidación que contiene un metal y / o óxidos. Como se ha descrito, ya que el multi-degradación de los compuestos orgánicos cíclicos no depende de la actividad dependiente y el catalizador en la difusión de la trayectoria de catalizador en la primera, la elección del material de catalizador no es crítica.
Los materiales que se pueden usar son, TiO2 ,, son aquellos basados ​​en SiO2 o de hierro, sino que también puede ser utilizado en conjunción cromo, tungsteno, y óxidos de molibdeno o vanadio como componentes adicionales. Este tipo de catalizador se describen en numerosas técnica anterior (por ejemplo EP-252 521, ver la Publicación de Patente Europea No. 387417 y la DE-OS 3894722).
Se da preferencia, componente de óxido no está contenido en cualquiera de los dos o, preferiblemente, que contiene sólo óxido de vanadio 0,01 1,0% en peso, de lo contrario TiO250 90% en peso, WO3 y / o MoO32 15% en peso y el relleno agentes, tales como sílice, óxido de aluminio, zeolita, bentonita, aluminosilicato (arcilla y caolín) es un elemento catalizador que consiste en 1-40% en peso.
Sin embargo, el catalizador es un metal o una sal metálica, tal como platino o paladio, o un sulfatos de metal alcalinotérreo, en particular también contienen BaSO4 (solicitud de patente alemana publicación especificación No. 3.531.871 y la Patente de EE.UU. No. 4.929.586 )
Además, el material catalítico adecuado es una composición de catalizador descrito para la descomposición de NOx en el gas de escape, y los que contienen una mezcla de TiO2 y otros óxidos de metal. Esto se describe en particular en DE-OS 24 58 888.
Además, el catalizador puede contener coadyuvantes de elaboración conocidos (por ejemplo, véase la especificación de patente alemana No. 3.906.136).
Aquí, no es necesario que todos los elementos catalíticos estén hechos del material. Elemento recubierta con material catalizador, es decir, la superficie de que se recubre al menos en parte por un catalizador, por ejemplo de metal o de soporte, que está preformado hecho de cerámica también están abarcados por la presente invención.
Las plantas de incineración, plantas de incineración de residuos, plantas de energía, pueden ser una planta de incineración de residuos industriales u horno de proceso.
El procedimiento de acuerdo con la invención se lleva a cabo a 100 500ºC, preferiblemente a 250-300ºC.
Por lo tanto, utilizando el método según la invención, mediante la reducción de la temperatura en el reactor que contiene el catalizador a 100 ° C, o correspondientemente reducir el contenido de ingrediente activo en el material de catalizador (por ejemplo, V2 O5) y Es posible
Por lo tanto, el catalizador que tiene una forma de acuerdo con la invención, ya sea no requiere V2O5, o con un contenido de V2O5 de 0,05 1,0% en peso, esto es particularmente el que el tiempo se hace que disminuya la tasa de conversión / SO2 SO2 .
El proceso de acuerdo con la invención se puede llevar a cabo como un proceso intermitente. Esto significa que se llevan a cabo dos pasos consecutivos a diferentes temperaturas. En el primer paso, los contaminantes se adsorbieron sobre todo a bajas temperaturas, y la degradación en la segunda etapa se lleva a cabo a una temperatura elevada en comparación con el primer paso. Las temperaturas de los dos pasos son preferiblemente diferentes al menos 50 ° C, en particular a una temperatura de 100 250 ° C en la primera etapa y la temperatura de la segunda etapa de 300 550 ° C .. Para evitar la desorción de contaminantes durante el calentamiento sin causar descomposición, colocados uno tras otro al menos dos elementos catalíticos, de adsorción a temperatura baja, sólo una pequeña cantidad de adsorbato contaminante en el extremo del elemento catalítico O hecho en absoluto, y es ventajoso calentar este último elemento primero en el proceso de calentamiento.
La figura 1 es una representación diagramática de una planta experimental correspondiente con un reactor catalizado 1. corriente lateral de gases de combustión 7 fluye a través del intercambiador de calor de haz de tubos 5 que tiene un tubo 6. En este caso, el gas de combustión 7 que fluye alrededor del tubo 6 puede ser calentado por aire caliente 9 fluye a través del generador de tubo vitales 6 en el precalentador eléctrico 3 que tiene una varilla de calentamiento 4. Después de la purificación, la corriente de gas limpio 8 sale de la planta. La planta tiene un punto de medición 10 para medir el contenido de compuestos orgánicos cíclicos a degradarse.
La basura y planta de incineración de residuos industriales, se realizó un experimento mediante la recopilación de corriente lateral de gas de combustión que contiene dioxina-7 que pasa por el filtro electrostático y un depurador. El gas de combustión, y enfriar la temperatura límite en la trayectoria de circulación como se muestra en la Figura 1 después de lavador, se calienta a una temperatura entre 360 ​​° C .. Este calentamiento, en el canal de circulación secundaria indirecta, llevado por el aire caliente 9 que se calienta por un precalentador eléctrico 3 que tiene una varilla inductivo que pasa haz de tubos camino intercambiador de calor colocado en el humo de corriente de gas Lo fue En este caso, el sub-corriente de gas de combustión fluye alrededor del haz de tubos 6 del intercambiador de calor. El recalentamiento del gas de combustión de este tipo, ya que el mantenimiento de pequeñas temperaturas en exceso de la temperatura de la pared de tubo del tubo de calor es también sólo era de unos 30 ° C mayor que la temperatura del gas de combustión deseada en cualquier caso.
Entonces, un gas que contiene dioxina calentado de esta manera, comprende dos zonas catalíticas 2, cada banda tiene de uno a cuatro elementos catalizadores cada uno un lado con un 150 mm (cuadrado), el reactor lleno de catalizador a fluir en el 1, escurrido sustancialmente como el flujo de gas 8 en forma de-dioxina libre del reactor 1. Otro efecto, NOX originalmente presente en la corriente de gases de combustión 7 es sustancialmente conversión cuantitativa a una velocidad de NH3 se dosifica.
La dioxina se midió en el punto 10 antes y después del catalizador. Varios tipos catalizadores, el flujo volumétrico de gas de combustión y la temperatura, las concentraciones de entrada y salida, longitud catalizador, área de superficie específica, los resultados del Ejemplo 1 7 relativas a la relación de abertura y el diámetro de apertura se muestra en la Tabla 1. La Tabla 2, la evaluación de la ecuación correspondiente (1) y (2) muestra un δ = D d2 x / u como abscisa y el CX / CO como la ordenada en un gráfico semilogarítmico.
La superficie específica del catalizador de nido de abeja es 545 784M2, la velocidad del nido de abeja (velocidad media de gas u) (la temperatura de trabajo) 2,63 7.98m / s, y la temperatura fue de 250 300 ° C ..
Como resulta evidente de la Fig. 2, el punto de medición corresponde plenamente a la 4A lineal pendiente (A = 2,98) en el seleccionado trazado en base a la ecuación (1). Los puntos de medición que se muestran en la figura 2 corresponden al ejemplo 17 de la tabla 1.
Efecto de la invención
Breve descripción de los dibujos
Es un diagrama de configuración de una planta piloto que tiene un reactor que contiene el catalizador de acuerdo con la Figura 1 la presente invención.
La figura 2 muestra los resultados experimentales del método de acuerdo con la invención.
reactor de carga 1 de catalizador, 2 zona del catalizador, 3 eléctricos precalentador 4 varillas de calefacción, el intercambiador de calor 5, 6 tubos, 7 gases de combustión, 8 corriente de gas limpio, 9 de aire caliente, a 10 puntos de medición
Reclamo
Para la descomposición oxidativa de compuestos orgánicos cíclicos en el gas de escape de las reivindicaciones 1 planta de incineración, en el dispositivo catalizador que tiene una que contiene un metal y / o agujeros de óxido y la forma de paso, la ecuación tamaño del elemento catalizador (1 )
En el ID reivindicaciones = 000003HE = 020 WI = 096 LX = 0,570 LY = 0450 [en donde, x = longitud del elemento catalizador, d = poligonal a través del agujero NI refiere placa de diámetro o catalizador placa elemento hidráulico espaciados alrededor de la distancia del orificio de paso dos veces, u = velocidad media, DT = dependiente de la temperatura coeficiente de difusión del contaminante en el gas de escape del gas de escape, CO = concentración inicial de contaminantes, CX = representa la concentración del contaminante después de longitud x, y el parámetro a de , dependiendo de la forma del pasaje en forma de agujero pasante que tiene los siguientes valores: y en el que la base en forma de una poligonal (n = 3 ∞) 1.2 4.4 hoja <8,3], metal y / O un elemento catalizador que contiene un óxido.
Lleva a cabo a 100 500 ° C utilizando un segundo aspecto el elemento catalizador, el cíclico oxidación MÉTODO compuesto orgánico en descomposición en el gas de combustión de las instalaciones de incineración, la conversión de los contaminantes, el gas de escape del tiempo de residencia y el catalizador en el elemento catalizador La dimensión de la ecuación (2):
En el ID reivindicaciones = 000004HE = 015 WI = 088 LX = 0,610 LY = 1250 [en donde, U = conversión de los contaminantes, el tiempo r = retención, DT = dependiente de la temperatura coeficiente de difusión del contaminante en el gas de escape, d = de múltiples representa dos veces la distancia de separación entre la placa de diámetro hidráulico o elemento catalizador placa de orificio pasante en el cuadrado a través del agujero, y el parámetro a tiene los siguientes valores, dependiendo de la forma del paso-como orificio pasante: forma un poligonal ( n = 3 ∞) 1,2 4,4, caracterizado porque sobre la base de la placa de <8,3], cíclico oxidación compuesto método orgánica en descomposición en el gas de combustión de plantas de incineración.
Dibujo :
Application number :1994-000386
Inventors :ビーエーエスエフアクチェンゲゼルシャフト
Original Assignee :クラウスヘス、ヴィルヘルムルッペル、ベルントモルスバッハ、ヴィリレーゲナウアー