Filtersystem zur Filtration eines heißen Rohgases sowie Filterelement für ein solches Filtersystem

Die Erfindung betrifft ein Filtersystem zur Filtration eines heißen Rohgases, wie eines Verbrennungs- und/oder Prozessgases, umfassend ein Primärfil- termodul, das ausgebildet ist Feststoffpartikel aus einem durchströmenden Rohgas zu filtern, und ein separates Sekundärfiltermodul, das dem Primärfiltermodul nachgeschaltet angeordnet ist und mit dem Primärfiltermodul in Fluidverbindung steht, um von dem das Primärfiltermodul verlassenden vorgefilterten Gas durchströmt zu werden, wobei das Sekundärfiltermodul mit wenigstens einem Katalysator zum katalytischen Umwandeln von in dem durchströmenden Rohgas enthaltenen chemischen Verbindungen, insbesondere Schadstoffen versehen ist. Außerdem betrifft die Erfindung ein Filterelement zur Verwendung als Sekundärfilterelement in einem solchen Filtersystem. Schließlich betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Filtration eines heißen Rohgases.

Prozess- oder Abgase treten in den verschiedensten Bereichen der Industrie aber auch im Alltag eines jeden Menschen auf. Es gibt Abgase von Feuerungsanlagen, Gasturbinen, Müllverbrennungsanlagen und Verbrennungs- motoren, um nur einige Beispiele zu nennen. Aufgrund von Umwelt-, Sicher- heits- und Gesundheitsauflagen müssen solche Prozess- oder Abgase, oftmals auch als Rohgase bezeichnet, gereinigt bzw. katalytisch behandelt werden. Infolge ihres Entstehungsprozesses handelt es sich bei solchen Rohgasen oftmals um Heißgase. Zur Reinigung von heißen Rohgasen sind aus dem Stand der Technik Filtersysteme bekannt, die sowohl in der Lage sind in dem Rohgas enthaltene giftige Schadstoffe zu reduzieren bzw. zu minimieren als auch Feststoffpartikel oder Stäube aus dem Rohgas zu entfernen. Dies ist wichtig, da manche Schadstoffe bei einem Einatmen zu kurzfristigen Vergiftungserscheinungen führen können. Andererseits können Feinstoffpartikel in der Umgebungsluft mittel- oder langfristig Krebs beim Menschen verursachen.

Aus der WO 2006/103040 A1 ist ein Verfahren zur katalytischen Reduktion von Stickoxiden (NO _x ) unter anderem mittels Zugabe von Ammoniak (NH3) in den Rohgasstrom bekannt. Diesbezüglich wird ein katalytischer Entstau- bungsfilter beschrieben, der sowohl mittels Oberflächenfiltration Feststoffe zurückhalten als auch mittels eines integrierten Katalysators katalytische Reaktionen ermöglichen kann. In diesem Fall sind die Funktionen der Staubfiltration und der katalytischen Reduktion in einem einzigen Filtermodul inte- griert. Hierbei ist der Katalysator in einer porösen Wand des Filtermoduls hinter einer Staubfilterungsoberfläche eingebettet. Ein solcher katalytischer Entstaubungsfilter ist jedoch sehr teuer in den Betriebskosten und weist eine geringe Betriebssicherheit auf. Denn oftmals muss der katalytische Entstaubungsfilter aufgrund eine irreversiblen Verstopfung mit Staubpartikeln und nicht wegen Erschöpfung des Katalysators ausgewechselt werden. Zudem können im Falle einer Beschädigung des katalytischen Entstaubungsfilters Fe in stoff partikel ungehindert auf die Reingasseite gelangen und die dort angeordneten Anlagen beschädigen. Alternativ wird in der WO 2006/103040 A1 ein Filtersystem beschrieben, bei dem die Funktionen der Staubfiltration und der katalytischen Reduktion von unterschiedlichen Filtermodulen erfüllt werden. Hier erfolgt die Entstaubung des Rohgases mittels eines nichtkatalytischen Primärfiltermoduls. Das weitgehend entstaubte, aber immer noch Schadstoffhaltige Gas verlässt das Primärfiltermodul und wird über ein rein katalytisches Sekundärfiltermodul geleitet, um dort Schadstoffe zu entfernen. Ein derartiges Filtersystem weist eine geringe Betriebssicherheit auf. Denn im Falle einer Beschädigung des Primärfiltermoduls strömt staubhaltiges Rohgas ungehindert durch das kata- lytische Sekundärfiltermodul, welches dadurch beschädigt werden kann oder zumindest eine deutlich verringerte Lebensdauer aufweist. Somit wird es auch hier notwendig sein, das relativ teure katalytische Sekundärfiltermodul zu ersetzen. Zudem ist das dem Primärfiltermodul nachgeschaltete, rein katalytische Sekundärfiltermodul nicht in der Lage die Staubpartikel zurückzuhalten, weshalb diese ungehindert auf die Reingasseite des Filtersystem ge- langen und die nachfolgenden Anlagen beschädigen können. So kann es beispielsweise nötig sein, eine nachgeschaltete Gasturbine abzuschalten, um eine Beschädigung der Anlage zu verhindern.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Filtersystem der ein- gangs genannten Art bereitzustellen, das eine erhöhte Verfügbarkeit und Betriebssicherheit bei gleichzeitig verringerten Betriebskosten aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Sekundärfiltermodul ein Sicherheitsfiltermodul ist, das ausgebildet ist Feststoffpartikel aus dem Rohgas zu filtern.

Grundgedanke der Erfindung ist es also, dass das Sekundärfiltermodul zusätzlich zu seiner Funktion als Katalysator dazu geeignet ist, bei einem Versagen des Primärfiltermoduls Feststoffpartikel aus dem Rohgas zu filtern, jedoch im Normalbetrieb des Filtersystems staubfrei betrieben wird. Hierdurch kann effizient verhindert werden, dass beispielsweise bei einem Bruch oder einer sonstigen Beschädigung einer Filterkerze des Primärfiltermoduls während des Betriebes des Filtersystems Feststoffpartikel und/oder Stäube auf die Reingasseite des Filtersystems gelangen. Denn durch solche Fein- stoffpartikel kann beispielsweise eine hinter dem Filtersystem angeordnete Gasturbine schwer beschädigt werden und müsste daher aus Sicherheitsgründen abgeschaltet werden. Generell können aus dem Filtersystem ungewollt austretende Stäube zu erheblichen Störungen bei den nachgeschalteten Prozessen bzw. Anlagen führen. Das erfindungsgemäße Filtersystem kann hingegen auch bei einer Beschädigung, insbesondere bei einem Bruch des Primärfiltermoduls zumindest kurzfristig weiterbetrieben werden, da das katalytische Sekundärfiltermodul in seiner Funktion als Sicherheitsfiltermodul den Durchbruch des Staubes auf die Reingasseite verhindert. Wenn das Sekundärfiltermodul durch den aufgefangenen Staub verstopft, wird ein Gasstrom durch das Sekundärfiltermodul vollständig unterbrochen, sodass überhaupt kein Gas, damit aber auch kein Staub das Sekundärfiltermodul verlassen kann. Das Sekundärfiltermodul wird damit vollkommen unwirksam. Dies ist jedoch unkritisch, da übliche Filtersysteme mit einer Vielzahl, oftmals mehreren hundert Anordnungen aus Primärfilterelement und nachgeschalte- tem Sekundärfilterelement betrieben werden, sodass die Gesamtfunktion des Filtersystems wenig beeinträchtigt wird. Damit kann das beschädigte Primärelement mit dem verstopften Sekundärfilterelement ausgetauscht werden, wenn ohnehin eine zyklische Wartung des Filtersystems erfolgt bzw. die Primärfilterelemente ausgewechselt werden müssen.

Bei den mit dem erfindungsgemäßen Filtersystem gefilterten Rohgasen kann es sich grundsätzlich um Rohgase unterschiedlichster Temperaturen handeln. Das erfindungsgemäße Filtersystem ist jedoch insbesondere zur Filtration heißer Rohgase mit Temperaturen im Bereich von etwa 200 °C bis etwa 1800 °C geeignet.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Primärfiltermodul wenigstens ein Primärfilterelement und umfasst das Sekundärfiltermodul wenigstens ein Sekundärfilterelement, wobei jedem Primärfilterelement we- nigstens ein Sekundärfilterelement zugeordnet ist, das mit dem Primärfil- terelement in Fluidverbindung steht. Durch die Anordnung mehrerer Filterelemente innerhalb eines Filtermoduls kann zum einen die Filterleistung des Filtersystems erhöht werden. Zum anderen können im Falle einer Beschädigung nur eines Filterelementes eines Filtermoduls die verbleibenden Filterelemente des Filtermoduls zunächst problemlos weiterbetrieben werden.

Die Primärfilterelemente und/oder die Sekundärfilterelemente eines Moduls können in Reihen oder Clustern angeordnet. Eine solche Anordnung von Fil- terelementen wird häufig auch als Filterbatterie bezeichnet. Jedes Primärfilterelement kann für sich dazu ausgebildet sein Feststoffpartikel aus dem durchströmenden Rohgas zu filtern, wohingegen jedes Sekundärfilterelement für sich sowohl mit wenigstens einem Katalysator zum katalytischen Umwandeln von in dem Rohgas enthaltenen Schadstoffen versehen sein kann als auch dazu ausgebildet sein kann Feststoffpartikel aus dem Rohgas zu filtern.

Zweckmäßigerweise ist jedem Primärfilterelement genau ein Sekundärfilterelement zugeordnet und sind das Primärfilterelement und das Sekundär- filterelement jeweils als Hohlkörper mit einem zentralen Innenraum, insbesondere im Wesentlichen als Hohlzylinder, ausgebildet und stehen die Innenräume miteinander in Fluidverbindung. In diesem Fall bildet ein Primärfilterelement mit dem zugeordneten Sekundärfilterelement eine Art eigenständige Filtersystemeinheit. Bevorzugt sind die zentralen Innenräume eines Primärfilterelementes und des zugeordneten Sekundärfilterelementes koaxial zueinander angeordnet. Dies ermöglicht eine besonders gute Fluidverbindung der beiden Filterelemente durch ihre Innenräume.

Vorteilhaft sind die Primär- und Sekundärfilterelemente durch eine Träger- plattenanordnung verbunden, wobei die Primär- und Sekundärfilterelemente auf gegenüberliegenden Seiten der Trägerplattenanordnung angeordnet sind und von der Trägerplattenanordnung in entgegengesetzten Richtungen abstehen, wobei jedem Filterelementpaar, bestehend aus einem Primärfilterelement und dem zugeordneten Sekundärfilterelement, eine Durchgangs- Öffnung der Trägerplattenanordnung zugeordnet ist, durch die das jeweilige Primärfilterelement mit dem zugeordneten Sekundärfilterelement in Fluidver- bindung steht. Dadurch, dass die Primärfilterelemente nicht unmittelbar, sondern über die Trägerplattenanordnung mit dem zugeordneten Sekundärfilterelement verbunden sind, ist es beispielsweise möglich ein beschädigtes Primärfilterelement einzeln auszutauschen. In der Trägerplattenanordnung kann also eine Vielzahl von Durchgangsöffnungen vorgesehen sein, über welche die Primärfilterelemente mit den zugeordneten Sekundärfilterelementen verbunden werden. Die Trägerplattenanordnung mit den daran gehaltenen Primärfilterelementen und Sekundärfilterelementen bilden somit ein Filtermodul, das als Einheit transportiert und/oder montiert werden kann. Die Verbindung eines Primärfilterelementes und des zugeordneten Sekundärfilterelementes kann hierbei insbesondere derart erfolgen, dass ein gemeinsamer Raum, der durch die beiden Innenräume des Primärfilterelementes und des zugeordneten Sekundärfilterelementes sowie die zugeordnete Durchgangsöffnung gebildet wird, eine möglichst glatte Innenwandung aufweist

Eine solche Trägerplattenanordnung kann eine Grundplatte umfassen, in der ein axialer Abschnitt der Durchgangsöffnung ausgebildet ist. Bevorzugt ist dann ein Primärfilterelement in die Durchgangsöffnung ausgehend von einer Oberseite der Grundplatte eingesetzt, durchgreift diese und ist an der Grundplatte gehalten. Hierbei schließt das Primärfilterelement insbesondere mit der Oberseite der Grundplatte bündig ab. Es ist jedoch auch möglich, dass das Primärfilterelement über die Oberseite der Grundplatte hinausragt oder dass das Primärfilterelement das Niveau der Oberseite der Grundplatte nicht ganz erreicht. Wann die eine oder die andere Alternative von Vorteil sein kann, ist im Folgenden noch detaillierter beschrieben. Falls die Trägerplattenanordnung eine Vielzahl von Durchgangsöffnungen für eine Vielzahl von Filterelementpaaren aufweist, kann die Grundplatte für jede Durch- gangsöffnung der Vielzahl von Durchgangsöffnungen einen entsprechenden axialen Abschnitt umfassen.

In bevorzugter Weise weist jedes Primärfilterelement die Form einer Filterkerze mit einem im Wesentlichen hohlzylindrischen Filterkerzenkörper auf, der an seinem von der Trägerplattenanordnung wegweisenden Ende, insbesondere halbkugelartig, geschlossen und an seinem gegenüberliegenden, zu der Trägerplattenanordnung weisenden Ende offen ausgebildet ist. Solche Filterkerzen haben sich bewährt, sind handelsüblich und daher relativ kostengünstig zu erwerben.

Vorteilhafterweise ist in der Oberseite der Trägerplattenanordnung, insbesondere in der Oberseite der Grundplatte, eine die Durchgangsöffnung umgebende, insbesondere kreisringförmige, Vertiefung ausgebildet, die eine Auflagefläche definiert, und ist an dem offenen Ende des Filterkerzenkörpers ein radial abstehender Kragen angeformt, der auf der Auflagefläche der Vertiefung liegt. Hierdurch wird die Filterkerze an der Grundplatte gehalten und axial und/oder radial fixiert.

Zweckmäßigerweise ist der Querschnitt des axialen Abschnitts der Durch- gangsöffnung in der Grundplatte größer als die Querschnitte der zentralen Innenräume eines Primärfilterelementes und des zugeordneten Sekundärfilterelementes, so dass, wenn das Primärfilterelement in den axialen Abschnitt der Durchgangsöffnung in der Grundplatte eingesetzt ist, der Übergang zwischen den Innenwandungen der beiden Innenräume im Wesentlichen glatt, d.h. ohne Vorsprünge und/oder Kanten, verläuft. Dies ist insbesondere des- halb wichtig, weil hierdurch unnötige Verwirbelungen des durchströmenden Gases vermieden werden können. Zudem können sich Feinstoffpartikel nicht an derartigen Vorsprüngen ablagern und die Innenräume verstopfen. In einem Beispiel sind sowohl der Querschnitt des zentralen Innenraumes einer Filterkerze als Primärfilterelement als auch der Querschnitt des zentralen Innenraumes des Sekundärfilterelementes kreisrund. Dann entspricht der Durchmesser des kreisrunden Querschnitts des axialen Abschnitts der Durchgangsöffnung in der Grundplatte zumindest bereichsweise dem Durchmesser der identischen Querschnitte der beiden zentralen Innenräume plus der zweifachen Wandstärke des Filterelementhohlkörpers.

Bevorzugt umfasst die Trägerplattenanordnung eine Druckplatte, in der ein axialer Abschnitt der Durchgangsöffnung ausgebildet ist und die auf der Oberseite der Grundplatte montiert ist. Die Druckplatte ermöglicht einen stabilen und/oder sicheren Sitz eines oder mehrerer Primärfilterelemente in der Grundplatte. Im Falle einer Filterkerze als Primärfilterelement, deren Kragen über die Oberseite der Grundplatte hinausragt, sorgt die auf der Oberfläche der Grundplatte montierte Druckplatte dafür, dass der Kragen der Filterkerze fest gegen die Auflagefläche der Vertiefung gedrückt wird. Falls der Kragen der Filterkerze das Niveau der Oberseite der Grundplatte nicht ganz erreicht, kann die Druckplatte zumindest ein seitliches Verkippen der Filterkerze und/oder ein Heraustreiben der Filterkerze aus der Grundplatte durch die Strömung des Rohgases verhindern. Falls die Filterkerze beispielsweise aus einer relativ harten und spröden Keramik besteht und der Kragen der Filterkerze das Niveau der Oberseite der Grundplatte nicht ganz erreicht, kann in dem Bereich zwischen dem Kragen und der Druckplatte ein elastisches Dichtelement, angeordnet sein. Ein solches Dichteelement ragt in einem nicht komprimierten Zustand über die Oberseite der Grundplatte hervor und übt in einem durch die Montage der Druckplatte vermittelten kompri- mierten Zustand eine elastische Rückstell kraft aus und ermöglicht somit ei- nen besonders festen Sitz der Filterkerze. Falls die Trägerplattenanordnung eine Vielzahl von Durchgangsöffnungen für eine Vielzahl von Filterelementpaaren aufweist, kann die Druckplatte ebenso wie zuvor bereits die Grundplatte eine entsprechende Vielzahl von axialen Abschnitten umfassen.

Vorteilhaft stimmt der Querschnitt des axialen Abschnitts der Durchgangsöffnung in der Druckplatte mit den Querschnitten der zentralen Innenräume eines Primärfilterelementes und des zugeordneten Sekundärfilterelementes überein.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung trägt ein Sekundärfilterelement an einem stirnseitigen Ende einen Befestigungsflansch, der auf der Oberseite der Trägerplattenanordnung, insbesondere auf der Oberseite der Grundplatte, insbesondere mittels Schrauben oder einem Bajonettverschluss, befestigt ist. Der Befestigungsflansch ermöglicht ein einfache Befestigung des Sekundärfilterelementes an der Trägerplattenanordnung. Eine Befestigung des Befestigungsflansches direkt auf der Oberseite der Grundplatte bietet den Vorteil, dass auf die Montage einer zusätzlichen Druckplatte an der Oberseite der Grundplatte verzichtet werden kann. In diesem Fall übernimmt der Befestigungsflansch die Funktion einer Druckplatte und sorgt für einen stabilen und/oder sicheren Sitz des dem entsprechenden Sekundärfilterelement zugeordneten Primärfilterelementes in der Grundplatte. Eine Befestigung des Befestigungsflansches auf der Oberseite einer Druckplatte, die an der Oberfläche der Grundplatte montiert ist, kann jedoch auch vorteilhaft sein. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn verhindert werden soll, dass sich das Entfernen eines Sekundärfilterelementes negativ auf den stabilen Sitz des zugeordneten Primärfilterelementes auswirkt.

In bevorzugter Weise ist jedes Primärfilterelement als Oberflächenfilter aus- gebildet und/oder jedes Sekundärfilterelement als Tiefenfilter ausgebildet. Oberflächenfilter halten Feststoffpartikel an ihrer Oberfläche zurück, wohingegen Tiefenfilter Feststoffpartikel in ihrem Inneren festhalten, wobei die Feststoffpartikel den Tiefenfilter dauerhaft zu setzen. Es ist jedoch auch denkbar, dass jedes Sekundärfilterelement die Feststoffpartikel mittels einer Oberflächenfiltrationsschicht aus dem Rohgas filtert und der wenigstens eine Katalysator der Oberflächenfiltrationsschicht in Strömungsrichtung nachgeschaltet angeordnet ist.

Vorteilhaft ist der wenigstens eine Katalysator ein Vanadiumhaitiger Kataly- sator. Der wenigstens eine Katalysator kann aber auch ein beliebiger anderer Katalysator sein, der für den Einsatz bei einer Heißgasfiltration geeignet ist. Beispielsweise kann er auch auf Edelmetallen, wie etwa Platin, Palladium und/oder Rhodium, basieren. Bevorzugt ist der umzuwandelnde Schadstoff ein Stickoxid (NO _x ), wie etwa NO und/oder NO2, und ist der wenigstens eine Katalysator geeignet dieses Stickoxid (NO _x ) insbesondere mittels selektiver katalytischer Reduktion (SCR) in Stickstoff (N2) umzuwandeln. Selektiv bedeutet, dass bevorzugt Stickoxide (NO _x ) reduziert werden, während unerwünschte Nebenreaktionen wie beispielsweise die Oxidation von Schwefeldioxid zu Schwefeltrioxid größtenteils unterdrückt werden. Die Reduktion der Stickoxide (NO _x ) zu Stickstoff (N2) und Wasser (H2O) kann mittels Ammoniak NH3 und eines geeigneten Katalysators, insbesondere eines Vanadiumhaitigen Katalysators, erfolgen. In diesem Zusammenhang können beispielsweise Katalysatoren, die im Wesentlichen aus Titandioxid, Vanadium- pentoxid und/oder Wolframdioxod bestehen, Katalysatoren, die auf Zeolithen basieren und/oder Katalysatoren aus Basis von Aktivkohle verwendet werden. Beispielhafte Reaktionen zur Reduktion von im Rohgas enthaltenden Stickoxiden sind:

4 NH ₃ + 4 NO + O2 ^ 4 N2 + 6 H ₂ O (1 ) 2 NH ₃ + NO + NO ₂ 2 N ₂ + 3 H ₂ O (2) 8 NH ₃ + 6 NO ₂ ^ 7 N ₂ + 12 H ₂ O (3)

Hierbei bezeichnet man die Reaktionsgleichung (1 ) als „ Standard SCR" , die Reaktionsgleichung (2) als „ Fast SCR" und die Reaktionsgleichung (3) als „ NO2 SCR" . Solche selektiven katalytischen Reduktionen sind vorteilhaft, da Stickoxide hierdurch mit einem hohen Wirkungsgrad aus dem Rauchgas entfernt werden.

Vorteilhafterweise weist jedes Sekundärfilterelement einen insbesondere hochporösen und/oder von Kanälen durchzogenen Katalysatorträger auf, in dem der wenigstens eine Katalysator eingelagert ist. Der Katalysatorträger kann aus keramischen Formkörpern und/oder Vakuumformteilen und/oder Hochtemperaturwolle und/oder Schüttgut bestehen. Es kann jedoch auch jeder andere bekannte Katalysatorträger verwendet werden. Die Auswahl des passenden Materials für den Katalysatorträger hängt hauptsächlich von der Chemie des Katalysators und vom Verfahren, wie der Katalysator auf das Trägermaterial aufgebracht wird, ab.

Zweckmäßigerweise ist die Wandstärke und/oder die Länge und/oder das Material und/oder die Porosität jedes Sekundärfilterelementes in Übereinstimmung mit der Menge des im Katalysatorträger eingelagerten Katalysators ausgewählt.

Bevorzugt weist jedes Sekundärfilterelement einen Stützkorb zum Um- schließen und/oder Abstützen des Katalysatorträgers auf. Ein solcher Stützkorb ist insbesondere beim Einsatz von Schüttgut oder loser Hochtemperaturwolle als Katalysatorträger sinnvoll, um eine ausreichende Stabilität des Sekundärfilterelementes zu gewährleisten. Je nach Material und Stabilität des Materials des Katalysatorträgers können doppel- oder einwandige Stützkörbe eingesetzt werden. Der Stützkorb kann in vorteilhafter Weise die Form eines doppelwandigen Hohlzylinders aufweisen, wobei zwischen einer Innenwand und einer Außenwand des doppelwandigen Hohlzylinders ein Hohlraum gebildet wird, in dem sich der Katalysatorträger befindet. Der Hohlraum kann beispielsweise einen kreisringartigen Querschnitt aufweisen. Ebenso kann der Stützkorb die Form eines einwandigen Hohlzylinders aufweisen. Die Wände derartiger Stützkörbe können beispielsweise aus einem Drahtgeflecht bestehen. Im Allgemeinen ist der Einsatz eines Stützkorbes jedoch nicht zwingend erforderlich, insbesondere dann nicht, wenn der Katalysatorträger aus einem in sich formstabilen Teil besteht.

Die zuvor erwähnte Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß auch durch ein Verfahren zur Filtration eines heißen Rohgases, wie eines Ver- brennungs- und/oder Prozessgases, insbesondere mittels des erfindungsgemäßen Filtersystems, gelöst. Hierbei wird in einem ersten Schritt ein zu reinigendes Rohgas durch ein Primärfiltermodul geführt, um Feststoffpartikel aus diesem herauszufiltern, und wird in einem zweiten Schritt durch ein Sekundärfiltermodul geführt, um in diesem enthaltene Schadstoffe katalytisch umzuwandeln, wobei ein Sekundärfiltermodul verwendet wird, das ausgebildet ist, um Feststoffpartikel aus dem Rohgas zu filtern.

Bevorzugt wird ein Primärfiltermodul verwendet, das wenigstens ein Primärfilterelement umfasst, das als Hohlkörper mit einem zentralen Innenraum und einer diesen zentralen Innenraum umgebenden Wandung ausgebildet ist, wobei das zu reinigende Rohgas durch die Wandung des Primärfilterele- mentes in den zentralen Innenraum des Primärfilterelementes strömt, wobei Feststoffpartikel an der Oberfläche des Primärfilterelementes zurückgehalten werden. Das Primärfilterelement wird also von außen nach innen durchströmt, wobei sich an der äußeren Oberfläche des Primärfilterelementes sogenannte Filterkuchen bilden. Solche Filterkuchen können mittels Druckluft- abreinigung („ Jet-Pulse-Abreinigung" ) mittels eines Spülgasstroms von der Reingasseite her wieder entfernt werden. Bei einer regelmäßigen Abrei- nigung kann das Primärfilterelement daher immer wieder verwendet werden und muss nicht häufig ersetzt werden, außer es ist beschädigt. Vorteilhaft wird ein Sekundärfiltermodul verwendet, das wenigstens ein Sekundärfilterelement umfasst, das als Hohlkörper mit einem zentralen Innenraum und einer diesen zentralen Innenraum umgebenden Wandung ausgebildet ist, wobei das Gas, welches das Primärfiltermodul verlässt, in den zentralen Innenraum des Sekundärfilterelementes und von dort aus durch die Wandung des Sekundärfilterelementes strömt, wobei Feststoffpartikel tief in die Wandung hinein eindringen und dort festgehalten werden. Durch diese Tiefenfilterfunktion des katalytischen Sekundärfilterelementes wird im Falle einer Beschädigung des Primärfilterelementes sowohl eine Beschädigung des Sekundärfilterelementes als auch der nachfolgenden Anlagen verhindert.

Des Weiteren wird die zuvor erwähnte Aufgabe der Erfindung erfindungsgemäß auch durch ein Filterelement nach einem der Ansprüche 26 bis 36 gelöst. Mit dem oben beschriebenen Filtersystem wird also erstmals ein Filtersystem bereitgestellt, das eine erhöhte Verfügbarkeit und Betriebssicherheit bei gleichzeitig verringerten Betriebskosten aufweist.

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung zweier Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Filtersystems unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen deutlich. Darin ist:

Figur 1 ein erfindungsgemäßes Filtersystem gemäß einer ersten Aus- führungsform der vorliegenden Erfindung; und Figur 2 eine Filtrationsvorrichtung mit einem erfindungsgemäßen Filtersystem gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Die Figur 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Filtersystem 1 zur Filtration eines heißen Rohgases gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Filtersystem 1 umfasst ein Primärfiltermodul 2, das ausgebildet ist Feststoffpartikel aus einem durchströmenden Rohgas zu filtern, und ein separates Sekundärfiltermodul 3, das dem Primärfiltermodul 2 nachgeschaltet angeordnet ist und mit dem Primärfiltermodul 2 in Fluidverbindung steht, um von dem das Primärfiltermodul 2 verlassenden vorgefilterten Gas durchströmt zu werden. Das Sekundärfiltermodul 3 ist mit wenigstens einem Katalysator zum katalytischen Umwandeln von in dem durchströmenden Rohgas enthaltenen chemischen Verbindungen, insbesondere Schadstoffen versehen und ist ein Sicherheitsfiltermodul, das ausgebildet ist Feststoffpartikel aus dem Rohgas zu filtern. In dieser ersten Ausführungsform umfasst das Primärfiltermodul 2 genau ein Primärfilterelement 4 und umfasst das Sekundärfiltermodul 3 ein Sekundärfilterelement 5, das dem Primärfilterele- ment 4 zugeordnet ist. Das Primärfilterelement 4 und das Sekundärfilterelement 5 weisen jeweils die Form eines Hohlkörpers 6, 7 mit einem zentralen Innenraum 8, 9 auf. Genauer gesagt weist das Primärfilterelement 4 die Form einer Filterkerze mit einem im Wesentlichen hohlzylindrischen Filterkerzenkörper 6 auf, der an seinem einen Ende 10 halbkugelartig geschlos- sen und an seinem gegenüberliegenden Ende 1 1 offen ausgebildet ist, wobei an dem offenen Ende 1 1 ein radial abstehender Kragen 12 angeformt ist. Das Primärfilterelement 4 ist in dieser Ausführungsform als Oberflächenfilter ausgebildet. Auch das Sekundärfilterelement 5 ist im Wesentlichen als Hohlzylinder ausgebildet. Es umfasst einen Stützkorb 13 in Form eines doppel- wandigen Hohlzylinders, wobei zwischen einer Innenwand 14 und einer Au- ßenwand 15 des doppelwandigen Hohlzylinders ein Hohlraum 16 gebildet wird, in dem sich ein Katalysatorträger 17 in Form von Hochtemperaturwolle befindet. Die Innen- und Außenwände 14, 15 des Stützkorbes 13 bestehen in der vorliegenden Ausführungsform aus einem Drahtgeflecht und umschlie- ßen den Katalysatorträger 17 und stützen ihn ab. Bei dem Katalysatorträger 17, in dem ein Vanadium-haltiger Katalysator eingelagert ist, kann es sich in anderen Ausführungsformen auch um einen keramischen Formkörper, ein Vakuumformteil oder Schüttgut handeln. Es kann jedoch auch ein beliebiger anderer Katalysator verwendet werden, solange dieser geeignet ist, Stick- oxide in Stickstoff umzuwandeln. Das Sekundärfilterelement 5 trägt an einem stirnseitigen Ende 18 seines Körpers 7 einen Befestigungsflansch 19. Das Sekundärfilterelement 5 ist in dieser Ausführungsform als Tiefenfilter ausgebildet. Die Innenräume 8, 9 des Primärfilterelementes 4 und des zugeordneten Sekundärfilterelementes 5 stehen miteinander in Fluidverbindung und sind koaxial zueinander angeordnet.

Das Primärfilterelement 4 ist über eine Trägerplattenanordnung 20 mit dem Sekundärfilterelement 5 verbunden, wobei das Primärfilterelement 4 auf einer Seite der Trägerplattenanordnung 20 und das Sekundärfilterelement 5 auf der gegenüberliegenden Seite der Trägerplattenanordnung 20 angeordnet ist. Die Primär- und Sekundärfilterelemente 4, 5 stehen von der Trägerplattenanordnung 20 in entgegengesetzten Richtungen ab. Dem Filterelementpaar, bestehend aus dem Primärfilterelement 4 und dem Sekundärfilterelement 5, ist eine Durchgangsöffnung 21 der Trägerplattenanordnung 20 zugeordnet, durch die das Filterelementpaar in Fluidverbindung steht. Die Trägerplattenanordnung 20 umfasst eine Grundplatte 22, in der ein axialer Abschnitt 21 a der Durchgangsöffnung 21 ausgebildet ist. In der Oberseite 23 der Grundplatte 22 ist eine den axialen Abschnitt 21 a der Durchgangsöffnung 21 umgebende Vertiefung 24 ausgebildet, die eine Auflagefläche 25 definiert. Das Primärfilterelement 4 ist ausgehend von der Oberseite 23 in den axialen Abschnitt 21 a der Durchgangsöffnung 21 eingesetzt, durchgreift die Grundplatte 22 und ist an der Grundplatte 22 gehalten, indem der Kragen 12 des Filterkerzenkörpers 6 auf der Auflagefläche 25 der Vertiefung 24 liegt. Des Weiteren umfasst die Trägerplattenanordnung 20 eine Druckplatte 26, in der ein axialer Abschnitt 21 b der Durchgangsöffnung 21 ausgebildet ist und die auf der Oberseite 23 der Grundplatte 22 montiert ist. Da die Dicke des Kragens 12 der Höhe der Vertiefung 24 entspricht, schließt das Primärfilterelement 4 mit der Oberseite 23 der Grundplatte 22 bündig ab. Das Sekundärfilterelement 5 ist mittels seines Befestigungsflansches 19 auf der Oberseite 27 der Trägerplattenanordnung 20, d.h. auf der Oberseite 28 der Druckplatte 26, lösbar befestigt. Diese Befestigung kann insbesondere mittels Schrauben oder einem Bajonettverschluss erfolgen, was in der Figur 1 jedoch nicht dargestellt ist. Die Durchmesser der kreisrunden Querschnitte der beiden zentralen Innenräume 8, 9 sowie des axialen Abschnitts 21 b der Durchgangsöffnung 21 in der Druckplatte 26 stimmen überein. Größer als diese Querschnittsdurchmesser ist lediglich der Durchmesser des kreisrunden Querschnitts des axialen Abschnitts 21 a der Durchgangsöffnung 21 in der Grundplatte 22. Hierdurch wird ermöglicht, dass ein gemeinsamer Raum, der durch den Innenraum 8 des in den axialen Abschnitt 21 a der Durchgangsöffnung 21 in der Grundplatte 22 eingesetzten Primärfilterelementes 4, den Innenraum 9 des Sekundärfilterelementes 5 sowie die Durch- gangsöffnung 21 gebildet wird, eine möglichst glatte Innenwandung ohne Vorsprünge und Abstufungen aufweist.

Die Figur 2 zeigt eine Filtrationsvorrichtung 29, die einen Filterbehälter 30 mit einem Innenraum 31 sowie ein in dem Innenraum 31 angeordnetes erfindungsgemäßes Filtersystem 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst. Das Filtersystem 1 umfasst ein Primärfil- termodul 2, das sechs Primärfilterelemente 4 in Form von Filterkerzen auf- weist, und ein Sekundärfiltermodul 3, das sechs Sekundärfilterelemente 5 aufweist, wobei jedem Primärfilterelement 4 genau ein Sekundärfilterelement 5 zugeordnet ist. Sowohl die Primär- 4 als auch die Sekundärfilterelemente 5 sind also in einem Art Cluster angeordnet. Die Primär- und Sekundärfil- terelemente 4, 5 sind durch eine Trägerplattenanordnung 20 verbunden, die den Innenraum 31 des Filterbehälters 30 in einen Rohgasraum 32 und einen Reingasraum 33 unterteilt. Zwei Anschlüsse A und B des Filterbehälters 30 befinden sich im Bereich des Rohgasraumes 32, während sich ein dritter Anschluss C des Filterbehälters 30 im Bereich des Reingasraumes 33 be- findet. Jedem Filterelementpaar, bestehend aus einem Primärfilterelement 4 und dem zugeordneten Sekundärfilterelement 5, ist eine von insgesamt sechs Durchgangsöffnungen 21 der Trägerplattenanordnung 20 zugeordnet, durch die das jeweilige Primärfilterelement 4 mit dem zugeordneten Sekundärfilterelement 5 in Fluidverbindung steht. Der Rohgasraum 32 steht somit über das Filtersystem 1 mit dem Reingasraum 33 in Fluidverbindung.

Sowohl der Aufbau der Trägerplattenanordnung 20 als auch der Aufbau der Primär- und Sekundärfilterelemente 4, 5 entspricht dem bereits im Zusammenhang mit Figur 1 beschriebenen Aufbau. Im Unterschied zur Figur 1 weisen jedoch die unterschiedlichen Sekundärfilterelemente 5 in der Figur 2 unterschiedliche Katalysatorträger 17 auf. So weist beispielsweise das Sekundärfilterelement 5 an der Position I ein keramisches Formteil als Katalysatorträger 17 auf, das aufgrund seiner Formstabilität ohne Stützkorb 13 auskommt. Im Gegensatz dazu weisen die beiden Sekundärfilterelemente 5 an den Positionen II und III jeweils einen Stützkorb 13 auf, der in Figur 2 durch eine gestrichelte Linie gekennzeichnet ist. Denn das Sekundärfilterelement 5 an der Position II weist Schüttgut als Katalysatorträger 17 auf und das Sekundärfilterelement 5 an der Position III weist Hochtemperaturwolle als Katalysatorträger 17 auf, wobei beide Katalysatorträger 17 ohne Stützkorb 13 keine ausreichende Stabilität aufweisen würden. In anderen Ausführungsformen kann jedes der sechs Sekundärfilterelemente 5 selbstverständlich auch jeden beliebigen anderen Katalysatorträger 17 mit oder ohne Stützkorb 13 aufweisen. Beim Betrieb der Filtrationsvorrichtung 29 gelangt ein heißes Rohgas durch den Anschluss A des Filterbehälters 30 in den Rohgasraum 32 des Filterbehälters 30 und strömt von dort durch die Filterkerzenkörper 6 in die zentralen Innenräume 8 der Filterkerzen 4. Hierbei lagern sich Staubpartikel auf der Außenseite des Filterkerzenkörpers 6 ab und bilden sogenannte Filterku- chen. Das von Staubpartikeln gereinigte Rohgas strömt dann in die zentralen Innenräume 9 der Sekundärfilterelemente 5 und von dort durch die Körper 7 der Sekundärfilterelemente 5, wobei in dem Rohgas enthaltene Schadstoffe durch einen Katalysator in den Sekundärfilterelementen 5 katalytisch umgewandelt werden. Das größtenteils von Staubpartikeln und Schadstoffen be- freite Gas strömt anschließend in den Reingasraum 33 und verlässt von dort den Filterbehälter 30 durch den Anschluss C des Filterbehälters 30. Da es sich bei den Sekundärfilterelementen 5 um katalytische Entstaubungsfilter handelt, kann selbst im Falle einer Beschädigung eines oder mehrerer der Filterkerzen 4 ein staubfreies Gas im Reingasraum 33 gewährleistet werden. Im Gegensatz zu den Filterkerzen 4, bei denen es sich um Oberflächenfilter handelt, handelt es sich bei den Sekundärfilterelementen 5 um Tiefenfilter, die die Staubpartikel in ihrem Inneren festhalten. Im Normalbetrieb der Filtrationsvorrichtung 29 erfolgt das Herausfiltern von Feststoffpartikeln jedoch an den Filterkerzen 4. Die hierdurch entstehenden Filterkuchen an den Außen- Seiten der Filterkerzenkörper 6 werden durch Druckluftabreinigung, d.h. Rückspülen der Filterkerzen 4 mittels eines Spülgasstroms von der Reingasseite her, entfernt. Durch den Spülgasstrom werden die Staubpartikel von den Außenflächen der Filterkerzenkörper 6 in Richtung des Anschlusses B des Filterbehälters 30 geblasen und verlassen von dort aus den Filterbehäl- ter 30. Bezugszeichenliste

1 Filtersystem

2 Primärfiltermodul

3 Sekundärfiltermodul

4 Primärfilterelement

5 Sekundärfilterelement

6 Filterkerzenkörper

7 Körper des Sekundärfilterelementes

8 zentraler Innenraum des Primärfilterelementes

9 zentraler Innenraum des Sekundärfilterelementes

10 geschlossenes Ende

1 1 offenes Ende

12 Kragen

13 Stützkorb

14 Innenwand

15 Außenwand

16 Hohlraum

17 Katalysatorträger

18 stirnseitiges Ende

19 Befestigungsflansch

20 Trägerplattenanordnung

21 Durchgangsöffnung

21 a axialer Abschnitt der Durchgangsöffnung in der Grundplatte

21 b axialer Abschnitt der Durchgangsöffnung in der Druckplatte

22 Grundplatte

23 Oberseite der Grundplatte

24 Vertiefung

25 Auflagefläche

26 Druckplatte Oberseite der Trägerplattenanordnung Oberseite der Druckplatte

Filtrationsvorrichtung

Filterbehälter

Innenraunn des Filterbehälters

Rohgasraum

Reingasraum