Die Erfindung betrifft optimierte Verfahren zur Reinigung von Abgas aus einem Verbrennungsprozess und eine Verbrennungsvorrichtung mit Abgasreinigung, die zur Durchführung dieser Verfahren geeignet ist.

Im Stand der Technik sind Verfahren zur Reinigung von Abgas aus Verbrennungsprozessen und Verbrennungsvorrichtungen mit Abgasreinigung bekannt.

Zum einen wird in herkömmlichen Verfahren eine selektive nicht-katalytische Reduktion (SNCR) verwendet, die ein Rauchgasentstickungsverfahren ist, um Stickoxid (NOx) in Rauchgasen abzubauen, insbesondere chemisch zu reduzieren. Durch Thermolyse wird z.B. Ammoniak (NH3), Ammoniakwasser oder Harnstoff mit den gasförmigen Stickoxiden zu Wasserdampf und Stickstoff umgesetzt. Sowohl Ammoniak als auch Harnstoff setzen sich bei hohen Temperaturen von 850 bis 1.100 °C mit den Stickoxiden der Verbrennungsgase in einer radikalischen Reaktion zu Stickstoff und Wasserdampf um. Neben dem Nachteil des erforderlichen hohen Temperaturbereichs von 850 bis 1.100 °C ist der Abbaugrad an Stickoxiden beim SNCR Verfahren verbesserungsfähig.

Zum anderen sind selektive katalytische Reduktionsverfahren (SCR) bekannt. Dabei wird gezielt ein Reduktionsmittel (z.B. Ammoniak, Harnstoff oder Harnstofflösung) in den heißen Abgasstrom eingebracht und so ein selektiver NOx-Abbau mithilfe eines Katalysators herbeigeführt. Das Einsprühen erfolgt in Temperaturbereichen von 200 °C bis ca. 500 °C. Ein Vorteil des SCR- Verfahrens gegenüber dem SNCR-Verfahren ist, dass höhere Entstickungsgrade mit minimalem NHs-Schlupf möglich sind. Ein entsprechendes Verfahren ist zum Beispiel in der DE4139862A1 beschrieben.

Weiter können herkömmliche Verfahren Feststoffabscheider zur Verringerung des Schwefeldioxidgehalts im Abgas beinhalten. Dabei wird ein Additiv zugegeben, um Schwefeldioxid zu binden und abzuscheiden. In einer Ausführungsform einer kommerziell erhältlichen Verbrennungsvorrichtung wird dabei ein SCR Verfahren mit einem Feststoffabscheider kombiniert, in der Art, dass zuerst eine Verringerung der Stickoxidkonzentration über ein SCR Verfahren durchgeführt wird, und anschließend der Schwefeldioxidgehalt im Abgas mit einem Feststoffabscheider verringert wird. Die WO2021/121575A1 zeigt ein Verfahren zum Betrieb und eine Anlage für eine Dampfkesselanlage. Allerdings werden dort nicht die spezifischen Verfahren und die spezifische Vorrichtung der vorliegenden Erfindung und die damit verbundenen Effekte offenbart, wie weiter unter näher erläutert wird.

Die herkömmlichen Anlagen und Verfahren haben aber den Nachteil, dass sie aus Energieeffizienzgesichtspunkten verbesserungsfähig sind. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass bei der Verwendung von SCR Verfahren in herkömmlichen Anlagen der Katalysator nur eine sehr geringe Aktivitätszeitdauer (z.B. Reisezeit) aufweist. Dies ist unter anderem dadurch zu erklären, dass sich bei ungünstigen Prozessbedingungen Ammoniumsulfat und/oder Ammoniumhydrogensulfat auf der Katalysatoroberfläche abscheidet und die Katalysatoraktivität vermindert. Ungünstige Prozessbedingungen können zum Beispiel durch Variationen im zu verbrennenden Material auftreten. Das Regenerieren des Katalysators erfolgt üblicherweise durch Ausheizen, was unter anderem aufgrund der erforderlichen Vorrichtungsstandzeit, des hohen Energieaufwands oder der Notwendigkeit, dem Feststoffabscheider vermehrt Additiv zuzugeben, mit hohen Kosten verbunden ist.

Die zu lösende Aufgabe der Erfindung ist somit das Bereitstellen von optimierten Verfahren zur Reinigung von Abgas aus einem Verbrennungsprozess, die aus energetischer Sicht und aus Kostengesichtspunkten im Vergleich zum Stand der Technik verbessert ist. Eine weitere Aufgabe ist das Bereitstellen einer optimierten Verbrennungsvorrichtung mit Abgasreinigung, die aus energetischer Sicht und aus Kostengesichtspunkten im Vergleich zum Stand der Technik verbessert ist. Eine weitere zur lösende Aufgabe ist die Bereitstellung eines Verfahrens zur Reinigung von Abgas aus einem Verbrennungsprozess und einer entsprechenden Verbrennungsvorrichtung, mit einer längeren Reisezeit des Katalysators, durch Vermeidung der Bildung von Ammoniumsulfat am Katalysator, denn durch die Bildung von Ammoniumsulfat auf der Katalysatoroberfläche wird die katalytische Aktivität des Katalysators reduziert oder vollständig inhibiert.

Diese Aufgaben werden durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst, das eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens darstellt. Bevorzugte Ausführungsformen dieses Verfahrens sind in den Unteransprüchen 2 bis 7 definiert, die auch in Kombination untereinander umfasst sind. Weiter werden die Aufgaben durch eine Verbrennungsvorrichtung mit Abgasreinigung nach Anspruch 8 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Vorrichtung sind in den Unteransprüchen 9 bis 10 definiert, die auch in Kombination untereinander umfasst sind. Weiter werden die Aufgaben durch die Verwendung nach Anspruch 11 gelöst. Alternativ zum Verfahren nach Anspruch 1 werden die Aufgaben durch das Verfahren nach Anspruch 12 gelöst das eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens darstellt. Bevorzugte Ausführungsformen dieses alternativen Verfahrens sind in den Unteransprüchen 13 bis 21 definiert, die auch in Kombination untereinander umfasst sind.

Die Erfindung wird durch Abbildung 1 näher erläutert, die eine Ausführungsform einer Verbrennungsvorrichtung mit Abgasreinigung gemäß der vorliegenden Erfindung verdeutlicht, mit dem ein Verfahren gemäß der ersten und zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden kann.

Eine erste Ausführungsform des Verfahrens wird im Folgenden näher beschrieben:

Das Verfahren ist ein Verfahren zur Reinigung von Abgas aus einem Verbrennungsprozess, umfassend die Schritte: 1) Durchführen eines Verbrennungsprozesses; 2) Durchführen eines Feststoffabscheidungsprozesses, bei dem die Konzentration an Schwefel im Abgas des Verbrennungsprozesses durch Zugabe eines Additivs verringert wird; 3) Durchführen eines katalytischen Reinigungsprozesses, bei dem die Konzentration an Stickoxid im Abgas des Verbrennungsprozesses durch Zugabe eines Reduktionsmittels verringert wird.

Der Verbrennungsprozess in Schritt 1) ist herkömmlich bekannt. Erfindungsgemäß umfassen Verbrennungsprozesse alle thermischen Prozesse, bei denen unter Anwesenheit von Sauerstoff Oxidationsprozesse stattfinden. Es können z.B. fossile Brennstoffe, organische Materialen, Müll usw. verbrannt werden. Weiter kann der Verbrennungsprozess innerhalb eines Schmelzverfahrens stattfinden, z.B. bei einem (Aluminium)schmelzprozess.

Der Feststoffabscheidungsprozess in Schritt 2) ist herkömmlich bekannt. Dabei wird die Konzentration an Schwefel im Abgas des Verbrennungsprozesses durch Zugabe eines Additivs verringert. Der Schwefel lieg insbesondere als Schwefeldioxid vor. Wenn im Folgenden Schwefel oder Schwefeldioxid (SO2) genannt ist, sind damit alle gasförmigen Schwefeloxide umfasst. Das Additiv bindet dabei in Ausführungsformen das Schwefeldioxid und verringert dabei die Konzentration an Schwefeldioxid im Abgas. Geeignete Additive sind herkömmlich bekannt und werden unten näher erläutert.

Der katalytische Reinigungsprozess in Schritt 3) ist herkömmlich bekannt. Dabei wird die Konzentration an Stickoxid (NOx) im Abgas des Verbrennungsprozesses durch Zugabe eines Reduktionsmittels verringert. Der katalytische Reinigungsprozess ist in Ausführungsformen ein herkömmlicher SCR Prozess. SCN Katalysatoren sind z.B. poröse keramische Feststoffkatalysatoren auf der Basis von Titandioxid, Wolframoxid und/oder Vanadiumoxid, die vorzugsweise in Platten- oder Wabenstruktur vorliegen. Für die katalytische Aktivität ist die poröse Struktur des Katalysatormaterials und damit seine innere Oberfläche entscheidend. Die Umwandlung von Stickoxiden in molekularen Stickstoff erfolgt in der Abluft bei Temperaturen von etwa 200 bis 400°C. Das SCR Verfahren hat gegenüber dem SNCR Verfahren den Vorteil, dass sich damit geringere NOx Grenzwerte von z.B. 80 mg/m ³ problemlos erreichen lassen. Beim SNCR Verfahren sind im Gegensatz dazu minimal 100 bis 200 mg/m ³ möglich. Allerdings erfordert der Katalysator im SCN Verfahren typischerweise eine Betriebstemperatur von mindestens 210 °C, bei Anwesenheit von SO2 liegen die Temperaturen sogar noch höher. Wird der SO2 Gehalt durch mehr Additiv auf beispielsweise 10 mg abgesenkt ist eine Betriebstemperatur von 215 °C möglich. Dafür ist aber ca. 20-25 % mehr Additiv erforderlich, was aus Kostengesichtspunkten ungünstig ist.

Im Anlagenbetrieb kann es durch die Bildung von Ammoniumsulfat zu Verunreinigungen und damit zur Inaktivierung des Katalysators kommen. Ammoniumsulfat ist ein anorganisches Salz mit der chemischen Formel (NH^SO^ Es entsteht während des Verbrennungsprozesses im Abgas, wenn ungünstige Bedingungen herrschen, und beeinträchtigt die Aktivität des Katalysators, da Ammoniumsulfat die Katalysatoroberfläche bedeckt und den Katalysator inaktiviert. Einflussgrößen für die Bildung von Ammoniumsulfat sind insbesondere die Temperatur, der Wassergehalt, der Reduktionsmittelgehalt und der Schwefeldioxidgehalt. Ammoniumsulfat wird im Verfahren zum Teil zu Ammoniumhydrogensulfat umgewandelt. Ammoniumhydrogensulfat entsteht durch Zersetzung von Ammoniumsulfat bei Temperaturen über 100 °C, wobei Ammoniak frei wird. Die Wechselwirkung der oben genannten Einflussgrößen zueinander in Bezug auf die Bildung von Ammoniumsulfat und Ammoniumhydrogensulfat ist allgemein bekannt und wird hier nicht weiter erläutert. Wen sich im Folgenden auf Ammoniumsulfat bezogen wird, ist auch ein Gemisch aus Ammoniumsulfat und Ammoniumhydrogensulfat umfasst.

Eine starke Deaktivierung des Katalysators tritt vor allem bei schwefelhaltigem Brennmaterial durch die reaktionsbedingte Belegung des Katalysators mit Ammoniumsulfat auf. Herkömmlich werden deaktivierte Katalysatoren entweder im eingebauten Zustand thermisch regeneriert oder zur Reinigung ausgebaut. Dazu werden die Katalysatoren in Ausführungsformen auf über 250 bis 300 °C aufgeheizt, so dass der Katalysator wiederverwendet werden kann. Alternativ kann die Reinigung auch über Ultraschall erfolgen. Der Nachteil der Reinigung ist allerdings ein hoher Energieaufwand, das Freisetzen von Emissionen und die Verringerung der Anlagenverfügbarkeit. Das erfindungsgemäße Verfahren umgeht diese Nachteile, indem es durch eine optimierte Verfahrensführung die die Bildung von Ammoniumsulfat verhindert oder zumindest verlangsamt. Deswegen ist der Katalysator ohne notwendige Reinigung über einen verlängerten Zeitraum aktiv und die Verbrennungsvorrichtung kann ohne Reinigungsunterbrechung länger betrieben werden. Erfindungsgemäß wird die optimierte Verfahrensführung dadurch erzielt, dass nach Schritt 1), nach Schritt 2) und nach Schritt 3) eine Messgröße des Abgases gemessen wird. Die Messgröße ist ausgewählt aus der Gruppe, umfassend Temperatur, Druck, Wassergehalt, Schwefelgehalt, Stickoxidgehalt, Reduktionsmittelgehalt, Sauerstoffgehalt oder einer Kombination davon. In Ausführungsformen werden dazu zusätzlich die Abgasmenge und/oder Additivmenge als weitere Messgrößen gemessen. Der Begriff „Messgröße“ im Sinne der vorliegenden Erfindung umfasst also eine dieser Messgrößen, sowie irgendeine Kombination von mehreren Messgrößen der oben genannten Parameter Temperatur, Druck, Wassergehalt, Schwefelgehalt, Stickoxidgehalt, Reduktionsmittelgehalt, Sauerstoffgehalt, Abgasmenge und Additivmenge. Es sind alle Kombinationen dieser Messgrößen, insbesondere irgendeine Kombination von zwei, drei, vier, oder mehr von diesen Messgrößen umfasst. Durch die Messgröße(n) wird der Zustand des Abgases ermittelt. Die Messgröße kann sich erfindungsgemäß auf denselben Parameter beziehen. Es ist aber auch umfasst, dass sich die Messgröße auf zwei oder drei oder mehr unterschiedliche Parameter bezieht.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird als die Messgröße eine Kombination aller Parameter Wassergehalt, Schwefelgehalt, Stickoxidgehalt, Reduktionsmittelgehalt, Sauerstoffgehalt und Abgasmenge gemessen. Dadurch lässt sich eine besonders gute Verfahrensregelung erzielen. Die Messung der Temperatur ist dabei optional. Die Messung aller Parameter Wassergehalt, Schwefelgehalt, Stickoxidgehalt, Reduktionsmittelgehalt, Sauerstoffgehalt und Abgasmenge kann dabei in Ausführungsformen jeweils nach allen drei Schritten 1), 2), und 3) erfolgen. Es ist aber auch erfindungsgemäß umfasst, dass nur einige, d.h. nicht alle, dieser Messgrößen gemessen werden, solange zumindest eine der Messgrößen nach Schritt 1), 2) und 3) gemessen wird.

Erfindungsgemäß wird die Zugabemenge des Additivs in Schritt 2) in Abhängigkeit von der Messgröße des Abgases geregelt. Alternativ oder zusätzlich wird die Zugabemenge des Reduktionsmittels in Schritt 3) in Abhängigkeit von der Messgröße des Abgases geregelt. Dies bedeutet, dass für die Regelung eine Kombination der Messgröße verwendet wird, die jeweils nach Schritt 1), nach Schritt 2) und nach Schritt 3) gemessen wird. Dadurch lässt sich eine optimierte Verfahrensausgestaltung realisieren.

Befinden sich die oben genannten Messgrößen in einem optimalen Zustand, d.h. im Gleichgewicht, wird kein Ammoniumsulfat gebildet und der Katalysator kann über eine sehr lange Zeit ohne Regeneration oder Austausch betrieben werden (z.B. mindestens 40.000 h). Zum Beispiel kann der Katalysator bei 230 °C und 30 mg/m ³ SO2 Konzentration im Abgas dauerhaft betrieben werden. Jedoch ist es im Interesse der Betreiber und der Energieeffizienz das Verfahren bei möglichst tiefen Temperaturen durchzuführen. Soll beispielsweise die Abgastemperatur bei 210 ° C liegen, ist eine SO2 Konzentration im Abgas von nur maximal 8 mg/m ³ zulässig und darf auch nicht für kurze Zeit überschritten werden. Grundsätzlich kann die SO2 Konzentration auf ein solch niedriges Niveau eingestellt werden. Dies erfordert aber einen hohen Additiveinsatz im Feststoffabscheider, was mit einem sehr hohen Kostenaufwand verbunden ist, da nicht nur vermehrt Additivkosten sondern auch Deponiekosten für die Reststoffe anfallen. Bildet sich Ammoniumsulfat auf der Katalysatoroberfläche, inaktiviert das den Katalysator in kurzer Zeit und er muss thermisch regeneriert, ausgebaut und oder überdimensioniert werden, was mit sehr hohen Kosten verbunden ist. Die Regenerierung erfolgt u.a. durch Ausheizen, da sich Ammoniumsulfat bei Temperaturen von über 235 °C zersetzt.

Der Verbrennungsprozess in Schritt 1) ist üblicherweise Schwankungen unterworfen, die z.B. von schwankenden Brennstoffzusammensetzungen herrühren. Auch der Verschmutzungsgrad der Verbrennungsvorrichtung, der sich mit der Betriebsdauer ändert, spielt eine Rolle, da dadurch die Abgastemperatur beeinflusst wird. Dies wiederum bedingt schwankende Konzentrationen von Schwefeldioxid und Stickoxid im Abgas. Weiter bedingen schwankende Stickoxid- konzentrationen im Abgas eine unterschiedliche Konzentration an Reduktionsmittel, die dem Abgas zugegeben werden muss, um das Stickoxid möglichst vollständig abzubauen. Eine hohe Menge an Reduktionsmittel begünstigt aber potentiell die Bildung von Ammoniumsulfat. Auch können Störungen in der Anlage, wie zum Beispiel bei der Dosierung von Additiv im Feststoffabscheider, den Katalysator innerhalb kürzester Zeit deaktivieren.

Im erfindungsgemäßen Verfahren können diese Schwankungen durch das Messen der Messgröße quantifiziert werden und durch die Regelung der Zugabemenge des Additivs in Schritt 2) und/oder der Zugabemenge des Reduktionsmittels in Schritt 3) verhindert oder zumindest zu einem Grad vermindert werden, dass das Verfahren aus energetischer Sicht und aus Kostengesichtspunkten optimiert abläuft. Das erfindungsgemäße Verfahren dient also insbesondere zum Schutz des Katalysators, der zum Abbau von Stickoxiden eingesetzt wird, der Steigerung der Energieeffizienz der Verbrennungsvorrichtung und der Verringerung der benötigten Menge an Additiv, die zur Abscheidung von SO2 verwendet wird. Insbesondere kann mit dem Verfahren das Regenerieren des Katalysators weitestgehend vermieden werden und gleichzeitig der Additivverbrauch optimiert werden. Zusammenfassend ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren eine optimierte Verfahrensausgestaltung in Bezug auf Energieeffizienz, Additiveinsatz bei Einhaltung der geringstmöglichen Grenzwerte und einer Betriebsdauer des Katalysators.

Das erfindungsgemäße Verfahren unterscheidet sich vom Verfahren der WO2021/121575A1 insbesondere darin, dass die Zugabemenge des Additivs in Schritt 2) in Abhängigkeit von der Messgröße des Abgases geregelt wird, und/oder die Zugabemenge des Reduktionsmittels in Schritt 3) in Abhängigkeit von der Messgröße des Abgases geregelt wird. Erfindungsgemäß wird die Messgröße nach Schritt 1), nach Schritt 2) und nach Schritt 3) gemessen. Die Kombination der gemessenen Messgrößen wird in der vorliegenden Erfindung dazu verwendet, um die Zugabemenge des Additivs in Schritt 2) oder die Zugabemenge des Reduktionsmittels in Schritt 3) zu regeln, d.h. es wird eine Kombination der Messgrößen, die nach Schritt 1), Schritt 2) und Schritt 3) zur Regelung hergenommen. Beim erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt demnach eine Regelung der Prozessparameter (d.h. die Zugabemenge des Additivs in Schritt 2) und/oder die Zugabemenge des Reduktionsmittels in Schritt 3)) auf der Basis einer Kombination der an drei Stellen der gemessenen Messgrößen. Dadurch unterscheidet sich das Verfahren von der WO2021/121575A1. In der WO2021/121575A1 wird zwar die Temperatur als Messgröße an verschiedenen Stellen der Vorrichtung gemessen. So erfolgt z.B. eine Temperaturmessung vor der Feststoffabscheidereinheit, um ein geeignetes Additiv auszuwählen. Weiter wird in der Vorrichtung der WO2021/121575A1 die Temperatur vor der SCR-Einheit gemessen. Auch wird in der WO2021/121575A1 erwähnt, dass die Temperatur des Abgases nach dem SCR-Reaktor kontrolliert wird, d.h. auch hier erfolgt eine Temperaturmessung. Allerdings werden die in der WO2021/121575A1 gemessenen Temperaturwerte unabhängig voneinander gemessen und nicht in Kombination miteinander für die Regelung des Gesamtprozesses verwendet. Deswegen bedingt das Verfahren der WO2021/121575A1 nicht die oben beschriebenen vorteilhaften Effekte.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird das Reduktionsmittel zusätzlich direkt in den Verbrennungsprozess von Schritt 1) zugegeben, wobei die Zugabemenge des Reduktionsmittels in Schritt 1) in Abhängigkeit von der Messgröße des Abgases geregelt wird.

Diese Ausführungsform betrifft also ein Verfahren zur Reinigung von Abgas aus einem Verbrennungsprozess, umfassend die Schritte: 1) Durchführen eines Verbrennungsprozesses; 2) Durchführen eines Feststoffabscheidungsprozesses, bei dem die Konzentration an Schwefel im Abgas des Verbrennungsprozesses durch Zugabe eines Additivs verringert wird; 3) Durchführen eines katalytischen Reinigungsprozesses, bei dem die Konzentration an Stickoxid im Abgas des Verbrennungsprozesses durch Zugabe eines Reduktionsmittels verringert wird, wobei nach Schritt 1 ), nach Schritt 2) und nach Schritt 3) eine Messgröße des Abgases gemessen wird, wobei die Messgröße ausgewählt ist aus der Gruppe, umfassend Temperatur, Druck, Wassergehalt, Schwefelgehalt, Stickoxidgehalt, Reduktionsmittelgehalt oder einer Kombination davon; wobei die Zugabemenge des Additivs in Schritt 2) in Abhängigkeit von der Messgröße des Abgases geregelt wird; und/oder die Zugabemenge des Reduktionsmittels in Schritt 3) in Abhängigkeit von der Messgröße des Abgases geregelt wird; wobei das Reduktionsmittel zusätzlich direkt in den Verbrennungsprozess von Schritt 1) zugegeben wird, wobei die Zugabemenge des Reduktionsmittels in Schritt 1) in Abhängigkeit von der Messgröße des Abgases geregelt wird.

Diese Ausführungsform stellt bevorzugt eine Kombination eines SNCR Verfahrens und eines SCR Verfahrens dar. Das SCR Verfahren ist der katalytischen Reinigungsprozess, das SCNR Verfahren erfolgt bei der Zugabe des direkt in den Verbrennungsprozess. Diese Kombination bedingt einen besonders guten Schutz des Katalysators bei Schwankungen der Messgröße(n), da so besonders effektiv die Bildung von Ammoniumsulfat verhindert werden kann. Insbesondere kann diese Kombination bei einer Störung des Feststoffabscheidungsprozesses eine Deaktivierung des Katalysators verhindern. Erfindungsgemäß bedeutet direkte Zugabe in den Verbrennungsprozess, dass das Reduktionsmittel an einen Ort zugegeben werden kann, der in der Nähe der Verbrennung ist, aber nicht direkt in die Flamme. Insbesondere erfolgt die Zugabe im flammenfreien Raum bei einem Temperaturfenster von 1050-850 °C, wenn die Verbrennung schon stattgefunden hat. Dies ist für SNCR Prozesse allgemein bekannt und wird hier nicht weiter erläutert.

Bei dieser Ausführungsform, d.h. bei der Kombination eines SNCR Verfahrens mit einem SCN Verfahren, übernimmt das SNCR Verfahren den Abbau von Stickoxid ganz oder teilweise, insbesondere während einer Störung des Gleichgewichts der Messgröße. Dadurch kann die Konzentration von Reduktionsmittel am Katalysator effektiv beeinflusst werden. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass die Bildung von Ammoniumsulfat verringert wird und somit die Reisezeit des Katalysators erhöht werden kann. Auch ist eine kleinere Dimensionierung des Katalysators möglich, was aus Kostengesichtspunkten vorteilhaft ist. Auch ist so eine zumindest kurzzeitige Abschaltung der Zugabe des Additivs möglich, das über das SNCR Verfahren der NOx Grenzwert eingehalten werden kann, ohne dass gesetzliche Grenzwerte, wie z.B. der maximale Tagesmittelwert, überschritten werden. Weiter ist eine Verringerung der Zugabemenge des Additivs und so eine erhebliche Kosteneinsparung möglich. Auch kann die Betriebstemperatur des Katalysators gesenkt werden und deswegen das Verfahren sehr energieeffizient betrieben werden. Die Regelung erfolgt in Abhängigkeit von der Messgröße des Abgases, bevorzugt in Abhängigkeit von der Messgröße, die nach Schritt 2) gemessen wird. Die zugegebene Menge an Reduktionsmittel beeinflusst die verbleibende Menge an Schwefeldioxid im Abgas und ist somit ein Mittel, mit dem in Ausführungsformen eine optimierte Verfahrensführung erzielt werden kann.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das Verfahren eine Kombination eines SNCR Verfahrens und eines SCR Verfahrens, bei der das Verhältnis der zugegebenen Menge an Reduktionsmittel im SNCR Verfahren und im SCR Verfahren in Abhängigkeit von der Messgröße geregelt wird. Dabei wird die die Konzentration an Stickoxid im Abgas besonders effektiv erniedrigt.

In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt eine kontinuierliche Messung der Messgröße. Durch die kontinuierliche Messung der Messgröße ist eine kontinuierliche Erfassung und somit optimale Regelung möglich.

Bevorzugt ist das Verfahren so ausgestaltet, dass das Reduktionsmittel in Schritt 1) und 3) zugegeben wird, wobei das Verhältnis der Zugabemenge in Schritt 1) zur Zugabemenge in Schritt 3) in Abhängigkeit der Messgröße des Abgases, die nach Schritt 2) gemessen wird, geregelt wird. Diese Kombination und insbesondere die Messung und Regelung des Verhältnisses der Zugabemenge in Schritt 1) zur Zugabemenge in Schritt 3) in Abhängigkeit der Messgröße des Abgases bedingt eine besonders optimierte Verfahrensführung. Dabei wird in einer Ausführungsform die Messgröße zur Bestimmung der Zugabemenge in Schritt 1) nach dem Verbrennungsprozess gemessen und die Messgröße zur Bestimmung der Zugabemenge in Schritt 3) nach dem katalytischen Reinigungsprozess gemessen.

Weiter ist bevorzugt, dass Schritt 2) so durchgeführt wird, dass die Menge an Additiv in Abhängigkeit von der Messgröße des Abgases angepasst wird, indem der Sollwert der Konzentration an Schwefel im Abgas verändert wird. Dadurch kann die Menge an Additiv besonders effektiv optimiert werden. Insbesondere kann der Sollwert in Ausführungsformen dynamisch oder gleitend geändert werden.

Auch ist bevorzugt, dass Schritt 1) weiter einen Temperaturanpassungsprozess umfasst, bei dem die Temperatur des Abgases nach dem Verbrennungsprozess in Abhängigkeit von der Messgröße des Abgases angepasst wird, bevorzugt auf einen Bereich von 150 °C bis 350 °C, besonders bevorzugt 180 °C bis 300 °C, wobei die Messgröße bevorzugt eine Messgröße ist, die nach Schritt 3) gemessen wird. Dadurch kann die Temperatur des Abgases auch bei Schwankungen effektiv auf einen Bereich eingestellt werden, der die Bildung von Ammoniumsulfat verhindert.

Weiter sich die folgenden Ausführungsformen alternativ oder in Kombination umfasst: Der Feststoffabscheidungsprozess wird bevorzugt mit einem sauren Feststoffabscheider durchgeführt. Die Menge an Additiv ist bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe, umfassend Kalk, Kalkhydrat, Bicarbonat oder Aktivkohle odereiner Kombination davon. Besonders bevorzugt wird Bicarbonat verwendet. Das Reduktionsmittel ist bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe, umfassend Ammoniak, Harnstoff, Hirschhornsalz oder einer Kombination davon. Diese Ausführungsformen bedingen eine besonders optimierte Verfahrensausgestaltung. In einer weiteren Ausführungsform ist der SO2 Sollwert für die Dosierung des Additivs veränderlich und wird in Abhängigkeit von der Messgröße angepasst. Dadurch werden kann die Menge an Additiv verringert werden und so eine besonders optimierte Verfahrensführung gewährleistet werden.

Das oben beschriebene Verfahren gemäß der ersten Ausführungsform und das weiter unten beschriebene Verfahren gemäß der zweiten Ausführungsform können in der nachfolgend beschriebenen Verbrennungsvorrichtung mit Abgasreinigung durchgeführt werden. Alle in Zusammenhang mit den erfindungsgemäßen Verfahren beschriebenen Vorteile der Erfindung gelten auch für die Verbrennungsvorrichtung, und umgekehrt.

Die erfindungsgemäße Verbrennungsvorrichtung mit Abgasreinigung umfasst eine Verbrennungseinheit, mit der Abgas erzeugt wird; eine der Verbrennungseinheit nachgeordnete Feststoffabscheidereinheit zur Verringerung der Konzentration an Schwefel im Abgas durch Zugabe eines Additivs; und eine der Feststoffabscheidereinheit nachgeordnete katalytische Reinigungseinheit zur Verringerung der Konzentration an Stickoxid im Abgas durch Zugabe eines Reduktionsmittels. Die Verbrennungseinheit, die Feststoffabscheidereinheit und die katalytische Reinigungseinheit sind erfindungsgemäß nicht limitiert. Er können in Ausführungsformen herkömmliche Einheiten verwendet werden, die hier nicht weiter erläutert werden.

Erfindungsgemäß umfasst die Verbrennungsvorrichtung eine erste Messeinheit, die zwischen der Verbrennungseinheit und der Feststoffabscheidereinheit angeordnet ist, eine zweite Messeinheit, die zwischen der Feststoffabscheidereinheit und der katalytischen Reinigungseinheit angeordnet ist, und eine dritte Messeinheit, die nach der katalytischen Reinigungseinheit angeordnet ist. Es können in Ausführungsformen weitere Messeinheiten umfasst sein. Die Messeinheiten sind so konfiguriert, dass sie eine Messgröße des Abgases messen, wobei die Messgröße ausgewählt ist aus der Gruppe, umfassend Temperatur, Druck, Wassergehalt, Schwefelgehalt Stickoxidgehalt, Reduktionmittelgehalt oder einer Kombination davon. Es sind alle Kombinationen dieser Messgrößen, insbesondere irgendeine Kombination von zwei, drei, vier, oder mehr von diesen Messgrößen umfasst. Mit den Messeinheiten wird die Messgröße bestimmt, mit der die Verbrennungsvorrichtung optimiert betrieben werden kann.

Weiter umfasst die Verbrennungsvorrichtung eine erste Dosiereinheit zur Zugabe von Reduktionsmittel in die Verbrennungseinheit, eine zweite Dosiereinheit zur Zugabe von Additiv in die Feststoffabscheidereinheit und eine dritte Dosiereinheit zur Zugabe von Reduktionsmittel in die katalytische Reinigungseinheit. Es können in Ausführungsformen weitere Dosiereinheiten umfasst sein. Die Dosiereinheiten sind so konfiguriert, dass sie die Zugabemenge des Reduktionsmittels und/oder des Additivs in Abhängigkeit von der Messgröße des Abgases dosieren. Durch diese Dosierung kann die Verbrennungsvorrichtung optimiert betrieben werden.

Das optimierte Betreiben der Verbrennungsvorrichtung beinhaltet die Vorteile, die in Bezug auf das Verfahren gemäß der ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform im Detail beschrieben wurden. Insbesondere unterscheidet sich die erfindungsgemäße Verbrennungsvorrichtung von herkömmlichen Vorrichtungen darin, die Menge des zuzugebenden Additivs und Reduktionsmittels in Abhängigkeit von der Messgröße geregelt wird, wobei die Messgröße an mehreren spezifischen Punkten in der Vorrichtung gemessen wird. Dadurch ist ein optimierter Betrieb möglich.

Somit unterscheidet sich die erfindungsgemäße Verbrennungsvorrichtung von der WO2021/121575A1 insbesondere darin, dass in der WO2021/121575A1 die Dosiereinheiten nicht so konfiguriert sind, dass sie die Mengen des Reduktionsmittels und/oder des Additivs, die dem Abgas zugegeben werden, in Abhängigkeit von der Messgröße des Abgases dosieren können. Die Messung der Temperaturen in derWO2021/121575A1 , die an den unterschiedlichen Stellen der Vorrichtung gemessen werden, werden unabhängig voneinander gemessen, d.h. die gemessenen Werte werden nicht in Kombination miteinander dazu verwendet, um eine Regelung durchzuführten, d.h. um die Menge des Reduktionsmittels und/oder des Additivs zu dosieren. Somit erzielt die Vorrichtung der WO2021/121575A1 nicht die oben beschriebenen technischen Effekte.

In einer Ausführungsform umfasst die Verbrennungseinheit zusätzlich eine Temperaturreduzierungseinheit, bei der über einen Wasserdampfkreislauf thermische Energie des Abgases abgeführt wird. Bei dieser Ausführungsform umfasst die Verbrennungseinheit bevorzugt weiter eine Bypasseinheit, die so konfiguriert ist, dass die thermische Energie des Abgases genützt wird, um die Temperatur des Abgases vor der Feststoffabscheidereinheit einzustellen. Alternativ oder zusätzlich umfasst dabei die Verbrennungseinheit bevorzugt weiter eine zusätzliche Erhitzungseinheit, die nach der Energiegewinnungseinheit angeordnet ist, und die so konfiguriert ist, dass damit die Temperatur des Abgases vor der Feststoffabscheidereinheit eingestellt wird. Somit kann die Temperatur des Abgases gezielt eingestellt werden, was eine besonders optimierte Ausgestaltung der Vorrichtung ermöglicht.

Die Erfindung umfasst weiter die Verwendung der Vorrichtung gemäß einem Verfahren gemäß der ersten und/oder zweiten Ausführungsform. Dabei wird eine Verlängerung des Reinigungsintervalls und/oder der Lebensdauer der Vorrichtung und/oder eine Verbesserung der Energiebilanz und/oder die Einhaltung von NOx Grenzwerten und/oder eine Verbesserung der Reisezeit der Vorrichtung erzielt. Die Reisezeit der Vorrichtung ist die Zeit, für die die Vorrichtung ohne Reinigung betrieben werden kann. Die Reisezeit ist also insbesondere die Zeitdauer, in der die Aktivität des Katalysators für den katalytischen Reinigungsprozess ausreichend ist. In Ausführungsformen ist die Katalysatoraktivität beim Ende der Reisezeit 25% oder weniger, oder 50% oder weniger, oder 75% oder weniger, der Anfangskatalysatoraktivität.

Eine zweite Ausführungsform des Verfahrens wird im Folgenden näher beschrieben:

Das Verfahren ist ein Verfahren zur Reinigung von schwefelhaltigem Abgas aus einem Verbrennungsprozess, umfassend einen katalytischen Reinigungsprozess, bei dem die Konzentration an Stickoxid im Abgas durch kontinuierliche Zugabe eines Reduktionsmittels verringert wird, wobei die Zugabemenge des Reduktionsmittels in Abhängigkeit einer Messgröße des Abgases geregelt wird, und wobei die Zugabemenge des Reduktionsmittels während des katalytischen Reinigungsprozesses für einen definierten Zeitraum auf null gestellt wird.

Das Verfahren gemäß der zweiten Ausführungsform stellt ein Altemativverfahren zum Verfahren gemäß der oben beschriebenen ersten Ausführungsform dar. Das Verfahren gemäß der zweiten Ausführungsform erfüllt ebenso die in Bezug auf das Verfahren gemäß der oben beschriebenen ersten Ausführungsform beschriebenen Vorteile. Das Verfahren gemäß der zweiten Ausführungsform kann in der oben beschriebenen Verbrennungsvorrichtung durchgeführt werden. Alternativ kann das Verfahren gemäß der zweiten Ausführungsform aber auch in herkömmlichen Verbrennungsvorrichtungen durchgeführt werden, die eine katalytischen Reinigungsprozess umfassen, unter der Voraussetzung, dass die Vorrichtung zumindest eine Messeinheit zum Messen des Abgases umfasst.

Der Verbrennungsprozess ist herkömmlich bekannt und erfindungsgemäß nicht limitiert. Erfindungsgemäß umfassen Verbrennungsprozesse alle thermischen Prozesse, bei denen unter Anwesenheit von Sauerstoff Oxidationsprozesse stattfinden. Es können z.B. fossile Brennstoffe, organische Materialen, Müll usw. hergenommen werden. Weiter kann der Verbrennungsprozess innerhalb eines Schmelzverfahrens stattfinden, z.B. bei einem (Aluminium)schmelzprozess.

Die Konzentration an Stickoxid im Abgas kann über eine erste Messeinheit, die zwischen der Verbrennungseinheit und der Feststoffabscheidereinheit angeordnet ist, eine zweite Messeinheit, die zwischen der Feststoffabscheidereinheit und der katalytischen Reinigungseinheit angeordnet ist, oder eine dritte Messeinheit, die nach der katalytischen Reinigungseinheit angeordnet ist, gemessen werden. Bevorzugt wird die Konzentration an Stickoxid im Abgas über die zweite Messeinheit gemessen. Als alternative Ausführungsform wird die Konzentration an Stickoxid im Abgas über die dritte Messeinheit gemessen. Der katalytische Reinigungsprozess ist herkömmlich bekannt und erfindungsgemäß nicht limitiert. Dabei wird die Konzentration an Stickoxid im Abgas des Verbrennungsprozesses durch Zugabe eines Reduktionsmittels verringert. Der katalytische Reinigungsprozess ist in Ausführungsformen ein herkömmlicher SCR Prozess. SCN Katalysatoren sind z.B. poröse keramische Feststoffkatalysatoren auf der Basis von Titandioxid, Wolframoxid und/oder Vanadiumoxid, die vorzugsweise in Platten- oder Wabenstruktur vorliegen. Für die katalytische Aktivität ist die poröse Struktur des Katalysatormaterials und damit seine innere Oberfläche entscheidend. Die Umwandlung von Stickoxiden in molekularen Stickstoff erfolgt im Abgas bei Temperaturen von etwa 200 bis 400°C. Das SCR Verfahren hat gegenüber dem SNCR Verfahren den Vorteil, dass sich damit geringere NOx Grenzwerte von z.B. 80 mg/m ³ problemlos erreichen lassen. Beim SNCR Verfahren sind im Gegensatz dazu minimal 100 bis 200 mg/m ³ möglich. Allerdings erfordert der Katalysator im SCN Verfahren eine Betriebstemperatur von mindestens 210 °C, bei Anwesenheit von SO2 liegen die Temperaturen sogar noch höher. Wird der SO2 Gehalt durch mehr Additiv auf beispielsweise 10 mg/m ³ abgesenkt, ist eine Betriebstemperatur von 215 °C möglich. Dafür ist aber ca. 20-25 % mehr Additiv erforderlich, was aus Kostengesichtspunkten ungünstig ist.

Im Anlagenbetrieb kann es durch die Bildung von Ammoniumsulfat zu Verunreinigungen und damit zur Inaktivierung des Katalysators kommen. Ammoniumsulfat ist ein anorganisches Salz mit der chemischen Formel (NH^SO^ Es entsteht während des Verbrennungsprozesses im Abgas, wenn ungünstige Bedingungen herrschen, und beeinträchtigt die Aktivität des Katalysators, da Ammoniumsulfat die Katalysatoroberfläche bedeckt und den Katalysator inaktiviert. Einflussgrößen für die Bildung von Ammoniumsulfat sind insbesondere die Temperatur, der Wassergehalt, der Reduktionsmittelgehalt und der Schwefeldioxidgehalt. Ammoniumsulfat wird im Verfahren zum Teil zu Ammoniumhydrogensulfat umgewandelt. Ammoniumhydrogensulfat entsteht durch Zersetzung von Ammoniumsulfat bei Temperaturen über 100 °C, wobei Ammoniak frei wird. Die Wechselwirkung der oben genannten Einflussgrößen zueinander in Bezug auf die Bildung von Ammoniumsulfat und Ammoniumhydrogensulfat ist allgemein bekannt und wird hier nicht weiter erläutert. Wenn sich im Folgenden auf Ammoniumsulfat bezogen wird, ist auch ein Gemisch aus Ammoniumsulfat und Ammoniumhydrogensulfat umfasst.

Erfindungsgemäß wird die optimierte Verfahrensführung dadurch erzielt, dass das Verfahren einen Schritt beinhaltet, bei dem die Zugabemenge des Reduktionsmittels während des katalytischen Reinigungsprozesses für einen definierten Zeitraum auf null gestellt wird, d.h. dass die Zugabe des Reduktionsmittels abgeschaltet wird. Der definierte Zeitraum ist also ein Zeitraum, bei dem eine komplette Abschaltung der Zugabe des Reduktionsmittels erfolgt. Der definierte Zeitraum erstreckt sich nicht über die gesamte Verfahrensdauer, sondern ist nur temporär. In Ausführungsformen ist der definierte Zeitraum 30 min bis 5 Stunden, bevorzugt 1 Stunde bis 4 Stunden, ist. Bevorzugt wird der definierte Zeitraum, für die die Zugabemenge des Reduktionsmittels auf null gestellt wird, so eingestellt, dass die Konzentration an Stickoxiden im Abgas nach dem katalytischen Reinigungsprozess über einen festgelegten Zeitraum nicht einen vorgegebenen Grenzwert übersteigt. Bevorzugt ist der Grenzwert etwa 50 bis 200 mg/m ³ im Tagesmittel und/oder etwa 200 bis 500 mg/m ³ im Halbstundenmittel. Insbesondere wird der definierte Zeitraum, für die die Zugabemenge des Reduktionsmittels auf null gestellt wird, so eingestellt, dass die Bildung von Ammoniumsulfat und/oder Ammoniumhydrogensulfat unterdrückt wird.

Die Abschaltung wird in Abhängigkeit von der Messgröße geregelt. In Ausführungsformen ist die Anschaltung eine Maßnahme Not- oder Schutzabschaltung, wobei die Abschaltung erfolgt, wenn die Messgröße einen bestimmten Wert über- oder unterschreitet. Wenn die Messgröße wieder einem bestimmten Sollwert entspricht, wird die Abschaltung in Ausführungsformen wieder gestoppt und Reduktionsmittel zugegeben.

Eine solche Verfahrensführung hat den Vorteil, dass für die Zeitdauer, bei der die Messgröße außerhalb eines bestimmten Bereichs liegt, kein Reduktionsmittel zugegeben wird. Dadurch wird wiederum die Bildung von Ammoniumsulfat verhindert oder zumindest verringert, d.h. die Anschaltung ist eine Maßnahme, um den Katalysator zu schützen. Denn auch ein kurzzeitiges Auftreten eines ungünstigen Wertes der Messgröße kann dem Katalysator aufgrund der Bildung von Ammoniumsulfat sehr schaden.

Insbesondere kann dadurch die Bildung von Ammoniumsulfat und/oder Ammoniumhydrogensulfat verhindert oder zumindest verringert werden. Ammoniumsulfat ist ein anorganisches Salz mit der chemischen Formel (NH4)2SO4. Es entsteht während des Verbrennungsprozesses im Abgas, wenn ungünstige Bedingungen herrschen, und beeinträchtigt die Aktivität des Katalysators. Einflussgrößen für die Bildung von Ammoniumsulfat sind insbesondere die Temperatur, der Wassergehalt, der Reduktionsmittelgehalt und der Schwefeldioxidgehalt. Die Wechselwirkung dieser Parameter zueinander in Bezug auf die Bildung von Ammoniumsulfat ist allgemein bekannt und wird hier nicht weiter erläutert. Ammoniumhydrogensulfat entsteht durch Zersetzung von Ammoniumsulfat bei Temperaturen über 100 °C, wobei Ammoniak frei wird.

Befinden sich die oben genannten Messgrößen im optimalen Zustand, wird kein Ammoniumsulfat gebildet und der Katalysator kann über eine sehr lange Zeit ohne Regeneration oder Austausch betrieben werden (z.B. mindestens 40.000 h). Zum Beispiel kann der Katalysator bei 230 °C und 30 mg/m ³ SO2 Konzentration im Abgas dauerhaft betrieben werden. Jedoch ist es im Interesse der Betreiber und der Energieeffizienz, das Verfahren bei möglichst tiefen Temperaturen durchzuführen. Soll beispielsweise die Abgastemperatur bei 210 °C liegen, ist eine SO2 Konzentration im Abgas von nur maximal 8 mg/m ³ zulässig und darf auch nicht für kurze Zeit überschritten werden. Grundsätzlich kann die SO2 Konzentration auf ein solch niedriges Niveau eingestellt werden. Dies erfordert aber einen hohen Additiveinsatz, was mit einem sehr hohen Kostenaufwand verbunden ist, da nicht nur vermehrt Additivkosten sondern auch Deponiekosten für die Reststoffe anfallen. Bildet sich Ammoniumsulfat auf der Katalysatoroberfläche, inaktiviert das den Katalysator in kurzer Zeit und er muss thermisch regeneriert, ausgetaucht und oder überdimensioniert werden, was mit sehr hohen Kosten verbunden ist. Die Regenerierung erfolgt durch Ausheizen, da sich Ammoniumsulfat bei Temperaturen von über 235 °C zersetzt.

Der Verbrennungsprozess ist üblicherweise Schwankungen unterworfen, die z.B. von schwankenden Brennstoffzusammensetzungen herrühren. Auch der Verschmutzungsgrad der Verbrennungsvorrichtung, der sich mit der Betriebsdauer ändert, spielt eine Rolle, da dadurch die Abgastemperatur beeinflusst wird. Dies wiederum bedingt schwankende Konzentrationen von Schwefeldioxid und Stickoxid im Abgas. Weiter bedingen schwankende Stickoxid- konzentrationen im Abgas eine unterschiedliche Konzentration an Reduktionsmittel, das dem Abgas zugegeben werden muss, um das Stickoxid möglichst vollständig abzubauen. Eine hohe Menge an Reduktionsmittel begünstigt aber potentiell die Bildung von Ammoniumsulfat. Auch können Störungen in der Anlage, wie zum Beispiel bei der Dosierung von Additiv im Feststoffabscheider, den Katalysator innerhalb kürzester Zeit deaktivieren.

Im erfindungsgemäßen Verfahren werden diese Schwankungen durch das Messen der Messgröße quantifiziert und die Zugabemenge des Reduktionsmittels für einen definierten Zeitraum in Abhängigkeit von der Messgröße auf null gestellt. Dadurch wird die Entstehung von Ammoniumsulfat verhindert oder zumindest zu einem Grad vermindert, dass das Verfahren aus energetischer Sicht und aus Kostengesichtspunkten optimiert abläuft. Das erfindungsgemäße Verfahren dient also insbesondere zum Schutz des Katalysators, der zum Abbau von Stickoxiden eingesetzt wird, der Steigerung der Energieeffizienz der Verbrennungsvorrichtung und der Verringerung der benötigten Menge an Additiv, die zur Abscheidung von SO2 verwendet wird. Insbesondere kann mit dem Verfahren das Regenerieren des Katalysators weitestgehend vermieden werden und gleichzeitig der Additivverbrauch optimiert werden. Zusammenfassend ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren eine optimierte Verfahrensausgestaltung in Bezug auf Energieeffizienz, Additiveinsatz bei Einhaltung der geringstmöglichen Grenzwerte und einer Betriebsdauer des Katalysators. Zum Beispiel kann eine Betriebsstörung verursachen, dass der SO2 Gehalt im Abgas nicht oder nur ungenügend reduziert wird. In diesem Fall kann für den Zeitraum der Reparaturarbeiten eine Notabschaltung erfolgen. Kann über einen längeren Zeitraum kein Gleichgewicht hergestellt werden, so dass für die Entstehung von Ammoniumsulfat günstige Verhältnisse bestehen bleiben und eine Überschreitung von gesetzlichen Grenzwerten (wie z.B. dem Maximaltagesmittelwert) droht, wird die gesamte Vorrichtung abgestellt.

Das erfindungsgemäße Verfahren unterscheidet sich vom Verfahren der WO2021/121575A1 insbesondere darin, dass die Konzentration an Stickoxid im Abgas durch kontinuierliche Zugabe eines Reduktionsmittels verringert wird, wobei die Zugabemenge des Reduktionsmittels in Abhängigkeit einer Messgröße des Abgases geregelt wird, und wobei die Zugabemenge des Reduktionsmittels während des katalytischen Reinigungsprozesses für einen definierten Zeitraum auf null gestellt wird. Deswegen erzielt das Verfahren der WO2021/121575A1 nicht die oben beschriebenen vorteilhaften technischen Effekte, die durch die erfindungsgemäße technische Lehre erzielt werden.

Insbesondere ist die Messgröße ausgewählt aus der Gruppe, umfassend Temperatur, Wassergehalt, Schwefelgehalt, Stickoxidgehalt, Reduktionsmittelgehalt oder einer Kombination davon. Insbesondere kann die Messgröße irgendeine Kombination aus zwei, drei oder vier dieser Messgrößen sein. Besonders bevorzugt ist eine Kombination der Messgröße Temperatur und Schwefelgehalt bevorzugt.

In Ausführungsformen werden dazu zusätzlich die Abgasmenge und/oder Additivmenge als weitere Messgrößen gemessen. Der Begriff „Messgröße“ im Sinne der vorliegenden Erfindung umfasst also eine dieser Messgrößen, sowie irgendeine Kombination von mehreren Messgrößen der oben genannten Parameter Temperatur, Druck, Wassergehalt, Schwefelgehalt, Stickoxidgehalt, Reduktionsmittelgehalt, Sauerstoffgehalt, Abgasmenge und Additivmenge. Es sind alle Kombinationen dieser Messgrößen, insbesondere irgendeine Kombination von zwei, drei, vier, oder mehr von diesen Messgrößen umfasst. Durch die Messgröße(n) wird der Zustand des Abgases ermittelt. Die Messgröße kann sich erfindungsgemäß auf denselben Parameter beziehen. Es ist aber auch umfasst, dass sich die Messgröße auf zwei oder drei oder mehr unterschiedliche Parameter bezieht.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird als die Messgröße eine Kombination der Parameter Wassergehalt, Schwefelgehalt, Stickoxidgehalt, Reduktionsmittelgehalt, Sauerstoffgehalt und Abgasmenge gemessen. Dadurch lasst sich eine besonders gute Verfahrensregelung erzielen. Die Messung der Temperatur ist dabei optional. In einer Ausführungsform ist die Messgröße die Temperatur des Abgases, wobei die Zugabemenge des Reduktionsmittels während des katalytischen Reinigungsprozesses in Abhängigkeit von der Temperatur für einen definierten Zeitraum auf null gestellt wird, bevorzugt wenn die Temperatur 150 °C oder niedriger, mehr bevorzugt 180 °C oder niedriger, insbesondere bevorzugt 200 °C oder niedriger ist.; und/oder

In einer Ausführungsform ist die Messgröße der Wassergehalt des Abgases, wobei die Zugabemenge des Reduktionsmittels während des katalytischen Reinigungsprozesses für einen definierten Zeitraum in Abhängigkeit vom Wassergehalt auf null gestellt wird, bevorzugt wenn der Wassergehalt so hoch ist, dass sich Ammoniumsulfat bildet; und/oder

In einer Ausführungsform ist die Messgröße der Schwefelgehalt des Abgases, wobei die Zugabemenge des Reduktionsmittels während des katalytischen Reinigungsprozesses in Abhängigkeit vom Schwefelgehalt für einen definierten Zeitraum auf null gestellt wird, bevorzugt wenn der Schwefelgehalt 3 mg/m ³ oder größer, mehr bevorzugt 30 mg/m ³ oder größer, weiter bevorzugt 500 mg/m ³ oder größer, ist; und/oder

In einer Ausführungsform ist die Messgröße der Stickoxidgehalt des Abgases, wobei die Zugabemenge des Reduktionsmittels während des katalytischen Reinigungsprozesses in Abhängigkeit vom Stickoxidgehalt für einen definierten Zeitraum auf null gestellt wird, bevorzugt wenn der Stickoxidgehalt 200 mg/m ³ oder größer, mehr bevorzugt 1000 mg/m ³ oder größer, ist; und/oder

In einer Ausführungsform ist die Messgröße der Reduktionsmittelgehalt des Abgases, wobei die Zugabemenge des Reduktionsmittels während des katalytischen Reinigungsprozesses für einen definierten Zeitraum in Abhängigkeit vom Reduktionsmittelgehalt auf null gestellt wird, bevorzugt wenn der Reduktionsmittelgehalt 2 mg/m ³ oder größer, mehr bevorzugt 50 mg/ m ³ oder größer, ist.

Insbesondere ist weiter erfindungsgemäß bevorzugt, dass das Verfahren vor dem katalytischen Reinigungsprozess weiter einen Feststoffabscheidungsschritt zur Verringerung der Konzentration an Schwefel umfasst. Der Schwefel lieg insbesondere als Schwefeldioxid vor. Wenn in folgenden Schwefel oder Schwefeldioxid genannt ist, sind damit alle gasförmigen Schwefeloxide umfasst. Bevorzugt umfasst der Feststoffabscheidungsschritt dabei einen sauren Feststoffabscheider, bei dem ein Additiv, bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe umfassend Kalk, Kalkhydrat, Bicarbonat oder Aktivkohle oder einer Kombination davon, zugegeben wird. Bevorzugt wird Bicarbonat verwendet. Dadurch lässt sich eine besonders optimierte Verfahrensführung realisieren. Der Feststoffabscheidungsprozess ist herkömmlich bekannt und erfindungsgemäß nicht limitiert. Dabei wird die Konzentration an Schwefel im Abgas des Verbrennungsprozesses durch Zugabe eines Additivs verringert. Das Additiv bindet dabei in Ausführungsformen das Schwefeldioxid und verringert dabei die Konzentration an Schwefeldioxid im Abgas.

In dieser Ausführungsform wird bevorzugt während des definierten Zeitraums, für die die Zugabemenge des Reduktionsmittels zum katalytischen Reinigungsprozess auf null gestellt wird, die Menge an Additiv, die im Feststoffabscheidungsschritt zur Verringerung der Konzentration an Schwefel während dieser Zeitdauer zugegeben wird, in Abhängigkeit der Messgröße des Abgases geregelt. Insbesondere wird die Menge an Additiv für diesen Zeitraum erhöht, da so die Ammoniumsulfatabscheidung am Katalysator effektiv verhindert oder zumindest verringert wird. Jedoch sollte Menge an Additiv nicht mehr als nötig erhöht werden, da dies mit erhöhten Kosten verbunden ist. Deswegen ist in einer bevorzugten Ausführungsform der Sollwert für die Messgröße Schwefeldioxid veränderlich einstellbar und wird an die Umstände wie z.B. gesetzlichen Vorgaben bezüglich Abgasgrenzwerte angepasst.

In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird während des definierten Zeitraums, für die die Zugabemenge des Reduktionsmittels zum katalytischen Reinigungsprozess auf null gestellt wird, das Reduktionsmittel direkt in den Verbrennungsprozess zugegeben. Dabei wird bevorzugt die Menge an Reduktionsmittel, die direkt in den Verbrennungsprozess zugegeben wird, in Abhängigkeit von der Messgröße des Abgases geregelt. Diese Ausführungsform stellt bevorzugt eine Kombination eines SNCR Prozesses und eines SCR Prozesses dar. Diese Kombination bedingt einen besonders guten Schutz des Katalysators bei Schwankungen der Messgröße(n), da so besonders effektiv die Bildung von Ammoniumsulfat verhindert werden kann. Insbesondere kann diese Kombination bei einer Störung des Feststoffabscheidungsprozesses eine Deaktivierung des Katalysators verhindern. Erfindungsgemäß bedeutet direkte Zugabe in den Verbrennungsprozess, dass das Reduktionsmittel an einen Ort zugegeben werden kann, der in der Nähe der Verbrennung ist, aber nicht direkt in die Flamme. Insbesondere erfolgt die Zugabe im flammenfreien Raum bei einem Temperaturfenster von 1050-850 °C, wenn die Verbrennung schon stattgefunden hat. Dies ist für SNCR Prozesse allgemein bekannt und wird hier nicht weiter erläutert.

Bei dieser Ausführungsform, d.h. bei der Kombination des SNCR Verfahrens mit dem SCN Verfahren, übernimmt das SNCR Verfahren den Abbau von Stickoxid ganz oder teilweise, insbesondere während einer Störung des Gleichgewichts der Messgröße. Dadurch kann die Konzentration an Reduktionsmittel am Katalysator effektiv beeinflusst werden. Die hat insbesondere den Vorteil, dass die Bildung von Ammoniumsulfat verringert wird und somit das Reinigungsintervall des Katalysators erhöht werden kann. Auch ist kleinere Dimensionierung des Katalysators möglich, was aus Kostengesichtspunkten vorteilhaft ist. Auch ist so eine zumindest kurzzeitige Abschaltung der Zugabe des Additivs möglich, da über das SNCR Verfahren der NOx Grenzwert eingehalten werden kann, ohne dass der Tagesmittelwert überschritten wird. Weiter ist eine Verringerung der Zugabemenge des Additivs und so eine erhebliche Kosteneinsparung möglich. Auch kann die Betriebstemperatur des Katalysators gesenkt werden und deswegen das Verfahren sehr energieeffizient betrieben werden. Die zugegebene Menge an Reduktionsmittel beeinflusst die verbleibende Menge an Schwefeldioxid im Abgas und ist somit ein Mittel, mit dem in Ausführungsformen eine besonders optimiere Verfahrensführung erzielt werden kann.

Weiter ist bevorzugt, dass das Verfahren so durchgeführt wird, dass die Menge an Additiv in Abhängigkeit von der Messgröße des Abgases angepasst wird, indem der Sollwert der Konzentration an Schwefel im Abgas verändert wird. Dadurch kann die Menge an Additiv besonders effektiv optimiert werden.

Abbildung 1 zeigt schematisch eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Verbrennungsvorrichtung. Die Verbrennungsvorrichtung umfasst eine Verbrennungseinheit 4, eine der Verbrennungseinheit nachgeordnete Feststoffabscheidereinheit 6 und eine der Feststoffabscheidereinheit nachgeordnete katalytische Reinigungseinheit 8. Weiter umfasst die Verbrennungsvorrichtung eine erste Messeinheit 12, die zwischen der Verbrennungseinheit und der Feststoffabscheidereinheit angeordnet ist, eine zweite Messeinheit 14, die zwischen der Feststoffabscheidereinheit und der katalytischen Reinigungseinheit angeordnet ist, und eine dritte Messeinheit 16, die nach der katalytischen Reinigungseinheit angeordnet ist. Die Verbrennungsvorrichtung beinhaltet auch eine erste Dosiereinheit 18 zur Zugabe von Reduktionsmittel in die Verbrennungseinheit, eine zweite Dosiereinheit 20 zur Zugabe von Additiv in die Feststoffabscheidereinheit und eine dritte Dosiereinheit 22 zur Zugabe von Reduktionsmittel in die katalytische Reinigungseinheit.

Die Verfahren gemäß den oben beschriebenen ersten und zweiten Ausführungsformen können in einer Verbrennungsvorrichtung nach Abbildung 1 durchgeführt werden. Dabei wird zu verbrennendes Material 2 in die Verbrennungseinheit 4 eingeführt und verbrannt. Die Abgasreinigung erfolgt erfindungsgemäß durch einen Feststoffabscheidungsprozess in Feststoffabscheidereinheit 6 durch Zugabe von Additiv mittels Dosiereinheit 20, sowie durch einen nachgeschalteten SCR Prozess in der katalytischen Reinigungseinheit 8 durch Zugabe von Reduktionsmittel mittels Dosiereinheit 22. Weiter erfolgt ein vorgeschalteter SNCR Prozess durch Zugabe von Reduktionsmittel mittels Dosiereinheit 18. Nach der Abgasreinigung wird gereinigtes Abgas 10 erhalten.