44. BIMSCHV und Ihre Auswirkung auf die ... · HCHO Konvertierung über SCR-Katalysator nach 3000...

44. BIMSCHV und Ihre Auswirkung auf die

Abgasnachbehandlung von Blockheizkraftwerken

8. Kolloquium BVT/Stand der Technik 28.11.2018 Referent: Dipl. Ing. Dirk Goeman

8. Kolloquium BVT/Stand der Technik 28.11.2018 Referent: Dipl. Ing. Dirk Goeman 2

Emission Partner

- Gründung 2010

- Fertigung der Metallträger im eigenen Haus

- Beschichtung der Katalysatoren

- Schweißen der Flansche und Anbauteile

- 100% in-house Produktion eines jeden Katalysators

- Zertifiziert nach QS 9000

- 50 Mitarbeiter, Standort Ramsloh bei Oldenburg


EMISSIONSGRENZWERTE FÜR GASMOTOREN

Gasförmige

Brennstoffe

CO

(mg/Nm³)

NOx

(mg/Nm³)

HCHO

(mg/Nm³)

HC, tot. C

(mg/Nm³)

NH31)

(mg/Nm³)

SOx2)

(mg/Nm³)

Staub

(mg/Nm³)

Erdgas 100 250 100 30 20 1300 10 (10) -

Biogas 300 500 100* 30 20 1300 10 (100) 5

Klärgas 300 500 500 30 20 1300 10 (100) 5

Minengas 300 500 500 30 20 1300 10 (35) 5

Deponiegas 650 500 500 6040

(12/24)- 10 (31) 5

Gültig ab 3) 12/18 12/18 01/25 12/18 01/20 01/25 12/18 12/18 12/18

- Anwendbar für Magergasmotoren mit Fremdzündung

- Anwendbar für Motorkraftwerke zwischen 1 und 50 MW

- Abgasgrenzwerte für Altanlagen gültig ab 01/2029

- Bezugssauerstoff 5 %, trockenes Abgas

- * Biogas: 01.01.2023, bis dahin 0,5 g NOx/Nm³

1) Nur gültig mit SCR-Katalysator2) Abhängig vom Schwefelgehalt im Brenngas3) Abgasgrenzwerte gültig für Neuanlagen


Formaldehydgrenzwert

für den Minderungs-

bonus: 20 mg/Nm3

FORMALDEHYDEMISSION VON BIOGASMOTOREN


HCHO-KONVERTIERUNG AN OXIDATIONSKATALYSATOREN IN

GIFTSTOFFARMEN ABGASEN

Randbedingungen

Raumgeschwindigkeit: 60.000 – 140.000 h-1

Temperaturbereich: 350 – 550°C

Anforderungen frisch

CO: > 98%

HCHO: > 95%

Lebensdauer: min. 8000 Betriebsstunden


HCHO-KONVERTIERUNG AN OXIDATIONSKATALYSATOREN IN

GIFTSTOFFARMEN ABGASEN

Randbedingungen

Raumgeschwindigkeit: 60.000 – 140.000 h-1

Temperaturbereich: 350 – 550°C

Anforderungen frisch

CO: > 98%

HCHO: > 95%

Lebensdauer: > 8000 Betriebsstunden

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000

Form

ald

eh

yd

/ K

ohle

nsto

ffm

ono

xid

mg

/Nm

³

Betriebsstunden

Kohlenstoffmonoxid in mg/Nm³ Formaldehyd in mg/Nm³

Rohemissionen 04.04.17

CO: 865 mg/Nm³

HCHO: 80 mg/Nm³

Abgastemperatur: um 500 °C

Raumgeschwindigkeit: 70.000 h-1

ungefähre Rohemission HCHO

89,6 % HCHO Umsatz nach 10.080 Betriebsstunden


Vorhersage Reinemissionen frischer

und gealterter Katalysatoren

Basierend auf Messungen

unterschiedlich langer Katalysatoren

6 mg frisch = < 20 mg gealtert (Biogas)

10 mg frisch = < 30 mg gealtert (Erdgas)

5000075000100000125000150000175000200000

HC

HO

in m

g/N

m³

/ 10

0

Raumgeschwindigkeit / h-1

HCHO vs. Raumgeschwindigkeit @ 400°C

150 mg HCHO 100 mg HCHO 80 mg HCHO 60 mg HCHO 40 mg HCHO

6 mg @ 0 h/18 mg @ 8000 h

10 mg @ 0 h/28 mg @ 8000 h

20

18

16

14

12

10

8

6

4

2

0

VORHERSAGE HCHO-KONVERTIERUNG FRISCHER UND GEALTERTER

OXIDATIONSKATALYSATOREN


ZUSAMMENSETZUNG VERSCHIEDENER GASFÖRMIGER BRENNSTOFFE

ERDGAS BIOGAS KLÄRGAS

KOMPONENTE / mg/Nm³

HCHO ca. 100 ca. 100 ca. 100

CO max. 1500 max. 1500 max. 1500

HC ca. 2000 ca. 2000 ca. 2000

SO2 unkritisch bis zu 50 unkritisch

SILOXANE unkritisch unkritisch bis zu 10

CO2 10 - 12 vol.% 10 - 12 vol.% 10 - 12 vol.%

SO2 und Siloxane sind Problemstoffe, die die Alterung des Oxidationskatalysators

erheblich beschleunigen können


0

5

10

15

20

25

30

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 1000 2000 3000 4000 5000

HC

HO

Um

sa

tz /

%

Betriebsstunden

OXIDATIONSKATALYSATOREN IN SILOXANHALTIGEM ABGAS

Starke Ablagerungen auf den ersten 10 mm der Katalysatormatrix

Ge

ge

nd

ruck

/ mb

ar


OXIDATIONSKATALYSATOREN IN SO2 HALTIGEM ABGAS

Die Katalysatoroberfläche ist mit Sulfat überzogen und deaktiviert

Elektronenmikroskopie

Sulfatasche Zudem:

Oxidation von SO2 zu SO3 kann Schwierigkeiten am

nachgeschalteten Abgaswärmetauscher verursachen


SCR-KATALYSATOREN FÜR DIE HCHO-KONVERTIERUNG

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

300 350 400 450 500 550

Fo

rma

lde

hyd

ko

nvert

ieru

ng

in

%

Temperatur in °C

ohne NH3 mit NH3Konditionen 15.000 h-1

Katalysator V2O5/WO3/TiO2

O2 6 vol.%

NO 550 vppm

NO2 25 vppm

NH3 0 / 575 vppm

CH4 1500ppm

HCHO 100 vppm

CO 600 vppm

SO2 30 vppm

H2O 12 vol.%

CO2 13 vol.%

N2 Rest

Laboruntersuchungen vom EP Entwicklungspartner TU Freiberg


Keine Gasaufbereitung für den

Katalysator nötig

16.000 Stunden garantierte Standzeit

Lösung

Nachteile

Großer Platzbedarf

Vorteile

Einbau eines SCR-Katalysatorsystems

Ideal für Flexmotoren

SCR-KATALYSATOREN ALS OXIDATIONSKATALYSATOREN FÜR DIE HCHO-

KONVERTIERUNG


SCR-KATALYSATOREN FÜR DIE HCHO-KONVERTIERUNG IN

SILOXANHALTIGEM ABGAS

50

60

70

80

90

100

0 500 1000 1500 2000 2500 3000

Ko

nve

rtie

run

g /

%

Betriebsstunden

X(HCHO)

X(CO)H2O [%] 10,85

O2 [%] 8,77

CO [mg/m³] 1083

NOx als NO2

[mg/m³] 483

SO2 [mg/m³] 0

CH4 [mg/m³] 2106

HCHO [mg/m³] 144

Siloxane [mg/m³] 0,6

Konditionen:

SCR-Katalysator: 10.000 h-1

Speerkatalysator: 140.000 k h-1

HCHO Konvertierung über SCR-Katalysator nach 3000 Betriebsstunden unverändert.

Die CO Konvertierung über den Sperrkatalysator ist jedoch deutlich vermindert.


SCR-KATALYSATOREN FÜR DIE HCHO-KONVERTIERUNG IN

SCHWEFELHALTIGEM ABGAS

SCR Reaktor mit 12 Kassetten (Emission Blue 650)

Jenbacher 312 (550 KW)


ZWISCHENFAZIT

Funktioniert sehr gut mit Abgasen, die SO2 und Siliziumorganylverbindungen in moderaten

Konzentrationen beinhalten.

Ideale Vorbereitung auf künftige strengere NOx-Grenzwerte, die mit SCR zu erreichen sind

Aber: hoher Platzbedarf

Lösung: Platzsparender Bauweise


EMISSIONSGRENZWERTE FÜR GASMOTOREN

Gasförmige

Brennstoffe

CO

(mg/Nm³)

NOx

(mg/Nm³)

HCHO

(mg/Nm³)

HC, tot. C

(mg/Nm³)

NH31)

(mg/Nm³)

SOx2)

(mg/Nm³)

Staub

(mg/Nm³)

Erdgas 100 250 100 30 20 1300 10 (10) -

Biogas 300 500 100 30 20 1300 10 (100) 5

Klärgas 300 500 500 30 20 1300 10 (100) 5

Minengas 300 500 500 30 20 1300 10 (35) 5

Deponiegas 650 500 500 6040

(12/24)- 10 (31) 5

Gültig ab 3) 12/18 12/18 01/25 12/18 01/20 01/25 12/18 12/18 12/18

- Anwendbar für Magergasmotoren mit Fremdzündung

- Anwendbar für Motorkraftwerke zwischen 1 und 50 MW

- Abgasgrenzwerte für Altanlagen gültig ab 01/2029

- Bezugssauerstoff 5 %, trockenes Abgas

- Biogas: 01.01.2023, bis dahin 0,5 g NOx/Nm³

1) Nur gültig mit SCR-Katalysator2) Abhängig vom Schwefelgehalt im Brenngas3) Abgasgrenzwerte gültig für Neuanlagen

SCR-Katalysatorkammer

Sensor zur

Ermittlung der

NOx-Konzentration

im Reingas

Reflexionsschalldämpfer

1. Sensor zur Ermittlung der NOx-

Konzentration im Rauchgas

2. Eindosierung AdBlue

SCR-Katalysatoren

in 2x2-Kassetten

Schalldämpfer-SCR-Einheit ab 1 MW mit SCR auf Vollextrudat Eckig

8

1. Integration der Mischstrecke

2. Reduktion der Reaktorkosten

3. Stabilitätsgewinn

4. Platzeinsparung – Nachrüstung


Schalldämpfer SCR Kombination

Austausch des alten Schalldämpfers durch eine SCR Schalldämpferkombination,

Kein extra Bauraum mehr notwendig!


SCR-Katalysatoren integriert in Schalldämpfer machen BHKW zukunftsfähig

Mit SCR-Katalysatoren auf Metall nochmal 50% kompakter


Gegendruck Gesamtsystem: max. 50 mbar

Katalysator: ca. 16 mbar

Primär- & Sekundär-Schalldämpfer ca. 12 mbar

Abgaswärmetauscher ca. 16 mbar

Rohrleitungen ca. 3 mbar

Gleichrichter & Mischer max. 3 mbar

KOMPAKTBAUWEISE UND DIE HERAUSFORDERUNGEN

Aber: g NH3 ≥ 0,9

16 mbar

10 mbar

3 mbar


SCR System mit Mischer und Gleichrichter

Baulänge: 3,6 m exkl. Schalldämpfersektion

Gegendruck Mischer + Gleichrichter: 6 mbar

g NH3 =0,87

SCR-Schalldämpfer-Kombination

Baulänge: 4,6m inkl. Schalldämpfer

Gegendruck Gleichrichter: 2 mbar

g NH3 =0,92

KOMPAKTBAUWEISE IM TECHNISCHEN VERGLEICH


DESIGNGRENZEN AUSLOTEN

10

00

mm

600 kWel -Klasse

AdBlue-Dosierung

600 kWel -Klasse

Kompaktdesign

angepasst an die

Platzverhältnisse

14000 m

m


FAZIT

• SCR Katalysatoren können quantitativ HCHO umsetzen, auch wenn das Abgas nennenswerte

Konzentrationen SO2 und Siloxane beinhaltet

• Vergiftungserscheinungen an VWT-Materialien ist moderater als an klassischen

Oxidationskatalysatoren

• Größeres Katalysatorvolumen muss durch kompakte Bauweise kompensiert werden

• Geschickte Kompaktbauweise kann sich günstig auf die AdBlue-Eindüsung auswirken

• Das Ende der Designgrenzen ist noch nicht erreicht

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