VDI 3476 Blatt 1-2015 Waste gas cleaning - Methods of catalytic waste gas cleaning - Fundamentals.pdf

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1、ICS 13.040.99 VDI-RICHTLINIEN Juni 2015 June 2015 VEREIN DEUTSCHER INGENIEURE Abgasreinigung Verfahren der katalytischen Abgasreinigung Grundlagen Waste gas cleaning Methods of catalytic waste gas cleaning Fundamentals VDI 3476 Blatt 1 / Blatt 1 Ausg. deutsch/englisch Issue German/English Der Entwur

2、f dieser Richtlinie wurde mit Ankndigung im Bundes-anzeigereinem ffentlichen Einspruchsverfahren unterworfen. Die deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich. The draft of this standard has been subject to public scrutiny after announcement in the Bundesanzeiger (Federal Gazette). The German

3、version of this standard shall be taken as authori-tative. No guarantee can be given with respect to the English translation. Kommission Reinhaltung der Luft im VDI und DIN Normenausschuss KRdL Fachbereich Umweltschutztechnik VDI/DIN-Handbuch Reinhaltung der Luft, Band 6: Abgasreinigung Staubtechnik

4、 Vervielfltigungauchfrinnerbetriebliche Zwecke nicht gestattet /Reproductionevenforinternalusenot permittedFrhere Ausgaben:12.05;05.13 Entwurf,deutschFormereditions:12/05;05/13 Draft,in German onlyZu beziehen durch /Available atBeuth Verlag GmbH,10772 BerlinAlle Rechte vorbehalten /Allrightsreserved

5、 Verein DeutscherIngenieuree.V.,Dsseldorf2015Inhalt Seite Contents Page Vorbemerkung . 2 Einleitung . 2 1 Anwendungsbereich . 3 2 Begriffe 3 3 Grundlagen 4 3.1 Beschreibung des Prozesses . 4 3.2 Reaktionstechnische Grundlagen . 5 4 Katalysatorauswahl 8 4.1 Katalysatorarten . 8 4.2 Anforderungen an K

6、atalysatoren . 10 4.3 Deaktivierung und Reaktivierung von Katalysatoren . 13 4.4 Entsorgung von Katalysatoren . 19 5 Betrieb und berwachung von katalytischen Systemen . 20 6 Anforderungen an die Abgasanalyse 22 6.1 Allgemeines . 22 6.2 Messstrecken und Messpltze 23 6.3 Messverfahren 24 7 Technische

7、Gewhrleistungen 27 Schrifttum 29 Preliminary note . 2 Introduction 2 1 Scope . 3 2 Terms and definitions 3 3 Fundamentals . 4 3.1 Process description 4 3.2 Technical principles . 5 4 Choice of catalyst . 8 4.1 Catalyst types . 8 4.2 Required properties 10 4.3 Deactivation and reactivation of catalys

8、ts . 13 4.4 Disposing of catalysts 19 5 Operation and monitoring of catalytic systems . 20 6 Requirements relating to waste gas analysis . 22 6.1 General 22 6.2 Measurement sections and sites . 23 6.3 Measurement method . 24 7 Technical warranties 27 Bibliography 29 B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F

9、09DCBB7EF86D9NormCD - Stand 2015-08 2 VDI 3476 Blatt 1 / Part 1 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2015 Vorbemerkung Der Inhalt dieser Richtlinie ist entstanden unter Beachtung der Vorgaben und Empfehlungen der Richtlinie VDI 1000. Alle Rechte, insbesondere die des N

10、achdrucks, der Fotokopie, der elektronischen Verwendung und der bersetzung, jeweils auszugsweise oder vollstn-dig, sind vorbehalten. Die Nutzung dieser Richtlinie ist unter Wahrung des Urheberrechts und unter Beachtung der Li-zenzbedingungen (www.vdi.de/richtlinien), die in den VDI-Merkblttern gereg

11、elt sind, mglich. Allen, die ehrenamtlich an der Erarbeitung dieser Richtlinie mitgewirkt haben, sei gedankt. Eine Liste der aktuell verfgbaren Bltter dieser Richtlinienreihe ist im Internet abrufbar unter www.vdi.de/3476. Preliminary note The content of this standard has been developed in strict ac

12、cordance with the requirements and rec-ommendations of the standard VDI 1000. All rights are reserved, including those of reprint-ing, reproduction (photocopying, micro copying), storage in data processing systems and translation, either of the full text or of extracts. The use of this standard with

13、out infringement of copyright is permitted subject to the licensing con-ditions (www.vdi.de/richtlinien) specified in the VDI Notices. We wish to express our gratitude to all honorary contributors to this standard. A catalogue of all available parts of this series of standards can be accessed on the

14、 Internet at www.vdi.de/3476. Einleitung Fr die Abgasreinigung stehen verschiedene Ver-fahren zur Verfgung; erwhnt seien Kondensati-on, Adsorption, Absorption, biologische, thermi-sche und katalytische Verfahren. Zunchst kann insbesondere bei hohen Schadstoff-konzentrationen versucht werden, die Sch

15、adstoffe oder Lsungsmittel als Wertstoff zurckzugewin-nen, um Rohstoffe, Energie und Kosten zu sparen (Primrmanahmen). Dies geschieht beispielswei-se durch Kondensation, Adsorption oder Absorpti-on. Erst wenn eine Rckgewinnung nicht mglich oder unwirtschaftlich ist, wird man die thermi-schen oder ka

16、talytischen Verfahren zur Abgasrei-nigung anwenden. Bei den katalytischen Verfahren werden die Schadstoffe oxidativ oder reduktiv gegebenenfalls unter Einsatz eines Zusatzmittels umgesetzt. Kata-lytische Verfahren zeichnen sich in der Regel durch niedrigere Reaktionstemperaturen als bei vergleichbar

17、en thermischen Verfahren aus. Das Verfahren erfordert zum Schutz des Katalysators eine sorgfltige Auslegung in Abhngigkeit von den Betriebsbedingungen und eine genaue Kennt-nis der Abgaszusammensetzung. Mittels der katalytischen Abgasreinigung mssen die gesetzlichen Grenzwerte (Beispiele siehe Schri

18、fttum) eingehalten werden. Bei der Entfer-nung gewisser Verbindungen, z. B. Schwefel-, Halogen-, Stickstoffverbindungen, kanzerogene Stoffe oder geruchsintensive Stoffe, bieten sich Verfahrenskombinationen an. Die katalytische Abgasreinigung fr Kraftwerke und fr thermische Abfallbehandlungsanlagen w

19、ird ebenfalls in den Richtlinien VDI 3927 Blatt 1 und Blatt 2 sowie in VDI 3460 Blatt 1 beschrieben. Introduction A number of methods are available for waste gas cleaning; they include condensation, adsorption, absorption, biological, thermal and catalytic meth-ods. As the first step, especially in

20、the case of high pol-lutant concentrations, an attempt can be made to recover the pollutants or solvents where they con-stitute valuable substances, in order to save on raw materials, energy and costs (primary measures). This can be done e.g. by condensation, adsorption or absorption. Only where rec

21、overy is impossible or not economical, thermal or catalytic waste gas cleaning methods are brought into play. In catalytic methods, the pollutants undergo oxida-tive or reductive conversion, which may involve an additive. Catalytic methods are usually character-ised by lower reaction temperatures th

22、an those in comparable thermal methods. Protecting the cata-lyst requires careful design that depends on the operating conditions, and accurate knowledge of the waste gas composition. Catalytic waste gas cleaning helps to comply with the statutory limits (for examples see Bibliog-raphy). The removal

23、 of certain compounds, e.g. sulphur, halogen and nitrogen compounds, carcin-ogens or odorous substances, relies on the combi-nation of several methods. Catalytic waste gas cleaning for power plants and for thermal waste treatment plants is also described in the standards VDI 3927 Part 1 and Part 2 a

24、nd VDI 3460 Part 1. B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCBB7EF86D9NormCD - Stand 2015-08All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2015 VDI 3476 Blatt 1 / Part 1 3 In der Richtlinie VDI 3476 Blatt 2 werden die oxidativen Verfahren und in VDI 3476 Blatt 3 die Verfahren zur selekt

25、iven katalytischen Reduktion im Einzelnen behandelt. VDI 3476 Part 2 covers in detail oxidative meth-ods, and VDI 3476 Part 3 methods for selective catalytic reduction. 1 Anwendungsbereich Diese Richtlinie beschreibt den Stand der Technik auf dem Gebiet der katalytischen Abgasreinigung. Sie dient al

26、s Grundlage fr die Verfahrensauswahl, die Auslegung, den Betrieb sowie die kologische und konomische Bewertung von Anlagen und Katalysatoren fr die katalytische Abgasreinigung. Im Vordergrund stehen die Fragen fr den prakti-schen Einsatz des Verfahrens. Die theoretischen Grundlagen der katalytischen

27、 Prozesse und der Prozessmodellierung werden insoweit vorgestellt, als sie fr den Anlagenbauer und den Anlagenbetreiber fr die Auslegung und den Betrieb der Katalysatoren und Anlagen not-wendig sind. Den Fragen zum wirtschaftlichen Betrieb, zur Anlagensicherheit und zur Gewhr-leistung kommt bei dies

28、em Verfahren eine beson-dere Bedeutung zu. Fr spezielle Anwendungen, fr die aufgrund der hier vorgestellten Erfahrungen eine bertragbar-keit nicht ohne Weiteres gegeben ist, bedrfen in der Regel gesonderter anwendungstechnischer Versuche. Die Richtlinie beschrnkt sich auf den Einsatz der katalytisch

29、en Abgasreinigung in stationren Anla-gen und Prozessen. Beispiele und Erfahrungen ausgefhrter Anlagen stellen einen wichtigen Bestandteil dieser Richtli-nien dar. Insbesondere werden Aussagen ber er-reichbare Emissionswerte ausgefhrter Anlagen gemacht. Die Beispiele geben einen berblick ber das Spek

30、trum der Anwendung und erlauben eine Abschtzung der bertragbarkeit auf neue Einsatzbereiche. 1 Scope This standard describes the state of the art in the field of catalytic waste gas cleaning. It serves as the basis for method selection, design, operation and ecological and economic evaluation of fac

31、ili-ties and catalysts for catalytic waste gas cleaning. The emphasis is on questions relating to the practi-cal implementation of these methods. The theoretical principles of catalytic processes and process modelling are presented where they are needed by system manufacturers and operators for the

32、planning and operation of catalysts and systems. The issues of economical operation, sys-tem safety and warranty are of particular signifi-cance for these methods. Special applications, for which straightforward transferability does not exist according to the em-pirical experience presented here, us

33、ually require separate technical tests. This standard is limited to the use of catalytic waste gas cleaning in stationary facilities and pro-cesses. Examples and experience from implemented sys-tems are an important part of these Standards. In particular, information is provided about achieva-ble em

34、ission levels from implemented systems. The examples provide an overview of the range of applications, and permit assessments to be made about their transferability to new fields of applica-tion. 2 Begriffe Fr die Anwendung dieser Richtlinie gelten die folgenden Begriffe: Abgas Trgergas mit festen,

35、flssigen oder gasfrmigen Emissionen. Anmerkung: Der Begriff Abgas“ schliet die Begriffe Abluft, Rohgas und Reingas ein. Abgasvolumenstrom Quotient des durch einen Querschnitt strmenden Abgasvolumens und der Zeit. in Anlehnung an DIN EN 15259, Volumenstrom 2 Terms and definitions The following terms

36、and definitions are used throughout this standard: Waste gas Carrier gas with solid, liquid or gaseous emissions. Note: The term “waste gas” includes exhaust air, crude gas and clean gas. Waste gas volume flow Quotient of the waste gas volume flowing through a plane and the time. adapted from EN 152

37、59, volumetric flow rate B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCBB7EF86D9NormCD - Stand 2015-08 4 VDI 3476 Blatt 1 / Part 1 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2015 Anmerkung: Der Abgasvolumenstrom ist bezogen auf das Abgasvolumen im Normzustand (Temperatur 273,15 K, Dr

38、uck 1013 hPa) nach Abzug des Feuchtegehalts an Wasser-dampf und wird angegeben in Kubikmeter je Stunde (m3/h). Abluft Umgebungsluft, beladen mit gasfrmigen Substan-zen. Rauchgas Abgas von Feuerungsanlagen, das feinste Partikeln (Rauch) enthlt. Anmerkung: Auch bei nahezu partikelfreiem Abgas aus Feue

39、rungsanlagen spricht man allgemein von Rauchgas. Reaktionstemperatur Temperatur am Eintritt des Katalysators oder im Katalysatorbett, bei der die Oxidation oder die Reduktion der Abgasinhaltstoffe erfolgt. Reingas Gereinigtes Abgas am Austritt der Abgasreinigung oder am Austritt des Reingaskamins. R

40、ohgas Ungereinigtes Abgas vor Eintritt in die Abgasrei-nigung. Untere Explosionsgrenze (UEG) Untere Grenze des Bereichs der Konzentration eines brennbaren Stoffs in Luft, in dem eine Ex-plosion auftreten kann. DIN EN 13355 Note: The waste gas volume flow refers to the gas volume under standard condi

41、tions (temperature 273,15 K, pressure 1013 hPa) after deducting the humidity content in the form of water vapour, and is quoted in cubic metres per hour (m3/h). Exhaust air Ambient air loaded with gaseous substances. Flue gas Waste gas from combustion plants that contains very fine particles (smoke)

42、. Note: In general, this term is also applied to almost particle-free waste gas from combustion plants. Reaction temperature Temperature at the inlet to the catalyst or in the catalyst bed, at which the oxidation or the reduction of the substances contained in the waste gas takes place. Clean gas Cl

43、eaned waste gas at the outlet of the waste gas cleaning system or at the outlet of the scrubbed gas flue. Crude gas Unscrubbed waste gas before entering the waste gas cleaning system. Lower explosion limit (UEG) Lower limit of the concentration range of a flam-mable substance in air at which an expl

44、osion may occur. adapted from EN 13355 3 Grundlagen 3.1 Beschreibung des Prozesses Bei der katalytischen Abgasreinigung 1 bis 3; 7 werden die Schadstoffe im Allgemeinen an der Oberflche des Katalysators mit einem weiteren chemischen Element oder einer Verbindung umge-setzt. Diese Verbindung ist entw

45、eder im Abgas vorhanden oder muss zugesetzt werden. Beispiele sind die Oxidation von Kohlenwasserstoffen mit Sauerstoff aus der Luft bei der katalytischen Nach-verbrennung: 3 Fundamentals 3.1 Process description In catalytic waste gas cleaning 1 to 3; 7, in gen-eral the pollutants are converted at t

46、he surface of the catalyst by means of another chemical element or compound. This compound is either present in the waste gas or it has to be added. Examples in-clude the oxidation of hydrocarbons with oxygen from the air in catalytic post-combustion: ( ) ( )2 +2 2 2 21C H 3 1 O CO 1 H O2nnn nn+ + +

47、 + (1) ( )2 2 223C H O CO H O 12nnnn n n+ + (2) ( ) ( ) ( )2 -2 2 2 21C H 3 1 O CO 1 H O 12nnn nn n+ + (3) oder die Reduktion von Stickstoffoxiden, z. B. in den Rauchgasen von Kesselfeuerungen oder in den Abgasen von Salpetersureanlagen mit Ammoniak (vgl. VDI 3476 Blatt 3, Abschnitt 4.1): and the re

48、duction of nitrogen oxides with ammo-nia, e.g. in the flue gases of boiler furnaces or in the waste gases of nitric acid plants (cf. VDI 3476 Part 3, Section 4.1): B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCBB7EF86D9NormCD - Stand 2015-08All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2015

49、 VDI 3476 Blatt 1 / Part 1 5 32 2 24NO 4NH O 4N 6H O+ + + (4) 32 2 22 NO 4 NH O 3N 6H O+ + + (5) Auch eine einfache Zersetzung des Schadstoffs Ozon ist mglich: Simple decomposition of ozone is also possible: 32O OOv vv+ (6) Dabei ist v Molzahl where v amount in moles 3.2 Reaktionstechnische Grundlagen Technische Katalysatoren sind hufig Schttgter (z. B. Kugeln, Zylinder) oder Formkrper (z. B. Monolithe wie Wabenkrper und Platten). Das Katalysatormaterial w