44. BIMSCHV und Ihre Auswirkung auf die ... · HCHO Konvertierung über SCR-Katalysator nach 3000...
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44. BIMSCHV und Ihre Auswirkung auf die
Abgasnachbehandlung von Blockheizkraftwerken
8. Kolloquium BVT/Stand der Technik 28.11.2018 Referent: Dipl. Ing. Dirk Goeman
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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
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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
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Formaldehydgrenzwert
für den Minderungs-
bonus: 20 mg/Nm3
FORMALDEHYDEMISSION VON BIOGASMOTOREN
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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
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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
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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
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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
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2
0
VORHERSAGE HCHO-KONVERTIERUNG FRISCHER UND GEALTERTER
OXIDATIONSKATALYSATOREN
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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
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0
5
10
15
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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
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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
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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
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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
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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.
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SCR-KATALYSATOREN FÜR DIE HCHO-KONVERTIERUNG IN
SCHWEFELHALTIGEM ABGAS
SCR Reaktor mit 12 Kassetten (Emission Blue 650)
Jenbacher 312 (550 KW)
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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
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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
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Schalldämpfer SCR Kombination
Austausch des alten Schalldämpfers durch eine SCR Schalldämpferkombination,
Kein extra Bauraum mehr notwendig!
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SCR-Katalysatoren integriert in Schalldämpfer machen BHKW zukunftsfähig
Mit SCR-Katalysatoren auf Metall nochmal 50% kompakter
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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
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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
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DESIGNGRENZEN AUSLOTEN
10
00
mm
600 kWel -Klasse
AdBlue-Dosierung
600 kWel -Klasse
Kompaktdesign
angepasst an die
Platzverhältnisse
14000 m
m
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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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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!
Firmensitz und Produktion
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Industriestraße 5
D-26683 Saterland-Ramsloh
Telefon: +49 4498 92 326 - 0
Marketing und Vertrieb
Emission Partner GmbH & Co. KG
Karl-Wiechert-Allee 66
D-30625 Hannover
Telefon: +49 4498 92 326 - 26