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Überprüfung der katalytischen Aktivität von keramischen Wabenkörpern an einem Modellgas und einem thermisch regenerativen Nachverbrennungsprozess
Knoll, Manuela
Durch Untersuchungen zum Abbauverhalten des Modellgases Propan an keramischen Wabenkörpern, die als katalytisch inaktiv vermarktet werden, konnten Aktivitätsunterschiede in einer Modell-Anlage festgestellt werden. Dabei wurden aus den 27 untersuchten Wabenkörpern die vier aktivsten ermittelt. Die Bewertung der Wabenkörper erfolgt unter anderem aus dem Vergleich der Umsatzgradkurven von Propan über die Reaktionstemperatur. Dabei ist der Wabenkörper, der den höchsten Umsatz bei der niedrigsten Reaktionstemperatur erbringt, der aktivste. Nach weiteren Untersuchungen der vier Wabenkörper konnte der aktivste ermittelt werden.
Dabei handelt es sich um ein eingefahrenes Aluminium-Magnesiumsilikat, das in der Hauptphase aus Cordierit und in der Nebenphase aus Andalusit besteht und 252 Zellen pro Querschnitt aufweist. Die Wirksamkeit des ausgewählten Wabenkörpers wurde anschließend durch Untersuchungen zum Abbauverhalten eines realen Abluftstromes in der Modell-Anlage, welcher im Zuge des Trocknungsprozesses in einer Abfallbehandlungsanlage entsteht, überprüft und bestätigt. Die ermittelten Ergebnisse wurden anschließend auf eine RNV-Anlage im technischen Maßstab übertragen und die Wirksamkeit der Wabenkörper erneut überprüft. Dafür wurde bei der ursprünglichen Wabenkörperbestückung eine Alkali-Aluminiumsilikat-Lage gegen eine Aluminium-Magnesiumsilikat-Lage ausgetauscht. Die in der Modell-Anlage beobachteten Aktivitätsunterschiede beim Abbau des Modellgases konnten in der RNV-Anlage über den Abbau des Schadstoffstromes bestätigt werden.
Dabei konnte festgestellt werden, dass der Abbau des TOC-haltigen Abluftstromes geringeren Schwankungen unterliegt, da sich das ausbildende Temperaturprofil mit der neuen Wabenkörperbestückung auf einem höheren Niveau befindet. Weiter konnte durch das versuchsweise Absenken der Brennkammertemperatur (Sollwertvorgabe des Brenners belief sich auf 750 °C ±20°C), speziell bei hoher Schadstoffbeladung des Abluftstromes, gezeigt werden, dass sich der Reaktionsort immer weiter in den Regenerator verschiebt. Durch umfangreiche Messungen konnte der untersuchte Abluftstrom charakterisiert werden und aus der Kenntnis der stofflichen Zusammensetzung TOC-klassenabhängige Kenngrößen (Leitkomponenten und Heizwert) definiert werden.
This study compares the activity of ceramic honeycombs with varying material composition and degree of utilization on a suitable model gas in a test plant. The tested honeycombs are standard products that have not been surface treated in any way and vary in their composition (C130 or C520), utilization (new or recycled) and the channel density (18 cpsi, 46 cpsi or 72 cpsi). A propane-air-mixture was fed to the test plant and then oxidized in a high temperature furnace. The analysis of the conversion rate over the reaction temperature showed remarkable differences in activity. Out of 27 honeycombs four were selected for further investigation, based on activity, availability and cost.
The evaluation of the honeycombs is made inter alia from the comparison of the conversion rate curves of propane over the reaction temperature. The honeycomb, which generates the highest conversion at the lowest reaction temperature, is the most active. After further investigations, the preselection was limited to four honeycombs and determined from these the most active. It is a recycled aluminum magnesium silicate, which consists in the main phase of cordierite and in the secondary phase of andalusite and has 252 cells per cross section. The effectiveness of the selected honeycomb was then tested and confirmed by studies on the degradation behavior of exhaust gas from the drying process of a waste treatment plant in the test plant.
Finally, the activity of this honeycombs was assessed in a large scale trial in an existing running regenerative thermal oxidizer. For this, an alkali-aluminum silicate layer was exchanged for an aluminum-magnesium silicate layer in the original honeycomb assembly. The differences in the activity of the model gas degradation observed in the test plant could be confirmed in the RNV-plant by reducing the pollutant flow. It was found that the degradation of the TOC-containing exhaust air flow is subject to lower fluctuations, since the forming temperature profile with the new honeycomb assembly is at a higher level. Furthermore, it could be shown by the experimental lowering of the combustion chamber temperature (setpoint specification of the burner also 750 °C ±20 °C), especially at high pollutant loading of the exhaust air stream, that the reaction site moves further and further into the regenerator. Extensive measurements were used to characterize the investigated exhaust gas and to define from the knowledge of the material composition TOC-class-dependent parameters (guide components and calorific value).
