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Autotherme Reaktoren zur Rückhaltung und Umwandlung von oxidierbaren Partikeln in Abgas

Frank Opferkuch

ISBN 978-3-8325-0729-9
192 pages, year of publication: 2004
price: 40.50 €
In dieser Arbeit werden autotherme Reaktoren für die energieeffiziente Entfernung von oxidierbaren, gas- und partikelförmigen Verunreinigungen aus sauerstoffhaltigem Abgas untersucht. Mögliche Einsatzgebiete sind: die Eliminierung von Bioaerosolen, die Reinigung von Abluft, die Feinstäube (z. B. Mehl, Holz) enthält, die Reinigung und die Entfernung der Geruchsstoffe aus der Abluft von Räuchereien, sowie die Dieselabgasreinigung. Experimente mit einem Gegenstrom-Wärmeübertrager-Reaktor zeigten einen nahezu vollständigen Umsatz von partikel- und gasförmigen Verunreinigungen bei einer Maximaltemperatur von 700 Grad Celsius und eine vollständige Inaktivierung von Bioaerosolen bei 200 Grad Celsius. Die Temperaturen für oxidierbare Partikel können beträchtlich gesenkt werden, wenn diese durch einen Filter in der hei"sen Zone des Gegenstrom-Wärmeübertrager-Reaktors zurückgehalten werden. Weiterführende Untersuchungen mit Dieselabgas in einem neu entwickelten Gegenstrom-Filter-Reaktor zeigten eine 99 Prozent Entfernung der Partikel bei Temperaturen im Filter zwischen 500 - 600 Grad Celsius. Im stationären Zustand war dazu eine treibende Temperaturdifferenz in der Grö"senordnung von 100 Grad Celsiuszwischen Zu- und Abstrom ausreichend, so dass ein niedriger spezifischer Energieverbrauch möglich war. Weiterführende Untersuchungen zur Minimierung des Energieverbrauchs zeigten die Möglichkeit eines weiter verringerten Energieverbrauchs, wenn ein Festbettreaktor mit periodischer Strömungsumkehr und regenerativem Wärmetausch (sog. Strömungsumkehrreaktor) an Stelle des Gegenstromreaktors verwendet wird. Die dazu notwendige periodische Umkehr der Strömungsrichtung verursachte allerdings einen Bypass, der den Umsatz von gas- und partikelförmigen Schadstoffen auf 75 Prozent reduzierte.

Um das prinzipielle Verhalten bei der Dieselrussfiltration und der Filterregeneration zu verstehen und um zu bestimmen, welches die wichtigsten Betriebscharakteristiken sind, wurde ein vereinfachtes eindimensionales Modell eines Wandstrom-Partikelfilters entwickelt und in einer Vielzahl dynamischer Simulationen eingesetzt. Das Modell fu"st auf der Annahme eines konstanten Drucks im Ein- und Austrittskanal und einem lokalen Druckverlust über der Wand, welcher von der Filterbeladung abhängt. Die Ergebnisse zeigen, wie sich ein Profil aus im Filter abgelagerten Partikeln entwickelt, wenn ein Temperaturgradient aufgeprägt wird und Ablagerung und Ru"sverbrennung gleichzeitig stattfinden. Die thermische Regeneration eines ru"sbeladenen Filters wurde durch die Anhebung der Zulauftemperatur für verschiedene Werte simuliert. über einer gewissen Gastemperatur bildet sich eine wandernde Temperaturfront mit stetig zunehmender Maximaltemperatur aus. Dies deckt sich mit der praktischen Erfahrung und führt zu einer Zerstörung des gesamten Filters.

Das zusammenfassende Ergebnis dieser Untersuchungen ist, dass autotherme Abgas-Reaktoren, speziell der Gegenstromreaktor mit Partikelfilter im hei"sen Ende, ein gro"ses Potential zur kontinuierlichen, energieeffizienten Abgasreinigung für oxidierbare gas- und partikelförmige Schadstoffe besitzen.

Keywords:
  • Partikel
  • Abgas
  • Abluft
  • Abgasreinigung
  • Autotherm

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