Univ. Prof. Dr.-Ing. habil. K. Görner. Entstaubung, Entstickung und Trockensorption in einem

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Erica Bader
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1 LUAT Lehrstuhl für Umweltverfahrenstechnik und Anlagentechnik Univ. Prof. Dr.-Ing. habil. K. Görner Universität Essen Entstaubung, Entstickung und Trockensorption in einem H. Cramer Universität Essen, Lehrstuhl für Umweltverfahrenstechnik und Anlagentechnik, Essen R. Frey Von Roll Umwelttechnik AG, Zürich Lehrstuhl für Umweltverfahrenstechnik und Anlagentechnik Universität Essen Leimkugelstraße Essen Tel.: Fax: luat@uni-essen.de UmweltMagazin 1/2 21, Seite 48-49

Cramer Universität Essen, Lehrstuhl für Umweltverfahrenstechnik und Anlagentechnik, Essen R.

2 Entstaubung, SCR und Trockensorption simultan: das keramische Von Roll 4D-Faserfilter für den Einsatz in Müllverbrennungsanlagen Dipl.-Chem. Heinz Cramer, LUAT, Universität Essen Dipl.-Chem. Ruedi Frey, Von Roll Umwelttechnik AG, Zürich 1.Einleitung Ausgangspunkt war die Idee, hochporöse keramische Faserfilter der Fa. BWF als effizienten Träger für katalytisch aktive Substrate, insbesondere für den DeNOx-Prozess, einzusetzen und so eine kostengünstige gleichzeitige Abscheidung partikelgebundener Emissionen und NOx zu erreichen. Als zusätzliche Erweiterung bot sich hierbei unter Ausnützung der filternden Funktion noch eine Trockensorption auf Basis Alkali/Aktivkohle zur Entfernung saurer und organischer Rauchgaskomponenten und von Quecksilber an. Entwickelt und erprobt wurde das Filter in einer Kooperation zwischen der Universität Essen (LUAT) und den Firmen BWF und Von Roll Umwelttechnik. 2. Verfahrensprinzip Zentrales Element und Grundlage des Verfahrens ist die für SCR ausgerüstete keramische Faserfilterkerze zur simultanen Abscheidung von: - Staub durch filternde Abscheidung/Druckstossabreinigung - NOx durch selektive katalytische Reduktion (SCR) mit NH 3 - SOx/HX durch Trockensorption (mittels Ca(OH) 2 oder NaHCO 3 ) - Dioxine/Hg durch Sorption mit A-Kohlen bei 2-23 C Die Simultanabscheidung aller Schadstoffe wurde für den Bereich 2 bis 23 o C optimiert. Die Entstaubungsfunktion wird durch durch den Grundaufbau der Faserfilterkerze gewährleistet : sie besteht aus 1-2um dicken, miteinander verfilzten und chemisch weitgehend inerten Silikatfasern ( Pyrotex KE 85) und liefert Reingasstaubgehalte <<1mg/m3. Weitere Daten der Filterkerze: Physikalische Eigenschaften Max. Betriebstemperatur 85 C (Basismaterial ohne Kat) Gewicht 35 g / m 2 bei 2 mm Wandstärke Luftdurchlässigkeit,1 m / s Bei 2 Pa Porenvolumen 93 % Fa. Von Roll betreibt an der MVA Emmenspitz (Schweiz) eine Pilotanlage mit 4 Kerzen (185 cm lang, katalytisch ausgerüstet, z.zt. 16 Betriebsstunden) mit folgenden Einstellungen: Parameter Ohne Additivdosierung (Staubfiltration) Mit Additivdosierung (z.b. Kalkhydrat, Stöchiometrie 2) Anströmgeschwindigkeit 2,5 3 cm/s 2,5 3 cm/s Abreinigungszyklen 1 Minuten 5 1 Minuten Dicke des Staubkuchens Ca. 5 mm Ca. 15 mm Druckverlust mbar 2 3 mbar \\Luat-server\Daten\LUAT\1 Publikationen\2\2-12_4D-Filter(Cramer_vonRoll)\B_Beitrag\2-12_4D-Filter(Cramer_vonRoll).doc Seite 1 von 5

BWF als effizienten Träger für katalytisch aktive Substrate, insbesondere für den DeNOx-Prozess, einzusetzen und so eine kostengünstige gleichzeitige Abscheidung partikelgebundener Emissionen und NOx

3 Ein langsamer Anstieg des Druckverlustes über diese Werte wurde bei Betrieb bei relativ tiefen Temperaturen ( < 24 C) festgestellt. Gleichzeitig zeigte sich auch eine Verschlechterung der Katalysatoraktivität. Als Ursache wurde eine Kondensation von flüchtigen Salzen im Filterkuchen und im Filtermedium gefunden; durch eine thermische Regeneration bei erhöhter Temperatur konnte diese Beeinträchtigung vollständig rückgängig gemacht werden. Die abgelagerten Salze erwiesen sich überwiegend als Ammoniumsalze mit Anteilen von Zinkchlorid. Für zukünftige Anlagen wird die thermische Regeneration (Zyklus: 1 Regeneration pro ca. -2 Betriebsstunden) eingeplant. Die Entstickung (DeNOx-Funktion) wird durch den integrierten SCR-Katalysator und Zugabe von NH 3 realisiert. Der nutzbare Temperaturbereich für den SCR-Prozess allein liegt bei 2-35 o C, bei Nutzung aller Funktionen zwischen 2-22 o C. Bild 1 zeigt den typischen Verlauf der temperaturabhängigen Abscheideleistung. Temperaturabhängigkeit des DeNOx - Katalysators 9 DeNOx - Abscheidegrad (%) Verhältnis NH3 / NO = Bild 1: NOx-Abscheidegrad Temperatur ( C) Das katalytisch aktive Material basiert auf dem TiO 2 -V 2 O 5 -System und wird in Form feinster Partikel im nm-breich als Suspension auf die keramische Filterkerze aufgebracht. Die Fasermatrix bewirkt eine optimale Verteilung der teuren Kat-Partikel bei gleichzeitig guter Verankerung innerhalb des Filtermediums. Eine Druckstoßabreinigung der verstaubten Kerzen ist problemlos möglich, ohne dass Katalysatormaterial ausgetragen wird. Das NH 3 /NO-Verhältnis kann im Temperaturbereich 2-22 o C ohne wesentliche Verschlechterung der NOx-Abscheidung auf Werte bis.7 abgesenkt werden. Vorteil: geringerer NH 3 -Schlupf und verringerte Kosten für NH 3 Die Entschwefelung (und Entfernung saurer Komponenten wie Halogenwasserstoffe) geschieht durch Eindüsen feinkörniger, alkalisch wirkender Sorbentien wie NaHCO 3 oder Ca(OH) 2 in den Rauchgasstrom vor den Filterkerzen. Bild 2 zeigt beispielhaft die Abscheidung von SO 2 mit Kalkhydrat (=Calciumhydroxid) bei verschiedenen stöchiometrischen Verhältnissen von Ca(OH) 2 /SO 2 \\Luat-server\Daten\LUAT\1 Publikationen\2\2-12_4D-Filter(Cramer_vonRoll)\B_Beitrag\2-12_4D-Filter(Cramer_vonRoll).doc Seite 2 von 5

Als Ursache wurde eine Kondensation von flüchtigen Salzen im Filterkuchen und im Filtermedium gefunden; durch eine thermische Regeneration bei erhöhter Temperatur konnte diese Beeinträchtigung

4 2 Trockensorption von SO 2 4D-Filter - Pilotanlage SO2 Reingas mg/m Grenzwert Stöchiometrie Kalkhydrat Bild 3: Abscheidung von SO 2 mit Ca(OH) 2 Die Abscheidung von Quecksilber und Dioxinen geschieht adsorptiv durch feingemahlene Akivkohlen wie Norit oder Herdofenkoks (HOK) der Fa. Rheinbraun. Bild 3 zeigt die Temperaturabhängigkeit der Hg-Sorption durch A-Kohle (kontinuierlich gemessen bei Aufdotierung des Rohgases auf 2 ug/ m 3 ), bei moderaten Temperaturen bis max 24 o C ist eine Hg-Abscheidung möglich. Für möglichst hohe Abscheideraten bei gleichzeitig noch befriedigender NOx-Abscheidung bietet sich als Kompromiss der Temperaturbereich um 21 o C an. Abscheidegrad [ % ] Adsorption von Quecksilber in Abhängigkeit der Temperatur 4D-Filter Pilotanlage AK-Dosierung mg/m Temperatur [ C ] Bild 3: Hg-Abscheidung an Aktivkohle Bild 4 zeigt die Dioxin-Abscheidung bei o C für 4 verschiedene Betriebsarten (von links nach rechts): -DeNOx-Wert hoch, Sorbens nur Ca(OH) 2 bei einer Stöchiometrie von 1.5 -DeNOx-Wert hoch, Sorbens nur Ca(OH) 2 bei einer Stöchiometrie von 2 -DeNOx-Wert niedrig, Sorbens A-Kohle + Ca(OH) 2 bei einer Stöchiometrie von 1.5 -ohne DeNOx, ohne Sorbens In allen Fällen konnte der Grenzwert nach 17.BImSchV von.1ng TE/m 3 unterschritten werden. Bemerkenswert ist die noch ausreichende Dioxinabscheidung (98.6%) des Katalysator-Filters ohne Additivzugabe und ohne NH 3 -Eindüsung auf dem niedrigen Temperaturniveau von o C. \\Luat-server\Daten\LUAT\1 Publikationen\2\2-12_4D-Filter(Cramer_vonRoll)\B_Beitrag\2-12_4D-Filter(Cramer_vonRoll).doc Seite 3 von 5

5 Dioxinmessungen am 4D-Filter bei T = C ohne und mit Additiven Abscheidung in % DeNOx = 83%.7 C-freies Adsorbens, Stöch. = 1,5 DeNOx = 75%.3.4 C-freies Adsorbens, Stöch. = 2 Aktivkohle + Ca(OH)2, Stöch. = 1,5 Additiv DeNOx = 44% ohne DeNOx.9 ohne Adsorbens Reingaswert ng(te)/m3 Abscheidung Reingaswert Bild 4: Dioxinminderung mit und ohne Additive 3. Einsatzkonzepte Die Einsatzkonzepte des 4D-Filters richten sich nach den zu erreichenden Emissionwerten. Aufgrund der zum Teil gegenläufigen Temperaturabhängigkeiten der Schadstoffabscheidung stehen 2 Konzepte im Vordergrund (Bild 5): Emission NO x 17. BImSchV Hg all-in-one 4D-Filter + Wäscher Bild 5: Einsatzbereiche 2 C 24 C Temperatur Reststoffoptimierte Minimalemission durch Kombination mit einem einfachen Nasswäscher (Zudosierung von Kalk mit Stöch. 1 vor 4D-Filter, Zudosierung von Aktivkohle vor Wäscher); d.h. der Katalysator kann bei höheren Temperaturen gefahren werden- Quecksilber und Dioxine werden unabhängig von der Betriebstemperatur im Wascher an A-Kohle gebunden Alles in einem Schritt (Zudosierung von Kalk mit Stöch. 2 + A-Kohle vor 4D-Filter); Betriebstemperatur 4D-Filter bei 2 22 C \\Luat-server\Daten\LUAT\1 Publikationen\2\2-12_4D-Filter(Cramer_vonRoll)\B_Beitrag\2-12_4D-Filter(Cramer_vonRoll).doc Seite 4 von 5

Einsatzkonzepte Die Einsatzkonzepte des 4D-Filters richten sich nach den zu erreichenden Emissionwerten.

6 Vorteile des 4D-Filters: Die gesamte Rauchgasreinigung (z.b. auf Reingaswerte der 17. BImSchV) kann in einem Schritt erfolgen Das Katalysator-Filter kann auch mit bestehenden Anlageteilen (z.b. Nasswäschern) kombiniert werden Der energetische Wirkungsgrad der Gesamtanlage kann durch die Integration des Katfilters in den Kessel (nachgeschalteter Economizer) optimiert werden Hohe Entstickungsgrade (Reingaswerte << 7 mg NOx/Nm 3 ) sind möglich Kontaktadressen: Universität Essen Lehrstuhl für Umweltverfahrenstechnik und Anlagentechnik (LUAT) Leimkugelstrasse 1 D Essen Tel Fax heinz.cramer@uni-essen.de Von Roll Inova Umwelttechnik AG Forschung + Entwicklung Postfach CH-837 Zürich Tel Fax ruedifrey@vonroll.ch \\Luat-server\Daten\LUAT\1 Publikationen\2\2-12_4D-Filter(Cramer_vonRoll)\B_Beitrag\2-12_4D-Filter(Cramer_vonRoll).doc Seite 5 von 5

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