Dauer- und Spitzenabscheidung von SO2. mit NaHCO3. einfach und effizient

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1 Dauer- und Spitzenabscheidung von SO2 mit NaHCO3 einfach und effizient Referent: Dr. Bernd Morun, GmbH

2 Ihr besonderer Partner für den Neubau und die Modernisierung von Abgasreinigungsanlagen kreativ flexibel zuverlässig persönlich sicher GmbH Heinz-Bäcker-Straße Essen Tel

3 Wir liefern: Schlüsselfertige Abgasreinigungssysteme nach Energie- und Kosteneffektiven Gesichtspunkten für: - Abfallverbrennungsanlagen - Kraftwerke (bis 200 MWth) - Industrieanlagen Unser kompetentes Team plant und baut tailor-made - Trockensorptionen - Sprühsorptionen - Kombinierte Systeme (nach unserem MTS-Verfahren) - Entstaubungssysteme (Gewebefilter) auf Basis Kalkhydrat und/oder Natriumbikarbonat / Renabi und Aktivkoks

4 Themen: 1: Vor- und Nachteile verschiedener Additive zur trockenen Abgasreinigung 2: Eingesetzte Techniken und Ergebnisse aus der Praxis / Anwendungsbeispiele 2.1: Dauerhafte SOx- Abscheidung - Beispiel 1: Fossil gefeuertes Kraftwerk - Beispiel 2: Produktionsprozesse (Isolierstoffherstellung / Altölrecycling) 2.2: Abscheidung von SO2- Spitzen - Beispiel 1: Schwermetallrecycling - Beispiel 2: Sonderanwendung mit extremsten SOx- Werten 2.3: Abscheidung von SOx mit NaBi in Kombination mit Kalkprodukten zur HCl- Vorabscheidung (MTS*- Verfahren) 3: Besondere Vorteile von NaBi bei der SOx- Abscheidung / Recycling *) MTS: Mehrfache Trockensorption (integriert als auch separiert möglich)

5 In Trockenverfahren verwendet werden: Als Kalziumstämmiges Produkt: Ca(OH)2 (semitrocken oder trocken) und als Natriumstämmiges Produkt: NaHCO3 (NaBi) (rein trocken).

6 Vorteile Ca(OH)2 sind: - als Massenprodukt nahezu überall und relativ günstig zu erhalten - hinreichend effektiv gegenüber HCl und HF in trockenen Abgasreinigungen Nachteile sind: - die Reststoffmenge ist gravierend höher als die eingesetzte Additivmenge (ca. 150% der eingesetzten Additivmenge) - CaCl2 ist extrem hygroskopisch und kann zu Verklumpen führen (es entsteht aber primär Ca(OH)Cl) - Ca(OH)2 ist zur trockenen Abscheidung von SO2 bei üblichen Kesselaustrittstemperaturen kaum wirksam - CaO und Ca(OH)2 sind extrem basisch; sie erfordern einen erhöhten Arbeitsschutz und sind Wasser gefährdend. (*siehe Korrektur/Ergänzung auf Folien 8-10)

7 NaHCO3 wird in verstärktem Maß erst in jüngerer Vergangenheit zur Rauchgasreinigung eingesetzt. Vorteile sind: - rein trocken und einstufig: Effizienz einer Nasswäsche für HCl und SO2 - Dauer- als auch plötzliche Spitzenbelastungen sind bis in höchste Regionen sicher beherrschbar - NaHCO3 ist neutral (Backpulver); kein erhöhter Arbeits- und Gewässerschutz * (*siehe Korrektur/Ergänzung auf Folien 8-10) - Die Reaktionszeit ist extrem gering; es ist auch vor Elektrofilter als reine Staubabscheider einsetzbar - die resultierenden Reststoffmengen sind geringer als die eingesetzte Additivmenge und wesentlich geringer als in analogen Kalkverfahren - die Reststoffe sind kaum hygroskopisch Nachteile sind: - die Additivkosten sind höher als bei Ca(OH)2 - es gibt eine beschränkte Zahl von Anbieter - es muss vor dem Einsatz mahlaktiviert werden

8 Berliner Abfallwirtschafts- und Energiekonferenz 2016 Korrektur / Ergänzung (1): Der Bundesverband der deutschen Kalkindustrie forderte auf, folgende Klarstellung zu veranlassen: 1.: Die in Kap. 1.1 Vor- und Nachteile von Kalkprodukten zur Abgasreinigung und Kap.1.2 Vor- und Nachteile von NaHCO 3 zur Abgasreinigung gemachten Ausführungen zum Arbeitsschutz sind dahingehend zu korrigieren, dass für Ca(OH) 2 und NaHCO 3 gleichartige Schutzausrüstung zu verwenden ist. 2.: Die in Kap. 1.1 Vor- und Nachteile von Kalkprodukten zur Abgasreinigung und Kap. 1.2 Vor- und Nachteile von NaHCO 3 zur Abgasreinigung gemachten Ausführungen zur Wassergefährdung bzw. zum Gewässerschutz sind dahingehend zu korrigieren, dass sowohl Ca(OH) 2 als auch NaHCO 3 der Wassergefährdungsklasse 1 zugeordnet ist. Auch wenn wir im Vortrag nicht explizit auf Wassergefährdungsklassen eingegangen sind: Diese Zusatzinformation ist rechtlich korrekt, so dass wir dem Wunsch des BV Kalk nach einer ausgewogenen Darstellung gerne nachkommen. In der Tat liegen Kalkhydrat und Natriumbikarbonat (wie auch konzentrierte Salzsäure, Natronlauge und andere ätzende Stoffe) beide in der WGFK 1. In den Folgefolien sind daher die Unterschiede gemäß Sicherheitsdatenblätter und aus Anwendersicht im Sinne der ausgewogenen Darstellung näher erläutert.

9 Korrektur / Ergänzung (2): Auszug aus den Sicherheitsdatenblättern (Quelle: Herstellerangaben Internet) Kalkhydrat, Ca(OH)2: Natriumbikarbonat, NaHCO3 Einstufung gemäß Verordnung EG Nr.1272/2008 somit: Ca(OH)2: Gefahrstoff NaHCO3: kein Gefahrstoff

10 Korrektur / Ergänzung (3): Der Unterschied beider Substanzen im Handling kann auch hieran gemessen werden: Natriumbicarbonat ist ein Lebensmittel, das u.a. auch bei Sodbrennen in der Medizin eingesetzt wird und auch in der Küche als Backpulver ohne Schutzbrille, - handschuhe und Atemmaske verwendet wird. Auch der Passus "darf nicht in Kinderhände kommen" ist im Sicherheitsdatenblatt nicht gegeben. Bei Kalkhydrat (und vielen anderen Stoffen der WGFK 1) verbietet sich dies. Natürlich wird - wie auch bei Mehlstaub - bei NaHCO3 Staubschutz (Brille, Atemmaske) im Rahmen allgemeiner Vorsorge empfohlen. Während aber der ungeschützte Kontakt mit Kalkhydrat zu Augen-, Atemwegs- oder Hautschäden führen kann, ist ein Fall von Reizung oder Verätzung durch das Lebensmittel Natriumbikarbonat bisher nicht bekannt und auch nicht aus rein rechtlicher Sicht im Sicherheitsdatenblatt beschrieben. Wir bitten den BV Kalk um Entschuldigung, falls im Vortrag etwas missverständlich ausgedrückt wurde.

11 Vergleich Kalkprodukte und NaHCO3 in der Trockensorption Erfahrungswerte typischer Abscheidegrade und benötigter Stöchiometrien in der trockenen Abgasreinigung Technik: Trocken- Trocken absorption (NaHCO3) Additiv: Ca(OH)2 NaHCO3 typ. Abscheidung (%): HCL >98 >99 SO2 ~70 >95 bei Stöchiometrie: >2,3 ~1,2 Schwermetalle und organische Verunreinigungen werden i.d.regel durch Aktivkoksverfahren sehr effizient abgeschieden und hier nicht näher betrachtet.

12 2: Eingesetzte Techniken und Ergebnisse aus der Praxis / Anwendungsbeispiele 2.1: Dauerhafte SO2- Abscheidung Beispiel: Fossil gefeuertes Kraftwerk (Steinkohle) Schema der Kohlegefeuerten Industrieanlage

13 Typische Werte des Kohlekraftwerks: Last nach Produktionsbedarf: Volumenstrom: SO2 im Rohgas: (je nach Kohleherkunft) Reingas- soll: Stöchiometrie: (innerhalb der Rohgasgrenzen) t Dampf/h m3/h mg/m3 < 400 mg SO2/Nm3 (<< 300 mg/nm3 möglich) 1,3 1,7 bei 3 Feldern ESP 1,2 1,3 bei 2 Feldern ESP

14 Aufbau der NaHCO3- Anlage im Bestand (ohne Betriebsstillstand durchgeführt)

15 Roh- und Reingaswerte SO2 und NaBi-Mengen vor- und nach Zuschalten der Additivdosierung Das Beispiel zeigt, dass eine Entschwefelung mit NaHCO3 (rein trocken) auch in Kombination mit einem Elektrofilter funktioniert. Durch die Nachrüstung des NaBi-Systems kann das Kraftwerk in seiner alten Konfiguration weiterbetrieben werden.

16 Beispiel: Produktionsprozess Altölrecycling H2S- haltige Abgase werden verbrannt; das SO2 im Abgas wird mit einer rein trockenen NaHCO3- Anlage und einem Gewebefilter unter die geforderten Grenzwerte gereinigt. Schema der Abgasreinigung Altöl- Recycling Volumenstrom: 4000 Nm3/h; NaBi- Verbrauch: kg/h

17 Anlage: SO2- Abscheidung Altöl- Recycling

18 Beispiel: Sonderanwendung mit extremen SOx- Werten Schematischer Aufbau einer Anlage für extreme SO2- Werte

19 Typische Abgaswerte: Rohgas- Vol- Strom: SO2 Rohgas: Erreichte Reingaswerte: NaHCO3- Verbrauch: Stochiom. Verh.: ca. 1,1 Temperatur: C ca m3/h mg/m3 (9900 mg SO2/m3 als MW) < 350 mg SO2/Nm3 (280 mg SO2/Nm3 als MW) ca kg/h (MW) Abhängigkeit des NaBi- Verbrauchs vom Rohgas- SO2:

20 2.2: Abscheidung von SO2- Spitzen Beispiel: Schwermetallrecycling Abbildung: Comparison between different additives SO2 in stack (mg/nm³) SO2 without additives SO2 with 104 kg/h Sorbacal SO2 with 40 kg/h NaHCO Time (min)

21 2.3: Abscheidung von SOx mit NaBi in Kombination mit Kalkprodukten zur HCl- Vorabscheidung (MTS- Verfahren) Beispiel: MHKW mit rein trockenem MTS- System Kalkhydrat / NaHCO3 (Haus-/ Gewerbemüll ca Nm3/h) Schema: Rein trockene Abgasgasreinigung nach dem MTS- Verfahren mit erweitertem ECO

22 Resultat: - keine Lasteinschränkungen mehr - Erhöhung der Wärmenutzung um > 1,5 MWth - kein Kalkmilch- Handling Die positiven Eigenschaften des Kalkhydrats (kostengünstig in der Anschaffung, gute Reaktivität gegenüber HCl) und die positiven Eigenschaften des NaBi (sehr gute Reaktivität mit SO2 und HCl) sind in optimaler Weise mit Synergie- Effekt kombiniert. Die Gesamtkosten des MTS- Verfahrens liegen in der Regel unterhalb der Kosten der jeweiligen Einzeln betriebenen Systemen (Kalk- oder NaBi pur).

23 Beispiel: MVA mit MTS- System (Kalkmilch- Sprühsorption und NaHCO3) (Haus-/ Gewerbemüll; 2 x ca Nm3/h) Schema der nachgerüsteten Anlage Kalkmilch Reaktor Rezirkulation Gewebefilter Saugzug Schalldämpfer Kessel (mit SNCR) Kalkhydrat (trocken) Sprühabsorber Aktivkoks NaHCO3 Reststäube zum Silo Neue Anlagenteile; Nachrüstung NaBi Gebläse Mühle = Förderorgan

24 Bild 2: Die Nachrüstung im Verbund mit der Bestandsanlage Resultate der Nachrüstung: - Selbst extreme Schadstoffwerte werden sicher abgereinigt - seit der Beseitigung des Bottlenecks Rauchgasreinigung werden ca t Abfall/a mehr durchgesetzt

25 3: Besondere Vorteile von NaBi bei der SOx- Abscheidung / Recycling Im Temperaturbereich zwischen ca C nahezu unabhängig von der Abgasfeuchte so effizient wie eine Nasswäsche kann auch zur rein trockenen SO2- Abscheidung für den Dauer und Spitzeneinsatz verwendet werden. Einen besonderen Vorteil bietet sich nun bei der Abscheidung von SO2 mit NaHCO3 (NaBi) an: Das Resourcen- und Energieschonende Recycling der Abgasreinigungs- Reststoffe zu ReNabi und Gips als Wertstoffe gemäß EU- Patent EP Hier wird in einem nahezu geschlossenem Kreislauf aus den Salzen wieder NaHCO3 als ReNabi gewonnen. Satellitenanlagen im Verbund mit NaHCO3- Verbrauchern sind möglich.

26 Schema: NaBi- Salzrecycling zu ReNabi Der ReNabi- Prozess kann integriert bei großen Kunden oder ortsunabhängig von der Rauchgasreinigung (für mehrere kleinere Kunden) betrieben werden. (HM = heavy metal components; HMOH = nahezu unlösliche Schwermetallhydroxide)

27 Grobe Übersicht der internen - und externen Reaktionen Somit nach außen sichtbar : CaO + SO2/Flugstaub + 1/2 O2 ==> CaSO4 + Flugstaub

28 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!!!

29 Berliner Abfallwirtschafts- und Energiekonferenz 2016