Abscheidung gasförmiger Stoffe

Question 1

Gasförmige Luftschadstoffe

Answer 1

▪ Anorganische Luftschadstoffe:
▪ Säuren und Säureanhydride / Basen
* HCl, HF, SO2
, SO3
, H2
S, HCN, CO2
/ NH3
▪ Sonstige:
NOX, Hg, O3
, F2
, Cl2
, Br2
, CO, CS2
, COCl2
▪ Siliziumorganische Luftschadstoffe:
▪ Silane und Chlorsilane
▪ VOC (= Volatile Organic Compounds):
▪ Kohlenwasserstoffe, aliphatisch:
* Methan, Ethan, … , (Benzin), Cyclohexan
▪ Kohlenwasserstoffe, aromatisch:
* Benzol, Toluol , Xylol , PAKs, …
▪ Alkohole (Methanol, Ethanol)
▪ Ketone
▪ Dioxine , Furane

Question 2

De-Novo-Synthese

Answer 2

Definition: Chemische Reaktion zur Erzeugung von Molekülen aus vergleichsweise einfachen
Vorläufermolekülen
Hier: Bildung von Dioxinen im Temperaturbereich zwischen 300 – 600 °C
▪ Voraussetzungen:
* Chlor- und Kohlenstoffquellen
* Ausreichende Verweilzeit
* Katalytisch wirkender Metallstaub
▪ Vermeidung durch:
* Schaffung optimaler Verbrennungsverhältnisse im Feuerungsraum
* Quenchen: Schockartiges Abkühlen der Rauchgase auf unter 300 °C
* Hochtemperaturentstaubung des Rauchgases

Question 3

Toxizitätsäquivalent

Answer 3

▪ Man geht davon aus, dass die verschiedenen Dioxine die gleichen toxischen
Wirkungsmechanismen haben, sich aber in der Stärke ihrer Wirkung unterscheiden.
▪ Wirkungsstärke wird mit dem Toxizitätsäquivalenzfaktor (TEF) berücksichtigt
* relative Giftwirkung von Verbindungen im Vergleich zum hochgiftigen 2,3,7,8 TCDD
▪ Toxizitätsäquivalent (TE): Maß für toxische Wirkung
* Berechnung aus Gehalten der Einzelverbindungen und dem TEF
▪ TE-Wert entspricht toxischer Wirkung einer vergleichbaren Menge des 2,3,7,8 TCDD

Question 4

Charakterisierung von Gasströmen

Answer 4

• Volumenstrom
• Temperatur
• Druck
• Farbe, Geruch
• Inhaltsstoffe, Konzentrationen → Klasse (TA Luft)

Question 5

Charakterisierung von Inhaltsstoffen

Answer 5

• Dampfdruck
• Wasserlöslichkeit
• Chemische Eigenschaften (vielfältig)
• Biologische Abbaubarkeit
• Brennbarkeit
• Adsorbierbarkeit
• Preis (Rückgewinnung)

Question 6

Physische Abluftreinigung für Schadgase

Answer 6

• Absorption (Wäscher)
• Adsorption
• Membranverfahren

Question 7

Chemische Abluftreinigung für Schadgase

Answer 7

• Katalytisch (SCR)
• Nicht katalytisch (SNCR)
• Verbrennung

Question 8

Absorption: Grundprinzip

Answer 8

1. Abgas wird mit Waschmittel in Kontakt gebracht, welches das Schadgas aufnimmt
2. Phasenwechsel des Schadstoffes (gasförmig → flüssig)
3. Trennung von gereinigtem Abgas und beladener Flüssigkeit
4. Beladene Flüssigkeit wird in der Regel weiterbehandelt:
   → Abwasserbehandlung
   → Abfallentsorgung
   → Rückgewinnung von Wertstoffen
   ▪ Abscheidung in Absorbern (Wäschern)
   * Möglichst große Phasengrenzfläche
   * Ausreichende Kontaktzeit zwischen Gas und Flüssigkeit

Question 9

Absorption: Physikalische Grundlagen

Answer 9

▪ Stoffübergang erfolgt diffusiv
▪ Konzentration ↓ im Gas für
* Löslichkeit in der flüssigen Phase ↑
* Volumenverhältnis Vl/Vg ↑
▪ Diffusion ist ein langsamer Prozess:
→ Beschleunigung des Stoffaustausches durch das Bewegen der beiden Phasen gegeneinander
→ Begrenzung des diffusiven Transports auf dünne Schicht
zu beiden Seiten der Phasengrenze
→ Stofftransport in der Tiefe der Phasen dann konvektiv
→ Kenntnis, ob Transport gasseitig kontrolliert ist (Bsp.NH3) oder flüssigkeitsseitig (Bsp. O2), bildet Ansatzpunkt für Optimierung des Stoffübergangs

Question 10

Vorteile der Chemisorption

Answer 10

▪ Vergrößerung der Aufnahmefähigkeit des Waschmittels gegenüber der
physikalischen Absorption(cAL &laquo_space;Löslichkeitsgleichgewicht)
▪ Vergrößerung des Stoffstroms (Erhöhung des Konzentrationsgefälles)
▪ Erhöhung der Selektivität (Bevorzugte Auswaschung von bestimmten
Komponenten)

Question 11

Anforderungen an Waschmittel

Answer 11

▪ Hohe Löslichkeit für Schadgas → Geringer Waschmittelbedarf
▪ Hohe Selektivität → Gewinnung von Wertstoffen, Deponierbarkeit
▪ Einfache Regenerierbarkeit → Regenerationskosten, Waschmittelbedarf
▪ Hohe Verfügbarkeit
▪ Niedriger Preis
▪ Ungefährlichkeit (nicht brennbar, nicht toxisch)
▪ Niedrige Viskosität
▪ Niedriger Dampfdruck → Waschmittelverlust, Qualität des Reingases
▪ Nicht korrosiv
▪ Chemisorption: Geringe Kosten des Reaktanden sowie
reversible Reaktion oder Reaktion zu Wertstoff

Question 12

Adsorption: Grundlagen

Answer 12

▪ Anlagerung und Bindung von gasförmigen und flüssigen Stoffen an
der Oberfläche poröser, grenzflächenaktiver Feststoffe
▪ Bindung durch Physisorption (Van-der-Waals-Kräfte) oder
Chemisorption (chemische Bindung von Adsorbens und Schadstoff)
▪ Adsorbentien zeichnen sich durch hohe Porosität und hohe spezifische Oberfläche aus
* Beispiel: Aktivkohle: bis zu 1600 m2/g (→ 5 g ~ Fläche eines Fußballfeldes)
▪ Adsorption begünstigt durch hohen Druck und niedrige Temperatur

Question 13

Transportschritte bei der Adsorption

Answer 13

• Stofftransport aus der Gasphase zur Grenzschicht
• Diffusion durch Grenzschicht
• Diffusion im Porensystem des Adsorbens
• Anlagerung an die innere Porenoberfläche

Question 14

Anforderungen an
Adsorbentien

Answer 14

• Hohe Beladbarkeit
• Hohe Selektivität
• Große Adsorptionsgeschwindigkeit
• Gute Regenerierbarkeit
• Gute chemische Beständigkeit
• Hohe Abriebfestigkeit
• Geringer Druckverlust in der
  Schüttung

Question 15

Adsorbentien

Answer 15

* Kohlenstoffbasierte Adsorbentien: Aktivkohle, Aktivkoks, Molekularsiebkoks
(0,01-10mm; aus Holz, Braun- u. Steinkohle, Torf)
* Aktive Tonerde (Al2O3): 2 – 8 mm
* Kieselgel (SiO2): 0,01 – < 10mm
*** Molekularsiebe; Zeolithe: **natürliches oder synthetisches Gerüstsilikat aus SiO2, Al2O3 plus Kationen; 0,01 – < 10 mm