Staubabscheidung Flashcards
Definition Staub
▪ Korngröße ~ 0,01–50 μm
▪ Gehört zu Aerosolen
▪ Praktisch immer in der Umgebungsluft enthalten
▪ Staubteilchen < 1 μm schweben durch Molekularbewegung ständig in Luft
▪ Feinster, in die Atmosphäre gelangter Staub stammt meist aus Trockengebieten der Erde
▪ Künstliche Staubquellen sind vor allem Industrieanlagen, in denen fossile
Brennstoffe zur Feuerung dienen
Staubabscheider
▪ Massenkraftabscheider
* Schwerkraftabscheidung
* Fliehkraftabscheidung
* Trägheitskraftabscheidung
* Beispiele:
Abscheidekammer, Zyklon, Lamellenabscheider
▪ Elektrostatischer Abscheider
* Wirksam: Oberflächenkräfte
* Auch Reibungskräfte ~ d² -> η ~ f(d) !!
* Beispiele:
Trocken oder nass (Düsen, Kondensation)
▪ Filternde Abscheider
* Versperrung
* Trägheitskräfte
* Adhäsion
* Beispiele:
Schlauchfilter (mit Jetreinigung), Faserfilter
▪ Wäscher (Nassabscheider)
* Wirksam: Trägheitskräfte
* Nur für sehr kleine d -> Diffusion
* Beispiele:
Trägheitswäscher,
Venturiwäscher,
Rotationswäscher
Auswahlkriterien für Staubabscheider
▪ Korngrößenverteilung
▪ Trennkurve des Abscheiders
▪ Rohgasstaubgehalt
▪ Einzuhaltender Reingasstaubgehalt
▪ Volumenstrom
▪ Spez. Gewicht des Staubes
▪ Besondere Staubeigenschaften (Agglomerationseigenschaften, klebend, zündfähig etc.)
▪ Druckverlust
▪ Investitions- und Betriebskosten
Tiefenfilter
▪ Überwiegend mechanische und adsorptive
Abtrennung durch Partikelabtrennung im Inneren des Filtermediums
▪ Strömung durch ein langsam verstopfendes Haufwerk konstanter Höhe
▪ Erhöhter Widerstand aufgrund von Verstopfung
erfordert Regeneration oder Erneuerung der Filterschichten
▪ Anwendung: Spuren von Feststoffen werden aus Flüssigkeit (Wertstoff) entfernt
Oberflächenfilter
▪ Ablagerung des abgetrennten Feststoffs in Form eines Kuchens auf einem Filtermedium
▪ Möglichst keine Einlagerung von Feststoffen im Filtermedium
▪ Zurückhalten größerer Teilchen bzw. Brückenbildung
bewirkt Blockierung der Poren des Filtermediums für feinere Partikel
▪ Der sich bildende Filterkuchen übernimmt die Filtration
▪ Je höher der Filterkuchen, desto größer der Filtrationswiderstand
▪ Anwendung: Feststoffe aus Flüssigkeit trennen, beides kann Wertstoff sein
Katalytische Abgasreinigung (SCR)
Optimale Reaktionstemperatur für spezifische chemische Reaktionen wird durch Katalysatoren
abgesenkt
→ Ausbeute von Hilfsstoffen (z.B. Reduktionsmittel bei DeNOX
) wird gesteigert
Einsatzbereiche:
▪ Entstickung (Kraftwerkbereich): SCR-Verfahren (Selective Catalytic Reduction)
▪ Zerstörung von Dioxinen und Furanen
▪ Einsatz von Katalysatoren bei der reduktiven Entstickung:
* Absenkung der optimalen Reaktionstemperatur auf 300-400°C
▪ Bruttoreaktionen am Katalysator bei der NO-Reduktion:
4 NO + 4 NH3 + O2 → 4 N2 + 6 H2O
6 NO + 4 NH3 → 5 N2 + 6 H2O
▪ Unerwünschte Nebenreaktion: Reduktion von Ammoniak
4 NH3 + 3 O2 → 2 N2 + 6 H2O
SCR-Verfahren (Vorteile & Anwendung)
Vorteile:
▪ Ausbeute des Reduktionsmittels steigt
▪ Ersparnis an Reduktionsmittel bzw. Erhöhung des NOX-Reduktionsgrades
▪ Vereinfachung der Prozessführung
Anwendung:
▪ Kraftwerksfeuerung (High-Dust, Low-Dust, Tail-End)
▪ Diesel-Motoren
Katalysator-Materialien
**> 400 °C **
Keramik mit TiO2 dotiert
300 – 400 °C
Vanadiumpentoxid, Wolframtrioxid oder Mischungen von Metallsulfaten oder-oxiden
**< 300 °C **
Edelmetalle Platin, Rhodium
oder Palladium
Aufbau SCR-Katalysators
Katalysatoraufbau:
▪ Meist wabenförmiger Vollkatalysator aus Keramik
▪ Katalysatorelemente
* „High-Dust“-Ausführung: 400 Kanäle
* „Low-Dust“-Ausführung: 1600 Kanäle
→ Spez. Oberfläche von 450 bzw. 800 m2/m
Konstruktionsziele:
▪ möglichst kleines Bauvolumen und geringer Druckverlust
▪ möglichst große katalytisch wirkende Oberfläche
SNCR-Verfahren
SNCR = Selective non-catalytic reduction
▪ Reduktive Entstickung durch Reduktion NO/NO2
zu N2:
4 NO + 4 NH3 + O2 → 4 N2 + 6 H2O
6 NO2 + 8 NH3 → 7 N2 + 12 H2O
▪ Reduktionsmittel: Ammoniak NH3
(korrosiv) oder wässrige Harnstofflösung (NH4
)2CO3
▪ Unerwünschte Nebenreaktionen:
1. Harnstoff spaltet sich (Temp. ↑) in NH3 und Cyansäure (HNCO)
2. NH3
reduziert nach dem obigen Schema NO
3. Cyansäure reagiert mit OH-Radikalen und NO zu N2O (Lachgas)
Bedingungen für gute Entstickung (SNCR)
1.Gute Durchmischung der Rauchgase mit NH3
2.Eindüsung von NH3 bei optimaler
Temperatur in den Verbrennungsraum
bei allen Lastzuständen der Feuerung
3.Einhalten einer Mindestverweilzeit
Stickoxide NOx
Entstehung:
▪ Thermisches NOX
(Radikal-basierte, temperaturabhängige Reaktion)
O* + N2 ↔ NO + N*
N* + O2 ↔ NO + O*
N2 + O2 ↔ 2 NO
▪ Promptes NOX
(Bildung nahe der Flamme mit KohlenwasserstoffRadikalen aus Brennstoff)
▪ Brennstoff NOX
(Reaktion von N aus Brennstoff mit Sauerstoff)
Verfahren zur Verminderung von NOX (Entstickung):
▪ Primärmaßnahmen: In der Feuerung durch z.B. Luftstufung, Brennstoffstufung,
Abgasrückführung, Quenchen (Eindüsung von Wasser zur Temperatur-Minderung)
▪ Sekundärmaßnahmen: Rauchgasreinigung (SCR, SNCR,…)
Unterschied Abluft & Abgas
Verfahrenstechnisch ist „Abgas“ der Überbegriff für mit Schadstoffen
belastetes Gas aus einem Prozess. Dies kann mit oder ohne
Sauerstoffanteil sein.
Handelt es sich um Umgebungsluft (also mit normaler
Sauerstoffkonzentration) und niedrige Schadstoffkonzentrationen,
spricht man von „Abluft“.
Sauerstoffarmes oder -freies („inertes“) Abgas entsteht z. B. bei vielen
chemischen Prozessen oder Verbrennungsprozessen, während in der
verarbeitenden Industrie, wie z.B. bei Beschichtungs-, Trocknungs- oder
Absaugprozessen meist Abluft vorliegt.
Weitere Verfahren
- Chemische Umsetzung
- Thermische Nachverbrennung
- Membranverfahren
- Verfahrenskombinationen
Thermische Nachverbrennung
VOCs können komplett in die unbedenklichen Stoffe
Wasser, Kohlenstoffdioxid sowie ausgebrannte Partikel
umgesetzt werden:
▪ Schwefel, Halogene, NOX und andere thermisch nicht zersetzbare Fremdstoffe müssen durch andere Maßnahmen entfernt werden
▪ Produkte unvollständiger Verbrennung:
Organische Kohlenstoffe, PAKs, Aldehyde, org. Säuren, Ketone, CO, Ruß,
Kokspartikel
▪ Anwendungsbereiche: Anwendung: Abreinigung der Abluftströme aus
Trockneranlagen und z.T. Spritzkabinen bei der Lackierung von PKW, LKW, Bussen,
Großfahrzeugen, Kunststoff- und Metallwerkstücken sowie beim Coil-Coating eingesetzt
▪ Temperaturen von 800 bis 1250 Grad Celsius können im Brennraum angesteuert werden
▪ Abluftsröme von 5.000-50.000 𝑚3/ℎ mit Beladung von 16 𝑔/𝑚3
an VOC können behandelt
werden
▪ 𝑁𝑂𝑥- und CO-Konzentrationen können auf 100 𝑚𝑔/𝑚3
reduziert werden
