Vorlesung 9 "Abgasreinigung" Flashcards
Aus welchen Feststoffen/Partikeln und Gasen bestehen die Luftschadstoffe?
Feststoffe/Partikel:
- Staub
- Schwermetalle
- Teere, Ruß (nicht wichtig für MVA)
Gase (anorganisch)
- CO
- Sauergase: SO2, HCl, HF
- NOx
- Lachgas N2O
- Amióniak NH3
- Schwermetalle
- Ozon und CO2 (Nicht relevant für MVA)
Gase (organisch)
- Methan und FCKW, AOX (nicht relevant für MVA)
- Flüchtige KW
- PCDD/S, PAK, BTX
Welche Bedeutung haben CA und C_ges im Abgas?
Voehandensein im Rohgas weist auf unvollständige Verbrennung hin (gilt auch für organische Kohlenstoffverbindungen C_org.)
Wodurch kann der Gehalt an CO und C_ges beeinflusst werden?
Maßgebliche Beeinflussung durch Prozessbedingungen (3-T-Regel)
- Verbrennungstemperatur (Temperature)
- Durchmischung (Turbulence)
- Verweilzeit (Time)
Was sind Ursachen für die CO-Bildung?
- Sauerstoffmangel
- Kalte Verbrennung durch Sauerstoffüberschuss
Welche sekundären Minderungsmaßnahmen sind für die Abgasreinigung relevant?
Abscheidung von Partikeln:
- Massenkraftabschneider:
- Zyklone
- Nassabschneider
- Filternde Abscheider:
- Abreinigungsfilter
- Elektrofilter
Abscheidung von Gasen und Dämpfen
- Kondensationsverfahren
- Adsorption
- Absorption
-Reduktionsverfahren:
- Trockenverfahren
Woraus besteht Staub?
Anorganische Partikel
- Metalloxide (z.B. Al2O3, Fe2O3, MnO)
- Carbonate (CaCO3, Na2CO3)
- Kondensierte Schwermetalle
- Chloride und Sulfate
Kohlenstoffhaltige Produkte aus unvollständiger Verbrennung
- partikulärer Kohlenstoffe (Ruß)
- organische Schadstoffe (PAK, Teere)
Wodurch wird der Staubgehalt im Rohgas beeinflusst?
- Aschegehalt und Aschekorngrößenverteilung des Brennstoffes
- Feuerungssystem
- Abgasgeschwindigkeit
- Konstruktion Dampferzeuger (z.B. Vertikal-, Horizontalkessel)
In welchem Bereich liegt die Rohgasbeladung in Siedlungsabfallverbrennungsanlagen?
zwischen 1000 und 5000 mg/Kubikmeter (O2-Bezugswert 11%, Tagesmittel)
Worauf beruht das Trennprinzip aller Entstaubungsverfahren?
Trennprinzip aller Entstaubungsverfahren beruht auf Erzeugung einer Relativbewegung der Partikel gegenüber des Trägergases
Nenne vier Abscheideprinzipien und den jeweiligen Apparat dazu.
- Zentrifugal- und Schwerkraft -> Zyklon
- Filtrierung durch poröse Medien -> Gewebefilter
- Elektrische Kräfte _ “Elektrofilter” bzw. korrekt: elektrostatischer Abscheider
- Aufnahme ein einer Flüssigkeit -> Wäscher bzw. Nassabscheider
Was ist der Abscheidegrad und kann man diesen noch weiter unterscheiden?
-Abscheidegrad: Beschreibung der Effektivität und Wirkung eines Entstaubungssystems
- Unterscheidung zwischen Gesamt- und Fraktionsabscheidegrad
Welcher Abscheidemechanismus wird beim Nassabscheider verwendet?
Heterokoagulation
- Bezeichnet das Ein- und Anlagern von Partikeln an oder in Flüssigkeitstropfen
- Abscheidegrad hängt von der Größe der Phasengrenzfläche zwischen Abgas und Flüssigkeit ab -> Dispergierung der Waschflüssigkeit in möglichst feine Tropfen
Welche filternde Abscheider sind für die MVA elevant?
Abreinigungsfilter
- Schlauchfilter
- Taschenfilter
Was ist der Unterschied zwischen der Oberflächen- und Tiefenfiltration?
Oberflächenfiltration:
- für grobe Partikel (Ablagerung nur an der Oberfläche des Filters)
Tiefenfiltration:
- für feine Partikel (Ablagerung auch im Filter)
Wie funktioniert die Oberflächenfiltration?
- Siebeffekt (Abscheidung von Partikeln, die größer sind als Porendurchmesser)
- Kuchenfiltration (Aufbau eines Filterkuchens auf der Filteroberfläche durch bereits abgeschiedene Partikel)
- Sperreffekt (Abscheidung bei Berührung des Fasern durch Van-der-Waals-Kräfte)
Durch welche Einflussgrößen werden Partikel in einem Filter eingefangen?
- Trägheit (d > 1 Mikrometer)
- Elektrostatik (Aufladung von Partikeln und Fasern)
- Diffusion (d < 0,2 Mikrometer)
- Sieb- und Sperreffekte
Welche Eigenschaften haben Gewebe mit hoher Fadendichte?
- guter Abscheidegrad
- niedrige Filterflächenbelastung (30 bis 60 Kubikmeter pro Quadratmeter und Stunde)
Welche Eigenschaften haben Filze und Nadelfilze?
- hohe Porosität
- hohe Filterflächenbelastung (100 bis 200 Kubikmeter pro Quadratmeter und Stunde)
- hoher Abscheidegrad bereits in Anfangsphase
Was ist das Precoating?
- Auftragung einer speziellen Schutzschicht vor Schädigung durch chemisch aggressive Substanzen im Abgas und Filterstaub
- Vorheizen der Filteranlage mit Heißluft vom Lufterhitzer aus der in Betrieb befindlichen, benachbarten Kessellinie (Temp. ca. 70 °C)
- Verwendung von Ca(OH)2 als Precoating-Substanz
Welche Arten der Abreinigung der Filter gibt es?
- Rütteln
- Vibrieren
- Spülluft
- Kombination Spülluft mit mechanischer Abreinigung
- Druckluftstoß
Wie verhält sich der Druckverlust im Filter in Abhängigkeit der Zeit?
Druckverlust nimmt zu und stagniert nach einer gewissen Zeit bei einem konstanten Druckverlustniveau. Bei schlechtem Filtermaterial nimmt der Druckverlust im Laufe der Zeit zu.
Wie funktioniert der Ionisationsvorgang (Elektrofilter)?
Sprühdraht (Ionisator) emittiert Elektronen. Elektronen treffen auf neutrales Gasmolekül und ionisieren es dadurch. Ionisierte Gasmoleküle treffen auf Schmutzpartikel. Das nun aufgeladene Schmutzpartikel wandert nun über Feldlinien zur Niederschlagselektrode (Kollektor).
Definiere die Begriffe Sorption, Desorption, Adsorption, Absorption, Physisorption, Chemisorption.
- Sorption: (Oberbegriff) Gleichgewichtsprozess zwischen Aufnahme und Abgabe eines Stoffes
- Adsorption: Anreicherung eines Stoffes an der Grenzfläche zwischen zwei Phasen: Flüssigkeit oder Gas auf Feststoffoberfläche
- Absorption: Anreicherung eines Stoffes innerhalb einer Phase
- Physiosorption: Physikalische Sorptionsprozesse ohne Stoffumwandlung
- Chemisorption: Sorptionsprozesse mit chemischer Reaktion
Warum ist eine Differenzierung zwischen Ad- und Absorptionsprozessen bei Abgasreinigungsverfahren nicht möglich?
Bei Abgasreinigungsverfahren laufen Ad- und Absorptionsprozesse sowie chemische Reaktion parallel on einem Apparat ab, sodass eine Differenzierung nicht mehr möglich ist
Definiere die Begriffe Adsorptiv, Adsorbens, Adsorpt, Adsorbat.
- Adsorptiv: zu adsorbierender Stoff
- Adsorbens: adsorbierender Stoff (Adsorptionsmittel)
- Adsorpt: Adsorptiv im adsorbierten Zustand
- Adsorbat: Gesamtsystem aus Adsorbens und Adsorpt
Wovon ist die adsorbierbare Stoffmenge abhängig?
- spezifischer Oberfläche des Adsorptionsmittels
- Oberflächenstruktur (Körnung, Porenvolumen und Porenverteilung)
Was ist bei der Porengröße des Adsorbens zu beachten?
- Porenradien müssen größer als die mittlere freie Weglänge der zu adsorbierenden Moleküle sein (molekulare Diffusion durch Brownsche Molekularbewegung)
- bei zu kleinen Poren kommt es zu Kollisionen von Molekülen und Porenwand
- bei zu großen Poren desobieren die Moleküle und wandern wieder zur Oberfläche
Welche Porengrößen gibt es?
- Submikroporen: d < 0,4 nm (0 4 Angström)
- Mikroporen 0,4 nm < d 2 nm
- Mesoporen: 2 nm < d < 50 nm
- Makroporen: d > 50 nm
Nenne die Teilvorgänge der Absorption.
- Konvektion der Schadgasmoleküle aus der Gasphase zur Gasgrenzschicht
- Diffusion der Moleküle durch die Gasgrenzschicht bis zu Phasengrenzschicht
- Übergang der Moleküle in die Waschflüssigkeitsgrenzschicht
- Diffusion oder Konvektion der Moleküle aus der Waschflüssigkeitsgrenzschicht
- Diffusion oder Konvektion der Moleküle aus der Waschflüssigkeitsgrenzschicht in das Innere der Waschflüssigkeit
- Ggf. chemsiche Reaktion der Waschflüssigkeit
Welche Sauergasabscheidungen gibt es?
Trockene Abgasrenigung
- Natriumbicarbonat Prozess
- Injektion von trockenem Kalk [in Feuerung/Kessel]
Konditionierte trockener Abgasreinigung
- Sprühsorption mit Kalkmilch
- Zusatz von Trockensorbenzien
- Rekurpative Gaskühlung
- Trockensorption mit sep. Wasserzugabe
Nasse Abgasreinigung
- 1. Saure Stufe pH = 1 8HCl, HF Absorption]
- 2. Neutrale Stuhe pH 5-6 [SO2 Absorption]
Was wird beim Trocken-Additiv-Verfahren verwendet?
Zugabe calciumbasierter Sorptionsmittel in die Feuerung
Was bewirken CO2- und H2O-Ausgasung bei der Na2CO3-Bildung?
CO2- und HO-Ausgasung bei der NaCO3-Bildung führt zur Porenbildung und vergrößert die Reaktionsoberfläche
Welche Temperatur ist für die Trockensorption mit Natriumhydrogencarbonat erforderlich?
> 180 °C
Wie ist das Stöchiometricshes Verhältnis von Natriumhydrogencarbonat?
1,1 -1,4
Was sind die Vorteile der Trockensorption durch Natriumhydrogencarbonat?
- keine Nebenreaktion, z.B. mit CO2
- keine Konditionierung (Feuchteeinstellung) erforderlich
- geringe Reststoffmenge (Ausgasung CO2 und H2O)
Was sind die Nachteile der Trockensorption durch Natriumhydrogencarbonat?
- Doppelte Adsorbensmenge im Vergleich zu Kalkprodukten (Na ein-, Ca zweiwertig)
- teurer als Kalkprodukte
Wie funktioniert die konditionierte Trockensorption im Ca(OH)2 und welche Stoffe werden ausgeschieden und wo liegt die optimale Feuchte?
- Eindüsung von trockenen, pulverisierten Adsorbentien in den wasserkonditionierten Rauchgasstrom vor dem Gewebefilter
- Kombitionierte Abscheidung von
- sauren Bestandteilen: SO2, HCl, HF, …
- organischen Bestandteilen: PCDD/F, PCB, PAK
- und Schwermetallen
- optimale Feuchte: 6%
Wie funktioniert die Sprühabsorption (Kalkmilchverdüsung)?
- Reaktionen: entsprechend der konditionierten Trockensorption
Was ist das Quasitrockene Verfahren?
Sprühabsorption
- die erforderliche Stoffaustauschfläche verringert sich infolge der tropfenförmigen Agglomerate, die bei der Verdampfung der Kalkmilch entstehen
- höhere Stöchimetrien ( > ,3) als bei der konditionierten Trockensorption (< 2)
Welche Stufen gibt es bei der Nasswäsche?
- Wäscherstufe
- sauer, pH-Wert 1
- Abscheidung von HCl. HF, HgCl2 - Wäscherstufe
- neutral, Neutralisation mit Kalkmilch
- Abscheidung SO2
- Beide Wäscherstufen in einer Kolonne
Was macht die 1. Wäscherstufe?
- HCl und HF werden bei Kontakt mit den zerstäubten Waschwassertropfen absorbiert
- Quecksilber als HgCl2, Hg2Cl2 und HgO ist im Nasswäscher gut absorbierbar, metallisches Quecksilber ist weder absorbierbar noch kondensierbar. Bei Feuertemperaturen > 850 °C und VOrleigen von Cl- im Rauchgas liegt Quecksilber größtenteils als HgCl2 vor
Warum braucht man bei der Nasswäsche 2 Stufen?
Abscheidung von SO2 in saurem MEdium durch HCl und HF ist unzureichend, daher apparative Trennung in 2 Stufen
Was muss vor der zweiten Wäscherstufe passieren?
Abtrennung der im Abgas mitgeführten Tropfen durch Tropfenabscheider vor Einleitung in die zweite Stufe
Was passiert mit HgCl2, wenn es mit SO2 in Kontakt kommt?
HgCl2 kann im Wäscher mit SO2 reduziert und anschließend disproportioniert werden. Das bei der Disproportionierung gebildete metallische Quecksilber würde bei Zerstäubung im Rauchgasstrom verdampfen
Welche Gegenmaßnahmen werden getroffen, um metallisches Quecksilber zu vermeiden?
- niedriger pH Wert im ersten Wäscher (damit wird die Absorption von SO2 unterdrückt)
- ständige Ausschleusung des abgeschiedenen Quecksilbers in die Abwasserreinigung (bei kleinerer Konzentration weniger Diproportionierung)
Was passiert in der zweiten Wäscherstufe?
SO2 wird vom Umlaufwasser der zweiten Wäscherstufe absorbiert und liegt zunächst in Form von Hydrogensulfit vor, das teilweise zu Sulfit dissoziiert
Wovon ist die SO2-Dissoziation im Wasser abhängig?
DO2-Dissoziation in Wasser ist abhängig vom pH-Wert
Was ist das Produkt aus der Reaktion von Hydrogensulfit und Sauerstoff?
Sulfat
Welche Neutralisationsmittel werden im zweiten Wäscher verwendet?
- Kalksteinsuspension (CaCO3 (l))
- Kalkmilch (Ca(OH)2 (l))
- Natronlauge (NAOH (l))
Was passiert in der Quenchstufe?
- Kühlung auf 70 °C
- Hauptabsorption von HCl und Hg-Salzen
Was passiert im der neutralen/alkalischen Wäscher?
- Abscheidung Aerosole und Feinstäube
- SO2-Absorption
Was passiert im Füllkörperwäscher?
- Kühlung auf 60 °C
- Absorption Rest-HCl und HF
- KOndensation Schwermetalle zu Aerosolen
- Option: pH-Wert-Anhebung zur SO2-Vorabschiebung
Wie sehen nasse und trockene Verfahrne im Vergleich aus? Beziehe dich auf folgende Punkte:
- Sorbensverbrauch
- Preis der Additive
- Abscheidevermögen
- Abscheidung
- selektive Abscheidung
- Anzahl der Stufen im System
- Staubvorabscheidung
-PCDD/PCDF-Abscheidung
Nasse Verfahren
- geringer Sorbensverbrauch (Stöchiometrie ungefähr 1), dadurch geringe Reststoffmenge
- teure Additive
- großes Abscheidevermögen für HCl und SO2
- selektive Abscheidung (Produkte)
- mehrstufiges System
- größere Satub/Aerosol-Emissionen
- PCDD/PCDF-Abscheidung in Verbindung mit Füllkörperwäscher und HOK-Dosierung
Trockene Verfahren
- größerer Sorbensverbrauch (Stöchiometrie Ca(OH)2 1,6 bis > 2), dadurch größere Reststoffmenge
- günstigere ADditive (z.B. Ca8OH)2)
- gutes Abscheidevermögen
- keine selektive Abscheidung
- einstufiges System
- benötigt keine Staubvorabscheidung
- sehr gute Abscheidung für Schwermetalle und PCDD/PCDF an HOK
Was sind physikalsiche Adsorptionsmittel und wofür werden sie eingesetzt?
- poröse Feststoffe mit hoher spezifischer Oberfläche
- Einsatz insbesondere zur Abscheidung von:
- Organischen Schadstoffen
- Flüchtigen Schwermetallverbindungen wie Quecksilber
Wie können physikalsiche Adorptionsmittel unterschieden werden?
Kohlenstoffhaltige Adsoptionsmittel
- Aktivkohle
- Aktivkoks (z.B. Herdofenkoks (HOK) von Rheinbraun
Mineralische Adsoptionsmittel
- Zeolithe
- Bentonite
- Suevit (Trass), Bims
Wovon hängt der Einsatz von Physikalischen Adsorptionsmitteln ab?
Einsatz je nach:
- Abgasreinigungskonzept (Nass, Quasitrocken oder Trockenverfahren)
- Temperaturniveau
- Emissionsgrenzwerten
- Wirtschaftlichkeit
Wie unterscheiden sich Aktivkohle und HOK?
HOK: Hoher Anteil von Meso- und Makroporen (2-3 nm)
- verbesserte Abscheidung von Dioxinen und Furanen
Aktivkohle: Hoher Anteil Mikroporen (0,2 - 0,8 nm)
- verbesserte Abscheidung von Quecksilberverbindungen
Was sind Zeolithe, Bentonite und Suevit (Trass)?
Zeolithe:
- Kristalline Silikatmineralstruktur
Bentonite:
- Mischung verschiedener Tonminerale
- Mikro- und Mesoporen
Suevit (Trass):
- Poröses Gestein (Vulkan oder Meteroiteneinschlag)
Wie funktioniert das Flugstrom-Filterschicht-Verfahren?
- Direktes Einblasen des Adsoptionsmittels in den Abgasstrom
- Abscheidung des beladenen Adsorbats im Nachgeschalteten Gewebefilter
- FLugstromreaktor unteschiedlicher Bauarten (einfachster Fall: Abgaskanal)
- Bei trockenen und kontitioniert-trockenen Verfahren zur Sauergasabscheidung meist im gleichen Aggregat
Was ist das Wanderbettverfahren?
- Abgase durchströmen körnige Schüttung des Adsoptionsmittels
- Meist einem Nassverfahren zu Sauergasabscheidung nachgeschaltet
- Ausschleusung des beladenen Adsorbats durch Wanderbett
- zusätzliche Abscheidung von Restemissionen an Chlor- und Fluorwasserstoff sowie Schwefel- und Stickoxiden
Wovon ist der Brennstoff-NO abhängig?
Brennstoff-NO abhängig vom BS-N-Gehalt
Was sind Primärmaßnahmen zur Reduktion von Stickoxiden in der Feuerung?
- Redutktion Sauerstoffkonzentration in Hauptverbrennungszone
- Temperaturkontrolle: Niveau, Verteilung, Spitzen
- VWZ-Kontrolle
- Gleichmäßige Verbrennung
Was sind Sekundärmaßnahmen zu Reduktion von Stickoxiden in der Feuerung?
- SNCR: Selektive nicht katalytische Reduktion (850 - 1050 °C)
- SCR: Selektive katalytische Reaktion: (180 - 300 °C) mit Ammoniak oder Harnstoff als Reduktionsmittel
Welche Einflussgrößen spielen bei der SNCR eine Rolle?
- Reaktionsmittelbedarf (NH3, Harnstoff) und -menge
- NOx-Konzentration
- Konzentrationen weitere Abgasbestandteile (z.B. O2)
- Temperatur
- VWZ
- Vermischung
Welche Rolle spielt der Temperatureinfluss bei der SNCR?
- bei höheren Temperaturen Reaktion von NH3 und O2 zu H2O und NO
- bei zu niedrigen Temperaturen höherer Schlupf
Welche Optimierungsmaßnahmen gibt es bei der SNCR?
Optimale Bestimmung von:
- Menge und Art des Trägermediums
- Eindüsebenen und -bereiche
- Durchmischung der Reduktionsmittel mit dem Abgas
- Vorliegende Temperaturverhältnisse
Welche Schaltungen gibt es bei den SCR-Anlagen?
- High Dust SCR: kaum Anlagen, Pilotcharakter
- Low Dust SCR: wemige Anlagen realisiert
- Tail End SCR: Stand der Technik
