Entschwefeln, aber wie?

Entschwefelungsverfahren in der Übersicht

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12.03.2009 Um Abgase abseits der Kraftwerktechnik zu entschwefeln, eignen sich je nach Bedingungen verschiedene Verfahren. Eine Übersicht von Verfahren für Gasströme mit hoher SO2-Beladung und eine Modellrechnung sowie eine Entscheidungsmatrix stellt der folgende Bericht vor.

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Entscheider-Facts Für Anwender


  • Die Wirtschaftlichkeit von Entschwefelungsverfahren für Kraftwerksabgase sollte für Abgasströme mit kleineren Volumina geprüft werden.
  • Schadstoffkonzentration, Investitions- und Hilfsmittelkosten gehen als wesentliche Berechnungsparameter in den Vergleich ein.
  • Das Natriumwaschverfahren erweist sich als sehr günstig in der Anschaffung und flexibel im Einsatz.
  • Auch das Kontaktverfahren hat überzeugende Vorteile. Nachteile sind jedoch die hohen Investitionskosten und der inflexible Prozess.

Schwefeldioxid aus Abgasen zu entfernen, ist seit Jahren eine wichtige Aufgabe der Luftreinhaltung. Es gibt zahlreiche Verfahren, die sich mit diesem Problem beschäftigen. Meist wird in Veröffentlichungen auf in Kraftwerken bevorzugte Technik eingegangen, bei der sehr hohe Volumenströme (bis zu 1,2·106 m³/h) mit niedriger SO2-Belastung ca. 0,2 Vol.% gereinigt werden müssen. Eine Übertragung der Wirtschaftlichkeit dieser Verfahren auf Anlagen kleiner und mittlerer Volumenströme ist entsprechend schwer möglich. Eine Übersicht (s. Tabelle 1) zeigt Verfahren, die kleinere Abgasströme, auch hoher Schadstoffkonzentration, reinigen können. Im weiteren Verlauf werden die Verfahren bezüglich ihrer Investitions- und Hilfsmittelkosten verglichen, wobei die Hilfsmittelkosten einen wesentlichen Bestandteil der Betriebsmittelkosten bilden.

Bis auf eine Ausnahme fallen bei den Verfahren Reststoffe an, die entweder verwertet oder entsorgt werden müssen. Eine Verwertung dieser Reststoffe ist allerdings häufig nur bedingt möglich, so dass Entsorgungskosten wahrscheinlich nicht zu vermeiden sind. Diese Entsorgungskosten stellen einen wesentlichen Faktor der Betriebskosten dar. Sie sind stark vom Einzelfall, z.B. von der Art der vorhandenen Verunreinigungen, abhängig und können daher in diesem Rahmen nur insofern bewertet werden, dass deren Mengen beispielhaft genannt werden. Ohne Reststoffanfall arbeitet lediglich das Kontaktverfahren (Katoxverfahren): Mit diesem Verfahren wird auf katalytischem Weg eine verwertbare bzw. handelbare Schwefelsäure (96%) hergestellt.

Natriumwaschverfahren erste Wahl

Fazit der Untersuchung ist: Das Natriumwaschverfahren wird bei nicht zu hohen SO2-Mengen die erste Wahl sein, eventuell mit gleichzeitiger Oxidation des Sulfits. Bei Abgasströmen mittlerer SO2-Konzentration kommt das Katox-Verfahren in die engere Wahl. Nachteilig ist hier der relativ hohe apparative Aufwand, und vor allem die Notwendigkeit einer vorhandenen Infrastruktur, wie z.B. für Kühlwasser.

Wenn hohe Investitionskosten gescheut werden und ein Einsatzgebiet für die entstehende 74%-Schwefelsäure gefunden wird, ist die Gaswäsche mit Wasserstoffperoxid gut einsetzbar. Die Hilfsmittelkosten liegen im unteren Bereich, die Investitionskosten nur etwas höher als beim Natriumwaschverfahren.

Verfahrensauswahl

Bei der Wirtschaftlichkeitsbetrachtung wurden folgende Verfahren ausgeschlossen:

  • Verfahren mit Endprodukt SO2-Reichgas, da dieses weiterverarbeitet werden muss.
  • Amasox-Verfahren, da dieses im Vergleich zu den anderen Nasswaschverfahren eher Nachteile mit sich bringt und relativ hohe sicherheitstechnische Anforderungen stellt. Zusätzlich ist der Markt für Ammoniumsulfat eng.
  • Sulfacid-Verfahren, da eine nur schwer verwertbare Dünnsäure anfällt.

Übersicht der wichtigsten Apparate

In der Tabelle 2 sind die wichtigsten benötigten Apparate der untersuchten Entschwefelungsverfahren zusammengestellt. Die Verfahren sind entsprechend Ihrer geschätzten Investitionskosten aufsteigend gewichtet. Strahlwäscher werden als Kolonnen gezählt.
Das Natriumwaschverfahren hat einen sehr geringen apparativen Aufwand und ist somit in der Anschaffung die günstigste Variante. Logischerweise gilt, je mehr Anlagentechnik erforderlich ist, desto kostenintensiver wird ein Verfahren. Das Kalkmilch- und das Kontaktverfahren weisen die höchsten Investitionskosten auf. Zusätzlich stellt vor allem Letzteres hohe Anforderungen an die Sicherheits- und Infrastruktur, etwa die Notwendigkeit eines Kühlwasserkreislaufs oder das schwierige Handling mit SO3-Gas und Oleum.

Kostenübersicht und Modellrechnung

Um die Kosten zu vergleichen, wurden pauschalierte Hilfsmittelkosten zusammengestellt. (Preise Stand 2007). Sie differieren stark nach Anlieferungsart, d.h. ob in IBC oder Tanklastzug angeliefert wird. Die aufgeführten Frachtkosten beziehen sich auf Anlieferung im Umkreis von 500 km. Die pauschalierten Hilfsmittelkosten gingen in die Modellrechnung für einen SO2 Anfall von 50kg/h im Abgasstrom ein (s. Tabelle 3). Mit mittleren Hilfsmittelkosten und sehr überschaubarer Anlagentechnik stellt das Natriumwaschverfahren eine Alternative dar, insbesondere wenn der Reststoff nicht teuer entsorgt werden muss. Werden nur die Hilfsmittelkosten beurteilt, stellt das Kontaktverfahren deutlich das günstigste Verfahren dar, da weder Hilfsstoffe verbraucht werden noch Reststoffe anfallen. Ferner kann die erzeugte Schwefelsäure ertragbringend verkauft werden.

Entscheidungsmatrix

Die Beurteilung der Verfahren erfolgte bisher nur von der Kostenseite; in die dargestellte Entscheidungsmatrix (Tabelle 4) fließen jedoch noch andere Kriterien ein. Entscheidend für manche Unternehmen könnte die Flexibilität eines Verfahrens sein. Kriterien hierfür sind: Ist eine diskontinuierliche Fahrweise möglich, oder sind verschiedene Konzentrationsbereiche möglich? Die Abgase sind in der Regel nicht nur mit Schwefeldioxid sondern zusätzlich mit anderen sauren Schadstoffen wie z.B. HCl belastet. Die letzte Spalte klärt, inwieweit die vorgestellten Verfahren geeignet sind, diese Schadstoffe mit abzuscheiden.

Werden die Kosten für die Reststoffverwertung außer Acht gelassen, zeigt die Entscheidungsmatrix deutlich die Vorteile des Natriumwaschverfahrens: sehr günstig in der Anschaffung und flexibel im Einsatz. Gefolgt vom Kontaktverfahren bei dem praktisch keine Hilfsmittel benötigt werden und kein Reststoff, sondern ein reines Produkt hergestellt wird. Die hohen Investitionskosten und der inflexible Prozess müssen bei der Eignungsprüfung für dieses Verfahren unbedingt mit einbezogen werden.

 

Heftausgabe: März 2009

Über den Autor

Dr.-Ing. Ferdinand Reif, Anja Bales, More services
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