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Beim Halbtrockenverfahren zur Rauchgas-Entschwefelung entsteht im Mischreaktor ein hochreaktives Ambiente, sodass SOx-Verbindungen besser adsorbiert werden.

| von Bastian Tigges, Vertrieb Mixing und Reacting Technologies, Gebr. Lödige Maschinenbau
  • Durch das Halbtrockenverfahren mit Hilfe von Mischreaktoren lässt sich der Adsorptionsgrad bei der Rauchgasentschwefelung in Verbrennungsanlagen optimieren.
  • Durch exakt angepasste Befeuchtung gelingt dies ohne Einbußen bei der Partikel- und somit der Reaktionsoberfläche.
  • Verglichen mit anderen etablierten Verfahren spart das Halbtrockenverfahren Reaktorstellfläche und ermöglicht hohe Verfügbarkeit durch Online-Aufbereitung des Sorptionsmittels.

Überall wo schwefelhaltiges organisches Material verbrannt wird, entstehen Abgase mit umweltschädlichen Schwefelverbindungen (SO2 und SO3). In Kohlekraftwerken, bei der Müllverbrennung oder bei der Roheisenherstellung in Stahlwerken fallen Schwefeloxide an, die vorschriftsmäßig aus dem Rauchgas entfernt werden müssen. Bei allen Verfahrensweisen geschieht das durch die Zugabe eines Sorptionsmittels wie Calciumhydroxid, Natriumsulfit, Ammoniak, Kalk oder Kalksteinmehl.

Direktentschwefelung und Nassverfahren

Konventionell funktioniert die Rauchgasentschwefelung entweder über die Direktentschwefelung oder durch das Nassverfahren. Bei der Direktentschwefelung – auch Additiv-Verfahren genannt – wird trockener Kalk bzw. Kalksteinmehl in die Brennkammer eingebracht, um dort die Schwefelverbindungen zu adsorbieren. Das fein gemahlene Additiv entzieht dem Rauchgas die Schwefeloxide und bindet sie durch Adsorption an seiner großen Oberfläche.

Die Zugabe des Additivs kann an verschiedenen Punkten des Prozesses erfolgen: Entweder es wird dem Brennstoff bereits vor der Verbrennung beigemengt, bei der Verbrennung direkt in den Kessel eingeblasen oder dem Abgasstrom zugegeben. Bei der Direktentschwefelung können dem Rauchgas so maximal 60 % der Schwefelverbindungen entzogen werden.

Beim Nassverfahren ist das Adsorptionsmittel – ebenfalls Kalk bzw. Kalksteinmehl – in einer wässrigen Lösung enthalten, die das Rauchgasgemisch zusätzlich abkühlt. Das ungereinigte Rauchgas wird mit der Suspensionslösung besprüht. Es entsteht eine kalziumsulfithaltige Waschlösung, die anschließend mit Sauerstoff aufoxidiert wird. Mit dem aufwendigeren Nassverfahren können dem Rauchgas so bis zu 95 % des Schwefeldioxids entzogen werden.

Wirkungsweise des Halbtrockenverfahrens

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Gegenüber der Direktentschwefelung und dem Nassverfahren fallen Anlagen nach dem Halbtrockenverfahren mit Lödige-Mischreaktoren deutlich kleiner aus. Bilder: Lödige

Das Stahlwerk im mongolischen Baotou verwendet bei der Rauchgasentschwefelung einen Mischreaktor von Lödige mit Frischkalk. Ein Kraftwerk der Stadtwerke Bielefeld nutzt zur Rauchgasentschwefelung einen Mischreaktor des Herstellers mit Rezikalk.

Beim typischen Verfahrensablauf gelangt das Rauchgas aus dem Verbrennungsofen zunächst in den Verdampfungskühler. Hier senkt eingedüstes, zerstäubtes Wasser die Temperatur und erhöht gleichzeitig die Feuchtigkeit des Rauchgases. Erst jetzt wird auch das im Mischreaktor befeuchtete Sorptionsmaterial eingedüst. Im nächsten Schritt entzieht ein Schlauchfilter dem Rauchgas das Sorptionsmittel mit den auf der Oberfläche gebundenen Schwefelverbindungen.

Bei niedrigen oder stark schwankenden Rauchgastemperaturen muss die Wasserzugabe angepasst werden, um eine hohe Reaktivität aufrechtzuerhalten. Bei entsprechend niedrigen Rauchgastemperaturen kann durch die Befeuchtung des Sorptionsmittels der Verdampfungskühler verkleinert oder sogar eingespart werden.

Im Mischreaktor wird das Wasser gleichmäßig auf eine große Menge Gemisch aus Kalk und Rezikalk verteilt. Es entsteht ein gleichmäßiger Wasserfilm auf allen Partikeln und somit auf der gesamten Adsorptionsfläche. Durch die hohe Temperatur des Rauchgases verdampft das Wasser sofort. In der Umgebung der Sorptionspartikel entsteht durch den Wasserdampf ein hochreaktives Ambiente, und SOx-Verbindungen werden besser adsorbiert. So steht permanent Adsorptionsmittel in hochreaktivem „Ambiente“ mit größtmöglicher Reaktionsfläche zur Verfügung.

Auch bei großen Durchsatzmengen ermöglicht der Mischreaktor eine geringe Verweilzeit und eine optimale Abstimmung von Wasser und Sorptionsmittelmengen. Temperaturschwankungen im Rauchgas können ebenfalls berücksichtigt und somit optimal ausgeglichen werden. Die Aufbereitung des Sorptionsmittels erfolgt im Online-Verfahren: Zur Reaktion mit dem einströmenden schwefelhaltigen Rauchgas steht so laufend neues und reaktives Adsorptionsmittel zur Verfügung.

Halbtrocken spart Kosten

Gegenüber der Direktentschwefelung und dem Nassverfahren bietet das Halbtrockenverfahren mit den dafür entwickelten Mischreaktoren mehrere Vorteile: Verdampfungskühler können bei der Planung neuer Anlagen deutlich kleiner ausfallen oder sogar ganz eingespart werden. Das Sorptionsmittel wird wie bei der Direktentschwefelung mit maximaler Reaktionsoberfläche in den Reaktor eingebracht. Ein Wasserfilm kühlt durch Verdampfen das Rauchgas ab und schafft gleichzeitig eine hochreaktive Atmosphäre in der Umgebung des fein gemahlenen Sorptionsmittels. Die Aufbereitung des Sorptionsmittels im Online-Verfahren ermöglicht dauerhaft eine kostengünstige, hohe Verfügbarkeit.

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