Schwermetallabscheidung aus dem Abgas durch Kondensation

Technische Universität Clausthal
Institut für Energieverfahrenstechnik und Brennstofftechnik
Schwermetallabscheidung aus dem Abgas durch Kondensation
Konzentration
Schlagwort
Schwermetallkondensation
Einleitung und Problemstellung
Schadstoffe, wie SO2 und Schwermetalle, können nicht
durch die Verbrennungsführung beeinflußt werden. Die
bisherigen Möglichkeiten der Abgasreinigung für
Schwermetalle (u.a. Filter, Sprühadsorption, Naßabscheider, Flugstromadsorber) bewirken lediglich eine Verlagerung des Schadstoffproblemes aus dem Medium Abgas in
ein anderes, mit der Konsequenz einer Deponierung als
letzte Entsorgungsstufe. Durch eine stufenweise Kondensation der dampfförmig vorliegenden Schwermetalle, wie
Zn, Cd, Pb, Fe, Hg, As, soll eine selektive Abscheidung
ermöglicht werden, so daß jeweils bestimmte Fraktionen
mit nur geringen Verunreinigungen durch andere Metalle
gewonnen werden und eine bessere Wiederverwertung in
der metallurgischen Industrie möglich wird (Vermeidung
der Deponierung). Das zu entwickelnde verfahrenstechnische Konzept soll bei thermischen Verfahren, die zu erhöhten Schwermetallemissionen führen (z.B. die Aufarbeitung von Filterstäuben aus Müllverbrennungsanlagen
und Kohlekraftwerken oder die thermische Behandlung
von Elektronikschrott) Anwendung finden.
Grundlagen
Die Betrachtung der theoretischen Dampfdruckkurven der
verschiedenen Schwermetalle und ihrer Verbindungen
(vgl. Bild 1) zeigt, daß schon vor Erreichen der Raumtemperatur die Sättigungskonzentration fast aller kritischer Emittenten teilweise bis zu den von der 17.
BimSchV. geforderten Grenzwerten sinkt.
Temperatur in °C
Bild 1: Sättigungskonzentrationen von Schwermetallen
und ihren Verbindungen
Die Abtrennung der Schwermetallemissionen aus dem
Gasstrom ist mit Hilfe von Trockenadditiven möglich.
Findet durch Temperaturabsenkung eine Taupunktsunterschreitung statt, fungieren die inerten Feststoffpartikel als
Kondensationskeime, die Schwermetalldämpfe kondensieren und lagern sich an den Partikeln an. Führt man diese Temperaturabsenkung stufenweise durch, findet eine
selektive Kondensation der Schwermetalldämpfe statt.
Beschreibung der Versuchsanlage
Nach Bild 2 wird der künstlich erzeugte, schwermetallhaltige heiße Gasstrom durch Zugabe des kalten Feststoffes sowie eines Trägergasstromes gequenscht und in einem auf gleichem Temperaturniveau befindlichen Zyklon
abgeschieden. Sowohl das Reaktionsrohr als auch der Zy-
T
N2
Schwermetall
+ N2
T
T
p
I
T
T
Perligran-Pulver
+ N2-Trägergas
Meßgas
Rohgasseite
Q
II
Wärmetauscher
T
T
Verdampfungsofen Feststofffür Schwermetalle dosierung
III
p
Druck
T
Temperatur
Q Konzentration
T
Reaktionsrohr
T
Q
Meßgas
Reingasseite
N2
T
Beheizter
Zyklon
Bild 2: Schematische Darstellung der geplanten Versuchsanlage
klon sind beheizt, so daß warme Wände bestehen und die
Kühlung des Gases nur von innen heraus erfolgt.
Beschreibung der Versuche
Zur Simulation der Schwermetalle im Gasstrom werden
Schwermetallchloride (anfänglich ZnCl2, FeCl3) verdampft und einem heißen N2-Strom (inertes Gas zur Vermeidung von Oxidationsvorgängen) zugeführt. Durch die
Wahl inerter Versuchsbedingungen muß nicht von einer
Mischung verschiedener Schwermetallverbindungen ausgegangen werden, so daß die Dampfdruckkurve des reinen Chlorides angenommen werden kann. Die für die Abscheidung maßgebenden und während der Versuchsreihen
variierten Haupteinflußgrößen sind:
- Bilanztemperatur (Kondensation)
- Feststoffmassenstrom
- Korngröße (spez. Oberfläche)
- Schwermetallkonzentration
- Kontakt-, Reaktionszeit (Variation der Gasmenge)
Als Feststoff ist Perligran-Pulver (70% SiO2, 15% Al2O3,
10% Na2O, 5% K2O) vorgesehen, das die wesentlichen
Qualitätsmerkmale des Adsorbens (unbrennbar, chemisch
inert, hohe Temperaturbeständigkeit, gute Regenerierbarkeit) besitzt. Um die für die Kondensation entscheidende
konstante Bilanztemperatur ermitteln zu können, wird zunächst von einer homogenen Durchmischung ausgegangen, die Anlage in drei Bilanzräume (Mischbereich I,
Mischbereich II, Reaktionsrohr/Zyklon III, vgl. Bild 2)
eingeteilt und über Massen- und Energiebilanzen die Bilanztemperatur berechnet.
Ausblick
Kann die Funktionsfähigkeit einer Kondensationsstufe bei
einem engen Temperaturbereich nachgewiesen werden,
sollen in einem nächsten Schritt mehrerer Verfahrensstufen zur Abscheidung verschiedener Schwermetalle hintereinandergeschaltet werden. Des weiteren soll mit Hilfe
eines Feststoffkreislaufs geklärt werden, welchen Einfluß
die Anreicherung des Feststoffes mit Schwermetallen auf
die Abscheidung besitzt.