Simultane Ad- und Desorption von Chlorwasserstoff und Schwefeldioxid an mit Magnesiumoxid imprägniertem Aktivkoks

摘要

Die vorliegende Arbeit stellt eine Erweiterung der trockenen Rauchgasreinigung nach dem sog. BF-UHDE-Verfahren dar. Das hier vorgestellte Verfahren kombiniert die sorptionskatalytische Abscheidung von Schwefeldioxid auf Aktivkoks mit einem Verfahren, das von Rappold zur trockenen Abscheidung von Chlorwasserstoff aus Rauchgasen entwickelt wurde [RAP-98]. Die Problematik des BF-Uhde-Verfahrens bestand darin, dass adsorbierterChlorwasserstoff durch die gebildete Schwefelsäure verdrängt wird und die nachfolgende DeNOX-Stufe stört. Durch Aufbringen von Magnesiumoxid auf Aktivkoks ist das neue Adsorbens in der Lage, neben Schwefeldioxidauch Chlorwasserstoff effektiv aus Rauchgasen zu entfernen. Bei der simultanen Abscheidung von Schwefeldioxid und Chlorwasserstoff wird die Verdrängung von HCl so weit verhindert, dass der Einsatz des Verfahren möglich ist. Das Verfahren arbeitet hierbei regenerativ, d.h. das Adsorbens kann durch Ausheizen in wasserdampfhaltigem Stickstoffstrom wiedergewonnen werden. Die abgeschiedenen Schadstoffe stehen hierbei als Reichgas für eine stoffliche Verwertung zur Verfügung. Zur Präparation des Adsorbens wird der Aktivkoks in einer Lösung von Magnesiumacetat getränkt, getrocknet und pyrolysiert. Der erhaltene MgO-Anteilin den Aktivkokspellets steigt hierbei mit der Konzentration der eingesetzenMagnesiumacetatlösung bis auf ca. 10 Gew.%. Ein sinnvoller Anteil des Magnesiumoxids im Adsorbens liegt bei 2-2,5 Gew.-%, da bei höheren Werten einzu großer Anteil des Porensystems im Aktivkoks verstopft ist. Zur Untersuchung der simultanen Adsorption von HCl und SO2 wurden mehrere Versuchsreihen mit unterschiedlichen Konzentrationsverhältnissen durchgeführt. Jeder der beiden Schadstoffe beeinflusst die Durchbruchskurve des anderen hinzu einem steileren Anstieg und einem früheren Einsetzten des Durchbruchs.In Versuchen mit unbehandeltem Aktivkoks wurde die gesamte adsorbierte HCl-Menge durch die gebildete Schwefelsäure desorbiert. Durch das Aufbringen von Magnesiumoxid wird nur ein geringer Anteil des Chlorwasserstoffs durchSchwefelsäure von seinen Adsorbatplätzen verdrängt. Der größere Teil lässtsich nicht verdrängen und verbleibt auf seinen Plätzen. Da nicht der gesamteHCl zurückgehalten wird, ist zu vermuten, dass für die Adsorption von HClunterschiedliche Plätze zur Verfügung stehen. Die thermische Regeneration des Adsorbens wurde durch Ausheizen im Stickstoffstrom untersucht. Die Desorption von Chlorwasserstoff setztbereits bei Temperaturen von unter 180 °C ein, verläuft aber erst bei höherer Temperatur vollständig. Durch den Zusatz von Wasserdampf im Gasstromerhöht sich die Reaktionsgeschwindigkeit deutlich, die komplette Desorption von HCl lässt sich bei 200°C durchführen.Zum Entfernen der Schwefelsäure sind höhere Temperaturen nötig. Die Reaktion setzt bei 210 °C ein, erreicht aber erst bei Temperaturen deutlich über 300°C hinreichende Reaktionsgeschwindigkeiten. Der Zusatz vonWasserdampf zeigte keinen Einfluss auf die Reaktion. Die unterschiedlichen Desorptionstemperaturen ermöglichen eine selektive Regeneration in zwei Stufen. Zunächst kann im Temperaturbereich von 190-200°C bei Zugabe von Wasserdampf HCl desorbiert werden. In der zweitenStufe erfolgt die Zersetzung der Schwefelsäure bei hohen Temperaturen >400 °C.Hieraus ergibt sich die Möglichkeit, die stoffliche Verwertung des anfallenden Chlorwasserstoffs (zu Salzsäure) bzw. Schwefeldioxids (zu Schwefel oder Schwefelsäure) zu gewährleisten.