Projekt 16461/01

Entwicklung einer Technologie zur simultanen Abscheidung von Stäuben und sauren Gasen in Precoatfilterschichten bei Temperaturen von 150 bis 300C

Projektträger

Herding GmbH Filtertechnik
August-Borsig-Str. 3
92224 Amberg
Telefon: 09621/630-0

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Von der Firma Herding entwickelte Filterkerzen für den mittleren Temperaturbereich (bis ca. 300°C) sollen zu einem marktfähigen Produkt erweitert werden. Dazu sind in der 1. Phase strömungstechnische Untersuchungen erforderlich, um eine geeignete Behältergeometrie zu entwickeln. Die Anwendung erhöhter Temperaturen bietet in Verbindung mit einer Precoatierung mit reaktiven Sorbentien zudem die Möglichkeit, parallel zur Staubabscheidung auch saure Gase (HCl, HF, SO2) aus dem Abgas zu entfernen. Diese kombinierte Abscheidung in einem Reaktor könnte sich als preisgünstige Alternative zur bislang üblichen Nasswäsche erweisen und damit diese Technik auch für kleinere Betriebe erschwinglich machen.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenIm Rahmen des durchzuführenden Projekts ist ein neuartiges Abgasbehandlungsverfahren zu entwickeln, das in vielen Punkten auf die Herding-Filterkerzen zugeschnitten ist, aber auch neue Erkenntnisse für die Staubabscheidung und Chemisorption allgemein liefert. Die Untersuchungen lassen sich folgen-den Schwerpunkten (Projektabschnitten) zuordnen:
1. Untersuchungen zur Precoatfiltration bei niedrigen Temperaturen. Ziel: Aussagen zur Verringerung des Druckverlustes und zur Abscheidung bei der Filtration von Feinstäuben.
2. Strömungstechnische Untersuchungen an einer halbtechnischen Anlage. Ziel: Verbesserung der Anordnung der Filterkerzen, der Geometrie des Filterhauses und des Abreinigungssystems
3. Untersuchungen zur Chemisorption an einer Versuchsanlage. Ziel: Verfahrenskonzept für die Gasabscheidung bei mittleren Temperaturen (geeignete Sorbentien; Einfluss der Partikelgröße und der Betriebsparameter Feuchte, Temperatur, Rohgaskonzentration; Wechselwirkung mit CO2 und Stäuben; Einfluss der gebildete Reaktionsprodukte auf das Abreinigungsverhalten), Aussagen zu den erreichbaren Reingaskonzentrationen.
4. Praxistest an technischen Anlagen. Ziel: Untersuchung der Praxisfähigkeit des entwickelten Verfahrens und zur Einhaltung der Grenzwerte bei wechselnden Bedingungen.
Die Firma Herding wird einen Teil der Untersuchungen - insbesondere die an Kleinanlagen durchzuführenden Versuche - dem Kooperationspartner LS MVT der BTU Cottbus übertragen, da dort geeignete Messtechnik und ein gut ausgestattetes Zentrallabor zur Verfügung stehen.


Ergebnisse und Diskussion

Experimentelles:
Zur Bearbeitung der oben dargestellten Arbeitsschritte wurden 3 Versuchsanlagen mit folgenden Mess- und Regelgrößen in Betrieb genommen:
· Filterprüfstand für textile Medien und ALFA-Kerzen bei Normaltemperaturen: Filtergeschwindigkeit, Druckverlust, Partikelkonzentration (Messung mittels PCS-2000 und Absolutfilter)
· Warmgasanlage: Filtergeschwindigkeit, Druckverlust, Temperatur, Feuchte, Partikel- und Gaskonzentration für HCl, SO2 und andere Komponenten (Messung mittels Gasmet DX-4000)
· technische Herding-Anlage alphaSYS 1200-240: Filtergeschwindigkeit, Druckverlust, lokale Strömungsgeschwindigkeit an diversen Messpunkten
Die wissenschaftliche Auswertung der Rohdaten erfolgte oft anhand geeigneter (z. B. dimensionsloser) Kennzahlen, die einen Vergleich zwischen verschiedenen Verfahren und Anlagen ermöglichen.
Ergebnisse:
1. Untersuchungen zur Precoatfiltration bei niedrigen Temperaturen. Ziel: Aussagen zur Verringe-rung des Druckverlustes und zur Abscheidung bei der Filtration von Feinstäuben. -> Das Ziel wurde in vollem Maße erreicht. Zusätzlich erlauben die durchgeführten Untersuchungen ein besseres Verständnis und somit eine gezieltere Auswahl geeigneter Precoatmaterialien. Außerdem wurden Mes-sungen zum Abscheidegrad und zur Durchströmung der ALFA-Kerzen für verschiedene Stäube durchgeführt und mit den Werten für konventionelle textile Filter verglichen.
2. Strömungstechnische Untersuchungen an einer halbtechnischen Anlage. Ziel: Verbesserung der Anordnung der Filterkerzen, der Geometrie des Filterhauses und des Abreinigungssystems. -> Die Anordnung der Filterkerzen wurde zwar als aus strömungstechnischer Sicht nicht optimal er-kannt, jedoch aus Gründen der Kundenorientierung beibehalten. Die Leistungsfähigkeit des Abreinigungssystems wurde untersucht, und in aufwändigen Tests wurden geeignete Kennzahlen zur Vergleichbarkeit verschiedener Systeme gefunden. Für eine Optimierung des Abreinigungssystems sind diese Kennzahlen zu maximieren. Die durchgeführten Strömungsmessungen an der technischen Anlage zeigten Verbesserungsmöglichkeiten im Bereich der Leitbleche.
3. Untersuchungen zur Chemisorption an einer Versuchsanlage. Ziel: Verfahrenskonzept für die Gasabscheidung bei mittleren Temperaturen (geeignete Sorbentien, Einfluss der Partikelgröße und der Betriebsparameter Feuchte, Temperatur, Rohgaskonzentration; Wechselwirkung mit CO2 und Stäuben; Einfluss der gebildete Reaktionsprodukte auf das Abreinigungsverhalten), Aussagen zu den erreichbaren Reingaskonzentrationen. -> Diese Untersuchungen wurden im vollen Umfang durchgeführt. Wichtigstes Ergebnis ist, dass mit Solvay BiCar ein geeignetes Sorbens zur gleichzeitigen Abscheidung von HCl und SO2 zur Verfügung steht. Die Abscheidegrade liegen bei >90%, der Stoffumsatz bis zum Durchbruch bei 0,5 - 0,6. Die kostengünstigeren Ca(OH)2 eignen sich ähnlich gut zur HCl-Abscheidung, zeigen jedoch nicht tolerierbare Schwächen bei der SO2-Abscheidung: Ein Abscheidegrad >90% kann nur über wenige Minuten, d. h. bis zu einem Stoffumsatz von 5%, garantiert werden. Die Abreinigung der abreagierten Staubkuchen gestaltete sich je nach Sorbens-Sorbat-Kombination sehr unterschiedlich, am schwierigsten ließen sich die Produkte der SO2-Abscheidung an Ca(OH)2 entfernen. Obwohl keine Versuche zur Stabilität der Filtration an der technischen Anlage gefahren wurden, deuten unsere Ergebnisse darauf hin, dass für die HCl-Abscheidung an allen Sorbentien sowie die SO2-Abscheidung mit BiCar ein stabiler Betrieb erreicht werden sollte.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Die Projektergebnisse wurden im Rahmen von Beiträgen auf Konferenzen sowie in Fachzeitschriften veröffentlicht.


Fazit

Im Rahmen dieses Projekts wurden zahlreiche neue Erkenntnisse zur Filtration im Allgemeinen sowie zur Precoatfiltration erlangt und veröffentlicht. Insbesondere führt die Precoatfiltration zur Verringerung des Druckverlusts und somit des Energiebedarfs v. a. bei feinen Stäuben. Zusätzliche Umweltentlastung wird durch die verbesserte Abscheidung feiner, lungengängiger Stäube erreicht. Schließlich kann die Precoatierung die filtrierende Abscheidung überhaupt erst ermöglichen.
Die durchgeführten Messungen zur Abscheidung und zum Filtrationsverhalten der ALFA-Kerzen sowie die Durchströmungstests an der technischen Anlage gaben interessante Hinweise über mögliche Optimierungen. Außerdem wurde die sog. Precoatsorption als funktionierendes Verfahren zur gleichzeitigen Abscheidung von Stäuben und sauren Gase entwickelt, die Leistungsgrenzen bestimmt und geeignete Verfahrensparameter definiert.