Quecksilberminderung in Rauchgasen
Die Arbeitsgruppe befasst sich mit Verbesserungen der herkömmlichen Quecksilber-Abscheidung und Ansätzen zur weiteren Minderung von Quecksilberemissionen aus Verbrennungsprozessen (z.B. Abfallverbrennung, Klärschlammverbrennung, Kohleverbrennung in Kraftwerken), anderen thermischen Behandlungsprozessen (z.B. Brennen von Zement), Pyrolyseabgasen und Erdgas.
Ein Schwerpunkt der laufenden Arbeiten ist die Quecksilberoxidation im Kessel- bzw. Prozessrauchgas ("Kesselchemie") sowohl hinsichtlich nasser als auch trockener Rauchgasreinigung (RGR). Nicht oxidiertes, metallisches Quecksilber Hg(met) ist praktisch nicht auswaschbar. Dagegen ist das ionische Quecksilber Hg(2+), wie z.B. das Quecksilberchlorid HgCl2 (als wichtigste Form des sogenannten ionischen Quecksilbers), gut wasserlöslich. Bei nasser Hg-Abscheidung z.B. in einer mehrstufigen Rauchgaswäsche stellt sich daher die Frage nach dem vor der Rauchgaswäsche erzielbaren Hg(2+)/Hg(ges)-Speziesanteil. Erwünscht ist ein möglichst hoher auswaschbarer Anteil (d.h. Hg(2+)/Hg(ges) --> 100%). Auch bei trockener Hg-Abscheidung, z.B. in filternden Abscheidern oder durchströmten Schüttbetten, ist ein hoher Anteil an ionischem Quecksilber - wegen dessen besserer Sorbierbarkeit - von Vorteil. Im Fall quasitrockener Hg-Abscheidung (Sprühtrockner oder befeuchtete Schüttbetten) ist sowohl die Wasserlöslichkeit des Hg(2+) als auch die bessere Sorbierbarkeit begünstigend.
Neben den Oxidationsvorgängen im Verbrennungs- bzw. Prozessrauchgas vor RGR interessieren auch die Vorgänge in der Rauchgasreinigung selbst, wie z.B. die Hg-Auswaschung im sauren bzw. alkalischen Wäscherbereich, die trockene Hg-Abscheidung durch Sorption an Filterstäuben bzw. an anderen Trockensorbentien oder die Hg-Ein- und Ausspeicherung am Katalysatorbett von SCR-DeNOx-Anlagen.
Ausgangspunkt der laufenden Arbeiten waren umfangreiche Großversuche aus den Jahren 2000 bis 2002 an mehreren industriellen Verbrennungsanlagen (zwei Sonderabfall-Verbrennungsanlagen sowie ein staubgefeuertes Industriekraftwerk von 100 MW thermisch).
Für die Erforschung von - in den Großversuchen aufgeworfenen - Detailfragen wurden mehrere Labor-Versuchsstände zu folgenden Sachverhalten erstellt:
- Versuchsstand zur Nieder- bzw. Mitteltemperaturoxidation von metallischem Quecksilber in Gasgemischen definierter Zusammensetzung (150-800°C)
- Versuchsstand für Untersuchungen zur Absorption und Rückhaltung von Hg(met) und Hg(2+) in einzelnen Wäscherstufen (z.B. starksaure Wäsche einer Abfallverbrennung, schwachsaure REA-Wäsche einer Kohleverbrennung)
- Versuchsstand zur trockenen Hg-Abscheidung an Flugaschen und Trockensorbentien (z.B. EGR-Filterstäube, Gewebefilterstäube, Zementrohmehl)
- Versuchsstand zur Sorption und Desorption ("Eluation") von Quecksilber an/aus SCR-DeNOx-Katalysatoren
Zur gasseitigen Hg-Analytik stehen mehrere portable Hg-Messgeräte zur Verfügung:
- 5 Messgeräte zur kontinuierlichen Quecksilber-Messung mit nasschemischer Reduktionsstrecke und UV-Photometer der Firma DURAG / VEREWA (Typ HM 1400, eignungsgeprüft nach 17. BImSchV /GMBI 1996, Nr. 28, Seite 592)
Diese Geräte sind wahlweise zur Bestimmung von metallischem oder von Gesamt-Quecksilber nutzbar, daher sind - bei gleichzeitiger Messung mit 2 Geräten [1x Hg(met) u. 1x Hg(ges)] - Hg-Speziesbestimmungen online möglich. Die Geräte sind für Hg-Messungen sowohl in Kohlekraftwerken (5-50 µg/Nm³) als auch in Abfallverbrennungsanlagen (5-1500 µg/Nm³) geeignet.
- 2 Hg-CEM Messgeräte der Firma Seefelder Messtechnik zur parallelen kontinuierlichen Messung der gasförmigen Quecksilberspezies Hg(met) und Hg(ion) (Messgeräte mit thermisch-katalytischer Reduktionseinheit und Hg-Aufkonzentrierung durch Amalgamierung).
- 1 MERCEM Messgerät der Firma SICK/MAIHAK zur kontinuierlichen Messung der Gesamt-Quecksilberkonzentration (Messgeräte mit nasschemischer Reduktionseinheit und Hg-Aufkonzentrierung durch Amalgamierung).
- 1 Hg-Analysator RA-915+ der Firma Lumex Analytics zur Messung von elementarem Hg im kleinsten Konzentrationsbereich, sowie Hg-Bestimmungen in Fest- und Flüssigproben
Abgeschlossene und laufende Projekte:
- Minderung von Hg-Emissionen aus den Sondermüll-Verbrennungsanlagen des Bayer Entsorgungszentrums Leverkusen-Bürrig (in Zusammenarbeit mit der Vosteen Consulting GmbH)
- Minderung von Hg-Emissionen in Kohlekraftwerken (in Zusammenarbeit mit der BAYER-AG und der Vosteen Consulting GmbH)
- Minderung von Hg-Emissionen bei der Coverbrennung von Abfällen in Zementwerken (in Zusammenarbeit mit der Vosteen Consulting GmbH)
- Untersuchungen zum Einfluss von "Nichtquecksilber"-Abgasschadstoffen (z.B. SO2, HCl, Br2) auf die kontinuierliche Quecksilbermesstechnik, Vermeidung dadurch bedingter Messfehler und Optimierung der Gasaufbereitung (z.B. Hg(ox)-Reduktion)
- Untersuchungen zum Einfluss von Na2S4 auf die trockene Hg-Abscheidung (in Zusammenarbeit mit der FISIA BABCOCK ENVIRONMENT GmbH, Gummersbach)