Reaktionstechnische Festbettmodellierung der Gasreinigung am wachsenden Filterkuchen

Diplomarbeit von Bernd Breitschädel

Zusammenfassung:

Schwefeldioxid (SO2) und Salzsäure (HCl) sind Umweltgifte, welche im Rauchgas von Feuerungsanlagen enthalten sind. Ein Verfahren zur Reinigung des Rauchgases von diesen Schadstoffen ist das von der Firma BBP entwickelte TURBOSORP-Verfahren. Die Rauchgasreinigung erfolgt dabei durch festes Calziumhydroxid, welches in einer zirkulierenden Wirbelschicht SO2 und HCl einbindet. Die Abscheidung des Feststoffes vom Rauchgasstrom erfolgt durch einen Tuchfilter. An dem Filtertuch baut sich ein gasdurchströmter Kuchen aus teilweise mit SO2 und HCl reagiertem Sorbens auf. Messungen zeigen, dass auch im Filterkuchen erhebliche Mengen an SO2 und HCl eingebunden werden.

Ziel der Arbeit ist es, ein reaktionstechnisches Modell zu erstellen, welches die SO2 und HCl Einbindung in den wachsenden Filterkuchen beschreibt. In diesem Modell soll die Reaktionsrate durch eine Pseudo- Kinetik aus der Literatur beschrieben werden.

Als erster Schritt wird eine Literaturrecherche durchgeführt, in welcher die bekannten Pseudo-Kinetikansätze zur SO2 und HCl-Einbindung in Ca(OH)2 im relevanten Temperaturbereich (50-200 °C) miteinander verglichen werden.

Die Einbindungsrate hängt von vielen Einflussfaktoren ab, welche in der Literatur teilweise widersprüchlich diskutiert werden.

Es wird ein reaktionstechnisches Modell eines gasdurchströmten Festbetts mit konstanter Dicke programmtechnisch implementiert, welches mittels Durchbruchskurven aus der Literatur erfolgreich validiert wird. Das Modell des Festbettes mit konstanter Dicke wird zur Beschreibung der Vorgänge im wachsenden Kuchen erweitert und mit einem Modell, das den Kuchenaufbau beschreibt, verknüpft.

Der Einfluss der axialen Dispersion in der Gasphase kann zur Simulation von Festbettversuchen vernachlässigt werden. In der Simulation des gasdurchströmten Filterkuchens muss die axiale Dispersion in der Gasphase aber berücksichtigt werden.

Das kombinierte Filter-Reaktionsmodell wird auf Messdaten der TURBOSORP-Pilotanlage in der Müllverbrennungsanlage Spittelau angewandt.

Mit einem Kinetikansatz, der mit einer Sorbensprobe aus der Pilotanlage ermittelt wurde, kann das Modell die erzielte SO2-Einbindung mit guter Übereinstimmung simulieren.

Das kombinierte Filter- Reaktionsmodell sagt starke Maxima in der SO2-Konzentration am Austritt des Filters unmittelbar nach Abreinigung des Filters voraus. In den gemessenen SO2-Verläufen am Austritt des des Filters erkennt man diese Maxima nicht in jedem Betriebspunkt, da der Betrieb der Anlage nicht immer stabil war. Die Maxima in der SO2-Konzentration werden außerdem durch das träge Übertragungsverhalten der Gasanalytik „verwaschen“.

Das erstellte Modell kann zur Durchführung von Parameterstudien zur Optimierung bestehender Filteranlagen sowie als Werkzeug zur Auslegung neuer Filteranlagen verwendet werden Inhaltsverzeichnis: