Luftschadstoffe

Wo entsteht Salzsäure (HCl)?

Salzsäure ist Hauptschadstoff in thermischen Abfallverwertungsanlagen, kann aber auch in Produktionsprozessen wie der Zementherstellung sowie in einigen mit fossilen Brennstoffen befeuerten Kraftwerken entstehen.

Rechtsvorschriften für Salzsäure (HCl)

Es gibt sowohl nationale als auch lokale Gesetze und Vorschriften zu HCl-Emissionen. So schreiben die neuen gesetzlichen Regelungen zur thermischen Abfallverwertung in Europa (BREF WI) beispielsweise Emissionsgrenzwerte zwischen 2 und 8 mg/ Nm³ vor. Die HCl-Abscheideleistung muss daher bei über 99,9 Prozent liegen.

SOLVAir®-Verfahren zur Abscheidung von Salzsäure (HCl)

Die SOLVAir®-Produkte auf Natrium-, Natriumbicarbonat- und Trona-Basis  reagieren sehr gut mit der Salzsäure und erlaubten dank des hochwirksamen Sorptionsmittels eine Absenkung der HCl-Konzentration auf ein sehr niedriges Niveau (unter 5 mg/ Nm3).

SOLVAir® setzt hochwirksame Sorptionsmittel ein 

Beim SOLVAir®-Trockensorptionsverfahren werden natriumhaltige Sorptionsmittel vor einem Gewebefilter in den Rauchgasstrom eingedüst. Das Verfahren ist im Vergleich zu anderen Rauchgasreinigungssystemen sehr unkompliziert und wirksam und ermöglicht höhere Abscheideraten für HCl als andere Trockensorptionsmittel.
Bei diesem reinen Trockenverfahren fällt kein Abwasser an. Eine Abwasserbehandlung entfällt daher.

Neutralisation von HCl durch das SOLVAir®-Sorptionsmittel 

Reaktionen während der Neutralisation der Säuren durch das natriumbasierte SOLVAir®-Sorptionsmittel:

• ALKALI + SÄURE → SALZ
• NaHCO3 + HCl → NaCl + CO2 + H2O 

Reaktionen bei der Neutralisation von Säuren durch Trona:

• NaHCO3*Na2CO3*2H2O + 3HCl → 3NaCl + 2CO2 + 4H2O

Natriumbasierte SOLVAir®-Produkte sind sicher, nicht ätzend und eine hochwirksame Lösung zur Luftreinhaltung! 

Wo entsteht Schwefeldioxid (SO2)?

Schwefeldioxid entsteht z. B. in Dampfkesseln, Industriekesseln, Kraftwerken, aber auch bei der Herstellung von Zement, Glas, Glasfasern, Mineralwolle, Kacheln und Ziegeln, Metallen sowie bei der thermischen Abfallverwertung. Der im Brennstoff oder in den Rohmaterialien enthaltene Schwefel wird während der Verbrennung vorwiegend in Schwefeldioxid (SO2) umgewandelt. Üblicherweise beträgt der Anteil an SO2 an den Schwefeloxiden über 98 Prozent; der Rest besteht aus SO3.

Rechtsvorschriften für Schwefeldioxid (SO2)

Es gibt nationale und regionale Vorschriften zu SOx-Emissionen sowie branchenspezifische Vorschriften z. B. für Kraftwerke, die mit fossilen Brennstoffen befeuert werden, für Verbrennungsanlagen (LCP), Industriezweige wie Eisen- und Stahl (IS), Zement und Kalk, Glas etc. In Europa legen diese BVT-Merkblätter Emissionsgrenzwerte von teilweise unter 30 mg/Nm³ sowie Abscheideraten zwischen 50 und 98 Prozent fest.

SOLVAir®-Verfahren zur Abscheidung von Schwefeldioxid (SO2)

Das SOLVAir®-Trockensorptionsverfahren setzt zur Rauchgasreinigung Natriumbicarbonat- und Trona-basierte Produkte ein. 

SOLVAir® ermöglicht einzigartige Abscheideraten

Für einige Kesselanlagen im Bereich der Energieversorgung wäre es zu kostspielig, SO2 mit Hilfe von Rauchgaswäschern zu behandeln. Für diese Branche ist die Trockensorption oft die wirtschaftlichste Lösung. Gemahlenes Natriumbicarbonat wird in trockenem Zustand in den Rauchgaskanal eingedüst. Das ermöglicht eine Absenkung der SO2-Konzentration auf ein sehr geringes Niveau (gemessen wurden Abscheideraten von über 99 Prozent), so dass auch strengste Auflagen eingehalten werden können. Das Produkt ist besonders wirkungsvoll, wenn die SO2-Rohgaswerte starken Schwankungen unterliegen. 

Reaktionen bei der Neutralisation von Schwefeldioxid (SO2) durch das SOLVAir®-Sorptionsmittel

Reaktionen bei der Neutralisation von Säure durch das SOLVAir®-Sorptionsmittel:

• ALKALI + SÄURE → SALZ 
• 2 NaHCO3 + SO2 +1/2 O2 → Na2SO4 + 2 CO2 + H2O 

Reaktionen bei der Neutralisation von Säure durch Trona:

• 2 NaHCO3*Na2CO3*2H2O+3SO2+1/2O2 →  3Na2SO4+ 4 CO2+3H2O

 Natriumbasierte SOLVAir®-Produkte sind sicher, nicht ätzend und eine hochwirksame Lösung zur Luftreinhaltung! 

Wo entsteht Schwefeltrioxid (SO3)?

Schwefeltrioxid entsteht z. B. in Dampfkesseln, Industriekesseln, Kraftwerken, aber auch bei der Herstellung von Zement, Glas, Glasfasern, Mineralwolle, Kacheln und Ziegeln, Metallen sowie bei der thermischen Abfallverwertung. Der im Brennstoff oder in den Rohmaterialien enthaltene Schwefel wird während der Verbrennung vorwiegend in Schwefeldioxid (SO2) umgewandelt. Üblicherweise beträgt der Anteil an SO3 an den Schwefeloxiden in den Rauchgasen rund 2 Prozent; der Rest besteht aus SO2. Bei einigen Anwendungen wie beispielsweise der Herstellung von Glas und keramischen Materialien wie Ziegeln oder Kacheln  kann dieser Prozentsatz jedoch auch erheblich höher sein.  

Korrosion und Salzbildung

Der Säuretaupunkt von SO3  liegt bei über 100° Celsius. Durch Unterschreiten des Taupunkts können leicht Kondensate entstehen und Metallteile korrodieren. Darüber hinaus sind für thermische Abfallverwertungsanlagen aufgrund der hohen Reaktivität von SO3 gegenüber Ammoniak (NH3), das Ammoniumsalzablagerungen bildet, sehr niedrige SO3-Werte (unter 10 mg/Nm³) gefordert, um DeNOx-Katalysatoren am Ende der Rauchgasreinigung bei niedrigen Temperaturen (180 bis 200°C) einsetzen zu können.

SOLVAir®-Konzept für SO3

Das SOLVAir®-Trockensorptions-Verfahren setzt zur Rauchgasreinigung Natriumbicarbonat- und Trona-basierte Produkte ein. 

Zielgerichtete Abscheidung von SO3

Durch den Einsatz dieser Produkte kann SO3 entweder gezielt aus einem SO2- und SO3-haltigen Abgasstrom abgeschieden oder auf sehr niedrige Werte  (< 0,1 mg/Nm³) abgesenkt werden. In einigen Fällen wird gleichzeitig eine hohe Abscheidung von SO2 angestrebt.
Daher ist für industrielle Prozesse die trockene Eindüsung von gemahlenen natriumbasierten Produkten oftmals die wirkungsvollste und wirtschaftlichste Lösung.

Reaktionen bei der Neutralisation von SO3 durch das SOLVAir®-Sorptionsmittel

Reaktionen bei Neutralisation von Säure durch Natriumbicarbonat:

• ALKALI + SÄURE → SALZ 
• 2 NaHCO3 + SO3 → Na2SO4 + 2 CO2 + H2O 

Reaktionen bei der Neutralisation von Säure durch Trona:

• 2 NaHCO3*Na2CO3*2H2O+3SO3 →  3Na2SO4 + 4CO2 + 3H2O

 Natriumbasierte SOLVAir®-Produkte sind sicher, nicht ätzend und eine hochwirksame Lösung zur Luftreinhaltung! 

Fluorwasserstoff ist eine starke Säure, die zum sauren Regen beiträgt. Sie kann die Flora rund um eine punktuelle Emissionsquelle sowie die menschliche Gesundheit erheblich schädigen.

Wo entsteht Fluorwasserstoff (HF)?

Bei der Herstellung von Fliesen, Blähton und Ziegelsteinen, bei der eine große Anzahl kleiner Anlagen einfache und wirkungsvolle Rauchgasreinigungssysteme benötigt, ermöglicht die SOLVAir®-Produktpalette Anwendern, geltende Auflagen einzuhalten und die Kosten für die Rauchgasreinigung zu senken. 

Abscheidung saurer Komponenten

Bei der Herstellung keramischer Materialien (Terrakotta-Ziegel, Ziegelsteine, Wandfliesen) müssen in erster Linie Schwefeldioxid (SO2), Salzsäure (HCl) und Fluorwasserstoff (HF) aus den Rauchgasen entfernt werden. Auch bei der Herstellung von Emaille und Spezialglas entstehen HF-Emissionen

Rechtsvorschriften für Fluorwasserstoff (HF)

Es gibt nationale und regionale Vorschriften sowie branchenspezifische Auflagen zu HF-Emissionen. In Europa liegen die Emissionsgrenzwerte für HF für viele Industrien üblicherweise bei 1 mg/Nm³ oder darunter.

SOLVAir®-Konzept für Fluorwasserstoff (HF)

Das SOLVAir®-Trockensorptions-Verfahren setzt zur Rauchgasreinigung natriumbasierte Produkte ein.

Reaktionen bei der Neutralisation von Fluorwasserstoff (HF) durch das SOLVAir®-Sorptionsmittel

Säureneutralisation durch Natriumbicarbonat:

• ALKALI + SÄURE  → SALZ
• NaHCO3 + HF → NaF + CO2 + H2O 

Neutralisation von Säure durch Trona: [TM3] 

• NaHCO3*Na2CO3*2H2O + 3HF → 3NaF+2CO2+4H2O

 
Natriumbasierte SOLVAir®-Produkte sind sicher, nicht ätzend und eine hochwirksame Lösung zur Luftreinhaltung! Mit den natriumbasierten SOLVAir®-Produkten lassen sich regionale Vorschriften für saure Luftschadstoffe problemlos einhalten. Auch mit Natriumbicarbonat werden nachweislich wirksame Ergebnisse erzielt.

Feinstaub (PM) bezieht sich auf feine Partikel und Aerosole aus Flüssigkeitströpfchen, die so klein sind, dass sie in der Luft schweben. Der inhalierbare Anteil am Feinstaub (PM10, PM2,5) und Säuretröpfchen wie SO3 können in die Lunge gelangen und schwere Gesundheitsschäden verursachen.

Wo entstehen Feinstaub und Aerosole?

In Verbrennungsprozessen, bei denen feste oder flüssige Brennstoffe eingesetzt werden sowie in verschiedenen Produktionsprozessen.

Rechtsvorschriften für Feinstäube und Aerosole

Nationale und regionale Gesetze und Vorschriften regeln die Emissionsgrenzwerte für Feinstaub auf 5 bis 10 mg/Nm³. Diese Werte können durch Filtration mit Gewebefiltern erreicht werden.

Grenzwerte für inhalierbare Anteile

Die Europäische Kommission regelt den inhalierbaren Anteil  von PM-Schadstoffen  (EU-Richtlinie 2008/50/EC über die Luftqualität und saubere Luft für Europa), da diese in die Lungen gelangen und potenziell schwere Gesundheitsschäden hervorrufen können. Die Grenzwerte für Verbrennungsanlagen gelten jedoch nur für die gesamte Staubfracht, es existieren keine spezifischen Grenzwerte für PM 10 und PM 2,5.

SOLVAir®-Konzept für Feinstaub und Aerosole

Durch den Einsatz natriumbasierter SOLVAir®-Produkte werden Säuretröpfchen neutralisiert. Die Filtration mit einem Gewebefilter senkt Staubemissionen nahezu auf Null.

Einsatz von Elektrofiltern

An einigen Standorten werden Elektrofilter (ESP) eingesetzt, um Staubemissionen zu senken. Das Eindüsen des natriumbasierten Sorptionsmittels vor dem Elektrofilter erhöht dessen Leistung und bewirkt eine weitere Absenkung der Staubemissionen.

Einsatz von Gewebefiltern

Wird Natriumbicarbonat als trockenes Sorptionsmittel vor einem Gewebefilter in den Rauchgaskanal eingedüst, reagiert es mit den sauren Abgaskomponenten. Mit unserem Verfahren, in Verbindung mit Hochleistungsfiltermedien, lassen sich Staubemissionen von unter 1 mg/Nm3 erzielen.

Stickoxide sind die am häufigsten vorkommenden Luftschadstoffe und für den sauren Regen mitverantwortlich. Darüber hinaus wird der größte Teil des bodennahen Ozons bei Sonnenlicht aus Stickoxiden gebildet (Sommersmog). Stickoxide sind zudem ein Ausgangsstoff für die Entstehung von Feinstaub, der mit dem Wind über weite Strecken transportiert werden kann.

Wo entstehen Stickoxide?

Bei allen Verbrennungs- und Herstellprozessen. Stickoxide entstehen bei allen Verbrennungsvorgängen bei hohen Temperaturen durch die Reaktion zwischen Sauerstoff und Luftstickstoff. 

Natürliche endotherme Reaktionen

Diese Stickoxide entstehen, wenn bei hohen Verbrennungstemperaturen endotherme Reaktionen zwischen Stickstoff und Sauerstoff stattfinden. Dabei entsteht als Hauptkomponente Stickstoffmonoxid (NO), das 90 Prozent der Stickoxide ausmacht.

Stickoxide entstehen bei der Verbrennung von Erdgas durch Oxidation des Luftstickstoffs. In kohle- und ölbefeuerten Prozessen sowie bei der Verbrennung von Abfall und Biomasse entstehen Stickoxide zusätzlich aus der Oxidation des im Brennstoff enthalten Stickstoffs.

Rechtsvorschriften für Stickoxide

In Europa sind für thermische Abfallverwertungsanlagen die Emissionsgrenzwerte für Stickoxide auf 50 bis 150 mg/Nm³ festgesetzt. In städtischen Ballungsgebieten gelten aufgrund der verkehrsbedingt höheren Stickoxid-Konzentrationen häufig schärfere Emissionsgrenzwerte.

SOLVAir®-Konzept für Stickoxide

Beim SOLVAir®-Trockensorptionsverfahren werden zur Rauchgasreinigung natriumbasierte Produkte eingedüst. Durch Einsatz eines DeNOx-Katalysators am Ende der Rauchgasreinigung wird ein Wiederaufheizen der Rauchgase vermieden.

Verbindung zur SO2-Abscheidung

Wird das Trockensorptionsmittel vor dem Filter eingedüst, reagieren die natriumbasierten Produkte mit den sauren Komponenten. In einigen Fällen kann in Verbindung mit der Abscheidung von SO2 eine Stickoxid-Abscheidung von 10 bis 20 Prozent erzielt werden.

Minimierung von Ammoniumsulfat-Ablagerungen

Eine Absenkung des Stickoxid-Gehaltes wird häufig mit Hilfe der Selektiven Katalytischen Reduktion (SCR) erreicht. Das SCR-System verwendet Ammoniak und einen Katalysator für die Umwandlung des Stickoxids in N2. Dies muss bei relativ hohen Temperaturen geschehen, um eine Kondensation und Abscheidung von Ammonium(bi)sulfaten auf der Katalysatoroberfläche zu vermeiden. Da Natriumbicarbonat die höchste Reaktivität gegenüber SO2 aufweist, ist die Restkonzentration dieser Schadstoffe sehr niedrig. Das minimiert die Gefahr der Bildung und Ablagerung von Ammonium(bi)sulfaten und macht den Betrieb von SCR-Katalysatoren bei geringen Temperaturen (180 - 200 °C) überhaupt erst möglich.

Höhere Energieeffizienz

Darüber hinaus erlaubt der erweiterte Betriebstemperaturbereich für das bicarbonatbasierte Sorptionsmittel den Verzicht auf die Eindüsung von Wasser und damit die Abkühlung des Rauchgases, was bei anderen Rauchgasreinigungsverfahren erforderlich ist.

Die Kombination dieser Eigenschaften ermöglicht die Verwendung des DeNOx-Katalysators bei derselben Temperatur, bei der auch der Schlauchfilter betrieben wird. Das spart die Energie, die zum Wiederaufheizen der Gase eingesetzt werden muss und vermeidet die damit verbundenen CO2-Emissionen. Zusätzlich kann eine weitere Stufe zur Energierückgewinnung aus der Wärmeenergie des Reingases installiert werden. Das bicarbonatbasierte  SOLVAir®-Verfahren ist zudem mit nicht-katalytischen DeNOx-Systemen (SNCR) kompatibel, die Ammoniak oder Harnstofflösungen in die Verbrennungszone eindüsen.

Wo entstehen Mikroverunreinigungen

Mikroverunreinigungen wie Dioxine, Furane und sonstige Polyzyklische Aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK) sowie Persistente Organische Verbindungen (POV) und sonstige organische Kohlenstoffverbindungen entstehen oft bei der Verbrennung.

Toxische Stoffe

Diese Stoffe sind toxisch oder gesundheitsschädlich für Mensch und Tier und können landwirtschaftliche Erzeugnisse verunreinigen. Die Überwachung der Emissionen ist ein grundlegender Schritt, um die Aufnahme dieser Stoffe durch lebende Organismen zu vermeiden.

Rechtsvorschriften für Mikroverunreinigungen

Für thermische Abfallverwertungsanlagen in Europa gelten folgende Emissionsgrenzwerte:

• Dioxine & Furane: 0,1ng TE/Nm³
• Organische Kohlenstoffverbindungen (TOC): 10 mg/Nm³

In den USA gelten spezielle Regelungen für die Nachverfolgung von Dioxinen und Furanen. Die Emissionsgrenzwerte werden jedoch bei jeder von den Behörden erteilten Genehmigung individuell festgelegt. Die melde- und kontrollpflichtigen Mengen  sind kumulativ und liegen bei 0,1 Gramm für Dioxine und Dioxin-ähnliche Verbindungen. Sie werden durch das Toxic Release Inventory (Schadstofffreisetzungs-Register) und Abschnitt 313 des Gesetzes zu Notfallplanung und Mitteilungspflichten (EPCRA) geregelt.

SOLVAir®-Verfahren für Mikroverunreinigungen

Bei dem SOLVAir®-Trockensorptionsverfahren zur Rauchgasreinigung werden natriumbasierte Produkte eingedüst.

Wirksames Sorptionsmittel mit zusätzlichem Eintrag von Aktivkohle

Aufgemahlenes Natriumbicarbonat ist ein hochwirksames Sorptionsmittel. Um bei der Abfallverbrennung die für Dioxine und Furane geltenden strengsten Emissionsnormen (üblicherweise 0,1 ng TE/Nm³) einzuhalten, genügt es, Aktivkohle (bzw. Herdofenkoks) zusammen mit dem Natriumbicarbonat einzudüsen.

Unkompliziert zu installierendes System

Das Adsorbens wird dann im Gewebefilter zusammen mit den natriumhaltigen Reaktionsprodukten (NRP) aus dem Rauchgasstrom abgeschieden. Die tatsächlichen Emissionswerte können weit unterhalb der oben genannten Grenzwerte liegen. Für die Abscheidung von Dioxinen benötigt man lediglich ein System zur Lagerung, Dosierung und Eindüsung des Sorptionsmittels. 

Entfernt mehrere Schadstoffe gleichzeitig

Andere Mikroverunreinigungen (PAK, POV, organische Kohlenstoffverbindungen) werden ebenfalls entfernt. Zudem eliminiert auch ein speziell für Dioxine und Furane eingesetzter DeNOx-Katalysator am Ende der Rauchgasreinigung Mikroverunreinigungen. 

Aus ökologischer Sicht zählen Quecksilber (Hg), Cadmium (Cd), Thallium (Tl), Blei (Pb), Zink (Zn) and Arsen (As) zu den kritischsten Schwermetallen.

Wo entstehen Schwermetalle?

Schwermetalle sind toxische und schwer abbaubare Schadstoffe. Sie entstehen in Kraftwerken, die mit fossilen Brennstoffen befeuert werden, bei der Müllverbrennung und in industriellen Prozessen. Bei Verbrennungsprozessen werden sie staub- oder gasförmig freigesetzt und können sich über die  Nahrungskette in menschlichem und tierischem Gewebe ansammeln.

Rechtsvorschriften für Schwermetalle

Folgende Emissionsgrenzwerte gelten für thermische Abfallverwertungsanlagen:

• Quecksilber (Hg): < 0,05 mg/Nm3, 11 % O2 trocken
• Cadmium + Thallium (Cd + Tl): < 0,05 mg/Nm3, 11 % O2 trocken
• Sonstige Schwermetalle (insgesamt): < 0,5 mg/Nm3, 11 % O2 trocken

In den USA sind gemäß Schadstofffreisetzungs-Register (Toxic Release Inventory) sowie gemäß Abschnitt 313 des Gesetzes zu Notfallplanung und Mitteilungspflichten (EPCRA ) Emissionen von Quecksilberverbindungen ab einer Menge von 10 pounds und polyaromatische Kohlenwasserstoffe ab einer Menge von 100 pounds meldepflichtig.

SOLVAir®-Verfahren für Schwermetalle

Bei dem SOLVAir®-Trockensorptionsverfahren zur Rauchgasreinigung werden natriumbasierte Produkte eingedüst.

Zusatz von Adsorptionsmitteln

Schwermetalle sind leicht kontrollierbar, indem zusätzlich zum Natriumbicarbonat-basierten Produkt ein Adsorptionsmittel wie Aktivkohle oder Herdofenkoks eingetragen wird. 

Nach der thermischen Aktivierung wird das Natriumbicarbonat-basierte Sorptionsmittel porös und besitzt dann eine große spezifische Oberfläche (~10 m2/g BET). Mit diesem Sorptionsmittel allein lassen sich 20-70 Prozent des Quecksilbers adsorbieren, in Kombination mit Aktivkohle (oder Braunkohlenkoks) lassen sich im Gewebefilter sogar Abscheideraten von über 99 Prozent erzielen. 
 

Einhaltung der strengsten Grenzwerte

Mit Aktivkohle und Herdofenkoks können bei einer Rauchgastemperatur von unter 220° Celsius Abscheidegrade erzielt werden, die die Einhaltung der strengsten Emissionsgrenzwerte für thermische Abfallverwertungsanlagen ermöglichen. Bei höheren Temperaturen kann Quecksilber aufgrund der Flüchtigkeit nicht mehr effizient adsorbiert werden.
Da andere Schwermetalle weniger flüchtig sind als Quecksilber, lassen sie sich sogar noch wirkungsvoller abscheiden.