DE3611655A1 - Verfahren zur waermerueckgewinnung aus rauchgasen sowie zur entfernung von gasfoermigen schadstoffen aus abgasen, sowie geraet/vorrichtung zur durchfuehrung dieser verfahren - Google Patents

Verfahren zur waermerueckgewinnung aus rauchgasen sowie zur entfernung von gasfoermigen schadstoffen aus abgasen, sowie geraet/vorrichtung zur durchfuehrung dieser verfahren

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DE3611655A1 DE19863611655 DE3611655A DE3611655A1 DE 3611655 A1 DE3611655 A1 DE 3611655A1 DE 19863611655 DE19863611655 DE 19863611655 DE 3611655 A DE3611655 A DE 3611655A DE 3611655 A1 DE3611655 A1 DE 3611655A1
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    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23J—REMOVAL OR TREATMENT OF COMBUSTION PRODUCTS OR COMBUSTION RESIDUES; FLUES 
    • F23J15/00—Arrangements of devices for treating smoke or fumes
    • F23J15/02—Arrangements of devices for treating smoke or fumes of purifiers, e.g. for removing noxious material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
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Description

Weitere Gesichtspunkte zum RENOTHERM- Entschwefelungsverfahren bezügl. bekannter Wettbewerbs-Verfahren Kritik zu bekannten Konkurrenzverfahren:
  • (1) Eindüsen von Wasser im Gegenstromprinzip in den Rauchgasstrom; anschließende Abführung des Waschwassers bzw. der Kondensate über ein Graaulat in die Kanalisation.
  • (2) Totale Kondensation der Rauchgase unter den Wassertaupunkt (ca. 45°C) z. B. durch zwei Rauchgaswärmetauscher; einer mittels Heizungsrücklaufwasser, ein zweiter mittels Brauchwasser (ca. 10°C) oder umgebender Raumluft (ca. 25°C); anschließende Abführung der Kondensate über ein Granulat in die Kanalisation. (Kondensation findet nur an den Tauscher-Oberflächen statt!). Kommentar: Erst in letzter Zeit wurde in Kreisen von Branchen-Insidern bekannt, daß diese Verfahren so gut wie nicht funktionieren. Die nach der sog. Rauchgaswäsche gemessenen sehr niedrigen SO x -Konzentrationen beruhen auf einem Irrtum bzw. auf Fehler im Meßverfahren.Bei beiden Verfahren ( (1) und (2) ) wird nach der Rauchgaswäsche eine erhebliche Menge Frischluft aus dem umgebenden Raum in den Abgasstrom eingeleitet. Dies führt zu starker Verdünnung der Rauchgase, wodurch dann die niedrigen SO x - Konzentrationen zustande kommen. Bei Weglassen der Frischluft-Zufuhr wird fast wieder die ursprüngliche SO x -Menge (vor der sog. Rauchgaswäsche) gemessen.Die Erklärung liegt in folgenden Mängeln:
    • → Sowohl die beim Verfahren (1) anfallenden Wassertropfen, als auch die beim Verfahren (2) anfallenden Kondensate bieten den im Rauchgas befindlichen SO x -Molekülen eine zu geringe Oberfläche.
    • → Die meisten der im Rauchgas befindlichen SO x -Moleküle treten nicht mit Wassertröpfen in Kontakt und werden daher unverändert mit dem Rauchgasstrom in Richtung Kamin weitergeführt. D. h., die über das Granulat geführten Kondensate sind fast reines Wasser.
    • → Die Kondensate bzw. Wassertröpfchen liegen zu nahe beim pH-Wert = 7. Erst unterhalb pH = 2 tritt deutliche Effektivität auf.
    Wesentliche Bestandteile und Ergänzungen der überarbeiteten RENOTHERM-Technik Im Unterschied zur ersten Schutzrechtsanmeldung aus Februar 1985 zeigt die neue Anmeldung vom April 1986 folgende wesentliche Ergänzungen/Abweichungen:
    • (1) Wichtigstes Merkmal ist das zusätzliche Aggregat zur NO x -Abscheidung.
    • Dieses besteht aus einem SCR-Katalysator, der auch in niedrigen Temperaturbereichen arbeitet, sowie aus einer neuartigen Verfahrenstechnik der Reduktionsmittel- Zuführung (Ammoniak z. B.).
    • Wesentlicher Erfindergedanke ist - im Unterschied zur bekannten Technik, wo mit aufwendigen Nebenaggregaten NH3 bereitgestellt, verdampft und unter Druck in den Rauchgasstrom eingedüst wird - die einfache Bereitstellung und Erzeugung von Reduktionsmittel, sowie die einfache Einbringung in den Rauchgasstrom, vor dem Katalysator.
    • Reduktionsmittel sind als molekulare Bestandteile in einem pulverigen Stoff enthalten, welcher in einem separaten Behälter deponiert ist. Die Moleküle lösen sich gasförmig in verschiedene Bestandteile auf, z. B. NH3. Durch Dampfdruck und Unterdruck im Düsensystem werden diese in den Rauchgasstrom befördert. Die Oberfläche des Pulvers im Behälter (oder einer geeigneten Flüssigkeit), der Querschnitt des Zuführungsschlauches und das Düsensystem beeinflussen und ermöglichen die sinnvolle Dosierung.
    • (2) Ein weiteres wichtiges Merkmal ist der im Querschnitt ringförmige Freiraum innerhalb des Festbettes zur NO x -Abscheidung. Grundgedanke und Funktion dieses Merkmals sind in einem separaten Kapitel beschrieben.
    • (3) Eine neue Rauchgasführung, wie in einem separaten Kapitel beschrieben, bewirkt wesentliche Verbesserungen der Gesamtfunktion. Kondensate werden leichter ausgeschieden; außerdem werden an der Außenwand des Wärmetauschers auftretende Wärmeverluste sinnvoll zur Wiedererwärmung der Rauchgase verwendet.
    • (4) Die gesamte Anordnung aller Einzelteile, räumlich und in der Reihenfolge, ergibt nun eine optimale Verfahrenstechnik als Bündelung aller Einzelfunktionen. Der neue konstruktive Aufbau ergibt eine außerordentlich kompakte Bauweise, die entscheidende Vorteile bringt;
      • - preisgünstige Herstellung
      • - daraus resultierend Wettbewerbsvorteile
      • - einfache Montage und Handhabung
      • - einfache Wartung
      • - durch Kompaktbauweise in jede Heizanlage einbaubar, im Unterschied zum Wettbewerb.
    • (5) Der Wärmetauscher berücksichtigt in seiner neuesten Konzeption alle Gesichtspunkte der Korrosionsverhinderung. Außerdem ist die räumliche Anordnung definiert.
    Geometrische Ausbildung des RENOTHERM-Gerätes Der nach der Erstanmeldung (Patent: P 35 11 669.2; Gebrauchsmuster G 85 09 576.1) gebaute Prototyp, der an der Fachhochschule München (Prof. Dr. D. Stahl) getestet wurde, führte zu wichtigen Erkenntnissen und daraus resultierenden Änderungen.Der zweite Prototyp, der dort ab Mitte April 1986 getestet und weiterentwickelt wird, ist die wesentliche Grundlage der im April 1986 erfolgten zweiten Anmeldung zum Patent- und Gebrauchsmuster. Dieses weiterentwickelte RENOTHERM- Gerät beinhaltet nun auch ein Aggregat zur NO x - Abscheidung.Vor allem ist für diese Weiterentwicklung die konkrete Raumform des Gerätes (1), die räumliche Zuordnung der einzelnen Bauteile zueinander (2), sowie die Beweglichkeit von Bedeutung (3).Konkret wird dies durch folgende Erläuterungen dargestellt:
    • (1) Um das RENOTHERM-Gerät in allen Heizanlagen, die oft sehr eng verschachtelt sind, einbauen zu können, ist eine äußerst kleine und kompakte Bauweise erforderlich. Nur der im RENOTHERM-Gerät vorgesehene konstruktive Aufbau ermöglicht eine optimale Wärmerückgewinnung und Rauchgasreinigung, d. h. die konkrete Raumform des Gerätes ist entscheidend zur Erreichung der genannten Ziele. Der Querschnitt des Gerätes ist bevorzugt rund, kann jedoch z. B. auch eckig sein.
    • (2) Aufgrund von Versuchsergebnissen des 1. Prototyps erhält nun die räumliche Zuordnung der einzelnen Bauteile zueinander erhebliche Bedeutung, ebenso die konstruktive Gestaltung einzelner Aggregate.
      • - Anordnung des Reduktionsmittel-Behälters (NO x -Abscheidung) separat zum Reaktor; variable Zuordnung
      • - Zuführung des Reduktionsmittels beweglich; Zutritt in das Rauchgasrohr vor dem Katalysator (NO x -Abscheidung).
      • - Zerstäubungssystem des Reduktionsmittels im Rauchgasrohr vor dem Katalysator. Zugabe durch Rauchgase druck- oder temperaturgeregelt.
      • - SCR-Katalysator (NO x -Abscheidung) vor dem Reaktor im Rauchgasrohr; somit liegen heiße Rauchgase vor.
      • - Eintritt des NO x -gereinigten Rauchgase in einen innerhalb des Reaktors angeordneten separaten Behälter, welcher im wesentlichen einen Rauchgas-Wärmetauscher enthält. Zunächst in einen oberhalb des Tauschers angeordneten Entspannungsraum.
      • - Anordnung des Wärmetauschers und seiner rauchgasdurchströmten Bestandteile senkrecht, damit sich keine aggressiven Kondensate anlagern können, die die Lebensdauer des Wärmetauschers beeinträchtigen.
      • - Konstruktive Gestaltung des Rauchgas-Wärmetauschers möglichst ohne Spalte, z. B. zwischen verschiedenen verspannten Einzelteilen, um die gefährliche Spaltkorrosion zu verhindern.
      • - Anordnung aller wärmeübertragenden Elemente des Rauchgas-Wärmetauschers in Strömungsrichtung der Rauchgase, in senkrechter Richtung, rund um das Zentrum des Tauschers angeordnet. Somit wird der bekannte "Windschatten" vermieden, wie er bei quer umströmten (radial) Wärmetauschern bekannt ist, wo die wärmeübertragenden Elemente entsprechend radial separat angebracht sind, z. B. durch Aufpressen und/oder Aufschweißen von runden Lochscheiben auf das Tauscherrohr. Bei dieser Konstruktion werden Teilbereiche der Tauscherrohre nicht oder nur unvollständig von den Rauchgasen umströmt, so daß der Tauscherwirkungsgrad von vornherein schlecht bleibt.
      • - Verbindung der wärmeübertragenen Elemente zum Bereich der aufzuwärmenden Medien (z. B. Wasser) homogen, z. B. durch angegossene Rippen. Der feste Verbund gewährleistet eine optimale Wärmeübertragung zum aufzuwärmenden Medium, im Gegensatz zu beispielsweise aufgepreßten separaten Rippenelementen in Radialrichtung.
      • - Herstellung des Rauchgas-Wärmetauschers durch das äußerst preiswerte Strangpreßverfahren, z. B. aus keramischen Materialien oder aus Metallen bzw. Nichteisenmetallen. Durch diese Verfahrensweise, bei der z. B. Stangen von sechs Meter Länge hergestellt werden, können diese auf eine bestimmte Größe abgelängt werden (z. B. 0,5 m), so daß der Wärmetauscher eine gewünschte erforderliche Größe erhält. Selbstverständlich sind auch Gußverfahren oder Montagebauweisen (z. B. Längsrippen auf Rohr aufgeschweißt) alternativ ausführbar.
      • - Sternförmige Längsanordnung von Rippen am Außendurchmesser des Tauscherrohres. Bei einer möglichen Variante sind diese Rippen nach außen offen, bzw. die zwischen ihnen befindlichen Freiräume, so daß ein separates Rohr den Außendurchmesser des Tauschers - auf den Rippen sitzend - umschließen muß, damit die Rauchgase zwischen den wärmeübertragenden Rippen gezielt geführt werden. Bei einer weiteren Variante ändert sich an dieser Ausführung nichts wesentliches, lediglich der Außendurchmesser des Wärmetauschers ist von einem zu diesem gehörenden Ring umschlossen, der von den Rippen in einem homogenen Verbund getragen wird. Dieser Außenring wird bereits beim Herstellverfahren (z. B. Gießen, Strangpressen) einteilig mit dem Wärmetauscher gefertigt. Bei dieser zweiten Variante entfällt dann das separate Außenrohr, wie es Variante 1 benötigt.
      • - Die im letzten Punkt beschriebenen Varianten mit sternförmig angeordneten Längsrippen können auch durch andere Geometrien ersetzt werden, wobei es letztlich nur darauf ankommt, eine in Längsrichtung orientierte große Oberflächengestaltung zur optimalen Wärmeübertragung zu erhalten. Der Querschnitt des Wärmetauschers kann bevorzugt rund sein, jedoch sind z. B. auch eckige Varianten ausführbar.
      • - Wie im vorstehenden Punkt angesprochen, sollte z. B. eine bevorzugte Bauform des Wärmetauschers alternativ mit einer großen Zahl von rund um das Zentrum über den gesamten Umfang verteilten Bohrungen (rund oder eckig) versehen sein. Diese können in einer oder mehreren (auf Teilkreislagen) Reihen angeordnet sein, radial übereinander oder versetzt. Auch rippenförmige Zickzack-Anordnungen oder Dreiecksausführungen bieten sich an. Bei allen diesen Varianten ist der homogen aufgesetzt Außenring naheliegend.
      • - Der innere Bereich des Wärmetauschers, der vom aufzuwärmenden Medium durchströmt wird, kann als einfaches Rohr ausgebildet werden, welches an beiden Enden von Deckeln verschlossen ist (Rohr rund oder eckig). Alternativ kann dieser Bereich auch von mehreren Bohrungen ersetzt werden, die alle vom aufzuwärmenden Medium durchflossen werden. Die Durchströmung der verschiedenen Einzelrohre kann gegenläufig sein, je nachdem wie Zufluß und Abfluß des aufzuwärmenden Mediums angeordnet sind. Im Falle mehrerer Bohrungen sind die Enden durch Verbindungselemente von einem Rohr zum anderen zu verschließen, wobei Zufluß und Abfluß entsprechend zu beachten sind. Diese Funktionen können auch von Gesamtdeckeln übernommen werden, welche alle Bohrungen abdecken, jedoch durch geeignete innere Führungselemente den richtigen Medienfluß sicherstellen.
      • - Die gesamte beschriebene Variantenbreite des Wärmetauschers kann auch, wenn die konkrete Anwendungssituation es erfordert, umgedreht werden; d. h. Rauchgasdurchströmung innen und Durchfluß aufzuwärmender Medien außen, in Längsrichtung oder z. B. spiralförmig. Mit allen beschriebenen Möglichkeiten und Ausführungen sind auch andere Anwendungen möglich, z. B. Aufwärmung von Raumluft in Wohnräumen. Auch im gewerblichen Bereich und in industriellen Verfahrensprozessen zeigen sich realistische Anwendungen.
      • - Die an der gesamten Oberfläche des Wärmetauschers anfallenden Kondensate, deren Bildung von der Oberflächentemperatur abhängig ist, wobei der eindeutige Bezug zur Temperatur des aufzuwärmenden Mediums gegeben ist, werden von dem unterhalb des Wärmetauschers angeordneten Trichter aufgefangen und nach unten in das Sumpfwasser weitergeleitet, wo sie anschließend neutralisiert werden.
      • - Alle Rauchgase, die den Wärmetauscher und anschließende den Trichter nach unten senkrecht umströmen, wobei der Trichter umlenkt und verengt, werden von den abtropfenden Kondensaten kontaminiert, bzw. sie reißen feinste Tröpfchen von den Oberflächen in den Rauchgasstrom.
      • - Unterhalb des Trichters und des Festbettes ist der Sumpf angeordnet, der ständig von Wasser überflutet ist. Die Wasseroberfläche ist relativ kalt; dadurch wird die SO x -Abscheidung begünstigt. Der Ablauf des Sumpfes bzw. Überlauf, kann syphonartig ausgebildet sein.
      • - Das Granulat-Festbett muß von den Rauchgasen wieder senkrecht nach oben durchströmt werden, wobei teilweise eine Einleitung radial aus dem Trichter erfolgt. Diese Anordnung der Rauchgasführung bewirkt, daß überschüssige Wassertröpfen/Kondensate durch Schwerkraft nach unten ausfallen, wobei sie z. B. im Festbett nach Funktion der chemischen Umsetzung beitragen, oder weiter nach unten in den Sumpf abtropfen. Vor der Einleitung in den Kamin müssen die Rauchgase möglichst von allen flüssigen Wasseranteilen befreit werden. Die Luftfeuchtigkeit sollte nicht mehr als ca. 70% betragen.
      • - Der untere Bereich des Reaktors, welcher den Bodensumpf und das Festbettsieb mit Granulat beinhaltet, ist mit einfachen Handgriffen abnehmbar für Service- und Wartungsdienste, ebenso der Trichter am Wärmetauscher und das evtl. vorhandene Außenrohr. Somit kann beispielsweise verbrauchtes Neutralisierungsmittel ersetzt werden; auch die Tauscher-Oberflächen können gereinigt werden (mit Bürsten für Längsrippen oder für Bohrungen).
      • - Die Rauchgase müssen nach Verlassen des Festbettes zur SO x -Abscheidung - vor Eintritt in den Kamin - einen relativ langen Weg senkrecht nach oben strömen, wobei sie an der großen Außenfläche des Wärmetauschers mit ständiger Verwirbelung - infolge des engen Ringquerschnitts - vorbeiströmen. Da die den Wärmetauscher durchströmenden Rauchgase ihre Wärme nicht nur an diesen abgeben, sondern teilweise auch an die Außenwand, ist diese Außenwand zunächst als Verlustquelle anzusehen. Die hier angewandte Rauchgasführung durch einen äußeren Ringquerschnitt fängt jedoch diese Wärmeverluste zum größten Teil wieder verfahrenstechnisch sinnvoll auf, indem sich die abgekühlten Rauchgase wieder auf ca. 100°C aufwärmen, wodurch erst ein ausreichender Unterdruck und Zug vor Eintritt in den Kamin erzielt wird.
      • - Ein Ventilatoranordnung und der Steuerung durch einen Temperaturregler außerhalb des Reaktors sorgt für leichte Zugänglichkeit bei Wartungsdiensten.
    • (3) Damit eine große Beweglichkeit des RENOTHERM- Gerätes - z. B. im Falle von Reparaturen - sichergestellt ist, werden die Anschlüsse an die Feuerungsanlage so gestaltet, daß jederzeit eine einfache und schnelle Montage und Demontage gewährleistet ist. Die Rauchrohrleitungen erhalten einfache Steckverbindungen; die Wasserleitungen (z. B. Heizungsrücklauf) erhalten einfache Schnellverschraubungen mit elastischen Rohren/Schläuchen.
    • Somit kann jederzeit das gesamte RENOTHERM-Gerät wieder entfernt werden, z. B. bei Abholung wegen erforderlicher Reparaturarbeiten. Die erwähnten Leitungen können solange wieder in den ursprünglichen Funktionszustand versetzt werden.
    Weitere Anwendungen für das RENOTHERM-Gerät:
    • - Wärmetauscher alleine
    • - SO x -Abscheidung alleine
    • - NO x -Abscheidung alleine
    • - Kombinationen aus diesen Aggregaten
    Anwendungsspektrum der RENOTHERM-Technik Die RENOTHERM-Technik läßt sich auch in größeren Leistungsbereichen bis hin zur Großtechnik anwenden. Dazu sind die einzelnen Funktionsbereiche, z. B. NH3- Dosierung, schwankende NO x -Werte, schwankende pH-Werte usw., durch geeignete Meßeinrichtungen, die mit entsprechenden Regel- und Steuereinrichtungen gekoppelt sind, zu ergänzen. In der Großtechnik müssen alle Abläufe - auch aus sicherheitstechnischen Gründen - exakt gesteuert und kontrolliert werden.Insbesondere im Bereich des Festbettes zur SO x -Abscheidung müssen wegen der erheblichen Granulatmengen bzw. großen Schichtstärken zusätzliche konstruktive Maßnahmen ergriffen werden. Vorhandenes Personal für ständige Wartungsarbeiten erleichtert derartige Zusatztechniken bzw. deren Anwendung.Große Festbettmassen führen möglicherweise zu schnelleren Verstopfungen mit entsprechender Behinderung der Rauchgasströme. Dieses Problemen tritt das RENOTHERM-System mit folgenden konstruktiven Maßnahmen entgegen:
    • - Das Festbett erhält offene (nicht mit Granulat gefüllte) Freiräume für die Rauchgase, die bis kurz vor den Rauchgas-Austritt aus dem Festbett reichen; z. B. ringförmige Querschnitte oder lanzenartige Rohrquerschnitte, die bereits ab Rauchgas-Eintritt in das Innere des Festbettes ragen. Rauchgase, die in diese Freiräume einströmen, können dadurch leichter das gesamt Festbett nach allen Richtungen durchfließen. Somit wird ein gleichmäßiger und gleichzeitiger Einsatz aller Granulatkörner bei der chemischen Umsetzung erreicht. Gleichzeitig wird ein ungehinderter Rauchgas-Austritt bewirkt, da durch die Freiräume nicht mehr die gesamte Festbett-Dicke durchströmt werden muß.
    • - Wie im Punkt zuvor, besteht die Anwendung dieser Maßnahme in einer erweiterten Variante auch darin, daß die angesprochenen Freiräume durch das gesamte Festbett hindurch frei austreten. Durchströmende Rauchgase haben somit immer einen bestimmten Mindestquerschnitt, jedoch kann dann auch der SO x -Abscheidegrad niedriger sein.
    • - Festbettschichten, wie hier beschrieben, werden bei Bedarf in mehreren Lagen übereinander oder/und senkrecht stehend nebeneinander angeordnet, wobei bestimmte funktionsnotwendige Abstände einzuhalten sind. Auch schräge Anordnungen oder Kombination aus den drei genannten Anordnungen sind bei bestimmten Voraussetzungen bzw. Gegebenenheiten anzuwenden.
    • - Festbettaufbauten, wie im Punkt zuvor beschrieben, werden bei sinnvollen verfahrenstechnischen Vorgaben auch nach anderen geometrischen und räumlichen Gesichtspunkten angewandt. So kann z. B. durch bestimmte technische Gegebenheiten der Gesamtanlage, in der das RENOTHERM- Prinzip anzuwenden ist, eine kreisförmige Anordnung, z. B. in Etagen oder konzentrisch lagenweise versetzt, oder auch von kreisförmigen Anwendungen abweichende (eckige) Vorgaben, konstruktiv realisiert werden. Die Rauchgase strömen hierbei von Lage zu Lage, in verschiedenen Richtungen, radial oder senkrecht, bis zum Austritt aus dem gesamten Festbett.
    • - Festbettaufbauten, wie in den Punkten zuvor beschrieben, werden so konstruiert, daß immer eine ungehinderte Gipsfällung bzw. Kondensatabscheidung in Richtung Sumpf gewährleistet ist. Diese Vorgänge dürfen die Rauchgase nicht behindern, was durch geeignete konstruktive Maßnahmen sicherzustellen ist.
    • - Die zur SO x -Abscheidung notwendigen Granulatmengen werden in einer weiteren RENOTHERM-Variante in einem bestimmten stöchiometrischen Verhältnis kontinuierlich in den Rauchgasstrom geführt und - zeitlich abhängig - nach chemischer Umsetzung wieder entfernt. Dazu sind verschiedene techn. Apparate notwendig. Entsprechend kann alternativ ein örtlich wandernder Rauchgasstrom durch ein örtlich festes Granulatbett geführt werden.
    • - Zur Realisierung von Verfahrensweisen, wie im vorstehenden Punkt geschildert, werden beispielsweise folgende Zusatzgeräte eingesetzt:
      • ⊳Festbettaufbau als Wanderbett;
      • ⊳Granulatmengen/Festbett auf Karussell, welches ständig frisches Neutralisationsmittel in den Rauchgasstrom schafft. Hierbei sind die sich öffnenden Rauchgaswandungen ausreichend abzudichten. Die nach außen wandernden, aus dem Rauchgasstrom kommenden, verbrauchten Neutralisationsmittel können regelmäßig entnommen und entsorgt werden. Gleichzeitig kann laufend frisches Neutralisierungsmittel als Ersatz auf das Karussell gegeben werden.
      • ⊳Alternativ zum Karussell wird das Neutralisierungsmittel auf einem Förderband, horizontal oder vertikal, in den Rauchgasstrom geführt.
    • - Entsprechend dem vorstehenden Punkt, können auch im Sumpf die gleichen Techniken angewandt werden.
    • - Abweichend vom RENOTHERM-Prinzip kann die Rauchgasführung den gegebenen technischen Bedingungen angepaßt werden. Entscheiden ist die Tropfenabscheidung, z. B. mittels Demistoren, sowie die Aufnahme von aus Nebenaggregaten anfallenden Verlustwärmen.
    • - Wärmetauscher, die durch Abkühlung der Rauchgase den eigentlichen Funktionsprozeß bewirken, können - abweichend vom RENOTHERM-Prinzip - auch räumlich in anderer Weise im System angeordnet werden, unabhängig von der Art des aufzuwärmenden Mediums. Maßgebend ist die Technik der Anlage, in der das RENOTHERM-Prinzip angewandt wird.
    • - Prinzipiell kann die NO x -Abscheidungsstufe auch nach der REA angeordnet werden. Es sind lediglich die Temperaturverhältnisse entsprechend zu berücksichtigen.
    Problematik der Einzelfeuerstätten beim Hausbrand (hier speziell: Gasfeuerung und leichtes Heizöl) Großfeuerungsanlagen und Automobile müssen sich immer härteren Forderungen nach schadstoffarmen Abgasen unterwerfen. Ein deutliches Absinken der Schadstoff-Emissionen in diesem Bereich ist absehbar.Beim Hausbrand dagegen sind derartige Entwicklungen z. Zt. nicht möglich. Einerseits fehlen gesetzgeberische Maßnahmen, andererseits ist bisher noch keine technische Lösung zu vertretbaren Anschaffungskosten auf dem Markt.Die vorgesehene Reduzierung des Schwefelgehalts beim leichten Heizöl von derzeit 0,3 Gew.-% auf 0,15% hängt von der Mitwirkung der EG-Partner ab. Derzeit ist noch kein Einführungszeitpunkt erkennbar.Der NO x -Ausstoß läßt sich durch brennerseitige Maßnahmen senken; jedoch nur in engen Grenzen, da sich andererseits sonst wieder die CO-Emissionen erhöhen.Eine besondere Problematik der Raumwärmeversorgung ist darin zu sehen, daß sie durchschnittlich in nur 6 Monaten des Jahres benötigt wird. In diesem Zeitraum wird 90% der Jahres-Energiemenge verfeuert. In sehr kalten Perioden des Winters, wenn sich austauscharme Wetterlagen besonders auswirken, klettern die Emissionen stark in die Höhe, so daß alle übrigen Emittenden relativ deutlich zurückfallen.Diese Situation zeigte sich mehrfach auch in diesem Winter. An mehreren Orten in Deutschland wurde vorübergehend die Vorstufe des Smogalarms gemeldet.Der Jahresbericht 1984 des Umweltbundesamts nennt folgende aktuelle Zahlen für den Bereich des Hausbrandes:
    • - Ruß, Staub
      Hier ist Gas überhaupt nicht, leichtes Heizöl nur mit verschwindend kleinem Anteil beteiligt.
    • - CO, CH
      Auch in diesem Fall sind Gas und leichtes Heizöl nur gering beteiligt.
    • - SO x
      Gas ist an diesen Emissionen so gut wie nicht beteiligt. Leichtes Heizöl emittiert ca. 600 000 Tonnen; das entspricht einem Anteil der Hauskamine von etwa 20% (darin ist auch ein geringer Anteil aus Kohlefeuerungen enthalten).
    • - NO x
      In diesem Fall liegen die Emissionen sowohl bei Öl-, als auch bei Gaskesseln vergleichbarer Leistung in etwa gleichauf. Der Hausbrand (einschl. Kohlefeuerung) ist am Gesamt-NO x - Ausstoß mit ca. 10% beteiligt; dies entspricht ungefähr 310 000 Tonnen.
    • Interessant in diesem Zusammenhang sind noch folgende Zahlen:
      Kohlefeuerungen sind am Endenergieverbrauch für Raumwärme mit etwas mehr als 5% beteiligt. Sie verursachen jedoch 60% des CO-, knapp 50% der CH- und etwa 45% der Staubemissionen aus der Raumwärmeerzeugung.
    Weitere Zahlen des Umweltbundesamtes: Verbrauch leichtes Heizöl: ca. 40 Mio Tonnen. Tendenz: steigend, infolge des Preisverfalls beim Rohöl.Holz hat am gesamten Wärmeaufkommen einen Anteil von 0,6%; jedoch ist der Anteil am Schadstoff-Ausstoß überproportional (am SO x -Ausstoß ist es jedoch so gut wie nicht beteiligt).Leichtes Heizöl ist bei den Stickoxiden - und optimal eingestelltem Brenner - etwas günstiger als Erdgas.Die Verbrennung von leichtem Heizöl erzeugt ca. 450 mg SO x pro Kubikmeter Abluft. Fazit Es stellt sich die Frage, ob bei der Hausheizung auch weiterhin alles erlaubt sein soll, während bei Großfeuerungsanlagen und Kraftfahrzeugen die Emissionen immer mehr zurückgehen.Der entscheidende Punkt für die Politiker, die hier aufgefordert sind, ist wohl darin zu sehen, daß es bis jetzt noch keine technische Lösung auf dem Markt gibt, die folgende Anforderungen erfüllt:
    • - niedrige Anschaffungskosten
    • - geringe Wartungskosten
    • - Wärmerückgewinnung
    • - SO x -Reduzierung bis 80%
    • - NO x -Reduzierung bis 50%
    • - technische Sicherheit (Säurebildung, Korrosion)
    Da sich die Gesetzgebung im Bereich der Umwelttechnik nur am derzeit gültigen Stand der Technik orientieren kann, sind deshalb zunächst Unternehmer und Techniker/Existenzgründer aufgefordert, entsprechende Lösungswege aufzuzeigen. Geschäftsidee In Deutschland werden etwa 7 Millionen kleiner Heizanlagen in Ein- und Mehrfamilienhäusern, kleinen Gewerbebetrieben usw. betrieben (bis zu ca. 50 kW). Davon werden ca. 4 Millionen Altanlagen mit leichtem Heizöl befeuert. Diese leisten einen erheblichen Anteil zum SO x -Ausstoß. Bei den NO x -Emissionen sind am ebenso großen Gesamtanteil auch die Gasfeuerungen beteiligt.Staatlicherseits tritt man diesen Umweltbelastungen durch Einschränkung des Schwefelanteils im leichten Heizöl entgegen (derzeit 0,3 Gewichts-%; zukünftig 0,15%). In den Raffinerien entstehen bei Einhaltung des Wertes 0,3 bis 40 DM pro Tonne an Kostenaufwand. Beim zukünftigen Wert 0,15 kommen pro Tonne nochmals DM 30,- hinzu. Insgesamt beträgt der Kostenaufwand für die Teilentschwefelung dann DM 70,-/Tonne. Bei einem durchschnittlichen Jahresverbrauch von ca. 3 Tonnen in einem Einfamilienhaus muß der Heizungsbetreiber jährlich etwa 210,- DM für Entschwefelungsmaßnahmen zusätzlich aufbringen.Weitere Maßnahmen zur Luftreinhaltung werden von öffentlicher Seite dadurch getroffen, daß Fernwärme und Erdgasversorgung in immer mehr Gemeinden vorangetrieben werden.Bei den NO x -Emissionen können durch optimale Brennereinstellungen geringere Emissionswerte erzielt werden. Jedoch sind diese Maßnahmen nur begrenzt möglich, weil andererseits sonst der der CO- Ausstoß steigt.Zusätzliche Bemühungen zur Begrenzung der Schadstoff-Emissionen finden im Bereich der Heizkesselhersteller und der Heizungs- Handwerksbetriebe statt. In Werbeaktionen wird den Betreibern von Altanlagen empfohlen, eine komplette neue Heizanlage einbauen zu lassen. Moderne Niedertemperaturheizungen bringen deutliche Energieeinsparungen und entsprechend niedrige Schadstoff-Emissionen. Sogenannte Brennwertkessel liegen noch günstiger.Da ein solcher Umbau in der Regel jedoch auch neue Heizkörper (für größere Wärmeleistung infolge von Niedertemperaturkesseln) sowie eine Total-Sanierung des Kamins erfordert, entstehen Kosten zwischen 10 000,- und 20 000,- DM. Es ist daher anzunehmen, daß nur sehr wenige Hausbesitzer bereit sind, einen derartigen Umbau zu finanzieren; vor allem wenn sie noch erheblich mit der Abzahlung von Hypotheken belastet sind. Alle geschilderten Maßnahmen werden nur wenig am Gesamtausstoß von SO x /NO x -Schadstoffen ändern. Es ist daher notwendig, durch preiswerte gerätetechnische Maßnahmen den Millionen Betreibern von Altanlagen eine Alternative zu bieten.Hier zeigt sich eine Marktlücke für das RENOTHERM-Gerät. Es ermöglicht eine durchschnittliche Energieeinsparung von etwa 10%; die Schadstoffe werden deutlich vermindert. Zusätzlich bietet es weitere Vorteile:
    • - Das Gerät kann in jeder Heizanlage installiert werden;
    • - der vorhandene Heizkessel kann unverändert übernommen werden;
    • - der Kamin kann ebenfalls unverändert übernommen werden;
    • - der Wartungsaufwand ist gering; verbrauchte Neutralisations- und Reduktionsmittel müssen einmal jährlich ersetzt werden (Kosten ca. DM 20,-)
    • - die Anschaffungskosten sind mit ca. 1000,- DM gering;
    • - die Installation ist schnell und einfach zu bewerkstelligen;
    • - das Gerät amortisiert sich in wenigen Jahren selbst; steuerliche Abschreibungsmöglichkeiten kommen hinzu.
    Es ist nun ersichtlich, daß das RENOTHERM-Gerät die Möglichkeit bietet, schnell und preiswert zu einer Reduzierung des Energieverbrauchs und der Schadstoffe im Bereich des Hausbrandes zu kommen. Die Anschaffungskosten sind zumutbar.Das Gerät bietet daher eine Alternative für alle, die keine Möglichkeit der Fernwärme oder des Gasanschlusses haben, bzw. denen ein kompletter Umbau auf moderne Heiztechnik aus finanziellen Gründen nicht möglich ist.Wenn alle Betreiber von Altanlagen ein RENOTHERM-Gerät einbauen würden, so ergäbe sich volkswirtschaftlich eine Gesamteinsparung an leichtem Heizöl von ca. 4 Millionen Tonnen/Jahr. Der Schadstoff- Ausstoß im Bereich des Hausbrandes würde drastisch zurückgehen. NO x /SO x -Emissionen in der Größenordnung von 20 000 bis 50 000 Tonnen/Jahr sind erreichbar. Nachdem sich das Umweltbewußtsein immer mehr durchsetzt, sind viele Heizanlagen-Betreiber bereit, ihren persönlichen Beitrag zu leisten, sofern die Anschaffungskosten niedrig sind.Es sind nun Gespräche mit geeigneten staatlichen Stellen zu führen, die der Klärung dienen, inwieweit die Politiker bereit sind, das Projekt "RENOTHERM" zu unterstützen.In diesem Zusammenhang sollte man auch über finanzielle Anreize nachdenken, damit möglichst viele Hausbesitzer zu einem Kauf bereit sind. So könnte z. B. die steuerliche Abschreibung über einen Zeitraum von 10 Jahren gekürzt werden. Bei einem Betrag von etwas über 1000,- DM wäre ein Abschreibungszeitraum von 1 Jahr sinnvoll.
    • Fazit: Die Installation vieler RENOTHERM-Geräte entlastet die Umwelt in kurzer Zeit deutlich. Der Gesamt-Energieverbrauch sinkt. Das Gerät ist somit volkswirtschaftlich relevant.
    Der Existenzgründer sieht für sein Gerät exzellente Vermarktungschancen. RENOTHERM - die technische Lösung zur Energieeinsparung und Rauchgasreinigung in Hausheizungen. Der Existenzgründer (G. Nöth) und Mitinhaber der neugegründeten Firma RENO fühlt sich durch Appelle vieler bedeutsamer Politiker (Bundeskanzler Kohl, Wirtschaftsminister Bangemann, Ministerpräsident Strauß) aufgefordert, einen Beitrag als Existenzgründer im Bereich Umwelt- und Energietechnik zu leisten.Bekanntlich fordern die Politiker die Gruppe der technisch- naturwissenschaftlich gebildeten Bürger mit kaufmännischen Kenntnissen dazu auf, mit neuen Produktideen technologieorientierte Unternehmensgründungen zu starten. Zu diesem zweck wurde eine Reihe von Förderprogrammen ins Leben gerufen.Die Firma RENO beabsichtigt, mit ihrem RENOTHERM-Gerät eine solche Produktidee auf den Markt zu bringen. Es besteht aus 4 Einzelkomponenten:
    • - Rauchgas-Reinigungsstufe NO x
    • - Rauchgas-Wärmetauscher
    • - Rauchgas-Reinigungsstufe SO x
    • - Rauchgas-Abzugsgebläse
    Das RENOTHERM-Gerät ist klein und kompakt; es kann in jede gas- oder ölgefeuerte Heizanlage eingebaut werden. Es wird zwischen Heizkessel und Kamin direkt in die Rauchgasleitung geschaltet. Das Rücklaufwasser der Heizanlage wird an den Wärmetauscher angeschlossen und fließt anschließend - erwärmt - zum Heizkessel.Das RENOTHERM-Gerät bewirkt folgende Effekte:
    • - Wärmerückgewinnung zwischen 6 und 15%, je nach Zustand und Auslegung der Heizanlage. Somit verringern sich auch die jährlichen Energiekosten entsprechend. Die Anschaffungskosten amortisieren sich nach wenigen Jahren.
    • - Die Stickoxide werden zu ca. 50% entfernt. Wenn gleichzeitig der Brenner optimal eingestellt wird, erhöht sich dieser Betrag entsprechend.
    • - Die Schwefeloxide werden zu etwa 80% entfernt. Durch diese Maßnahme ist sichergestellt, daß die Kamine nicht mehr weiterversotten können. (Bereits versottete Kamine können jedoch durch RENOTHERM nicht mehr "geheilt" werden).
    • - Die im Filtersystem auftretenden Druckverluste werden durch ein 50W-Sauggebläse wieder ausgeglichen.
    • - Durch eine spezielle Konstruktion der Rauchgasführung werden die unter den Taupunkt abgekühlten Rauchgase wieder auf ca. 100°C aufgeheizt, so daß vor Eintritt in den Kamin wieder der für den Zug notwendige Unterdruck entsteht.
    • - Da die gereinigten Rauchgase vor Eintritt in den Kamin wieder auf etwa 100°C aufgeheizt wurden, können sie ohne weiteres durch den vorhandenen Kamin an die Atmosphäre geleitet werden. Nachdem die Schwefelanteile zum größten Teil ausgefiltert wurden, besteht einerseits keine Versottungsgefahr mehr. Andererseits sind die Rauchgase mit 100°C ausreichend warm, womit die Wasser-Kondensation auf das übliche Maß begrenzt ist.
    • - Der vorhandene Kamin kann unverändert übernommen werden. Somit fallen bei Einbau des RENOTHERM-Gerätes keine zusätzlichen Kosten für Kamin-Umbauten an, falls der Kamin noch in Ordnung ist. Jedoch muß darauf hingewiesen werden, daß bereits stark versottete Kamine - völlig unabhängig vom Einbau des RENOTHERM-Gerätes - auf jeden Fall saniert werden müssen.
    • - Die Betreiber der Heizanlagen (z. B. Ein- und Zweifamilienhaus- Besitzer) können den Wartungsdienst für das RENOTHERM-Gerät selbst übernehmen. Einmal pro Heizperiode muß das Filtermedium für die Entschwefelungsstufe sowie Reduktionsmittel für den NO x - Katalysator nachgefüllt werden. Der Geräteaufbau ermöglicht eine schnelle und einfache Handhabung. Ein ausreichender Vorrat für mehrere Jahre wird mit angeliefert.
    Resümee Da die Anschaffungskosten des RENOTHERM-Gerätes mit etwa 1000,- DM einerseits relativ niedrig sind, andererseits eine Amortisation durch niedrigere Energiekosten nach wenigen Jahren möglich ist, dürfte die Markteinführung auch im öffentlichen Interesse stehen. Interessant ist auch, daß die bereits bestehenden gesetzlichen Möglichkeiten eine 100%ige steuerliche Absetzung für Wärmerückgewinnungsanlagen ermöglichen (§ S1 Abs. 1 Nr. 2 Buchst. q Einkommensteuergesetz).Herstellungskosten und Erhaltungsaufwand können 10 Jahre lang mit jährlich 10 v. H. abgesetzt werden. Grundgedanken zur Technik des RENOTHERM-Gerätes Einleitend sei erwähnt, daß als Leitfaden aller konstruktiven Maßnahmen immer der anzustrebende niedrige Verkaufspreis berücksichtigt werden muß.Marktrecherchen haben ergeben, daß die hier angesprochene Kundengruppe, nämlich überwiegend Ein- und Zweifamilienhausbesitzer, nur Anschaffungskosten in der Größenordnung von etwa 1000,- DM akzeptieren.Da das Umweltbewußtsein sich immer mehr durchsetzt, sind viele potentielle Käufer bereit, auch ohne gesetzliche Vorschriften ein Gerät wie RENOTHERM anzuschaffen, sofern der Preis niedrig ist.Zum Thema Schadstoffe einige Informationen: Kohlenmonoxid (Co) Ein Gift, das sich im Blut mit dem Hämoglobin verbindet und so den Sauerstofftransport zu den Körperzellen behindert. Es bewirkt Müdigkeit und - im Vergiftungsfall - Übelkeit, Atemnot bis Erstickung. Kohlenwasserstoffe (CH) Sie entstehen durch unvollständige Verbrennung von fossilen Brennstoffen. Einige Kohlenwasserstoffe sind nachgewiesenermaßen stark krebserregend. Stickoxide (NO x ) Diese bestehen zu ca. 95% aus NO, und etwa 5% aus NO2. Sie entstehen besonders bei hohen Verbrennungstemperaturen. Stickoxide führen zur Reizung von Lunge und Atemwegen und - bei dauernder Belastung - zu chronischen Erkrankungen (Bronchitis). Schwefeloxide (SO x ) Vor allem die SO2-Anteile sind im Zusammenhang mit dem "Sauren Regen" und der immer mehr ins öffentliche Bewußtsein rückenden Problematik des "Waldsterbens" bekannt geworden.Der saure Regen zerstört aber auch Gebäude, Brücken, Denkmäler, Gewässer, Böden usw. Jedoch werden auch Menschen bedroht. Besonders bei Kindern machen "Plötzlicher Kindstod" und "Pseudo-Krupp" Schlagzeilen. Verantwortlich hierfür sind schweflige Säuren, die durch sauren Regen eingeatmet werden, speziell Schwefeldioxid-/Schwebstaub- Aerosole.Schwefeloxide werden besonders dann gefährlich, wenn sie mit Stickoxiden in Verbindung kommen.Viele Allergien, für die es noch keine konkrete Erklärung gibt, hängen vermutlich mit den hier angesprochenen Schadstoffen zusammen.Die genannten Aspekte zeigen deutlich die Gefährlichkeit der Rauchgas- Emissionen auf. Daher muß bei der konstruktiven Gestaltung ein möglichst hoher Abscheidegrad für die SO x /NO x -Anteile angestrebt werden.Gleichzeitig sollte ein Rauchgas-Abscheidegerät mit einer Wärmerückgewinnungs-Anlage kombiniert sein. Mit dieser Maßnahme werden zusätzlich drei weitere Effekte erreicht:
    • - Durch die Energieeinsparung amortisiert sich das Gerät selbst;
    • - Mit dem geringeren Energieverbrauch werden von vornherein weniger Schadstoffe emittiert;
    • - Insgesamt ergibt sich der volkswirtschaftliche Effekt des geringeren Verbrauchs an leichtem Heizöl.
    Um jedoch das Ziel niedriger Anschaffungskosten für den Endverbraucher zu erreichen, sind bei der Konstruktion folgende Randbedingungen zu beachten:
    • - möglichst wenige bewegliche Bauteile;
    • - keine Regel- und Steuereinrichtungen für den Prozeß der Schadstoff-Abscheidung, bzw. geringster Aufwand.
    Letztlich ist ein möglichst kleiner und kompakter Aufbau der Konstruktion anzustreben, damit das Gerät in allen Heizungskellern unterzubringen ist. Außerdem darf der Einbau dieses Gerätes nicht zwangsläufig eine Kaminsanierung zur Folge haben. Technik des RENOTHERM-Gerätes NO x -Reduktion (Zeichnung, Punkt II) Es ist notwendig, die Sauerstoff-Komponenten vom NO x -Molekül abzuspalten, bzw. diese mit anderen Stoffen z. B. in harmloses H2O umzuwandeln.Als Reduktions-Mittel wird Ammoniumhydrogencarbonat NH4HCO3 verwendet, ein feines weißes Pulver, welches z. B. im Backpulver als Treibmittel enthalten ist. Bei atmosphärischer Lagerung in einem Behälter löst sich mit Wasser getränktes NH4HCO3 in einem selbsttätigen Spaltungsprozeß in folgende Bestandteile auf und verteilt sich gasförmig in der Umgebungsluft:NH4HCO3 → NH3 + H2O + CO2Es entstehen gasförmig Ammoniak, Wasser und Kohlensäure. Wasser und Kohlensäure (CO2) gehen als unschädliche Bestandteile in den Rauchgasstrom.Ammoniak (NH3) mischt sich ebenfalls in den Rauchgasstrom und dient im Katalysator als Reduktionsmittel für die Umwandlung der NO x -Moleküle in unschädliche Stoffe.Das Reduktionsmittel NH3 wird über einen Schlauch aus einem separaten Behälter dem Rauchgasstrom zugeführt. Dieser Vorgang wird durch eine von den Rauchgas-Temperaturen abhängige Schließklappe gesteuert. Vor Eintritt in den Katalysator ist eine möglichst homogene Vermischung mit den Rauchgasen herbeizuführen. Bei dieser technischen Lösung wird keine Einsprüh-Apparate und Steuerungsmechanismen für die NH3-Dosierung notwendig. NH3 mischt sich gasförmig von alleine in den Rauchgasstrom.Die Dosierung über die Größe der Oberfläche des NH4HCO3-Pulvers im Behälter ist so gewählt, daß eine Unterversorgung mit NH3 vorliegt. Schwankungen nach oben werden somit aufgefangen; der Ammoniakschlupf wird ebenfalls fast vollständig vermieden. Gleichzeitig wird mit den NH4HCO3-Bestandteilen Luft aus dem Heizraum zugemischt, wodurch eine zusätzliche Sauerstoff-Bereitstellung für den Reduktionsprozeß sichergestellt ist. Dieser Kompromiß bewirkt zwar nur relativ niedrige NO x - Abscheidungen (ca. 50%), hält jedoch die Herstellkosten des RENOTHERM- Gerätes niedrig. In Verbindung mit einer optimalen Brennereinstellung läßt sich dieser Prozentsatz deutlich verbessern. NO x -Katalysator (Zeichnung, Punkt III) Die hier verwendete sekundärseitige NO x -Minderungsmaßnahme ist der in der Großtechnik am häufigsten verwendeten SCR-Technologie zuzuordnen. Diese selektive katalytische Reduktion (SCR = SELECTIVE CATALYTIC REDUCTION PROCESS) verwendet als Katalysator- Träger einen Keramik-Monolithen mit einer wabenförmigen Struktur.Dieser Monolith ist vertikal im Rauchgasstrom angeordnet. Die Rauchgase strömen parallel zur Katalysator-Oberfläche durch den Reaktor; der Strömungswiderstand ist somit gering.Entsprechend den Betriebsbedingungen - Rauchgastemperaturen zwischen 180°C und 300°C - wurde eine bestimmte Kombination von Metalloxiden ausgewählt, die auf die poröse Oberfläche des Monolithen kontaminiert ist. Das Basismaterial besteht z. B. aus Titan- und Rhodiumoxid, dem Vanadin und/oder Wolfram als aktives Material, sowie geeignete Bindemittel beigefügt sind.Die Effektivität dieses Katalysators beginnt bei 180°C. Rauchgase aus kleinen Feuerungsanlagen haben häufig Temperaturen in diesem Bereich. Der Versuchs-Katalysator wird von der Fa. DEDUCO (Pforzheim) geliefert. Diese Firma ist selbst sehr an den Versuchsergebnissen interessiert.Die Grundreaktionen im Katalysator sind folgende:4NO + 4NH3 + O2 → 4N2 + 6H2O  (NO≈95% v. NO x )
    6NO2 + 8NH3 → 7N2 +12H2O  (NO2≈ 5% v. NO x )
    NO + NO2 + 2NH3 → 2N2 + 3H2ODie selektive katalytische Reduktion setzt mit Hilfe von Ammoniak (NH3) als Reduktionsmittel das im Rauchgas enthaltene NO x in Stickstoff (N2) und Wasserdampf (H2O) um. Das optimale NH3/NO x -Verhältnis vor Eintritt in den Katalysator beträgt ca. 0,8 (bei Großanlagen empirisch ermittelt). Der sog. Ammoniakschlupf bleibt minimal.In geringem Umfang können bei diesem Verfahren noch andere für den Prozeß relevante Nebenreaktionen ablaufen, z. B.:
    2 SO2 + O2 → 2 SO3. Zusammen mit einer Kleinstmenge an nicht reagiertem NH3 bildet das aufoxidierte SO3 Ammoniumsulfat (NH4)2SO4 oder Ammoniumbisulfat NH4HSO4.Da die NO x -Abscheidung aufgrund der notwendigen hohen Rauchgastemperaturen vor der SO x -Reinigungsstufe stattfindet, wird der Katalysator mit SO2-haltigen Rauchgasen belastet. Schwefelverbindungen zählen zu den Katalysatorgiften und beeinträchtigen die Standzeit (Aktivität) des Katalysators.Dem Katalysator nachgeordnete Anlagen-Komponenten können daher u. U. mit Ammoniumbisulfat beaufschlagt werden, einem schmierigen Stoff, der z. B. die Funktion des Wärmetauschers beeinträchtigen kann. Gas/Wasser-Wärmetauscher (Zeichnung, Punkt IV) Die NO x -verminderten Rauchgase durchströmen nach Verlassen des Katalysators einen technisch neuartigen Rauchgas-Wärmetauscher.Dieser Wärmetauscher besteht aus einem Rohr, welches in einem homogenen Verbund mit axial verlaufenden Rippen sternförmig versehen ist. Er ist aus allen preßfähigen Materialien im sog. Strangpreßverfahren herstellbar. Für bestimmte Leistungsanforderungen kann er in unterschiedlichen Größen abgelängt werden. Als Materialien kommen z. B. Aluminium-Legierungen und Elektrographit in Betracht. Alu-Tauscher müssen mit einer säurebeständigen Beschichtung versehen werden (z. B. PTFE).Der Wärmetauscher des RENOTHERM-Gerätes wird aus Elektrographit (Kunstgraphit) im äußerst kostengünstigen Strangpreß-Verfahren hergestellt. Lieferant ist die Fa. SIGRI (Meitingen bei Augsburg). Es wird die firmenspezifische Material-Variante DIABON NSl verwendet, ein Werkstoff, der vom TÜV Bayern für den hier vorgesehenen Zweck bereits freigegeben ist.Elektrographit bietet folgende Vorteile:
    • - hohe Beständigkeit gegen viele Säuren, z. B. Schwefelsäure von 98,5% und 175°C, siedende Flußsäure, feuchtes Chlorgas. Insgesamt ist die Palette der Korrosionsbeständigkeit breiter als bei Spitzenedelmetallen.
    • - hohe thermische Leitfähigkeit
    • - hohe mechanische Festigkeit (Drücke ≧ 6 bar)
    • - große Sicherheit vor thermischen Schocks
    • - hohe Temperaturbeständigkeit
    • - geringes spezifisches Gewicht
    • - hervorragende Dichtheit durch Imprägnierung
    • - beste Referenzen durch Bewährung in ähnlichen (intensiveren) Beanspruchungsfällen, z. B. Kraftwerk Buschhaus.
    Bei Versuchen, die mit dem ersten Prototyp des RENOTHERM-Wärtauschers durchgeführt wurden, konnten hervorragende Ergebnisse erzielt werden. Dieser Wärmetauscher war noch aus Alu-Gußteilen hergestellt worden. Jedoch die geometrischen Verhältnisse stimmten bereits mit den heutigen Planungen überein.Der Wärmetauscher wird im inneren Rohrbereich vom Wasser des Heizungsrücklaufs durchströmt. Im Außenbereich zwischen den Rippen strömen die Rauchgase durch den Wärmetauscher; die Rippen sind auf dem Außendurchmesser von einem Stahlrohr umschlossen, so daß die Rauchgase gezielt geführt wurden.Das im Innenbereich strömende Rücklaufwasser nimmt die von den Rippen übertragene Wärme auf; es gelangt also zusätzlich aufgewärmtes Wasser in den Heizkessel, so daß dieser für die Aufheizung des Wassers auf die notwendige Vorlauftemperatur weniger Energie aufwenden muß.Die Messungen zeigten, daß der Rippenwirkungsgrad bei den gegebenen geometrischen Verhältnissen erheblich günstiger ist, als er laut theoretischer Berechnung erwartet wurde. Bisher bekannte Wärmetauscher haben aufgepreßte oder aufgelötete Rippenbleche, quer zur Rohrachse. Die Rippen des RENOTHERM-Wärmetauschers sind in einem festen Verbund am Tauscherrohr in einteiliger Ausführung angebracht.Da die dicken Rippen die aufgenommene Wärme voll übertragen können, und weil die Rauchgase den Wärmetauscher in Längsrichtung zwischen den Rippen umströmen, entstehen optimale Verhältnisse. Laut Fa. SIGRI ist diese Konstruktion allen bisher bekannten Rohrbündel/Rohrschlangen-Wärmetauschern überlegen.Noch nicht vollständig geklärt ist bisher die Herstellbarkeit in der gewünschten Querschnitt-Geometrie. Laut Fa. SIGRI muß noch verfahrenstechnischer Entwicklungsaufwand betrieben werden, da vorerst mit Bruchstellen an verschiedenen Rippenstellen zu rechnen ist.Die Funktion des Wärmetauschers innerhalb des RENOTHERM-Gerätes besteht darin, die Rauchgase unter den Säuretaupunkt abzukühlen. Die Messungen am ersten Prototyp zeigten, daß Rauchgas-Temperaturen im Bereich von 70-80°C erreichbar sind; dies ist abhängig von der Temperatur des Rücklaufwassers.Bei den hier erreichbaren Temperaturen kondensiert bereits auch eine gewisse Mindestmenge an Wasser, welches für die nachfolgende SO x -Abscheidung im Filterbereich notwendig ist. Ein Kubikmeter Rauchgas enthält etwa 80 Gramm Wasserdampf; davon kondensieren bei 70°C etwa 15 Gramm. Bei einem Jahresdurchsatz von etwa 36 000 m3 Rauchgasen fallen im RENOTHERM-Filtersystem somit rund 540 Liter Wasser an, welches mit neutralisierten Kondensaten in die Kanalisation abfließt.Bei dem hier beschriebenen Kondensationsprozeß fallen bereits viele SO x -Anteile zusammen mit Kondenswasser aus. Diese Kondensate gelangen nach Austritt aus dem Wärmetauscher durch eine sich verengende Rauchgasführung in den Sumpf am Boden des Gerätes und werden dort neutralisiert. SO x -Filtersystem (Zeichnung, Punkte V/VI) Dieses Filtersystem besteht aus zwei Komponenten:
    • - Bodensumpf, bestehend aus Granulatschicht und Wasser; zusätzlich Wasserablauf für überschüssiges Wasser (einschließlich neutralisierter Kondensate).
    • - Obere Filterschicht, welche von Rauchgasen durchströmt wird, wobei sich die restlichen SO x -Anteile an den Oberflächen der Granulat-Körper anlagern, wodurch Absorptionsprozesse ausgelöst werden.
    Als Absorptionsmittel wird ein dolomitisches Filtermaterial von der Fa. AKDOLIT (Wülfrath) verwendet. Dieses neutralisierend wirkende Granulat wird als poröses Rundkorn in der Größe 2 . . 4,5 mm Durchmesser verwendet. Es besteht überwiegend aus Calciumcarbonat (Kalkstein, ein in Deutschland weit verbreitetes Mineral) Ca CO3, Magnesiumoxid MgO und Magnesiumhydroxid Mg(OH)2.Akdolit-Gran wird von der Fa. AKDOLIT als chemisch reagierendes Filtermaterial in offenen und geschlossenen Schnellfilteranlagen eingesetzt; z. B. für Entsäuerung und Filterung von aggressivem Brunnenwasser und Badebeckenwasser, ganz besonders bei hohen Sulfatkonzentrationen. Es entspricht der DIN 2000, der Trinkwasser- Aufbereitungs-Verordnung und den Anforderungen der Zusatzstoffverkehrsordnung.Folgende Vorgänge können sich im Filtersystem (Granulat-Festbett) des Absorbers abspielen:
    • - Das Festbett wird von den Rauchgasen durchströmt bzw. angeströmt (Sumpf). Kondensate aus Wasser und Schwefelverbindungen werden vom Rauchgasstrom mitgeführt.
    • - Anhaften der Tröpfchen an der festen Grenzfläche (Granulate in der oberen Filterschicht).
    • - Weitere Bildung flüssiger Phase durch Kondensation an der Grenzfläche.
    • - Diffusion der Flüssigkeit in das Feststoffinnere
    • - chemischer Umsatz zu Sulfit/Sulfat und Wasser
    • - Absorption von Schwefeloxiden in der wässrigen Phase
    • - Adsorption von Schwefeloxiden an fester Phasengrenze
    • - chemischer Umsatz gasförmig angelagerter Bestandteile zu Sulfit/Sulfat
    • - katalytische Oxidation von SO2 zu SO3, sowie von Sulfit zu Sulfat.
    Ein Teil des Wassers wird durch Hydratbildung (z. B. Gips) eingebunden, der Bilanzrest tropft nach unten ab. Die Dimensionierung des Festbettes und des Bodensumpfes ist derart gewählt, daß sich während der gesamten Betriebsperiode (ca. 1 Jahr) auch im Falle höchster Belastung gerade ein pH-Wert von 7 einstellt. In der übrigen Zeit fällt eine in zulässiger Weise schwach alkalische Lösung an.Bezüglich des Neutralisierungsmittels CaCO3 sei darauf hingewiesen, daß bewußt eine Kombination mit Magnesiumverbindungen gewählt wurde, weil dadurch eine hohe Reaktionsfähigkeit erreicht wird.Der Vorteil des Additivs Magnesium ist eine Verbesserung des Abscheideverhaltens im Absorber, d. h., die für alle chemischen Umsetzungsprozess notwendigen Flüssigkeitsmengen werden geringer. Somit ist auch bei geringem Kondensatanfall aus den Rauchgasen eine gute Funktion des Absorbers sichergestellt.Das von den im Rauchgas kondensierten Wassertröpfchen absorbierte SO2 bildet mit Wasser im schwachsauren Bereich schweflige Säure H2SO3, die im Festbett zu Calciumbisulfit weiterreagiert. Durch den im Rauchgas enthaltenen Sauerstoff findet weitgehend eine Aufoxidation zu Sulfit/Sulfat (Gips) statt.Grundsätzlich kann der Absorptions-Oxidations-Reaktionsmechanismus auch in der Weise formuliert werden, daß die schweflige Säure direkt zu Schwefelsäure oxidiert und anschließend mit den basischen Reaktionsmitteln zu Sulfat überführt wird.Diese Vorgänge, deren Umsetzungen in wässeriger Phase stattfinden, lassen sich in folgendem vereinfachten Prozeß darstellen:CaCO3 + SO2 + 1/2O2 → CaSO4 + CO2
    Mg(OH2) → MgO + H2O
    MgO + SO2 + 1/2O2 → MgSO4Hierbei können z. B. intermediär zunächst noch CaSO3 (Sulfit) und Ca(HSO3)2 (Bisulfit) entstehen. Das daraus resultierende Endprodukt CaSO4 hat nur eine begrenzte Löslichkeit, so daß es unter Einbindung von Kristallwasser zu einer Fällung von CaSO4 · 2H2O (Gips) kommt. Ausgeschlämmter Gips sammelt sich im Bodensumpf an. Die löslichen Salze CaSO4 und MgSO4 kommen in jedem Trinkwasser vor und erfüllen dort wichtige Funktionen. Sie können daher zusammen mit dem anfallenden Kondenswasser in die Kanalisation abgeleitet werden.Magnesiumsulfat mit Kristallwasser MgSO4 · 7H2O kommt in vielen Mineralquellen vor. In dieser Form ist es als Bittersalz bekannt.Da sich das Neutralisationsmittel aufbraucht, muß einmal pro Heizperiode für ausreichenden Ersatz gesorgt werden. Der anfallende Gips darf als Bauschutt mit dem Hausabfall oder auf Deponien entsorgt werden.Falls die Rauchgase nach dem Austritt aus dem Festbett, auf dem Weg zum Kamin, noch zuviele Wassertröpfchen enthalten, so sind noch entsprechende Tropfenabscheider in die Rauchgasführung einzubauen.Aufgrund der Erfahrungen, die mit dem ersten Prototypen gemacht wurden, darf mit einem SO x -Abscheidegrad von mindestens 80% gerechnet werden. Rauchgasführung nach der Schadstoff-Abscheidungsstufe (Zeichnung, Punkt VII) Nach Verlassen des Absorbers haben die abgekühlten Rauchgase immer noch Temperaturen unter 100°C, so daß kein ausreichender Zug vorliegt. Das im RENOTHERM-Gerät installierte Sauggebläse dient lediglich zum Ausgleich der Druckverluste im Filtersystem.Andererseits dürfen die Rauchgase nach Verlassen des Ventilators in Richtung Kamin keinen Überdruck aufweisen. Damit stattdessen ein Unterdruck vorliegt, müssen die zu kühlen Rauchgase auf etwa 100°C aufgeheizt werden.Die Aufheizung der Rauchgase geschieht auf dem Weg zum Ventilator, wenn sie beim Durchströmen des äußeren Ringquerschnitts mit der großen Oberfläche des Rohres in Berührung kommen, welches den Wärmetauscher umschließt. Die dort auftretenden Wärmeverluste werden dadurch sinnvoll aufgefangen.Durch die hier beschriebene Verfahrenstechnik werden die auftretenden Abgas-Wärmeverluste zwar nicht optimal genutzt, jedoch gestattet dieser Kompromiß die unveränderte Übernahme des vorhandenen Kamins. Eine sehr große Rückgewinnung von Abgas-Wärmeverlusten, z. B. durch Zuschaltung eines zweiten Wärmetauschers, der die umgebende Raumluft zur weiteren Abkühlung der Rauchgase unter den Wassertaupunkt nutzt (40°C), hat folgende Nachteile:
    • - Es liegen kalte Rauchgase am Kamineintritt vor.
    • - Kalte Rauchgase können nur von einem relativ starken Ventilator durch den Kamin in die Atmosphäre gefördert werden. Da hierbei jedoch Überdruck im Kamin entsteht, wobei u. U. Rauchgase in Wohnräume eintreten können, ist diese Lösung nicht brauchbar.
    • - Ein Ausweg wäre ein Saug-Gebläse auf dem Kaminkopf; mit dieser Maßnahme herrscht wieder Unterdruck im Kamin. Diese Anordnung hat jedoch folgende gravierende Nachteile:
      • - aufwendige Montage
      • - zusätzliches Elektrokabel
      • - schwierige Wartung
      • - zusätzlicher Sicherheitsaufwand wegen Außenlage
      • - zu hohe Zuatzkosten durch Außenmontage
    Das ursprüngliche Ziel, nämlich niedrige Anschaffungskosten für das Gerät, wäre somit nicht erreichbar. Ausgleich der Druckverluste (Zeichnung, Punkt VIII) Die im System der Rauchgas-Reinigungsstufen entstehenden Druckverluste werden durch ein Sauggebläse ausgeglichen.Jedoch sind die Verhältnisse so ausgelegt, daß nach dem Ventilator kein Überdruck entsteht.Lieferant des Ventilators (einschl. Elektromotor) ist die Firma HEIDOLPH (Kelheim). Betrieb des Ventilators Der Ventilator läuft nur dann, wenn der Brenner in Betrieb ist. Daher ist der Elektromotor über einen Knopf-Temperatur-Regler mit dem Rauchgasrohr am Kesselaustritt verbunden. Bei Brennerlauf kommen heiße Rauchgase und erwärmen das Rohr. Umgekehrt bei Brennerstillstand kühlt das Rohr wieder ab. Bestimmte Temperaturpunkte schalten über den Knopfregler den Motor ein oder aus. Lieferant des Knopfreglers ist die Firma EBERLE (Nürnberg). Ein gewisser Nachlauf des Ventilators ist mit dieser Lösung verbunden; jedoch wirkt sich dieser positiv insofern aus, als damit eine Regeneration des Festbettes verbunden ist (Trocknung und Kühlung in der Stillstandsphase). Wärmerückgewinnung (Zeichnung, Punkt IX) Die Leitung des Heizungsrücklaufs wird unterbrochen. Das abgekühlte Rücklaufwasser wird zunächst in den Wärmetauscher geleitet, dort aufgewärmt und anschließend dem Heizkessel zugeführt. Der Heizkessel muß nun weniger Energie aufwenden, um das Wasser wieder auf Vorlauftemperatur zu bringen.
    • Hinweis: Die Abkühlung der Rauchgase in Wärmetauscher ist an die Temperatur des Rücklaufwassers gebunden. Die Rauchgase können nicht kühler werden als dieses Wasser.
    Grundsätzliches Das gesamte RENOTHERM-Gerät wird in die Rauchgasleitung zwischen Heizkessel und Kamin geschaltet. Die Kosten für den Stromverbrauch des Ventilators sind sehr gering; sie liegen in der Größenordnung von 12,- DM pro Jahr. Prototyp-Versuchsergebnisse Bisher wurde 1 Prototyp gebaut und getestet, um grundsätzliche Erkenntnisse über die Funktionsfähigkeit des Wärmetauschers und des SO x -Abscheidesystems zu gewinnen.Damit seriöse und öffentlich vorzeigbare Ergebnisse vorgelegt werden können, wurde als ausführende Versuchsinstitution die Fachhochschule München, Lothstr. 34, gewählt. Die Überwachung der Versuche wurde Herrn Prof. Dr. D. Stahl übertragen. Drei Studenten erhielten durch Untersuchungen am Prototyp des RENOTHERM-Gerätes die Möglichkeit, eine Diplomarbeit durchzuführen.Im Rahmen dieser Diplomarbeiten, die zeitlich recht kurzfristig abgewickelt wurden, konnten nur grundsätzliche Erkenntnisse gewonnen werden. Weiterentwicklungen, die sich daraus ergeben, Langzeittests und Erprobung von weiteren Randbedingungen konnten nicht durchgeführt werden. Ergebnisse: Wärmetauscher . .
    Energierückgewinnung bis 15% möglich; erkann erheblich kleiner gebaut werden, als ursprünglich geplant.Oberflächenschutz . . .
    Verschiedene Varianten, wie Hart-Coat, PTFE, Rilsan, Lackierung, Keramik/Nickel usw. werden noch erprobt.SO x - Abscheidung . . . die Trockenabscheidung mit Granulat funktioniert optimal. Zuletzt wurden Abscheidegrade von ca. 95% erzielt. Fazit: Aufgrund dieser Untersuchungen ergaben sich noch eine Reihe von technischen Problemen, die noch zu untersuchen sind.Vorallem, da als 3. Komponente der noch nicht erprobte Katalysator für die NO x -Abscheidung hinzukommt.Näheres siehe Kapitel "Techn. Risiko". Weitere Versuchsarbeit - Technische Risiken NO x -Abscheidung Diese Komponente wurde bisher noch nicht erprobt. Hier sind besonders die Auswirkungen von SO2 und Ammoniumsulfaten auf die Aktivität des Katalysators zu nennen.Die gesamte Thematik der Zudosierung und Regelung von Ammoniak beinhaltet noch ungeklärte Risiken. Ebenso ist die Wirksamkeit des Katalysators bei niedrigen Rauchgas-Temperaturen (160 . . 190°C) noch nicht geklärt. Hier sind gemeinsam mit dem Katalysator- Lieferanten noch Entwicklungarbeiten/Optimierungen durchzuführen. Ebenso ist der Einfluß schwankender Betriebszustände noch näher zu erforschen. Wärmetauscher Für Taupunkt-Unterschreitungen ist ausschließlich die Oberflächentemperatur der Tauscherflächen maßgeblich. Diese wiederum ist bestimmt von der Temperatur des innen durchströmenden Heizungs- Rücklaufwassers. Die Temperaturen des Wassers liegen zwischen 40 und 70°C, je nach Zustand und Art des Heizkessels.Da die Temperaturen der Tauscherflächen nur unwesentlich höher liegen als die des Wassers, finden ständig an der gesamten Tauscher- Oberfläche Kondensationsprozesse statt. Die hierbei entstehenden aggressiven Medien können erhebliche Bauteil-Zerstörungen durch Korrosionswirkungen auslösen.Es sind deshalb die Bereiche des Wärmetauschers näher zu untersuchen, wo Edelstahldeckel den Wasserbehälter verschließen. Die Spalten sind mit geeigneten Dichtungsmitteln zu verschließen (z. B. Keramik-Kitt). Durch unterschiedliche Wärmeausdehnungen können Risse entstehen, die entsprechende Spalt-Korrosion zur Folge haben. Es sind Maßnahmen zur Verhinderung derartiger Probleme zu entwickeln. SO x -Abscheidung Das Abscheideverhalten unter den verschiedensten Betriebszuständen (Teillastbereich, unterschiedliche Rauchgastemperaturen, verschiedene Brennstoffe, wechselnder Kondensatanfall usw.) ist näher zu untersuchen. Insbesondere Langzeittests müssen noch Aufschluß darüber geben, inwieweit Ausschlämm-Vorgänge die Filterschichten verstopfen und ihre Aktivität behindern können.Die Einflüsse der Porigkeit und der Magnesiumanteile in den Granulat-Körnern auf das Abscheide-Verhalten ist noch exakt zu untersuchen, um einen möglichst hohen Wirkungsgrad zu erzielen. Durch die periodische Betriebsweise der Heizanlage ausgelöste Lastschwankungen können dazu führen, daß zu wenig Wasser an den Phasengrenzen bereitgestellt wird. Durch das Additiv Magnesium können solche Bereiche minderer Aktivität durch flüssige Phase evtl. kompensiert werden.In der unteren Schicht (Bodensumpf) treten durch jeweils von Heizgewohnheiten abhängigen, sowie regelungstechnisch und jahreszeitlich bedingten Schwankungen der anfallenden Kondensatmengen, unterschiedliche Verweilzeiten der überlaufenden flüssigen Phase auf. Daraus resultiert schwankende Qualität des Überlaufs. Es sind deshalb die pH-Wert-Meßwerte nach beiden Extremseiten zu ermitteln. Somit ist noch zu klären, auf welche Weise hier eine optimale Einstellung des Festbettes zu finden ist. Oberflächenschutz Die Bauteile des Reaktionsbehälters müssen z. T. einen hervorragenden Oberflächenschutz erhalten, damit korrosive Kondensate das Gerät nicht zerstören können. Bereits bewährte Beschichtungen wie z. B. PTFE sind für Massenartikel aus Kostengrünen nicht brauchbar (DM 2000,-/m2).Andere preiswerte Möglichkeiten, wie z. B. Epoxidharz oder Rilsan, verkraften die Temperaturen nicht.Es sind deshalb noch Untersuchungen mit geeigneten Alternativen durchzuführen, z. B.:
    • Keramik/Nickel-Beschichtung
      Glasflocken-Beschichtung
      Spezial-Lackierung (Neuentwicklung Firma Herberts)
      Hart-Coat
      Ti-Nitrid-Beschichtung
      Teflon, eingelagert in Hartchrom (TFE-Lok)
      Spezialbeschichtung Fa. Leybold-Heraeus)
    Versuche in dieser Richtung laufen bereits. Ein Student der Fachhochschule München macht im Auftrag der Fa. RENO auf diesem Gebiet seine Diplomarbeit.Das gesamte Material (einschließlich beschichteter Proben) wird von RENO gestellt.Ergebnisse liegen noch nicht vor. RENOTHERM-Simultan-Verfahren (Wärmerückgewinnung und Rauchgasreinigung) Betr.: Techn. und wirtschaftl. Risiken 1) Ammoniak/Luft-Dosierung Der Behälter, welcher Ammoniak in Form von Ammoniumhydrogencarbonat enthält, ist mittels einer von unten nach oben ins Innere des Behälters gerichteten Röhre belüftet. Damit die NH3- Explosionsgrenzwerte nicht überschritten werden, ist eine bestimmte Mindestmenge an Luft notwendig.Falls sich über die Rohrzuführung keine geeigneten Mischungsverhältnisse ergeben, so muß über eine Mengenmeßeinrichtung und eine gezielte Mengensteuerung das jeweils notwendige Gemisch eingestellt werden. Die erforderlichen technischen Apparaturen bedeuten eine Verteuerung des Gerätes. 2) Ammoniak-Dosierung im Verhältnis zu NO x Um einen zu großen Schlupf zu vermeiden, muß über alle Betriebszustände eine Unterversorgung mit NH3 vorliegen.Falls die schwankenden Betriebszustände eine ausreichende Sicherheit der Unterversorgung nicht zulassen, so muß über eine Meßeinrichtung ständig die jeweils anfallende NO x -Menge gemessen werden und mit Hilfe dieser Meßwerte über eine gesteuerte Einrichtung ständig die entsprechende NH3-Menge zudosiert werden.Meß- und Steuereinrichtung sind technisch aufwendig und mit entsprechenden Kosten verbunden. Das Gerät versteuert sich dadurch. 3) Ammoniak-Versprühsystem im Rauchgsasstrom Falls die vorgesehene Einsprühung über ein Rohr, welches am Umfang mit vielen Bohrungen versehen ist, nicht zu einer homogenen Vermischung mit den Rauchgasen führt, so ist eine Einspritzung über Düsen in einer bestimmten Anordnung notwendig. Dies erfordert auch eine entsprechende Druck-Einrichtung. Diese technisch aufwendigen Maßnahmen führen zu einer Verteuerung des Gerätes. 4) Ammoniak-Schlupf Die in der Großtechnik bekannten erheblichen Probleme treten trotz extremer Kleinstmengen NH3 auf.Beim RENOTHERM-Gerät würde eine Verschmutzung des Wärmetauschers mit Ammoniumhydrogensulfat den Wirkungsgrad des Tauschers erheblich beeinträchtigen. Unter Umständen schafft hier eine antiadhäsive Kunststoff-Beschichtung (z. B. PTFE) Abhilfe. Derartige Beschichtungen sind jedoch außerordentlich teuer, wenn sie auch temperaturbeständig sind (zwischen DM 800,- und DM 2000,-/m2). Somit ist diese Lösung nicht brauchbar. Ammoniumhydrogensulfate können auch die Granulate im DESOX- Festbett verschmutzen. Dadurch werden möglicherweise die chemischen Umsetzungsprozesse zur SO x -Abscheidung stark behindert. Auch der Bodensumpf und das Abwasser werden kontaminiert.Der einzige sinnvolle Ausweg zur Vermeidung aller hier genannten Probleme ist die totale Minimierung des Ammoniak-Schlupfes im Katalysator. Dies ist erreichbar, z. B. durch eine Verdoppelung des Katalysatorvolumens über die Länge. Eine derartige Maßnahme bedeutet, daß der größte Teil des Katalysators nur dem Abbau der restlichen NH3-Anteile dient.Die evtl. notwendige Vergrößerung des Katalysator-Volumens ist wieder mit erheblichen Kosten verbunden. 5) Verschmutzung des Katalysators mit Ammoniumhydrogensulfat Gegen diese Beeinträchtigung sind derzeit keine konkreten Maßnahmen bekannt. Die Katalysator-Industrie arbeitet zwar an Verbesserungen in dieser Richtung, jedoch ist eine Beeinflussung durch die Fa. RENO nicht möglich.Falls doch bedeutsame Verschmutzungen auftreten, so führt das zu einem früheren Auswechseln/Ersetzen des Katalysators. Kürzere Standzeiten belasten kostenmäßig den Heizungsbetreiber und bedeuten infolgedessen eine Erschwernis beim Verkauf der Geräte. Große Katalysatoren bewirken höheren Druckverlust und verlangen somit auch eine Verstärkung und Verteuerung des Gebläses. 6) Gipsschalen-Bildung an/in den Granulaten des Festbettes zur SO x -Abscheidung Bei längerer Betriebsdauer (bisher noch nicht getestet!) können sich u. U. sowohl am Korn (2,5 bis 4 mmDurchmesser), als auch an den Partikel-Oberflächen im Inneren des Korns Gipsschalen bilden, die ein weiteres Eindiffundieren von SO2 bis zum Kern behindern. Dies hätte zur Folge, daß nur ein Teil der Granulatmenge im Festbett und im Sumpf zur SO2-Abscheidung dient. Infolgedessen müßte die derzeit eingeplante Granulatmenge u. U. erheblich vergrößert werden.Eine Vergrößerung der Granulatmenge bedeutet auch eine entsprechende Veränderung des gesamten Gerätes.
    • - Das Gehäuse und innenliegende Bauteile werden größer und somit entsprechend teurer.
    • - Das Gerät ist nicht mehr so klein und kompakt; dadurch ist die Unterbringung in den verschiedenen Heizanlagen erschwert. Infolgedessen ist auch der Geräteabsatz entsprechend eingeschränkt.
    • - Die teurere Granulatmenge (jährlich zu ersetzen) wirkt sich ähnlich aus.
    7) Verstopfung in Festbett und Sumpf durch Schlämm-Sulfate Langzeitversuche müssen noch klären, ob ausgeschlämmte Salze die Freiräume zwischen den Körnern verstopfen und somit weitere Reaktionen behindern. Vor allem mangelnder Durchströmquerschnitt könnte den Rauchgasfluß behindern oder ganz einstellen.Falls derartige Fälle auftreten können, so muß eine temperatur- oder druckgeregelte By-pass-Leitung für die Rauchgase vorgesehen werden. Eine solche Maßnahme würde ebenfalls zu einer erheblichen Geräteverteuerung führen.Weitere Möglichkeiten bietet ein geänderter Siebaufbau, der von vornherein immer einen gewissen freien Durchström- Querschnitt für die Rauchgase bildet. Dies hätte jedoch einen schlechteren SO x -Abscheidegrad zur Folge, mit entsprechenden Konsequenzen für den gesamten Geräte-Absatz. Das Sieb wäre ebenfalls teurer. 8) Gips-Anbackungen im Sieb Einmal jährlich muß entstandener Gips aus dem Sieb entfernt werden. Die verbrauchten Granulate sind zu ersetzen.Anbackungen können die kleinen Gasdurchtritts-Bohrungen verkrusten und verstopfen. Die Entfernung der Gipsrückstände wäre somit erschwert.Dies würde die Wartungsfreundlichkeit des Gerätes verschlechtern. Da die Service-Handhabung für potentionelle Kunden sehr wichtig ist, wäre dies ein negativer Punkt bei den Verkaufsbemühungen.Eine Abhilfe bietet hier evtl. eine antiadhäsive Beschichtung, die jedoch die Kosten wieder hochtreiben würde. 9) Korrosionsprobleme in verschiedenen Bereichen des Gerätes Grundsätzlich können alle mit Kondensaten beaufschlagten Bereiche Probleme aufwerfen, die nur durch erheblich teurere Edelstähle oder Beschichtungen beseitigt werden können. Als kritisch muß vor allem die Deckelabdichtung am Wärmetauscher bezeichnet werden, weil hier erhebliche Mengen aggressiver Kondensate entstehen können.Es könnte sich ein erheblicher techn. Aufwand als notwendig erweisen, wodurch sich wiederum eine Verteuerung ergeben würde. Fazit Wenn auch nur ein Teil der hier geschilderten technischen Risiken zum Tragen kommt, so ist eine erhebliche Verteuerung des Gerätes unausweichlich.Der erfolgreiche Absatz des RENOTHERM-Gerätes wäre dadurch erheblich in Frage gestellt, da mit einem Endverbraucherpreis in der Größenordnung von ca. DM 2000,- zu rechnen wäre. Damit wäre die Akzeptanzgrenze überschritten.Technisch notwendige Änderungen, die aus den genannten Risiken resultieren, würden das Gerät deutlich vergrößern und somit wiederum die Absatzchancen verschlechtern; liegt doch der Vorteil der heutigen Konzeption gerade in der kleinen und kompakten Bauweise, die einen Einbau in jeden Heizkeller ermöglicht.Falls mehrere der oben genannten Probleme sich tatsächlich als technische Risiken zeigen sollten, die einen entsprechenden zeitlichen und finanziellen Versuchsaufwand erfordern, so wäre die Durchführung aus wirtschaftlichen Gründen nicht mehr möglich, vor allem da zur Zeit die Gesellschafts-Verhältnisse der Firma RENO völlig offen sind. Konkurrenzprodukte zum RENOTHERM-Simultan-Verfahren Stand der Technik
    • 1) Fa. GEU,
      8046 Garching-Hochbrück
      Schleißheimer Str. 92
      Tel. (089) 3205038
      • a) GEU-technolyt
        Flammenkatalysator für NO x -Abscheidung und geringerem Energieverbrauch (Prospekt siehe Anlage).
      • b) GEU-Gerät 1001/2, System Jaumann
        Rauchgas-Wärmetauscher mit SO x -Abscheidung
        Gerät für Energieeinsparung und Rauchgasreinigung (Prospekt siehe Anlage).
    • Kommentar:
      Die Technik ist aus beiliegenden Prospekten zu entnehmen.
      Auf ein näheres Eingehen zur Technik und zu den tatsächlich erzielbaren Effekten wird in dieser Darstellung aus persönlichen Gründen verzichtet. Jedoch sei darauf hingewiesen, daß beide Geräte in allen wesentlichen Punkten nach Meinung fachkundiger Dritter nicht ausgereift sind.
    • 2) Fa. Walter Kroll GmbH,
      7141 Kirchberg/Murr
      Burgstaller Str. 42
      Tel. (07244) 3154
    • Gerät: Kroll GR 40, Miniwäscher für Ein- bis Dreifamilienhäuser.
    • Dieses Gerät dient der Energieeinsparung, indem es Brauchwasser erwärmt. Außerdem enthält es eine Rauchgas-Reinigungsstufe zur SO x -Abscheidung. (siehe Prospekt in der Anlage).
      Das Gerät folgt dem typischen Waschprinzip und ist technisch entsprechend aufwendig konstruiert (Rotor, Turbowäscher, Meß- und Regeltechnik usw.).
      Die Fa. Philip Morris hat dieses Gerät mit DM 30 000,- gefördert. Über die Qualität der Funktionsweise liegen der Fa. RENO keine Informationen vor. Jedoch läßt das Prinzip dieser Konstruktion gute Ergebnisse erwarten.
    • Das Gerät hat folgende Nachteile:
      • - es kostet ca. DM 3000,-; hinzu kommen die Montagekosten, die sicherlich nicht unbedeutend sein dürften. Der Absatz ist dadurch äußerst schwierig;
      • - es enthält keine NO x -Abscheidung;
      • - es ist relativ groß und dadurch in vielen Heizungskellern nicht ohne weiteres montierbar. Ein Umbau der Heizanlage mit Verlegung des Kessels und entsprechenden Rohranpassungen verursacht zusätzliche Kosten.
    • Aufgrund der hier genannten Einschränkungen dürfte dieses Gerät nur geringe Marktchancen haben.
    • 3) Fa. Veritherm-Heizungstechnik GmbH,
      3150 Peine/Dungelbeck
      Schmedenstedter Str. 9/9a
      Tel. (05171) 81510
    • Das Veritherm-Gerät ist ein Brennwertkessel und somit an sich kein Konkurrenz-Produkt.
      Interessant ist hier lediglich die Entschwefelungsanlage, die eine nähere Betrachtung in diesem Zusammenhang rechtfertigt. Die Entschwefelungsanlage funktioniert nach dem Prinzip, daß Waser im Gegenstrom in die Rauchgase eingesprüht wird. Dabei sollen die Wassertröpfchen SO x aufnehmen. Das Wasser fließt über ein Neutralisierungsbecken, welches ein Granulat enthält, in die Kanalisation ab.
      Durch Fernsehberichte und andere Informationen ist inzwischen bekannt, daß das Gerät eine Reihe erheblicher Mängel hat (siehe Aussagen TÜV und andere).
      Der Erfinder, Herr Vetter, hat alle Produktions- und Vertriebsrechte inzwischen an eine Schweizer Firma verkauft.
      Inzwischen ist auch bekannt, daß dieses Entschwefelungsprinzip nicht ausgereift ist. Die im Abgasstrom nach der Entschwefelungsstufe gemessenen geringen Schwefelanteile sind dadurch zu erklären, daß den Abgasen erhebliche Mengen Frischluft beigemengt wird. Die Abgase und die SO x -Anteile werden also nur verdünnt.
      (Näheres zur Technik: siehe Prospekt in der Anlage).
    • 4) Fa. Hermann Lübbers GmbH,
      Energie/Umwelt-Engineering
      2733 Tarmstedt
      Hauptstr. 30
      Tel. (04283) 1299/8065-68
    • Gerät: Lübbers CALCOND;
      Rauchgas-Wärmetauscher mit SO x -Abscheidung;
      Gerät für Energierückgewinnung und Rauchgasreinigung (Näheres zur Technik: siehe Prospekt in der Anlage).
    • Kommentar:
      Das Gerät ist äußerst aufwendig konstruiert. Es besteht aus 2 Wärmetauschern: der erste heizt das Heizungsrücklaufwasser auf, der zweite z. B. Brauchwasser.
      Dadurch wird der Wassertaupunkt unterschritten. Die ausfallenden Kondensate (Wassertröpfchen) sollen SO x absorbieren und unten vor Ablauf in die Kanalisation - beim Durchströmen eines Granulats - neutralisiert werden. Auch hier wird den Rauchgasen wieder eine größere Menge Frischluft beigemischt.
      Aufgrund der vorliegenden Erfahrungen beim Veritherm- Gerät dürften auch beim CALCOND Zweifel über die Effektivität der SO x -Abscheidung angebracht sein.
    • Nachteile des Gerätes:
      • - zu teuer, infolge von totaler Emaillierung; ca. DM 2.500,-
      • - Nach inzwischen bekanntem Stand der Technik ist die Emaille-Beschichtung wegen des ständigen Wechsels zwischen hohen und niedrigen Temperaturen nicht für derartige Einsatzfälle geeignet (Fa. BUDERUS).
      • Emaille blättert ab, dadurch korrodieren die freigelegten Stähle. Bei Wärmetauschern ist dies sehr gefährlich, da durch Löcher in den Heizkreislauf gelangende aggressive Kondensate erhebliche Schäden verursachen.
      • - Das Gerät ist zu groß, und daher nicht in jedem Fall montierbar.
      • - Die Rauchgase, die in den Kamin gelangen, sind zu kalt (ca. 40°C) und müssen - um Überdruck zu vermeiden - mit einem auf dem Kaminkopf angeordneten Sauggebläse abgesaugt werden. Der daraus folgende Aufwand ist sehr teuer!
      • - Das Gerät enthält kein Aggregat zur NO x -Abscheidung.
    Aufgrund dieser Nachteile dürfte das CALCOND-Gerät nur geringe Marktchancen haben.Soweit bekannt, verfügt die Fa. Lübbers auch noch nicht über einen geeigneten Vertrieb.
    • Hinweis:
      Reine Wärmetauscher für den Bereich Hausbrand sind nicht auf dem Markt. Ohne Rauchggas-Reinigung ist eine Absenkung der Rauchgas-Temperatur unter 120°C nicht zulässig. Daher wäre eine Wärmerückgewinnung bei Einhaltung dieser Grenzen zu gering und ein Tauscher somit sinnlos.
    • Sinnvolle Einsatzmöglichkeiten bietet ein Wärmetauscher nur in Kombination mit einer SO x -Abscheidung. Nur dann können tiefere Rauchgas-Temperaturen verkraftet werden, weil der Kamin dann nicht mehr versotten kann.
    RENOTHERM-Simultan-Verfahren zur Rauchgas-Reinigung (Beschreibung der physik./chem. Abläufe)
    • A) Denitrierungsstufe (DENOX-Verfahren)
      • 1) Bildung von Stickoxiden
        • - Brennstoff-NO x liegt in flüssigen Brennstoffen in Form vielfältiger organischer Verbindungen vor. Er wird bei der Verbrennung, über die Spaltung in HCN und NH3, direkt oder indirekt zu NO oxidiert. Dieser Vorgang ist abhängig vom Sauerstoffangebot.
        • - Thermisches NO x entsteht überwiegend aus molekularem N2 und O2. Die Bildung ist stark abhängig von der Feuerungstemperatur und dem O2-Partialdruck.
        • - Promptes NO x wird in der Flammenzone durch die Reaktion zwischen O2-Atomen und stickstoffhaltigen Radikalen (z. B. CN) gebildet.
      • 2) SCR-Katalysator
        • - Als Träger werden Keramik-Monolithe mit Wabenstruktur verwendet. Der Katalysator-Körper ist homogen, so daß bei Erosionen die Aktivität nicht verlorengeht.
        • - Die Hauptbestandteile des katalytisch aktiven Materials sind Titanoxid als poröses Grundmaterial, welches von der aktiven Substanz, Vanadiumpentoxid, durchsetzt ist (ca. 10%).
        • - Ein hoher V2O5-Gehalt erhöht die Reaktivität für die NO x -Reduktion.
        • - Katalysatoren mit hoher Reaktivität führen zu einer Erhöhung der Konvertierungsrate von SO2 zu SO3. Jedoch ist diese Umsatzrate nur bei Temperaturen zwischen 300°C und 400°C von Bedeutung. Zwischen 180°C und 300°C ist die anfallende SO3-Menge äußerst gering (≦ωτ0,1%).
        • - Das Katalysatormaterial muß hochporös sein, da die Reaktionen aufgrund von Partialdruckänderungen und anderen Einflüssen in den Poren ablaufen. Die aktiven Substanzen beschleunigen diese Vorgänge, so daß die Katalysatormasse relativ klein gehalten werden kann.
        • - Katalysatoren bewirken, daß die Reaktionen, die sonst nur bei 100°C stattfinden, bereits bei 160°C bis 450°C ablaufen.
        • - Die Zusammensetzung des Katalysators sowie auch die physikalischen Eigenschaften können in weitem Umfang variiert werden. Somit ist die individualle Anpassung an besondere Betriebsverhältnisse möglich.
        • - Der poröse Katalysator darf Temperaturen über 420°C nicht ausgesetzt werden, weil sonst die Oberfläche versintert. Damit wird der Zugang zu den Poren und den inneren Flächen blockiert, wodurch die Aktivität eingeschränkt wird. Eine Schädigung des Katalysators durch zu hohe Temperaturen ist nicht reversibel.
        • - Das aufgrund empirischer Erfahrungen notwendige Katalysatorvolumen sollte mit 20% Überschuß ausgelegt werden, damit der Ammoniak-Schlupf äußerst klein bleibt (≦ωτ5 vpm).
        • - Ein höheres Katalysatorvorlumen führt zu einer Verringerung der Raumgeschwindigkeit (sv-Wert = Rauchgasmenge in m3/h, bezogen auf das Katalysatorvolumen in m3).
          Niedrigere sv-Werte führen zu einer Erhöhung des Entstickungsgrades, sowie zu einer Verringerung des Ammoniakschlupfes (günstig bei rel. hohen SO3-Anteilen).
        • - Das Ende der Lebensdauer ist eine Definitionsfrage, da ein Katalysator niemals schlagartig seine Aktivität verliert. Es ist abhängig von der Festlegung der Grenzwerte NO x und NH3 (nach Verlassen des Katalysators). Nach allen vorliegenden Erfahrungswerten ist mit einer Standzeit von 4 Jahren zu rechnen, wenn SO3 und NH3-Schlupf minimiert werden.
        • - Katalysatoren, die bei niedrigen Temperaturen arbeiten, z. B. 160°C bis 300°C, haben auch niedrigere Reaktionsgeschwindigkeiten. Dies muß durch eine entsprechende größere Katalysatormenge ausgeglichen werden.
        • - Die obere Betriebstemperatur von 420°C sollte auch wegen der starken SO3-Bildung bei hohen Temperaturen nicht überschritten werden.
      • 3) Zudosierung Reduktionsmittel NH3
        • - Die Mengeneinstellung richtet sich nach den im konkreten Fall vorliegenden NO x -Anteilen sowie dem gewünschten NH3-Schlupf, der sich zunächst in der Größenordnung ≦ωτ2 vpm bewegen sollte, wobei ein späteres Ansteigen auf 5 vpm noch in Kauf genommen werden darf.
          Auf jeden Fall sollte die NH3-Menge nur max. 80% der gemessenen NO x -Menge betragen.
        • - Das zugeführte Ammoniak muß bis zu einer Konzentration von ≦ωτ10 Vol.-% mit Luft verdünnt werden. Hierdurch wird erstens die NH3-Verteilung im Rauchgaskanal verbessert und zweitens eine eventuelle Erreichung der NH3-Explosionsgrenzwerte (15 bis 28 Vol.-% NH3) verhindert.
        • - Für das so konditionierte Ammoniakgas/Luft-Gemisch ist ein geeignetes Düsen-Einsprühsystem zu entwickeln (bzw. zu optimieren). Dieses Verteilsystem muß eine Einblasung in die Rauchgase ermöglichen, die eine intensive und homogene Verwirbelung ergibt.
        • - Partielle Überdosierungen von NH3, die sich im praktischen Betrieb aufgrund vieler Einflußgrößen nicht vermeiden lassen, führen nicht unbedingt zu unvertretbarem Ansteigen des Schlupfes.
        • - Überdosierungen an NH3 führen parallel dazu auch zu einer entsprechend höheren NO x -Reduktion. Der Schlupf steigt dabei etwas an.
      • 4) Ammoniak-Schlupf
        • - Die aus dem Katalysator austretende Restmenge NH3 wird als Ammoniakschlupf bezeichnet. Zusammen mit den im Rauchgas enthaltenen SO3-Molekülen entsteht unter bestimmten Bedingungen Ammoniumsulfat (NH4)2 SO4 und Ammoniumhydrogensulfat NH4HSO4.
        • - Die Bildungstemperatur in den nachgeschalteten Aggregaten (z. B. Wärmetauscher, Festbett), aber auch im Katalysator selbst, liegt bei 210°C bis 240°C.
        • - Das Verhältnis NH3/SO3 entscheidet über die Bildung beider Möglichkeiten. Ein größerer NH3-Anteil führt zur Bildung von Ammoniumsulfat, welches nicht korrodierend wirkt und als trockener Staub mit dem Abgas ausgetragen wird. Größere SO3- Anteile führen zu einer Bildung von Ammoniumhydrogensulfat in schmelzflüssiger Form, welches sehr korrosiv ist.
          Diese flüssige Phase liegt bis zu einem Temperaturniveau von 150° vor.
        • - Aufgrund der vorstehend dargestellten Aspekte muß der NH3- Schlupf äußerst minimiert werden; jedoch bei gegebenem SO3- Wert sollte der NH3-Wert etwas höher als dieser sein, damit vor allem das harmlosere Ammoniumsulfat gebildet wird.
        • - Der NO x -Abscheidegrad hängt direkt mit der NH3-Zugabe zusammen. Ein gewünschter niedriger Schlupf hat somit automatisch eine niedrigere NH3-Zudosierung zur Folge. Dies bedeutet in der Praxis, daß bezüglich des an sich wünschenswerten hohen NO x - Abscheidegrades ein Kompromiß zu akzeptieren ist, wenn der niedrige Schlupf Priorität erhält.
        • - Ein bestimmter angestrebter NO x -Abscheidegrad kann bei gleichbleibend minimalem Schlupf durch eine größere Katalysatormasse erreicht werden. D. h., ein möglichst kleiner Schlupf kann durch entsprechende Größe und Geometrie des Katalysators herbeigeführt werden.
        • - Die 80%ige NH3-Zugabe orientiert sich an den unteren während des Betriebes gemessenen NO x -Werten, so daß höhere NO x -Werte zu einer Unterversorgung mit NH3 führen - zu Lasten des Abscheidegrades. Dieser Betriebszustand führt dazu, daß der Schlupf praktisch fast Null wird.
      • 5) Bildung von Ammoniumsulfat u. -hydrogensulfat
        • - In der Großtechnik liegt die untere Temperaturbegrenzung von DENOX-Katalysatoren bei ca. 300°C. Bei diesen (bisher ausschließlichen) Anwendungsfällen werden die Katalysatoren im Bereich zwischen 300°C und 420°C betrieben. Unterhalb von ca. 260°C bilden sich Ammoniumsulfat und Ammoniumhydrogensulfat. Aus Sicherheitsgründen wird zu diesem Grenzwert mit 300°C ein ausreichender Abstand nach oben eingehalten.
        • - Bei den insgesamt höheren Betriebstemperaturen in der Großtechnik ist die Einhaltung der unteren Temperaturgrenze nicht ganz so kritisch wie die der oberen, da das am Katalysator gebildete Ammoniumsslfat und Ammoniumhydrogensulfat durch eine Fahrweise bei höherer Temperatur thermisch zersetzt werden kann. Der Katalysator erreicht somit nahezu die ursprüngliche Aktivität.
        • - In Feuerungen der Großtechnik ist der SO x -Anteil wesentlich größer als beim RENOTHERM-DENOX-System, da Erdgas praktisch 0% und leichtes Heizöl auch nur ca. 0,2% Schwefelanteil besitzen. Die Gefährdung durch Ammoniumsulfat und Ammoniumhydrogensulfat ist somit gering im Vergleich zur Großtechnik. Es kommt hinzu, daß infolge der niedrigen Betriebstemperaturen zwischen 160°C und 300°C kaum SO2 zu SO3 umgesetzt wird. Diese Tendenz wird durch den äußerst geringen Schlupf unterstützt.
        • - Betriebszustände, die eine zu große Bildung von Ammoniumhydrogensulfat bewirken, führen u. U. zu einer starken Verminderung der Katalysator-Aktivität. Das Ammoniumhydrogensulfat schlägt sich als zähflüssige, klebrige Masse an der Katalysator-Oberfläche nieder und bewirkt ein Zuwachsen der Poren.
        • - Auch nachgeschaltete Aggregate werden durch Korrosion und Verschmutzung gefährdet. Die Bildungstemperatur in diesen Bereichen liegt ebenfalls bei etwa 225°C und ist abhängig von den Volumenanteilen und damit der Partialdrücke von NH3 und SO3. Gefährdete Oberflächen müssen durch geeignete Beschichtungen (z. B. Emaille) geschützt werden; Wärmetauscher-Oberflächen können durch NH4HSO4-Verschmutzung einen schlechten Wärmeübergang erhalten. Auch die Funktion des Festbettes zur SO x - Abscheidung kann durch Anlagerungen beeinträchtigt werden. Ein weiterer Gesichtspunkt ist die Kontaminierung des in die Kanalisation geführten Kondenswassers. Ferner ist das Zusammenwirken mit aggressiven Kondensaten (schwefl. Säure, Schwefelsäure) zu beachten.
        • - Die Reaktion zu (NH4)2SO4/NH4HSO4 findet bei einem äquimolaren Verhältnis von NH3 und SO3 statt. Jedoch ist für die Bildungstemperatur nicht nur alleine die Zahl des Mengenverhältnisses maßgebend, sondern auch die jeweiligen absoluten Mengen. So haben z. B. NH3 : SO3 = 10 vpm : 200 pm = 2,5 vpm : 50 vpm = 20 in etwa gleiche Verhältniszahlen, jedoch liegt die Bildungstemperatur im ersten Fall bei 240°C und im zweiten bei 220°C. Kleine Konzentrationen NH3 und SO3 verschieben also die Bildungstemperatur nach unten.
        • - Beim Überwiegen von NH3 bildet sich vor allem (NH4)2SO4; bei höheren SO3-Anteilen bildet sich vor allem NH4HSO4, welches als gefährlicher einzustufen ist. Bezüglich der Bildungstemperaturen gilt die oben beschriebene Gesetzmäßigkeit.
        • - Aufgrund der aufgezeigten Zusammenhänge muß sowohl der SO3- als auch der NH3-Gehalt so niedrig wie möglich gehalten werden.
          Um extrem geringe SO3-Gehalte zu erreichen, werden derzeit spezielle Katalysatortypen entwickelt, die jedoch auch einen geringeren NO x -Abscheidegrad erzielen. Dies kann durch ein größeres Katalysatorvolumen ausgeglichen werden.
          Der Rest-NH3-Gehalt kann ebenfalls durch ein größeres Katalysator- Volumen auf minimalste Werte verringert werden. In diesem Zusammenhang sei erwähnt, daß auch auf diesem Gebiet Katalysatoren in der Entwicklung sind, die eine Zerstörung des Rest-NH3-Gehaltes bewirken.
      • 6) NO x -Abscheidung im Katalysator
        • - Die Länge des Katalysators, bzw. der Arbeitsbereich in Strömungsrichtung, ergibt bei Aufteilung in drei Bereiche von jeweils einem Drittel völlig verschiedene Situationen. Die zudosierte NH3-Konzentration nimmt von Katalysatoreintritt- bis Austritt hyperbelartig ab, von z. B. 150 vpm auf ca. 2 vpm, wobei ca. 70% bereits im ersten Drittel, ca. 25% im zweiten Drittel und die restlichen 5% im letzten Drittel abgebaut werden.
          Gleichzeitig kann u. U. ein linearer Anstieg der SO3-Konzentration von Eintritt bis Austritt von z. B. 2 vpm auf 8 vpm stattfinden.
          D. h. SO3 und NH3 könnten ab etwa Mitte Katalysator im Gleichgewicht stehen; gegen Katalysatorende kann die SO3-Konzentration ein Übergewicht erhalten, wodurch eine Bildung von NH4HSO4 möglich wäre, falls die dazu notwendige Bildungstemperatur vorliegt.
        • - Aus obenstehender Darstellung über den Verlauf der NH3- Konzentration im Katalysator ergibt sich, daß auch die NO x -Reduktion in gleicher Weise verläuft, nämlich parallel zum Verlauf der NH3-Werte.
          Eine Erhöhung der NH3-Konzentration bewirkt eine Vergrößerung des NO x -Abscheidegrades, aber auch einen größeren Schlupf (Rest-NH3). Eine Verringerung wirkt sich analog umgekehrt aus.
        • - Bei einem gewünschten konstanten NO x -Abscheidegrad von z. B. 90% kann durch Variieren des Katalysatorvolumens der Schlupf beeinflußt werden, indem auch die NH3-Zudosierung entsprechend angepaßt wird. So kann z. B. bei einem bestimmten Katalysator mit beispielsweise 90% NO x -Abscheidegrad und 5 vpm NH3-Schlupf das Volumen um 20% vergrößert werden. Eine gleichzeitige entsprechende Verringerung der NH3-Konzentration beläßt den Abscheidegrad infolge des größeren Volumens bei 90%, jedoch der Schlupf wird erheblich reduziert.
          Verkleinerungen des Volumens wirken sich in umgekehrter Weise analog aus.
        • - Diese nahezu linearen Abhängigkeiten verlieren in Grenzbereichen, d. h. bei Abscheidegraden über 90%, ihre Gültigkeit. Werden extrem hohe Abscheidegrade angestrebt, so müssen entweder das Katalysatorvorlumen und/oder der Schlupf fast unendlich groß werden.
        • Die Verhältnisse werden noch ungünstiger, wenn Ungleichförmigkeiten in der Temperatur, in der NO x -Konzentration, in der Geschwindigkeitsverteilung und in der NH3-Dosierung auftreten.
        • Extrem große Katalysatoren führen zu:
          • - hohen Investitionskosten
          • - großen Bauvolumen
          • - hohem Druckverlust
          • - hohem Energieverbrauch
        • Extrem hoher Schlupf führt zu:
          • - Bildung von NH4HSO4
          • - hohem NH3-Verbrauch
          • - NH3-Gehalt im Abwasser
        • Beide Maßnahmen sind technisch und wirtschaftlich nicht realisierbar. D. h., der anzustrebende Abscheidegrad muß unter Berücksichtigung vieler Aspekte immer einen Kompromiß darstellen.
        • - Da beim RENOTHERM-System jede Meß-, Regel- und Steuerungstechnik fehlt, muß ein geringer Abscheidegrad (zwischen 50 und 80%) in Kauf genommen werden, weil sich die NH3-Dosierung am ungünstigsten Fall orientiert.
        • - Bei der angenommenen Katalysatoranordnung in drei Lagen zeigt sich, daß die Abscheideleistung in der 1. Lage um ein Vielfaches größer ist als in der letzten Lage. D. h., die 3. Lage hat mehr oder weniger nur die Aufgabe, den Rest an NH3 zu minimieren. Eine nennenswerte NO x -Reduktion erfolgt nicht mehr.
        • Daraus folgt, daß eine tatsächliche Aufteilung des Katalysators in 3 Lagen die Mäöglichkeit bietet, eine gestaffelte Auswechslung der einzelnen Lagen vorzunehmen, je nach Verminderung der Aktivität nach verschiedenen Zeitabläufen.
          Somit bietet sich eine preiswerte Möglichkeit, über längere Zeit einen hohen Abscheidegrad zu erzielen.
        • - Gleiches läßt sich, statt mit einem Monolithen, auch mit einer Katalysatorschüttung bewerkstelligen. Derartige Füllkörper sind als Keramikträger in verschiedenen Formen auf dem Makt; z. B. als Granulat (Rundkorn), Zylinder (⌀ 4 mm, 10 mm lang) oder sternförmige Körper. Die Schüttung arbeitet jedoch mit höheren Druckverlusten. Außerdem zersetzt sie sich bei staubhaltigen Abgasen.
      • B) Entschwefelungsstufe (DESOX-Verfahren)
      • 1) Der zu erzielende Entschwefelungsgrad beim RENOTHERM-Trockenverfahren hängt sehr stark von folgenden Reaktionsbedingungen ab:
        • - Art, Feinheit und Menge des Absorber-Materials
        • - Rauchgastemperatur
        • - Wasserdampfmenge im Rauchgas
        • - Feuchtigkeitsgrad der Partikeloberfläche auf und im Granu 08499 00070 552 001000280000000200012000285910838800040 0002003611655 00004 08380lat
        • - Differenzgeschwindigkeit und Verweilzeit der Reaktionspartner
      • 2) Die chemische Umsetzung der Schadstoffe vollzieht sich prinzipiell in folgenden drei Arbeitsschritten:
        • - Konditionieren des Abgases mit Wasser; beim Durchströmen des Wärmetauschers kondensiert Wasserdampf.
        • - Kontaminieren des Granulats bzw. der im Korn (2 bis 4 mm) verbackenen Kalkpartikel mit einem Feuchtigkeitsnebel.
        • - Reagieren der angefeuchteten Kalkpartikel mit SO2.
      • 3) Für die SO2-Abscheidung ist eine möglichst niedrige Rauchgastemperatur im Bereich zwischen 70 und 80°C notwendig, da die SO2-Löslichkeit mit sinkenden Temperaturen exponentiell zunimmt.
      • Folgende Zahlen verdeutlichen die relativ hohe Wasserlöslichkeit gesättigter SO2-Moleküle.
      • 233,5 mg/g bei 0°C
      • 115,3 mg/g bei 10°C
      •  65,8 mg/g bei 30°C
    • 4) Niedrige Rauchgastemperaturen führen zu einem höheren Gehalt an feinen Wassertröpfchen nach Verlassen des Wärmetauschers. Somit wird eine für die Aufnahme von SO2 günstige wässrige Partikel-Oberfläche geschaffen.
    • Die SO2-Abscheidung wird in starkem Maße von dem Übergangsverhalten der SO2-Moleküle durch die Phasengrenzfläche Rauchgas/angefeuchtetes Kalkpartikel beeinflußt.
    • 5) Die im Rauchgas enthaltenen Schadgase SO2/SO3 reagieren hier mit Calciumcarbonat CaCO3 und Magnesiumoxid, MgO, wobei die Hauptreaktionen durch die folgenden Gleichungen beschrieben werden: CaCO3 + 2(H2O) + SO2 → CaSO3 · 2H2O + CO2
      CaCO3 + 2(H2O) + SO2 + 1/2O2 → CaSO4 · 2H2O + CO2
      CaCO3 + 2(H2O) + SO3 → CaSO4 · 2H2O + CO2Gleichung Nr. 2 ist durch Aufoxidation infolge von Sauerstoffüberschuß im Rauchgas zu erklären.
      Ähnliche Reaktionen finden statt bei der Verbindung mit MgO.
    • 6) Die im Granulatkorn (2 bis 4 mm Durchmesser) verbackenen Partikel aus CaCO3/MgO haben eine Größe von 1 bis 100 μm; zwischen ihnen sind relativ große Hohlräume, so daß die chemischen Umsetzungsprozesse recht schnell auch im inneren Bereich des Granulatkorns stattfinden können.
    • Die einzelnen Partikel sind von Makroporen (20 bis 50 nm) sowie von Mikroporen (kleiner 2 nm) durchzogen. Auf der großen spezifischen Oberfläche der Mikroporen läuft die eigentliche chemische Reaktion ab. Sehr günstig sind Oberflächengrößen von 30 bis 40 m2/g.
    • Der Schadstoff wird zuerst aufgrund eines äußeren Stoffübergangs an die Partikeloberfläche übertragen und anschließend durch Makroporen-Diffusion in das Innere des Partikels transportiert. Hier finden die chemischen Umsetzungen statt.
    • 7) Die Feinheit des Korns beeinflußt die Diffusion von SO2 in das Partikelinnere. Feinstes Korn führt zu einer Ergebnisverbesserung.
      Gröberes Korn neigt u. U. zur Sulfit- bzw. Sulfat-Schalenbildung und behindert somit das weitere Eindiffundieren von SO2 bis zum Kern.
    • 8) Untersuchungen mit Stöchiometrie-Faktoren zwischen 0,5 und 3 zeigten, daß der SO2-Abscheidgrad deutlich mit der Menge des Absorber-Materials ansteigt. So bewirkt z. B. eine Steigerung des Stöchiometriefaktors von 1 auf 3 eine Verbesserung des Abscheidgrades in der Größenordnung von 30%.
    • Da jedoch die Absorbermenge nicht beliebig vergrößert werden kann, ist ein Faktor S = 1,5 anzustreben. Damit können bereits beachtliche Abscheidegrade erreicht werden.
    • Beim RENOTHERM-Verfahren bezieht sich der Faktor 1,5 auf die notwendige Absorber-Menge für eine ganze Heizperiode. Für den jeweils augenblicklichen Zustand ist die Granulat-Menge erheblich überdimensioniert. Dieser außerordentlich hohe Stöchiometrie-Faktor ist somit günstig für den Abscheidegrad.
    • 9) Der Aufbau des Festbettes im Verhältnis Menge zum Strömungsquerschnitt ist so zu wählen, daß die Rauchgase eine hohe Verweildauer im Absorber haben. Auch diese Maßnahme verbessert den Abscheidegrad.
    • 10) Eine NO x -Minderung erfolgt nur in einem sehr geringen Maße. Der geringe Abscheidegrad wird offensichtlich nach der Konditionierung erreicht, die eine Absorption von NO2 bewirkt. Eine reduzierende Wirkung erfolgt auch durch Calciumsulfit (NO).
    • 11) Noch durchzuführende Versuche müssen Aufschluß darüber geben, inwieweit entstandenes Magnesiumsulfat kontinuierlich aus dem einzelnen Korn im Festbett ausgespült wird und nach unten in den Sumpf abtropft. Hierbei ist zu beobachten, ob es sich in darunter liegenden Körnern wieder anlagert oder Hohlräume zwischen den Körnern verstopft.
    • 12) Von Interesse ist auch die Frage, inwieweit durch ständig sich ausspülendes Magnesiumsulfat die Aktivität des einzelnen Korns beeinfluß wird. Werden durch diese Vorgänge die innerhalb des Korns verbackenen Kalkpartikel lagenweise ständig frei für weitere Reaktionen (CaSO4)?
    • 13) Finden erste Reaktionen zu CaSO4 nur im äußeren Partikelbereich des KOrns statt? Oder begünstigen die relativ großen Hohlräume zwischen den Partikeln eine Diffusion und Umsetzung gleichzeitig in allen Bereichen des Korns, also auch im Zentrum?
    • 14) Weitere Untersuchungen ergeben sich auch aus der Fragestellung, inwieweit Schalenbildung von CaSO4 an der Kornoberfläche oder an den Partikel-Oberflächen innerhalb des Korns die Aktivität einschränken. Falls mit derartigen Schalenbildungen zu rechnen ist, muß die vorgesehene Granulatmenge entsprechend vergrößert werden.
    • 15) Die Untersuchungen müssen ermitteln, ob ausgeschlämmter Gips sich an Körnern in tieferen Festbettlagen anlagerrt oder die Hohlräume zwischen den Körnern verstopft, so daß die Rauchgase nicht mehr ungehindert durchströmen können. In diesem Fall müßten die Rauchgase mittels einer By-pass-Leitung das Festbett umgehen können, ausgelöst durch eine entsprechende Sicherheitseinrichtung.
    • 16) Falls sich alle gebildeten Salze sowie Gips ohne größere Probleme nach unten in den Sumpf absetzen, so ist mit einer kontinuierlichen Verkleinerung der Körner zu rechnen. Der ursprüngliche Durchmesser beträgt 2 bis 4,5 mm. Bei Erreichen eines kritischen Durchmessers (z. B. 0,5 . . 1,5 mm) wird möglicherweise die Rauchgasströmung behindert mit entsprechenden Druckverlusten. Das gesamte Festbett sinkt an der Oberfläche hierbei ständig ab. Die Verweilzeit der Rauchgase im Festbett sinkt, wodurch ein Absinken des SO x -Abscheidegrades wahrscheinlich ist. Daraus resultiert die Forderung, das Festbett mit einem ausreichenden Überschuß zu versehen.
    • 17) Auch im Sumpf sind die oben aufgezeigten Probleme zu erwarten. Da das Granulat im Sumpf eine Erst-Wasserfüllung erhält, sind jedoch etwas andere Verhältnisse zu erwarten.
      Zum einen fließt ständig Kondenswasser aus dem Rauchgasstrom nach, gleichzeitg führt laufend in die Kanalisation abfließende flüssige Phase einen gewissen Teil der Salze CaSO4 und MgSO4 ab. Über die Größenordnung dieser Transportvorgänge muß Klarheit geschaffen werden.
    • 18) In das Wasser des Bodensumpfes eintretende SO2-Mengen bzw. Gips lagern sich an das darin befindliche Granulat an bzw. bewirken Umwandlungsprozesse, wie oben beschrieben, ähnlich wie im Festbett.
      Durch diese Vorgänge ist mit einem Ansteigen der festen oder zähflüssigen Sumpfmasse zu rechnen. Der Wasserabfluß muß so angeordnet werden, daß er nicht durch Gips zugeschlämmt werden kann.
    • 19) Die relativ kühle Wasser-Oberfläche des Bodensumpfes wird ständig von Rauchgasen kontaminiert. Dadurch ist mit einer guten SO2-Absorption direkt an dieser Oberfläche zu rechnen. In Lösung gehende SO2-Anteile lagern sich im Bodensumpf direkt am Granulat an.
    • 20) Es muß beobachtet werden, ob von oben aus dem Festbett kommender Gips das im Sumpf befindliche Granulat derart verstopft, daß dort keine chemischen Umsetzungen mehr stattfinden können.

Claims (3)

1. Verfahren zum Entfernen von gasförmigen Schadstoffen aus den Rauchgasen von Feuerungsanlagen, wobei man die Rauchgase bis zum Taupunkt abkühlt und das Kondensat mit neutralisierenden Stoffen reagieren läßt und die Rauchgase über einen Kamin abführt, wobei man zuvor die gekühlten Gase zusammen mit dem kondensierten Wasser über feste Substrate führt, die mindestens teilweise die neutralisierenden Stoffe Calciumcarbonat, Bariumoxid, Ammoniumbikarbonad, Natronlauge, Calciumhydroxid enthalten, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Feuerungsanlage kommenden Rauchgase in senkrechter Strömungsrichtung nach unten gekühlt werden, dann von unten her dem Substrat bzw. dem Granulat-Festbett aus Magnesiumoxyd und Magnesiumhydroxyd zufließen und schließlich im Aufstrom von der Kühlstrecke abgegebene Wärme aufnehmen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rauchgase vor ihrer Kühlung einen Entspannungsraum durchfließen.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die aus der senkrechten Kühlstrecke nach unten austretenden Rauchgase auf die Oberfläche eines neutralisierende Granulate enthaltenden, ständig von Wasser überfluteten Sumpfes treffen, der das Kondenswasser der Kühlstrecke, das vom Festbett abtropfende Kondenswasser und die überschüssigen Wassertröpfchen aus dem mit dem Festbett kontaminierenden Feuchtigkeitsnebel aufnimmt.
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