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T1 - Ammonsulfat zur selektiven nicht-katalytischen Stickoxidreduktion von Zementwerksabgasen

AU - Hollauf, Bernd

PY - 2010

Y1 - 2010

N2 - Zwei ammonsulfathaltige Reststoffe, die aufgrund ihrer Zusammensetzung nicht verwertet werden konnten, waren Ausgangspunkt der gegenständlichen Forschungsarbeit. Für beide Reststoffe wurde im Rahmen der Arbeit die Verwertung als Reduktionsmittel zur selektiven nicht-katalytischen Entstickung (SNCR-Verfahren) von Zementwerksabgasen vorgeschlagen. Das SNCR-Verfahren gilt in Zementanlagen zwar bereits als Stand der Technik zur Stickoxidreduktion, jedoch wird üblicherweise Harnstoff und auch Ammoniak zur NOx-Reduktion verwendet. Die Reduktion mit Ammonsulfat wird äußerst selten angewendet und wurde bislang kaum untersucht. Da kaum Erfahrungen mit Ammonsulfat vorlagen, wurde zunächst die Reduktionswirkung von handelsüblicher 40%iger Ammonsulfatlösung in insgesamt 5 unterschiedlichen industriellen Ofensystemen mit Zyklonvorwärmung im Vergleich zu 40%iger Harnstoff- bzw. 25%iger Ammoniaklösung untersucht. Zudem wurden auch Sekundäremissionen wie SO2, NH3 und CO, die durch die Reduktionsmittelzugabe entstehen können, analysiert. Das Reduktionsverhalten und die Wechselwirkung mit dem Zementherstellungsprozess wurden dementsprechend unter realen Betriebsbedingungen untersucht, wodurch die Ergebnisse an Aussagekraft für die praktische Anwendung gewinnen. Anschließend wurde die Eignung der vorliegenden ammonsulfathaltigen Reststoffe hinsichtlich Wirkstoffanteil, Lager-/ Förderbarkeit, Korrosionsverhalten und Schadstoffe überprüft. Soweit möglich, wurden die Reststoffe ebenfalls im Rahmen von Betriebsversuchen getestet. Zum besseren Verständnis der Ergebnisse der Betriebsversuche wurden wichtige Kenngrößen, die zur Quantifizierung der Reduktionswirkung und der Sekundäremissionen herangezogen wurden, in Abhängigkeit vom Molverhältnis dargestellt und unter Berücksichtigung des Einflusses von Temperatur, Verweilzeit und Vermischung theoretisch diskutiert. Die Ergebnisse der theoretischen Betrachtung sind generell für die Interpretation der Ergebnisse von SNCR-Versuchen geeignet und können daher zur Optimierung jeder SNCR-Anlage verwendet werden. Es konnte gezeigt werden, dass Ammonsulfat aus technischer Sicht hervorragend zur Stickoxidreduktion in Zementanlagen geeignet ist. Der Einsatz von handelsüblichem Ammonsulfat ist jedoch unter Berücksichtigung der gegenwärtigen Preissituation nur dann wirtschaftlich, wenn im Vergleich zu beispielsweise Harnstoff eine deutlich bessere Reduktionswirkung erzielt werden kann. Es konnte im Rahmen von Betriebsversuchen gezeigt werden, dass bei den meisten Ofenanlagen Ammonsulfat besser reagiert als Harnstoff. Durch preisgünstige ammonsulfathaltige Reststoffe wird die Verwendung von Ammonsulfat zusätzlich begünstigt. Am Beispiel von zwei Zementofenanlagen wurde nachgewiesen, dass auch die ammonsulfathaltigen Reststoffe ein wirksames Reduktionsmittel zur Stickoxidreduktion darstellen und dass ein Einsatz großtechnisch möglich ist. In diesem Zusammenhang konnte im Rahmen der Arbeit erfolgreich ein Patent mit dem Titel „Verwendung eines Ammoniak abgebenden Restoffes“ angemeldet werden.

AB - Zwei ammonsulfathaltige Reststoffe, die aufgrund ihrer Zusammensetzung nicht verwertet werden konnten, waren Ausgangspunkt der gegenständlichen Forschungsarbeit. Für beide Reststoffe wurde im Rahmen der Arbeit die Verwertung als Reduktionsmittel zur selektiven nicht-katalytischen Entstickung (SNCR-Verfahren) von Zementwerksabgasen vorgeschlagen. Das SNCR-Verfahren gilt in Zementanlagen zwar bereits als Stand der Technik zur Stickoxidreduktion, jedoch wird üblicherweise Harnstoff und auch Ammoniak zur NOx-Reduktion verwendet. Die Reduktion mit Ammonsulfat wird äußerst selten angewendet und wurde bislang kaum untersucht. Da kaum Erfahrungen mit Ammonsulfat vorlagen, wurde zunächst die Reduktionswirkung von handelsüblicher 40%iger Ammonsulfatlösung in insgesamt 5 unterschiedlichen industriellen Ofensystemen mit Zyklonvorwärmung im Vergleich zu 40%iger Harnstoff- bzw. 25%iger Ammoniaklösung untersucht. Zudem wurden auch Sekundäremissionen wie SO2, NH3 und CO, die durch die Reduktionsmittelzugabe entstehen können, analysiert. Das Reduktionsverhalten und die Wechselwirkung mit dem Zementherstellungsprozess wurden dementsprechend unter realen Betriebsbedingungen untersucht, wodurch die Ergebnisse an Aussagekraft für die praktische Anwendung gewinnen. Anschließend wurde die Eignung der vorliegenden ammonsulfathaltigen Reststoffe hinsichtlich Wirkstoffanteil, Lager-/ Förderbarkeit, Korrosionsverhalten und Schadstoffe überprüft. Soweit möglich, wurden die Reststoffe ebenfalls im Rahmen von Betriebsversuchen getestet. Zum besseren Verständnis der Ergebnisse der Betriebsversuche wurden wichtige Kenngrößen, die zur Quantifizierung der Reduktionswirkung und der Sekundäremissionen herangezogen wurden, in Abhängigkeit vom Molverhältnis dargestellt und unter Berücksichtigung des Einflusses von Temperatur, Verweilzeit und Vermischung theoretisch diskutiert. Die Ergebnisse der theoretischen Betrachtung sind generell für die Interpretation der Ergebnisse von SNCR-Versuchen geeignet und können daher zur Optimierung jeder SNCR-Anlage verwendet werden. Es konnte gezeigt werden, dass Ammonsulfat aus technischer Sicht hervorragend zur Stickoxidreduktion in Zementanlagen geeignet ist. Der Einsatz von handelsüblichem Ammonsulfat ist jedoch unter Berücksichtigung der gegenwärtigen Preissituation nur dann wirtschaftlich, wenn im Vergleich zu beispielsweise Harnstoff eine deutlich bessere Reduktionswirkung erzielt werden kann. Es konnte im Rahmen von Betriebsversuchen gezeigt werden, dass bei den meisten Ofenanlagen Ammonsulfat besser reagiert als Harnstoff. Durch preisgünstige ammonsulfathaltige Reststoffe wird die Verwendung von Ammonsulfat zusätzlich begünstigt. Am Beispiel von zwei Zementofenanlagen wurde nachgewiesen, dass auch die ammonsulfathaltigen Reststoffe ein wirksames Reduktionsmittel zur Stickoxidreduktion darstellen und dass ein Einsatz großtechnisch möglich ist. In diesem Zusammenhang konnte im Rahmen der Arbeit erfolgreich ein Patent mit dem Titel „Verwendung eines Ammoniak abgebenden Restoffes“ angemeldet werden.

KW - Stickoxidreduktion

KW - SNCR

KW - Zement

KW - Kohlenmonoxid

KW - Ammoniak

KW - Harnstoff

KW - Ammonsulfat

KW - Reststoff

KW - CO-Ausbrand

KW - Sekundäremissionen

KW - Ammoniak-Schlupf

KW - NOx-removal

KW - SNCR

KW - cement

KW - carbon monoxide

KW - ammonia

KW - urea

KW - ammonium sulphate

KW - residue

KW - waste

KW - CO-burn out

KW - secondary emission

KW - ammonia slip

M3 - Dissertation

ER -