Rauchgasentschwefelung

Additiv-Verfahren

Die deutschen Stromversorger haben bisher mehr als 50 Milliarden Mark für Umweltschutzmaßnahmen in ihre Anlagen investiert. Ein Großteil dieser Summe wurde für die Installation von Rauchgasentschwefelungsanlagen eingesetzt.
Die Schwefeldioxidemissionen sanken dadurch von 1,55 Millionen Tonnen im Jahr 1982 auf weniger als 120 000 Tonnen pro Jahr.

Grundsätzlich kann man drei Verfahrensarten zur Entschwefelung unterscheiden: das Additiv-Verfahren, das Trockenverfahren und das Nassverfahren.

Additiv-Verfahren

Beim Additiv-Verfahren, häufig auch als Direktentschwefelung bezeichnet, wird zum Brennstoff zusätzlich trockener Kalk oder Kalksteinmehl in den Kessel geblasen. Die Zugabe des Additivs kann an verschiedenen Stellen erfolgen: entweder bereits vor der Feuerung durch Beimengung zum Brennstoff, durch gemeinsames Eindüsen mit der Verbrennungsluft in den Brennraum, durch Einbringung in den Feuerraum des Kessels oder auch durch Zugabe in den bereits entstandenen Abgasstrom nach dem Kessel.

Ein Teil des Schwefeldioxids reagiert mit dem Kalkstein, wird gebunden und in Gips umgewandelt.

CaCO₃ --> CaO + CO₂ (bei Kalksteinmehl)

Ca(OH₂) --> CaO + H₂O (bei Kalkhydrat)

CaO + SO₂ + ½ O₂ --> CaSO₄

Der Vorteil dieses Verfahrens besteht im geringen Platzbedarf und eignet sich vor allem für kleinere Anlagen bis zu 300 Megawatt. Der Abscheidungsgrad beträgt maximal 60 %. In Deutschland verwenden lediglich 4 % aller Verbrennungskraftwerke das Additiv-Verfahren zur Rauchgasentschwefelung.

Trockenverfahren

Das besondere Merkmal von Trockenverfahren zur Rauchgasentschwefelung ist, dass die Temperatur der Rauchgase während des gesamten Prozesses nur wenig sinkt und eine Wiederaufheizung der gereinigten Rauchgase nicht notwendig ist. 8 % aller deutschen Verbrennungskraftwerke verwenden Trockenverfahren zur Rauchgasentschwefelung, hauptsächlich das Sprühabsorptionsverfahren.

Diese Technik geht davon aus, dass Schwefeldioxid an feuchten Kalkpartikeln besser absorbiert als an trockenen. Diese Technik wird auch als Quasi-Trockenverfahren oder Halbtrockenverfahren bezeichnet. In einem Sprühabsorber wird Kalkmilchsuspension fein zerstäubt und mit dem etwa 130 bis 150 °C heißen Rauchgas in Berührung gebracht. Der Wasseranteil der Suspension verdampft und die Rauchgasinhaltsstoffe reagieren mit dem eingesprühten Kalk. Es entsteht ein trockenes, feinkörniges Endprodukt, das in der Baustoffindustrie Verwendung findet.

Nassverfahren

88 % der deutschen Verbrennungskraftwerke verwenden zur Rauchgasentschwefelung Nassverfahren.

Bei diesem Verfahren werden die Rauchgase mit dem in wässriger Lösung enthaltenen Absorptionsmittel abgekühlt und mit Wasserdampf gesättigt. Als Absorptionsstoffe kommen verschiedene Stoffe wie Ammoniak oder Natriumsulfit zur Anwendung. Am weitesten verbreitet ist allerdings der Einsatz von Kalk beziehungsweise Kalksteinsuspension.

Beim Kalkstein-Waschverfahren wird das ungereinigte Rauchgas in einem Waschturm, auch Absorberturm genannt, mit einem Gemisch aus Wasser und Kalkstein, einer so genannten Waschsuspension, besprüht, wodurch das Schwefeldioxid durch chemische Reaktionen weitgehend absorbiert wird.

Dabei geht das gasförmige Schwefeldioxid zunächst in der Waschflüssigkeit in Lösung. Anschließend entsteht durch die Reaktion von Schwefeldioxid und Kalkstein Kalziumsulfit und Kohlendioxid.

SO₂ + CaCO₃ --> CaSO₃ + CO₂Im unteren Teil des Waschturms, im Absorbersumpf, sammelt sich die mit Kalziumsulfit beladene Waschsuspension. Durch Einblasen von Luft (Aufoxidation) wird die Flüssigkeit mit Sauerstoff angereichert und es entsteht eine Gipssuspension.

2 × CaSO₃ + 4 × H₂O + O₂ --> (CaSO₄ × 2 H₂O)

Nach Entzug des Wassers fällt Gips mit bis zu 10 % Restfeuchte in rieselfähiger Form an und steht als wertvolles Produkt zur Abgabe an die Baustoffindustrie zur Verfügung.

Der Schwefeldioxid-Abscheidungsgrad beträgt 95 %, die gereinigten, abgekühlten Rauchgase werden nach dieser Prozedur wieder aufgeheizt und verlassen den Turm über Tropfenabscheider mit einer Mindesttemperatur von 75 °C.

Die Vielzahl der einzelnen Verfahrensschritte macht deutlich, dass es sich bei einer Rauchgasentschwefelungsanlage praktisch um eine chemische Fabrik handelt. Es ist ein Flächenbedarf von der Größe eines halben Fußballfeldes und eine Bauhöhe von bis zu 50 Metern erforderlich.