Ammoniak-Entschwefelung für industrielle Rauchgase: Von der SO₂-Entfernung bis zur Schwefel-Ressourcenrückgewinnung

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Die industrielle SO₂-Kontrolle befindet sich im Wandel

Seit vielen Jahren wurde die industrielle Entschwefelung hauptsächlich als ein End-of-Pipe-Umweltschutzverfahren betrachtet.

Das Ziel war einfach: Schwefeldioxid aus dem Rauchgas entfernen, bevor es den Schornstein erreichte.

Dieses Ziel bleibt wichtig; viele Industrieunternehmen betrachten jedoch nun die gesamte Stoffbilanz des Verfahrens. Wenn ein Schadstoff in ein nutzbares Produkt umgewandelt werden kann, bietet das Umweltsystem möglicherweise zusätzlichen wirtschaftlichen Nutzen.

Hier wird die Ammoniakentschwefelung besonders interessant.

Statt Kalkstein als Hauptabsorptionsmittel wird Ammoniak zur Absorption von Schwefeldioxid eingesetzt. Der absorbierte Schwefel kann anschließend in Ammoniumsulfat umgewandelt werden.

Für geeignete industrielle Anlagen kann das Verfahren daher die SO₂-Emissionskontrolle mit der Rückgewinnung von Schwefel und Stickstoff kombinieren.

MirShine Environmental Group bietet ammoniakbasierte Entschwefelungslösungen an, die speziell auf die tatsächlichen Prozessbedingungen industrieller Kunden zugeschnitten sind.

Das Grundprinzip der Ammoniakentschwefelung

Ammoniak weist eine starke Reaktivität gegenüber sauren Schwefelverbindungen auf.

Wenn Schwefeldioxid in den Absorber eintritt, kommt es mit einer ammoniakhaltigen Flüssigkeit in Kontakt.

Das SO₂ wird in die flüssige Phase absorbiert und reagiert mit Ammoniak unter Bildung von Ammoniumsulfit und Ammoniumhydrogensulfit.

Diese Verbindungen können anschließend zu Ammoniumsulfat oxidiert werden.

Der vereinfachte Prozess lässt sich wie folgt verstehen:

SO₂ → Absorption → Ammoniumsulfit/Hydrogensulfit → Oxidation → Ammoniumsulfat

Der Prozess kann an die gewünschte Produktform und die Anlagenbedingungen angepasst werden.

Warum Ammoniak ein interessanter Entschwefelungsreagenz ist

Die Wahl des Reagenzes wirkt sich unmittelbar sowohl auf den Prozess als auch auf die Wirtschaftlichkeit eines Rauchgasentschwefelungssystems (FGD) aus.

Kalkstein ist kostengünstig und weit verbreitet – ein Grund dafür, dass die Kalkstein-Gips-Rauchgasentschwefelung bei Großanwendungen weit verbreitet ist.

Ammoniak bietet einen anderen Vorteil.

Es kann direkt an der Bildung von Ammonsulfat, einem kommerziell nutzbaren Material, beteiligt sein.

Das bedeutet, dass der aus dem Rauchgas entfernte Schwefel nicht zwangsläufig ausschließlich als Abfall behandelt werden muss.

Für Anlagen, bei denen Ammoniak leicht verfügbar ist und Ammonsulfat einen wirtschaftlichen Wert besitzt, kann dies die Wirtschaftlichkeit des Entschwefelungsprozesses verändern.

Anwendungen in der Stahlindustrie

Bei der Stahlproduktion treten mehrere Prozesse auf, bei denen Schwefeldioxidemissionen zu einer Umweltbelastung werden können.

Je nach Produktionsweg sowie Brennstoff- oder Rohstoffeigenschaften kann SO₂ bei Sinterprozessen, Erhitzungsvorgängen und anderen verbrennungsbedingten Operationen entstehen.

Ein ammoniakbasiertes Entschwefelungssystem kann für diese Anwendungen bewertet werden, sofern die Gasbedingungen mit dem Verfahren kompatibel sind.

Ein Vorteil besteht darin, dass das System möglicherweise mit anderen Umwelttechnologien integriert werden kann.

Beispielsweise kann ein Stahlwerk folgende Anforderungen haben:

• Verbrennung von Schwefel

• Denitrifikation

• Staubentfernung

• Gasabkühlung

• Abwärmerückgewinnung

Ein abgestimmtes Design kann dazu beitragen, jede Anlage zur Luftreinhaltung nicht als völlig eigenständige Installation zu betrachten.

Einsatzmöglichkeiten in chemischen und petrochemischen Anlagen

Chemische und petrochemische Anlagen können relativ komplexe Gasströme aufweisen.

Einige Anlagen verfügen bereits über ammoniakbezogene Infrastruktur, was die Integration eines ammoniakbasierten FGD-Systems vereinfachen kann.

Die Anwesenheit anderer Gase und Verunreinigungen muss jedoch sorgfältig bewertet werden.

Vor der Auswahl eines Ammoniak-Entschwefelungsverfahrens sollten Ingenieure Folgendes prüfen:

• SO₂-Konzentration

• Rauchgasstrom

• Temperatur

• Feuchtigkeit

• Staub

• Chloride

• Andere saure Bestandteile

Ziel ist es, den Absorptions- und nachgeschalteten Aufbereitungsprozess an der tatsächlichen Gaszusammensetzung auszurichten, statt von einer Standardzusammensetzung auszugehen.

Anwendungen in der Energiewirtschaft

Die Stromerzeugung bleibt eine der größten industriellen Anwendungen für die Rauchgasentschwefelung.

Wo schwefelhaltige Brennstoffe eingesetzt werden, ist die Entfernung von SO₂ ein wesentlicher Bestandteil des Emissionskontrollsystems.

Eine Ammoniak-Rauchgasentschwefelung (Ammoniak-FGD) kommt in Betracht, wenn das Kraftwerk folgende Voraussetzungen erfüllt:

• Eine zuverlässige Ammoniakversorgung

• Geeignete Rauchgasbedingungen

• Eine Nachfrage nach Ammoniumsulfat

• Eine angemessene Infrastruktur zur Handhabung des Endprodukts

Eine wirtschaftliche Bewertung ist besonders wichtig, da sich die Preise für Ammoniak und der Wert von Düngemitteln im Zeitverlauf ändern können.

Die Rückgewinnung von Ressourcen verändert die Bewertungsgrundlage für FGD-Anlagen

Ein herkömmliches Umweltprojekt wird häufig anhand der Investitionskosten und der Betriebskosten bewertet.

Bei der Ammoniak-Entschwefelung kann die Berechnung umfassender sein.

Das Projekt kann umfassen:

Ammoniakverbrauch + Energieverbrauch + Wartungskosten

aber möglicherweise auch:

Wert der Ammonsulfat-Produktion

Dies bedeutet nicht, dass jedes Ammoniak-FGD-Projekt automatisch wirtschaftlicher ist als ein Kalkstein-FGD-Projekt.

Das Endergebnis hängt von den lokalen Gegebenheiten ab.

Beispielsweise kann der Ammoniakpreis an einem Standort hoch sein, während Ammonsulfat vor Ort stark nachgefragt wird. An einem anderen Standort kann Kalkstein kostengünstig sein und Gips bereits über einen etablierten Markt verfügen.

Daher ist eine standortspezifische Machbarkeitsstudie unerlässlich.

Prozesssteuerung ist entscheidend

Ein stabiler Betrieb erfordert mehr als nur die Zugabe von Ammoniak zum Rauchgas.

Der Absorptionsprozess muss geeignete Betriebsbedingungen aufrechterhalten.

Wichtige Parameter umfassen:

• Flüssigkeits-zu-Gas-Verhältnis

• Ammoniakkonzentration

• pH-Wert

• Oxidationsbedingungen

• Gas Temperatur

• Gasflussrate

Werden diese Parameter nicht ordnungsgemäß gesteuert, kann die Reagenznutzung sinken und die Produktqualität instabil werden.

Dies ist besonders wichtig, wenn Ammoniumsulfat für den kommerziellen Einsatz bestimmt ist.

Ammoniak-Überschuss und Prozessoptimierung

Eines der Probleme, die bei ammoniakbasierten Verfahren sorgfältig kontrolliert werden müssen, ist der Ammoniak-Überschuss.

Wird Ammoniak deutlich über der für die Reaktion erforderlichen Menge zugeführt, kann das System einen erhöhten Ammoniakverbrauch und möglicherweise einen höheren Ammoniak-Überschuss aufweisen.

Eine gute Prozessgestaltung zielt darauf ab, eine ausreichende SO₂-Entfernung zu erreichen, ohne Ammoniak unnötigerweise zu überschießen.

Dies erfordert eine zuverlässige Messung, eine geeignete Regelungslogik und einen guten Gas-Flüssigkeits-Kontakt.

Integrierte Rauchgasreinigung

Moderne industrielle Anlagen weisen selten nur einen einzigen Schadstoff auf, der kontrolliert werden muss.

Eine typische Anlage muss möglicherweise folgende Schadstoffe behandeln:

• NOX

• SO₂

• Staub

• VOCs

• Säuregase

MirShines Umwelttechnologie-Portfolio umfasst Entschwefelung, DeNOx, Staubabscheidung, VOC-Behandlung sowie zugehörige Systeme.

Dadurch können verschiedene Verfahren gemeinsam betrachtet werden, wenn ein Projekt eine umfassende Rauchgasreinigung erfordert.

Beispielsweise kann eine industrielle Anlage eine ammoniakbasierte Rauchgasentschwefelung (FGD) mit einer SCR-DeNOx-Anlage kombinieren.

Die endgültige Konfiguration hängt von der Prozessreihenfolge und den tatsächlichen Rauchgasbedingungen ab.

Warum mit einem erfahrenen FGD-Ingenieur zusammenarbeiten Unternehmen ?

Der Absorber selbst ist nur ein Teil eines Entschwefelungssystems.

Das komplette System kann Folgendes umfassen:

• Absorptionsausrüstung

• Zirkulationspumpen

• Ammoniakversorgung

• Oxidation

• Produktgewinnung

• Instrumentierung

• Kontrollsystem

• Leitungsanlage

• Unterstützende Ausrüstung

Ein Lieferant mit breiterer ingenieurtechnischer Erfahrung kann die Wechselbeziehungen zwischen diesen Systemen bewerten.

MirShine bietet ingenieurmäßige Planung und Ausrüstungslösungen für die industrielle Rauchgasreinigung an, mit Schwerpunkt auf maßgeschneiderten Systemen statt auf einer universellen Standardlösung.

Fazit

Die Ammoniakentschwefelung bietet einen alternativen Ansatz zur industriellen SO₂-Reduktion.

Ihr zentrales Merkmal ist die Möglichkeit, Schwefel in Form von Ammoniumsulfat zurückzugewinnen, anstatt ausschließlich einen Abfallstrom zu erzeugen.

Für Anlagen mit geeigneter Ammoniakversorgung, geeigneten Gasbedingungen und einem Markt für Ammoniumsulfat bietet die Technologie eine interessante Kombination aus Umweltschutz und Ressourcenrückgewinnung.

MirShine Environmental Group entwickelt maßgeschneiderte ammoniakbasierte Rauchgasentschwefelungs-Lösungen für industrielle Kunden und kann bei Bedarf die Entschwefelung mit anderen Rauchgasreinigungstechnologien integrieren.

Häufig gestellte Fragen

Wie entfernt Ammoniak SO₂?

Ammoniak reagiert mit absorbiertem Schwefeldioxid zu Ammoniumsulfit und Ammoniumhydrogensulfit. Diese Verbindungen können anschließend zu Ammoniumsulfat oxidiert werden.

Was ist der Vorteil der ammoniakbasierten Rauchgasentschwefelung?

Der Hauptvorteil besteht darin, dass der aus dem Rauchgas entfernte Schwefel potenziell als Ammoniumsulfat zurückgewonnen werden kann, anstatt ausschließlich als Abfall behandelt zu werden.

Ist die ammoniakbasierte Rauchgasentschwefelung für Stahlwerke geeignet?

Sie kann für bestimmte Stahlproduktionsprozesse geeignet sein, abhängig von der SO₂-Konzentration, dem Gasstrom, der Temperatur, dem Staubgehalt und anderen Gasmerkmalen.

Wofür wird Ammoniumsulfat verwendet?

Ammoniumsulfat wird üblicherweise als stickstoff- und schwefelhaltiger Dünger eingesetzt, sofern das Produkt die geltenden Qualitätsanforderungen erfüllt.

Ist Ammoniak-FGD besser als Kalkstein-FGD?

Keine der beiden Technologien ist generell überlegen. Die geeignete Option hängt von den Reagenzpreisen, dem Wert des Endprodukts, den Gasbedingungen, der vorhandenen Anlageninfrastruktur und den Umweltanforderungen ab.

Können Ammoniak-FGD und SCR kombiniert werden?

Ja. Ammoniakbasierte FGD und SCR-DeNOx können in ein umfassendes industrielle Rauchgasreinigungssystem integriert werden.

Welche Informationen sind für ein Angebot zu einer Ammoniak-FGD-Anlage erforderlich?

Typische Angaben umfassen Gasdurchsatz, SO₂-Konzentration, Gastemperatur, Staubkonzentration, Feuchtegehalt, geforderte Emissionsgrenzwerte am Austritt, Betriebsstunden sowie verfügbare Anlagenlayoutdaten.

Stellt MirShine FGD-Ausrüstung her?

MirShine bietet Umwelttechnik- und Ausrüstungslösungen für die industrielle Rauchgasreinigung, darunter maßgeschneiderte Entschwefelungsanlagen.