Flashcards
Abgasreinigung
Cards in this deck (33)
- 1Entstehung von Schadstoffemissionen Was für Schadstoffe gibt es? wie entstehen sie?Schadstoffe:
NO, NOx RCHO (Aldehyde, Ketone)
SO2 PAK
CO2 Dioxine, Furane
CO Ruß (Feinstaub)
HC (CxHy) Schwermetalle
Entstehen durch Verbrennung von Kraftstoff und Luft - 2Welche Schadstoffe entstehen bei Verbrennung von Holz?
- 3Schadstoffbildungsmechanismen: Wie entstehen Stickoxide und was kann noch entstehen bei der Verbrennung? Wie entsteht thermisches NOx?Stickoxide: NO, NO2, NO3
Thermisches NOx ensteht durch Luftsauerstoff und Luftstickstoff bei hohen Temperaturen: (> 1250 °C) Hydroxid-Radikale - 4Wie entsteht Promptes NOx? Wie entsteht Brennstoff-NOx? NOx bei der Feuerung etwa 95 % NO und 5 % NO2!Statt Umsetzung zu N2 kann die Reaktion der Brennstoffradikale
(CHn•) mit N2 zur Bildung von NOx führen.
entsteht durch im Brennstoff gebundenen Anteile an Stickstoff
(z.B. Aminosäuren), die während der Verbrennung in NOx
umgesetzt werden.
Menge an Stickstoff ist stark brennstoffabhängig. - 5Anteile NOx Bildungsmech. bei div. Brenn(Kraft)stoffen:
- 6Wie verhält sich die Stickoxidbildung in Biomassefeuerungen?v.a. Brennstoff-NOx!
Temperaturen für
thermisches NOx
und promtes NOx
zu niedrig - 71. Welche Schadstoffe entstehen aus unvollständiger Oxidation? 2. Wie enstehen sie? 3. Wie können sie vermindert werden?1. Kohlenmonoxid
2. Vor allem bei der pyrolytischen Zersetzung von Biomasse und der
fetten Verbrennung von Kraftstoffen.Bildung in Biomassefeuerungen
v.a. beim Anfahren und AusBrand.
3. Weiterreaktion zu CO2
Bei ausreichend hoher
Temperatur (> 800 °C) - 8Es können auch höhere aromatische KW und Ruß, Feinstaub entstehen: Wie, Wo entstehen diese und was bilden sie noch?• Entstehung in brennstoffreichen Zonen der Flammen aus
niedermolekularen aromatischen Ringverbindungen (z.B. aus
Lignin)
mehrere Ethin radikale führen zu mehr Ringen -> Agglomeration=Ruß
es bilden sich auch mehrketige aromatisch KW
hochsiedende KW sind dann Teer - 9Polychlorierte Dioxine und Furane: Wie entstehen sie? Was sind die Eigenschaften? Warum sind sie gefährlich?-sind Verbindungsklassen aromatischer Ether, mit max. acht Cl bzw. BrAtomen
substituiert
-entstehen durch Verbrennung bei Anwesenheit von Cl/Br und festem Kohlenstoff Temp. Bereich 180-600°C
-langlebige Schadstoffe, hohe Toxizität (Krebs)
katalytische Wirkung von Metallen - 10Von was sind die Schadstoffe bei Kraftfahrzeugen abhängig?v.a. abhängig von Luftverhältnis λ und Gemischbildung.
- 11Ottomotor: Welche Limitierte Abgaskomponenten gibt es? Welche Nichtlimitierte Abgaskomponenten gibt es?-(Kohlendioxid CO2), Kohlenmonoxid CO, Kohlenwasserstoffe HC,
Stickoxide NOx
Partikel (alle Komponenten die unterhalb 51,7 °C auf Filter
abgeschieden werden können); gasförmige Komponenten (Benzol,
Toluol, Xylol, PAK, Aldehyde) - 12Dieselmotor: Limitierte Abgaskomponenten: Nichtlimitierte Komponenten:(Kohlendioxid CO2),
Kohlenmonoxid CO,
Kohlenwasserstoffe HC,
Stickoxide NOx,
Partikel
Cyanid, Ammoniak, SO2,
Sulfate, Methan, Ethan,
Benzol, Toluol, PAK, Phenole,
Aldehyde (z.B. Formaldehyd) - 13Beispiel: Schadstoffbildung vs. Luftverhältnis im Gasmotor Welchen Wiederspruch gibt es?Optimaler Wirkungsgrad
vs. niedrige NOx
- 14Maßnahmen zur Emissionsminderung in Verbrennungsmotoren Motorische Maßnahmen:• optimierte Gemischbildung
• optimierter Brennverlauf
• Brennverfahren
• Brennraumgestaltung
• Zündung - 15Einfluss der Biokraftstoffe auf die Schadstoffe: Biodiesel: Bioethanol:Biodiesel:
• weiniger Partikel (bis 50 %)
• leicht höhere NOx
• leicht höhere HC
• CO2 Reduktion 35 – 80 %
Bioethanol:
• weniger CO
• CO2 Reduktion 13 – 80 % - 16Welche Abgasnachbehandlungsmethoden gibt es?Drei-Wege-Katalysatortechnik
Parallele Oxidation von CO, HmCn
sowie Reduktion von NOx - 17Drei-Wege-Katalysator: Was muss erfüllt sein damit er funktioniert? Aufbau, Betriebstemperaturen, wann gibt es Schäden?nur bei Verbrennung mit λ = 1 möglich,
geringe Abweichung in den mageren Bereich (λ > 1) bewirkt
sprunghaften Anstieg der NOx-Emmissionen, da zu wenig CO für
die Reduktion → nur bei Ottomotoren mit Lambdaregelung
• Aufbau aus Keramik- oder Stahlfolienmatrix mit eingelagerten
Katalysatoren Platin, Rhodium und Cer
• hohe Temperaturen für Katalyse nötig
(ca. 250 °C) → Einbau nahe Motor
• thermische Schädigung ab ca. 600 °C
• „Katalysatorvergiftung“ durch Schwefel,
Phosphor, Zink, Arsen, Chlor, Fluor - 18Wie funkt. die Abgasreinigung beim Dieselmotor? Was gibt es noch?Magere Verbrennung mit λ > 1 → hohe Sauerstoffkonzentration im
Abgas, geringer CO-Gehalt → Reduktion von NOx wie im DreiWege-Kat
nicht möglich!
→ Oxidation von CO und HC im Diesel-Oxidations Katalysator
Partikelfilter:
i.d.R. keramisch-monolithische Zellenfilter mit
Hohen Abscheidegraden (– 99,5 %), auch im
Kritischen Partikelgrößen-Bereich (10 – 500 nm).
Regeneration der Beladung durch turnusmäßiges
Abbrennen (Zyklus mehrerer hundert km,
Indikator: Differenzdruck) - 19Wie funkt. die NOx-Reduzierung im Dieselmotor? Was ist SCR (Selektive katalytische Reduktion):NOx-Speicherkat:
Katalytische Reduktion nur in stöchiometrisch - fetten Abgas
→ Zwischenspeicherung von NOx im Katalysator (Aufoxidierung zu
Nitraten, z.B. Bariumnitrat) im normalen Betrieb
→ zyklisches „Anfetten“ des Abgases mit Reduzierung der Nitrate
über NOx zu N2
• Kontinuierliches Eindüsen von wässriger Harnstofflösung
(Handelsname AdBlue) in den Abgasstrom
• durch Hydrolyse → Wasser und Ammoniak
• Ammoniak reduziert Stickoxide im Abgas zu Stickstoff - 20Wie funkt. Rauchgasreinigung bei stationären Anlagen? Primärmaßnahmen und SekündärmaßnahmenVermeidung von Schadstoffen durch:(Primärmaßnahmen)
-optimierte Feuerung
-hohen Anlagenwirkungsgrad,
-Brennstoffe mit wenig Schadstoffen
Dennoch entstehende Schadstoffe müssen entsprechend der
gesetzlichen Reglungen reduziert werden (Sekundärmaßnahmen)
Üblich sind:
• Entstickung
• Entstaubung
• Entschwefelung - 21Entstickung: Primärmaßnahmen: Sekundärmaßnahmen:Primärmaßnahmen:
• Rauchgasrezirkulation
• Luftstufung
• Brennstoffstufung
Sekundärmaßnahmen:
• SNCR (selektive nicht
katalytische Reduktion)
• SCR (selektive
katalytische Reduktion) - 22Rauchrezirkulation:• Einblasen von Rauchgas in die Verbrennungszone
→ Sauerstoffanteil sinkt, Verbrennungstemperatur sinkt
• Reduzierung von thermischem NOx
• Variables Konzept, Ausgeführung als "Low-NOx-Brenner" - 23Luftstufung:• Zufuhr von Verbrennungsluft in mind. 2 Zonen
• Abbau Brennstoffstickstoff zu N2 durch unterstöchiometrische
Luftzufuhr
• Anschließend Ausbrand durch Sekundärluft λ > 1
• NOx-Minderung von bis zu 75 % bei Holzfeuerungen mit hohem
Brennstoffstickstoff! - 24SCR, SNCR Verfahren:Umsetzung von NOx mit NH-Radikalen.
Quelle für NH: Ammoniak, Harnstoff, Isocyansäure,…
Wichtigste Reaktionen:
4NO + 4NH3 + O2 → 4N2 + 6H2O
2NO2 + 4NH3 + O2 → 3N2 + 6H2O
Ein Teil des Ammoniaks zerfällt direkt:
4NH3 + 3O2 → 2N2 + 6H2O
Bei Temperaturen > 480 °C oxidiert Ammoniak
teilweise selbst zu Stickoxiden:
4NH3 + 4O2 → 2N20 + 6H2O
4NH3 + 5O2 → 4NO + 6H2O - 25SNCR-Verfahren:• Eindüsung von Ammoniak oder Harnstoff in Nachbrennkammer
(Temperaturbereich: 850 – 950 C)
• Überstöchiometrische Reduktionsmittelmenge nötig (Molverhältnis
1,8 – 2,2 für Harnstoff, 1,5 – 1,6 für Ammoniak)
• Verweilzeit 0,5 – 1,5 s
• Entstickungsraten
bis 80 % - 26SCR-Verfahren:• effektivster Temperaturbereich
320 – 400 °C
• nur mit bereits abgekühlten
Abgasen
• vor / nach Entstaubung
• bessere Ausnutzung des
Reduktionsmittels
• höhere Abscheidegrade
• Reduktion um 80 – 95 %
• Wabenartige, keramische
Katalysatorträger mit TiO2 - 27Entstaubung: Abscheidung durch welche Hilfmittel?• ca. 6 – 10 % Aschanteil/Brennstoff (ca. 6 g/m³)
• ca. 10 % Grobasche, 90 % Flugasche
Schwer- bzw. Fliehkraftabscheidung (Zyklone)
• Filtration (Gewebefilter, Keramikfilter, Schüttschichten)
• Elektrische Feldkräfte (Elektrofilter)
• Grenzflächenkräfte (Wäscher) - 28Elektrofilter Abscheideprinzip:• negative Aufladung der Partikel im starkem elektrischen Feld
• Transport der negativ aufgeladenen Teilchen zur positiv
geladenen Niederschlagselektrode
• Abscheidung an Niederschlagselektrode
• Gleichspannung zw. 20 – 100 kV
• kaum Einschränkungen bzgl.
Partikelgröße → auch sehr
kleine Partikel (Abscheideminimum
zw. 0,2 und 0,5 µm) - 29Zyklone• Fliehkraftabscheidung von Partikeln > 2 – 5 µm
• Einhaltung vom Staubgrenzwert 150 mg/m³ bei Biomassefeuerungen
mit unproblematsichen Brennstoffen (z.B. Hackgut)
• rel. kostengünstig
• Eingesetzt bei
Holzfeuerungen
von 100 kW – 5 MW
• begrenzte Abscheideleistung
→ u.U. zusätzl.
Filter nötig! - 30Wäscher• Im Gasstrom dispergierte Partikel werden mit Tröpfchen der
Waschflüssigkeit (Faktor 100 – 1000 größer) in Kontakt gebracht.
• Benetzung → Agglomeration
• Abtrennung
Waschwasser +
aggl. Partikel in
Abscheidern
• Druckverluste bis
400 mbar bei hohen
Abscheidegraden
(< 10 mg/m³) - 31Entsschwefelung• v.a. bei Braun- und Steinkohle relevant; Biomasse nur geringe
Schwefelgehalte!
• am weitest verbreitet:
Research-Cottrell-Verfahren
• Abscheidegrade > 90 %
• rel. günstiges Verfahren
• Verwertung Gips als Baumaterial! - 32Minderung von HCl, Dioxinen und Furanen:• Chlor aus best. Biomassen (z.B. Stroh) geht z.T. als HCl ins
Abgas
• Einhaltung von Grenzwerten durch Nasswäsche oder Kombination
aus Feinstaub-Abscheidung und Trockensorption
• Sorptionsmittel (z.B. Kalkhydrat Ca(OH)2) reagiert mit Cl zu
Kalziumchlorid (Abscheidung am Gewebefilter)
• Abscheidegrad ca. 90 %
• Dioxin- und Furan-Verminderung durch Vermeidung bzw.
Zeitreduzierung des Temperaturfensters der Denovo-Synthese
(150 – 500 °C)
• Betreiben von Filtern und Staubabscheidern unter 150 °C
• katalytische Oxidation z.B. mit SCR - 33Emissionsminderung bei Biogas-BHKW• Entschwefelung Biogas (biologisch, chemisch-physikalisch)
• Magerbetrieb (λ = 1,2 – 1,6) zur Minimierung Emissionen
(Leistungsverluste, Wirkungsgradverringerung)
• Formaldehydbonus von 1ct/kWh für die ersten 500 kW bei
Einhaltung der Grenzwerte
• Oxidationskatalysatoren (Problem: Haltbarkeit!)
Information
- Description
- Energie und Umwelttechnik 2
- Created by
- Lukas Berger · Jan 2018
- Updated
- Jul 15, 2018
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