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Thermische Nachverbrennung zur Abgasreinigung

Über diesen Artikel

Lesezeit

3 Minuten

Veröffentlichung

31.01.2022

Letztes Update

31.01.2022

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  • Thermische Nachverbrennung zur Abgasreinigung

Die thermische Nachverbrennung und weitere Verfahren zur Abgasreinigung

Inhalt des Wiki-Artikels

Die thermische Nachverbrennung ist ein Verfahren zur Abscheidung von Schadstoffen aus Abgasen. Verfahren zur Abgasreinigung haben die Funktion, Schadstoffe zu reduzieren, um das Klima zu schützen. Bei Verbrennungsprozessen in der Industrie entstehen Rauchgase, die schädliche Stoffe enthalten. In zahlreichen Ländern gelten bereits gesetzliche Höchstmengen für Schadstoffe in Rauchgasen.

Schadstoffe im Abgas

Zu den industriellen Anlagen, die im Betrieb durchgängig Abgase produzieren, gehören Kraftwerke, die nutzbare Energie aus fossilen Energieträgern gewinnen. In den Rauchgasen, die durch die Verbrennung von beispielsweise Kohle entstehen, sind die Hauptschadstoffe:

Die durch Menschenhand produzierten Schadstoffe beeinflussen die natürlichen Stoffkreisläufe, eine Folge der gestiegenen Emissionen ist der Treibhauseffekt. Da die globale Erwärmung mit Veränderungen des Lebensraums einhergeht, deren Konsequenzen kaum absehbar sind – wie zum Beispiel dem Abschmelzen der Polkappen und Gletscher –, werden sowohl auf internationaler als auch auf nationaler Ebene Maßnahmen eingeleitet, um den Treibhauseffekt zu begrenzen. In Deutschland beispielsweise gelten für Kraftwerke mit einer Leistung von mehr als 300 Megawatt (MW) die folgenden Abgasgrenzwerte:

  • Staub: < 50 mg/m³
  • Schwefeldioxid: < 400 mg/m³
  • Stickoxide: < 200 mg/m³

Um diese Werte zu erreichen, ist eine Abgasreinigung unerlässlich. Die Abgasgrenzwerte erfordern Mindestabscheidungsgrade von rund 99,9 Prozent bei Staub und je 80 Prozent bei Schwefeldioxid und Stickoxiden. Zur Abscheidung von Schadstoffen aus den Rauchgasen, die Kraftwerke ausstoßen, werden spezielle Anlagen eingesetzt, die einen Schadstoff nach dem anderen aus dem Abgas abscheiden.

Verfahren zur Abgasreinigung

Neben der thermischen Nachverbrennung zur Abgasreinigung werden weitere Verfahrung zur Entfernung von Schadstoffen aus Abgasen angewendet. Feste Bestandteile im Abgas werden durch Entstaubung entfernt. Dieser Prozess erfolgt durch Entstaubungsanlagen oder den Einsatz von Filtern. Zur Abscheidung von gasförmigen und tropfenförmigen flüssigen Schadstoffen werden diverse Verfahren genutzt:

  • Absorption
  • Adsorption
  • Katalytische Verfahren
  • Nichtkatalytische chemische Verfahren
  • Thermische Nachverbrennung

Absorption

Bei der Absorption nimmt ein absorbierender Stoff Schadstoffe aus dem Abgas auf. Wasser wird bevorzugt als Absorbens eingesetzt, da es kostengünstig ist. Reicht die Absorptionsfähigkeit von Wasser nicht aus, werden chemische Zusätze beigemischt.

Adsorption

Die Adsorption ist ein Verfahren, das Stoffe an die Oberfläche fester, sehr poröser Körper bindet. Das Adsorptionsverfahren eignet sich vor allem bei geringerer Schadstoffkonzentration im Abgas. Bei Anwendung einer adsorptiven Gasreinigung lassen sich Verunreinigungen relativ leicht als Wertstoff rückgewinnen, etwa als Lösemittel. Für die Abgasreinigung eignet sich ein Adsorbens auf Kohlenstoffbasis, wie zum Beispiel Aktivkohle.

Katalytische Verfahren

Katalytische Verfahren werden nicht nur in der Industrie genutzt, auch bei Fahrzeugen sind sie gängig. Der Katalysator in einem dieselbetriebenem Auto besteht aus einem keramischen Körper, der mit Edelmetallen – beispielsweise Platin oder Rhodium – beschichtet ist. Ziehen Abgase an der Oberfläche vorbei, läuft eine chemische Reaktion ab: Kohlenmonoxid wird zu Kohlenstoffdioxid und Stickoxide zu Stickstoff reduziert.

Nichtkatalytische chemische Verfahren

Bei nichtkatalytischen chemischen Verfahren werden dem Abgas Chemikalien zugeführt, die mit den im Rauchgas enthaltenen Stoffen reagieren. Durch die absichtlich herbeigeführte chemische Reaktion werden die Schadstoffe in weniger schädliche Stoffe umgewandelt. In der Industrie wird häufig das SNCR-Verfahren genutzt. SNCR leitet sich vom englischen Begriff „selective noncatalytic reduction“ ab, ins Deutsche übersetzt: selektive nichtkatalytische Reduktion. Das Verfahren dient dazu, Stickoxide im Abgas zu minimieren. Ammoniak, Ammoniakwasser oder Harnstoff reagiert per Thermolyse mit den gasförmigen Stickoxiden in Rauchgasen zu Wasserdampf und Stickstoff.

Katalytische und thermische Nachverbrennung

Es gibt zwei unterschiedliche Verfahren der Nachverbrennung zur Abgasreinigung, zum einen die katalytische und zum anderen die thermische Nachverbrennung. Bei der thermischen Nachverbrennung zur Abgasreinigung werden die Abgase in einen zusätzlichen Brennraum mit einer Temperatur zwischen 800 und 1250 °C geleitet, wo sie eine Zeitlang verweilen. Aufgrund der hohen Temperaturen in der Nachverbrennungsanlage oxidieren Kohlenwasserstoffe zu Kohlendioxid und Wasser. Anlagen zur thermischen Nachverbrennung werden auch kurz TNV-Anlagen genannt. Nach der Reinigung der Abgase durch die thermische Nachverbrennung entweichen sie in die Umwelt.

Die thermische Nachverbrennung zur Abgasreinigung geht mit einem hohen Energieaufwand einher. In der Regel werden Wärmetauscher eingesetzt, um den Energiebedarf zu senken. Über den Wärmetauscher wird Energie aus dem gereinigten Abgas rückgewonnen und zur Erwärmung des ungereinigten genutzt. Auf diese Weise muss weniger Energie neu zugeführt werden, wodurch sich die Betriebskosten reduzieren. Die Betriebsweise von TNV-Anlagen muss kontinuierlich an die schwankende Zusammensetzung des Abgases anpasst werden, die Regelung erfolgt über die Brennstoffzufuhr. Die thermische Nachverbrennung zur Abgasreinigung wird unter anderem von folgenden Industriebetrieben angewendet:

  • Druckereien
  • Lackierereien
  • Kaffeeröstereien

Prinzipiell kann die thermische Nachverbrennung zur Abgasreinigung in einer betrieblichen Verbrennungsanlage erfolgen. Ist keine vorhanden, muss eigens für das Verfahren die erforderliche Temperatur erzeugt werden. Dabei werden Brennstoffe eingesetzt, die wiederum Abgase verursachen.

Ein Nachteil der thermischen Nachverbrennung zur Abgasreinigung ist, dass Kohlenstoffmonoxid und Stickoxid unterschiedlichen Reaktionsmechanismen unterliegen: Steigt die Betriebstemperatur, erhöht sich der Stickoxidanteil im Abgas. Deshalb können Nachverbrennungsanlagen die zulässigen Grenzwerte teils nur schwer einhalten. Aus lufthygienischer Sicht ist die thermische Nachverbrennung zur Abgasreinigung vorteilhaft, da organische Schadstoffe zu CO2 und Wasser abgebaut werden.

Die katalytische Nachverbrennung erfordert deutlich niedrigere Temperaturen als die die thermische Nachverbrennung zur Abgasreinigung, etwa 300 bis 600 °C. Bei der katalytischen Nachverbrennung strömen die Abgase in einen Reaktionsraum mit Katalysator, wo die enthaltenen Kohlenwasserstoffe zu CO2 und Wasser reagieren. Zuvor müssen Partikel aus dem Abgas gefiltert werden, da diese den Katalysator schädigen könnten. Die katalytische Nachverbrennung zur Abgasreinigung ist in Fahrzeugen gängig, auch manche Öfen und Heizungsanlagen reinigen die Rauchgase mit diesem Verfahren. In der Industrie setzen unter anderem folgende Betriebe die katalytische Nachverbrennung ein:

  • Druckereien
  • Lackierereien
  • Kaffeeröstereien
  • Papierveredelungsanlagen
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