Wechselwirkungen bei der Abscheidung von Schwefeldioxid und Quecksilber durch nasse Rauchgasentschwefelungsanlagen

Dissertation von Barna Heidel
Universität Stuttgart, 2015

Die nasse Rauchgasentschwefelung ermöglicht die Abscheidung von Schwefeldioxid (SO2) und wasserlöslichen Quecksilberverbindungen (z.B. HgCl2) aus Rauchgasen fossil befeuerter Kraftwerke. Diese Arbeit soll zu einem verbesserten Verständnis der Vorgänge während der Absorption dieser Schadstoffe und ihrer Folgereaktionen in der wässrigen Phase der Suspension beitragen. Hierfür werden experimentelle Untersuchungen an einer kontinuierlich betriebenen Rauchgasentschwefelungsanlage im Labormaßstab durchgeführt.

Der SO2-Abscheidegrad wird wesentlich vom treibenden Konzentrationsgefälle in der Phasengrenzschicht bestimmt. Folglich wird er durch jede Maßnahme erhöht, die zu einer Verringerung der Konzentration von physikalisch gelöstem SO2 in der Phasengrenzschicht führt. Aus diesem Grund kann durch Zusatz von Dicarbonsäuren zur Suspension eine deutliche Erhöhung des SO2-Abscheidegrades erzielt werden. Für Betriebsparameter, die einen hohen SO2-Abscheidegrad erlauben, wird HgCl2 ebenfalls nahezu quantitativ aus der Gasphase abgeschieden.

Als Folge von Redoxreaktionen in der flüssigen Phase kann die Reemission von elementarem Quecksilber (Hg0) aus der Suspension ausgelöst werden. Im Rahmen dieser Arbeit wird die Wechselwirkung von HgCl2 mit Gipspartikeln sowie Komplexliganden und Reduktionsmitteln detailliert untersucht. Die Bildungskonstanten, der inerte Redox-Charakter und die Flüchtigkeit der Halogenidomercurat(II)-Komplexe nimmt in der Reihenfolge Cl- < Br- < I- zu. Gelöste Sulfite können konzentrationsabhängig auf vielfältige Art mit HgCl2 wechselwirken. Für geringe Sulfit-Konzentrationen werden der Anteil von reaktivem HgCl2 und damit die Hg0-Reemission durch die Bildung von Sulfitomercurat(II)-Komplexen und partikelgebundenen Quecksilberverbindungen gesenkt. Andererseits ist das Sulfit-Anion insbesondere für höhere Konzentrationen und pH-Werte ein effektives Reduktionsmittel und bewirkt signifikante Hg-Reemissionen. Ähnliches gilt für das Hydroxid-Anion, das für pH-Werte über pH 8 die Rolle des dominanten Reduktionsmittels für HgCl2 übernimmt. Organische Säuren beeinflussen in Abhängigkeit ihrer funktionellen Gruppen und Kettenlänge das Redoxpotential der Suspension und hierzu proportional die Reemission von Quecksilber.

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