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Simultane Ad- und Desorption von Chlorwasserstoff und Schwefeldioxid an mit Magnesiumoxid imprägniertem Aktivkoks

Ernst, Ralph :
Simultane Ad- und Desorption von Chlorwasserstoff und Schwefeldioxid an mit Magnesiumoxid imprägniertem Aktivkoks.
[Online-Edition]
TU Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2002)

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Simultane Ad- und Desorption von Chlorwasserstoff und Schwefeldioxid an mit Magnesiumoxid imprägniertem Aktivkoks
Language: German
Abstract:

Die vorliegende Arbeit stellt eine Erweiterung der trockenen Rauchgasreinigung nach dem sog. BF-UHDE-Verfahren dar. Das hier vorgestellte Verfahren kombiniert die sorptionskatalytische Abscheidung von Schwefeldioxid auf Aktivkoks mit einem Verfahren, das von Rappold zur trockenen Abscheidung von Chlorwasserstoff aus Rauchgasen entwickelt wurde [RAP-98]. Die Problematik des BF-Uhde-Verfahrens bestand darin, dass adsorbierterChlorwasserstoff durch die gebildete Schwefelsäure verdrängt wird und die nachfolgende DeNOX-Stufe stört. Durch Aufbringen von Magnesiumoxid auf Aktivkoks ist das neue Adsorbens in der Lage, neben Schwefeldioxidauch Chlorwasserstoff effektiv aus Rauchgasen zu entfernen. Bei der simultanen Abscheidung von Schwefeldioxid und Chlorwasserstoff wird die Verdrängung von HCl so weit verhindert, dass der Einsatz des Verfahren möglich ist. Das Verfahren arbeitet hierbei regenerativ, d.h. das Adsorbens kann durch Ausheizen in wasserdampfhaltigem Stickstoffstrom wiedergewonnen werden. Die abgeschiedenen Schadstoffe stehen hierbei als Reichgas für eine stoffliche Verwertung zur Verfügung. Zur Präparation des Adsorbens wird der Aktivkoks in einer Lösung von Magnesiumacetat getränkt, getrocknet und pyrolysiert. Der erhaltene MgO-Anteilin den Aktivkokspellets steigt hierbei mit der Konzentration der eingesetzenMagnesiumacetatlösung bis auf ca. 10 Gew.%. Ein sinnvoller Anteil des Magnesiumoxids im Adsorbens liegt bei 2-2,5 Gew.-%, da bei höheren Werten einzu großer Anteil des Porensystems im Aktivkoks verstopft ist. Zur Untersuchung der simultanen Adsorption von HCl und SO2 wurden mehrere Versuchsreihen mit unterschiedlichen Konzentrationsverhältnissen durchgeführt. Jeder der beiden Schadstoffe beeinflusst die Durchbruchskurve des anderen hinzu einem steileren Anstieg und einem früheren Einsetzten des Durchbruchs.In Versuchen mit unbehandeltem Aktivkoks wurde die gesamte adsorbierte HCl-Menge durch die gebildete Schwefelsäure desorbiert. Durch das Aufbringen von Magnesiumoxid wird nur ein geringer Anteil des Chlorwasserstoffs durchSchwefelsäure von seinen Adsorbatplätzen verdrängt. Der größere Teil lässtsich nicht verdrängen und verbleibt auf seinen Plätzen. Da nicht der gesamteHCl zurückgehalten wird, ist zu vermuten, dass für die Adsorption von HClunterschiedliche Plätze zur Verfügung stehen. Die thermische Regeneration des Adsorbens wurde durch Ausheizen im Stickstoffstrom untersucht. Die Desorption von Chlorwasserstoff setztbereits bei Temperaturen von unter 180 °C ein, verläuft aber erst bei höherer Temperatur vollständig. Durch den Zusatz von Wasserdampf im Gasstromerhöht sich die Reaktionsgeschwindigkeit deutlich, die komplette Desorption von HCl lässt sich bei 200°C durchführen.Zum Entfernen der Schwefelsäure sind höhere Temperaturen nötig. Die Reaktion setzt bei 210 °C ein, erreicht aber erst bei Temperaturen deutlich über 300°C hinreichende Reaktionsgeschwindigkeiten. Der Zusatz vonWasserdampf zeigte keinen Einfluss auf die Reaktion. Die unterschiedlichen Desorptionstemperaturen ermöglichen eine selektive Regeneration in zwei Stufen. Zunächst kann im Temperaturbereich von 190-200°C bei Zugabe von Wasserdampf HCl desorbiert werden. In der zweitenStufe erfolgt die Zersetzung der Schwefelsäure bei hohen Temperaturen >400 °C.Hieraus ergibt sich die Möglichkeit, die stoffliche Verwertung des anfallenden Chlorwasserstoffs (zu Salzsäure) bzw. Schwefeldioxids (zu Schwefel oder Schwefelsäure) zu gewährleisten.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
This work adds an extension to the dry flue gas purification, the so called BF-UHDE process. The procedure presented here combines the sorption-catalytic separation of sulfur dioxide on activated coke with a procedure, which was developed by Rappold, to the dry separation of hydrogen chloride from flue gases [ Rap-98 ].The problem of the BF Uhde procedure consisted of the fact that adsorbed hydrogen chloride is displaced by the formed sulfuric acid and disturbs the following DeNOX stage. By applying magnesium oxide on activated coke, a new adsorbent is obtained,with the capability to remove besides sulfur dioxide also hydrogen chloride effectively from flue gases. During the simultaneous separation of sulfur dioxide and hydrogenchloride the break-through of HCl is so far prevented, that the employmentis possible. The procedure works regenerative, the adsorbent can berecovered by thermal regeneration in a nitrogen (nitrogen water vapour) stream. The separated pollutants are available as gas for a further utilization. For the preparation of the adsorbent the activated coke is soaked, in a solution of magnesium acetate. After drying and pyrolysis of the acetate, the coke contains up to 10 weight-% of MgO. A meaningful portion of the magnesiumoxide in the adsorbent is between 2-2,5 weight-%, since at higher values a large portion of the pore system is clogged in the activated coke.For the investigation of the simultaneous adsorption of HCl and SO2 severaltest series with different concentration conditions were accomplished. Each of the two pollutants affects the breakthrough curve of the other one to a steeper slope and an earlier beginning of the break-through. In experiments with untreated activated coke the entire adsorbed HCl quantity was desorbed by the formed sulfuric acid. By the use of the new adsorbent,only a small portion of hydrogen chloride is displaced by sulfuric acid.The larger part can not be displaced and remains at its place.Since the entire HCl is not held back, it is to be assumed that for the adsorption of HCl different adsorption centres are available. The thermal regeneration of the adsorbent was examined by heating in nitrogenstream. The desorption of hydrogen chloride begins already at temperatures of under180 °C, it is however completed only at higher temperatures. By adding water vapour in the gas flow the reaction rate increases clearly and leadsto a complete desorption of HCl at 200 °C.For the removal of the sulfuric acid higher temperatures are necessary.The reactionbegins with 220 °C, but only at temperatures clearly over 300 °Csufficient reaction rates are achieved. The addition of water vapour did not show any influence on the reaction. The different desorption temperatures make a selective regeneration possible in two stages. First HCl can be desorbed in the temperature range between 190-200 °C with an addition of water vapour. In the second stage the decomposition of the sulfuric acid takes place at temperatures above400 °C. The obtained gases need no further separation processes and could be used as raw materials for hydrochloric acid and sulphuric acid.English
Uncontrolled Keywords: adsorption, desorption, hydrogen chloride, sulphur dioxide, magnesium oxide, activated coke, flue gas traetment
Alternative keywords:
Alternative keywordsLanguage
adsorption, desorption, hydrogen chloride, sulphur dioxide, magnesium oxide, activated coke, flue gas traetmentEnglish
Classification DDC: 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 660 Technische Chemie
Divisions: Fachbereich Chemie
Date Deposited: 17 Oct 2008 09:21
Last Modified: 07 Dec 2012 11:48
Official URL: http://elib.tu-darmstadt.de/diss/000238
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-2384
License: Simple publication rights for ULB
Referees: Clauss, Prof. Dr. Peter
Advisors: Luft, Prof. Dr.- Gerhard
Refereed: 3 June 2002
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/238
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