Rauchgas: Reinigung mit Aktivkohle gegen Quecksilber & Co.

In Abfallverbrennungsanlagen entstehen Rauchgase, die eine Vielzahl von Schadstoffen wie Dioxine, Furane, Schwermetalle und saure Gase enthalten. Angesichts strengerer Umweltauflagen müssen Betreiber zunehmend niedrigere Emissionsgrenzen einhalten. Aktivkohle bietet hier eine verlässliche und wirkungsvolle Methode zur Reinigung dieser Rauchgase.

 

Wie funktioniert Aktivkohle?

Aktivkohle ist ein hochporöses Material mit einer großen inneren Oberfläche, die es ermöglicht, Schadstoffe durch Adsorption zu binden. Die Schadstoffe haften dabei unterschiedlich fest an der Aktivkohle.

Steigt die Temperatur, „verdampfen“ einige Substanzen wieder. Das gilt insbesondere für das leichtflüchtige Quecksilber. Diese Rückreaktion lässt sich durch spezielle imprägnierte Aktivkohlen unterbinden, die chemisorptiv wirken.

Bei der Chemisorption reagiert der anhaftende Schadstoff mit dem Imprägniermittel, sodass er entweder chemisch von der aufgebrachten Imprägnierung gebunden oder durch diese in eine Form überführt wird, die an Aktivkohle adsorbierbar ist. Als Imprägnierstoffe werden unter anderem Metallsalze, Brom, Schwefel sowie verschiedene Säuren und Laugen verwendet. 
 

Abbildung 1: Die rasterelektronenmikroskopische Aufnahme verdeutlicht die poröse Beschaffenheit der Aktivkohle © Donau Carbon

 

Rauchgasreinigung mit Aktivkohle: Verfahren

In der Rauchgasreinigung kommen, abhängig von der Verbrennungsanlage, pulverförmige Aktivkohlen in einem Eindüsungsverfahren oder körnige Aktivkohlen in einem Festbettverfahren zur Anwendung. Die Wahl des Verfahrens hängt in der Regel von den Betriebsbedingungen der Anlage und den Anforderungen an die Schadstoffabscheidung ab.
 

Eindüsungsverfahren mit pulverförmiger Aktivkohle

Bei diesem Verfahren zu Rausgasreinigung wird feingemahlene, pulverförmige Aktivkohle direkt in den Rauchgasstrom eingeblasen. Die Aktivkohle verteilt sich gleichmäßig im Gasstrom und adsorbiert Schadstoffe während des Vorbeiströmens.

Das Verfahren ist flexibel, da die Dosierung der Aktivkohle je nach Bedarf angepasst werden kann. Es wird häufig in Anlagen eingesetzt, wo eine schnelle Reaktion auf wechselnde Schadstoffkonzentrationen erforderlich ist.
 

Festbettverfahren mit körniger Aktivkohle

In diesem Verfahren wird das Rauchgas durch ein festes Bett aus körniger Aktivkohle geleitet. Die Schadstoffe werden beim Durchströmen des Betts an der Oberfläche der Aktivkohlepartikel adsorbiert.

Das Festbettverfahren eignet sich besonders für Anwendungen, bei denen eine kontinuierliche Reinigung des Gases erforderlich ist, und bietet eine hohe Adsorptionskapazität über längere Zeiträume. 

Es wird oft in Anlagen eingesetzt, die stabile Betriebsbedingungen und eine gleichmäßige Schadstoffbelastung aufweisen.

 

Maximale Schadstoffbindung im Rauchgas

Klassische Anwendungsbereiche von Aktivkohle in der Rauchgasreinigung sind vor allem die Abscheidung von Dioxinen und Furanen sowie Schwermetallen wie Quecksilber.
 

Dioxin- und Furanabscheidung: Effizienz von 99,9 %

Dioxine und Furane sind hochgiftige chemische Verbindungen, die als unerwünschte Nebenprodukte bei industriellen Prozessen und Verbrennungsvorgängen entstehen. Sie gehören zu den persistenten organischen Schadstoffen (POPs), die in der Umwelt kaum abgebaut werden und sich über lange Zeiträume anreichern.
Unter stabilen Verbrennungsbedingungen werden sie zwar fast gänzlich zerstört, sie bilden sich jedoch während der Staubabscheidung bei Temperaturen über 200°C wieder.

Um diese Schadstoffe effektiv zu entfernen, werden spezielle Donau Carbon Pulveraktivkohlen eingesetzt, die bis zu 99,9 % dieser Schadstoffe aus dem Rauchgas entfernen. Der erreichbare Emissionswert liegt bei < 0,1 ng / Nm³.
 

Beispiel: Pulveraktivkohle zur Reduzierung von Dioxin/Furan Emissionen

Pulveraktivkohle ist sehr einfach in der Anwendung und bietet aufgrund der flexiblen Dosierung eine optimale Reinigungseffizienz bei gleichzeitig äußerst wirtschaftlichem Ressourceneinsatz.

1. Dosierung der Aktivkohle: Die feingemahlene Pulveraktivkohle wird in den Rauchgasstrom eingeleitet, wobei die Dosierung je nach Bedarf und Konzentration der Verunreinigungen präzise angepasst werden kann.
2. Adsorption der Schadstoffe: Die Dioxine und Furane diffundieren aus dem Rauchgas durch die Makroporen sowie Mikroporen in das Innere der Aktivkohlepartikel und lagern sich dort an der Oberfläche an.
3. Abscheidung der beladenen Aktivkohle: Anschließend wird die mit Schadstoffen beladene Aktivkohle durch den Einsatz spezieller Filtersysteme wieder aus dem Gasstrom entfernt.

Abbildung 2: Trockene Rauchgasreinigung zur Entfernung von Dioxin/Furan © Donau Carbon
 

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Schwermetalle: Quecksilberabscheidung von 98 %

Quecksilber und viele seiner Verbindungen sind hochgiftig. Besonders organische Quecksilberverbindungen und Quecksilberdampf können gravierende Schäden am Nervensystem, den Nieren und anderen Organen verursachen. 

Aufgrund seines hohen Dampfdrucks beginnt Quecksilber bereits bei Raumtemperatur zu verdampfen und breitet sich über weite Strecken in der Luft aus, bevor es sich wieder absetzt.

Diese Eigenschaft und die Fähigkeit, sich leicht mit anderen chemischen Verbindungen zu verbinden, machen Quecksilber besonders problematisch – vor allem in Abfallverbrennungsanlagen, wo hohe Temperaturen die Verdampfung beschleunigen und die Quecksilberkonzentration im Rauchgas erhöhen.

Durch den Einsatz von Aktivkohle kann Quecksilber aus dem Gasstrom effektiv entfernt werden. Die Adsorption an einer Aktivkohle von Donau Carbon ermöglicht eine 98%ige Reduktion des Quecksilbers, wobei erreichbare Emissionsgrenzwerte bei < 0,05 mg/Nm³ liegen.

Abbildung 3: Die Sättigungskurven der Quecksilberverbindungen Hg⁰ (elementares Quecksilber), HgCl₂ (Quecksilber(II)-chlorid) und Hg₂Cl₂ (Quecksilber(I)-chlorid), zeigen, wie sich die Konzentration dieser Verbindungen (mg/m³) in der Gasphase mit steigender Temperatur (°C) verändert. © Donau Carbon

 

Donau Carbon Aktivkohlen für die Rauchgasreinigung

Donau Carbon entwickelt seit Jahren spezielle Aktivkohlen, die über eine große Oberfläche, bzw. Feinheit bei Pulverkohlen, sowie eine hohe Adsorptionskapazität und Abscheideleistung für toxische Stoffe verfügen.
Eine sehr effiziente Lösung für die Rauchgasreinigung ist die pulverförmige Carbopal CCM 80 FF, eine hochaktive Kokosnuss-Aktivkohle, die auch bei Abgastemperaturen von über 220 °C eingesetzt werden kann. Mit dieser Aktivkohle ist es möglich, eine Reduzierung bei Dioxinen und Furanen von ca. 99 % zu erreichen, sowie für Quecksilber von ungefähr 90 %.

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Abbildung 4: Der höhere Anteil an Mikroporen von Aktivkohle auf Kokosnussschalenbasis bietet eine größere innere Oberfläche und erhöht vor allem die Adsorptionskapazität für kleinere und flüchtigere Schadstoffe.


Werden höhere Abbauleistungen von Quecksilber benötigt, steht die Pulveraktivkohle Carbopal PR-T zur Verfügung, die speziell für diese extrem kritische Anwendung entwickelt wurde. Sie kann bei Temperaturen über 120 °C eingesetzt werden und verursacht keine Korrosion in der Anlage.

Körnige Aktivkohlen für die Rauchgasreinigung bietet Donau Carbon mit seinen Kombisorb-Produkten, die aus einer Mischung unbehandelter oder imprägnierter Aktivkohle sowie einem Inertmaterial bestehen. Sie verfügen über sämtliche Vorteile der Aktivkohle, minimieren jedoch gleichzeitig bekannte Risiken wie z.B. die erhöhte Brandgefahr bei hohen Temperaturen.

Kombisorb-Aktivkohlen eignen sich hervorragend zur Abscheidung von Schwermetallen, insbesondere Quecksilber, sowie von Dioxinen, Furanen und anderen toxischen organischen Verbindungen wie PCBs (Polychlorierte Biphenyle).

 

Fazit: Effiziente Rauchgasreinigung mit Aktivkohle

Die fortschrittliche Nutzung von Aktivkohle in der Rauchgasreinigung stellt sicher, dass selbst strengste Emissionsvorgaben eingehalten werden. Durch die Kombination von Adsorption und Chemisorption bietet Aktivkohle eine flexible und effektive Lösung zur Entfernung gefährlicher Schadstoffe, die in der Abfallverbrennung entstehen. Ob in pulverförmiger Form für schnelle Reaktionen oder als festes Bett für kontinuierliche Reinigung – Aktivkohle ist ein unverzichtbares Element moderner Umwelttechnologie.

Sie haben Fragen oder benötigen weitere Informationen? Unsere Experten in der Anwendungstechnik und unsere spezialisierten Labors für Adsorptionstechnik beraten Sie gerne bei Ihren spezifischen Anforderungen.