Statische Mischer sorgen für eine vollständige Durchmischung von Rauchgas und Ammoniak

Effektiv zur Nachverbrennung vorbereiten

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Aufgrund der Umweltschutzbestimmungen mußte ein großes Unternehmen der Chemieindustrie die Stickoxidemissionen aus den Abgasen einer Katalyseanlage reduzieren. Hierzu wurde ein Reduktionsverfahren entwickelt, bei dem die vorbereitende Durchmischung der Reaktionskomponenten mit statischen Mischern erfolgt.

Dipl.-Ing. Harald Seinsche

Brennstoffe mit viel chemisch gebundenem Stickstoff setzen bei hohen Verbrennungstemperaturen in großen Mengen Stickoxide frei. Um diese aus den entstandenen Rauchgasen effektiv zu entfernen, reichen Primärmaßnahmen oft nicht aus. Zusätzliche Vorkehrungen sind erforderlich. Hierbei kommt häufig ein nachgeschaltetes katalytisches Reduktionsverfahren, bei dem flüssig eingedüster Ammoniak als Reduktionsmittel die Stickoxide zu Stickstoff und Wasserdampf umwandelt, zum Einsatz.
Voraussetzungen für dieNachverbrennung
Da die unterschiedlichen Bestandteile des Rauchgases im Betrieb normalerweise sehr stark variieren, gelten für die optimale katalytische Nachverbrennung folgende Voraussetzungen:
• Konstante Tröpfchengröße: Die Tröpfchengröße des eingedüsten Ammoniaks sollte konstant sein, denn nur dann steigt die Reaktionsoberfläche linear mit der zunehmenden Flüssigkeitsmenge an, und die Reaktionsgeschwindigkeit bleibt nahezu unverändert.
• Vermeiden von Cold Spots: Kalte Temperaturzonen im System führen zum Auskondensieren des Ammoniaks. Dadurch wird erstens der anschließende Reduktionsprozeß unkontrollierbar, und zweitens korro-diert der Ammoniak die Leitungsrohre.
• Vollständige Durchmischung: Um eine problemlose Abreaktion des Rauchgas-Ammoniak-Gemisches im katalytischen Reaktor zu ermöglichen, müssen die beiden Reaktionskomponenten möglichst vollständig durchmischt sein.
Regelstrecke mit statischen Mischern
Eine elegante Lösung für diese Bedingungen zeigt Abbildung 1. Die Ammoniak-Regelstrecke besteht dabei aus einem Homogenisator, einem Dispergator und einem Ammoniak-Rauchgas-Mischer. Im ersten Schritt homogenisiert ein statischer Mischer die Rauchgase und bringt sie auf ein konstantes Temperaturniveau. Anschließend wird im Dispergator Ammoniak in Form eines Sprühnebels in den Abgasstrom eingedüst. Je nach Abgasbedingungen fördern zwei Dosierpumpen zwischen 0,5 und 200 l Ammoniak pro Stunde mit einer Genauigkeit von rund 0,5%. Eine simple, auf einer vorgegebenen Durchsatzmenge basierende Regelung legt fest, welche der beiden Pumpen jeweils in Betrieb ist. Beide Pumpen sollten aber auf jeden Fall pulsationsfrei arbeiten, damit eine gleichbleibende Tröpfchengröße gewährleistet ist. Ein zweiter statischer Mischer sorgt schließlich für die vollständige Durchmischung der beiden Reaktionskomponenten.
Einfach einzubauen
Statische Mischer gibt es in verschiedenen Rohrweiten. Als Materialien stehen Edelstahl, PTFE und einige Sonderwerkstoffe zur Verfügung. Da sie ohne bewegliche Teile auskommen, sind die Mischer praktisch wartungsfrei. Sie zeichnen sich durch einen geringen Platzbedarf aus und lassen sich einfach einbauen. Der Druckverlust ist durch die spezielle Anordnung der Innenstreben sehr gering. Niedrige Investitionskosten und ein kleiner Energieverbrauch machen die statischen Mischer äußerst wirtschaftlich.
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