Teerentfernung
Durch die Auswahl geeigneter Vergasungstechnologien kann der Teergehalt im Produktgas auf ein gewisses Mafi reduziert werden (Kapitel 11.1.1). Jedoch rei — chen derartige Primarmafinahmen meist nicht fur eine direkte Nutzung der Pro — duktgase in Stromerzeugungs — und insbesondere Syntheseanlagen aus. Deshalb ist eine sekundare Teerentfernung meist zwingend erforderlich.
Zur Teerentfernung werden grofitenteils physikalische Methoden — zumeist Wascher oder Elektroabscheider — eingesetzt. Diese Verfahren erfordern allerdings eine Kuhlung des Gases vor der Abscheidung der Teere in kondensierter Form. Daneben kann Teer prinzipiell auch uber die thermische oder katalytische Teerentfernung in stabile Gaskomponenten umgewandelt werden; unter diesen Bedingun — gen tragt der Teer auch zum Heizwert des Produktgases bei. Diese unterschiedli — chen Optionen werden nachfolgend vorgestellt (vgl. Tabelle 11.8).
Physikalische Teerentfernung. Bei Verfahren auf der Basis der physikalischen Teerentfernung wird das Produktgas zunachst abgekuhlt. Dabei kondensieren die Teerkomponenten. Die dabei anfallenden Tropfchen werden aus dem Produktgas — strom mit ahnlichen Verfahren wie die Partikel abgeschieden (z. B. Wascher, Nasselektroabscheider, Filter mit Filtermedium). Deshalb wird nachfolgend nur auf die spezifischen Eigenheiten der Teerentfernung eingegangen.
Wascher. Der Wascher stellt die am haufigsten angewendete Methode der Teerent — fernung dar. Dabei konnen unterschiedliche Waschmedien eingesetzt werden.
Obwohl mit einer Wasserwasche keine guten Abscheidegrade fur Teer erreicht werden konnen, da der gasformige Teer lediglich durch den Kuhleffekt im Wa — scher kondensiert und zur Koaleszenz gebracht wird, wurde diese in der Vergan — genheit immer wieder eingesetzt. Der Grund dafur ist, dass das Rohgas im Wa — scher gleichzeitig von anderen Verunreinigungen befreit und — fur eine motorische Nutzung notwendig — abgekuhlt wird. Dabei konnen mit den verschiedenen Wa — schertypen (u. a. Waschturme, Rotationswascher, Prallwascher, Venturiwascher) Teerwerte im Reingas von ca. 20 bis 40 mg/m3 erreicht werden; dabei ist nach dem Wascher zusatzlich ein Tropfenabscheider notwendig.
Wegen der geringen Teerabscheidung, aber auch aufgrund des Anfalls von Kondensaten und belasteten Abwassern, deren umweltvertragliche Entsorgung sehr aufwandig ist, werden derzeit an verschiedenen Anlagen olbasierte Wascher eingesetzt /11-5/, /11-89/, /11-124/. Diese haben den Vorteil, dass sich der Teer im Gegensatz zu Wasser in Ol zusatzlich lost, womit Reingaswerte um 10 mg/m3 erreicht werden konnen. Gleichzeitig kann das beladene Waschmedium thermisch (d. h. durch Verbrennen) genutzt bzw. entsorgt und damit ein Abwasseranfall (mit allen damit verbundenen Konsequenzen) vermieden werden.
Beispielsweise wird zur Maximierung der Teerabscheidung beim sogenannten OLGA-Prozess /11-85/ in einer gestuften Wasche anstatt Wasser ein organisches Losungsmittel eingesetzt. Dieses Waschverfahren arbeitet dabei uber dem Tau — punkt des Wasserdampfes, damit abgeschiedene Teere und Prozesswasser nicht vermischt werden. Das nach der Teerabscheidung beladene Losungsmittel wird in einer zweiten Kolonne gestrippt und das teerreiche Gas in den Vergasungsreaktor ruckgefuhrt. Der Vorteil dieses Verfahrens liegt darin, dass kein weiterer Abfall — strom anfallt und die Taupunktstemperatur der Teere im Reingas sehr tief ist (bis zu -17 °C). Deshalb konnen die entsprechend gereinigten Gases auch fur Synthe — sen eingesetzt werden /11-16/.
Unabhangig vom eingesetzten Waschmittel fuhren Waschverfahren zu einer Verringerung des Systemwirkungsgrades (d. h. Vernichtung der Latentwarme des Produktgases).
Nasselektroabscheider. Eine klassische Variante zur Teerentfernung ist der Elekt — roabscheider. Dabei werden fur die Teerentfernung aus Produktgasen i. Allg. Draht-Rohren-Elektroabscheider den Platten-Elektroabscheidern vorgezogen.
Das Gas wird vor dem Eintritt in den Elektroabscheider mit Wasser gesattigt. Die entstandenen Flussigkeitstropfchen und Partikel werden danach im Elektroab — scheider abgeschieden. Zur Entfernung der kondensierten Teere von den Elektro — den des Abscheiders wird meist Wasser eingesetzt, wobei die erforderliche Was — sermenge — und damit der Aufwand zur Wasseraufbereitung — je nach Teerart variiert.
Ein Vorteil dieses Gasreinigungsverfahrens ist die Moglichkeit einer kombinier — ten Staub — und Teerabscheidung, mit der sehr hohe Reinheitsgrade erreicht werden konnen (< 10 mg/m3n) /11-16/.
Filter mit Filtermedium. Durch die Kondensation der Teere zur klebrigen Parti — keln ist die Abreinigung von teerbeladenen Filtermedien im Regelfall schwierig. Durch die genannte Precoatisierung konnen jedoch diese Effekte weitgehend redu — ziert und die einfache Abscheidung des Teer-Staub-Filterkuchens ermoglicht wer — den.
Eine weitere mogliche Losung bieten noch in der Entwicklung befindliche kon — tinuierlich arbeitende Schuttschichtfilter (siehe Partikelabscheidung). Derartige Filter konnen auch bei hohen Temperaturen eingesetzt werden. Dann ist eine kom — binierte Teer — und Staubentfernung moglich; dabei kann die Teerentfernung kata — lytisch bzw. thermisch erfolgen.
Katalytische Teerentfernung. Durch den Einsatz von katalytisch aktiven Mineralien (z. B. Kalziumoxid (CaO), Magnesiumoxid (MgO), Dolomit) oder durch Katalysatoren auf Metallbasis (z. B. Nickel (Ni), Eisen (Fe)) konnen Teerverbindungen wirksam gespalten (gecrackt) und damit in kurzerkettige stabile Gaskomponenten umgewandelt werden. Hier konnen bereits bei Temperaturen von 800 bis 950 °C Teerreduktionsraten von uber 99 % erreicht werden. Durch die
Zugabe von Dampf lasst sich die Wirkung noch weiter verbessern. Aus okonomischen Grunden bietet sich der Einsatz relativ billiger und unempfindlicher nicht-metallischer Materialien (z. B. Dolomite, Zeolithe, Kalkspat, Kalzium — aluminate) oder von Metallen an /11-148/.
Ein grundsatzliches Problem stellen dabei Koksablagerungen am Katalysator dar, die zur Absenkung der Katalysatoraktivitat fuhren. Sie entstehen bei der Aufspaltung der Teere in kurzerkettige Kohlenwasserstoff-Verbindungen, da diese spezifisch mehr Wasserstoff beinhalten im Vergleich zu den langkettigen Verbin — dungen (d. h. Teere).
Meist werden diese katalytisch unterstutzten Crackreaktionen in einem speziel — len Crackreaktor durchgefuhrt, der direkt hinter dem Vergasungsreaktor angeord — net wird. Dies kann ein Festbett — (z. B. /11-117/, /11-119/, /11-148/) oder Wirbel — schichtreaktor sein; hier wurden bereits stationare und zirkulierende Wirbelschich — ten untersucht /11-126/.
Beispielsweise wird bei einer innovativen Verfahrenslosung zum Cracken von Teeren ein Festbettreaktor verwendet, bei dem durch ein periodisches umgekehrtes Durchstromen des Reaktors eine hohe thermische Effizienz erzielt wird (reverse flow reactor). Die fur die Teerspaltung notwendige Energie wird durch eine par- tielle Oxidation bereitgestellt, indem gezielt Luft in den Reaktor eingeblasen wird. Dadurch soll — bei entsprechenden Energieverlusten — eine Teerumwandlungsrate von uber 98 % realisierbar sein /11-164/.
Bei Wirbelschichtvergasern besteht zusatzlich die Moglichkeit, den Katalysator direkt in der Wirbelschicht als Bettmaterial zu verwenden /11 -25/. Dazu muss aber zum Einem ein abriebfester Katalysator zur Verfugung stehen und zum Anderen mussen Koksablagerungen am Katalysator wirksam verhindert werden.
Ein positiver Begleiteffekt beim katalytischen Teercracken ist, dass weitere Verunreinigungen (z. B. Ammoniak) ebenfalls deutlich reduziert werden konnen. Beispielsweise liegen beim Ammoniak (NH3) die erzielbaren Konversionsraten zwischen 70 und 80 % /11-20/, /11-23/, /11-24/, /11-26/, /11-27/, /11-28/, /11-29/, /11 -70/, /11 -86/, /11-148/, /11-152/.
Thermische Teerentfernung. Durch das thermische Cracken konnen hohere Koh — lenwasserstoffe in niedrigere gespalten werden. Eine derartige thermische Teer — spaltung wird vornehmlich bei Wirbelschichtvergasern aufgrund der hier gegebe — nen hohen Austrittstemperaturen auf der Produktgasseite angewandt. Dazu wird hier durch sekundares Einblasen von Luft oder Sauerstoff eine partielle Oxidation eingeleitet, die mit einer Temperaturerhohung einhergeht. Dadurch wird allerdings der meist schon niedrige Heizwert des Produktgases geringfugig weiter vermin — dert.
Als Alternative kann deshalb das Rohgas auch mit einer heiBen Oberflache in Kontakt gebracht werden. Eine derartige thermische Teerspaltung wurde in ver — gangenen Jahrzehnten bei der Kohlevergasung mit Erfolg angewandt. Unter opti — malen Bedingungen (Temperatur > 1 000 °C) sind dadurch Teerreduktionsraten von 80 bis 90 % moglich.
Weitere Alternativen der thermischen Teerentfernung (z. B. partielle Oxidation, Plasmabogen) sind jedoch insgesamt als problematisch einzustufen. Der dazu not — wendige Kompromiss zwischen geringen Kosten, sicherem Betrieb und volliger Teerzerstorung wurde bisher nicht gefunden /11-70/, /11-86/, /11-152/.