Ammoniakbasierte Rauchgasentschwefelung in der Kokereiindustrie

Einführung

Der kokerei ist ein wesentlicher Bestandteil der Stahl- und Chemieindustrie und erzeugt Koks aus Kohle zur Versorgung von Hochofenanlagen und chemischen Prozessen. Koken ist jedoch auch mit hohen Schwefelemissionen , einer komplexen Zusammensetzung des Rauchgases und strengen Umweltvorschriften verbunden. Die Erfüllung der ultraschweren Emissionsanforderungen für Schwefeldioxid (SO₂) und Stickoxide (NOₓ) ist zunehmend herausfordernd geworden, insbesondere unter dem Doppel-Druck der Einhaltung umweltrechtlicher Vorgaben und der Kontrolle der Betriebskosten.

Unter den verschiedenen Entschwefelungstechnologien – Kalkstein-Gips-Entschwefelungsanlagen (FGD), natriumbasierte Verfahren und ammoniakbasierte Systeme – hat sich letzteres als die am besten geeignete Technologie für Kokereien herausgestellt, da es sich gut an rauchgasbedingte Bedingungen mit niedriger Temperatur und hoher Luftfeuchtigkeit anpasst, vorhandene Ammoniak-Ressourcen nutzen kann und wertvolle Nebenprodukte erzeugt.

Herausforderungen bei der Rauchgasreinigung in Kokereien

Das Rauchgas aus Koksofenanlagen stellt mehrere besondere Herausforderungen dar:

• Niedrige Temperatur und hohe Feuchtigkeit : Typische Rauchgastemperaturen liegen im Bereich von 180–280 °C, was die Wirksamkeit herkömmlicher, auf Calcium basierender Rauchgasentschwefelungsanlagen (FGD) verringert.

• Komplexe Schadstoffe : Das Rauchgas enthält Teer, Staub, Schwefelverbindungen, NOₓ sowie Spuren schwerer Metalle und erfordert daher eine robuste Mehrschadstoff-Regelung.

• Dauerbetrieb : Kokereien arbeiten rund um die Uhr, was ein zuverlässiges System mit minimaler Ausfallzeit erforderlich macht.

• Platzbeschränkungen : Kokereianlagen verfügen häufig nur über begrenzten Platz für zusätzliche Ausrüstung, weshalb kompakte und integrierte Lösungen bevorzugt werden.

Vorteile der ammoniakbasierten Rauchgasentschwefelung (FGD) in der Kokereibranche

1. Hohe Entschwefelungseffizienz

Ammoniakbasierte Rauchgasentschwefelungsanlagen (FGD-Systeme) können durchgängig SO₂-Entfernungswirkungsgrade von über 98 % erreichen , die selbst die strengsten Emissionsstandards erfüllt. Die Reaktion von SO₂ mit Ammoniak erzeugt ammoniumsulfat , das leicht gesammelt, konzentriert und in düngemittelqualitative Produkte umgewandelt werden kann. Dadurch können Kokereien die Umweltvorschriften einhalten, ohne übermäßige Investitionen in Kalksteinlagerung oder Gipsaufbereitung tätigen zu müssen.

2. Ressourcennutzung und Kosteneinsparungen

Kokereien erzeugen häufig ammoniak als Nebenprodukt der Reinigung von Koksofengas. Die direkte Verwendung dieses Ammoniaks für die Rauchgasentschwefelung (FGD) verringert den Bedarf an externen Chemikalien, senkt die Rohstoffkosten und vereinfacht die Logistik. Das erzeugte Ammoniumsulfat stellt ein einnahmequelle dar, wodurch die Betriebskosten teilweise kompensiert und ein zirkulärer Wirtschaftsansatz unterstützt wird.

3. Integrierte Mehrschadstoffkontrolle

Moderne, auf Ammoniak basierende FGD-Anlagen sind so konzipiert, dass sie mehr als nur Schwefel entfernen. Durch die Integration von mehrstufigen Sprühwäscher-Türmen, fortschrittlichen Nebelabscheidern und Gas-Flüssigkeits-Trennung können diese Systeme zudem Feinstaub (PM2,5), Quecksilber und andere Schwermetalle reduzieren. Diese integrierte Schadstoffkontrolle verbessert die Gesamtqualität des Rauchgases und verringert die Umweltbelastung.

4. Minimale Betriebsstörungen

Im Gegensatz zu Kalk- oder Kalksteinsystemen weist die ammoniakbasierte Rauchgasentschwefelung (FGD) auf geringen Systemwiderstand und ist weniger anfällig für Ablagerungen oder Verstopfungen. Die Flüssig-Gas-Reaktion verläuft schnell, und das Verfahren lässt sich nahtlos in bestehende Rauchgasentschwefelungs- und Staubabscheideanlagen integrieren, wodurch ein ununterbrochener Betrieb der Koksofenanlage gewährleistet wird.

5. Umwelt- und Wirtschaftssynergie

Die Möglichkeit, Schwefelemissionen in kommerziellen Ammoniumsulfat-Dünger umzuwandeln, schafft einen doppelten Nutzen: die Reduzierung von Umweltbelastungen sowie die Generierung wirtschaftlichen Mehrwerts. Hochwertiger Dünger aus der Rauchgasentschwefelung kann den marktüblichen Qualitätsanforderungen entsprechen und bietet Kokereien damit eine zusätzliche Einnahmequelle.

Technologische Highlights

Führende ammoniakbasierte FGD-Systeme in der Kokereibranche zeichnen sich durch mehrere fortschrittliche Merkmale aus:

• Stufenweise Trennung und Reinigung: Reduziert Ammoniak-Überschuss und Aerosolbildung, beseitigt „weißen Rauch“ und gewährleistet ultra-niedrige Emissionen.

• Optimierte Sprühabsorption: Verbessert den SO₂-Kontakt mit Ammoniak, maximiert die Reaktionseffizienz und minimiert gleichzeitig den Flüssigkeitsverbrauch.

• Energieeffizienter Betrieb: Exotherme Reaktionen können genutzt werden, wodurch thermische Verluste und der gesamte Energieverbrauch des Systems reduziert werden.

• Integrierte Staubabscheidung: Fängt feine Partikel neben Schwefelverbindungen ab und verbessert so die allgemeine Luftqualität.

Fallstudie: Implementierung durch Shandong MirShine Environmental

In einem großtechnischen Kokswerk, Wurde das mehrstufige Ammoniak-FGD-System von MirShine Environmental eingesetzt. Zu den zentralen Ergebnissen gehörten:

• SO₂-Entfernungseffizienz über 98.5%, wobei die Austrittskonzentration konstant unter 30 mg/Nm³ liegt.

• Ammoniak-Rückstand wird auf weniger als 1 mg/Nm³ gehalten, wodurch Geruch und Umweltauswirkungen nahezu vollständig eliminiert werden.

• Gemeinsame Entfernung von Feinstaub und Spuren schwerer Metalle zur Verbesserung der Mehrschadstoffkontrolle.

• Jährliche Produktion von hochwertigem Ammoniumsulfat-Dünger, der 10–15 % der Betriebskosten .

• Einspart. 18–20%energieverbrauch um im Vergleich zu herkömmlichen Kalkstein-Feuchtwäscher-Systemen reduziert.

Überlegungen zur Umsetzung

• Ammoniak-Quell-Management: Sicherstellung einer ausreichenden Ammoniakverfügbarkeit im Werk oder von Lieferverträgen.

• Temperatur- und Gasstrom-Regelung: Aufrechterhaltung des Rauchgases innerhalb des optimalen Absorptionstemperaturbereichs (180–280 °C).

• Integration mit SCR/SNCR: Vorbehandlung des Rauchgases verbessert die anschließende NOₓ-Entfernungseffizienz.

• Wartungsplanung: Korrosionsbeständige Materialien und zugängliche Konstruktionen unterstützen den kontinuierlichen Betrieb.

Fazit

Ammoniakbasierte Rauchgasentschwefelung (FGD) bietet eine umfassende Lösung für Kokereien mit dem Ziel ultra-niedriger SO₂-Emissionen, betrieblicher Effizienz und wirtschaftlicher Tragfähigkeit. Durch die Umwandlung von Schwefelemissionen in ein marktfähiges Düngemittelprodukt sowie die Erzielung einer Mehrschadstoffkontrolle verbindet diese Technologie ökologische Verantwortung mit finanziellen Vorteilen. Für Betreiber der Kokereibranche stellt die Einführung einer ammoniakbasierten Rauchgasentschwefelung nicht nur die Einhaltung moderner Emissionsstandards dar, sondern auch eine strategische Investition in eine nachhaltige und profitabel betriebene Produktion.