Den Verbrennungsprodukten aus Kohle- und Olkraftwerken das Schwefeldioxid zu entziehen, wird eine vorrangige Umwelt- schutz-Aufgabe der kommenden Jahre sein. Bekanntlich gilt es den Saureregen zu verhin- dern, der Gebaude zerstort, Fische in Seen verenden IaRt und Wilder zum Absterben bringt. Der Saureregen entsteht, wenn SO? aus Verbrennungsvorgangen in der Atmo-

Abgas-Entschwefelung

sphare mit Wasserdarnpf in Beriihrung kommt. Es bildet sich schweflige Saure und nach Oxidation Schwefelsaure. Der pH- Wen des resultierenden Regens kann dann die fur die Lebenssphare extrern sauren Werte um 4 annahmen (Abbildung 1).

Das SO?-Problem entsteht nicht allein durch die Kraftwerke, auch Wohnhauser und Fa-

Abb. 1. Mittlerer pH-Wert des Regens in Europa und Nordamerika. Neutrale Lo- sungen weisen einen pH-Wert von 7 auf. Unverseuchter Regen hat den pH-Wert 5,6, ist also schon leicht sauer. Der Rekord- pH-Wert wurde 1978 in Kane, Pa in den USA mit 2.3 gemessen (nach Time 8. Nov. 1982).

Abb. 2. Anlage zur Abgasentschwefelung nach dem Knauf-Kesearch-Cotrell-Verfah- ren. Aus naturlichem Kalkstein entsteht hier Gips (nach Gebr. Knauf, Iphofen).

briken tragen hierzu uber Heizung und Pro- duktionsprozesse rnit Umsatz fossiler Brenn- stoffe bei. Daruberhinaus ist das SO?- Problem nicht allein auf nationaler Ebene zu Iosen, sondern bedarf der engen Zusarnmen- arbeit etwa der europaischen oder der nord- amerikanischen Lander.

Ein heute schon einsatzfahiges und wirt-

Physrk in unserer Zerr / 14. Jahrg. 1983 / Nr. 2 61

Notizen

schaftliches Verfahren zur Abgasentschwcfc- lung fur Kraftwerke ist das Knauf-Ke- search-Cotrell (KKC)-Verfahren. Es fuhrt ohnc weitere Chemikalienzusatze vom na- turlichen Kalkstein zu Gips, der in der Bau- industrie verwertet werden kann.

I)as Kernstuck einer solchen Entschwefc- lungsanlage bildet dcr Absorberturm. Nach I'ntstaubung der Abgasc in einem Elektrofil- tcr trctcn dicse mit Tcmperaturcn um 150°C zur bcsseren Verwirbelung tangential in den untcrcn Teil des Turnies, den Quenchcr, cin. Hicr crfolgt einc Abkuhlung auf 50 bis 60°C und cine Sittigung mit Wasscrdampf. 1)ann wird dem Abgas die sog. Quenchersuspen- sion (auf die wir noch cingehcn werden) ent- gegcngespruht und ein Teil des SO? entfcrnt. I:.ntlang des Sammeltrichters gelangt das Ab- gas nun voni unteren in den obcren Turmbe- rcich. Hier durchstriimt cs nachcinander Spruh- und NaRfilm-Zoncn und komnit da- bei niit der sog. Absorbersuspension in Kon- takt. Ils wird dadurch wcitgchend entschwc- felt. Nach Passieren cines Tropfenabschci- Jcrs vcrlaRt das gcreinigtc Abgas den Absor- berturni.

I)er Kalkstein wird in einer Kiirnung von un- tcr 60 pm mit Wasscr vermengt und als 30- bis 40-prozentige Suspension in den Absor- bertank eingefullt. Von dort gelangt dicse Absorbersuspensioii in den obcren Tcil des Absorberturnics und tritt in der Spruh- und Nalifilmkontaktzone niit dcni SO? in Wcch- sclwirkung:

2 CaCO3(f) + SOz(gJ + 1 112 H2O 4

Kalziuni- Schwefel- karbonat. dioxid. rest gasfiir-

mig

Ca(HCOjJ2(flJ +CaSOj . 1/2 HzO(f)

Kalziumhy- Kalzium- drogenkarbo- sulfit. nat. geliist fest

pH-Wert-Bereich 6.0-7.0: Teniperatur ea. 60°C

Ubcr den Sammeltrichtcr flicRt die modifi- zierte, mit Sulfit angereicherte Suspension in den Absorbertank zuruck. Als Uberlauf mit naturlichem Gefallc flieRt ein Teilstrom dcr Absorbersuspension aus deni Tank in den Quencher und somit in den unteren Krcis- lauf. 1)er Tcilstrom entspricht etwa dem Zu- lauf frischcr Kalkstcinsuspcnsion in den Tank .

Im Quencher reagiert das SO? mit dem Sulfit und dem restlichen Kalkstein der Suspension zu leichtloslichem Kalziumhydrogcn-Sulfit:

S02(g) + CaSO,. I / 2 H 2 0 ( n + 1 / 2 H2O - Schwe- Kalzium- feldi- sulfit. oxid. fest gas- niig

Ca( HS03JA fl)

Kalziumh ydro. gensulfit. ge- liist

pH Wert-Bereich 4.5-5,O: Temperatur ca. 60 "C

Durch Einblasen von Luft entsteht hieraus dann im untersten Teil des Absorberturmcs Kalziumsulfat, also Gips (CaSO, . ZHJO) .

Die grtiRcren Gipskristalle werden extrahiert und cntwissert, die kleineren Kristallc wer- den als Keime noch einmal in den Absorber- turm cingcleitet.

I)as KKC-Vcrfahren vermag eincn Ent- schwefelungsgrad von mehr als 90% zu er- reichen, d .h . der Schwefelgehalt kann bis auf 400 mg SOz pro Norm-Kubikmeter Luft ge- senkt werden. Der jahrliche Gipsanfall bei einer Leistung von 100 M W und einem Schwefelgehalt des Brennstoffes von 2% be- tragt etwa 15000 Tonnen. Dabei ist ein Lei- stungsaufwand von unter 1 M W erforderlich.

Ein weiteres Entschwefelungsverfahren, das in der Zukunft moglicherweise Einsatz fin- den wird, ist das von der Firma Westinghou- se und der amerikanischen EKDA (Energy Research & Development Agency) entwik- kelte Sulf-X. Hierbei handelt es sich um ei- nen Kreisprozefl. Das SO? wird durch cine Suspension von Eisensulfid in Wasser absor- biert. Dabei bildet sich ein instabiler Nieder- schlag, aus dem in einer weiteren Prozeflstufe reincr Schwefel abgespalten und Eisensulfid zuruckgewonnen wird. Das Ausgangsmate- rial kann aus dem weitverbreiteten Pyrit fie- wonnen werden. Der Leistungsbedarf bei Sulf-X liegt bei 1,5 bis 3% der Kraftwerkslei- stung. Das Verfahren arbeitet im neutralen pH-Bcreich, so daR die Absorberanlagen aus gewiihnlichcm Kohlenstoffstahl hergestellt werden konnen.

Kedaktion

Laserlicht bremst Na-Strahl

Elcktrisch gcladcne Tcilchen lassen sich durch clektrische und niagnetische I d d e r in ihrcr Ikwegung beeinflussen. Fur neutrale Atonie oder Molekule ist die Ablenkung durch Photonenbcschuii denkbar. Hierfur cignen sich besonders gut abstimnibare Farb- stoff-Laser, die in cxaktc Kesonanz mit eincr atomaren Linie gebracht werden konnen. Bei der Absorption des Lascrphotons durch das Atom erfolgt cin Impulsubertrag p = E/c, wcnn I1 die Photonencncrgic und c die Licht- gcschwindigkeit bedeuten. Ilieser Impuls- ubertrag ist auflcrordentlich klein, so daR erst nach Absorption vielcr zehntauscnd Photo- ncn cine Kichtungsandcrung, Abbremsung odcr auch Beschlcunigung dcr Atonic zu mcrkcn ist. Die Keeniission crfolgt im ubri- gcn in der Kcgcl isotrop, s o daR tatsachlich cin Nettoinipulsubertrag in der gewunschtcn Kichtung zustandc komnit.

W . Phillips und H . Mctcalf vom National Bureau o f Standards (NBS) in Washington I). C . bremsten in einem dcrartigcn Experi- ment einen thermischcn Natrium-Strahl (wahrscheinlichstc Geschwindigkeit etwa t 000 m/s) betrachtlich ab. Hierzu schickten die 1:orscher einem Na-Strahl eincn auf die Na-Kcsonanz abgestimnitcn 1.ascrstrahl cnt- gcgen (Abbildung 1 ) .

1

Na-Atomstrahl Spulep 1,aserstrahl

I I -

I h b c i traten zwei Schwicrigkciten auf: Zum ersten werden mit fortschreitender Photo- nenabsorption die zunehmend langsamer werdenden Na-Atomc wcgen des Doppleref- fektes aus deni spektralen Profil des Lasers hcrausgestreut. Somit ktinnen keinc weiteren Laserquanten niehr absorbiert werden. Zum z.weiten zcrfallen die Na- Atome in beide H y - pcrfein-Niveaus des Grundzustandes (Abbil- dung 2). Wegen der sehr schmalcn Laserli-

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