Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Untersuchung der katalytischen Minderung kurzkettiger organischer Stoffe im Abgas von Zementofenanlagen an Standard SCR- und neuen Katalysatormaterialien

Im Forschungsvorhaben soll die Minderungsleistung von SCR-Katalysatoren für organische Stoffe im Abgas von Zementwerken systematisch analysiert werden. Da sich die in Zementwerken eingesetzten Katalysatormaterialien als bisher nicht optimal für die Minderung organischer Komponenten und die Stabilität im Abgas erwiesen haben, soll untersucht werden, wie Betriebsbedingungen und Materialien angepasst werden müssen, um die katalytische Leistung zu erhöhen. Nach bisheriger Betriebserfahrung ist bekannt, dass die im Abgasweg von Zementanlagen eingesetzten SCR-Katalysatoren neben der angestrebten Minderung von NOx u. NH3 auch eine gewisse Minderung organischer Verbindungen ermöglichen. Die gemessenen Umsatzraten schwanken jedoch sehr stark und kurzkettige Kohlenwasserstoffe werden kaum reduziert. In Zusammenarbeit zwischen dem Forschungsinstitut der Zementindustrie und dem Fraunhofer IKTS sollen aus dem aktuellen Forschungsstand bekannte Katalysatoren für die Eignung zum Einsatz in Zementwerken erprobt werden. Vorausgewählte Materialien werden charakterisiert u. als Probekörper hergestellt. Die Proben sowie Standard-SCR-Katalysatoren werden in Labor- und Betriebsversuchen in verschiedenen Abgaszusammensetzungen und Temperaturen auf ihre Minderungsleistung untersucht.

Das Ziel des Projektes ist es, Betriebsparameter und Katalysatormaterialien so auswählen zu können, dass eine maximale Minderungsleistung stattfindet und die Funktion der Katalysatoren nicht beeinträchtigt wird. Dadurch soll Betreibern von Zementdrehöfen, darunter viele KMU, die Möglichkeit gegeben werden, eine Minderung organischer Komponenten zu erreichen, ohne dabei mit häufigen Ausfällen der SCR-Anlage rechnen zu müssen. Für die KMU ist es wichtig zu wissen, ob und wie bestehende SCR-Anlagen optimiert werden können, ohne nachgeschaltete Abgasreinigungsanlagen installieren zu müssen. Dadurch sollen Betriebskosten gesenkt und das häufige Austauschen der Katalysatorlagen umgangen werden.

Ergebniszusammenfassung:

Die Ergebnisse haben gezeigt, dass eine Minderung kurzkettiger organischer Abgasbestandteile an allen 5 untersuchten Katalysatoren möglich ist. Dabei zeigten die Oxidationskatalysatoren (Oxikats) die höchsten Abbauraten unter den Abgasrandbedingungen eines Zementwerkes. Die organischen Komponenten Propen und Benzol wurden in den Betriebsversuchen von allen Katalysatoren gemindert. Methan und Ethan wurden nur zu einem geringen Anteil abgebaut. Allerdings kommt es beim Abbau der organischen Verbindungen teilweise zu einer unvollständigen Oxidation und zu einer entsprechenden Erhöhung der CO-Konzentration. Abhängig von der Anwesenheit weiterer Abgasbestandteile nahmen die Minderungsraten geringfügig ab. Diese Ergebnisse wurden sowohl unter Laborbedingungen als auch im realen Zementofenabgas festgestellt. Dabei zeigte sich, dass der FeZeolith die höchsten Abbauraten für Methan im realen Abgas eines Zementwerks aufwies. An den derzeitig vornehmlich im Betrieb eingesetzten SCR-Katalysatoren konnten ebenfalls signifikante Minderungsraten erzielt wer-den. Dennoch kam es zu ungeklärten Abweichungen zwischen Labor- und Betriebsversuchen. Wichtige Erkenntnisse bezüglich ihrer Wirkungsweise, insbesondere der Wechselwirkungen bei gleichzeitig stattfindender SCR-Reaktion wurden dabei gewonnen und daraus Schlussfolgerungen gezogen, die in Zukunft einen dauerhaften Betrieb ermöglichen können. Dabei bleibt die Frage jedoch offen, inwiefern Wechselwirkungen mit weiteren Abgasbestandteilen wie bspw. Formaldehyd, welches möglicherweise ebenfalls als Abbauprodukt gebildet wird, die Abbauraten beeinflussen. Durch die in diesem Forschungsvorhaben gewonnenen Erkenntnisse wird der Zementindustrie die Möglichkeit gegeben, die ablaufenden Reaktionen an SCR- und Oxikats hinsichtlich der getesteten organischen Abgaskomponenten besser als bisher zu verstehen und darauf aufbauend Lösungskonzepte zu entwickeln, die eine dauerhafte katalytische Minderung dieser Komponenten ermöglichen können.