VDI 3928-2017 Waste gas cleaning by chemisorption.pdf

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1、VEREIN DEUTSCHERINGENIEUREAbgasreinigung durch ChemisorptionWaste gas cleaning by chemisorptionVDI 3928Ausg. deutsch/englischIssue German/EnglishKommission Reinhaltung der Luft im VDI und DIN Normenausschuss KRdLFachbereich UmweltschutztechnikVDI/DIN-Handbuch Reinhaltung der Luft, Band 6: Abgasreini

2、gung StaubtechnikVDI-RICHTLINIENZu beziehen durch/Available at BeuthVerlag GmbH,10772Berlin Alle Rechtevorbehalten/All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V.,Dsseldorf2017Vervielfltigung auchfr innerbetriebliche Zwecke nicht gestattet / Reproduction even for internal use not permittedDer E

3、ntwurf dieser Richtlinie wurde mit Ankndigung im Bundes-anzeiger einem ffentlichen Einspruchsverfahren unterworfen.Die deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich.ICS 13.040.99Januar 2017January 2017The draft of this standard has been subject to public scrutiny afterannouncement in the Bundes

4、anzeiger (Federal Gazette).The German version of this standard shall be taken as authorita-tive. No guarantee can be given with respect to the English trans-lation. Inhalt SeiteVorbemerkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Anwendungsberei

5、ch . . . . . . . . . . . . . . . 32 Begriffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 Abkrzungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 Verfahrenstechnische Grundlagen . . . . . . . 54.1 Trockene Verfahren Adsorption . . . . . . . 54.2 Quasitrockene Verfahren Kombination Adsorption-Absorptio

6、n . . . . . 84.3 Nasse Verfahren Absorption . . . . . . . . . 95 Technische Sorptionsmittel . . . . . . . . . . . 95.1 Calciumbasierte Sorbenzien . . . . . . . . . . 95.2 Natriumbasierte Sorbenzien . . . . . . . . . . 145.3 Oxidische Adsorbenzien und sonstige Mineralien . . . . . . . . . . . . . . 1

7、75.4 Aktivierte Kohlenstoffe . . . . . . . . . . . . 205.5 Imprgnierte Materialien. . . . . . . . . . . . 215.6 Sonstige Feststoffe . . . . . . . . . . . . . . . 225.7 Reaktive Gase . . . . . . . . . . . . . . . . . 246 Hinweise zur Verfahrensauswahl . . . . . . . . 247 Apparative Ausfhrung . . . .

8、. . . . . . . . . . 277.1 Festbettadsorber . . . . . . . . . . . . . . . . 287.2 Wanderbettadsorber . . . . . . . . . . . . . . 287.3 Wirbelschichtadsorber . . . . . . . . . . . . . 297.4 Flugstromadsorber . . . . . . . . . . . . . . . 297.5 Nasswscher . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35Contents

9、PagePreliminary note . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21Scope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 Terms and definitions. . . . . . . . . . . . . . . 33 Abbreviations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 Process principle

10、s . . . . . . . . . . . . . . . . 54.1 Dry processes Adsorption. . . . . . . . . . . 54.2 Quasi-dry processes Combination ofadsorption and absorption. . . . . . . . . . . . 84.3 Wet processes Absorption. . . . . . . . . . . 95 Commercial sorbents. . . . . . . . . . . . . . . . 95.1 Calcium-based sor

11、bents . . . . . . . . . . . . . 95.2 Sodium-based sorbents . . . . . . . . . . . . . 145.3 Oxidic adsorbents and other minerals . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175.4 Activated carbonaceous adsorbents. . . . . . . 205.5 Impregnated materials. . . . . . . . . . . . . . 215.6 Other solids . . . . .

12、 . . . . . . . . . . . . . . 225.7 Reactive gases . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246 Notes on technology selection . . . . . . . . . . 247 Commercial reactor designs. . . . . . . . . . . . 277.1 Fixed-bed adsorbers . . . . . . . . . . . . . . . 287.2 Moving-bed adsorbers . . . . . . . . . . . .

13、 . 287.3 Fluidised-bed adsorbers . . . . . . . . . . . . . 297.4 Entrained-flow adsorbers . . . . . . . . . . . . 297.5 Wet scrubbing systems . . . . . . . . . . . . . 35Frhere Ausgaben: 06.92;08.15,Entwurf,deutschFormereditions:06/92;08/15,Draft,inGermanonlyB974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B

14、0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FB2DEE1C29BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2017-04Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 20172 VDI 3928Inhalt Seite8 Anwendungsbeispiele. . . . . . . . . . . . . . . 378.1 Festbettanlagen. . . . . . . . . . . . . . . . . 378.

15、2 Wanderbettanlagen . . . . . . . . . . . . . . . 408.3 Flugstromanlagen mit trockenen Verfahren . . 448.4 Flugstromanlagen mit konditioniert-trockenen Verfahren. . . . . . . 598.5 Flugstromanlagen mit halbtrockenen Verfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 658.6 Nasswscher . . . . . . . . .

16、 . . . . . . . . . 709 Reststoffe. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7910 Sicherheitsanforderungen . . . . . . . . . . . 80Schrifttum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81VorbemerkungDer Inhalt dieser Richtlinie ist entstanden unter Be-achtung der Vorgaben und Empfehlungen der Richt-l

17、inie VDI 1000.Alle Rechte, insbesondere die des Nachdrucks, derFotokopie, der elektronischen Verwendung und derbersetzung, jeweils auszugsweise oder vollstndig,sind vorbehalten.Die Nutzung dieser Richtlinie ist unter Wahrung desUrheberrechts und unter Beachtung der Lizenzbedin-gungen (www.vdi.de/ric

18、htlinien), die in den VDI-Merkblttern geregelt sind, mglich.Allen, die ehrenamtlich an der Erarbeitung dieserRichtlinie mitgewirkt haben, sei gedankt.EinleitungZur Entfernung gasfrmiger umweltrelevanter Stoffeaus den Abgasen industrieller Produktionsprozesse,von Kraftwerken oder Mllverbrennungsanlag

19、en,werden verschiedene Verfahren eingesetzt. Hierzu ge-hren Absorption (VDI 3679 Blatt 2), Adsorption(VDI 3674), katalytische Verfahren (VDI 3476Blatt 1 bis Blatt 3), thermische Verfahren (VDI 2442),oxidierende Gaswschen (VDI 3679 Blatt 4), nichtthermische Plasmen (VDI 2441) sowie biologischeVerfahr

20、en (VDI 3477; VDI 3478 Blatt 1 und Blatt 2).Fr eine Reihe von Abgasen bietet sich die Chemi-sorption an, bei der die luftfremden Schadstoffe einechemische Verbindung mit dem Sorptionsmittel ein-gehen. Man unterscheidet nach primren Verfahren,bei denen die Reaktionsmittel dem Brennstoff oderEinsatzst

21、off des Prozesses unmittelbar zugefgt wer-den, und sekundren Verfahren, bei denen die Sorben-zien erst in der nachgeschalteten Abgasreinigungs-stufe zudosiert werden (Bild 1). Im Rahmen dieserRichtlinie werden nur sekundre Verfahren betrachtet.Contents Page8 Application examples . . . . . . . . . .

22、. . . . . 378.1 Fixed-bed systems. . . . . . . . . . . . . . . . 378.2 Moving-bed adsorption systems . . . . . . . . 408.3 Entrained-flow systems using dry processes . . 448.4 Entrained-flow systems based on conditioned dry sorption processes . . . . . . 598.5 Entrained-flow systems using semi-dry p

23、rocesses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 658.6 Wet scrubbers . . . . . . . . . . . . . . . . . . 709Residues. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7910 Safety requirements. . . . . . . . . . . . . . . . 80Bibliography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81Preliminary noteThe con

24、tent of this standard has been developed instrict accordance with the requirements and recom-mendations of the standard VDI 1000.All rights are reserved, including those of reprinting,reproduction (photocopying, micro copying), storagein data processing systems and translation, either ofthe full tex

25、t or of extracts.The use of this standard without infringement ofcopyright is permitted subject to the licensing condi-tions specified (www.vdi.de/richtlinien) in the VDINotices.We wish to express our gratitude to all honorary con-tributors to this standard.IntroductionRemoval of environmentally har

26、mful gaseous pollut-ants from waste gases of industrial production pro-cesses, power plant and waste incinerator flue gasesis accomplished by a variety of processes. These in-clude absorption (VDI 3679 Part 2), adsorption(VDI 3674), catalytic processes (VDI 3476 Part 1 toPart 3), thermal processes (

27、VDI 2442), oxidising gasscrubbing (VDI 3679 Part 4), non-thermal plasma(VDI 2441), and biological processes (VDI 3477;VDI 3478 Part 1 and Part 2). Chemisorption pro-cesses which chemically bind air pollutants to sorb-ents lend themselves to the treatment of a variety ofwaste gas streams. A distincti

28、on is made between pri-mary processes where the reagents are directly addedto the fuel or feedstock of the process and secondaryprocesses where the sorbents are added in a down-stream air pollution control stage (Figure 1). ThisVDI Standard is reserved to the description of sec-ondary processes. B97

29、4908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FB2DEE1C29BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2017-04All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2017 VDI 3928 31 AnwendungsbereichDiese Richtlinie beschreibt die Grundlagen der Che-misorption zur Em

30、issionsminderung in der Gas-phase. Sie charakterisiert die technisch eingesetztenSorbenzien und beschreibt darauf aufbauende Che-misorptionsverfahren aus dem Gesamtspektrum derAnwendungsmglichkeiten. Wegen der anwen-dungsspezifischen Besonderheiten erfolgt keine ver-gleichende technische und konomis

31、che Bewertungder Abgasreinigungsverfahren, auch nicht im Ver-gleich zu alternativen Abgasreinigungsverfahren.2BegriffeFr die Anwendung dieser Richtlinie gelten die fol-genden Begriffe:AbgasTrgergas mit festen, flssigen oder gasfrmigenEmissionenAbsorbensFlssigkeit, die das zu absorbierende Molekl auf

32、-nimmtAbsorptionAufnahme eines Molekls aus einer gasfrmigenPhase in einer FlssigkeitAbsorptivMolekl, das sich in der Gasphase befindet (nicht ab-sorbiertes Molekl)AdsorbensFeststoff, der das zu adsorbierende Molekl auf-nimmtAdsorptim Adsorbens gebundenes MoleklAdsorptionAnlagerung eines Molekls aus

33、einer gasfrmigenPhase an einen FeststoffAnmerkung: Die Adsorption von einatomigen Gasen kann ver-nachlssigt werden.AdsorptivMolekl, das sich in der Gasphase befindet (nicht ad-sorbiertes Molekl)Chemisorption(ad- oder ab-)sorptive Aufnahme von gasfrmigenKomponenten an Feststoffen oder in Flssigkeiten

34、mit chemischer Umsetzung der sorbierten Kompo-nenten1ScopeThis standard covers the basic underlying principlesof chemisorption processes for air pollution controlapplications. It characterises the commercial adsor-bents employed and describes some of the derivingchemisorption technologies from the o

35、verall spec-trum of applications. In view of the application-spe-cific particularities, this standard does not provide acomparative technical and economic analysis of theindividual chemisorption technologies nor a compar-ison with alternative air pollution control technolo-gies. 2 Terms and definiti

36、onsFor the purposes of this standard, the following termsand definitions apply:waste gas waste gas is the carrier medium of particulate, liquidor gaseous emissionsabsorbentliquid taking up the molecule to be absorbedabsorptionuptake of a gas-phase molecule by a liquidabsorptivemolecule present in th

37、e gas phase (non-absorbedmolecule)adsorbentsolid taking up the molecule to be absorbedadsorptmolecule attached to the adsorbentadsorptiona process wherein a gas-phase molecule contacts andadheres to the surface of a solidNote: Adsorption of monatomic gases is negligible.adsorptivemolecule present in

38、 the gas phase (non-adsorbedmolecule)chemisorptionadsorption or absorption of gaseous components ontosolids or into liquids accompanied by the chemicalconversion of the sorbed componentsB974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FB2DEE1C29BEST BeuthStandardsCol

39、lection - Stand 2017-04Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 20174 VDI 3928Bild 1. Systematik der SorptionsprozesseFigure 1. Classification of sorption processes DesorptionEntfernung eines sorbierten Molekls von einemFeststoff oder einer Flssigkeit und berfhrung indie f

40、reie Gasphase (Umkehrung der Adsorption/Ab-sorption)Grenzwert in Gesetzen und Verordnungen genannte Emissions-begrenzung fr jeweils eine bestimmte Anlagen- undBrennstoffartAnmerkung: Die in dieser Richtlinie aufgefhrten Grenzwertebeziehen sich jeweils auf die in den gesetzlichen Regelwerken ge-nannt

41、en Randbedingungen.Physisorption(ad- oder ab-)sorptive Aufnahme von gasfrmigenKomponenten an Feststoffen oder in Flssigkeitendurch physikalische BindungRauchgasAbgas aus einem VerbrennungsprozessRtteldichte (Stampfdichte, Klopfdichte)Dichte getrockneten Materials nach Verdichten durchAufstampfen ein

42、es gefllten Behltnissesscheinbare Dichteberechneter Wert aus Schttdichte minus Zwischen-kornvolumenin Anlehnung an ASTM D 2652SchttdichteDichte eines getrockneten Materials, das mit einerdefinierten Fliegeschwindigkeit in einen Behltergefllt wurde in Anlehnung an ASTM D 2652desorptionremoval of a so

43、rbed molecule from a solid or a liquidand transfer to the free gas phase (reversal of adsorp-tion/absorption)emission limit value emission limit values laid down in laws and ordi-nances for a specific type of facility and fuelNote: Emission limit values indicated in this standard relate to therefere

44、nce conditions set out in the statutory regulations.physisorptionadsorption or absorption of gaseous components ontosolids or into liquids by physical interaction forcesflue gas waste gas from a combustion process packed density (tapped density)density of dried material after compaction by tappinga

45、measuring vessel filled with a material sampleapparent densitymass under specified conditions of a unit volume of asolid sorbent including its pore volume but excludinginter-particle voidsadapted from ASTM D 2652bulk densitymass under specified conditions of a unit volume of asolid sorbent including

46、 its pore volume and inter-par-ticle voids adapted from ASTM D 2652B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FB2DEE1C29BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2017-04All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2017 VDI 3928 5Stchiometriefakto

47、rQuotient aus der eingesetzten Reaktionsmittelmengeund der Menge, die fr einen einfachen vollstndigenFormelumsatz nach der Reaktionsgleichung erfor-derlich wrewahre DichteDichte eines getrockneten Materials, in der Regel be-stimmt mithilfe eines Pyknometers als Verdrngungvon Gasen in Anlehnung an AS

48、TM D 26523 AbkrzungenIn dieser Richtlinie werden die nachfolgend aufge-fhrten Abkrzungen verwendet:EBS ErsatzbrennstoffREA RauchgasentschwefelungsanlageRGR RauchgasreinigungSCR selektive katalytische ReduktionSNCR selektive nicht katalytische ReduktionTMW TagesmittelwertHMW Halbstundenmittelwert4 Ve

49、rfahrenstechnische GrundlagenDie chemisorptive Abgasreinigung ist ein komplexerProzess, der durch eine Vielzahl von parallel und se-quenziell ablaufenden physikalischen und chemi-schen Schritten gekennzeichnet ist. Makroskopischwerden Molekle aus der Gasphase entfernt und ent-weder an mikroporsen Feststoffen und/oder in reak-tiven Flssigkeiten gebunden. Man unterscheidetdementsprechend trockene (adsorptive), quasitro-ckene (kombinierte adsorptive und absorpt