Einsatz eines Elektrofilters und von mehrstufigen Wäschern beim Laugen- Laugen-Rückgewinnungskessel – Rückgewinnung von Chemikalien und Verminderung

der Abgasemissionen

Beschreibung der Technik: Neben dem Laugen-Rückgewinnungskessel als einer wesentlichen Emissionsquelle für SO2 und Staub sind der Kocher, aus dem zu bestimmten Zeiten des Prozesses Lauge und Gas abgezogen wird, und der Abblasetank weitere potenzielle Quellen für Emissionen von SO2 (siehe Abbildung 3.7). Die Gasströme aus letzterem enthalten zwischen 30 und 70 % des dem Kocher zugeführten Schwefeldioxids. Diese werden üblicherweise in Tanks mit unterschiedlichen Druckniveaus sowohl aus wirtschaftlichen als auch aus Umweltgründen zurückgewonnen. Freisetzungen von SO2 aus Wasch- und Sortiervorgängen und von Gasen aus dem Eindampfer können durch Erfassung der Gase und ihrer Zuführung als Verbrennungsluft zum Laugen-Rückgewinnungskessel zurückgewonnen werden.

Pulp to bleach plant Cooking plant Blow tank Brown stock

washing

SO2 from collecting system for aerating gases SO₂ liquid Filtrates from washing

Wood MP*….. Medium pressure acid storage tank LP*…… Low pressure acid storage tank

Abbildung 3.7: SO2 – Kreislauf in einer Sulfitzellstofffabrik

Black liquor = Schwarzlauge; Blow tank = Abblasetank; Brown stock washing = Waschen von ungewaschenem Zellstoff;

Concentrated black liquor = konzentrierte Schwarzlauge; Cooking plant = Kochanlage; Counter-Flow Multi-stage scrubber

= Gegenstrom-Mehrstufenwäscher; Dissolving = Lösen; Electrostatic precipitator = Elektrofilter; Evaporation plant = Eindampfanlage; Exhaust air = Abluft; Filtrates from washing = Filtrate vom Waschen; MgO-ash = MgO-Asche; MgO Silo

= MgO-Silo; Neutralisation = Neutralisation; Pulp to bleach plant = Zellstoff zur Bleichanlage; Raw acid = Rohsäure;

Recovery boiler = Laugen-Rückgewinnungskessel; SO2 from collection system for aerating gases = SO2 aus dem Erfassungssystem der Entlüftungsgase; SO2 liquid = flüssiges SO2; Storage tank for liquid fresh SO2 = Lagertank für frisches, flüssiges SO2; Strong acid tank = Tank für Starksäure; Water = Wasser; Wood chips = Holzhackschnitzel

HP*……High pressure acid storage tank = Hochdruck-Säurelagertank MP*…...Medium pressure acid storage tank = Mitteldruck-Säurelagertank LP*……Low pressure acid storage tank = Niederdruck-Säurelagertank

Die schlussendlich auftretenden Schwefeldioxidemissionen hängen eng mit dem System zur Rückgewinnung der verbrauchten Kochlauge zusammen. Das Rauchgas aus der Verbrennung der konzentrierten Schwarzlauge beinhaltet eine beträchtliche Menge an gasförmigem SO2. Sie schwankt etwas entsprechend der Sulfidität der verbrauchten Lauge, die aus dem jeweils angewendeten Sulfitprozess herrührt. Zur Verminderung dieser Emissionen können eine gut gewählte Konzeption und ein sorgfältiger Betrieb des Ofens sowie zusätzliche Abgasbehandlungsanlagen (Mehrstufenwäscher) eingesetzt werden.

Der Magnesiumbisulfit-Rückgewinnungsprozess erfordert zur weitgehenden Minimierung der MgSO4- und SO3-Bildung kontrollierte Oxidationsbedingungen und Temperaturen zwischen 1250 und 1400 °C zur Erzeugung einer sauberen Asche mit einer maximalen Reaktivität bei Kontakt mit Wasser. Die in der Kochanlage eingesetzten Chemikalien treten im Rauchgas in Form von leichter MgO-Asche und der Schwefel als SO2 auf. Durch das Zusammenführen dieser beiden Chemikalien in einem Gegenstrom-Mehrstufenwäscher entsteht frische Kochflüssigkeit.

Die Stufen zur Wiederherstellung der Kochflüssigkeit bestehen aus einer Reinigung der MgO-Asche mittels

Anwendbarkeit und Charakterisierung der Maßnahme: Die Maßnahmen zur Verminderung der SO2 -Emissionen können als prozessintegrierte Technik betrachtet werden, da das im Wäscher eingesetzte Waschwasser und das ausgewaschene SO2 im Prozess wiederverwendet werden. Diese Technik ist sowohl für bestehende als auch für neue Fabriken einsetzbar. Die die Möglichkeiten zur weiteren Reduzierung der Schwefelemissionen beeinflussenden Faktoren sind die Art des Sulfitprozesses (Art der Kochbase und pH-Wert der Kochlösung) und zu einem gewissen Grad die Größe der Fabrik. Die Beschreibung der mit den BVT generell erreichbaren Emissionsniveaus ist für Sulfitzellstofffabriken wegen der höheren Flexibilität beim Sulfitaufschluss schwieriger als für Sulfatzellstofffabriken. Nachfolgend werden zwei Beispiele für die Wirksamkeit von Systemen zur Reduzierung der SO2-Emissionen in einer kleineren (35000 t/a) und einer größeren Fabrik (300000 t/a) wiedergegeben.

Wichtigste erreichte Emissionswerte/Umweltnutzen: In allen Sulfitzellstofffabriken mit Chemikalienrückgewinnung aus der Kochlauge werden verschiedene Arten von Wäschern zur Rückgewinnung von SO2 eingesetzt.

Eine kleine Fabrik (Neusiedler AG) zur Herstellung von gebleichtem Sulfitzellstoff aus Nadelholz (Weißgrad 87% ISO) betreibt ein Rauchgasreinigungssystem, das aus einem Elektrofilter und einem Gegenstrom-Dreistufenwäscher besteht. Diese Fabrik berichtete folgende im Jahre 1998 gemessenen Werte:

NOx4 SO2 CO Staub O2

1 Die Emissionsgrenzwerte und die gemessenen Werte beziehen sich als Tagesmittelwerte auf Normbedingungen (0°C, 1013 mbar) und auf einen Sauerstoffgehalt von 5 % nach Abzug des Wasserdampfgehaltes (trockenes Gas).

Entsprechend des Österreichischen Luftreinhaltegesetzes dürfen 95 % aller Tagesmittelwerte die gültige Massenkonzentration nicht überschreiten.

2 Der Trockensubstanzgehalt der konzentrierten Schwarzlauge beträgt nach der Eindampfung 56 – 58 % TS. Der Energiegehalt der Schwarzlauge liegt bei 7,8 GJ/t. Im Mittel werden je Tonne produzierten Zellstoffs 2,16 t Schwarzlauge verbrannt.

3 Ein kleinerer Teil des Rohgases (36,2 MJ/Nm³) wird der Flamme zur Unterstützung der Verbrennung und aus Sicherheitsgründen zugegeben. Die Rohgasmenge schwankt zwischen 4758 Nm³/d und 6742 Nm³/d, was 39 Nm³/t oder 1,4 GJ/t Zellstoff entspricht. Der Beitrag der Rohgasverbrennung zu den Gesamtemissionen ist vernachlässigbar.

4 Üblicherweise liegen die NOx-Konzentrationen im Bereich von 350 mg/Nm³. Durch die Eindüsung von Ammoniak wird die durchschnittliche Konzentration auf ca. 250 mg/Nm³ erniedrigt.

Tabelle 3.14: Abgasemissionen in die Atmosphäre vom Laugen-Rückgewinnungskessel einer kleinen österreichischen Fabrik zur Herstellung von 35000 t/a Sulfitzellstoff

[Alle Angaben stammen von einem Betriebsbesuch im Oktober 1998]

Die Schwankungen der NOx-Konzentrationen sind sehr klein; sie bewegen sich um den Wert 250 mg/Nm³. Die Staubemissionen werden nicht kontinuierlich überwacht, da der Staub mittels Elektrofilter und dreistufigen Wäschern nahezu vollständig abgeschieden wird. Die SO2-Emissionen liegen normalerweise deutlich unter 100 mg/Nm³, aber es können einige Spitzen bis zu 450 - 600 mg/Nm³ auftreten. Diese Spitzen werden hauptsächlich durch Reinigungsvorgänge unter Verwendung von Säure verursacht (zwei bis dreimal monatlich). In diesem Fall sind nur zwei Wäscher in Betrieb.

Eine große schwedische Fabrik (Nymölla), die Sulfitzellstoff auf Basis von Magnesiumsulfiten mit einer jährlichen Produktionskapazität von 300000 t/a Zellstoff herstellt, berichtete SO2-Emissionen aus dem Prozess im Bereich von 1,0 – 1,5 kg S/t Zellstoff. Im Rückgewinnungssystem findet die SO2-Absorption aus dem Rauchgas des Laugen-Rückgewinnungskessels in fünf Venturi-Wäschern statt. Ein System zur Erfassung der verschiedenen Entlüftungsgase ist vorhanden. Die Entlüftungsgase aus der Kocherei, Wäscherei und Eindampferei werden gesammelt und dem Laugen-Rückgewinnungskessel als Verbrennungsluft zugeführt.

Emissionsmessungen: Automatische Geräte zur Bestimmung von SO2 und NOx. Verlagerungseffekte: Negative Verlagerungseffekte sind nicht zu erwarten.

Betriebserfahrungen: In allen Sulfitzellstofffabriken auf Basis von Magnesiumsulfiten werden verschiedene Varianten des beschriebenen Systems zur Verminderung der SO2-Emissionen eingesetzt. Allerdings werden von den europäischen Fabriken unterschiedliche SO2-Eliminationsleistungen berichtet.

Angaben zur Wirtschaftlichkeit: Es sind keine Daten verfügbar.

Wichtiger Grund für die Einführung dieser Technik: Die Rückgewinnung von SO2 aus der Verbrennung von Abfalllauge ist Bestandteil der Zubereitung von Kochlauge und wird sowohl aus wirtschaftlichen als auch aus Umweltgründen praktiziert. Allerdings werden normalerweise zur weiteren SO2-Reduktion leistungsfähigere Systeme eingesetzt. Leistungsfähigere Systeme zeichnen sich durch eine zusätzliche Wäscherstufe zur SO2 -Absorption und durch ein Erfassungssystem für die Entlüftungsgase aus der Kocherei, Wäscherei und Eindampferei aus.

Referenzanlagen: Zahlreiche Anlagen in Europa setzen ähnliche Systeme ein.

Literatur:

[SEPA-Report 4008, 1992], [Angaben von einem Betriebsbesuch, 1998]