ISBN 9783843921343

978-3-8439-2134-3, Reihe Verfahrenstechnik

Dorian Rasche
Optimierung der Oxidationsstufe der Meerwasser-Rauchgasentschwefelung unter Verwendung der Sole aus der Meerwasser-Entsalzung

161 Seiten, Dissertation Technische Universität Dortmund (2015), Softcover, B5

Zusammenfassung / Abstract

Die Meerwasser-Rauchgasentschwefelung stellt ein Verfahren dar, um in Meeresnähe effektiv SO2 aus dem Rauchgas fossil befeuerter Kraftwerke zu entfernen. In unmittelbarer Nähe dieser Kraftwerke befindet sich oft eine Meerwasserentsalzung zur Trinkwassergewinnung, die die Abwärme des Kraftwerkes nutzt und so den Gesamtwirkungsgrad steigert. Die Ablaufströme der Rauchgasentschwefelungsanlage (REA) und der Entsalzung sind als ökologisch problematisch einzustufen und müssen vor der Wiedereinleitung ins Meer nachbehandelt werden. Diese Nachbehandlung sollte aus ökologischen und ökonomischen Gründen gemeinsam in dem der REA nachgeschalteten Oxidationsbecken erfolgen.

Diese Arbeit umfasst die dreidimensionale Strömungssimulation des Oxidationsbeckens unter der Berücksichtigung zusätzlicher Soleströme aus Meerwasserentsalzungsanlagen. Ziel der Arbeit ist es, die ingenieursmäßigen Auslegungspraktiken, die sich zumeist Skalierungs- und Erfahrungswerten bedienen, durch ein fundiertes wissenschaftliches Gesamtmodell zu ersetzen. Dieses Gesamtmodell beschreibt neben den strömungsmechanischen Interaktionen der beiden Phasen: Oxidationsluft und mit SO2 beladenes Meerwasser, auch die zu erwartenden chemisch-physikalischen Wechselwirkungen, die durch die Absorption, Desorption, Dissoziation und Oxidation im Oxidationsbecken zu erwarten sind.

Um die geforderte Modellgüte zu erreichen, wird die Oxidationskinetik des Sulfits und des Bisulfits (S(IV)) in Nordseewasser neu vermessen. Der Stoffdurchgang wird im Modell durch die beiden Parameter: Blasengröße und flüssigkeitsseitiger Stoffübergangskoeffizient kL beschrieben, was im Vergleich zu der sonst üblichen integralen Bestimmung durch den kLa-Wert, der stark von der Geometrie des Beckens abhängt, einen deutlichen Vorteil bei der Übertragung des Modells auf andere Geometrien bietet. Die Säuregleichgewichte der schwefligen Säure und der Kohlensäure sowie die Oxidationskinetik sind vom pH-Wert abhängig und werden im Modell direkt über die H+-Ionenkonzentration miteinander gekoppelt. Durch die beschriebene Vorgehensweise können erstmals auf der Basis wissenschaftlicher Erkenntnisse alle relevanten chemisch-physikalischen Einflussfaktoren realitätsnah in einem dreidimensionalen Modell, gekoppelt an die sich einstellende Strömung, dargestellt werden. So kann im Vorfeld berechnet werden, wo und wie die Vermischung durchgeführt werden sollte, um den größten ökologischen und ökonomischen Nutzen zu erzielen.