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FZKA6431.Pdf Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Wissenschaftliche Berichte FZKA 6431 Ergebnisbericht über Forschung und Entwicklung 1999 Institut für Technische Chemie - fi. .u"'"~ 1ur1gszentrum KarisrLihe GrnbH Technik und Umwelt Zentralbibliothek -6.JUU21111 .I ,,I -l Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt FZKA 6431 Ergebnisbericht über Forschung und Entwicklung 1999 Institut für Technische Chemie I I ·' Als Manuskript vervielfältigt Für diesen Bericht behalten wir uns alle Rechte vor Forschungszentrum Karlsruhe GmbH Postfach 3640, 76021 Karlsruhe Mitglied der Hermann von Helmholtz-Gemeinschaft Deutscher Forschungszentren (HGF) ISSN 0947-8620 ISSN 094 7-8663 Institut für Technische Chemie {ITC) Direktorium: Prof. Dr. E. Dinjus (ITC-CPV) Prof. Dr. R. Nüesch (ITC-WGT) Prof. Dr. H. Seifert (ITC-TAB) Im Institut für Technische Chemie sind die drei chemisch­ sehe Zusatzbeheizung lässt sich bei den geplanten Ver­ technisch ausgerichteten wissenschaftlichen Bereiche Ther­ suchen zur Verbrennung organisch beladener Abwässer das mische Abfallbehandlung, Chemisch-Physikalische Verfah­ Temperaturprofil kontrolliert einstellen. Das Ausbrandverhal­ ren und Wasser- und Geotechnologie zusammengefasst. Die ten mittel- und niederkalorischer fester Abfälle wurde durch F+E-Arbeiten werden gegenwärtig überwiegend im Rahmen Einsatz von Modellabfällen im Labordrehrohrofen GUSTAV des Projekts "Schadstoff- und Abfallarme Verfahren" durch­ untersucht. Zur Pyrolyse von Sonderabfällen, wie Elektro­ geführt. Diese Bereiche werden seit dem 1.9.1999 ergänzt und Elektronikschrott, wurde eine Drehrohranlage im Labor­ durch die neue Zentralabteilung "Technikbedingte Stoff­ maßstab weitgehend fertiggestellt Damit die Pyrolysegase ströme", die die technischen, ökologischen und wirtschaft­ energetisch ohne Probleme weiterverwendet werden kön• lichen Rahmenbedingungen ausgewählter industrieller Stoff­ nen, ist eine Heißgasfiltration mittels Kerzenfilter dem Pyro­ ströme untersucht. lyseprozess nachgeschaltet Zur Abreinigung der Hochtem­ peraturfilterkerzen wurde ein neues Verfahren auf der Basis Die Arbeiten im Bereich Thermische Abfallbehandlung kurzzeitiger Druckabsenkung entwickelt. (I TC-TAB, Leitung: Prof. Dr.-lng. H. Seifert) betreffen vor allem die Verbrennung von Abfällen. Neben Untersuchungen Die letztgenannten Aktivitäten stehen in engem Zusammen­ zur Verbrennung auf dem Rost gewinnen andere Abfallfrak­ hang mit der neuen Pilotanlage zur Verbrennung spezieller tionen und thermische Behandlungsverfahren, insbesondere Abfälle in Drehrohrofentechnik (THERESA), deren Bau ab­ für Sonderabfälle, mit der Weiterentwicklung unserer Ver­ geschlossen ist und mit deren Inbetriebnahme begonnen suchseinrichtungen an Bedeutung. wurde. Die gesamten Prozessketten, bestehend aus Verbrennungs­ ln der Verfahrenstechnik der Thermischen Abfallbehandlung stufen und Rauchgasreinigungsstufen, werden experimentell spielt die Partikel- und Aerosolminderung eine entscheiden­ in verschiedenen Versuchsmaßstäben untersucht. Aufbau­ de Rolle. Hierzu wurde zum einen ein Aerosoleode entwickelt end auf der Bilanzierung und Charakterisierung aller Stoff­ und andererseits die Gas-Partikel-Verteilung von Dioxinen ströme in solchen Anlagen werden Verfahren entwickelt, und Furanen experimentell an der neu errichteten Versuchs­ Schadstoffe an der Entstehung zu hindern, bzw. sie mög• anlage AEOLA untersucht. Ein neues kinetisches Modell zur lichst frühzeitig im Prozess entweder zu zerstören oder wirk­ Dioxinbildung auf der Flugasche unterstützt die experimen­ sam zurückzuhalten. Sogenannte Primärmaßnahmen sollen tellen Untersuchungen. den Gesamtprozess kostengünstiger gestalten, ohne dabei Bei der Rauchgasreinigung wurde zur Quecksilbermessung die ökologischen Ziele aufzugeben. ein neues Mess-system entwickelt und das MercOx-Verfah­ Hierzu wurden im Rahmen eines mit Erfolg eingeworbenen ren wurde erstmals großtechnisch projektiert. HGF-Strategiefondsprojekts die Untersuchungen zur Opti­ Die Katalysator- und Sorptionsanlage zur Abgasbehandlung mierung der Rostfeuerung mit dem Ziel einer primärseitigen (KASO) wurde in räumliche Nähe zur Pilotanlage THERESA NOx-Minderung aufgenommen. Auch die Koordination die­ umgesetzt, so dass nun Bypassuntersuchungen mit realen ses Großprojektes mit 8 Partnern aus 3 HGF-Zentren und Abgasen ermöglicht werden. Katalyseverfahren sowohl zur 2 Universitäten liegt beim ITC-TAB. Zerstörung der PAK als auch zur Stickoxidreduktion wurden Darüber hinaus wurden die Verbrennungsabläufe auf dem erfolgreich weiterentwickelt und sowohl im Labor als auch im Rost unter verschiedenen Themenschwerpunkten unter­ Bypass der Pilotanlage TAMARA mit Hilfe des mobilen Kata­ sucht: zum Beispiel der Einfluss von Bromverbindungen im lysator-Teststands (MOBIKAT) getestet. Die im Labor gefun­ Abfall, Auswirkungen Oxianionen bildender Elemente auf die denen Umsatzraten der energieeffizienteren Niedertempera­ Schlackeelution sowie das Verhalten der Feuerung bei sin­ tur-DeNOx-Katalysatoren werden im TAMARA-Bypass be­ kenden Heizwerten des Abfalls. Die im Vorjahr im Pilotmaß• stätigt. Somit wird auch eine Kostensenkung bei den Rauch­ stab erarbeiteten Ergebnisse zur Deregulierung gesetzlich gasreinigungsstufen erreicht. vorgeschriebener Feuerraumbedingungen wurden experi­ Die F+E-Arbeiten des Bereiches Chemisch-Physikalische mentell an einer großtechnischen Betriebsanlage validiert. Verfahren (ITC-CPV, Prof. Dr. E. Dinjus) konzentrieren sich Die Messergabnisse dienen nun als Basis für eine von meh­ auf methodische und anlagentechnische Entwicklungen reren Verbänden getragene Empfehlung zur Erstellung der emissionsarmer, innovativer chemischer Techniken. Das um­ neuen EU-Richtlinie. fasst ein breites Spektrum metallorganisch katalysierter Syn­ Zentrales Forschungsinstrument zur Rostfeuerung ist die thesen und die Behandlung von Abfällen und Reststoffen mit halbtechnische Versuchsanlage TAMARA mit einem Durch­ innovativen Techniken. Dabei werden für die Synthesereak­ satz von 200 kg Müll pro Stunde in Rostfeuerungstechnik, die tionen überwiegend das nichttoxische, unbrennbare Kohlen­ durch die Batch-Laboranlage KLEAA für Screening- und Mo­ dioxid, aber auch überkritisches Wasser, sowohl als Lö• delluntersuchungen ergänzt wird. sungsmittel als auch als Edukt eingesetzt. Für die Behand­ lung von Abfällen und Reststoffen werden Kohlendioxid und Zur Verbrennung niederkalorischer Flüssigabfälle wurde eine Wasser als überkritisches Lösungsmittel eingesetzt, mit dem Vertikalbrennkammer in Betrieb genommen und erste Bren­ Ziel, einerseits Stoffgemische aufzutrennen und die Einzel­ ner-Stabilitätskennfelder wurden erstellt. Durch die elektri- komponenten einer ökonomisch sinnvollen Rückführung in I! ! die Produktion zugänglich zu machen oder andererseits sowie Verweilzeitprofile untersucht. Als zusätzlicher Unter­ Schadstoffe möglichst effektiv und mit geringsten Emissio­ suchungspunkt wurde im Rahmen eines HGF-Strategiefonds­ nen zu zerstören. projektes die Stickoxidbildung aus dem Brennstoff-Stickstoff in Zusammenarbeit mit dem ITC-TAB aufgenommen. Die bereits begonnenen Aufgaben zu metallorganisch kataly­ sierten Synthesen wurden mit Arbeiten zur Katalysator-Opti­ Die Aufklärung der Bildungs- und Abbaumechanismen von mierung fortgesetzt und verschiedene Zielprodukte unter Organachlorverbindungen bei der Erzverhüttung und der Ze­ Parametervariation präparativ dargestellt. Die Pilotanlage mentherstellung im Rahmen des EU-Projektes "Minidip" ste­ TESSA ist in der lnbetriebnahmephase. Arbeiten zur Lacton­ hen kurz vor dem Abschluss. synthese im kg-Maßstab sind in Vorbereitung. Die Arbeiten Schwerpunkt der Arbeiten im Bereich Wasser- und Geo­ zur katalysierten Partialoxidation organischer Modellver­ technologie (ITC-WGT, Prof. Dr. R. Nüesch} ist die Entwick­ bindungen in überkritischem Kohlendioxid, zum Teil unter lung umweltgerechter neuer Technologien für das Recycling Drücken im kbar-Bereich, werden fortgesetzt und auf weitere von Beton, die Behandlung und lnertisierung massenhaft an­ Eduktgruppen ausgedehnt. Erste erfolgversprechende Ver­ fallender kontaminierter Reststoffe sowie von belasteten suche zur metallorganischen Katalyse in überkritischem Wässern, und damit verbunden die Aufklärung und Prognose Wasser sowie zu elektrochemischen Synthesen werden ver­ des langfristigen geochemischen Verhaltens von festen stärkt weitergeführt. Die vertraglichen Beziehungen zu Indu­ Rückständen in den Umweltkompartimenten Wasser und Bo­ striepartnern wurden ausgebaut, eine Erweiterung zeichnet den. Die technologische Entwicklung richtet sich auf regene­ sich ab. Die Entwicklung nanoskaliger Katalysatoren konzen­ rative Verfahren, worunter verstanden wird, belastete Mate­ trierte sich auf die Herstellung von Mikrotubuli, welche durch rialien so zu behandeln, dass sie dem ursprünglichen Ver­ Nukleation mit mono- und bimetallischem Edelmetallpartikeln wendungszweck wieder zugeführt werden können oder zu­ im Bereich von 2-60 nm belegt wurden. Die katalytischen mindest Eigenschaften aufweisen, die eine unbedenkliche Aktivitäten der so fixierten Nanokatalysatoren wurden am Wiederverwendung für verschiedene Einsatzzwecke ermög• Beispiel von Hydrierreaktionen untersucht und quantifiziert. lichen. Zur Aufklärung der Struktur-Wirkungsbeziehungen sowie zur Bestimmung thermodynamischer und kinetischer Daten aller Verfahrenstechnische Schwerpunkte sind derzeit chemische bearbeiteten Synthesesysteme werden Methoden wie Rönt• und technisch-mineralogische Entwicklungen zur regenerati­ gendiffraktometer, in situ-Spektrometrie
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