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HVG-DGG Forschung

 
Publication Nr GFOR15193
Author Neumann, Amelie; Gitzhofer, Karlheinz
 
Title
Vermeidung von natriumhaltigen, aggressiven flüssigen Kondensaten bei der Abgasreinigung hinter Glasschmelzwannen - AiF-Forschungsvorhaben 15193 N
 
Keywords
Kondensate; Natrium; Abgas
 
Journal
Publication Year 2010
Volume
ISS
Page 49
 
Abstract
Die komplexen thermochemischen Gegebenheiten im System Na-H-O-S, die zur Bildung aggressiver flüssiger Kondensate in Filteranlagen führen können, wurden im Hinblick auf eine sichere Prozessführung aufgeklärt. Dies geschah zum einen durch thermoanalytische, massenspektrometrische und röntgendiffraktometrische Untersuchungen der Gleichgewichte, zum anderen durch die Untersuchung der Kondensationskinetk in schnell ein Temperaturgefälle durchströmenden, mit Na2O, SO2, und H2O beladenen, synthetischen Abgasen. Die kritischen Kondensate treten bei bestimmten O2- und H2O-Partialdrücken im Temperaturbereich zwischen 400 und 250 °C auf. Hohe Sauerstoffpartialdrücke sowie - in scheinbar paradoxer Weise - niedrige Wasserdampfpartialdrücke fördern das Auftreten der Kondensate. Bei niedrigen O2- und hohen H2O-Partialdrücken (größer 199 mbar bei 2 mbar O2) treten im obigen Temperaturbereich dagegen nur feste Kondensate auf. Bereits die empirische Kenntnis dieser Zusammenhänge hilft, ungünstige Betriebsbedingungen zu vermeiden bzw. beim Auftreten solcher Kondensate in geeigneter Weise gegenzusteuern. Im Einzelnen wurden folgende Ergebnisse erzielt: Anhand der durchgeführten XRD- und DTA/TG + MS-Versuche konnten die thermodynamischen Gegebenheiten des Systems geklärt werden. Nach einer Phasenumwandlung bei 62 °C kommt es bei 186 °C zum Aufschmelzen von NaHSO4. Die darauffolgende Umwandlung in Natriumpyrosulfat konnte mittels XRD-Untersuchungen erst nach einer isothermen Haltezeit von mehreren Stunden erreicht werden. Dies könnte jedoch mit der geringen Öffnung der Kapillare und der damit verbundenen eingeschränkten Ausgasung der Probe in Zusammenhang stehen. Weiter wurde mittels DTA/TG + MS-Messungen die Abhängigkeit des Systems vom Sauerstoffpartialdruck gezeigt. Anhand von Messungen unter wasserdampfhaltiger Atmosphäre und somit erniedrigtem p(O2) wurde der Schmelzpunkt von Natriumhydrogensulfat und die Unterdrückung der Ausgasung von SO3 aus der Probe in einem Temperaturbereich bis 270 °C gezeigt. Messungen bis 1000 °C unter Inertgasatmosphäre und synthetischer Luft, zur Erhöhung des p(O2), verdeutlichten das Auftreten vieler verschiedener Mischphasen unter erhöhtem Sauerstoffpartialdruck. Die Ergebnisse der Analysen industrieller Staubproben haben gezeigt, dass sich eine Zuordnung der Phasen im Abgas mitunter schwierig gestaltet, da es zur Bildung vieler verschiedener salzhaltiger Mischphasen kommt. Auffällig war jedoch die Bildung der Mischphase Na3H(SO4)2, insbesondere im Reingas. Die kinetischen Betrachtungen mittels der eigens konstruierten Kondensationsstrecke zeigten paradoxerweise ein Verschwinden der flüssigen Kondensate bei steigendem Wassergehalt. Betrachtet man dies jedoch in Zusammenhang mit den thermoanlytischen Untersuchungen, so bestätigt dieses Phänomen die voran beschriebenen Messungen. Durch Erhöhung des H2O-Partialdrucks wird automatisch der p(O2) des Systems gesenkt und der Bereich des möglichen Auftretens von flüssigen Phasen eingeschränkt. Weiter konnte anhand der Variation des H2O-Gehalts im synthetisierten Abgas die Verschiebung des Temperaturbereichs von flüssigen Phasen zu niedrigeren Temperaturen mit steigendem Wassergehalt gezeigt werden. Die Analyse der Kondensate für 12,3 % H2O ergab, dass in einem Temperaturbereich zwischen 400 und 300 °C hauptsächlich Natriumsulfat kondensiert. Zwischen 300 und 250 °C konnte Natriumpyrosulfat und die Mischphase Na3H(SO4)2 gefunden werden. Unterhalb von 250 °C wurde Natriumhydrogensulfat und ebenfalls die Mischphase Na3H(SO4)2 bestimmt. Bei allen Versuchen kam es unterhalb von 140 °C zur Säurekondensation von H2SO4. Die kinetischen Betrachtungen zeigten die Verschiebung der Phasenlage zu niedrigeren Temperaturen sowie die Bildung von Mischsystemen. Ebenso konnte auch hier, wie bereits in den XRD Untersuchungen beobachtet, die Ausbildung des festen Pyrosulfats erst nach fortschreitender Zeit beobachtet werden. Die Untersuchungen haben die Bedingungen aufgezeigt, unter denen flüssige aggressive Schmelzflüsse entstehen und durch welche Maßnahmen sie vermieden werden können. Das Forschungsziel wurde erreicht.
Das Forschungsvorhaben (15193 N) der Hüttentechnischen Vereinigung der deutschen Glasindustrie (HVG), Offenbach wurde im Programm zur Förderung der „Industriellen Gemeinschaftsförderung“ (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AiF) finanziert. (k)

Laufzeit: 01.04.2007 – 30.09.2009
Forschungsstellen: RWTH Aachen, Institut für Gesteinshüttenkunde, Lehrstuhl für Glas und keramische Verbundwerkstoffe, Aachen
Institut der Hüttentechnischen Vereinigung der Deutschen Glasindustrie Offenbach

Veröffentlichungen:
Kurzveröff. in dgg Journal 9 (2010) Nr. 3 S. xx
 
Members 30 €
Non Members 30 €
Students 30 €
 
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