Forschungsbericht 2017

Sparen für saubere Luft

In-situ-Regeneration von DeNOx-Katalysatoren

Das FHKW Mellach ist seit 1986 mit Katalysatoren für den Abbau der gesundheitsgefährdenden Stickoxide ausgerüstet. Diese konnten durch ein innovatives Verfahren im eingebauten Zustand regeneriert werden.

Um die Performance der Keramik-Katalysatoren über die Jahre aufrecht zu halten, ist üblicherweise nach einigen Betriebsperioden der Austausch oder die Reaktivierung einzelner Katalysatorlagen im ausgebauten Zustand erforderlich, was sehr kostenintensive Instandhaltungsmaßnahmen darstellt.

Aus diesem Grund wurde für die Revision des Steinkohlekraftwerkes Mellach im Jahr 2014 erstmalig eine neuartige Methode der Regeneration von Katalysatorelementen im eingebauten Zustand angewandt. Im Zuge eines Forschungsprojektes erfolgte dazu im Versuchsaufbau die Aufbesserung der Performance durch Waschung und Regeneration mit folgender Umsetzung in der Großanlagen-Revision. Im Zusammenhang mit dem Vanadium-Einsatz und der Dotierungszeit wurden dabei Optimierungspotentiale erkannt und ein fortführendes Forschungsprojekt gestartet.

Dabei belief sich der zentrale Ansatz auf die differenzierte Betrachtung der einzelnen Prozessschritte der Aufbereitung. Demzufolge wurden jeweils nach den Behandlungsschritten die Probanden einer Aktivitätsmessung am Bench-Reaktor der EnBW Energie Baden-Württemberg AG bzw. STEAG GmbH unterzogen. Parallel dazu wurden Elementar-Bestimmungen an der Oberfläche und im Homogenat (Röntgenfluoreszenzanalysen) durchgeführt und die Schwefel-Konversionsrate bestimmt.

Die Dotierung im Versuchsreaktor vor Ort wurde hierfür mit drei Vanadyloxalatlösungen mit Konzentrationen von 0,6 % bis 1,9 % sowie einer Einwirkzeit von zwei bis vier Stunden durchgeführt.

Es hat sich gezeigt, dass der Erfolg der Nassreinigung im Wesentlichen vom Verunreinigungszustand der Keramik abhängig ist. Es konnten lösliche (vorwiegend Schwefel-Ammoniakverbindungen) und unlösliche Verunreinigungen (im Wesentlichen Siliziumverbindungen) identifiziert werden, womit eine gute Aussage über den zu erwartenden Reinigungserfolg ermöglicht wurde.

Das Dotieren zielt auf das Aufbringen von Vanadium ab, welches das wesentliche aktive chemische Element im Katalysator darstellt. Somit kann der Aktivitätsverlust durch unlösliche Verunreinigungen zum Teil kompensiert werden. Es konnte dargelegt werden, dass mit steigender Lösungskonzentration die Aufnahme und somit die Aktivität gesteigert werden kann. Da damit aber auch ungewünschte Nebenreaktionen wie zum Beispiel die Oxidation von Schwefeldioxid gefördert werden, muss der Vanadium-Gehalt im Katalysator bzw. die Schwefel-Konversionsrate begrenzt bleiben.

Während des Revisionsstillstands im Jahr 2016 wurde erneut eine In-situ-Regeneration durchgeführt. Damit konnte eine Aktivitätssteigerung auf ca. 80 – 90 % des Auslegungswerts erreicht werden, womit die notwendige Aktivitätsleistung für weitere zwei Jahre mit geringem Budget bereitgestellt wird.

Weitere Projekte

1.) Torrefizierte Biomasse, Eigenforschung