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Nasselektrofilteranlage Sulfitzellstofffabrik

Das Unternehmen Essity Operations Mannheim GmbH ist ein Tochterunternehmen der Essity AB mit Hauptsitz in Stockholm, Schweden. Essity betätigt sich im Hygiene- und Gesundheitsbereich und vertreibt  Produkte und Lösungen in rund 150 Länder. Am Standort in Mannheim betreibt es ein Sulfit-Zellstoffwerk und eine Papierfabrik zur integrierten Produktion von Sulfitzellstoff nach dem Magnesiumbisulfitverfahren und Hygienepapieren. Die bisherige Verfahrenstechnik zur Chemikalienrückgewinnung und Rauchgasreinigung einer Sulfitzellstofffabrik ist sehr komplex und erfolgt in mehreren Stufen. Der Prozess beginnt mit der Verbrennung der bei der Zellstofferzeugung anfallenden Ablauge. Diese enthält die an Schwefel gebundenen Lingninkomponenten (aus Fichten- und Buchenholz) und Magnesiumverbindungen aus dem Magnesiumbisulfit (Kochsäure), welches bei der Zellstoffkochung zum Einsatz kommt. Dabei entstehen neben der Abwärme Schwefeldioxid und Magnesiumoxid. Das entstehende Rauchgas wird über Zyklonabscheider geführt, um einen Großteil des Magnesiumoxids abzuscheiden. Da dies nicht vollständig gelingt, verbleibt nutzbares Magnesiumoxid im Rauchgas und wird in die Umwelt abgegeben. Das Rauchgas durchläuft nun eine 4-stufige Wäsche, bei der Schwefeldioxid aus dem Rauchgas ausgewaschen wird. Das nasse Rauchgas wird über einen 134 Meter hohen Kamin an die Umwelt abgegeben. Nachteile des herkömmlichen Verfahrens sind, dass schadstoffhaltige Aerosole und auch Staub, die nicht abgeschieden werden können, in die Umwelt gelangen. Zusätzlich können die genannten Prozesschemikalien nicht vollständig zurückgewonnen werden. Das Magnesiumoxid setzt sich im Kamin ab. Um diese Nachteile aufzufangen, ist geplant, einen Nasselektrofilter (NEF) zu installieren. Dadurch wird ermöglicht, dass das Rauchgas nach den vier Waschstufen in zwei verfahrenstechnisch voneinander getrennten Prozessschritten über einen Gegenstromwäscher mit darauffolgendem NEF geführt werden kann. Eine solche Prozesstrennung ist mit dem bisher in Sulfitzellstoffwerken üblichen Abgasreinigungsverfahren (Sulfitwäscher) nicht möglich, da hierbei beide Schritte unmittelbar miteinander verknüpft sind. Die Trennung hat den erheblichen Vorteil, dass sich einerseits der Waschprozess und andererseits die Entfernung der Aerosole getrennt auslegen, betreiben und optimieren lassen. Dies führt im Ergebnis zu einer effizienteren Abscheidung der Aerosole. Entsprechend können die Staub- und SO 2 -Emissionen kontrollierter und damit in unterschiedlichen Betriebszuständen reduziert werden. Darüber hinaus soll der Venturi-4-Wäscher um einen weiteren Wäscher bzw. eine zusätzliche Magnesiumoxid-Eindüsung erweitert werden. Dadurch sollen Staub und Schwefeldioxidemissionen weiter reduziert und Prozesschemikalien zurückgewonnen werden. Mit diesem Vorhaben soll der Stand der Technik zur Emissionsminderung für Chemikalienrückgewinnungskessel von Sulfitzellstoffwerken maßgeblich weiterentwickelt und die einschlägigen Emissionsgrenzwerte erheblich unterschritten werden. Es sollen bis zu 50 Tonnen Feinstaub und 50 Tonnen Schwefeldioxid pro Jahr eingespart werden. Dies entspricht jeweils mindestens einer Halbierung der Emissionsmengen in den Abgasen im Vergleich zum bisherigen Stand. Zusätzlich können durch eine erfolgreiche Umsetzung der innovativen Technik 45 Tonnen Magnesiumoxid und ca. 25 Tonnen Schwefel mehr gegenüber dem Stand der Technik zurückgewonnen werden. Daraus soll sich eine Einsparung von rund 104 Tonnen Kohlenstoffdioxid-Äquivalenten, bezogen auf die Primärherstellung von Magnesiumoxid und Schwefeldioxid, ergeben. Branche: Papier und Pappe Umweltbereich: Luft Fördernehmer: Essity Operations Mannheim GmbH Bundesland: Baden-Württemberg Laufzeit: seit 2024 Status: Laufend

Projekt RiA – Rohstoffrückgewinnung durch innovative Asphaltaufbereitung nach dem NaRePAK-Verfahren (Nachhaltiges Recycling von PAK-haltigem Straßenaufbruch)

Die IVH, Industriepark und Verwertungszentrum Harz GmbH mit Sitz in Hildesheim (Niedersachsen) hat über mehrere Jahre zusammen mit der Umweltdienste Kedenburg GmbH, beide Entsorgungs-/Recyclingunternehmen im Unternehmensverbund der Bettels-Gruppe, Hildesheim, und der Eisenmann Environmental Technologies GmbH, Holzgerlingen, deren NaRePAK-Verfahren zur großmaßstäblichen Umsetzung weiterentwickelt. Stoffkreisläufe zu schließen und somit die effiziente und nachhaltige Nutzung begrenzter Ressourcen zu verbessern ist die erklärte Philosophie der IVH, hier fügt sich das RiA-Verfahren nahtlos ein. In Deutschland fallen jährlich erhebliche Mengen teerhaltigen Straßenaufbruchs an. Dieser Abfallstrom besteht weit überwiegend aus mineralischen Komponenten (z.B. Gesteinskörnungen und Feinsand) und enthält neben Bitumen krebserregende polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK). Letztere sind verantwortlich, dass dieser Massenstrom als gefährlicher Abfall eingestuft wird. PAK sind persistent und verbleiben ohne thermische Behandlung langfristig in der Umwelt. Die Abfallmengen sind dabei beträchtlich. Die Bundesregierung geht von einer Menge von etwa 600.000 Tonnen pro Jahr allein von Bundesautobahnen und -straßen aus, dazu kommt der Aufbruch von Landes- und Kreisstraßen, die mengenmäßig die Bundesautobahnen und -straßen weit übertreffen. Bisher wird teerhaltiger Straßenaufbruch überwiegend deponiert, wodurch die im Straßenaufbruch enthaltenen mineralischen Ressourcen dem Wertstoffkreislauf verloren gehen. Der in begrenztem Umfang alternativ mögliche Verwertungsweg: Kalteinbau in Tragschichten im Straßenbau, erfolgt ohne Entfernung der PAK und wird daher nur noch in geringem Umfang angewendet. Eine weitere Möglichkeit ist die thermische Behandlung in den Niederlanden. Dies ist nicht nur verbunden mit langen Transportwegen, auch arbeiten die niederländischen Anlagen in einem deutlich höheren Temperaturintervall – im Bereich der Kalzinierung (Kalkzersetzung) – was dazu führen kann, dass die mineralischen Bestandteile des Straßenaufbruchs nicht mehr die notwendige Festigkeit aufweisen, um für einen Einsatz als hochwertiger Baustoff für die ursprüngliche Nutzung des Primärrohstoffes in Frage zu kommen. Darüber hinaus wird beim Kalzinierungsprozess von Kalkgestein im Gestein gebundenes CO 2 freigesetzt. Mit dem Vorhaben RiA plant die IVH an ihrem Standort in Goslar / Bad Harzburg die Errichtung einer in Deutschland erstmaligen großtechnischen Anlage zur thermischen Behandlung von teerhaltigem Straßenaufbruch. Dabei soll eine möglichst vollständige Rückgewinnung der enthaltenen hochwertigen Mineralstoffe (Gesteinskörnungen)erfolgen. Gleichzeitig werden die enthaltenen organischen Bestandteile, die in Form von Teerstoffen und Bitumen vorliegen, als Energieträger genutzt. In der innovativen Anlage sollen pro Jahr bis zu 135.000 Tonnen teerhaltiger Straßenaufbruch mittels Drehrohr thermisch aufbereitet werden. Dabei werden im Teer enthaltene besonders schädliche Stoffe wie PAK bei Temperaturen zwischen 550 Grad und 630 Grad Celsius entfernt und in Kombination mit der separaten Nachverbrennung vollständig zerstört, ohne dass das Mineralstoffgemisch zu hohen thermischen Belastungen mit der Gefahr einer ungewollten Kalzinierung ausgesetzt ist. Zurück bleibt ein sauberes, naturfarbenes Gesteinsmaterial (ohne schwarze Restanhaftungen von Kohlenstoff), das für eine höherwertige Wiederverwendung in der Bauwirtschaft geeignet ist. Die mineralischen Bestandteile des Straßenaufbruchs können so nahezu vollständig hochwertig verwendet und analog Primärrohstoffen erneut bei der Asphaltherstellung oder Betonherstellung eingesetzt werden. Die organischen Anteile im Abgas werden mittels Nachverbrennung bei 850 Grad Celsius thermisch umgesetzt und vollständig zerstört. Die dabei entstehende Abwärme wird genutzt, um Thermalöl zu erhitzen, um damit Ammoniumsulfatlösungen einer benachbarten Bleibatterieaufbereitung der IVH einzudampfen, aufzukonzentrieren und so ein vermarktungsfähiges Düngemittel herzustellen. Das Thermalöl wird dazu mit 300 Grad Celsius zu der Batterierecyclinganlage geleitet. Die Wärme ersetzt dabei andere Brennstoffe wie z. B. Erdgas. Die verbleibende Abwärme aus der Nachverbrennung wird mittels drei ORC-Anlagen zur Niedertemperaturverstromung genutzt. Es werden ca. 300 Kilowatt elektrische Energie pro Stunde erzeugt. Die beim RiA-Verfahren entstehenden Abgase werden in einer mehrstufigen Rauchgasreinigung behandelt. Die Abgase der Drehrohr-Anlage werden dazu aufwendig mittels Zyklone und nachgeschaltetem Gewebefilter entstaubt. Schwefeldioxid und Chlorwasserstoff werden mittels trockener Rauchgasreinigung nach Additivzugabe abgeschieden. Die Umwandlung von Stickstoffoxiden erfolgt mittels selektiver katalytischer Reduktion mit Harnstoff als Reduktionsmittel. Die bereits genannte Nachverbrennung zerstört verbliebene organische Reste. Die wesentliche Umweltentlastung des Vorhabens besteht in der stofflichen Rückgewinnung des ursprünglichen hochwertigen Gesteins im teerhaltigen Straßenaufbruch, also durch Herstellung eines wiederverwendbaren PAK-freien Mineralstoffgemisches von gleicher Qualität wie die ursprünglichen Primärrohstoffe. Das heißt die besonders umweltschädlichen PAKs werden nachhaltig aus dem Stoffkreislauf entfernt. Mit der Anlage können von eingesetzten 135.000 Tonnen Straßenaufbruch rund 126.900 Tonnen als Mineralstoffgemisch in Form von Gesteinskörnungen und Füller zurückgewonnen und für die Wiederverwendung bereit gestellt werden. Die Gesamtmenge von 126.900 Tonnen pro Jahr reduziert den jährlichen Bedarf von Gesteinsabbauflächen bei einer Abbautiefe von 30 Meter um rund 1.460 Quadratmeter. Bezogen auf den angenommenen Lebenszyklus von 30 Jahren wird eine Fläche von ca. 4,4 Hektar Abbaugebiet allein durch diese Anlage nicht in Anspruch genommen. Zusätzlich wird in gleichem Maße wertvoller Deponieraum bei knappen Deponiekapazitäten eingespart. Bei erfolgreicher Demonstration der technischen und wirtschaftlichen Realisierbarkeit im industriellen Maßstab, lässt sich diese Technik dezentral auf verschiedene Standorte in Deutschland übertragen. Damit wird dem in der Kreislaufwirtschaft propagierten Näheprinzip entsprochen, das heißt die Transportwege und die damit verbundenen Umweltauswirkungen werden weiter reduziert. Auch der nach Region unterschiedlichen Gesteinsarten wird dabei Rechnung getragen. Branche: Wasser, Abwasser- und Abfallentsorgung, Beseitigung von Umweltverschmutzungen Umweltbereich: Ressourcen Fördernehmer: IVH, Industriepark und Verwertungszentrum Harz GmbH Bundesland: Niedersachsen Laufzeit: seit 2024 Status: Laufend

Oxyfuelverbrennung von Klärschlamm mit Elektrolyse-O2 zur Nutzung des CO2 in Power-to-X-Prozessen, Teilvorhaben: Rauchgasreinigung bei der Oxyfuelverbrennung und Aminwäsche zur CO2-Abscheidung bei Verbrennung mit O2-Anreicherung

Entwicklung und Erprobung biogener Brennstoffe als Ersatz für Braunkohle in der Staubfeuerung, Teilvorhaben: Entwicklung und Erprobung Rauchgasreinigung

Eine der größten Herausforderungen im Rahmen der Energiewende ist die CO2-neutrale Versorgung von Industrie und Gewerbe mit Prozesswärme und -kälte. Mit dem Vorhaben BioBrauS wird das Ziel verfolgt, biogene Reststoffe, die einen überschüssigen und in der Regel unvermeidbaren Stoffstrom darstellen, energetisch zu verwerten. Dadurch sinkt der Verbrauch fossiler Primärressourcen wie Braunkohle, deren Einsatz mit einem hohen CO2-Ausstoß verbunden ist. Dazu soll ein Brennstoff aus aufbereiteten organischen Reststoffen, wie Gärprodukten oder Geflügelmist entwickelt und mit abgestimmter Verbrennungstechnologie auf Basis der Stabfeuerung verwertet werden. Hierfür soll das Verfahren des Impulsbrenners evaluiert und an die Verbrennung diese Stoffsysteme adaptiert werden. Mit der Auswahl und Bewertung von Gärresten und Geflügelmist als Brennstoff für die Staubfeuerung soll der Grundstein für den Ersatz von Braun- und Steinkohle gelegt werden. Im Fokus stehen deshalb die experimentelle Verfahrensevaluation und die Optimierung von Verbrennungseigenschaften und Prozessparametern der Staubfeuerung für den Einsatz landwirtschaftlicher Reststoffe, wie Gärresten und Geflügelmist als Ersatz des bisherigen Energieträgers Braunkohle für Bestands- und Neuanlagen. Auch die biogenen Inputsubstrate sollen für den Einsatz in der Staubfeuerung angepasst (Mahlung, Siebung) und optimiert werden. Schwerpunkt ist die Reduktion von Schad- und Störstoffen sowie die Verbesserung der Brennstoffeigenschaften. Die Entwicklungen sollen dann im technischen Maßstab getestet und bewertet werden. Außerdem soll ein Gesamtkonzept zur technischen Umsetzung und Einsatz der Technologien erarbeitet werden, welches die Logistik der Energie- und Stoffströme sowie deren Verwertung für Bestands- und Neuanlagen beinhaltet. Abschließend wird eine Wirtschaftlichkeitsbetrachtung und LCA mit Ökobilanzierung für den kommerziellen Maßstab durchgeführt.

Entwicklung und Erprobung biogener Brennstoffe als Ersatz für Braunkohle in der Staubfeuerung, Teilvorhaben: Auswahl und Bewertung organsicher Reststoffe sowie analytische Begleitung Mahlung, Rauchgasreinigung und Verbrennung

Eine der größten Herausforderungen im Rahmen der Energiewende ist die CO2-neutrale Versorgung von Industrie und Gewerbe mit Prozesswärme und -kälte. Eine besondere strategische Relevanz gewinnt BioBrauS dadurch, dass nicht nur biogene Reststoffe, die einen überschüssigen und in der Regel unvermeidbaren Stoffstrom darstellen, einer weitergehenden energetischen Verwertung zugänglich gemacht werden, sondern auch der Verbrauch der fossilen Primärressource Braunkohle mit hohen CO2-Aussstoß reduziert wird. Ziel ist die Entwicklung eines Brennstoffes aus aufbereiteten organischen Reststoffen, wie Gärprodukten oder Geflügelmist, mit abgestimmter Verbrennungstechnologie auf Basis der Stabfeuerung zu verwerten. Hierfür soll das Verfahren des Impulsbrenners evaluiert und an die Verbrennung diese Stoffsysteme adaptiert werden. Mit der Auswahl und Bewertung von Gärresten und Geflügelmist als Brennstoff für die Staubfeuerung soll der Grundstein für den Ersatz von Braun- und Steinkohle gelegt werden. Im Fokus stehen deshalb die experimentelle Verfahrensevaluation und Optimierung von Verbrennungseigenschaften und Prozessparameter der Staubfeuerung für den Einsatz landwirtschaftlicher Reststoffe, wie Gärrest und Geflügelmist als Ersatz des bisherigen Energieträgers Braunkohle für Bestands- und Neuanlagen. Auch die biogenen Inputsubstrate sollen für den Einsatz in der Staubfeuerung angepasst (Mahlung, Siebung) und optimiert werden. Schwerpunkt ist die Reduktion von Schad- und Störstoffen sowie die Verbesserung der Brennstoffeigenschaften. Die Entwicklungen sollen dann im technischen Maßstab getestet und bewertet werden. Außerdem soll ein Gesamtkonzept zur technischen Umsetzung und Einsatz der Technologien erarbeitet werden, welches die Logistik der Energie- und Stoffströme sowie deren Verwertung für Bestands- und Neuanlagen beinhaltet. Abschließend wird eine Wirtschaftlichkeitsbetrachtung und LCA mit Ökobilanzierung für den kommerziellen Maßstab durchgeführt.

Stoffstromanalysen zur abwasserfreien und abwassererzeugenden Verfahrenskonzeption von 'nassen' Rauchgasreinigungssystemen

In diesem Forschungsvorhaben werden Daten zu den Betriebsablaeufen von vier Muellverbrennungsanlagen - je zwei abwasserfrei und zwei abwassererzeugend - gesammelt mit dem Ziel, Stoffbilanzen fuer diese Anlagen aufzustellen. Dabei stellte sich heraus, dass bei den Betreibern der Anlagen in vielen Faellen nur relativ wenige fuer eine Bilanzierung geeignete Messdaten vorliegen. Nur fuer eine Anlage konnte eine Stoffstrombilanz aus den Messdaten erstellt werden. In den anderen Faellen konnten nur Teilbilanzierungen durchgefuehrt werden. Die Stoffstroeme in Rauchgasreinigungsanlagen werden weniger von der Verfahrenskonzeption - abwassererzeugend oder abwasserfrei - sondern im wesentlichen von der Betriebsfuehrung der Anlage bestimmt. Hiervon haengt der Chemikalieneinsatz, die Sulfatfracht und die Schwermetallfracht ab.

Sonderabfall und Deponieverfahren

Verwertung und schadlose Beseitigung von Sonderabfaellen durch thermische Verfahren. Betrieb von Labor- und Technikumsanlagen zur Abfallverbrennung mit reinem Sauerstoff. Entwicklung einer zweistufigen Wirbelschichtanlage zur Verbrennung fluidisierbarer Produktionsrueckstaende. Entwicklung und praxisnahe Erprobung von on-line- und in-situ-Sensoren zur Emissionskontrolle von polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen (PAH) in Aerosolform. Untersuchungen zum Verhalten von Schadstoffen an Aktivkohlen und Zeolithen bei der trockenen Rauchgasreinigung. Verfestigung von Rueckstaenden aus der Rauchgasreinigung. Pyrolyse von Klaerschlamm und Einsatz des Pyrolysekokses bei der Abwasserreinigung und Behandlung frischer Klaerschlaemme.

Phasen- und Reaktionsgleichgewichte bei der Rauchgasreinigung

Bei der Rauchgasreinigung durchlaeuft das Rauchgas vielfaeltige physikalische und chemische Umwandlungen. Das gilt insbesondere fuer die Waescher. In diesen wird zB HCl oder SO2 durch Kontakt und Waschloesung aus dem Rauchgas ausgewaschen. Die dabei ablaufenden physikochemischen Umwandlungen lassen sich in erster Naeherung durch gekoppelte Phasen- und Reaktionsgleichgewichte beschreiben. Insbesondere interessiert dabei der Verbleib des Quecksilbers. Es werden Parameterstudien durchgefuehrt, die einen Einblick in die sich bildenden Verbindungen und ihren Verbleib in den unterschiedlichen Phasen erlauben.

Carbonate Looping mit einer mobilen Anlage, Teilvor-haben: Einsatz einer mobilen Cal-Anlage in der Kalkindustrie

Nasse Rauchgasreinigung

Phasen- und Reaktionsgleichgewichte bei der nassen Rauchgasreinigung wurden experimentell und theoretisch untersucht.

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