Abgasnachbehandlung auf Schiffen zur Minderung der SO_x-Emissionen

Die Technische Universität Hamburg-Harburg, Institut für Energietechnik, arbeitet in einem Forschungsprojekt an der Umsetzung einer trockenen Entschwefelungsanlage für das Abgas schwerölbetriebener Schiffsdieselmotoren. Für die Entschwefelung wird ein zweistufiger Schüttschichtabsorber eingesetzt, in dem ein Kalkhydratgranulat vom Abgas umströmt wird und Schwefeloxide absorbiert.

Das Verfahren zur SO_x-Abscheidung beruht prinzipiell auf der chemischen Reaktion von Kalkprodukten mit Schwefel, wobei Gips (CaSO₄) entsteht. Zur Anwendung kommt ein trockenes Kalkhydrat (Ca(OH)₂) als relativ abriebfestes, kugelförmiges Granulat mit Durchmessern zwischen 3 und 8mm. Dieses Granulat rieselt in einem Schüttschichtabsorber langsam zu Boden.

Der Prototyp dieser Abgasentschwefelung wird auf einem Seeschiff installiert, um daran Grundsatzuntersuchungen durchzuführen. Das Kalkhydratgranulat wird mit einem Austragsystem am Boden des Reaktors abgezogen, so dass aus einem über der Anlage angeordneten Silo frisches Granulat nachsickern kann. Hinter der Entschwefelungsanlage ist es möglich, einen SCR-Katalysator zur Reduktion der Stickoxidemissionen zu betreiben, da die Abgastemperatur näherungsweise konstant bleibt. In der ersten Anlage wird ein Ventilator installiert, der den Strömungswiderstand der Schüttschicht und der zusätzlichen Rohrleitungen überwindet. Für zukünftige Anlagen wird angenommen, dass auf den Ventilator verzichtet werden kann.

Als Träger für die Versuchsanlage kommt die MS "Timbus" der Rörd Braren Bereederungs-GmbH & Co KG zum Einsatz. Die Entschwefelungsanlage wird so ausgelegt, dass der bisher verwendete Brennstoff mit einem Schwefelgehalt von ca. 1,0 % weiterhin verwendet werden kann. Das Ziel ist es, im Teilstrom des Abgases nach dem Durchlaufen des Reaktors eine Schadstoffkonzentration zu erreichen, die einem Kraftstoff-Schwefelgehalt von maximal 0,1 % entspricht.

Die Versuchsanlage wird zweistufig ausgeführt. In der ersten Stufe erfolgt die Abscheidung von Ruß am Granulat, in der zweiten Stufe reagiert das SO_x mit dem frischen Kalkhydrat. Durch die Austragung des beladenen Materials am Boden der Anlage gelangt stets frisches Granulat in die 2. Stufe.

In ersten Messungen konnte gezeigt werden, dass die Schwefeloxidkonzentration im Abgas mit diesem Verfahren zuverlässig unter den zukünftigen IMO-Grenzwert von 0,1 % Schwefel reduziert werden kann. Im weiteren Betrieb der Versuchsanlage wird dann der Schwefelgehalt im Brennstoff erhöht und das Entschwefelungsverfahren durch Modifikationen der Anlage sowie Simulationsrechnungen optimiert. Außerdem wird ein Prüfstandsabsorber betrieben, mit dem das Verfahren bei verschiedenen Temperaturen, Wasserdampfgehalten und Schwefeloxidkonzentrationen untersucht werden kann.

Mit der Zertifizierung durch Klassifikationsgesellschaften ist es zukünftig möglich, die durch die IMO festgelegten Grenzwerte für Schwefeloxidemissionen einzuhalten, ohne teure Kraftstoffe mit geringem Schwefelgehalt verwenden zu müssen.

Stichworte

• Abgasnachbehandlung
• Emissionen
• Emissionsminderung in Großdieselmotoren
• Feldmessungen
• Reduzierung von Schwefeloxidemissionen
• Schiffsdieselmotoren
• Selective Catalytic Reduction (SCR)

Publikationen

• Schladör, C.; Rulfs, H.: Untersuchung eines trockenen Verfahrens zur Minderung der Schwefeloxide in Schiffsabgasen. In 106. Hauptversammlung der Schiffbautechnischen Gesellschaft, Rostock , 2011.