Handbuch des Umweltschutzes und der Umweltschutztechnik: Band 3: Additiver Umweltschutz: Behandlung von Abluft und Abgasen PDF
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Handbuch des Umweltschutzes und der Umweltschutztechnik Springer Berlin Heidelberg New York Barcelona Budapest Hong Kong London Mailand Paris Santa Clara Singapur Tokio Heinz Brauer (Hrsg.) Handbuch des Umweltschutzes und der Um weltsch utztech ni k Band 3: Additiver Umweltschutz: Behandlung von Abluft und Abgasen Mit 374 Abbildungen und 47 Tabellen , Springer Professor Dr. h. c. mult. Dr.-Ing. Heinz Brauer Technische Universitat Berlin Institut ffir Verfahrenstechnik StraBe des 17. Juni 135 10623 Berlin ISBN-13: 978-3-642-64820-5 e-ISBN: 978-3-642-61397-5 DOl: 10.1007/978-3-642-61397-5 Die Deutsche Bibliothek - CIP-Einheitsaufnahme Handbuch des Umweltschutzes und der Umweltschutztechnik / Heinz Brauer (Hrsg.). - Berlin; Heidelberg; New York: Springer. ISBN 3-540-58064-6 NE: Brauer, Heinz [Hrsg.] Bd. 3. Additiver Umweltschutz - Behandlung von Abluft und Abgasen. - 1996 ISBN-13: 978-3-642-64820-5 Dieses Werk ist urheberrechtlich geschiitzt. Die dadurch begriindeten Rechte, insbesondere die der Obersetzung, des Nachdrucks, des Vortrags, der Entnahme von Abbildungen und Tabellen, der Funksendung, der Mikroverfilmung oder der Vervielfaltigung auf anderen Wegen und der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen, bleiben, auch bei nur auszugsweiser Ver wertung, vorbehalten. Eine Vervielfaltigung dieses Werkes oder von Teilen dieses Werkes ist auch im Einzelfall nur in den Grenzen der gesetzlichen Bestimmungen des Urheberrechts gesetzes der Bundesrepublik Deutschland vom 9. September 1965 in der jeweils geltenden Fas sung zulassig. Sie ist grundsatzlich vergiitungspflichtig. Zuwiderhandlungen unterliegen den Strafbestimmungen des Urheberrechtsgesetzes. © Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1996 Softcover reprint of the hardcover 1st edition 1996 Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Buch berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, daB solche Namen im Sinne der Warenzeichen-und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten waren und daher von jedermann benutzt werden diirften. Fiir die Richtigkeit und Unbedenklichkeit der Angaben iiber den Umgang mit Chemikalien in Versuchsbeschreibungen und Synthesevorschriften iibernimmt der Verlag keine Haftung. Der artige Informationen sind den Laboratoriumsvorschriften und den Hinweisen der Chemika lien-und Laborgeratehersteller und -Vertreiber zu entnehmen. Produktion: PRODUserv Springer Produktions-Gesellschaft, Berlin Herstellung: Christiane Messerschmidt, Leipzig Satz: Fotosatz-Service Kohler OHG, Wi irzburg Einbandgestaltung: MetaDesign GmbH, Berlin SPIN 10108965 0213020 - 5 4 3 2 10 -Gedruckt auf saurefreiem Papier Autorenverzeichnis Professor Dr. Gotz-Gerald Borger Fa. Bayer AG, Abt. ZF-TPT 11 Geb. E41, 51368 Leverkusen-Bayerwerk Professor Dr.-Ing. Matthias Bohnet Technische Universitat Braunschweig, Institut fUr Verfahrens-und Kerntechnik, Langer Kamp 7, 38106 Braunschweig Professor Dr. h. c. mult. Dr.-Ing. Heinz Brauer Technische Universitat Berlin, Institut fUr Verfahrenstechnik, StraBe des 17. Juni 135, 10623 Berlin Dr.-Ing. Klaus Fischer Reinluft Umwelttechnik Ingenieurgesellschaft mbH, KlopstockstraBe 32, 70193 Stuttgart Dipl.-Ing. Gerd Hagele Universitat Stuttgart, Institut fUr Mechanische Verfahrenstechnik, Boblinger StraBe 72, 70199 Stuttgart Dipl.-Ing. Norbert Jaeger Ciba, Toms River Site, P.O. Box 77l, Rt. 37 West, Toms River, NJ 08754, USA Dr.-Ing. Helmut Krill Lurgi Energie und Umwelt GmbH, Lurgiallee 5, 60295 Frankfurt Professor Dr.-Ing.E.h.Dr.-Ing. Kurt Leschonski Technische Universitat Clausthal, Institut fUr Mechanische Verfahrenstechnik und Umweltverfahrenstechnik, LeibnizstraBe 19,38678 Clausthal-Zellerfeld Professor Dr.-Ing. Friedrich LOffler Universitat Karlsruhe, Institut fUr Mechanische Verfahrenstechnik und Mechanik, KaiserstraBe 12, Geb. 30.70, 76128 Karlsruhe Professor Dr.-Ing. Harald Menig Stettiner StraBe 97, 61449 Steinbach VI Autorenverzeichnis Dr.-lng. Gernot Mayer-Schwinning Lurgi AG, Lurgiallee 5, 60295 Frankfurt Professor Dr.-Ing. Edgar Muschelknautz Universitat Stuttgart, Institut fUr Mechanische Verfahrenstechnik, Boblinger StraBe 72, 70199 Stuttgart Dr. rer. nat. Ulrich Muschelknautz Universitat Stuttgart, Institut fUr Mechanische Verfahrenstechnik, Boblinger StraBe 72, 70199 Stuttgart Dr.-Ing. Franjo Sabo Reinluft Umwelttechnik Ingenieurgesellschaft mbH, KlopstockstraBe 32, 70193 Stuttgart Dipl.-Ing. Ulrich Schelbert Degussa, Zweigniededassung Wolfgang, Industrie-und Feinchemikalien, IC-FE-A, Postfach 1345,63403 Hanau Dr.-Ing. Eberhard Schmidt Universitat Karlsruhe, Institut ffir Mechanische Verfahrenstechnik und Mechanik, KaiserstraBe 12, Geb. 30.70, 76128 Karlsruhe Dr.-Ing. Torsten Schmidt Engelhard Process Chemicals GmbH, Postfach 220, 30002 Hannover Dipl.-Ing. Christel Weber-Ruhl Degussa, Zweigniederlassung Wolfgang, Industrie-und Feinchemikalien, IC-FE-A, Postfach 1345,63403 Hanau Vorwort Das letzte Jahrhundert des 2. Jahrtausends der christlichen Zeitrech nung geht zur Neige. Das 1. Jahrhundert des 3. Jahrtausends kiindigt sich an. AIle Anzeichen deuten daraufhin, daB sich nicht nur die Jahr hundert- und Jahrtausendzahlandert, sondern die Menschheit in eine neue Ara geistiger Weltorientierung eintaucht. Die Welt der abge grenzten Regionen tritt in den Hintergrund menschlichen Tuns und Denkens. Der Mensch ist auf dem Weg, beides universal zu orientieren und zu verantworten. In der 1. Periode der Menschheitsgeschichte begab sich der Mensch freiwillig, Schutz und Hilfe erflehend, in das System der Theo zentrie. Die Gatter leiteten und bestimmten des Menschen Tun und Denken. In den verschiedenen Regionen der Welt bildeten sich die groBen Religionen aus. Die Theozentrie, haufig zur Theokratie aus gestaltet, etablierte sich mit fester, alle Aspekte menschlichen Daseins bestimmender Herrschaft. Mit der Renaissance beginnend schuf sich der christliche europaische Mensch ein neues Weltbild. Die 2. Periode der Mensch heitsgeschichte nahm ihren Lauf. Mutig, aber mit einem kraftigen SchuB Uberheblichkeit, setzte der Mensch dem theozentrischen sein neues, sein anthropozentrisches Weltbild entgegen. Er fand in der Bibel nicht nur die Berechtigung fUr sein Denken und Handeln, son dern direkt den Auft rag, sich die Welt untertan zu machen, die Welt zu beherrschen. Er setzte sich auf den Weltenthron, beherrschte und gestaltete die Welt aIle in nach seinen Bediirfnissen mit einer ihm unbegrenzt erscheinenden Herrschermacht. Aber als die Theozentrie iiberwunden wurde erkannte der Mensch im ausgehenden Jahrhundert, daB er den Thron in der von ihm geschaffenen anthropozentrischen Welt, die zur egozentrischen entartet war, aufgeben muBte. Die Welt der Anthropozentrie hat sich in rasch steigendem MaB zur anthropophoben Welt gewandelt. Der Mensch beginnt zu begreifen, daB er nicht Beherrscher allen Lebens dieser Erde, sondern daB er in dieser Welt Partner in der Gemeinschaft aller Lebewesen ist, und nur in dieser Form am Leben VIII Vorwort teilhaben kann. Er ist, dank seiner geistigen Krafte, seiner Kreativitat, dazu berufen, in Verantwortung flir alles Leben zu handeln und zu ge stalten. Das anthropozentrische wird yom physiozentrischen Weltbild uberwunden. In dieser neuen Periode der Menschheitsgeschichte wird der Mensch zum Trager des holophysischen Mandats. In der Ver antwortung fur alles Leben muB er die Natur mit ihrer immanenten Dynamik und somit die Welt, in die er hineingeboren ist, gestalterisch erhalten. Nur gestaltend kann der Mensch in dieser dynamischen Welt ein Gleichgewicht allen Lebens suchen und versuchen, es zu er halten. In diesem Sinne ist Gestaltung der Welt zugleich Schutz der Umwelt, denn diese ist die Welt des Menschen, in der er lebt und wirkt. Der Homo faber besinnt sich dabei auf seine Verpflichtungen als Homo morales. Die auf 5 Bande angelegte Buchreihe soH hauptsachlich In genieuren und Naturwissenschaftlern deutlich machen, welche tech nischen Moglichkeiten sie bei der Gestaltung unserer dynamischen Welt, auch zu deren Schutz, zur Verfligung haben, urn Fehler zu kor rigieren, die der handelnde Mensch niemals ausschlieBen kann. Die Buchreihe ist wie folgt gegliedert: 1. Emissionen und ihre Wirkungen 2. Produktions-und Produktintegrierter Umweltschutz 3. Additiver Umweltschutz: Behandlung von Abluft und Abgasen 4. Additiver Umweltschutz: Behandlung von Abwassern 5. Sanierender Umweltschutz Der den Emissionen in Luft, Wasser und Boden sowie deren Wirkun gen gewidmete 1. Band schlieBt die medizinischen Probleme praktisch aus. In vorbereitenden Diskussionen steHte sich immer deutlicher her aus,daB diese Probleme weit grundlicher behandelt werden mussen, als in diesem Band mit seiner Zielsetzung moglich gewesen ware. Von besonders groBer Bedeutung ist der 2. Band, in dem der Produktions- und Produktintegrierte Umweltschutz behandelt werden. Der Produktionsintegrierte Umweltschutz zielt darauf hin, nur die Stoffe nach Quantitat und Qualitat in den ProduktionsprozeB einzuleiten, die flir das gewiinschte Zielprodukt direkt erforderlich sind. Jedes Zuviel an eingeleiteten Stoffe n muB im ProzeBablauf zwangsHiufig, in unveranderter sowie durch unerwiinschte oder unkontrollierbare Begleitprozesse wahrend der Stoff- und Energie umwandlungen, zur Produktion von Schadstoffen fuhren. Diese wer den am Ende des Prozesses teilweise emittiert oder erfordern zusatz Hche Auf- und Verarbeitungsprozesse. Aber auch dann, wenn dem ProzeB nur die flir das Zielprodukt erforderlichen Rohstoffe zuge fuhrt werden, konnen durch Unvollkommenheiten einer chemischen und einer physikalischen Stoffumwandlung unverwiinschte Neben oder Begleitprodukte, somit auch Schadstoffe, produziert werden. Vorwort IX Das Ziel des Produktionsintegrierten Umweltschutzes ist die groBtmogliche Vermeidung einer Einleitung und Produktion von Schadstoffen. Die damit verbundenen Probleme sind in starkem MaBe von den sehr unterschiedlichen Produktionsprozessen abhangig. Es war daher auch nicht zu umgehen, daB diesem Band eine gewisse Heterogenitat eigen ist. Mit fortschreitender wissenschaftlieher Durch dringung der Produktionsprozesse wird diese Heterogenitat jedoch uberwunden werden. Gleiehzeitig wird aber auch, durch EinschluB der Produkte in alle Oberlegungen, der Weg zur Kreislaufwirtschaft be schritten. Der 3. und der 4. Band beinhalten den additiven Umwelt schutz, die Reinhaltung von Luft und Wasser. Bei allen Erfolgen, die der Produktionsintegrierte Umweltschutz erreicht hat und weiter an strebt, werden wir niemals ohne additive MaBnahmen auskommen. Jedoch werden die herkommlichen Verfahren zu einer Spurstofftech nologie weiterentwiekelt werden mussen. Der 5. und letzte Band ist dem sanierenden Umweltschutz gewidmet. Auch dieses Gebiet ist noch stark in der Entwieklung be griffen. Seine gegenwartige Bedeutung ist jedoch auBerordentlieh groB und konnte sogar noch zunehmen. In der vorliegenden Form legt die Buchreihe nicht nur Zeugnis dafur ab, welche Schaden der Mensch durch seine Tlitigkeit der Umwelt zugefUgt hat, sondern, und dieses ist fur alle im Umwelt schutz tatigen und verantwortlichen Ingenieure und Chemiker min destens ebenso wichtig, daB er die erkannten Schaden wieder besei tigen und durch vorausschauende Planung zukunftig vermeiden kann. Er darf aus dieser Buchreihe die Hoffnung schopfen, neu auf kommende Probleme erfolgreieh bearbeiten zu konnen. Er darf auf seine Flihigkeiten und Kreativitat als Triebkrafte fUr die Gestaltung unserer Zeit vertrauen. Fur jeden Band haben sich zur Bearbeitung der Probleme zahlreiche technisch und wissenschaftlich hervorragend ausge wiesene Fachkollegen zur Verfugung gestellt. Ihnen allen ist der Herausgeber zu groBem Dank verpfliehtet. Es ist ihr Verdienst, wenn die Buchreihe "Umweltschutz" den angestrebten Erfolg erzielt. Die Buchreihe hatte aber auch nieht realisiert werden konnen ohne das groBe Engagement des Springer-Verlages. Frau Dr. Hertel hat mit groBem Einsatz, mit viel Verstand nis und Geduld die Arbeit an diesem Projekt gefordert. Ihr gebuhrt ganz besonderer Dank. Die Buchreihe ist all den Menschen gewidmet, die sich ge staltend dem Schutz der Umwelt verpflichtet sehen. Die Kritik der Gestalter und Schutzer unserer Umwelt, einer Welt, in der wir in voller Verantwortung fUr alles Leben zu handeln verpfliehtet sind, ist willkommen. Naturam protegere necesse est H. Brauer Berlin 1995 Vorwort zu Band 3: Additiver Umweltschutz: Behandlung von Abluft und Abgasen Die Behandlung von Abluft und Abgasen wird als wichtiger Zweig des additiven Umweltschutzes verstanden. Die in den Produktions anlagen mit Schadstoffen befrachteten Strome von Abluft und Ab gasen werden vor ihrer Emission in die Atmosphare in Reinigungs anlagen, den zur Produktionsanlage addierten Anlagen, so weit wie moglich von den Schadstoffen befreit. Einrichtungen zum additiven Umweltschutz werden zur Beseitigung aller im Bereich des produk tions-oder prozeBtechnischen Umweltschutzes auftretenden Mangel, seien sie vermeidbar oder auch unvermeidbar, zwingend benotigt. Da es keinen idealen ProduktionsprozeB gibt, der frei von jeglicher Schadstoffproduktion sein kann, wird man auch niemals auf Einrichtungen zum additiven Umweltschutz verzichten konnen. Die an diese Einrichtungen gestellten Forderungen zur Verbesserung der Reinigungseffektivitat fiihren zwangslaufig zur Entwicklung einer Spurstofftechnologie, die es gestattet, nur noch in Spuren vorhandene Schadstoffe yom Tragermedium zuverlassig zu trennen. Die in Abluft und Abgasen enthaltenen Schadstoffe treten in Form fester und fliissiger Partikeln, also Staub und Tropfchen, so wie in Form von Gasen auf. Dieser 3. Band ist daher den wichtigsten technischen Verfahren zur Abscheidung von Stauben und Tropfchen sowie den physikalischen, chemischen und biologischen Verfahren zur Abscheidung gasformiger Schadstoffe gewidmet. H. Brauer Berlin 1995
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