Hg-Adsorption

Möglichkeiten zur Untersuchung quecksilberhaltiger Gase – Adsorption

Grundlage für die Analyse gasförmiger Quecksilberkonzentrationen ist der Einsatz entsprechend sensitiver Online-Messtechnik, die insbesondere auch den emissionsrelevanten Konzentrationsbereich bis hinunter zu wenigen µg/m³ abdeckt. Wichtig für die Problemanalyse und die darauf basierende Entwicklung von verfahrenstechnischen Lösungsansätzen ist die Möglichkeit, sowohl die Gesamtquecksilberkonzentration als auch die Konzentration an elementarem Quecksilber zu vermessen.

Für die kontinuierliche Erfassung gasförmiger Quecksilberkonzentrationen stehen ein eignungsgeprüftes Gerät (HM 1400 TR der Firma Durag/Verewa) zur Verfügung, das zur Überwachung von behördlichen Grenzwerten an Großanlagen zugelassen ist, sowie ein ausschließlich für den Laborbetrieb geeigneter Hg-Monitor (Laborgerät VM 3000 der Fa. Mercury Instrument). Alternativ kann ein quasikontinuierlich arbeitendes Messsystem bestehend aus einer Probenaufbereitung der Fa. P S Analytical und zwei nachgeschalteten Messgeräten vom System Sir Galahad zum Einsatz kommen.

Zur Bestimmung der Konzentration an zweiwertigem Quecksilber muss das Probengas auf den Gesamtquecksilbergehalt und zusätzlich auf den Gehalt des elementaren Quecksilbers untersucht werden. Durch die Bildung der Differenz der beiden Messwerte kann der Anteil des zweiwertigen Quecksilbers ermittelt werden.

Neben der Analytik ist das Kernelement für erfolgreiche Untersuchungen eine verlässliche Hg-Konditionierung des Trägergases, die gasförmiges Quecksilber in unterschiedlichen Konzentrationen und Oxidationsstufen (Verbindungsformen) bereitstellen kann. Zur Generierung des gasförmigen Quecksilbers wird beispielsweise der Prüfgasgenerator HovaCAL mit anschließender Verdampfereinheit HovaPOR der Fa. IAS GmbH eingesetzt. Dabei wird HgCl₂-Lösung entsprechend einer am Gerät eingestellten Gaskonzentration bei 180 °C verdampft und mit dem Trägergasstrom isotherm vermischt. Zur Generierung von gasförmigem Hg(0) kann das Hg(II)-haltige Gas hinter dem Verdampfer durch eine Reduktionseinheit geleitet werden.

Die Ausrüstung wird für unterschiedliche Forschungs- und Entwicklungsaufgaben eingesetzt. Dazu werden die Laborversuchsanlagen bedarfsgerecht an die jeweilige Aufgabenstellung adaptiert.

In 2017 wurden z. B. umfangreiche Untersuchungen zur Erforschung von Ad- und Chemiesorptionsvorgängen durchgeführt. Ein weiteres Beispiel ist die Aufnahme von Durchbruchskurven über eine Adsorbensschüttung zur Beurteilung der Leistungsfähigkeit neuer bzw. optimierter Additive, u. a. auf Basis innovativer Sorbentien. Nachfolgende Abbildung zeigt den schematischen Aufbau einer typischen Versuchsanordnung. Als Trägergas können Stickstoff, synthetische Luft oder Druckluft verwendet werden. Es besteht die Möglichkeit, dem mit Quecksilber konditionierten Abgasstrom weitere Schadgaskomponenten über eine Gasflasche zuzudosieren.

Abbildung: Schematische Darstellung eines Versuchsaufbaus zur Vermessung von Durchbruchskurven.

Zur Einstellung der gewünschten Betriebstemperatur (bis 200 °C) ist die Adsorbensschüttung in einem beheizbaren Schrank untergebracht. Um Kondensationseffekte auszuschließen, sind alle gasführenden Schläuche und Verbindungen von hinter Verdampfer bis zur Übernahmestelle am Hg-Analysator beheizt (T höher als 180 °C). IUTA führt die Durchbruchsuntersuchungen aktuell für elementares Quecksilber und für Quecksilber in der Verbindungsform HgCl₂ durch. Systembedingt enthält das mit HgCl₂ konditionierte Gas einen Anteil an Hg(0). Dieser ist kleiner als 10 %.