Projekt 15983/01

Entwicklung eines zweistufigen Röstverfahrens kombiniert mit einer neuartigen katalytischen Abgasreinigung zur emissionsarmen Kaffeeröstung

Projektträger

Neuhaus Neotec Maschinen- und Anlagen Bau GmbH
Fockestr. 67
27777 Ganderkesee
Telefon: 04221/859-541

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Ziel dieses F&E-Vorhabens war es, einen neuartigen Kombinationskatalysator bestehend aus einem Re-duktions- und einem Oxidationsteil für die Emissionsminderung in kleineren Kaffeeröstanlagen zu entwickeln. Der im Projekt entwickelte Kombinationskatalysator wurde in erster Linie an die Betriebs- und Abluftbedingungen des Kaffeeröstverfahrens des Antragstellers Neuhaus-Neotec angepasst. Der Oxidationskatalysator soll in Kaffeeröstanlagen herkömmlicher Bauart mit einer Kapazität von bis zu 1.000 kg/h integriert werden.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDer entwickelte Kombinationskatalysator besteht aus einer Oxidationsstufe und einer Reduktionsstufe. In der Oxidationsstufe werden organische Verbindungen und CO möglichst vollständig oxidiert. In der Reduktionsstufe soll anschließend das entstandene NOx wieder reduziert werden. Als Reduktionsmittel dient CO, entnommen aus der Trocknungsstufe.
Die Katalysatorentwicklung erfolgte in vier Schritten. Im ersten Schritt wurde durch Messungen an industriellen Kaffeeröstanlagen das Ausmaß und die maßgeblichen Parameter der NOx-Bildung in den verschiedenen Verfahrensabschnitten, insbesondere im Oxidationskatalysator, bestimmt.
Im zweiten Schritt wurde ein Reduktionskatalysator (ähnlich dem Dreiwegekatalysator im Ottomotor) im Labormaßstab konfektioniert und bei IUTA getestet. In Versuchsreihen wurde die katalytische Umsetzung von Stickoxiden mit Kohlenmonoxid untersucht und der Katalysator angepasst.
Im dritten Schritt wurde dem Reduktionskatalysator der Oxidationskatalysator vorgeschaltet und das System ebenfalls im Labormaßstab bezüglich der Oxidation der organischen, vor allem stickstoffhaltigen Verbindungen und der anschließenden Reduktion der Stickoxide getestet.
Im vierten Schritt wurde das neu entwickelte zweistufige Katalysatorsystem mit einem Teilstrom des Röstabgases aus der Röstanlage vom Typ RFB30G im Technikum der Fa. Neuhaus-Neotec getestet.
Das Verfahren zur Oxidation der Kohlenwasserstoffe und der Reduktion von gebildeten Stickoxiden wurde bis zum kleinindustriellen Maßstab ausgearbeitet. Dazu wurde nach weiteren Vorversuchen zur Optimierung der Temperatur- und Strömungseinstellungen ein Katalysator konfektioniert, der in der Lage ist das gesamte Abgas der Röstanlage RFB30G zu reinigen. Abschließend wurde das neue System eingebaut, getestet.


Ergebnisse und Diskussion

Es wurde ein neuartiges, zweistufiges Katalysatorsystem, bestehend aus einer Oxidationsstufe und einer Reduktionsstufe, entwickelt. Wie bei herkömmlichen Katalysatoren werden in der Oxidationsstufe die Kohlenwasserstoffe und das CO, welche im Röstgas vorhanden sind, zu H2O und CO2 oxidiert. Die dabei aus der Oxidation von Coffein und anderen, stickstoffhaltigen Kohlenwasserstoffen entstehenden Stick-oxide werden in der Reduktionsstufe so weit abgebaut, dass der Zielwert gemäß TA Luft 2002 von 350 mg/m³ um mehr als den Faktor 2 unterschritten wird. Die erforderlichen Betriebstemperaturen entsprechen den aus dem Betrieb von herkömmlichen Katalysatoren bekannten Temperaturen.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Die Ergebnisse werden in den regelmäßig durchgeführten iuta-Kolloquien und durch Veröffentlichung des Abschlussberichtes in den Internet-Auftritten von iuta e. V. und Neuhaus Neotec der Öffentlichkeit zugänglich gemacht.


Fazit

Im Rahmen des Projektes ist es gelungen, des Abgas aus einer Kaffeeröstanlage des Typs RFB 30 G mit Hilfe eines neuentwickelten katalytischen Systems sowohl von Kohlenwasserstoffen als auch von Stickstoffmonoxid weitestgehend zu befreien. Die relevanten Grenz- bzw. Zielwerte sind bei Einhaltung der erforderlichen Temperaturen am Katalysator sicher einzuhalten.

Die höchste, im Reingas gemessene NO-Konzentration liegt bei weniger als der Hälfte des Zielwertes gemäß TA Luft 2002. Berücksichtigt man, dass der Halbstundenmittelwert darunter liegt, wird der Ziel-wert noch weiter unterschritten.