Projekt 17032/01

Trennung von ölhaltigen Kondensaten aus innerbetrieblichen Druckluftanlagen auf thermischer Basis

Projektträger

Druckluft-Technik GmbH Kompressoren u. Zubehör
Frühlingstr. 19
90431 Nürnberg
Telefon: 0911/314319

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Bei der Luftverdichtung in öleingespritzten Verdichtersystemen (Druckluftkompressoren) fallen ölhaltige Kondensate an, die in bisherigen Systemen mittels sogenannter Öl-Wasser-Trennsysteme über Schwerkraft in Wasser und Öl getrennt werden. Die Beseitigung des Wasseranteils erfolgt durch Einleitung in das Kanalwasser über Aktivkohlefilter. Diese müssen regelmäßig entsprechend den wassergefährdenden Ölinhaltstoffen entsorgt werden. Andere Systeme (Emulsionsspaltanlagen) binden die Kohlenwasserstoffe in einen Filterkuchen ein, der entsprechend entsorgt werden muss.
Diese Trennsysteme sind im Alltagseinsatz keineswegs sicher. Es kommt stets zu Überschreitungen der kritischen Grenzen von zulässigen Abwasserwerten. Ziel des Vorhabens war es, ein Verfahren zu entwickeln bzw. weiterzuentwickeln, welches das ölhaltige Kondensat bei stationären Luftverdichtersystemen sicher und umweltfreundlich sowie unter Vermeidung jeglicher Abwasserbelastung trennt.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenFür dieses Verfahren wurde ein thermisches System eingesetzt. Dieses System nutzt die thermische Energie in der Abluft des Verdichters. Die Abluft weist einen niedrigen Wasserdampfpartialdruck auf. Sie verfügt über eine erhebliche Wasseraufnahmefähigkeit. Berechnungen haben gezeigt, dass die Wasseraufnahmekapazität der warmen Abluft um eine vielfaches größer ist als die anfallende Kondensatmenge. Die warme Abluft des Verdichters wird über das angefallene Kondensat transportiert. Der Wasseranteil des Kondensates verdunstet. Da Verdichtergröße und Kondensatmenge in linearem Zusammenhang stehen, wird für unterschiedliche Kompressorengrößen nur ein zu entwickelndes System genügen. Lediglich die geometrischen Größen des Systems sind unterschiedlich entsprechend den Leistungsklassen auszulegen. Das Projekt diente dazu, diesen Wärmetauscher zu entwickeln, wobei der Luftverteilung (Strömungs- und Verdunstungsgeschwindigkeit) und der Kondensatzuführung und Verteilung innerhalb des Wärmetauschers entscheidende Bedeutung zukommt. Die im Kondensat enthaltenden Öltröpfchen müssen dabei im Wärmetauscher verbleiben.


Ergebnisse und Diskussion

Im Projektrahmen wurde ein für die Kondensatbehandlung von Druckluftkompressoren neuartiger Wärmetauscher entwickelt, erprobt und auf seine Praxistauglichkeit untersucht. Zuerst musste die Fragestellung beantwortet werden, ob das im Kondensat enthaltene Öl wieder in Öldampf überführt und somit freigesetzt wird. Durch die Abkühlung der Druckluft unmittelbar nach dem Verdichteraustritt wird der Drucktaupunkt unterschritten. Es kommt zur Kondensatbildung. Dabei wird das aus dem Verdichter mittransportierte Öl, das sich im dampfförmigen Zustand befindet, mitauskondensiert. Der Ölanteil im Kondensat wird im Verdunstungswärmetauscher auf eine Temperatur von 60° C - 80° C erwärmt. Die Überlegung, dass das Öl nur bei Annäherung oder Überschreitung der Verdampfungstemperatur des Öles, ab 200° C wieder in nennenswertem Umfang in Dampfform überführt wird, wurde durch Versuche bestätigt. Daneben kann ein Austrag von kleinen Partikeln und Wassertropfen ein Mitreißen anhaftender Öltröpfchen bewirken. Auch derartige Ölfreisetzungen wurden nicht beobachtet. Weiterhin war die Fragestellung zu klären, ob eine Trennung und vor allem eine Verdunstung der Wassermoleküle möglich ist. Dies wurde durch die Versuche bestätigt.
Das Hauptproblem war eine technische Ausgestaltung des Wärmetauschers, um das Kondensat mit möglichst viel thermischer Energie aus der Abluft des Verdichters zu beaufschlagen. Ein Kondensatbad, welches mit der warmen Abluft des Verdichters lediglich überstrichen wird, ist nahezu wirkungslos, da das Öl im Kondensatbad aufgrund der Schwerkraft aufschwimmt und somit den Wasseranteil von Luft und Wärme isoliert. Also kam hier nur ein Wärmetauscher in Frage, der das Kondensat quer zur Luftrichtung bewegt. Hierzu wurde ein Querstromwärmetauscher entwickelt, der das Kondensat im oberen Teil aufnimmt, ständig in Bewegung hält und die Oberflächenspannung des Kondensates nutzt, um dessen Fließgeschwindigkeit quer zur Abluftrichtung unter ein bestimmtes Niveau zu begrenzen. Das Kondensat und die Abluft benötigen eine ausreichende Verweilzeit, um den Wasseranteil des Kondensates in einem Verdunstungsprozess aufzunehmen. In intensiver Entwicklungs- und Optimierungsarbeit konnte hier eine technische Lösung erzielt werden, die die gestellten Anforderungen erfüllt. Hierbei wurde ein sehr geringer Druckverlust im Abluftstrom durch den Wärmetauscher erreicht, der für die Praxis vernachlässigbar ist.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Die Öffentlichkeit wurde auf der Messe Stone-Plus in Nürnberg (24-27.5.01) intensiv über diese neue Technik und in Fachzeitschriften informiert. Der VDDF (Verein Deutscher Druckluft-Fachleute) hat diese neue Technik in der eigenen Zeitschrift veröffentlicht. Im Internet wird diese Technik durch den VDDF dargestellt (www.vddf.de).


Fazit

Mittels der Abwärmenutzung des Verdichters wurde ein Kondensat-Trennsystem entwickelt, welches sowohl in fahrbaren als auch in stationären Kompressoren eingebaut werden kann. Dieses thermische Kondensat-Trennsystem ist den bisherigen Systemen bei stationären Verdichtern unter Umweltgesichtspunkten weit überlegen, da es weder Abfall durch regelmäßig anfallendes ölbelastetes Filtermaterial erzeugt, noch belastete Abwässer zu beseitigen sind. Da es keine zusätzliche Energie benötigt und auch unter Kostengesichtspunkten für den Anwender attraktiver als die bisherigen Systeme ist, wird sich dieses System sicherlich durchsetzen.
Bei fahrbaren Verdichtern wurden bisher die ölhaltigen Kondensate oftmals auf der Baustelle eingeleitet. Aufgrund der technischen Weiterentwicklung werden zunehmend Kondensataufbereitungssysteme gefordert und eingesetzt. Die Kondensate werden auf der Baustelle aufgefangen, der Ölgehalt dort mit Kleinanlagen oder in zentralen Anlagen weitgehend abgetrennt. Dies wird in der Praxis jedoch ungenügend realisiert. Für den Anwender vor Ort sind Behälter für die in erheblichem Umfang anfallenden Kondensate, die er dort vorhalten, mit zurücknehmen und bei hohen Kosten entsorgen muss, zu umständlich. Die Akzeptanz ist gering. Hier bietet sich das neue Kondensat-Trennsystem an. Es wird in die fahrbaren Verdichter fest installiert. Der Kondensatanfall wird ohne Umweltbelastungen weitestgehend verdunstet und damit an die Umgebungsluft zurückgegeben. Nur der geringe Ölanteil im Kondensat, der ca. 0,5 % ausmacht, wird aufgefangen und ist, gekoppelt mit der Kompressorenwartung, zu entsorgen. Dieses System kann in vorhandene Kompressoren jederzeit nachgerüstet werden.
Insgesamt kann hierbei von einer deutlichen Umweltentlastung gegenüber dem Ist-Zustand ausgegangen werden.