Projekt 21154/01

Neue thermische Abgasreinigungstechnologie mit regenerativer Abluftvorwärmung für Abgase mit Anteilen siliziumorganischer Verbindungen

Projektträger

Luft- und Thermotechnik Bayreuth GmbH
Markgrafenstr. 4
95497 Goldkronach
Telefon: 09273/500-0

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung einer neuen Technologie zur Behandlung von Abgasen bzw. Abluftströmen mit siliziumorganischen Inhaltsstoffen. Zahlreiche Prozesse (z. B. Regranulierung von Kunststoffen, Kunststoffcompoundierung, etc.) sind betroffen. Dabei kommt eine sorptive, biologische oder katalytische Abgasreinigung aufgrund der vielfach rezepturbedingten bzw. zwangsweise vorhandenen Stoffvielfalt nicht in Frage. Aus ökologischer und ökonomischer Sicht (niedrige Restschadstoffgehalte, niedriger Brennstoffverbrauch) wäre die thermische Abgasreinigung mit regenerativer Abluftvorwärmung wegen ihrer extrem hohen Abluftvorwärmung prädestiniert. Dem steht entgegen, dass sich die Regeneratorspeichermassen mit dem Oxidationsprodukt (vorwiegend SiO2) aus den siliziumorganischen Verbindungen amorph belegen und somit verstopfen. Es soll eine mobile Technikumsanlage betriebsfertig erstellt und bei einem potenziellen Anwender eingesetzt werden (Der erste Einsatz fand bei CUTEC statt). Primäres Ziel ist es dabei, das Oxidationsverhalten der siliziumorganischen Verbindungen zu untersuchen sowie das Systemverhalten mit Blick auf die Projektierung einer Hauptausführung zu ergründen.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenIm Rahmen des Forschungsvorhabens ist eine mobile Pilotanlage konzipiert und konstruiert worden, die aus den Hauptkomponenten Reaktor mit Regeneratoren und Brennkammerkopf (modularer Aufbau), pneumatisch betriebenem Klappensystem, Erdgasbrenner mit Gas- und Luftstrecke und Flameless-System besteht. Volumenströme, Drücke und Temperaturen von Abgas, Zusatzbrennstoff, Brennerluft und Reingas sowie Temperaturen innerhalb der Regeneratorschüttung werden kontinuierlich erfasst, um exakte Bilanzierungen der Anlage und genaue Beurteilungen des Temperaturprofils in den Regeneratoren zu ermöglichen. Die Regelung der Anlage wird über eine SPS realisiert. Programmtechnisch kann aufgrund der veränderten Betriebsweise (Anfahrprozess, Temperatursteuerung) nicht auf Standardmodule für herkömmliche RNV-Anlagen zurückgegriffen werden, so dass hier eine Neukonzeption erfolgen muss. Im Rahmen des Forschungsvorhabens sind die folgenden Versuchsabschnitte vorgesehen:
1. Konstruktion und Erstellung einer Versuchsanlage durch den Antragsteller.
2. Erprobung und technische Validierung der Anlage bei CUTEC in Clausthal
3. Erste Versuche mit siliziumorganischen Verbindungen bei CUTEC
4. Durchführung der Versuchskampagne bei der Firma ALBIS PLASTIC GmbH in Hamburg.


Ergebnisse und Diskussion

Die von LTB gefertigte und vormontierte Anlage wurde bei CUTEC angeliefert, wo die Realisierung von MSR-Technik und Visualisierung, die technische Validierung und Versuchsdurchführung erfolgte. Zur Erzeugung von SiO2-Ablagerungen wurden die Verbindungen Baysilone-Öl M50 und Vinyltrimethoxysilan über eine Dosiervorrichtung zugeführt. Nach Abschluss dieser Versuche wurde die Anlage heruntergefahren und entleert. Auf Grund der thermischen Überhitzung der Anlage als Folge einer unkontrolliert ho-hen Zudosierung organischer Stoffe wurden die in die Anlage eingebrachten Edelstahl-Layer so stark verformt, dass diese komplett erneuert werden mussten. Innerhalb der heißesten Zone fanden sich Agglomerate von Kugeln. In den während des Normalbetriebs kalten Zonen der Schüttung waren kaum Anlagerungen festzustellen während innerhalb der Reaktionszone vermehrt staubförmige Fraktionen von Siliziumdioxid auftraten. Das Feingut wies unterschiedliche Fraktionen auf, wobei ein Teil Abplatzungen von Kugeln darstellte. Bei der Feinstfraktion war davon auszugehen, dass es sich weitgehend um Oxidationsprodukte aus den zudosierten siliziumorganischen Substanzen handelte. Hieraus leitet sich ab, dass die Pilotanlage offensichtlich zielführend bezüglich der Oxidation siliziumorganischer Verbindungen arbeitet. Die vorher in Clausthal durchgeführten Arbeiten haben den Betrieb der Pilotanlage bei ALBIS in Hamburg erheblich erleichtert. Um die Verfahrensparameter laufend überwachen und eingreifen zu kön-nen, wurde ein Telefonmodem installiert, das sich während des mehrmonatigen Versuchsbetriebes als sehr hilfreich erwiesen hat. Im Folgenden sind die weiteren, wesentlichen Erkenntnisse zusammengefasst: Das Betriebsverhalten der Anlage hat sich als unproblematisch herausgestellt. Mehrere Strom- und Druckluftausfälle unterbrachen zwar den Versuchsbetrieb, der jedoch mit Hilfe des Modems wieder fortgesetzt werden konnte. Zwischenzeitlich hat die Anlage eine eigene Druckluftversorgung erhalten, so dass die Ausfälle drastisch reduziert werden konnten. Die Temperaturmesstechnik, ursprünglich ausgeführt mit Absaugthermoelementen wurde versuchsweise durch einen mittig im Reaktor angeordneten Thermoelementbaum ergänzt. Diese Konzeption hat sich als im Zusammenhang mit dem Ausbringen der keramischen Speichermasse als weniger geeignet erwiesen. Auch reicht nach den bisherigen Erfahrungen der Einbau üblicher Manteltemperaturfühler aus, um für die Regelung ausreichend genaue Temperaturwerte zu generieren. Bezüglich Siliziumdioxidanhaftungen als Folge der Oxidation siliziumorgani-scher Verbindungen ist ein ähnliches Verhalten verglichen mit den Ergebnissen aus Clausthal festzustellen. Die Anlage wurde einmal entleert und wieder befüllt, wobei sich erwartungsgemäß SiO2-Stäube in etwa halber Höhe der Schüttung angelagert haben. Während der Versuchsphase wurden seitens ALBIS nur begrenzt Compounds mit siliziumorganischen Rezepturen hergestellt, so dass auch zugehörige SiO2-Anhaftungen nicht in massivem Umfang zu erwarten waren. Gleichwohl hat die Pilotanlage ihre Aufgabe diesbezüglich in vollem Umfang erfüllt. Weiter konnten auch keine Keramikkugelagglomerationen festgestellt werden, so dass hierdurch indirekt die zielführende Temperaturmessung sowie -Regelung bestätigt wird. Auch die erzielte Reingasqualität wurde untersucht, wobei die Erdgasdotierung einige Sekunden vor dem Wechsel der Strömungsrichtung beendet wurde, um die Konzentration an S org. C im Reingas zu senken. Es zeigte sich im Fall der Schadstoffbeladungen bei ALBIS von bis zu ca. 150 mg/m3n an S org. C, dass auch ohne Pufferbehälter bereits Reingaskonzentrationen von unter 20 mg/m3n (FID) durchaus erzielbar sind. Die Versuchsanlage wird noch einige Monate bei ALBIS verbleiben, wobei die in diesem Zusammenhang stehenden Untersuchungen über den Rahmen dieses Teilvorhabens hinausgehen. Dabei ist geplant, die Abluft eines Extruders, der vorwiegend Compounds mit siliziumorganischen Inhalts-stoffen herstellt, auf die Pilotanlage zu schalten und nicht wie bislang einen Teilstrom aus dem Gesamt-abluftvolumenstrom zu verwenden.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

In 2005 Vorträge im Rahmen der VDI-Kolloquien Fortschritte in der Luftreinhaltetechnik und Spritzgießen 2005 bzw. des International Symposium MBT 2005. Veröffentlichung in der Fachzeitschrift Gefahrstoffe - Reinhaltung der Luft. Vortrag beim GVC Fachausschuss-Hochtemperaturtechnik in 2006. Zwei weitere Vorträge sind bei Aufbereitungstechnik 2006, Köln bzw. Abfalltagung 2006, Berlin angemeldet. Kontakte zu potenziellen Anwendern der neuen Reinigungstechnologie sind vorhanden, so dass gezielt Informationsmaterial verbreitet werden kann.


Fazit

m Rahmen der 1. Phase des Vorhabens wurde erfolgreich eine Technologie entwickelt und in einer Pilotanlage erprobt, die es gestattet, Abgase mit siliziumorganischen Verbindungen und insbesondere deren Oxidationsprodukt SiO2 in einer thermischen Abgasreinigungsanlage mit regenerativer Abluftvorwärmung handhabbar zu machen

Übersicht

Fördersumme

208.786,00 €

Förderzeitraum

01.07.2004 - 31.10.2005

Internet

www.ltb.de

Bundesland

Bayern

Schlagwörter

Klimaschutz
Umweltforschung
Umwelttechnik