Projekt 21154/02

Neue Thermische Abgasreinigungstechnologie mit regenerativer Abluftvorwärmung für Abgase mit Anteilen siliziumorganischer Verbindungen (2. Phase)

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 thermischen Nachverbrennung von Abgasen bzw. Abluftströmen mit siliziumorganischen Inhaltsstoffen. Um den Zusatz-Brennstoffbedarf auch für kleine Abluftbeladungen mit organischen Stoffen so gering wie möglich zu halten, werden zur Gewährleistung einer hohen Abluftvorwärmung Regeneratoren (Wärmespeicherbetten) eingesetzt (sog, regenerative Nachverbrennung). Der neue Technologieansatz beruht auf Regeneratormassen in Form von Keramikkugeln, auf denen sich Anhaftungen innerhalb der Oxidationszone aufgrund von SiO2-Verbindungen bilden. Im Rahmen der Pilotphase A ist eine mobile Technikumsanlage erstellt und zunächst bei der CUTEC und schließlich bei der Firma ALBIS Plastic GmbH am Standort Hamburg erfolgreich eingesetzt worden. Primäres Ziel war dabei, das Oxidationsverhalten der siliziumorganischen Verbindungen zu untersuchen sowie das Systemverhalten mit Blick auf die Projektierung einer Hauptausführung zu ergründen. Die hier beschriebene Demonstrationsphase B beinhaltet einerseits die Konzeption und das Engineering einer Hauptausführung und andererseits - um eine möglichst schnelle Verbreitung der neuen Technologie zu gewährleisten - weitere Testläufe der Pilotanlage an zwei unterschiedlichen Produktionsprozessen (Firma Miele und Firma Currenta). Bei ALBIS wurde zu Vergleichszwecken noch ein Versuch mit konventionellen Wabenkörpern durchgeführt, damit alte und neue Technologie gegenübergestellt werden können. Hieraus resultierte eine Hauptausführung in konventioneller Bauart bei ALBIS, das Angebot einer Hauptausführung mit neuer Technologie ist Fa. Miele unterbreitet worden.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenIn Phase B soll in 5 Arbeitsschritten parallel zu Versuchen bei zwei weiteren Anwendern mit dem Scale-up und der Entwicklung der Hauptausführung für die Fa. ALBIS begonnen werden.
1. Scale-up und Entwicklung der Hauptausführung: Aufgrund der geringen Konzentrationen an Silizium-organischen Verbindungen im Rohgas sowie der Ergebnisse aus den Versuchen mit einer herkömmlichen Versuchsanlage wurde bei ALBIS eine Hauptausführung in konventioneller Bauart geplant.
2. Versuche bei ALBIS und weiteren Anwendern: Bei ALBIS wurde eine Versuchsanlage mit Wabenkörpern installiert. Parallel hierzu und zu Schritt 1 wurden bei Fa. Miele, Oelde (Antihaftbeschichtung) und Fa. Currenta, Leverkusen (Abwasserreinigung) Versuche mit der Pilotanlage gefahren. Aufgrund der höheren Eingangskonzentrationen als bei ALBIS und sich verändernder Zusammensetzungen an Kohlenwasserstoffen soll eine Hauptausführung mit neuer Technologie bei Miele zum Einsatz kommen.
3. Fertigung und Montage der Hauptausführung in konventioneller Bauart bei ALBIS.
4. Inbetriebnahme und Validierung der Hauptausführung in konventioneller Bauart bei ALBIS.
5. Auswertung, Berichterstellung und Ergebnisverbreitung: Die Ergebnisse der Versuche mit der Pilotanlage sowie der Inbetriebnahme der konventionellen Hauptausführung bei ALBIS werden vorgestellt, eine ökonomisch/ökologische Bewertung findet statt. Die Forschungsergebnisse werden durch Vorträge, Veröffentlichungen, im Internet und im Rahmen der Lehre an der TU Clausthal verbreitet.


Ergebnisse und Diskussion

Ergänzende Versuche bei ALBIS (Hamburg):
Im Laufe der Phase 1 des Vorhabens hat sich herausgestellt, dass bei der Firma ALBIS relativ geringe Konzentrationen an siliziumorganischen Verbindungen im Abgas festzustellen waren. Da auch in Zukunft mit kleinen Konzentrationen zu rechnen ist, wurde der Arbeitsplan für die zweite Phase des Vorhabens um den Test einer konventionellen regenerativen Oxidationsanlage erweitert. Dabei stellte sich heraus, dass nur die obersten Lagen der Regeneratoren (Wabenkörper) mit Siliziumdioxid belegt waren, so dass eine periodische Absaugung für ausreichende Standzeiten sorgen kann. Auf dieser Basis entschied sich ALBIS, eine konventionelle Anlage zu beschaffen, die zwischenzeitlich installiert und in Betrieb genommen wurde. Sie arbeitet seither zielführend.
Versuche bei Miele (Oelde):
Bei der Firma Miele stammen die siliziumorganischen Verbindungen aus dem Abgas einer Anlage zur Herstellung von Antihaftbeschichtungen. Da hohe Konzentrationen an siliziumorganischen Verbindungen vorlagen, konnte der neue Technologieansatz sehr intensiv untersucht werden. Dabei stellte sich heraus, dass die Anlage betriebssicher arbeitete. Durch die kontinuierliche Überwachung der Anlage von Clausthal aus (Internetverbindung), war es möglich, ständig den Anlagenzustand zu validieren und die Steuerung zu optimieren. In verschiedenen Versuchen konnte nachgewiesen werden, dass die Reingaskonzentrationen weit unterhalb der geforderten Emissionsbegrenzungen lagen. In diesem Zusammenhang ist darauf hinzuweisen, dass kein Pufferbehälter zur Realisierung des Spülzyklus installiert war, so dass sich im realen Betrieb einer späteren Hauptausführung die Werte noch einmal verbessern können. Miele hat sich entschlossen, eine Hauptausführung vom neuen Technologieansatz zu beschaffen. Derzeit laufen technisch/kaufmännische Verhandlungen zwischen dem Anlagenbauer LTB und Miele.
Versuche bei Currenta (Leverkusen):
Der Anwendungsfall bei Currenta ist deshalb für die Erprobung des neuen Technologieansatzes besonders wertvoll, weil sehr vielschichtige organische Verbindungen aus unterschiedlichen Herstellungsbetrieben verarbeitet werden müssen. Dabei ist die Konzentration an siliziumorganischen Verbindungen nicht ganz so hoch, wie im Fall Miele. Auch hier stellte sich der Betrieb der Versuchsanlage als sehr betriebssicher heraus und es wurden insbesondere die sicherheitstechnischen Anforderungen in der chemischen Industrie vor Aufstellung der Anlage berücksichtigt. Die Anlage läuft zum Zeitpunkt der Berichtserstellung im zweiten Turnus, wobei die Versuche über den Zeitraum des Forschungs- und Entwicklungsvorhabens hinausgehen. Aus energetischer Sicht ist der Anwendungsfall Currenta deshalb besonders bedeutsam, weil der Vergleich zu einer konventionellen thermischen Abgasreinigungsanlage mit rekuperativer Abluftvorwärmung angestellt werden kann. Es ist jetzt schon abzusehen, dass mit dem neuen Konzept der Brennstoffverbrauch um ca. 75 % abgesenkt werden kann. Es deutet sich an, dass die Ablagerungen durch die siliziumorganischen Stoffe offenbar leichter zu handhaben sind, als in einer konventionellen thermischen Nachverbrennung, weil die Oxidationsreaktion in einer reinen Gasphase (flameless) stattfindet und Temperaturspitzen, wie sie durch eine Brennerflamme hervorgerufen werden können, nicht auftreten. Currenta ist an der Umsetzung des neuen Technologieansatzes sehr interessiert.

Insgesamt wird festgestellt, dass sich bei den bisherigen Anwendungen der neue Technologieansatz im Pilotmaßstab bewährt hat. Dabei ist zu vermerken, dass die Kugelschüttung offensichtlich große Mengen an Siliziumdioxid aufnehmen kann, so dass sich lange Betriebszyklen ergeben, was zu einem geringen Betriebs- und Wartungsaufwand führt. Anfragen für weitere Einsatzfälle der Versuchsanlage liegen bereits vor. Der neue Technologieansatz soll daher noch weiter erprobt werden, wobei Ziel die Einrichtung einer Produktgruppe ist. Daher arbeitet LTB weiter intensiv an der Automatisierung des Kugelumlaufs und des Scale-up der Gesamtanlage.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Vorträge und Veröffentlichungen im Rahmen der Berliner Energiekonferenz (2006), des VDI-Kollo-quiums Emissionsminderung 2008 in Nürnberg und 10th Conference on Energy For A Clean Environment im Juli 2009 in Lissabon. Vortrag beim Jahrestreffen der Fachausschüsse Energieverfahrenstechnik und Hochtemperaturtechnik in Hamburg (2009). Kontakte zu potentiellen Anwendern der neuen Reinigungstechnologie sind vorhanden, so dass gezielt Informationsmaterial verbreitet werden kann.


Fazit

Im Rahmen der 2. Phase des Vorhabens wurden erfolgreiche Versuche bei zwei zusätzlichen Anwendern gefahren. Es ist geplant, die Pilotanlage auch noch bei weiteren Anwendern zu erproben. Aus den bisherigen positiven Ergebnissen resultierte eine Hauptausführung in konventioneller Bauart bei Fa. ALBIS (in Betrieb), während Fa. Miele beabsichtigt, eine Anlage gemäß des neuen Technologieansatzes zu errichten (zurzeit Phase der technisch/kaufmännischen Klärung).