Projekt 09940/01

Entwicklung eines in-situ/on-line Monitors für partikelführende Prozesse

Projektdurchführung

Wizard Zahoransky KG
Schwarzwaldstr. 3
79674 Todtnau

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Es soll ein Instrument für den prozessintegrierten Umweltschutz partikelführender verfahrenstechnischer Anlagen entwickelt werden. Das zu entwickelnde, berührungsfreie in-line Messsystem (Monitor) soll die wichtigsten Parameter der Partikelströmung quantitativ erfassen, auswerten und on-line anzeigen und zum anderen weitergehende Entscheidungshilfen für die Regelung und Steuerung des verfahrenstechnischen Prozesses liefern oder direkt regelungstechnisch eingreifen können. Beispiele verfahrenstechnischer Prozesse, bei denen das Messsystem eingesetzt werden soll, sind Rauchgasreinigungsanlagen und Produktionsanlagen für Füllstoffe. Das Endergebnis soll ein Prototyp sein, der die Basis für ein kommerziell verwertbares in-line/on-line Mess-, Überwachungs- und Steuersystem für partikelführende verfahrenstechnische Prozesse darstellt. Das System soll zu einer Verbesserung der Qualität des gewünschten Produktes und zu einer Minimierung des energetischen und stofflichen Einsatzes bei der Herstellung des Produktes führen.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDas Projekt wurde gemeinsam mit der Universität Karlsruhe, Institut für Technische Thermodynamik, der Rauschert Verfahrenstechnik GmbH und der Degussa-Hüls AG durchgeführt.
Die wesentlichen Arbeitsschritte zur Realisierung des Messsystems umfassen die Weiterentwicklung des optoelektronischen Messprinzips, der Sensorköpfe, die Neuentwicklung einer universell in verschiedene verfahrenstechnische Anlagen auch nachträglich installierbaren Messstrecke, die Erstellung der Software zur Benutzerführung, Auswertung, Darstellung der Messergebnisse, des Interfaces zur Anlage mit entsprechender Software und Datenverarbeitung. Das Messprinzip beruht auf der integralen optischen Extinktion von Licht unterschiedlicher Wellenlängen durch den zu analysierenden Partikelstrom.
Der Prototyp des Messsystems wurde mit Testaerosolen getestet und die Ergebnisse mit denen anderer off-line Messverfahren verglichen. Danach wurde der Prototyp in einer industrienahen Rauchgaswasch-Pilotanlage im Dauerbetrieb für den praktischen Einsatz ertüchtigt und in zwei konkreten industriellen Anwendungsfällen (Rauchgasreinigungsanlage und Füllstoffproduktionsanlage) eingesetzt.


Ergebnisse und Diskussion

Mit Projektabschluß steht ein nahezu universell einsetzbares Monitorsystem für die Überwachung und Dokumentation partikelführender Prozesse zur Verfügung. Für die beiden Anwendungen partikelproduzierende Industrieprozesse mit sehr hoher Partikelkonzentration und Rauchgase mit niedriger Konzentration wurden zwei unterschiedliche Messkammern entwickelt und in Industrieanlagen durch Langzeitversuche im bedienungslosen Automatikbetrieb erfolgreich getestet.
Die Rauchgasmessstrecke fand ihre Anwendung in Rauchgasreinigungsanlagen wie z.B. in einer Müllverbrennungsanlage. Die für die Beurteilung des Rauchgases und der Abscheidewirkung von Reinigungsanlagen primären Aerosolparameter Konzentration und mittlere Partikelgröße ließen sich zuverlässig auch bei transienten Vorgängen aufzeichnen.
Die andere Messstrecke wurde in einer partikelproduzierenden verfahrenstechnischen Anlage im Dauerversuch unter realen Betriebsbedingungen getestet. Eine Dauerüberwachung der Partikel ist hinsichtlich Konzentration und mittlerer Partikelgröße möglich. Die Automatisierung von Mess- und Spülzyklen im Takt von 30 Minuten in der Messstrecke hat sich bewährt. Die Partikelproduktion, d.h. der Prozessablauf, wird nicht beeinträchtigt.

Die Umsetzung des Auswertealgorithmus mit durchgängigem Source-Code in eine umfassende Darstellungsoberfläche ist gelungen. Es erfolgt nicht nur die on-line Darstellung der Endergebnisse, sondern auch die der Rohdaten in Bezug zum physikalisch sinnvollen Bereich, was eine sofortige Beurteilung der Messgüte erlaubt. Die Adaption an Prozessleitsysteme zur Datenerfassung und Steuerung der Anlage bezüglich der Partikelcharakteristik mittels Normschnittstellen ist möglich.

Bei Rauchgas bietet der entwickelte Partikelmonitor die Möglichkeit einer on-line Langzeitüberwachung, mit der selbst transiente Partikelemissionen zeitaufgelöst detektiert werden. Da das System auch Submikronpartikel quantitativ erfasst, können auch Partikelemissionen im Submikronbereich überwacht werden, die derzeit gesetzlich noch nicht vorgeschrieben sind. Gerade in Verbrennungsanlagen, die säurebeladene Partikel generieren, lässt sich durch das in-line/on-line System zuverlässig messen, da keine Probennahme oder Probenaufbereitung nötig ist.

Durch die interne Messung in den einzelnen Prozessschritten von Rauchgasreinigungsanlagen lassen sich die Betriebsweisen optimieren, um sowohl die Partikelemission zu minimieren, als auch die Anlagen mit geringstem Ressourcenverbrauch zu betreiben.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

MOPP und die Messergebnisse werden in der Fachzeitschrift der Chemie-Ingenieur-Technik CIT präsentiert. Die Vertriebsfirma L.O.T.-Oriel/Darmstadt wird das Messsystem in ihren Vertrieb aufnehmen. Ein Werbeartikel erscheint in deren Infoblatt SPECTRUM. Schon im Dez. 1998 wurde MOPP auf der Landesmesse in Stuttgart Wissenschaft trifft Wirtschaft präsentiert. MOPP wird auf der spezifischen verfahrenstechnischen GVC-Jahrestagung (VDI-Gesellschaft) 2000 in Karlsruhe ausgestellt werden. Als wichtigste Maßnahme sehen die Projektpartner die Ausstellung durch den Anlagenbauer Rauschert Verfahrenstechnik GmbH auf der ACHEMA 2000 an.

Kontaktadressen:
WIZARD Zahoransky KG Rauschert Verfahrenstechnik GmbH
Schwarzwaldstr. 3 Paul-Rauschert-Str. 6
79674 Todtnau 96349 Steinwiesen
Tel. 07671/9233 Tel. 09262/770

Institut für Technische Thermodynamik Degussa-Hüls AG
und Kältetechnik Abteilung Mechanische Verfahrenstechnik
Kaiserstr. 12 Postfach 1345
76131 Karlsruhe 63403 Hanau
Tel. 0721/6082321


Fazit

Das Projektziel wurde erreicht. Der Markterfolg des entwickelten Partikelmonitors MOPP hängt von der Akzeptanz in der verfahrenstechnischen Industrie ab. Die beiden Industriepartner setzen das entwickelte Gerät in ihren Anlagen weiterhin ein, was für die Industrietauglichkeit der Prototypen spricht. Eine schwierige Hürde wird zunächst sein, das Monitorsystem bekannt zu machen. In naher Zukunft ist daran zu arbeiten, den Monitor preiswerter anzubieten zu können.