Projekt 19594/01

Entwicklung einer katalytischen Nachverbrennung zur prozessintegrierten Abluftreinigung mit elektrisch regenerierten Aktivkohlefasergeweben

Projektdurchführung

Gesellschaft für umweltkompatible Prozesstechnik mbH
Im Stadtwald, Geb. 47
66123 Saarbrücken

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Ziel des Forschungsvorhabens ist es, auf Basis des Verfahrens der Abluftreinigung mit elektrisch regenerierten Aktivkohlefasergewebe (ACF) ein Verfahren zur Abscheidung von VOC (Volatile Organic Compounds) geringer Konzentration aus großen Abluftmengen zu entwickeln, das im Vergleich z.B. zu Ther-moreaktoren deutlich günstigere Investitionskosten und um mindestens den Faktor 2 niedrigere Energieverbräuche, und damit auch die entsprechend niedrigeren Emissionen von CO2 hat. Neuartige nicht-edelmetallhaltige Katalysatoren, die mit kombinatorischen Verfahren entwickelt und optimiert werden, sollen in die ACF-Adsorber und den Regenerationsgaskreislauf integriert werden, so dass nach einer kurzen elektrischen Aufheizzeit der ACF der Gesamtprozess der Regenerierung der ACF und der Verbrennung der freigesetzten VOC autotherm verläuft.
Als erste Applikation ist die Reinigung von schwachbelasteter Hallenabluft in Gießereien vorgesehen. Die abzuscheidenden Komponenten sind Dimethyethylamin und aromatische Kohlenwasserstoffe.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten Methoden1. Entwicklung und Optimierung der Nichtedelmetall-Niedrigtemperaturoxidationskatalysatoren für Dimethylethylamin und Benzol mit kombinatorischen Methoden
2. Überprüfung der besten Katalysatoren in einem konventionellen Strömungsreaktor auf Umsatz und NOx-Bildung
3. Findung eines optimalen Katalysatorträgers und eines optimalen Produktionsverfahrens für die Katalystorkonfektionierung
4. Test der fertigen Katalysatoren in einem isothermen Laborreaktor. Es wird der Umsatz und die Cound NOx-Bildung als Funktion der Katalystorzusammensetzung, des Trägers, der Temperatur, der Schadstoffkonzentration und der Strömungsgeschwindigkeit untersucht.
5. Messung der Adsorptionsisothermenfelder von DMEA und Benzol an ACF mit einer neuentwickelten Gleichgewichtsmessapparatur, die sehr schnelle Messungen erlaubt.
6. Bestimmung der Prozessparameter und der Kinetik der Ad- und Desorption an elektrisch regenerierten ACF-Geweben in einer Laboranlage
7. Überprüfung der Ergebnisse mit der Laboranlage hinsichtlich des als Anreicherungsschritts vorge-sehenen ACF-Adsorbers mit einer Pilotanlage mit Hallenabluft einer Gießerei direkt vor Ort.


Ergebnisse und Diskussion

Es konnte gezeigt werden, dass das Verfahren der elektrisch regenerierten Aktivkohle zur Abscheidung und Anreicherung der Abluftinhaltsstoffe prinzipiell geeignet ist. Auf Grund der zusätzlich im Rohgas enthaltenen, hoch siedenden Aromaten musste die Regenerationstemperatur um 60°C erhöht und viermal häufiger als nach den Laborversuchen geplant, regeneriert werden. Die Polymerisations-/Kondensations-prozesse des DMEA auf dem Aktivkohlegewebe bei hohen Temperaturen können des-halb nicht ausreichend unterbunden werden und führen auf Dauer zu einer irreversiblen Verblockung der Poren. Das Verfahren auf der Basis von Aktivkohlegewebe ist bei Anwesenheit geringer Konzentrationen von tertiären Aminen wegen des hohen Verbrauch von teurem Aktivkohlegewebe wirtschaftlich nicht vertretbar. Eine Anreicherung mit elektrisch regenerierbarer Granulataktivkohle dagegen ist machbar und auf Grund des sehr viel geringeren Preises der Granulaktivkohle wirtschaftlich. Auf Grundlage der gewonnenen Daten wird ein detaillierter Verfahrens- und Kostenvergleich für die theoretischen Möglich-keiten der Aufbereitung der Hallenabluft erstellt werden. Ein Mischoxidkatalysator (Co20Mn80) auf einer Sintermetallspirale als Träger wurde entwickelt, der je nach Schadstoff eine vollständige Verbrennung bei Temperaturen zwischen 200 und 280°C gewährleistet. Die Ausführungsform des Reaktors als wei-testgehend isotherm betriebener Röhrenreaktor mit Thermalöl als Wärmeträger zum Heizen und Kühlen sichert einerseits eine sehr niedrige NOx-Produktion bei der Verbrennung von Aminen und andererseits durch Integration in den Prozess der Regeneration der Aktivkohle ein Höchstmaß an Wärmeausnutzung.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Die Ergebnisse der Untersuchungen wurden auf diversen wissenschaftlichen Tagungen und im Rahmen einer Veröffentlichung vorgestellt. Eine Dissertation ist in Vorbereitung.


Fazit

Das Ziel des Vorhabens wurde erreicht, wenn zum Teil auch auf anderen Wegen als im ursprünglichen Arbeitsplan vorgesehen. Die Ergebnisse der Laboruntersuchungen und das hieraus resultierende Anlagen- und Verfahrenskonzepts der Abluftreinigung durch elektrisch regenerierte Granulataktivkohle mit integriertem isothermen Mischoxidkatalysator lassen erwarten, dass bei vergleichbaren Investitionskosten der Primärenergieverbrauch gegenüber dem Verfahren der Regenerativen Nachverbrennung auf ein Drittel und die Betriebsmittelkosten auf ein Viertel gesenkt werden könnten Voraussetzung für eine erfolgreiche Etablierung des Verfahrens sind jedoch erfolgreiche Dauerversuche mit einer Pilotanlage in einer Gießerei.