Zeolithbett vorgeschaltet

Die Autoren: Dr. Verena Stenert Dokumentation und Verfahrensentwicklung, Fabricius Pro Terra Dr. Stephan Maraun Prokurist, Fabricius Pro Terra

Anstoß für die Entwicklung des Verfahrens zur Kapazitätserweiterung, Effizienzsteigerung und Energieoptimierung katalytischer Oxidationsanlagen zur Abluftreinigung war folgendes Problem: Der Betrieb einer bestehenden End-of-Pipe-Schadstoffverbrennung für flüchtige organische Kohlenwasserstoffe (VOC), z. B. einer katalytischen Oxidationsanlage oder einer regenerativen thermischen Nachverbrennungsanlage, ist aufgrund stark schwankender Abluftgehalte nicht zufriedenstellend. Bei niedrigen Konzentrationen muss zugeheizt werden und bei hohen Konzentrationen kommt es zum Durchbruch bzw. zur Umfahrung infolge der unzulässigen Temperaturerhöhung. Des Weiteren soll der abzureinigende Abluftvolumenstrom erhöht werden, obwohl die Kapazität der Verbrennungsanlage bereits ausgeschöpft ist.

Grundlage des Verfahrens ist die Errichtung einer Adsorptions-Desorptionsanlage für Prozess-, Quellen- und Raumabluft mit parallelen Zeolithbetten unter Verwendung einer bestehenden katalytischen Schadstoffverbrennungsanlage für die Verarbeitung des Desorbats. Die VOC in der Abluft werden an regenerierbaren Zeolithfiltern adsorbiert. Die Adsorptionsanlage besteht aus zwei oder mehreren Adsorbereinheiten, die wechselweise beladen und regeneriert werden. Das Desorbat wird in einer bestehenden Verbrennungsanlage, z. B. einer katalytischen Oxidationsanlage, verbrannt. Zur Desorption dient Heißluft, die aus dem Kamin der Verbrennungsanlage mit einem separaten Heißluftgebläse entnommen und zur Temperatureinstellung mit Frischluft verdünnt wird. Dies ist im Verfahrensfließbild dargestellt.

Vorzugsweise dient Zeolith als Adsorptionsmittel. Je nach Schadstoffzusammensetzung wird der geeignete Zeolithtyp ausgewählt, um ein maximales Adsorptionsvermögen des Bettes zu erzielen. Ausschlaggebend für die Adsorptionsqualität sind Porenstruktur und Ladung, die sich bei den unterschiedlichen Zeolithtypen maßgeblich unterscheiden. Des Weiteren ist der Zeolith inert und weder brennbar noch brandfördernd, sodass das Risiko eines Adsorberbrands minimiert ist. Bei Entstehung hochreaktiver Adsorbatmischungen kann optional eine Stickstofflöschung vorgesehen werden.

Das Zeolithbett ist hinsichtlich wechselnder Volumenströme tolerant und wird auf den maximalen Volumenstrom ausgelegt. Da für die thermische Desorption nur ein wesentlich geringerer Volumenstrom notwendig ist, bedeutet die bestehende katalytische Verbrennungsanlage für den abzureinigenden Abluftstrom keine Limitierung. Für die Desorption ist ca. ein Viertel der Abluftnennleistung des Betts ausreichend. Wie bei allen Sorbentien ist die Aufnahmekapazität des Zeoliths durch das Gleichgewicht zwischen adsorbiertem und in der Abluft frei vorliegendem Schadstoff bestimmt. Entsprechend ist die Kapazität bei hoher Rohluftkonzentration größer. Hieraus ergibt sich der Vorteil, dass Konzentrationsspitzen zuverlässig zurückgehalten werden, die ansonsten durch die Verbrennung durchbrechen würden. Andererseits begünstigt die Kinetik im weitverzweigten Porensystem, dass auch geringe Konzentrationen zuverlässig adsorbiert werden. Partikelemissionen, Aerosole sowie größere Konzentrationen von Säuren und Laugen müssen vor der Zeolithadsorption mit den herkömmlichen Verfahrenstechniken entfernt werden.

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