Des Sprudels Kern

Seit Jahren sind die Rheinfelsquellen IFS-zertifiziert. Sie erfüllen sogar die Anforderungen für das höhere Niveau nach IFS-Version 6. Verständlich, dass angesichts dieser Qualitätsanforderungen die Abfülltechnik kein Wässerchen trüben darf. „Wir arbeiten hier im 24/6-Betrieb und sind dabei in jeder Sekunde auf eine absolut prozesssichere Betriebstechnik angewiesen. Ölfreie Druckluft ist dabei ein Schlüsselelement“, konstatiert Björn Rinke, Leiter der Elektrotechnik bei den Rheinfelsquellen in Duisburg-Walsum.

Die insgesamt acht Abfüllstraßen werden über zwei im Prinzip unabhängige Druckluftnetze versorgt, die aus zwei eigenständigen Kompressorstationen gespeist werden. Das konventionelle Arbeitsluftnetz wird von insgesamt fünf Schraubenkompressoren mit Kapazitäten zwischen 90 und 120 kW beatmet. Ein frequenzgeregelter Verdichter trägt dabei die Grundlast, die weiteren Aggregate werden je nach Erfordernis zu- oder abgeschaltet.

Das zweite, kleinere Netz wird von einem ölfrei verdichtenden 50-kW-Kompressor gespeist. Dieses Netz versorgt ausgewählte Abnahmestellen mit ölfreier Druckluft. Druckluft dieser Qualität wird zum Beispiel an sensiblen Anlagenteilen benötigt, wobei dort je nach Anforderung auch noch Sterilluftfilter zum Einsatz kommen.

Absolut ölfreie und sterile Druckluft wird zum Beispiel dann benötigt, wenn bei der Abfüllung von kohlensäurefreien Produkten in Behältern oder Tanks statt Kohlendioxid ein Luftpolster aufgebracht werden soll. Auch die filigran arbeitenden Datierungsdrucker an den Abfüllstationen benötigen ölfreie Druckluft, um ein Verkleben der feinen Tintendüsen zu vermeiden. Ebenso die Ventiltechnik zum Ausleiten von Flaschen bei hoher Geschwindigkeit oder der Etikettierung von Paletten.

„Durch den Einsatz nur eines einzigen ölfrei arbeitenden Verdichters im kleinen Druckluftnetz agieren wir praktisch ohne jede Redundanz“, betont Rinke. „Sollte der Kompressor ausfallen, kommt unsere neue Katalysatortechnologie zum Tragen. Mit ihr gelingt es uns, auch über die fünf konventionellen Schraubenverdichter des zweiten Netzes absolut ölfreie Druckluft ins System zu speisen. Und diese dann über eine Weiche zwischen den beiden Druckluftnetzen in den ölfreien Strang abzugeben. Mit anderen Worten: Wir produzieren hier in Walsum unabhängig vom Kompressortyp konstant absolut ölfreie Druckluft für alle Verbrauchsstellen.“

Grundlage dafür ist das von Beko Technologies entwickelte Bekokat-Verfahren. Durch Totaloxidation wandelt es in einem kompakten Aggregat Kohlenwasserstoffe vollständig in Kohlendioxid und Wasser um.

Die Bekokat-Technologie gewährleistet eine Druckluftreinheit, die mit einem Restölanteil von kaum mehr messbaren 0,003 mg/m3 verdichteter Luft weit über die Forderungen der DIN ISO 8573–1 für technisch ölfreie Druckluft der Klasse 1 hinausgeht.

Realisiert wird die Totaloxidation in einem Prozessschritt, in einer einzigen Anlagenkomponente, die unabhängig von den Umgebungsbedingungen, der Öl-Eingangskonzentration und der relativen Feuchte der Druckluft arbeitet. Mit dem Verfahren lassen sich alle nach der Verdichterstufe vorliegenden Öle beseitigen, unabhängig davon, ob sie in Gas-, Dampf- oder Aerosolform vorliegen. Sie werden katalytisch vollständig in Kohlendioxid und Wasser umgewandelt, das nach der folgenden Abkühlung der Druckluft als Kondensat ausfällt und aus dem System abgeleitet wird. Das Kondensat ist absolut ölfrei und kann ohne Aufbereitung in die Kanalisation fließen.

Als Katalysator dient ein Granulat im Gerät, das über Heizelemente auf eine Betriebstemperatur von etwa 150 °C aufgeheizt wird.

Insgesamt werden bei der heterogenen Katalyse sieben Teilschritte durchlaufen. Entscheidend ist, dass die unterschiedlich langen Kohlenwasserstoffketten an jeder beliebigen Stelle „geknackt“ werden. Sie werden so lange aufgebrochen, bis nur noch Kohlendioxid und Wasser übrig bleiben. Der Katalysator beseitigt ebenfalls polare Verbindungen wie Olefine, Alkohole, Glycole oder Ketone. Er muss nach gut 20 000 Betriebsstunden ausgetauscht werden.

Die gereinigte Druckluft wird abschließend in einem Wärmetauscher auf zirka 10 bis 15 °K unter der Eintrittstemperatur abgekühlt und steht für die Anwendung bereit.

Wie sehr man bei den Rheinfelsquellen von der Katalysetechnologie überzeugt ist, zeigt die Historie: 2011 schaffte der Mineralbrunnen zunächst nur ein Bekokat-Aggregat zur Absicherung der damals noch zwei ölfrei verdichtenden Kompressoren an. Mit derart überzeugenden Ergebnissen, dass nach Totalausfall einer der beiden ölfreien Verdichter entschieden wurde, diesen nicht mehr zu ersetzen, sondern mit zwei weiteren Bekokat-Aggregaten auch das mit Schraubenverdichten versorgte zweite Netz ölfrei zu halten.

„Sollte uns heute der ölfreie Kompressor wegbrechen, brauchen wir einfach nur noch einen Schieber an der Weiche beider Stränge öffnen – und schon ist die Qualitätswelt wieder in schönster Ordnung“, freut sich Rinke über den komplett ölfreien Zustand seiner Druckluftnetze. Sicherheit dafür geben ihm auch die TÜV-Zertifizierungen des Bekokat für den konstanten Betrieb und die Einhaltung des Restölgehalts sowie das Sicherstellen steriler Druckluft.

Durch die hohen Effizienzunterschiede in der Verdichtung ist die Herstellung von ölfreier Druckluft mit konventionellen, ölgeschmierten Kompressoren und einem zusätzlichen Bekokat deutlich effizienter, und damit preiswerter, als mit ölfrei verdichtenden Schraubenkompressoren. Und das bei gleichzeitig niedrigeren Investitionskosten und gleichbleibend hoher Druckluftqualität, unabhängig von den Ansaugbedingungen. Selbst die Wartungskosten der Kombination Bekokat/ölgeschmierter Kompressor fallen niedriger aus als die eines ölfreien Verdichters. Auch für die Nachrüstung bestehender Kompressorstationen ist das katalytische Druckluftaufbereitungssystem sehr gut geeignet.

Bei den Rheinfelsquellen wird die Kombination aus ölgeschmierten Verdichtern und Bekokat-Katalysatoren durch den Einsatz von Drypoint-RA-Kältetrocknern – ebenfalls von Beko Technolgies – komplettiert. Sie entfernen die nach der Totaloxidation eventuell in der Druckluft vorhandene Restfeuchte. Die Kältetrockner arbeiten nach dem Gegenstromprinzip. Letzteres stellt einen optimalen Wärmeaustausch über die gesamte Trocknungsstrecke sicher. Die Luft strömt in einer abwärts gerichteten Bewegung ohne ungünstige Umleitungen. Dieser großzügig dimensionierte Counter-Flow-Wärmetauscher, der sich u. a. aus einem Luft-Luft- und einem Luft-Kältemittel-Wärmetauscher zusammensetzt, kühlt die Druckluft bis auf eine Temperatur von 3 °C ab, wobei die Baugröße des Wärmetauschers nicht nur eine effektive Abkühlung begünstigt, sondern auch den Strömungswiderstand auf ein absolutes Minimum senkt.

„Wir produzieren hier pro Monat rund 1,3 Mio. m3 Druckluft. Die spezielle Kombination aus Katalyse- und Trocknertechnik gibt uns dabei eine Verfahrenssicherheit, von der wir früher nur träumen konnten“, resümiert Rinke.

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Freier Journalist