Mit Umsätzen über 99,8%

Dipl.-Ing. Martin Meister, Dipl.-Ing. Ralf Sattler

Katox-Anlagen, wie in Abbildung 1 dargestellt, beseitigen fluorierte und chlorierte Kohlenwasserstoffe bereits bei niedrigen Temperaturen mit Umsätzen > 99,8%. Die wichtigsten Voraussetzungen für die Konzeption dieser Anlagen waren die Entwicklung geeigneter Katalysatoren und die Weiterentwicklung der zugehörigen Apparatetechnik. Sekundärbelastungen, die durch die Bildung zusätzlicher Reststoffe mit einer Entsorgungsproblematik (Aktivkohle) oder zusätzlicher Schadstoffe (NOx, Dioxinbildung bei thermischer Nachverbrennung) entstehen, werden sicher vermieden. Einen Überblick über die Merkmale des Katox-Verfahrens im Vergleich mit der thermischen Nachverbrennung, der Adsorption an Aktivkohle und der Biofiltration gibt Tabelle 1.

Das Prinzip der katalytischen Abluftreinigung basiert auf der Oxidation von organischen Schadstoffen, an der Katalysatoroberfläche zu CO2 und H2O. Bei halogenierten Schadstoffen entstehen als weitere Reaktionsprodukte Halogenwasserstoffe. Der Katalysator bewirkt eine Erniedrigung der Reaktionstemperatur und geht selbst unverändert aus der Reaktion hervor. Die aggressiven Halogenwasserstoffe werden in einem weiteren Verfahrensschritt ausgewaschen und neutralisiert.

In FCKW-Katox-Anlagen werden speziell entwickelte Trägerkatalysatoren eingesetzt, die an der Oberfläche katalytisch hoch aktive Komponenten aus Platin und Palladium besitzen. Als Träger kommen Schüttgut- oder Wabenkatalysatoren (Monolithe) zum Einsatz. Unterschiedliche Durchmesser oder Zelldichten beeinflussen die geometrische Oberfläche und den Druckverlust. Diese Katalysatoren sind extrem resistent gegenüber Katalysatorgiften wie Chlor oder Fluor. Weitere günstige Eigenschaften sind die hohe thermische und mechanische Beständigkeit. Die Effizienz des Katalysators wird mittels der Raumgeschwindigkeit (Menge an Abgas, die in einer Stunde über 1 m³ Katalysator gefahren werden kann) angegeben und ist schadstoff- und temperaturabhängig. Bei jeder Raumgeschwindigkeit hat der Katalysator ein bestimmtes Umsatzverhalten (Abb. 2).

Den Aufbau einer FCKW-Katox-Anlage zeigt Abbildung 3. Sie besteht aus:

• einem Verdichter zur Überwindung des Druckverlustes,

• dem Wärmetauscher zur Wärmerückgewinnung,

• einem Gasbrenner für die Erhitzung auf Reaktionstemperatur,

• dem Reaktor mit dem Edelmetallkatalysator,

• einem Gaswäscher mit Quensche sowie

• der MSR-Technik mit SPS und Prozeßleitsystem.

Die wesentlichen Apparate sind in Edelstahl 1.4571 ausgeführt. Je nach Erfordernissen und Kundenwunsch ist ebenfalls eine Ausführung in den Werkstoffen HII, 1.4539, 1.4541, 1.4876 oder 1.4878 möglich, von Normaldruck bis zu einer explosionsdruckstoßfesten Ausführung.

Die Dimensionierung solcher Anlagen erfolgt abhängig von den Schadstoffen und den geforderten Reingaswerten nach TA-Luft, mit Hinblick auf Investitions- und Betriebskosten. Bei den Salz- und Flußsäure bildenden Reaktionsprodukten HCl und HF ist insbesondere die Werkstoffwahl entscheidend.

Ausgehend von dieser Aufgabenstellung wurden die optimalen Betriebsbedingungen ermittelt und die Anlage (Abb. 3) wie aus Tabelle 2 ersichtlich ausgeführt.

Im Betrieb wird die schadstoffartige Abluft mittels eines Verdichters abgesaugt und im Mantelraum des nachfolgenden Rohrbündelwärmetauschers vorerhitzt. Danach wird die Abluft, falls erforderlich, mit einem Gasbrenner auf die notwendige Reaktionstemperatur am Katalysator – diese liegt bei etwa 490 °C – gebracht.

Im Reaktor werden die Schadstoffe an der Oberfläche des Katalysators umgesetzt. Die Abluft durchströmt nun den Rohrraum des Wärmetauschers und gibt einen großen Teil ihrer Wärme ab. Besondere konstruktive Maßnahmen vermeiden Strömungstoträume und damit die Kondensation von HCl und HF in der Abluft. Nach dem Wärmetauscher gelangt die noch heiße Abluft in eine PTFE-Hochleistungsquensche und wird dort auf unter 50 °C abgekühlt. Im Gegenstromgaswäscher werden HCl und HF aus dem Abluftstrom gewaschen. Die eingesetzte Waschflüssigkeit wird im Kreislauf gefahren und mit Natronlauge neutralisiert. Die sich bildenden Salze (NaCl, NaF) werden konzentrationsabhängig (Leitfähigkeit 100µS) mit der Waschflüssigkeit ausgeschleust. Durch diese Gaswäsche werden die TA-Luft- Grenzwerte für HCl und HF sicher eingehalten.

Vorteile der Katox-Technik:

• Durch selektive katalytische Oxidation werden unerwünschte Reaktionen vermieden.

• Es entstehen keine Sekundärstoffe, die aufbereitet oder geprüft werden müssen (wie bei der Lösemittelrückgewinnung).

• Auch Kohlenstoffmonoxid und Stickoxide entstehen nur in geringen Mengen.

• Die robuste und funktionelle Technik läßt sich einfach in bestehende Anlagen einbauen (End of Pipe) und erfordert wenig Platz.

• Die hohe Wärmerückgewinnung und der niedrige Druckverlust halten die Betriebskosten niedrig.

Nach zwei Jahren im Betrieb wurde keine nennenswerte Korrosion an der Anlage oder Desaktivierung des Katalysators festgestellt. Die Umsatzleistung liegt bei über 99,8% und die geforderten TA-Luft-Grenzwerte wurden sicher eingehalten.

Somit stellen Katox-Anlagen eine wirtschaftliche und technisch ausgereifte Lösung zur Behandlung FCKW-haltiger Abluftströme dar. Neben FCKW können auch andere Kohlenwasserstoffe wie Benzin, Alkohole, Aromaten, organische Säuren, Geruchsstoffe usw. umgesetzt werden. Bei diesen Stoffen kann bereits ab Konzentrationen von 2 bis 3 g/m3 ein autothermer Betrieb erfolgen, d.h. ohne zusätzliche Heizung.

Weitere Informationen cav-291