Stand der Abluftreinigungsverfahren mit Vertiefung der Molekularsiebtechnik zur wirtschaftlichen und nachhaltigen Abluftreinigung

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1 Rolf Rafflenbeul Stand der Abluftreinigungsverfahren mit Vertiefung der Molekularsiebtechnik zur wirtschaftlichen und nachhaltigen Abluftreinigung 16./17. November 2015 BAFU, Ittingen

2 Vorab 2 Folien über uns und unsere Arbeitsbereiche 2

3 Unser Standort in bei Frankfurt 3

4 Die Schwerpunkte unserer Arbeit Verfahrensentwicklungen zur Abluftreinigung Wertstoffrückgewinnung durch Ab- und Adsorptionstechniken, sowie durch Kondensations- und Permeationsverfahren Energieeffizienzverbesserung Die thermische Verwertung von Emissionen Genehmigungsverfahren Gutachten 4

5 Gliederung des Vortrags Entwicklung, BVT und technischer Fortschritt Was sind Molekularsiebe Praxisbeispiele Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen 5

6 Entwicklung der Luftreinhaltung (I) Hinweise zur Luftreinhaltung reichen bis in das späte Mittelalter zurück. In seinem Buch De re metallica beschreibt Georg Agricola 1556 die ersten Flugstaubkammern zur Luftreinhaltung nach Buntmetallhütten im Erzgebirge. 6

7 Entwicklung der Luftreinhaltung (II) Neue Verfahren sind nicht immer risikolos übertragbar. Langzeitversuche sind erforderlich Behandlung von gestrippten Emissionen nach Bodendekontaminierungsanlagen in Berlin Quelle, IUT mit Plasmaquelle von Fa. NIPAG 7

8 Übersicht der Abluftreinigungsverfahren 8

9 Moderne Verfahren zur Luftreinhaltung Hybridbetriebene BHKW s Molekularsieb DUPLEX Technologien Niedertemperaturplasmaanlagen UV- Anwendungen und el. Entladelampen Lösemittelrückgewinnung (als Ausblick) DUPLEX als moderne Voraussetzung für Energieerzeugungsanlagen mit Abluft 9

10 Die Grundlagen der modernen Emissionsminderung sind als BVT heute als - Wertstoffrückgewinnung - Energieerzeugung: thermisch, (mittelbar zur Kälte), Elektrizität - Abluftteilrückführung - Oxidation, Teiloxidation (Geruch) - Vermeidung / Reduzierung des Emissionsaufkommens End of pipe, (Vorgaben bei Neuplanungen), vorliegend 10

11 Gering konzentrierte VOC-Konzentrationen Emissionskonzentrationen, die nach dem Stand der Technik nicht autotherm reinigbar sind (i.d.r. < 2,5 g/m³ Abluft) Gerüche Die nach den end of pipe -Verfahren verbleibenden Restemissionen Emissionen mit stark schwankenden, gelegentlich hohen Konzentrationen, aber geringer mittlerer Konzentrationsganglinie (< 2,5 g VOC/m³) 11

12 Verfahren zur Reinigung von gering konzentrierten VOC-Emissionen (I) Als Stand der Technik sind in der Verwendung: Biologische Abluftreinigungsverfahren Adsorptionsanlagen Absorptionsanlagen (Wäscher) UV-Oxidationsanlagen Niedertemperatur-Plasmaanlagen Plasma gestützte Regenerativ Katalytische Nachverbrennungsanlagen 12

13 Verfahren zur Verminderung von gering konzentrierten VOC-Emissionen (II) Neue Verfahrenstechniken: Hybridbetriebene Kraft-Wärmekopplungen Diffusions- und Permeationsanlagen Elektronenstrahlanwendungen und als Verfahrenskombinationen: - Radadsorber mit Nachverbrenungsanlagen - Duplexanlagen mit Blockheizkraftwerken - Molekuarsieb- und Plasma-Kombinationen 13

14 Grundlage dieser Verfahrenskombinationen sind heute modifizierte Nanomaterialien als dealuminierte und/oder hydrophobierte Mg-, Si-, Al-, Mineralien als Molekularsiebe Diese ermöglichen in der Regel in Kombination: die Aufkonzentrierung von Emissionen und hiermit verbunden: die umgekehrt proportionale Volumenreduktion der zur Reinigung verbleibenden Abluft 14

15 Molekularsiebe (MS) sind: Al-, Mg- Silikate, spezielle Tonmineralien Die Substitution von Al durch Si ermöglicht die Hydrophobierung. Das MS wird teuer! Alternativ: Chemische Hydrophobierung: teilweiser Sorptionsverlust, dennoch kostengünstig Selektive Adsorption möglich In-situ-Regeneration bis < 650 C möglich. 15

16 Kristallstruktur Molekularsiebe 16

17 Aluminiumanteil natürlicher Zeolithe Temperaturbeständigkeit [ C] Porengröße [Å] Typ A 700 [AlO 2 ] [SiO 2 ] ,2 ; 3 ; 5 verschiedene Zeolitharten Typ X Typ Y Typ Z hydrophil/hydrophob hydrophil hydrophil hydrophil hydrophob gebundene Ionenart Na + ; K + ; Ca 2+ Na + Na + ; NH 4 + Form Würfelform Kugelform Ring in Faujasit Form 17

18 Molekularsieb versus Aktivkohle Vorteile: Einfache Handhabung Geringe Betriebs- und Investitionskosten Leichte Regenerierbarkeit (hohe Temperatur) Keine Brandgefahr Nachteile: Frühe Inaktivierung bei Feuchten > 70 % Geringere Beladekapazität als A-Kohle Nicht für alle VOC-Verbindungen geeignet 18

19 Molekularsiebmaterialien natürliches, hydrophobiertes Molekularsieb (0,6-4 /kg) synthetisches, dealuminiertes Molekularsieb (40-75 /kg) 19

20 Adsorptionsisothermen von Aktivkohle und Molekularsieb im Vergleich 20

21 Isothermen Adsorptionsmaterialien 21

22 Molecular Sieve Characteristics depending on the Raw Gas Concentration (behind a new Gravure Press) 22

23 Pufferung von VOC-Peaks nach Waschmaschinen c (VOC) in mg/m³ Grenzwert 25 % UEG (8 g/m³ bei unbekannten Lösemitteln) 0 00:00 02:00 04:00 06:00 08:00 10:00 12:00 14:00 Zeit in min nach Start Absaugung Waschmaschine nach Regenerierung: Rohluft nach R egenerierung: R einluft 23

24 Dämpfung einer VOC-Ganglinie vor einem Radadsorber 24

25 Molekularsiebglättung vor einem Biofilter geglättete Ganglinie 25

26 Glättung von VOC-Emissionen im Ex-Bereich Konzentration [mg org C/m3] :10 11:30 11:50 12:10 12:30 12:50 13:10 13:30 13:50 Uhrzeit Rohgas Reingas 26

27 Molsiebpuffer zur Dämpfung von Konzentrationsspitzen (3.000 m³/h) 27

28 Glättung und VOC-Zwischenspeicherung mittels Molsieb (5.000 m³/h) 28

29 KNV-Anlage mit Molsiebglätter (3.000m³/h) 29

30 Radadsorber zur Aufkonzentrierung II 30

31 Zeolith Radadsorber für ca m³/h Abluft 31 Quelle: Firma Seibu Giken

32 Duplextechnik zur Emissionskonzentrierung Produktion m³/h Abluft 0.5 g/m³ VOC bis 7 g/m³ VOC Im Mittel < 3,2 g/m³ VOC 32

33 Duplex-Anlage für m³/h, kontinuierlich 33 Quelle: Firma Stork, Dortmund

34 Duplexanlage für m³/h, kontinuierlich 34 Quelle: Firma Fuji Kutno

35 Duplex-Anlage für m³/h, kontinuierlich 35

36 Duplex-Anlage für m³/h, diskontinuierlich 36

37 Amortisationsdiagramm einer RTO-Anlage mit und ohne Duplex-Installation ( m³/h, Bh/a) 37

38 Nachhaltigkeitsvergleich der unterschiedlichen Abluftreinigungsverfahren 38

39 Zusammenfassung - Die effektivste Maßnahme zur Steigerung der Energieeffizienz von Abluftreinigungsverfahren ist die Aufkonzentrierung der Abluft. Die Abluft wird zum Energieträger - zum Reichgas. - Durch den Einsatz moderner Technologien werden - erstmals nach der Jahrtausendwende - Abluftreinigungsanlagen auch für gering konzentrierte VOC-Emissionen nachhaltig einsetzbar, sie substituieren Primärenergie. - Für Geruchsminderungsvorhaben ermöglichen Molekularsiebe einfache und preiswerte Verfahren. 39

40 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Voltastraße5 D Telefon: +49 (0) 6103 / Fax: +49 (0) 6103 / rafflenbeul@envisolve.com 40