Theoretischer Hintergrund:

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1 Fackelsystem zur Verbrennung von Gasen aus Tanks Univ.-Prof. Dr. mont. W. L. Kepplinger Institut für Verfahrenstechnik des industriellen Umweltschutzes, Leoben, Österreich Rohöltanks müssen in mehrjährigen Abständen zwecks Überprüfung oder Wartung gereinigt werden. Dazu wurden die Mannlöcher geöffnet und mit Luft der Innenraum gespült. Dies führte zu extrem hohen Kohle-Wasserstoffemissionen sowie auch zu Geruchsbelästigungen in der Umgebung. Aus diesen Gründen wurde nach einer Verfahrenslösung gesucht die es gestattet, praktisch emissionsfrei derartige Arbeiten durchführen zu können. Das Ergebnis war ein Absaugeverfahren wobei die kohlenwasserstoffhältigen Abgase in einem Spezialbrenner (gemeinsame Entwicklung zwischen dem Institut für Verfahrenstechnik in Leoben der Firma Rohrer und der Firma Prema-Service GmbH) restlos verbrannt werden und praktisch keine Benzol und andere Kohlenwasserstoffemissionen auftreten können. Theoretischer Hintergrund: Nach den Gesetz von Dalton ist die Summe der Parzialdrücke gleich dem Gesamtdruck der Gasmischung. Die Konzentrationen der einzelnen Gaskomponenten eines Gasgemisches sind vom Dampfdruck der Einzelkomponenten abhängig. Damit stellen sich in einem freien Gasraum, entsprechend der Dampfdrücke, Gasmischungen selbstständig ein. Das Bild 1 zeigt die Temperaturabhängigkeit des Dampfdruckes. 1

2 Eine Gasatmosphäre kann über eine Flüssigkeit demnach nur dann entstehen, wenn der Dampfdruck bei Raumtemperatur über 100 kpa beträgt (= 1 bar). Bei einem Schwimmdach ist dies üblicherweise nie der Fall, sodass keine Gasatmosphäre entsteht, welche stärkere Emissionen verursachen könnten. Ein Abdampfen von flüchtigen Komponenten über die Dichtungen gemäß der vorhin beschriebenen Mechanismen ist jedoch vorhanden. Zum Reinigen von Tanks muss jedoch der Flüssigkeitsstand weit abgesenkt werden und es bildet sich zwischen dem auf Stützen auflagernden Dach und der Flüssigkeitsoberfläche ein Gasraum der bei Großtanks bis zu Kubikmeter betragen kann. In diesem Gasraum wurde nun Luft angesaugt und es bildet sich entsprechend den Dampfdrücken ein Gemisch aus Kohlenwasserstoffen und Luft. Theoretisch können Gaskonzentrationen von bis zu 1 Kilogramm/Normkubikmeter auftreten. In praktischen Fällen lagen diese Konzentration zwischen 0,3 und 0,8 kg/m 3 n. Damit sind in diesem Gasraum bis über 10 t Kohlenwasserstoffe in gasförmigem Zustand. Bei der üblichen Methode des Ausblasens werden diese Kohlenwasserstoffe in die Umgebung freigesetzt was einer unzulässige Emission darstellt, da die üblichen Grenzwerte je nach Land zwischen 30 und 50 mg/normkubikmeter liegen und die zulässigen Emissionen für Benzolderivate zwischen 1 und 5 mg/kubikmeter betragen. Neben diesen Emissionen die in der extremen Spitze bis zu mg pro Kubikmeter auftreten, treten auch noch extreme Geruchsbelästigungen auf welche meist heftige Reaktionen bei den Anrainern auslösen. Das Abdecken des verbliebenen Tankinhaltes mit hochsiedenden Flüssigkeiten (z.b. Dieselöl) verbessert zwar die Situation, da eine weitere Dampfbildung nicht möglich ist, verhindert aber nicht die hohen Emissionen der bereits ausgedampften Kohlenwasserstoffe im Leerraum. Am Institut für Verfahrenstechnik des industriellen Umweltschutz wurde mit Zusammenarbeit der Firma Rohrer eine Versuchsanlage aufgebaut, in welcher das Verfahren (Kero-Verfahren) getestet wurde. Siehe Bild 2 2

3 Dabei wurde das zu untersuchende Öl in einem Behälter mit darüberliegenden Luftraum gefüllt und durch gezieltes Absaugen kann die Konzentration an Kohlenwasserstoffen über ein FID (Flammenionisationsdetektor) sowie die CH 4 Konzentration mittels eines FTIR (Fourier-Transformiertes Infrarotgerät) gemessen werden. Dabei kann durch Einstellen der Temperatur simuliert werden, wie sich die Emissionen im Sommer bzw. in kühleren Jahreszeiten entwickelt. Praktische Ausführung: Das Bild 3 zeigt den schematischen Aufbau des Tank-Fackelsystemes. Die Vorgansweise bei der Behandlung des Tanks gliedert sich in 3 Phasen: 1 Phase: Die Anfangskonzentration liegen dabei je nach Öltyp zwischen 350 und 800 g pro Kubikmeter. Dieses Gas-Luftgemisch ist weit übersättigt und wird durch Luftzumischung in der Fackel gezielt mit einem Lambdawert von etwas über 1 zur Verbrennung gebracht. Dabei wird die Konzentration des Tankgases langsam auf etwa 50 g pro Kubikmeter abgesenkt. 2 Phase: Konzentrationen der Kohlenwasserstoffe zwischen 50 und 35 g pro Kubikmeter. Diese Gasmischung ist weitgehend selbstbrennend und es müssen nur geringe Luftmengen zugemischt werden um eine optimale Verbrennung zu CO 2 und Wasserdampf zu erreichen. Dabei wird langsam die untere Zündgrenze erreicht. Dabei beginnt die letzte Phase. 3 Phase: Nach Unterschreiten der Zündgrenze wird Stützgas (Erdgas oder Propangas) zugemischt um die stabile Verbrennung aufrecht zu erhalten. Durch einen permanent brennenden Pilotbrenner ist immer gewährleitstet, dass es zu keinem Verlöschen der Flamme kommen kann. 3

4 Ergebnisse: Das Bild 4 zeigt die Originalkonzentrationsentwicklung der aus dem Tank abgesaugten Gasmischung. Dabei kommt es in Abhängigkeit von der Saugleistung des Gebläses zu einem anfangs schnellen und später langsameren Abfall der Konzentration wobei bei Abdeckung durch Dieselöl die niedrigsten Werte erreicht werden können. Das Bild 5 zeigt die Gasanalyse der Fackelgase welche an die Umgebung abgegeben werden. Dabei ist zu ersehen, dass sowohl die Kohlenwasserstoffe wie auch das Benzol weit unter den Grenzwerten liegen. Das Benzol liegt sogar weit unter der Nachweisgrenze. 4

5 Bild 6 zeigt die Emission am geschlossenen Tank mit Gasraum unter dem Schwimmdach Reinigungsschritt Standzeit während und nach der Rohölrestung bis zum Fackelbetrieb Emission Summe Kw [kg] Bemerkung 904,8 siehe Emissionsabschätzung S. 3 Standzeit während des Fackelbetriebs - keine messbare Emission, da der Abluftstrom über die Fackel deutlich höher war als der Volumenstrom der diffusen Emission Standzeit nach dem Fackelbetrieb 203,2 siehe Emissionsabschätzung S. 4 Standzeit vor der Belüftung zur Grobreinigung Summe der Emission 1.144,1 36,1 siehe Emissionsabschätzung S. 6 abzüglich der Verdrängungsemission Vorteile des Kero-Verfahrens: Leichter Unterdruck im Behälter verhindert Emissionen durch die Dichtung und Mannlöcher. Es kann maximal etwas Luft von außen angesaugt werden, was aber keinen Nachteil darstellt. Keine Geruchsbelästigung in der Umgebung da auch geruchsbildende Verbindungen durch die Verbrennung in CO 2 und Wasserdampf umgesetzt werden. Hohe Betriebssicherheit, da sowohl am Öltankaustritt beim Gebläse wie auch vor der Fackel eine Flammenrückschlagsicherung angebracht ist. Weiters ist ein Schnellschlussventil installiert, wodurch bei Störungen die gesamte Gasabsaugung unterbrochen werden kann. Eine permanent brennende Pilotflamme verhindert ein Verlöschen des Hauptbrenners, dadurch werden Emissionen, welche durch Flammenunterbrechung auftreten können, mit Sicherheit vermieden. Diese Einrichtungen haben sich in mehreren durchgeführten Reinigungsvorgängen bereits optimal bewährt und zu keinen Störungen geführt. Da auch der Fackelbetrieb sehr geräuscharm ist, wurden die Reinigungsvorgänge von den Anrainern nicht einmal wahrgenommen. Das Verfahren ist für den gesamten Konzentrationsbereich an Kohlenwasserstoffen von über mg/kubikmeter bis zu geringsten Konzentrationen einsetzbar. Das Verfahren ist einfach in seinem Betrieb und verbraucht sehr wenig Betriebshilfsmittel wie Elektrizität und Flüssiggas. Alle geforderten Grenzwerte konnten weit unterschritten werden. Die Anlage ist schnell auf- und abgebaut. 5

6 Vergleich mit anderen Verfahren: 1. Kryogene Behandlung der Gase mit flüssigen Stickstoff: Es können bei diesem Verfahren die emittierten Kohlenwasserstoffe zu einem großen Teil zurückgewonnen werden jedoch ist der finanzielle Aufwand für den Flüssigstickstoff ein Vielfaches der Einsparungen. Außerdem können die geforderten Grenzwerte nicht erreicht werden. 2. Katalysator (Oxi-Kat) Dieser kann nur für geringere Konzentration unter 10 g pro Kubikmeter eingesetzt werden da es sonst zu Überhitzung und Beschädigung des Katalysators kommt. Außerdem ist sowohl die Investition wie auch der Betrieb dieser Einrichtung sehr teuer. 3. Verbrennungsmotor Die Betriebs- und Investitionskosten sind sehr hoch. Es erfolgt nur eine geringe Gutschrift für gewonnene Elektrizität. Es ergibt sich in den Emissionswerten keine Verbesserung gegenüber dem Kero-Verfahren. Aufbau und Transport dieser Einrichtungen sind sehr aufwendig. 6