Bild 11: Anlage zur thermischen Oxidation. Schnittbild einer rekuperativen thermischen Oxidation (RTO) Matthias Hagen. Rohgaseintritt.

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1 Matthias Hagen Die Ausführung dieser Anlagen erfolgt stehend oder liegend, je nach den räumlichen Gegebenheiten vor Ort. Aufgrund des Schadstoffspektrums erfolgt hier oft auch eine Kombination mit anderen Verfahren, wie z.b. nachgeschalteten Wäschern zur Abscheidung von anorganischen Verbindungen. Bild 10: Anlage zur thermischen Oxidation Bei Schadstoffkonzentrationen unterhalb von 25 Prozent der unteren Explosionsgrenze kann auf die in Bild 9 dargestellte aufwändige Sicherheitstechnik verzichtet werden und das Abgas kann direkt in eine thermische Oxidation geleitet werden. Typische Einsatzfälle sind hier Lacktrockner in der Automobilindustrie. Um hier den Energiebedarf zu reduzieren wird ein Wärmetauscher um die Brennkammer herum gebaut. Man spricht von einer (rekuperativen) thermischen Nachverbrennungsanlage. Rohgaseintritt Reingassammelraum Umlenkkammer Isolierung Reingasaustritt TARCOM- Brenner Brennkammer Modulierbares Niedrig-Emissionspaket Bild 11: Schnittbild einer rekuperativen thermischen Oxidation (RTO) 210

2 Thermische und katalytische Oxidationsverfahren Hierdurch ergibt sich eine kompakte preiswerte Anlage. Je nach Anwendung kann dann noch ein Wärmetauscher nachgeschaltet werden. Der Einsatz erstreckt sich bis zu m³/h und Kohlenwasserstoffkonzentrationen bis zu 12 g/m³. Bei niedrigen Konzentrationen benötigt diese Technik jedoch aufgrund des konstruktionsbedingten Wirkungsgrades der Wärmetauscher von maximal 65 Prozent Zusatzbrennstoff, weshalb für derartige Einsatzfälle die nachfolgend beschriebene thermische Oxidation mit regenerativem Wärmetauscher besser geeignet ist Katalytische Abgasreinigung Katalysatoren werden schon sehr lange zur Beschleunigung von chemischen Reaktionen eingesetzt. Durch den Einsatz von Katalysatoren in Abgasreinigungsanlagen kann die für den Start der Oxidationsreaktion benötigte Temperatur um etwa 300 Kelvin auf nunmehr 350 bis 450 C gesenkt werden. Die dabei anfallende Wärme wieder zur Vorwärmung des Abgases verwendet und damit der Energiebedarf verringert wird. Damit ist es ideal für kleine Volumenströme und geringe Schadstoffkonzentrationen. Saubere Luft zum Abgaskamin Verschmutzt beladener Prozessstrom Wärmetauscher Gas gefeuerter Brenner (Start-up) Mittlerweile ist die katalytische Abgasreinigung hauptsächlich in folgenden Bereichen eingesetzt: Kaffee und Oxidationskatalysatorbett (optional) Bild 12: Prinzip der katalytischen Abgasreinigung 3.5. Regenerative Nachverbrennung In den letzten Jahren hat sich die Oxidation mit regenerativer Abgasvorwärmung, oder regenerative thermische Oxidation, RTO, zur meistverwendeten Anlagenart entwickelt. War diese anfänglich noch sehr teuer im Vergleich zu katalytischen Systemen hat sich hier durch die Standardisierung eine positive Kostenentwicklung ergeben. Auch wurden die eingesetzten Wärmespeichermaterialien weiterentwickelt, so dass ein autothermer Betrieb, also der Betrieb der Anlage ohne Zusatzbrennstoff, bereits bei Konzentrationen von nur knapp über 1 g/m³ möglich ist. 211

3 Matthias Hagen Bild 13: Prinzip der RTO Die universelle Eignung dieser Anlagenart verdankt sie mehreren Details: Volumenstromregelung Bedingt durch die eingesetzten Wärmespeichertypen ist ein großer Regelbereich von 1:5 möglich. Hierdurch kann sich die Anlage an den Kundenprozess und einen Teillastbetrieb der Produktion anpassen Konzentrationsregelung Die Anlagen werden üblicherweise auf die Konzentration ausgelegt, welche im Prozess den Mittelwert darstellt. Hierdurch ist ein autothermer Betrieb sichergestellt. Bei Überschreiten dieser Konzentration würde während der Oxidation zu viel Energie freiwerden und zu einer Überhitzung der Anlage führen. Um dies zu vermeiden wird der Wärmespeicher geregelt umgangen, wodurch die überschüssige Energie ins Reingas geleitet wird. Dies wird als heißer Bypass bezeichnet. In vielen Prozessen mit höheren Konzentrationen wird dies bewusst eingesetzt um dann in diesem heißen Bypass eine Wärmerückgewinnung zu integrieren. Bild 14: Heißer Bypass 212

4 Thermische und katalytische Oxidationsverfahren Lebensdauer Im Gegensatz zu metallischen rekuperativen Wärmetauschern werden bei den Anlagen keine Metallwerkstoffe in der Brennkammer eingesetzt. Dies führt dort zu einem Verspröden des Metalls und zu Rissen, welche meist in Form von erhöhten CO-Werten zutage treten. Eine Reparatur ist fast nicht möglich. Fast alle gebauten RTO-Anlagen sind im Gegensatz dazu noch immer im Einsatz. Kondensat Oft enthalten Abgasströme kondensierbare Inhaltsstoffe. Wenn zur Vermeidung der Kondensation eine Erhöhung der Temperatur im Rohgas zu Energieaufwändig ist, kommt eine RTO zum Einsatz, bei der diese Kondensate durch eine temporäre Temperaturanhebung beseitigt werden. Man spricht von einem Bake-Out. Wenn dies dann aufgrund der Kondensat-Menge auch noch kontinuierlich erfolgen muss und gleichzeitig die Reinigungsleistung einer 3-Kammer RTO erforderlich ist, kommt eine vierte Kammer zusätzlich zum Einsatz. Das abgedampfte Kondensat wird als Brennstoff in einem speziellen Brenner genutzt. Bild 15: Wärmetauscherwaben vor Back-out Bild 16: Wärmetauscherwaben nach Back-out Korrosive Abgase Oft enthalten Abgase korrosive Stoffe, welche insbesondere bei niedrigen Temperaturen erhebliche Materialprobleme verursachen. Eine Lösung ist die Ausführung der gasberührten Teile in korrosionsfesten Metallwerkstoffen. Dies ist zwar eine sichere, aber auch eine sehr kostenintensive Lösung. Mittlerweile gibt es auch RTO Anlagen, bei denen die gasberührten Teile in Kunststoff/GFK ausgeführt werden. Bild 17: RTO-Anlage mit GFK-Ausführung der gasberührten Teile 213

5 Matthias Hagen So werden heute neben Standardanlagen auch spezielle RTO Lösungen angeboten, welche eine energiesparende Lösung zur Abluftreinigung darstellen. Bild 18: RTO-Anlage Ein abschließendes Beispiel zeigt eine Anlage, welche zur Abluftreinigung und vor allem zur Geruchsminderung in einer industriellen Kläranlage eingesetzt wird. Anfahrluft <- Rohgas Reingas Schnittstelle Erdgas 8000 Sperrluft Begehungsflächen Bild 19: Konzept RTO zur Geruchsminderung 4. Ausblick Die thermische Abgasreinigung hat noch lange nicht ausgedient. Neben der Optimierung bestehender Systeme, u.a. durch die Neuentwicklung von Wärmespeichermaterialen, werden auch neue Wege beschritten. 214

6 Thermische und katalytische Oxidationsverfahren Bild 20: Neue Wärmespeichermedien Stromerzeugung Nutzwärme Luft Brennstoffzufuhr Bild 21: Compact Power System (CPS) Mikrogasturbine So gibt es zurzeit mehrere Vorhaben um die Erfahrungen der thermischen Abgasreinigung mit denen der Stromerzeugung zu kombinieren. ORC und Mikrogasturbinen bilden hier die neuen Technologien. 215

7 Waste Management Thomé-Kozmiensky und Pelloni Thomé-Kozmiensky und Thiel Thomé-Kozmiensky und Pelloni, Thiel 23 Karl J. Thomé-Kozmiensky Karl J. Thomé-Kozmiensky Karl J. Thomé-Kozmiensky Stephanie Thiel Thomé-Kozmiensky und Pelloni 2 1 WASTE MANAGEMENT WASTE MANAGEMENT Volume 1 WASTE MANAGEMENT Eastern European Countries Volume 2 Waste Management Recycling Composting Fermentation Mechanical-Biological Treatment Volume 3Energy Recovery from Waste Sewage Sludge Treatment Volume 3 Volume 3 Recycling and Recovery STEPHANIE THIEL KARL J. THOMÉ-KOZMIENSKY KARL J. THOMÉ-KOZMIENSKY STEPHANIE THIEL HRSG. HRSG. Copyright 2012 TK Verlag Karl Thomé-Kozmiensky Alle Rechte vorbehalten. Das Einspeisen der Daten in Netzwerke ist untersagt. Copyright 2011 TK Verlag Karl Thomé-Kozmiensky Alle Rechte vorbehalten. Das Einspeisen der Daten in Netzwerke ist untersagt. Waste Management, Volume Erschienen: 2010 Hardcover: 623 Seiten, Polnisch und Deutsch EUR 7ASTE -ANAGEMENT 6OLUME Erschienen: 2011 Hardcover: 866 Seiten, mit farbigen Abbildungen Waste Management, Volume 3 Stephanie Thiel Erschienen: 2012 Hardcover: etwa 780 Seiten, mit farbigen Abbildungen #$ 7ASTE -ANAGEMENT 6OLUME, Polnisch und Deutsch #$ 7ASTE -ANAGEMENT 6OLUME 7ASTE -ANAGEMENT 6OLUME Stephanie Thiel Erschienen: 2014 Hardcover: 521 Seiten, mit farbigen Abbildungen EUR Paketpreis 7ASTE -ANAGEMENT 6OLUME s 7ASTE -ANAGEMENT 6OLUME s #$ 7ASTE -ANAGEMENT 6OLUME statt EUR 7ASTE -ANAGEMENT 6OLUME s #$ 7ASTE -ANAGEMENT 6OLUME s 7ASTE -ANAGEMENT 6OLUME Bestellungen unter oder Dorfstraße 51 D Nietwerder-Neuruppin 4EL s &AX TK Verlag Karl Thomé-Kozmiensky

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