Neue Entwicklungen zur absorptiven. Aufkonzentration organisch beladener Schadgase

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1 Aufkonzentration organisch beladener Schadgase Dr. rer. nat. Sven Meyer Univ.-Prof. Dr.-Ing. Otto Carlowitz TU Clausthal Aufkonzentration organisch beladener Schadgase 1

2 Gliederung 1. Ausgangssituation 2. Aufkonzentrationssysteme 3. Absorptive vs. adsorptive Aufkonzentration Zielsetzung Oxidation Zielsetzung Rückgewinnung 4. Fazit und Ausblick 5. Ergänzendes Schrifttum Aufkonzentration organisch beladener Schadgase 2

3 1. Ausgangssituation Neuartig: Absorption + Thermische Verbrennung (Detoxifizierung) + Kondensation / Aufbereitung (Rückgewinnung) Verfahren zur Behandlung von Abgasen mit organischen Inhaltsstoffen Aufkonzentration organisch beladener Schadgase 3

4 Gliederung 1. Ausgangssituation 2. Aufkonzentrationssysteme 3. Absorptive vs. adsorptive Aufkonzentration Zielsetzung Oxidation Zielsetzung Rückgewinnung 4. Fazit und Ausblick 5. Ergänzendes Schrifttum Aufkonzentration organisch beladener Schadgase 4

5 2. Aufkonzentrationssysteme Unterscheidung Interne Aufkonzentration Externe Aufkonzentration Grenze der Aufkonzentration: Explosionsschutzbetrachtung! Quelle: de.wikipedia.org/wiki/explosionsgrenze Aufkonzentration organisch beladener Schadgase 5

6 2. Aufkonzentrationssysteme Unterscheidung Interne Aufkonzentration Externe Aufkonzentration Grenze der Aufkonzentration: Explosionsschutzbetrachtung! Aufkonzentration organisch beladener Schadgase 6

7 2. Aufkonzentrationssysteme Trocknersysteme mit Umluftführung sowie indirekter Beheizung Aufkonzentration organisch beladener Schadgase 7

8 2. Aufkonzentrationssysteme Trocknersysteme mit Umluftführung sowie direkter Befeuerung Aufkonzentration organisch beladener Schadgase 8

9 2. Aufkonzentrationssysteme Inerttrockner Unterscheidung Interne Aufkonzentration Externe Aufkonzentration Grenze der Aufkonzentration: Sättigungspartialdruck des Lösemittels im Inertgas! Aufkonzentration organisch beladener Schadgase 9

10 2. Aufkonzentrationssysteme Inerttrockner mit Lösemittelkondensation oben: vereinfachtes Schema unten: p-t-diagramm (qualitativ) Aufkonzentration organisch beladener Schadgase 10

11 2. Aufkonzentrationssysteme Unterscheidung Interne Aufkonzentration Externe Aufkonzentration Systeme zur externen Aufkonzentration Aufkonzentration organisch beladener Schadgase 11

12 2. Aufkonzentrationssysteme Systeme zur externen Aufkonzentration Aufkonzentration organisch beladener Schadgase 12

13 2. Aufkonzentrationssysteme Systeme zur externen Aufkonzentration Aufkonzentration organisch beladener Schadgase 13

14 2. Aufkonzentrationssysteme Systeme zur externen Aufkonzentration Aufkonzentration organisch beladener Schadgase 14

15 Gliederung 1. Ausgangssituation 2. Aufkonzentrationssysteme 3. Absorptive vs. adsorptive Aufkonzentration Zielsetzung Oxidation Zielsetzung Rückgewinnung 4. Fazit und Ausblick 5. Ergänzendes Schrifttum Aufkonzentration organisch beladener Schadgase 15

16 3. Absorptive vs. adsorptive Aufkonzentration Zielsetzung: Oxidation Nachweis der Energieeinsparung Vergleich von drei Systemen absorptive Aufkonzentration mit rekuperativer thermischer Nachverbrennung adsorptive Aufkonzentration mit einem Rotor und regenerativer thermischer Nachverbrennung, regenerative thermische Nachverbrennung (ohne vorherige Aufkonzentration) quantifiziert für, , Aufkonzentration organisch beladener Schadgase 16

17 3. Absorptive vs. adsorptive Aufkonzentration Zielsetzung: Oxidation Systemtechnik Absorption System zur absorptiven Aufkonzentration mit rekuperativer Nachverbrennung (TNV) des Desorbates (vereinfachte Darstellung) Aufkonzentration organisch beladener Schadgase 17

18 3. Absorptive vs. adsorptive Aufkonzentration Zielsetzung: Oxidation Systemtechnik Absorption System zur absorptiven Aufkonzentration mit rekuperativer Nachverbrennung (TNV) des Desorbates (vereinfachte Darstellung) Aufkonzentration organisch beladener Schadgase 18

19 3. Absorptive vs. adsorptive Aufkonzentration Zielsetzung: Oxidation Absorber Fallfilmabsorptionsmodul a) Funktionsprinzip b) Aufbau eines Kederschlauchelements c) Ausgeführtes Modul Aufkonzentration organisch beladener Schadgase 19

20 3. Absorptive vs. adsorptive Aufkonzentration Zielsetzung: Oxidation Systemtechnik Adsorption System zur adsorptiven Aufkonzentration (Rotor) mit regenerativer thermischer Nachverbrennung (RNV) des Desorbates (vereinfachte Darstellung; z.b. Partikelfilteranlage vor Eintritt zu Z100 nicht eingezeichnet) Aufkonzentration organisch beladener Schadgase 20

21 3. Absorptive vs. adsorptive Aufkonzentration Zielsetzung: Oxidation Vergleichssystem RNV System zur regenerativen Nachverbrennung (RNV) Aufkonzentration organisch beladener Schadgase 21

22 3. Absorptive vs. adsorptive Aufkonzentration Zielsetzung: Oxidation energetischer Vergleich Aufkonzentration organisch beladener Schadgase 22

23 3. Absorptive vs. adsorptive Aufkonzentration Zielsetzung: Oxidation Kostenvergleich Vorteile der absorptiven Aufkonzentration: zeitliche und örtliche Trennung von Ab- und Desorption möglich (Vorteil auch bei Nachrüstung oder Produktionserweiterung) Aber: Jeder Einzelfall muss dezidiert betrachtet werden. Je höher die Beladung, desto besser wird die RNV. Aufkonzentration organisch beladener Schadgase 23

24 Gliederung 1. Ausgangssituation 2. Aufkonzentrationssysteme 3. Absorptive vs. adsorptive Aufkonzentration Zielsetzung Oxidation Zielsetzung Rückgewinnung 4. Fazit und Ausblick 5. Ergänzendes Schrifttum Aufkonzentration organisch beladener Schadgase 24

25 3. Absorptive vs. adsorptive Aufkonzentration Zielsetzung: Rückgewinnung Systemtechnik Absorption Erst oberhalb 1 t/h an Lösemitteln Adsorption (Aktivkohle + Wasserdampfdesorption) wirtschaftlich tragfähig wegen Wasser Unterhalb 1 t/h ggf. Inertgasdesorption, jedoch Essigsäurebildung aus Ethylacetat wegen hoher Desorptionstemperatur (200 C), daher absorptiver Ansatz (Desorptionstemperatur bis ca. 120 C) Abluft Lösemittelrückgewinnung mittels Hochsiederwäsche und Desorbatkondensation (vereinfachte Darstellung) Aufkonzentration organisch beladener Schadgase 25

26 3. Absorptive vs. adsorptive Aufkonzentration Zielsetzung: Rückgewinnung Stand F&E-Arbeiten Absorption Absorptionstechnik entwickelt (Darstellung des Absorptionsmittel-Kreislaufes) Kondensation / Lösemittelaufarbeitung stehen jetzt im Fokus Nach dem derzeitigen Forschungsstand ergeben sich folgende Randbedingungen Amortisation für eine Anlage, /, ö 250 /, / etwa (2 4) Jahre Senkung der Kohlenstoffdioxidemissionen um (40 50)% Laufzeit der F&E-Arbeiten bis Herbst 2017 mit Nachweis der Wiedereinsetzbarkeit der Lösemittel in einer Druckerei (flexible Verpackungen) Aufkonzentration organisch beladener Schadgase 26

27 Gliederung 1. Ausgangssituation 2. Aufkonzentrationssysteme 3. Absorptive vs. adsorptive Aufkonzentration Zielsetzung Oxidation Zielsetzung Rückgewinnung 4. Fazit und Ausblick 5. Ergänzendes Schrifttum Aufkonzentration organisch beladener Schadgase 27

28 4. Fazit und Ausblick Grundsätzlich: soweit wie möglich intern aufkonzentrieren Externe Aufkonzentration kann wirtschaftliche Vorteile bieten, wobei die Absorption eine zeitliche und/oder örtliche Trennung von Absorptionsstufe und Desorptionsstufe ermöglicht. Jeder Einzelfall ist separat zu bewerten! Absorption ermöglicht Lösemittelrückgewinnung (z.b. bei der Bedruckung flexibler Verpackungen) auch für kleinere Lösemittelmassenströme ab ca. 200 kg/h; es sind relativ kurze Amortisationszeiten zu erwarten. CO 2 -Emissionen sinken beträchtlich bei Lösemittelrückgewinnung mittels Absorption. Endgültige Ergebnisse: Herbst 2017 Aufkonzentration organisch beladener Schadgase 28

29 Gliederung 1. Ausgangssituation 2. Aufkonzentrationssysteme 3. Absorptive vs. adsorptive Aufkonzentration Zielsetzung Oxidation Zielsetzung Rückgewinnung 4. Fazit und Ausblick 5. Ergänzendes Schrifttum Aufkonzentration organisch beladener Schadgase 29

30 5. Ergänzendes Schrifttum 1. Carlowitz, O.; Meyer, S.: Verfahren zur Aufkonzentration von kohlenwasserstoffhaltigen Abgasen mit dem Ziel der Energieeinsparung. Berliner Immissionsschutzkonferenz, 23. und 24. November 2015, Berlin. Zugehöriger Tagungsband im TK-Verlag. 2. Pfutterer, M.; Carlowitz, O.: Neues Aufkonzentrationsverfahren für VOC-Ablüfte mittels Absorption. VDI- Bericht 2214: Emissionsminderung Nürnberg, 20./ , VDI- Verlag, Düsseldorf, S DBU-Vorhaben: esorb ein neuer Baustein zur effizienten Stoffrückgewinnung aus der Gasphase. Laufzeit 03/ /2014. Antragsteller: AWS Group AG 4. DBU-Vorhaben: NALF Neuartiges Aufkonzentrationsverfahren im Flexoverpackungsdruck. Laufzeit 03/ /2017. Antragsteller: AWS Group AG. 5. Carlowitz, O.; Meyer, S.; Schricker, B.; Förster, M.: Prozesswärmeerzeugung im heißen Bypass von RTO-Anlagen versus separater Wärmeerzeugung. Chemie Ingenieur Technik (eingereicht) Aufkonzentration organisch beladener Schadgase 30

31 Kontaktdaten Dr. Sven Meyer Prof. Dr.-Ing. Otto Carlowitz TU Clausthal Agricolastraße Clausthal-Zellerfeld Deutschland Telefon: +49-(0) sven.meyer@tu-clausthal.de otto.carlowitz@tu-clausthal.de URL: Aufkonzentration organisch beladener Schadgase 31