Unser prozesstechnisches Know-how: Entstickung (DeNOx), Katalytische Oxidation (CatOx), Kondensation.

Die effiziente Reduktion von Stickoxiden gewinnt zunehmend an Bedeutung. Nach den neuen Emissionsrichtlinien (BREF/BAT) gelten verschärfte Grenzwerte. Durch Kombination primärer und sekundärer Maßnahmen können effizient Stickoxidemissionen begrenzt werden. Die Standardkessel Baumgarte GmbH tritt als EPC für die komplette Wertschöpfungskette in Erscheinung. Maßgeschneiderte Lösungen der Feuerungsoptimierung, der selektiven nicht katalytischer Reduktion (SNCR) sowie der selektiven katalytischen Reduktion (SCR) und ggf. Kombinationen dieser Verfahren werden kundengerecht abgewickelt.

Selektive Katalytische Reduktion (SCR)

Das Verfahren der Selektiven Katalytischen Reduktion (SCR) wird vorwiegend bei hohem Stickoxid-Gehalt im Abgas/Rauchgas/Abluft sowie zur Einhaltung der neuen BREF Emissionsgrenzwerte eingesetzt. Die Stickstoffoxide reagieren in oxidierender Atmosphäre bei Anwesenheit von Reduktionsmittel zu molekularem Stickstoff und Wasser. Dazu wird vor dem Katalysator das Reduktionsmittel Ammoniak  oder ein ammoniakabspaltendes Reduktionsmittel (Ammoniakwasser oder Harnstoff)  in den Kanal eingedüst und gleichmäßig verteilt. Katalytische Materialien setzen die Aktivierungsenergie der chemischen Reaktion herab, so dass die erforderliche NOx- Reduktion bei niedrigen Temperaturen stattfinden kann. Für die Entstickung werden je nach Anwendungsfall Waben- oder Plattenkatalysatoren mit unterschiedlichen Kanalöffnungen und Aktivitäten eingesetzt. Die Betriebstemperatur richtet sich nach der Schaltungsvariante, Einbauposition des Katalysators und den Begleitstoffen.

Zur Optimierung der Temperatur-, NO_x-/NH₃- und Geschwindigkeitsverteilung vor dem Katalysator werden statische Mischer vorgesehen. Dies minimiert den NH₃-Schlupf, eine mögliche Belagsbildung und auch Korrosionserscheinungen.

Für die Einbringung des Reduktionsmittels stehen zwei Arten der Eindüsungen zur Auswahl. Eine Variante ist die Vorverdampfung über Sprüh- oder Kontaktverdampfer. Hierbei wird das Reduktionsmittel (NH₃ oder NH₄OH) zuvor mittels eines Verdampfers in die Gasphase überführt und mit Luft oder Rauchgas über ein sogenanntes „Eindüsgitter“ (Verteiler Rohre/AIG) in den Rauchgaskanal eingebracht. Die zweite Variante ist die Direkteindüsung. Hierbei wird das Reduktionsmittel über spezielle Lanzen direkt in den Kanal eingedüst und erst dort verdampft.

Kombination von Entstickung und katalytischer Oxidation

Abreinigung flüchtiger organischen Verbindungen und Stickoxiden durch Kombination beider katalytischer Prozesse.

Das katalytische Verfahren bietet sich ideal zur Abgas- und Abluftreinigung an. Der Katalysator ermöglicht die Umsetzung von Schadgasen insbesondere der flüchtigen Kohlenwasserstoffen (VOC) zu umweltverträglichen Stoffen.

Katalytische Verfahren zeichnen sich in der Regel durch niedrigere Reaktionstemperaturen als bei vergleichbaren thermischen Verfahren aus. Dies ermöglicht eine effizientere Prozessführung bei wesentlich reduziertem Energieeinsatz. Der katalytische Prozess ist exotherm. Je nach Einsatzfall und Höhe der Schadstoffbeladung wird die Wärme rekuperativ oder regenerativ zurückgewonnen.

In Abhängigkeit von der Schadstoffkonzentration im Abgas- und der Abluft stehen zwei Technologien der katalytischen Abluftreinigung zur Verfügung. Für Anwendungen mit mittlerer bis hoher Konzentration setzt Standrdkessel Baumgarte Anlagen mit rekuperativer Wärmerückgewinnung (CatOx) ein. Für Anwendungen mit geringer bis mittlerer Konzentration Anlagen mit regenerativer Wärmerückgewinnung (RCO). Beide Technologien sind für Reinigungsgrade von 99% oder höher ausgelegt.

Katalytische Oxidation mit rekuperativer Wärmerückgewinnung (CatOx)

Der Prozess der katalytischen Oxidation mit rekuperativer Wärmerückgewinnung verwendet Gas-Gas-Wärmetauscher, um die gewünschte Temperatur für die katalytische Oxidation zu erreichen. Je nach VOC-bzw. Schadstoff-Konzentration ist eine Energiezufuhr erforderlich. Mit dem Einsatz eines hocheffizienten Wärmetauschers wird der autotherme Betrieb durch die Wärmerückgewinnung bereits bei geringen VOC- bzw. Schadstoff-Konzentrationen möglich. Der Einsatz der rekuperativen Wärmerückgewinnung gewährleistet eine sichere Trennung von Abgas- bzw. Abluft und der Reinluft.

Die CatOx-Technologie ist einsetzbar für Anwendungen an Prozessen bis 25 bar sowie auch für die Reinigung von sauerstoffarmen Gasen.

Katalytische Oxidation mit regenerativer Wärmerückgewinnung (RCO)

Der Prozess der katalytischen Oxidation mit regenerativer Wärmerückgewinnung verwendet ein Bett oder mehrere Betten mit wärmeabsorbierendem  Material für den regenerativen Wärmeaustausch und ist in der Lage, bereits bei niedriger VOC- bzw. Schadstoff-Konzentrationen, anders als beim CatOx –Verfahren, ohne Energiezufuhr zu arbeiten.

Katalytische Oxidation nach Kondensation (kombiniertes Verfahren)

Es gibt eine Reihe von Prozessen und Anlagen (Beispiele sind: Tanklager, Umfüllvorgänge, Reaktionen in der chemischen Industrie), die Schadstoff- oder lösemittelhaltiges Abgas-/Abluft mit unterschiedlichen Volumenströmen sowie an- und abschwellender Konzentration und mit zeitlicher Unterbrechung emittieren. Die Anforderung an ein Reinigungsverfahren ist komplex und verlangt hier für eine ökologische sinnvolle Reinigung den Einsatz eines mehrstufigen Reinigungsverfahrens. 

Eine typische Verknüpfung ist die Kombination der direkten Tiefkühlkondensation (Badkühler oder Sprühkühler) mit anschließender katalytischer Oxidation. Dieses mehrstufige Verfahren hat zunehmend an Bedeutung gewonnen und bietet eine wirtschaftlich flexible Lösung der Abgas-/Abluftreinigung.

Das Abgas bzw. die Abluft wird zur Abreicherung und Vergleichmäßigung der Schadstoff- und Lösemittelkonzentration einer direkten Kondensation zugeführt. Zur Erreichung der Emissionsgrenzwerte wird das vorgereinigte Abgas-/Abluft in der zweiten Stufe in einer katalytischen Oxidation mit rekuperativer Wärmerückgewinnung behandelt.

Die beschriebene Kombination ist in der Lage die vielfältigsten Aufgabenstellungen zu lösen. Einerseits ist die erste Stufe ausgeführt als Kondensation eine Vorreinigung und Lösemittelrückgewinnung, andererseits werden durch die Kondensation Konzentrationsspitzen abgefangen und somit Konzentrationsschwankungen ausgeglichen. Somit wird eine energieoptimierte Prozessführung der nachgeschalteten katalytische Oxidation erzielt.

Standardkessel Baumgarte besitzt das erforderliche Know-how, um ein optimales, speziell auf Ihre Anforderungen ausgerichtetes Konzept zur Emissionsminderung, Rückgewinnung und Abgaskonditionierung zu entwickeln.

Ein geeignetes Verfahren zum Abscheiden von Schadstoffen oder Lösemitteln aus einem Trägergas ist die direkte Kondensation, in der Anwendung unter Normaldruckbedingungen sowie im Über- und Unterdruckbereich.
Dazu stehen der direkten Kondensation zwei Technologien zur Verfügung.

Sprühkühler

Die Abkühlung des zu reinigenden Gasstroms erfolgt hier im direkten Kontakt mit der gekühlten Flüssigkeit im Flüssigkeitsstrahl. Die Flüssigkeit selbst wird durch indirekte Kühlung, meist in einem Wärmetauscher, auf die gewünschte Temperatur eingestellt.

Infolge der kontinuierlichen Flüssigkeitszufuhr wird die Phasengrenzfläche zwischen Gas und Flüssigkeit ständig erneuert. Der intensive Kontakt bewirkt einen Wasch-, Absorptions- bzw. Kondensationseffekt und so einen Stoffaustausch zwischen Gas und Flüssigkeit. Das Abgas kühlt auf Kondensationstemperatur ab, die im Abgas enthaltenen Schadstoffe und Lösemittel kondensieren bis zur Sättigungsgrenze aus. Das Kondensat vermischt sich mit der zugeführten Flüssigkeit und wird zusammen mit dem Sprühstrahl im Apparatesumpf aufgefangen. Der Flüssigkeitszuwachs wird über eine Füllstandsteuerung abgelassen und der gereinigte Gasstrom über einen speziell ausgeführten Tropfenabscheider Demister abgeleitet.

Die Kondensationsanlage kann bei Bedarf auch für den Betrieb an diskontinuierlichen Prozessen (Batch-Vorgänge) und bei Schwankungen in der Abgasmenge ausgeführt werden. Die Technologie wird häufig als Vorabscheider oder Quensche bei hochbeladenen oder sehr warmen Abgasströmen als Vorstufe weiterer Reinigungsprozesse angewandt und ist auch für den Einsatz in geschlossenen Abgassystemen (z. B. eines Trockner- oder Beschichtungssystems) anwendbar.

Badkühler

Zur Kondensation der Inhaltstoffe wird das Abgas mittels Gebläse in einer Blasensäule durch das auf die Kondensationstemperatur gekühlte Flüssigkeitsbad, gefördert. Die Flüssigkeit entspricht in der Regel der Zusammensetzung des Kondensats aus dem Abgasstrom. Das Abgas kühlt in der Blasensäule auf die im Speicher eingestellte Temperatur unterhalb des Taupunktes der Verbindungen ab. Dabei kondensieren die im Abgas enthaltenen Schadstoffe und Lösemittel bis auf die Sättigungsbedingungen aus. Das sich bildende Kondensat wird direkt in der Flüssigkeit aufgefangen. Bei Bedarf wird das System für den Betrieb in diskontinuierlichen Prozessen (Batch-Vorgänge) ausgeführt.

Während die erforderliche Abkühlung des zu reinigenden Gasstroms durch direkten Kontakt mit dem Flüssigkeitsbad erfolgt, wird das Bad selbst zweckmäßigerweise durch indirekte Kühlung auf die gewünschte Temperatur eingestellt. Aufgrund der Turbulenzen, welche durch das durchströmende Abgas erzeugt werden, können keinerlei Anhaftungen erfolgen. Der Badkühler reinigt sich auf diese Weise ständig selbst. Zwischen dem Abgasgemisch und der gekühlten Flüssigkeit sind keinerlei trennende und zur Verschmutzung neigende Übertragungswände vorhanden. Das Verfahren wird auch erfolgreich eingesetzt, wenn Konzentrationsspitzen eine Glättung erfordern, um andere nachgeschaltete Rückgewinnungen und Abreinigungsverfahren überhaupt zu ermöglichen. Die Austrittskonzentration bleibt nahezu gleich.

Kombinierte Verfahren

Die Anforderungen der Industrie an Reinigungsverfahren sind komplex, verlangen nach Systemlösungen und die Betrachtung der einzelnen möglichen Emissionsminderungsmaßnahmen.

Abgas- und Abluftströme sind des Öfteren allein durch ein einstufiges Reinigungsverfahren nicht mehr ökologisch sinnvoll zu reinigen.

Betriebserfahrungen haben gezeigt, dass in Bezug auf die Inhaltstoffe und deren Konzentration im Abgas, meist vor und/oder nachgeschaltete weitere Verfahrensstufen als Ergänzungen einzusetzen sind. Auch behördliche Auflagen erheben oft die Forderung, Verfahrenskombinationen als Komplettlösung vorzusehen. Als kombinierte Verfahren werden mehrstufige Anlagen bezeichnet, bei denen je Stufe, abhängig vom Volumenstrom und der Schadstoffbeladung, ein angepasstes Verfahren anzuwenden ist.

Zweistufige Kondensation

Häufig emittieren Prozesse Abgasströme mit Schadstoffen oder Lösemittel unterschiedlichster Eigenschaften, die zu betrachten sind, wenn eine Kondensation zur Anwendung kommt.

Dazu zählen beispielsweise die Stockpunktunterschreitung von Einzelstoffen und Mischkristallen (Eutektikum), Unlöslichkeiten oder ein Ausfrieren von Stoffen aus der Flüssigkeit infolge der Teillöslichkeit. Reicht eine  einstufige Tiefkühlkondensation nicht aus, wird eine Vorkondensationsstufe vorgeschaltet. Die Stufe wird entsprechend der erforderlichen Temperaturführung für die Kondensation konzipiert.

Eine typische Anwendung ist die Kombination des Sprühkühlers mit dem Badkühler. Der Sprühkühler wird hierbei als Vorabscheider oder als Quenche eingesetzt, zum Beispiel bei hochbeladenem sehr warmem Abgasstrom oder hohem Wassergehalt im Abgas. Die Vorkondensation ist dann meist bei Kondensationstemperaturen über 0 °C zu betreiben, die zweite Stufe im Tieftemperaturbereich. Die Temperaturführung, d. h. die gewählte Temperaturstufung, ist für eine optimale Prozessführung je nach Anwendungsfall festzulegen.

Weitere Verfahren durch Kombination der Abreinigungsprozesse mit

• Vor-/Nachgeschaltete Gaswäsche zur Abtrennung von anorganischen Schadstoffen etc.  
• Für Abgasströme mit kurzen Konzentrationsspitzen besteht die Möglichkeit des Einsatzes eines Adsorberbetts zur Glättung von Konzentrationsspitzen vor der katalytischen Oxidation
•  Einsatz von Zeolithen zur Aufkonzentration für die optimierte Auslegung einer nachgeschalteten katalytischen Oxidation