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Abluftreinigung bei schwierigen Prozessbedingungen durch thermische Oxidation

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05.08.2011 Anlagenbauer stehen im Bereich der Abluftreinigung einigen Herausforderungen gegenüber. In einigen Fällen liegen zum Beispiel stark korrosive und verschmutzende Bedingungen im Produktionsprozess vor, die spezielle Verfahren zur Abluftreinigung benötigen. Dies soll anhand eines Beispiels aus der Praxis verdeutlicht werden.

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Entscheider-Facts Für Anwender

  • Bayer Technology Services errichtet hoch verfügbare und wirtschaftliche Abluftreinigungsanlagen, die die Anforderungen der TA-Luft auch unter schwierigen Prozessbedingungen sicher erfüllen.
  • Durch Wahl eines vorgeschalteten Hochleistungs-Staubabscheiders in einem Bayer-Reither-Venturiwäscher kann erreicht werden, dass der Ammoniumsulfatstaub zu > 98% abgeschieden wird.
  • Der Einsatz einer 3-Kammer-RTO ermöglicht eine Senkung der Energiekosten um  750.000 Euro/a und eine Reduzierung der CO2-Emissionen um  5.000 t/a.
  • Geeignete Beschichtungen und zyklische Reinigungsintervalle ermöglichen eine hoch verfügbare RTO-Technologie auch in korrosiver Atmosphäre.

August 2011

Bild der Anlage mit Vorwäsche und RTO mit korrosionsfester Auskleidung und zyklischem Reinigungssystem

In einem chemischen Produktionsprozess im Industriepark Dormagen entsteht Abluft, die Acrylnitril, Blausäure und Ammoniumsulfatstaub enthält. Die Aufgabenstellung für Bayer Technology Services war es, eine bei mehrjähriger ununterbrochener Laufzeit hoch verfügbare und wirtschaftliche Abluftbehandlungsanlage zu errichten, die die Anforderungen der
TA Luft (Grenzwerte Acrylnitril < 0,5 mg/Nm3 , HCN < 3 mg/Nm3 , Staub < 20mg/Nm3) sicher erfüllt. Da eine prozessbezogene Änderung nicht möglich ist, wurden in einer Studie verschiedene Lösungswege in Betracht gezogen. Das Ergebnis der Untersuchung war, dass die geforderten Grenzwerte dauerhaft und mit vertretbarem Aufwand nur durch eine Kombination von Absorption und thermischer Oxidation eingehalten werden können. Thermische Energie rückgewinnen
BTS entwickelte für die Lösung erweiterte Prozessschritte, die in Zusammenarbeit mit dem Anwender und verschiedenen Lieferanten zu einem Verfahren ausgearbeitet wurden, bei dem die genannten Herausforderungen durch intelligente Lösungen gemeistert werden konnten. Um die Staubbelastung an der thermischen Oxidationsanlage zu minimieren, wurde als erste Stufe ein Venturiwäscher (Rohrspalt-Venturiwäscher mit Hybriddüsen, System Bayer-Reither)    gewählt, in dem der Ammoniumsulfatstaub zu mehr als 98% abgeschieden wird. Als zweite Stufe kommt eine 3-Kammer-RTO zum Einsatz, bei der die geringen Grenzwerte dauerhaft bei einer Betriebstemperatur von 950 °C erreicht werden.
Das Funktionsprinzip einer RTO-Anlage basiert auf der Rückgewinnung der thermischen Energie mithilfe keramischer Füllkörper. Diese dienen als Wärmespeicher und nehmen abwechselnd Energie von der gereinigten, aufgewärmten Abluft auf und geben diese anschließend an das kalte Rohgas ab. Auf diese Weise werden rund 96 % der thermischen Energie zurückgewonnen, so dass nur maximal 4 % der Energie zur Oxidation der Abluft durch Primärenergie zugeführt werden müssen. Für den Anwendungsfall bedeutet dies eine Einsparung von etwa 300 Nm³/h Erdgas (Betriebskosteneinsparung ca. 750.000 Euro/a) und eine Verminderung der CO2-Emission um rund 5.000t/a. Eine besondere Problematik ist, dass bei der Oxidation der Abluft SO2 und SO3 gebildet wird, das beim Abkühlen der Rauchgase als Schwefelsäure auskondensiert und zu Korrosion in der Anlage führt.
 
Hohe Verfügbarkeit gesichert
Daher wurden in BTS-eigenen Labors Versuche zur Staubabscheidung und umfangreiche Tests zur Korrosionsbeständigkeit verschiedener Beschichtungssystemen durchgeführt. Die wesentliche Herausforderung bestand darin, einen Beschichtungswerkstoff  zu finden, der gegenüber Schwefelsäure bei erhöhten Temperaturbedingungen beständig ist.
Um die hohe Anforderung an die Verfügbarkeit zu erreichen, musste zusätzlich ein Waschsystem unterhalb der Wabenkörper vorgesehen werden. Wegen dieser Voraussetzungen war der Einsatz einer Standard-RTO-Anlage nicht möglich. Durch den Einsatz eines zweistufigen Reinigungsprozesses mit Staub-Vorabscheidung und Nachbehandlung in einer RTO mit geeigneter Beschichtung und zyklischer Reinigung der Wabenkörper ist es gelungen, eine hochverfügbare Anlage für den schwierigen Einsatzfall bereitzustellen.
Im April 2010 wurden zwei baugleiche RTO-Anlagen für jeweils 15.000 Nm³/h Abluft erfolgreich in Betrieb genommen. Beide Anlagen laufen seitdem störungsfrei.

Heftausgabe: August 2011
Ulrich Westphal, Leiter Planungsbereich Abgasreinigung Bayer Technology Services

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Ulrich Westphal, Leiter Planungsbereich Abgasreinigung Bayer Technology Services
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