Abluftreinigung

Für die Abscheidung von flüchtigen organischen Verbindungen (VOC)  werden heutzutage die biologische Reinigung (auch mit Absorption), chemische Umwandlung (Stofftrennung, Oxidation und andere Reaktionen), Adsorption (Aktivkohle, Zeolith oder Silikagel), Absorption (Wäscher) und Kondensation (mechanische Kältemaschinen oder kryogene Kühlung) eingesetzt. Diese Methoden unterscheiden sich dadurch, wie sie in Abhängigkeit von den Abluftparametern, vom Volumendurchsatz, von technologischen Anforderungen (Lösemittelrückgewinnung), Reingasparametern und örtlicher Gesetzgebung und Verfahren angewandt werden.

Jede Technologie bringt einige Vorteile mit sich, ist aber auch mit verschiedenen Nachteilen oder Restriktionen verbunden. Der Auswahlprozess kann aufgrund der breiten Palette an Abgasreinigungsverfahren kompliziert sein. Zwar erfüllen viele die gesetzlichen Anforderungen, die Herausforderung besteht aber darin, eine Technologie zu finden, die nicht nur technisch effizient, sondern auch kostengünstig ist.
 
Wichtige Auswahlkriterien sind der Abgasvolumenstrom und seine Beladung. Das Diagramm zeigt die Einsatzbereiche der Verfahren qualitativ im Vergleich.

 

 

 

Oxidation

Oxidation ist eine verbreitete Methode für mäßig belastete, dauerhaft anstehende größere Abluftströme. Unterschieden werden die direkte Verbrennung (TNV-thermische Nachverbrennung bei 700°C bis 800°C) und die katalytische Oxidation (KNV-katalytische Nachverbrennung bei 300°C bis 400°C). Beide Anlagentypen können zur Effizienzsteigerung mit rekuperativer oder regenerativer Wärmerückgewinnung ausgestattet werden.  Alle vorhandenen Verbindungen sollten zu CO2 und Wasser oxidiert werden.

Durchsatzmengen von tausenden oder zehntausenden Kubikmetern pro Stunde und Konzentrationen im Bereich bis 25 % UEG (untere Explosionsgrenze) an brennbaren VOCs sind für diese Anwendung üblich. In diesem Fall ist Oxidation die beste Lösung bei recht geringen Investitionen und mittleren Betriebskosten.

Die entstehenden Verbrennungsrückstände sind allerdings oft problematisch, wenn in der Abluft halogenierte VOC vorhanden sind. Nachteilig ist auch, dass bei der Verbrennung keine Rückgewinnung von wertvollen Abgasbestandteilen möglich ist. Zuweilen erschweren behördliche Regelungen und Auflagen die Genehmigung solcher Anlagen.

Adsorption

Die Abscheidung spezifischer Verbindungen mittels eines Adsorptionsmediums ist eine Abluftreinigungsmethode, bei der auch die Rückgewinnung von Lösemitteln möglich ist. Die Adsorption kann beispielsweise an Aktivkohle, keramischen Materialien oder organischen Polymeren durchgeführt werden. Kritische Parameter dieses Prozesses sind die molekularen Gewichte und die chemische Struktur der VOC (Affinität zum verwendeten Adsorptionsmittel), die Temperatur der Abluft (je niedriger, desto besser) und ihre relative Feuchte. Die ideale Anwendung dieser Methode ist die Entfernung eines einzelnen Lösemittels aus großen Volumenströmen bei geringer bis mittlerer Konzentration.

Die Hauptprobleme dieser Technologie hängen mit der Entfernung adsorbierter Verbindungen vom Adsorptionsmaterial (Desorption), Überhitzung durch die Adsorptionswärme bei hoher Schadstoffkonzentration („hot spots“ – Brandgefahr) und unterschiedlicher Affinität von VOCs zum Adsorptionsmittel zusammen.

Die Desorption wird normalerweise durch Wasserdampf, Heißluft oder (selten) Stickstoff durchgeführt. Dadurch wird eine bestimmte Menge an kontaminiertem Wasser produziert, was oft eine Abwasserbehandlung notwendig macht. Dies führt zu zusätzlichen Investitionen und Betriebskosten.

Adsorptionsanlagen werden meist als eigenständig voll funktionsfähige Einheiten (mit und ohne Rückgewinnung von Lösemitteln) geliefert. Es gibt auch Anwendungen, wo lediglich eine Aufkonzentration der Schadstoffe durchgeführt wird und eine Weiterbehandlung mit einem anderen Prozess (z.B. Kondensation) erfolgt. Gelegentlich dienen kleinere Adsorber auch als Nachreinigungstufe oder Polizeifilter für andere Verfahren. Eine weitere sehr einfache Anwendung ist die Beladung von mit Aktivkohle gefüllten Behältern, die anschließend entsorgt (verbrannt) werden.

Absorption

Bei diesem Verfahren werden Schadstoffe aus Gasströmen mit einem flüssigen Medium in Wäschern oder Kolonnen ausgewaschen. Die Abluft befindet sich in direktem Kontakt mit dem Absorptionsmedium (Wasser oder organische Lösemittel), die VOC werden aus dem Gas entfernt und in der Flüssigkeit gelöst. Die dabei entstehende schadstoffangereicherte Flüssigkeit wird dann entweder regeneriert oder in das Abwassersystem eingeleitet, wo diese ggf. weiter behandelt werden muss (z.B. biologische Abwasserreinigung). Die Absorption wird in Industrieanlagen seltener eingesetzt, aber kleinere Laborwäscher sind recht verbreitet.

Kryokondensation / Abluftreinigung

Kondensationsanlagen bestehen im Wesentlichen aus einem Kondensator (Rohrbündelwärmetauscher) und einer Kältequelle, z.B. einer Kühlsole oder einer mechanischen Kältemaschine. Die kondensierten Lösemittel verlassen den Kondensator in hoher Qualität, da es bei der Prozessführung zu keiner Verdünnung oder Verunreinigung kommt. Eine Wiederverwendung der Lösemittel in der Produktion ist häufig möglich. Signifikante Rückgewinnungsraten sind aber nur erreichbar, wenn die Dampfkonzentrationen sehr hoch oder die Kondensationstemperaturen sehr niedrig sind. Konventionelle Kondensationsanlagen können nur für die Dampfrückgewinnung und nicht für die Abluftreinigung genutzt werden. Die Belastung des Gases wird reduziert, aber die Konzentrationsreduzierung reicht nicht aus, um die Bestimmungen der TA Luft zu erfüllen.

Bei Kühlung mit Flüssigstickstoff (Siedepunkt - 196°C) ist eine Absenkung der Reingastemperaturen soweit möglich, dass die Abgaskonzentration bis in den mg/m³ - Bereich reduziert werden kann. Die hierfür erforderlichen Kondensatoren (Kryokondensatoren) müssen aber sehr speziell ausgelegt werden, damit nicht durch Eis- und Nebelbildung der gewünschte Reinigungseffekt beeinträchtigt wird.