Lösungsmittelverflüssigungsanlage für TA-Luft-konforme Abluft

Wertschöpfung durch Wiederverwenden kondensierter Lösemittel

In der Industrie fallen in vielen Branchen prozessbedingt Schadstoffemissionen in Abgasströmen an, welche vor dem Eintritt in die Umwelt aufbereitet werden müssen. Die HOF Sonderanlagenbau GmbH hat zusammen mit dem Ingenieurbüro Refolution Industriekälte GmbH eine Lösungsmittelverflüssigungsanlage entwickelt, welche die Abluft TA-Luft-konform reinigt und reines Lösemittel regeneriert.

In Deutschland ist die zulässige Menge an Schadstoffemissionen in Abgasen und deren Grenzwerte in der TA-Luft festgelegt, die 2002 in Kraft trat. Im Dezember 2020 wurde erstmals das Gesetz zum Schutz vor schädlichen Umwelteinwirkungen durch Luftverunreinigungen nachgebessert. Hierbei wurde die TA-Luft an aktuelle Umweltanforderungen und den Stand der Technik angepasst. Zweck dieses Gesetzes ist es, Menschen, Tiere und Pflanzen, den Boden, das Wasser, die Atmosphäre sowie Kultur- und sonstige Sachgüter vor schädlichen Umwelteinwirkungen zu schützen und dem Entstehen schädlicher Umwelteinwirkungen durch die Abluft von Produzierenden Unternehmen vorzubeugen.

Häufig werden hierzu Kaskaden- oder Flüssigstickstoffsysteme eingesetzt, um die erforderlichen Tiefsttemperaturen zu erreichen. Allerdings sind die in den Kaskaden verwendeten Kältemittel entweder brennbare oder fluorierte Stoffe, mit hohem Treibhauspotenzial – bei Letzteren ist aufgrund der F-Gase Verordnung künftig mit einer geringeren Verfügbarkeit zu rechnen. Darüber hinaus können bei der Verwendung von Kaskadensystemen, Lastwechsel nur schwer dynamisch gestaltet werden und Betriebszustände in Teillast sind in der Regel ineffizient.

Systeme, welche auf dem Einsatz von Flüssigstickstoff beruhen, sind bei Temperaturen über 140 °C aufgrund des hohen Herstellungsaufwands bei -196 °C nicht immer betriebswirtschaftlich sinnvoll. Darüber hinaus können hohe Temperaturdifferenzen in Wärmeübertragern auftreten, welche zu einem ungewollten Kondensationsverhalten der Abgasströme führen (große Ausfrier-Zonen von Feststoff und Nebelbildung).

Der HOF CryoProPhase stellt ein Verfahren zur Abluftreinigung durch Verwendung von Umgebungsluft als Kältemittel dar. Durch die ausschließliche Verwendung von Umgebungsluft als Kältemittel ist die Anlage effizient, ausfallsicherer und hat geringere Betriebskosten als vergleichbare Kältetechnologien und kann subventioniert werden. Des Weiteren müssen sich Betreiber über gesetzliche Regulierungen auf dem Kältemittelmarkt keine Gedanken machen und können die Anlage auch nach 2030 betreiben.

Mit dem HOF CryoProPhase ist es möglich mehrere Abgasströme parallel zu reinigen und Lösemittel mit einem hohen Reinheitsgrad zu regenerieren. Optional kann die Anlage bei feuchten Abgasströmen auch mit Wechselwärmeübertragern ausgerüstet werden, sodass ein Strang dauerhaft trocknet und einer reinigt.

Das Verfahren kondensiert über die Kältetechnik und mehrere Wärmeübertrager die Lösungsmittel und Giftstoffe aus dem Abluftstrom des produzierenden Unternehmens. Durch das in den Gesamtablauf integrierte Verfahren können nicht nur die deutschen Grenzwerte der TA-Luft eingehalten werden, sondern auch ein Großteil der Abgase vollständig recycelt und die Lösemittel wiederverwendet werden. Hierdurch wird neben der Einhaltung der Grenzwerte auch die Wirtschaftlichkeit für den Betreiber deutlich erhöht.

Bei feuchtem Abgas wird über zwei Stränge gefahren, wobei der erste Wärmeübertrager ein Eiskondensator bzw. bei trockenen Abgasen der Vorkühler ist. Anschließend geht es über einen inneren Wärmeübertrager entgegen dem Abgasstrom (zu Zwecke der Energierückgewinnung) und dann in einen speziellen Rohrbündelwärmeübertrager mit mehreren Umlenkungen für die Feinstabscheidung.

Bei der Tieftemperaturstufe kommt die ölfreie Kaltluftkältemaschine von Mirai Intex zum Einsatz. Da ein deutlich kleinerer Temperaturunterschied auf den Wärmeübertragern wie beispielsweise bei Flüssigstickstoff (-196 °C) gefahren wird, entsteht deutlich weniger Feinst-Nebel, der mit dem Abgas ausgetragen wird.

Die Turbomaschine von Mirai Intex ermöglicht große dynamische Lastwechsel mit einer hohen Effizienz aufgrund der drehzahlgeregelten Turboverdichter-Expander Einheit. Die erforderlichen Temperaturen können flexibel zwischen -40 bis -160°C eingestellt werden. Dementsprechend kann für unterschiedliche Prozessbedingungen und verschiedene Schadstoffe die optimale Verflüssigungstemperatur gewählt werden. Die Aufstellung der Kaltluftmaschinen erfordert keine gesonderten Maßnahmen, da Betriebsdrücke von 4 bis 10 bar nicht überschritten werden und weder brennbare noch toxische Kältemittel verwendet werden.

Somit ist die Technologie sicher für Mensch und Umwelt. Durch die luftgelagerte Turboverdichter-Expander Einheit ist das gesamte System öl- und verschleißfrei, wodurch der Wartungsaufwand und die Maschinen­raumanforderungen auf ein Minimum reduziert werden.

Regelmäßige Dichtheitsprüfungen sind durch die Verwendung von Luft als Kältemittel nicht notwendig. Darüber hinaus ist die Technologie nicht von Regulierungen betroffen, einfach zu skalieren und bietet eine zukunftssichere und effiziente Alternative zu chemischen Kältemitteln.

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