Wie funktionieren thermische Nachverbrennungsanlagen ?

Die thermische Nachverbrennung (TNV) ist eine häufig eingesetzte Technologie zur Behandlung von Industrieabgasen und zur Beseitigung von flüchtigen organischen Verbingungen. Die Technologie basiert auf der thermischen Verbrennung, d. h. die Abgase werden bis zum Überschreiten der Zündtemperatur erhitzt (die bis zu 1100 °C betragen kann) und die Schadstoffe werden "verbrannt". Unter den hohen Temperaturen werden die flüchtigen organischen Verbindungen zerstört und zersetzen sich zu CO2 und Wasser. Dieser Prozess erfordert oft eine beträchtliche Menge an Gas.  

Regenerative Systeme unterscheiden sich von der herkömmlichen nicht-regenerativen thermischen Nachverbrennung durch den Einsatz von Keramikbetten, die die Wärme der gereinigten Gase zur Vorwärmung des verschmutzten Gasstroms nutzen. Durch diese Wärmerückgewinnung wird weniger Gas zur Erhitzung des verunreinigten Gasstroms benötigt.

Wann werden thermische Nachverbrennungsanlagen eingesetzt?

Thermische Nachverbrennungsanlagen können für eine Vielzahl von Durchflussmengen und Konzentrationen eingesetzt werden. Am effizientesten sind sie jedoch in hohen Konzentrationsbereichen. Sie sind besonders effizient, wenn sie autotherm betrieben werden. Für die Reinigung von Luftemissionen mit geringem Gehalt an VOCs wird so eine große Menge Gas benötigt, was sowohl aus wirtschaftlicher als auch aus ökologischer Sicht nicht sinnvoll ist. Thermische Abluftreinigungsanlagen werden eher zur Behandlung kontinuierlicher Ströme eingesetzt. Denn diskontinuierliche Betriebsweisen würden bedeuten, dass die thermische Abluftreinigungsanlage zu häufig ein- und ausgeschaltet werden muss oder dass viel Erdgas benötigt wird, um das System in Betrieb zu halten.

Was ist der Unterschied zwischen Aktivkohle und thermischer Nachverbrennung?

Sowohl die Aktivkohle als auch die thermische Nachverbrennung sind beides häufig eingesetzte Technologien zur Luftreinigung. Die thermische Nachverbrennung wird eher bei hohen Konzentrationen und kontinuierlichen Emissionen eingesetzt, da diese Voraussetzungen weniger Gas benötigen. Therminsche Nachverbrennungsanlagen sind besonders interessant, wenn sie autotherm betrieben werden können. Des öfteren gibt es jedoch Situationen, in denen die thermische Nachverbrennung als präferierte Technologie gewählt wird, ohne zu prüfen, ob dies sowohl wirtschaftlich als auch ökologisch die beste Lösung ist. Diese Entscheidung ist je nach Produktionsumgebung zu hinterfragen, da es auch effizientere Lösungen geben könnte.  

In der Regel wird Aktivkohle weniger in kontinuierlichen Prozessen mit hohen Konzentrationen eingesetzt, da der Aktivkohleverbrauch zu hoch werden kann. Aktivkohle ist ideal geeignet, um organische Schadstoffe in geringeren Konzentrationsbereichen und/oder bei diskontinuierlichem Betrieb zu entfernen. Ein Vorteil von Aktikohle: Gibt es keine Emissionen zu entfernen, wird keine Aktivkohle verbraucht. In einem solchen Szenario ist es durchaus sinnvoll, Aktivkohle im Gegensatz zur thermischen Oxidation zu bewerten. Es gibt jedoch auch Situationen, in denen Aktivkohle in Kombination mit einer thermischen Nachverbrennung oder als vorübergehende Alternative zu einer thermischen Nachverbreunung eingesetzt wird, wie in den folgenden Fragen beantwortet wird.

Was geschieht, wenn eine thermische Nachverbrennungsanlage gewartet werden muss?

Während der Wartung kann die TNV nicht verwendet werden. Infolgedessen gibt es kein Luftreinigungssystem, welches die VOC-Emissionen entfernt. Manche Unternehmen dürfen ihre Produktion auch dann weiterlaufen lassen, wenn es kein System zur Entfernung von flüchtigen Organischen Verbindungen gibt. Andere Unternehmen sind jedoch gezwungen, ihre Produktion einzustellen, wenn sie keine alternative Lösung zur Behandlung ihrer Luftemissionen haben. Für große Produktions-,Chemie- oder Pharmaunternehmen können die Ausfallkosten durch eine solche Produktionsunterbrechung sehr hoch sein. In dieser Situation kann es von Vorteil sein, eine vorübergehende Lösung zur Beseitigung der Emissionen zu installieren, damit die Produktion weiterlaufen kann. Die mobile Aktivkohlefiltration ist eine ideale Überbrückungslösung für Wartungsarbeiten. Wie dies in der Praxis umgesetzt wird, können Sie in der folgenden Kundenreferenz nachlesen: ENTFERNUNG VON CHLORBENZOL AUS DER ABLUFT BEI RTO-WARTUNGSARBEITEN

Vier nützliche Anwendungen, bei denen Aktivkohle in Kombination mit thermischer Nachverbrennung eingesetzt wird

Es gibt mehrere Situationen, in denen es sinnvoll ist, neben der bereits vorhandenen thermischen Abluftreinigungsanlage über ein alternatives Abluftreinigungssystem zu verfügen. Aktivkohle kann als zusätzlicher Behandlungsschritt oder als Backup-System in den folgenden Anwendungen eingesetzt werden:

• Als vorübergehende Überbrückungslösung

  • Während der Wartung
  • Überbrückungslösung für die Anlaufphase oder während der Vorlaufzeit einer Installation

Wie in der vorhergehenden Frage erläutert, kann ein mobiler Aktivkohlefilter als vorübergehendes VOC-Reinigungssystem eingesetzt werden. Die Produktion vor Ort kann wie gewohnt weiterlaufen, und es ist kein Stillstand notwendig. In solchen Situationen werden die mobilen Aktivkohlefilter oft in den betrieblichen Wartungsplan der Anlage aufgenommen und rechtzeitig bestellt. Sobald die Wartung abgeschlossen ist, werden die Filter einfach zurückgebracht.

• Als Notfallsystem nach einem Unglücksfall

Wenn es zu einem unerwarteten Stillstand oder sogar zu einer Katastrophe im zusammenhang mit einer TNV kommt, wird eine Notlösung benötigt, um einen Produktionsstopp zu vermeiden. Es kann jedoch sehr schwierig sein, kurzfristig ein wirksames Luftbehandlungssystem zu finden. Da DESOTEC über eine Flotte von mehr als 3.000 mobilen Filtern verfügt, sind immer Filter für Notfälle verfügbar. DESOTEC hat bereits mehreren Kunden in ganz Europa in einer solchen Notsituation geholfen. Die Aktivkohlefilter bleiben einfach vor Ort, um VOC-Emissionen so lange wie nötig zu entfernen.

• Als permanente Backup-Lösung
  
  • Bei (unerwarteten) Abschaltungen, Fehlfunktionen, ...
  • Bei Überschreitung von 25% der UEG-Werte

Einige Unternehmen verfolgen einen proaktiveren Ansatz in Bezug auf Wartung und Notfälle, indem sie ein permanentes Backup-System installieren, damit die VOC-Emissionen jederzeit entfernt werden können. Dies gibt ihnen die zusätzliche Flexibilität, die RTO zu umgehen, wenn die VOC-Konzentrationen 25 % der UEG überschreiten, was für thermische Abluftreiniger ein Sicherheitsrisiko darstellt, und stattdessen den Aktivkohlefilter zu verwenden. Selbst wenn es zu unerwarteten Abschaltungen kommt, ist das Backup-System bereits vorhanden und kann die VOC-Entfernung einfach übernehmen.

• Als Vorbehandlung für thermische Oxidationsanlagen

Die thermische Oxidation ist zwar eine hervorragende Technologie zur Behandlung organischer Schadstoffe, kann aber nicht alles entfernen. H2S oder Quecksilber zum Beispiel können nicht durch eine RTO entfernt werden. In solchen Situationen ist eine Vorbehandlung erforderlich, da es auch für diese Stoffe strickte Emissionsgrenzwerte gibt. Durch den Einsatz von imprägnierter Kohle können auch diese anorganischen Moleküle entfernt werden. Unserer Erfahrung nach ist die Entfernung von H₂S besonders wichtig, da dies zu Geruchsbelästigungen in der Umgebung, aber auch zu SOx-Emissionen führt, die reguliert sind.

Wie hoch ist die CO₂ Ausstoß einer thermischen Nachverbrennungsanlage? Wie verhält sich dies im Vergleich zum CO₂ Ausstoß von Aktivkohle?

Bei der Wahl einer Reinigungstechnologie berücksichtigen die Unternehmen zunehmend die CO₂ Auswirkungen der jeweiligen Technologie. Bei größeren multinationalen Unternehmen wird dies in der Regel durch eigene Maßnahmen zur sozialen Verantwortung beeinflusst. In einigen europäischen Mitgliedstaaten, wie zum Beispiel in Deutschland, machen jedoch auch die Steuern auf CO₂-Emissionen Technologien mit großen CO₂ Auswirkungen weniger attraktiv.

Die CO₂  Auswirkungen einer thermischen Nachverbrennung hängen von der jeweiligen Anlage und dem zu reinigenden Abluftstrom ab. Im Allgemeinen können wir die CO₂-Emissionen von TNVs in zwei Kategorien unterteilen:

• CO₂-Emissionen aus der Verbrennung der Verschmutzung (z.B.VOCs)
• Verbrennung von Erdgas
  
  • Um die Temperatur in der TNV konstant hoch zu halten
  • Zur Überbrückung von Zeiten, in denen weniger oder keine Verschmutzung vorhanden ist

Der erste Aspekt ist aus ökologischer Sicht nicht veränderbar, da viele flüchtige organische Verbindungen ein höheres CO₂ -Äquivalent haben als CO₂ selbst. Der zweite Aspekt führt jedoch zu zusätzlichen CO₂ -Emissionen durch die Verbrennung von Erdgas, nur um die Anlage am Laufen zu halten. Steigende Gaspreise, potentielle Gasknappheit und eine mögliche weitere Ausweitung der CO₂ Steuern in den europäischen Mitgliedstaaten machen diese Praxis weniger attraktiv, da sie auf lange Sicht nicht tragbar ist.

Aktivkohle hat eine eigene CO₂ Wirkung. Es besteht jedoch großer Unterschied zwischen der Verwendung von frischer oder ungebrauchter Aktivkohle und reaktivierter Kohle. Im Allgemeinen beträgt die CO₂ -Belastung von reaktivierter Kohle nur 10 % oder 20 % derjenigen von frischer Aktivkohle. Bei frischer Kohle liegt der CO₂ Fußabdruck in der Regel zwischen 6,5 und 12 kg CO₂ /kg Aktivkohle. Bei reaktivierten Produkten beträgt er nur ca. 1,2 kg CO₂ /kg Aktivkohle.

Einer unserer Kunden in Spanien nutzte in der Vergangenheit eine RTO zur Behandlung seiner VOCs. Das für die RTO benötigte Erdgas machte 25 % des gesamten Gasverbrauchs des Unternehmens aus. Durch die Umstellung auf ein Aktivkohlesystem wurde kein zusätzliches Erdgas mehr benötigt. Durch diese Umstellung konnte das Unternehmen seinen CO₂ Fußabdruck erheblich verringern.