Es gibt viele alternative Lösungen und Technologien für die Reduzierung und Reinigung von VOC-Emissionen, die durch Produktionsprozesse entstanden sind. Die Aufbereitungstechnik wird oft aufgrund der Kosten, der Räumlichkeiten, in denen sie verwendet wird, dem aufzubereitendem Luftvolumen, der Emissionskonzentration und, wo möglich, aufgrund der Wiederverwendung der Emissionen ausgewählt.
Die verfügbaren VOC-vermindernden Technologien basieren auf verschiedenen Mechanismen. Es ist wichtig, den wesentlichen Mechanismus hinter den Methoden zu verstehen, die für die Beseitigung der VOC-Gase verwendet werden, sowie ihre Unterschiede.
Verbrennungsmethoden (Oxidation)
Thermische Verbrennung
Bei der thermischen Verbrennung werden VOC-Gase bei hohen Temperaturen (> 750 oC) oxidiert, um Kohlendioxid (CO2) und Wasser (H2O) zu produzieren. Es gibt zwei wesentliche Methoden für die thermische Verbrennung: rekuperativ und regenerativ.
Die rekuperative Methode gewinnt Wärme aus den Gasen zurück, die aus der Verbrennungskammer austreten. Die aufgefangene Wärme wird zum Erwärmen der in die Verbrennungskammer eingehenden VOC-Emissionen verwendet. Rekuperative Wärmetauscher ermöglichen eine 60–80-prozentige Rückgewinnung der thermischen Energie.
Die regenerative thermische Oxidation (RTO) basiert auf wärmeabsorbierenden Materialien, um die vom Gas aufgenommene Wärme zu speichern. Diese Materialien befinden sich in separaten Kammern, die über eine Verbrennungskammer miteinander verbunden sind, in der die gefährlichen Verbindungen oxidiert werden. Die von den Materialien aufgenommene Wärme wird zum Erwärmen des einströmenden Gases in einem Prozess verwendet, bei dem Ventile zum Ändern der Richtung des Gasstroms verwendet werden. Das in die erste Kammer einströmende Gas wird beinahe bis zur Oxidationstemperatur erhitzt. Dann strömt es in die Verbrennungskammer. Das austretende Gas erwärmt das zweite Bett aus wärmeabsorbierendem Material und tritt schließlich durch den Auslasskanal aus. Der thermische Wirkungsgrad dieses Verfahrens liegt bei über 90 %.
Katalytische Verbrennung
Bei der katalytischen Verbrennung werden Katalysatoren für die Oxidierung der VOC-Gase bei Temperaturen verwendet, die etwa 500 oC niedriger sind als die für die thermische Verbrennung notwendig sind. Es können sowohl Edelmetall- als auch Metallkatalysatoren verwendet werden. Die niedrige Temperatur der katalytischen Verbrennung bedeutet auch, dass keine gefährlichen sekundären Schadstoffe, wie NOx und CO, produziert werden.
Ähnlich wie bei der thermischen Verbrennung können sowohl rekuperative als auch regenerative (RCO) Techniken in der katalytischen Verbrennung verwendet werden.
Katalytische Verbrennung gegenüber thermischer Verbrennung
Katalytische Verbrennung
- Energieeinsparung durch niedrige Betriebstemperaturen
- Minimiert CO2-Emissionen
- Keine sekundären Schadstoffe wie NOx und CO
- Schnelle Anfahrzeit
- Kleinere Einheit
- Leichtere Einheit
- Längere Standzeit
- Verträgt niedrige Sauerstoffwerte
- Viel niedrigerer Auto-Thermalpunkt (> 0,6 g/Nm3)
- Katalysatoren können giftig werden
- Druckabfall über dem Katalysatorbett
Thermische Verbrennung
- Höherer Energieverbrauch
- Höhere CO2-Emissionen
- Höhere thermische Belastung der Strukturen aufgrund von höherer Betriebstemperatur
- Sekundäre Schadstoffe wie NOX und CO aufgrund von höherer Betriebstemperatur
- Längere Anfahrzeit aufgrund von höherer Betriebstemperatur und Wärmekapazität
- Größere und schwerere Einheit
- Höhere Wartungskosten
- Benötigt mindestens 8 % Sauerstoffüberschuss in Gas
- Höherer Auto-Thermalpunkt (> 1,2 g/Nm3)
- Keine Vergiftungsgefahr
Vergleich zwischen RCO und RTO
| Luftdurchsatz | 25,000 | Nm³/h |
| Gastemperatur | 25,0 | °C |
| Betriebszeit | 6000 | h/a |
| VOC-Gehalt | 0,8 | g/Nm³ |
| VOC-Nettowärmewert | 30,0 | kJ/g |
| Verminderungstechnologie | RCO RTO | Unit | |
|---|---|---|---|
| Thermischer Wirkungsgrad | 94,0% | 95,0% | |
| Verbrennungstemperatur | 320 | 800 | °C |
| Auto-Thermalpunkt | 0,76 | 1,67 | g/Nm³ |
| Austritttemperatur | 43,6 | 63,8 | °C |
| Wärmeleistung | 181 | KW | |
| Wärmeenergie | 1088 | MWh/a | |
RCO benötigt pro Jahr 1088 MWh weniger Wärmeenergie als RTO. Daraus entstehen jährliche Ersparnisse von 65.280 EUR (0,06 €/kWh)
Fackel
VOC-Gase werden entweder in einem offenen oder geschlossenen Fackelsystem abgebrannt. Eine Fackel kann für die Reinigung viele Arten von Emissionen verwendet werden, der Kraftstoffverbrauch für diese Technologie ist allerdings besonders hoch bei niedrigen Konzentrationen.
Adsorption
Die Adsorptionsmethoden leiten VOC-Gase in Feststoffe um (wie Aktivkohle). Die VOC-Gase werden von der porösen Oberfläche adsorbiert.
Adsorption kann für die Reinigung großer Luftvolumen mit relativ geringem VOC-Gehalt verwendet werden.
Absorption
Absorption ist ein Verfahren basierend auf der Abtrennung von löslichen Gaskomponenten aus dem Gasstrom durch Dispergieren mit einer Lösungsmittelflüssigkeit. Die Flüssigkeit für Absorption ist für gewöhnlich Wasser oder ein mildes Lösungsmittel, das selbst keine VOC-Emissionen verursacht. Das durch dieses Verfahren erzeugte Abwasser ist Abfall, es kann jedoch nachbehandelt werden, um die absorbierten Chemikalien in einer sauberen und konzentrierten Form abzutrennen.
Kondensation
Kondensation bedeutet, Gas in Flüssigkeit umzuwandeln. Kondensation ermöglicht die Trennung einer oder mehrerer gefährlichen Substanzen von Gas, indem der physikalische Zustand von Gas in Flüssigkeit geändert wird. Dies geschieht, wenn heißes Gas sich abkühlt und eine Temperatur nahe seines Siedepunkts erreicht oder, wie in diesem Fall, nahe seines Kondensationspunkts.
Das Kondensationsverfahren wird hauptsächlich für die Handhabung hochkonzentrierter (> 5000 ppmv) VOC- und HAP-Emissionen verwendet.
Biofilter
Biofiltration basiert auf der natürlichen Fähigkeit von Mikroorganismen, chemische Verbindungen abzubauen. In diesem Fall sind VOC-Emissionen eine Nahrungsquelle für Bakterien. Mikroorganismen oxidieren organische Komponenten in einer feuchten Umgebung und produzieren so Kohlendioxid und Wasser.
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