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Planung und Realisierung einer RTO

Planung und Realisierung einer RTO
Planung und Realisierung einer RTO

Bau einer Anlage zur thermischen Oxidation von mit Lösungsmitteln beladener Abluft.

Bei der Infrapark Baselland AG (IPBL), Schweizerhalle bei Basel, fallen in verschiedenen Prozessen lösemittelbeladene Abluft und Abgase an. Zur Vermeidung von Umweltbelastungen und Sicherheitsrisiken soll eine zentrale Abluftreinigungsanlage mit zugehörigem Leitungssystem installiert werden. Nach Durchführung einer Machbarkeitsstudie wird Chemgineering im Oktober 2013 von IPBL beauftragt, eine regenerativ-thermische Oxidationsanlage (RTO) mit nachgeschaltetem Wäscher zu planen und zu realisieren.

Wenn sich im Industrieabwasser leichtflüchtige Substanzen befinden, können diese durch Verdunstung in den Gasraum gelangen und werden zur Druckentlastung des Leitungssystems oft direkt in die Umgebung abgeführt. Wird ein Grenzwert überschritten, verlangt das Gesetz Massnahmen zur Reduktion der ausgestossenen Schadstoffe.

Für die Abgasreinigung können verschiedene Verfahren ein- gesetzt werden, beispielsweise:

  • Adsorption
  • Kryokondensation
  • Thermische Oxidation
  • Katalytische Oxidation
  • Aktivkohlefilter

 

Regenerative thermische Oxidation (RTO)
Für die Infrapark Baselland AG (IPBL) in Muttenz hat Chemgineering mit der Firma Luft- und Thermotechnik Bayreuth GmbH (LTB) eine Anlage zur thermischen Oxidation der Abluft gebaut. Die Anlage arbeitet mit Temperaturen von 800 °C bis 1000 °C. Bei diesen Temperaturen reagieren die Kohlenwasserstoffe spontan mit dem vorhandenen Sauerstoff. Die daraus gebildeten Oxidationsprodukte Kohlendioxid und Wasserdampf können problemlos in die Umwelt abgegeben werden.

Das Verfahren gewinnt bis zu 95% der Wärme zurück, da die Luft durch keramische Waben, den Regenerator, geführt wird. Die Anlage arbeitet in drei Zyklen. Im ersten Zyklus werden die Wabensteine mit der heissen Luft aus dem Brennraum aufgeheizt. Im zweiten Zyklus wird die kalte Abluft über die im Zyklus 1 erwärmten Waben geführt und so auf nahezu Brennkammertemperatur vorgeheizt. Im dritten Zyklus wird der abgekühlte Regenerator gespült und so wieder für den ersten Zyklus vorbereitet. Durch den Aufbau der Anlage mit drei Regeneratoren kann dieses Prinzip der Wärmerückgewinnung kontinuierlich betrieben werden. Bei genügend hoher Lösemittelbeladung in der Abluft wird mehr Energie freigesetzt, als für den Prozess notwendig ist. Die externe Energiezufuhr und die Betriebskosten sind dadurch niedrig.

Da die Anlage nur reine Kohlenwasserstoffe oxidiert, können nach der thermischen Oxidation noch andere Schadstoffe in der Abluft sein. Um diese zu entfernen, wird ein Wäscher nach der Anlage platziert, der die sauren Schadgase (z.B. HCl) bindet.  Je nach Beladung der Abluft können auch andere Reinigungssysteme vor oder nach der Brennkammer eingebaut werden (z.B. Gewebefilter oder Staubabscheider vor der Anlage).

 

Planung einer Gesamtanlage
Wie in jedem grösseren Projekt müssen einige Schritte der Planung und Realisie- rung eingehalten werden:

  • Konzeptionelle Planung
  • Grundlagenplanung
  • Detailplanung
  • Fertigungsplanung
  • Abnahme und Inbetriebnahme
  • Qualifizierung und Funktionsprüfung

 Für die Auslegung der Anlage sind einige Fragen zu klären:

  • Wo muss die Abluft abgenommen werden?
  • Wie stark ist die Abluft beladen und wie ist diese zusammengesetzt?
  • Welche Massnahmen müssen bezüg- lich Korrosionsbeständigkeit getroffen werden (Material, thermische Mass- nahmen usw.)?
  • Wie viel Abluft muss entsorgt werden (Volumenstrom)?
  • Wie kann die Anlage gegen übermässi- ge Beladung abgesichert werden?
  • Wie können die angezeigten Werte geprüft werden?
  • Welche EX-Zonen gibt es und wo befinden sich diese?

 

Sicherheit an erster Stelle
Um die Sicherheit zu gewährleisten, sind einige wichtige Punkte zu beachten:
Aus Preis- und Beständigkeitsgründen wird die beladene Abluft in Kunststoffrohren (UV-beständiges Polyethylen) geführt. Wegen der Strömungsgeschwindigkeit im Rohr (Reibung zwischen Abluft und der Rohrwand) kann sich dieses statisch aufladen. Wird ein bestimmter Wert überschritten, können sich Funken bilden und das explosive Gemisch entzünden. Um die Strömungsgeschwindigkeit gering zu halten, muss der Volumenstrom begrenzt oder für höhere Mengen ein grösserer Leitungsquerschnitt gewählt werden. Eine weitere Möglichkeit ist der Einsatz von elektrisch leitfähigem Material, das geerdet wird und erheblich mehr kostet. Sinnvoll ist der Einsatz von elektrisch leitfähigem Material, wenn wenig Platz für Sicherheitsstrecken oder Ein-/Auslaufstrecken der Sensoren vorhanden ist.

Die RTO kann eine Lösungsmittelbeladung in der Abluft bis zu 20% UEG (Untere Explosionsgrenze) in einem Gemisch aufnehmen. Eine höhere Konzentration kann eine Explosion verursachen. Daher muss konstant der UEG-Wert überwacht werden. Im Notfall kann das Gemisch durch die Ansaugung von Frischluft verdünnt oder über einen Bypass in die Umwelt abgegeben werden.

Der UEG-Wert kann über IR-Absorption, Wärmetönung, FID-(Flammen-Ionisations- Detektor) oder FTA-Geräte (Flammen-Temperatur-Analyse) gemessen werden. Diese basieren auf verschiedenen Messprinzipien mit spezifischen Vor- und Nachteilen.

Für die Anlage bei IPBL wurden FTA-Geräte eingesetzt, da diese über eine geringe Reaktionszeit verfügen und eine sehr geringe Messwertabweichung (Responsefak- tor) bei dem grossen vorhandenen Schadstoffspektrum aufweisen. Um die Verfügbarkeit und Sicherheit zu erhöhen, wurden mehrere Geräte nacheinander eingebaut. Im Fall einer Gerätestörung (1 von 3) kann somit reagiert werden, ohne die belastete Abluft über den Bypass an die Umwelt abzugeben.

Wegen der Reaktionszeit der Geräte und Absperrvorrichtungen wird zwischen Messgeräten und Ausblasklappe eine Sicherheitsstrecke benötigt, die gewährleistet, dass zu hohe Konzentrationen der Umwelt und nicht der RTO zugeführt werden.

 

Erfolgreiches Projektmanagement bis zum Schluss
Die Zusammenarbeit mit IPBL hat sehr gut funktioniert. Eine Herausforderung der Ausführung war vor allem die Koordination der Gewerke. An dem Projekt waren vier Betriebsbereiche der IPBL beteiligt. Zusätzlich mussten 61 Lieferanten mit deren Unterlieferanten und über 180 Personen auf der Baustelle koordiniert werden. Die Anlage wurde in weniger als einem Jahr geplant und realisiert und musste im laufenden Betrieb eingebaut und in Betrieb genommen werden. Für die Einbindung stand dabei nur eine Woche zur Verfügung. Die Anlage läuft stabil.

Dank der guten Planung und Koordination konnte die RTO erfolgreich realisiert und termingerecht in Betrieb genommen werden.

Richard Fuchs|Projektingenieur/Projektleiter|Chemgineering Technology Designers

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