DE102010001859A1 - Exhaust air purification system useful for eliminating formaldehyde from a corresponding contaminated exhaust gas stream of a biogas combustion device - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Abluftreinigungssystem zur Elimination insbesondere von Formaldehyd aus einem entsprechend belastetem Abgasstrom einer Biogas-Verbrennungseinrichtung.The present invention relates to an exhaust air purification system for the elimination in particular of formaldehyde from a correspondingly loaded exhaust gas stream of a biogas incinerator.
Biogas ist ein brennbares Gas, das durch Vergärung von Biomasse in Biogasanlagen hergestellt und zur Erzeugung von Bioenergie verwendet wird.Biogas is a combustible gas produced by fermenting biomass in biogas plants and used to produce bioenergy.
Als Ausgangsstoffe für die technische Produktion von Roh-Biogas eignen sich insbesondere:
- – vergärbare, biomassehaltige Reststoffe wie Klärschlamm, Bioabfall oder Speisereste;
- – Wirtschaftsdünger (Gülle, Mist);
- – bislang wirtschaftlich ungenutzte Pflanzen bzw. Pflanzenteile (z. B.
- Zwischenfrüchte, Pflanzenreste, etc.); sowie
- – gezielt angebaute Energiepflanzen (Nachwachsende Rohstoffe wie insbesondere Mais, Getreide, Gras, Klee etc.).
- - fermentable, biomass-containing residues such as sewage sludge, biowaste or leftovers;
- - manure (manure, manure);
- - hitherto economically unused plants or plant parts (eg
- Catch crops, plant remains, etc.); such as
- - Targeted energy crops (Renewable resources such as corn, cereals, grass, clover, etc.).
Mit Ausnahme der zuletzt genannten Möglichkeit handelt es sich dabei – abgesehen von Transport- und sonstigen Nebenkosten – um prinzipiell kostenlose Ausgangsstoffe.With the exception of the latter option, apart from transport and other ancillary costs, these are basically free starting materials.
Roh-Biogas ist vor dessen Aufbereitung eine wassergesättigte Gasmischung mit den Hauptkomponenten Methan (Summenformel: CH4) mit durchschnittlich 60%; Kohlendioxid (Summenformel: CO2) mit durchschnittlich 35% und dampfförmiges Wasser (Summenformel: H2O) mit durchschnittlich 3,1% Anteil an der Gaszusammensetzung. In Spuren sind meist auch Stickstoff (Summenformel: N2) mit durchschnittlich 1%; Sauerstoff (Summenformel: O2) mit durchschnittlich 0,3%; Wasserstoff (Summenformel: H2) mit durchschnittlich weniger als 1%; Ammoniak (Summenformel: NH3) mit durchschnittlich 700 mg/m3 und Schwefelwasserstoff (Summenformel: H2S) mit durchschnittlich 500 mg/m3 Anteil an der Gaszusammensetzung enthalten.Raw biogas before its preparation is a water-saturated gas mixture with the main components methane (empirical formula: CH 4 ) with an average of 60%; Carbon dioxide (empirical formula: CO 2 ) with an average of 35% and vaporous water (empirical formula: H 2 O) with an average of 3.1% share of the gas composition. Most traces of nitrogen are also present (empirical formula: N 2 ) with an average of 1%; Oxygen (empirical formula: O 2 ) averaging 0.3%; Hydrogen (empirical formula: H 2 ) averaging less than 1%; Ammonia (empirical formula: NH 3 ) with an average of 700 mg / m 3 and hydrogen sulfide (empirical formula: H 2 S) with an average of 500 mg / m 3 share of the gas composition.
Ebenso wie Biogas entstehen Deponiegas und Klärgas bei der als Vergärung oder Faulung bezeichneten anaeroben Zersetzung von organischem Material. Daher werden diese Gase gelegentlich auch nach ihrer Herkunft unter den Begriffen Faulgas oder Biogas zusammengefasst – wobei beide Begriffe im Folgenden synonym Verwendung finden.Just like biogas, landfill gas and sewage gas are produced during the anaerobic decomposition of organic material called fermentation or digestion. Therefore, these gases are occasionally summarized by their origin under the terms biogas or biogas - both terms are used interchangeably below.
Für die Verwertung des Biogases ist der – abhängig von den verwendeten Ausgangsstoffen und der Betriebsweise der Biogasanlage – zwischen 45% und 70% enthaltene Anteil an Methan (CH4) am wertvollsten, da er, als oxidierbare Verbindung, bei der Verbrennung Energie freisetzt. Je höher dessen Anteil ist, desto energiereicher ist das Gas. Nicht nutzbar sind das Kohlendioxid (CO2) und der Wasserdampf. Im Roh-Biogas störend sind vor allem Schwefelwasserstoff (H2S) und Ammoniak (NH3). Sie werden bei der Biogasaufbereitung vor der Verbrennung gewöhnlich entfernt, um Korrosion in Motoren, Turbinen und nachgeschalteten Komponenten wie Wärmetauscher, Katalysatoren oder Schalldämpfer etc. zu verhindern.For the utilization of the biogas, the proportion of methane (CH 4 ) contained between 45% and 70%, depending on the starting materials used and the operating mode of the biogas plant, is the most valuable, since it releases energy during combustion as an oxidizable compound. The higher its proportion, the higher the energy of the gas. Not usable are the carbon dioxide (CO 2 ) and the water vapor. In the raw biogas disturbing are above all hydrogen sulfide (H 2 S) and ammonia (NH 3 ). They are usually removed during biogas upgrading prior to incineration to prevent corrosion in engines, turbines and downstream components such as heat exchangers, catalysts or mufflers, etc.
In Deutschland ist die Verbrennung aufbereiteter Biogase in Blockheizkraftwerken (BHKW) am häufigsten. Der Motor oder die Turbine eines BHKW treibt einen Generator an, der Elektrizität gewöhnlich zur Einspeisung in das öffentliche Stromnetz produziert. Dabei sichert das gegenwärtig in Deutschland geltende Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG 2009) eine gegenüber konventionellem Strom erhöhte und auf 20 Jahre garantierte Einspeisevergütung.In Germany, the incineration of processed biogas in combined heat and power plants (CHP) is the most common. The engine or turbine of a CHP drives a generator that usually produces electricity for supply to the public grid. The Renewable Energy Sources Act (EEG 2009) currently in force in Germany ensures a feed-in tariff that is higher than conventional electricity and guaranteed for 20 years.
Bei der Verbrennung von Biogas in Verbrennungseinrichtungen wie Gasmotoren oder Gasturbinen entsteht Formaldehyd (wissenschaftlicher Name: Methanal; strukturierte Formel: HCHO; Summenformel: CH2O). Die gefundenen Werte bzw. Konzentrationen im Abgas liegen je nach Motorenhersteller, Motoreinstellung etc. zwischen 80 mg/m3 oder weniger bis ca. 300 mg/m3. Die Formaldehydkonzentrationen sind dabei abhängig vom Ladedruck, dem Verbrennungsluftverhältnis und dem Zündzeitpunkt.The combustion of biogas in combustion equipment such as gas engines or gas turbines produces formaldehyde (scientific name: methanal, structured formula: HCHO, empirical formula: CH 2 O). Depending on the engine manufacturer, engine settings, etc., the values or concentrations found in the exhaust gas are between 80 mg / m 3 or less and about 300 mg / m 3 . The formaldehyde concentrations are dependent on the boost pressure, the combustion air ratio and the ignition timing.
Formaldehyd entsteht im Brennraum sehr früh während der Verbrennung des Biogases in den kalten Bereichen der Flamme bei 400 K bis 800 K. Es ist das Ergebnis einer unvollständigen Oxidation des im Biogas mit durchschnittlich 60% enthaltenen Methans und bildet sich insbesondere beim Verlöschen der Flammenfront an den Brennraumwänden und Spalten. Ferner entsteht es im Abgastrakt an den heißen Komponenten der Abgasanlage während der Ventilüberschneidung.Formaldehyde occurs in the combustion chamber very early during combustion of the biogas in the cold areas of the flame at 400 K to 800 K. It is the result of incomplete oxidation of methane contained in the biogas with an average of 60% and forms in particular when extinguishing the flame front of the Combustion chamber walls and columns. Furthermore, it arises in the exhaust system on the hot components of the exhaust system during the valve overlap.
Formaldehyd ist ein für den menschlichen Organismus schädliches Gas. Es führt bei Konzentrationen vom mehr 1 ppm (parts per million) zu Nasen-Rachen-Reizungen, bei 4 bis 5 ppm zu Tränenreiz, bei mehr als 20 ppm kommt es zu Augenbrennen und starkem Tränenfluss, Beschwerden beim Atmen und starkem Husten. Werte > 20 ppm gelten als gefährlich und können zu Lungenschäden führen. Weiterhin bestätigten durchgeführte Studien die krebserregende Wirkung von Formaldehyd.Formaldehyde is a harmful gas for the human body. At concentrations greater than 1 ppm (parts per million), it causes nasopharyngeal irritation, tear irritation at 4 to 5 ppm, and more than 20 ppm causes eye burning and heavy lacrimation, respiratory complaints and severe coughing. Values> 20 ppm are considered dangerous and can lead to lung damage. Furthermore, studies have confirmed the carcinogenic effects of formaldehyde.
Der deutsche Gesetzgeber hat deshalb beispielsweise in der Technischen Anleitung (TA) zur Reinhaltung der Luft (TA Luft) den Grenzwert für Emissionen von Motoren oder technische Anlagen auf 60 mg/m3 im Abgas festgelegt. Etwa 75% aller derzeitigen Anlagen erreichen diesen Wert ohne zusätzliche Maßnahmen nicht.The German legislator has therefore set the limit value for emissions from engines or technical systems to 60 mg / m 3 in the exhaust gas, for example in the Technical Instructions (TA) for Clean Air (TA Luft). About 75% of all current plants do not reach this level without additional measures.
Als Anreiz zur Senkung der Emissionen deutlich unter diesen Wert ist in dem EEG 2009 zusätzlich der sog. „Luftreinhaltebonus” in Höhe von 0,01 EUR/kWh el. für Biogasanlagen eingeführt worden, wenn sie nach dem in Deutschland geltenden Bundes-Immissionsschutzgesetz (BImSchG) genehmigt wurden und einen Emissionswert von max. 40 mg/m3 Formaldehyd im Abgas durch Messungen eines unabhängigen und nach § 26 BImSchG anerkannten Messinstituts dauerhaft nachweisen können (Beschluss der Länderarbeitsgemeinschaft Immissionsschutz (LAI) vom November 2008). Mittlerweile gilt diese Regelung auch für Biogasanlagen, die nicht nach BImSchG genehmigungsbedürftig waren und nur über eine baurechtliche Genehmigung verfügen (zumeist Anlagen mit einer Leistung < 500 kW el.). As an incentive to reduce emissions well below this value, the so-called "Air Purification Bonus" amounting to EUR 0.01 / kWh el for biogas plants was also introduced in the EEG 2009, if it was implemented in accordance with the Federal Immission Control Act (BImSchG ) and have an emission value of max. 40 mg / m 3 formaldehyde in the exhaust gas can be demonstrated by measurements of an independent and according to § 26 BImSchG recognized measuring institute permanently (resolution of the country working group Immissionsschutz (LAI) of November 2008). In the meantime, this regulation also applies to biogas plants that did not require approval under the BImSchG and that have only a building permit (mostly plants with a capacity <500 kW el.).
Es ist bekannt, einen mit Formaldehyd belasteten Abgasstrom einer Biogas-Verbrennungseinrichtung mit verschiedenen technischen Nachrüstungsmaßnahmen reinigen zu können. Diese bekannten Reinigungssysteme werden unmittelbar an der Verbrennungseinrichtung im Abgastrakt installiert und ziehen zum Teil erhebliche Zusatzinvestitionen nach sich.It is known to be able to purify a formaldehyde-loaded exhaust gas stream of a biogas incinerator with various technical retrofitting measures. These known cleaning systems are installed directly on the combustion device in the exhaust system and sometimes attract considerable additional investments.
So kommen als Abgasreinigungsverfahren bislang gewöhnlich entweder das der sog. „Thermischen Nachverbrennung (TNV)” in sehr teuren TNV-Anlagen oder das der „katalytischen Abgasreinigung” in sogenannten Oxidation-Katalysatoren zum Einsatz, wobei letztere aufgrund der Unreinheit der Motorabgase (insbesondere Schadgase wie Schwefeldioxid (Summenformel SO2) und Stickoxide (Abkürzung: NOX)) sehr schnell verschleißen und unwirksam werden. Beim kumulativen Einsatz von Aktivkohlefiltern zum Zwecke der Abgasentschwefelung vor dem Oxidations-Katalysator muss der Abgasstrom zunächst auf Temperaturen unter 40°C abgekühlt werden, um das Filter nicht zu verbrennen – dazu werden meist elektrisch betriebene Luftkühler mit hohem Stromverbrauch eingesetzt.So come as emission control method usually either the so-called. "Thermal afterburning (TNV)" in very expensive TNV plants or the "catalytic exhaust gas purification" in so-called oxidation catalysts used, the latter due to the impurity of the engine exhaust gases (especially harmful gases such Sulfur dioxide (empirical formula SO 2 ) and nitrogen oxides (abbreviation: NO X )) wear out very quickly and become ineffective. In the cumulative use of activated carbon filters for the purpose of flue gas desulfurization before the oxidation catalyst, the exhaust gas flow must first be cooled to temperatures below 40 ° C in order not to burn the filter - this is usually used electrically operated air cooler with high power consumption.
Neben der garantierten Einspeisevergütung für aus erneuerbaren Energien erzeugtem Storm ist im EEG 2009 auch ein Bonus für Kraftwärmekopplungen (KWK), also für die zusätzlich Nutzung der Abwärme einer Biogas-Verbrennungseinrichtung, festgelegt, so dass durch den Verkauf der Wärme und den KWK-Bonus zusätzliche Erträge generiert werden können. Bisher wird jedoch bei den meisten insbesondere landwirtschaftlichen Biogasanlagen mangels Wärmebedarf vor Ort nur ein geringer Teil der Wärme genutzt. Dabei könnte die Abwärme effektiv zur Trocknung insbesondere von Gärresten, Holzspänen, Klärschlämmen und/oder dergleichen mehr in sogenannten Bandtrocknungsanlagen genutzt werden, die das Einsatzgut in einem kontinuierlichen Trocknungsverfahren zu Trockengut umwandeln, das thermisch verwertbar oder landwirtschaftlich als Dünger nutzbar ist.In addition to the guaranteed feed-in tariff for electricity generated from renewable energies, the EEG 2009 also sets a bonus for combined heat and power (CHP), ie for the additional use of the waste heat of a biogas incinerator, so that the sale of the heat and the CHP bonus will generate additional heat Income can be generated. So far, however, only a small part of the heat is used in most agricultural biogas plants especially for lack of heat demand. In this case, the waste heat could be used effectively for drying in particular fermentation residues, wood chips, sewage sludge and / or the like more in so-called belt drying systems that convert the feedstock in a continuous drying process to dry material that is thermally utilizable or agricultural fertilizer available.
In einer typischen Bandtrocknungsanlage wird das zu trocknende Gut im Einlaufteil mittels einer, ggf. speziellen, Aufgabevorrichtung als möglichst gleichmäßiges Haufwerk auf ein Trocknerband aufgegeben. Nach der Verteilung auf das Transportband wird das Einsatzgut schonend und statisch weitertransportiert. Durch Vermeidung von Reibung des Gutes wird sowohl die mechanische Abnutzung der Trocknungsanlage reduziert, als auch die Staubbildung minimiert und somit Explosionsgefahr gebannt. Die Trocknungszone ist vorzugsweise in einzelne Trocknungskammern aufgeteilt, welche mit warmer Trocknungsluft (100°C–140°C) durchströmt werden. Ein modularer Aufbau in Kammern ermöglicht die einfache Kapazitätserweiterung durch Einfügen zusätzlicher Trocknungskammern. Die im Trockner aufgefeuchtete Luft wird mittels eines Abluftgebläses aus dem Trockner abgezogen und in einer ersten bekannten Ausgestaltung beispielsweise durch eine Reihe von Wärmetauschern geführt: der Erste senkt die Temperatur der Trocknungsluft, in der zweiten Stufe, dem Kondensator, wird die Luft weiter abgekühlt und dadurch die Brüden auskondensiert. Anschließend wird in der dritten Stufe die Umluft wieder angewärmt. Ein solches System ermöglicht eine weitgehende Wiederverwendung der Trocknerabluft, sowie eine Reduzierung des Energiebedarfs durch interne Wärmerückgewinnung.In a typical belt drying plant, the material to be dried in the inlet part by means of a, possibly special, feeding device is given as uniform as possible heap on a dryer belt. After being distributed on the conveyor belt, the material to be used is transported gently and statically. By avoiding friction of the material, both the mechanical wear of the drying plant is reduced, and minimizes the formation of dust and thus avoids the risk of explosion. The drying zone is preferably divided into individual drying chambers, which are flowed through with warm drying air (100 ° C-140 ° C). A modular design in chambers allows easy capacity expansion by inserting additional drying chambers. The humidified in the dryer air is withdrawn by means of an exhaust fan from the dryer and performed in a first known embodiment, for example by a series of heat exchangers: the first lowers the temperature of the drying air, in the second stage, the condenser, the air is further cooled and characterized the vapors condensed out. Subsequently, in the third stage, the circulating air reheated. Such a system allows a substantial reuse of the dryer exhaust air, as well as a reduction of the energy requirement through internal heat recovery.
Es ist bekannt, Bandtrocknungsanlagen indirekt und/oder direkt zu beheizen.It is known to indirectly and / or directly heat strip drying systems.
Die indirekte Beheizung bietet sich vor allem für einen Trocknerstandort mit vorhandenem Energieträgernetz, wie Dampf oder Thermoöl einer mit dem Abgas der Biogas-Verbrennungseinrichtung in Wirkverbindung stehenden Wärmetauschereinheit, an. Der Wärmeeintrag in das System erfolgt hier durch in der Bandtrocknungsanlage angeordnete Heizregister.Indirect heating is particularly suitable for a dryer location with an existing energy carrier network, such as steam or thermal oil of a heat exchanger unit operatively connected to the exhaust gas of the biogas incinerator. The heat input into the system takes place here by arranged in the belt drying system heater.
Bei der direkten Beheizung wird die zur Verdampfung notwendige Wärmeenergie durch Gas- bzw. Ölbrenner einem Luftstrom zugeführt. Dieser Warmluftstrom wird dann in die Kammern der Bandtrocknungsanlage zur Beheizung eingebracht.In the case of direct heating, the heat energy required for evaporation is supplied to a stream of air by gas or oil burners. This hot air stream is then introduced into the chambers of the belt drying system for heating.
Es ist auch eine Direktbeheizung bekannt, bei der das aus dem Gasmotor eines BHKW kommende etwa 450°C heiße Abgas (A) nach Reinigung in einem Oxidations-Katalysator in die Abgasmischkammer einer Bandtrocknungsanlage für Klärschlämme geführt und mit vorgewärmter Luft vermischt wird. Die Weiterleitung dieser auf 300°C temperierten Luft in eine Kammer des Bandtrockners ergibt schließlich eine Prozessluft (P) für den Durchlauf durch den Trockner von 100°C bis 140°C. Temperatur und Wärmezufuhr im Trockner werden durch Sensoren automatisch geregelt. Die feuchte, auf 70°C abgekühlte Luft wird am anderen Ende des Trockners in bekannter Weise abgezogen und über einen Nasswäscher geführt. Dabei werden der Brüden, d. h. mit Wasserdampf gesättigte Luft, die beim Trocknen von Feststoffen entsteht und während des Trocknungsprozess entstehendes Ammoniak (NH3) ausgewaschen und die weiter abgekühlte Luft in einen Biofilter geführt. Dort werden noch enthaltende Geruchsstoffe gebunden. Das Abwasser aus dem Wäscher wird idealer Weise der Kläranlage zugeführt, deren Schlämme als Einsatzgut in der Bandtrocknungsanlage dienen. Der Rückgriff auf Oxidations-Katalysatoren zur Reduzierung u. a. des Formaldehyds (CH2O) im Abgas hat jedoch den bereits oben beschrieben schnellen Verschleiß und die mit dem notwendigerweise regelmäßigen Austausch der Katalysatoren verbundenen Kosten zum Nachteil.Direct heating is also known, in which the approximately 450 ° C. hot exhaust gas (A) coming from the gas engine of a CHP is conducted into the exhaust gas mixing chamber of a belt drying plant for sewage sludge after purification in an oxidation catalyst and mixed with preheated air. The forwarding of this conditioned to 300 ° C air in a chamber of the belt dryer finally gives a process air (P) for the passage through the dryer of 100 ° C to 140 ° C. Temperature and heat supply in the dryer are automatically controlled by sensors. The moist, cooled to 70 ° C air is withdrawn at the other end of the dryer in a known manner and passed through a wet scrubber. In the process, the vapor, ie air saturated with water vapor, which is formed when solids are dried and ammonia (NH 3 ) formed during the drying process is washed out and the further cooled air is passed into a biofilter. There still containing odors are bound. The wastewater from the scrubber is ideally fed to the sewage treatment plant whose sludges serve as input material in the belt drying plant. However, the use of oxidation catalysts to reduce, inter alia, the formaldehyde (CH 2 O) in the exhaust gas has the already described above rapid wear and the costs associated with the necessarily regular replacement of the catalyst costs to the detriment.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein die Nachteile des Standes der Technik vermeidendes Abluftreinigungssystem zur weitgehenden Elimination insbesondere von Formaldehyd (CH2O) aus einem entsprechend belastetem Abgasstrom einer Biogas-Verbrennungseinrichtung bereitzustellen, welcher zur Vermeidung von Wärmeverlusten aus der Biogas-Verbrennungseinrichtung kommend unmittelbar in wenigstens eine Kammer der Bandtrocknungsanlage eingeleitet wird. Obwohl auch im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung unter dem Begriff „Elimination” die übliche Summe aller Vorgänge verstanden wird, welche zur Konzentrationsabnahme eines Stoffes in einem Gemisch, hier insbesondere von Formaldehyd (CH2O) im Abgasstrom, beitragen, soll mit der vorliegenden Erfindung insbesondere ein System bereitgestellt werden, welches Formaldehydwerte von deutlich unter 10 mg/m3, bezogen auf 1 m3 Original-Abgas (unverdünnt), sicher stellt.On this basis, the present invention has the object to provide a the disadvantages of the prior art avoiding exhaust air purification system for the substantial elimination in particular of formaldehyde (CH 2 O) from a correspondingly loaded exhaust gas stream of a biogas incinerator, which to avoid heat losses from the biogas Combustion device is introduced directly into at least one chamber of the belt drying plant. Although the term "elimination" in the context of the present invention, the usual sum of all processes is understood, which contribute to the decrease in concentration of a substance in a mixture, in particular of formaldehyde (CH 2 O) in the exhaust stream, with the present invention In particular, a system can be provided which ensures formaldehyde values of well below 10 mg / m 3 , based on 1 m 3 of original exhaust gas (undiluted).
Diese Aufgabe wird durch ein Abluftreinigungssystem zur Elimination insbesondere von Formaldehyd (CH2O) aus einem entsprechend belastetem Abgasstrom einer Biogas-Verbrennungseinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen, welche einzeln oder in Kombination miteinander eingesetzt werden können, sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This object is achieved by an exhaust air purification system for the elimination in particular of formaldehyde (CH 2 O) from a correspondingly loaded exhaust gas stream of a biogas combustion device having the features of patent claim 1. Advantageous embodiments and developments, which can be used individually or in combination with each other, are the subject of the dependent claims.
Das erfindungsgemäß Abluftreinigungssystem zur Elimination insbesondere von Formaldehyd (CH2O) aus einem entsprechend belastetem Abgasstrom (A) einer Biogas-Verbrennungseinrichtung zeichnet sich dadurch aus, das der Abgasstrom (A) aus der Biogas-Verbrennungseinrichtung kommend unmittelbar, d. h. ohne Zwischenschaltung von Formaldehyd (CH2O) eliminierenden Einrichtungen wie Oxidations-Katalysatoren oder thermischen Nachverbrennungsvorrichtungen, in wenigstens eine Kammer einer Bandtrocknungsanlage einleitbar und als Prozessluft (P) durch die Bandtrocknungsanlage weiterleitbar und am Ende als Trocknerabluft (T) aus der Bandtrocknungsanlage abziehbar ist.The exhaust air purification system according to the invention for the elimination in particular of formaldehyde (CH 2 O) from a correspondingly polluted exhaust stream (A) of a biogas incinerator is characterized in that the exhaust stream (A) coming from the biogas incinerator directly, ie without the interposition of formaldehyde ( CH 2 O) eliminating devices such as oxidation catalysts or thermal Nachverbrennungsvorrichtungen, in at least one chamber of a belt drying plant and introduced as process air (P) by the belt drying plant forwarded and at the end as dryer exhaust air (T) from the belt drying plant is deductible.
Die aus der Bandtrocknungsanlage abgezogene Trocknerabluft (T) wird erfindungsgemäß zumindest über eine erste, als Nasswäscher ausgebildete Gasreinigungsanlage, in welcher zumindest in der Trocknerabluft (T) während des Trocknungsprozess entstandenes Ammoniak (NH3) vorzugsweise bis unterhalb des in der TA Luft festgelegten Grenzwertes von 60 mg/m3 ausgewaschen wird, sowie zumindest über eine zweite, ebenfalls als Nasswäscher ausgebildete Gasreinigungsanlage geführt, in welcher in der Trocknerabluft (T) zumindest enthaltendes, aus dem Abgas (A) stammendes Formaldehyd (CH2O), das die Bandtrocknungsanlage ohne weitere Reaktionen durchläuft und auch die erste Gasreinigungsanlage gewöhnlich ohne wesentliche Reaktionen passiert, vorzugsweise bis zumindest unterhalb des durch die LAI festgelegten Grenzwertes von 40 mg/m3 bezogen auf 1 m3 Original-Abgas (unverdünnt) ausgewaschen bzw. oxidativ eliminiert wird.The withdrawn from the belt drying plant dryer exhaust (T) is inventively at least a first, designed as a wet scrubber gas cleaning plant, in which at least in the dryer exhaust air (T) during the drying process ammonia (NH 3 ) preferably below the limit specified in the TA air limit of 60 mg / m 3 is washed out, as well as at least a second, also designed as a wet scrubber gas purification system, in which in the dryer exhaust air (T) at least containing, from the exhaust gas (A) originating formaldehyde (CH 2 O), the belt dryer without undergoes further reactions and also the first gas purification plant usually happens without significant reactions, preferably at least below the limit specified by the LAI of 40 mg / m 3 based on 1 m 3 of original exhaust gas (undiluted) washed out or oxidatively eliminated.
Die Einleitung des aus der Biogas-Verbrennungseinrichtung kommenden Abgasstromes (A) in die Bandtrocknungsanlage kann in eine Kammer erfolgen, welche zugleich eine erste Trockenkammer der Bandtrocknungsanlage darstellt.The introduction of the coming from the biogas combustion device exhaust stream (A) in the belt drying plant can be done in a chamber, which also represents a first drying chamber of the belt drying plant.
Alternativ oder kumulativ hierzu hat sich jedoch bewährt, den aus der Biogas-Verbrennungseinrichtung kommenden Abgasstrom (A) zunächst in eine Abgasmischkammer der Bandtrocknungsanlage einzuleiten, in welcher das gewöhnlich für den Trocknungsprozess zu heiße Abgas (A) mit Luft (AIR) vorzugsweise im Verhältnis 1:2 durchmischt wird, so dass die daraus resultierende, etwa 33,33% Abgas (A) und etwa 66,66% Luft (AIR) enthaltende Prozessluft (P) in der Bandtrocknungsanlage für den Durchlauf automatisch durch Sensoren regelbar ist, insbesondere wenn die Luft (AIR) mittels Abwärme der Verbrennungseinrichtung und/oder des Abgases (A) vorgewärmt wird.Alternatively or cumulatively, however, it has proven useful to first introduce the exhaust stream (A) coming from the biogas combustion device into an exhaust mixing chamber of the belt drying plant, in which the exhaust gas (A) with air (AIR), which is usually too hot for the drying process, is preferably in the ratio 1 2, so that the resulting process air (P) containing about 33.33% of exhaust gas (A) and about 66.66% of air (AIR) in the belt drying plant is automatically controllable by sensors, especially when the Air (AIR) by means of waste heat of the combustion device and / or the exhaust gas (A) is preheated.
Soweit der Standort eines Abluftreinigungssystems nach der Erfindung gleichermaßen einfach auf Frischwasser zugreifen wie Abwasser einfach zu beseitigen gestattet – wie beispielsweise beim Bau unweit einer Kläranlage – hat sich bewährt, die erste vornehmlich zum Auswaschen zumindest von Ammoniak (NH3) vorgesehene Gasreinigungsanlage mit Wasser wie insbesondere gereinigtem Abwasser aus dem Ablauf der Kläranlage, vorzugsweise in einem Durchlaufverfahren, zu betreiben.As far as the location of an exhaust air purification system according to the invention equally easy access to fresh water as waste water easy to eliminate allowed - such as in construction near a sewage treatment plant - has proven, the first primarily for washing at least ammonia (NH 3 ) provided gas cleaning plant with water as in particular cleaned wastewater from the drainage of the sewage treatment plant, preferably in a continuous process to operate.
In diesem wie auch anderen Fällen kann sich auch bewähren, einer ersten Gasreinigungsanlage eine Brüdenkondensationsanlage vorzuschalten, welche eine weitere Wärmerückgewinnung gestattet.In this as well as other cases can prove itself, a first Gas purification system upstream of a vapor condensing system, which allows further heat recovery.
Alternativ zu einer mit Wasser betriebenen ersten Gasreinigungsanlage hat sich bewährt diese mit verdünnter, vorzugsweise 37,5%-iger, Schwefelsäure (Summenformel: H2SO4) zu betreiben, welche vorteilhaft in einem geschlossenen Umwälzverfahren betreibbar von einem ständigen Frischwasserzulauf unabhängig ist.As an alternative to a water-operated first gas purification plant, it has proven useful to operate it with dilute, preferably 37.5%, sulfuric acid (empirical formula: H 2 SO 4 ), which is advantageously independent of a constant supply of fresh water in a closed recirculation process.
Erfindungsgemäß bevorzugt wird die der ersten Gasreinigungsanlage nachgeordnete und ebenfalls als Nasswäscher ausgebildete zweite Gasreinigungsanlage vornehmlich zur Elimination von Formaldehyd (CH2O), bevorzugt in einem Umwälzverfahren, mit in Wasser gelöstem Kaliumhydroxid (KOH) – im Folgenden auch trivial als verdünnte Kalilauge bezeichnet – auf dem Wäscherboden und mit verdünnter Wasserstoffperoxidlösung (H2O2) im Abluftstrom (T) betrieben.According to the invention, the first gas purification system downstream and also designed as a wet scrubber second gas cleaning plant primarily for the elimination of formaldehyde (CH 2 O), preferably in a Umwälzverfahren with dissolved in water potassium hydroxide (KOH) - hereinafter trivially referred to as dilute potassium hydroxide - on the washer floor and with dilute hydrogen peroxide solution (H 2 O 2 ) in the exhaust air stream (T) operated.
Insbesondere haben sich Mittel zum Zuführen von in Wasser gelöstem Wasserstoffperoxid (H2O2) in den Trockner-Abluftstrom (T) bewährt, welche zwischen der ersten und der zweiten Gasreinigungsanlage vorzugsweise dergestalt angeordnet sind, dass eine Reaktionszeit des Wasserstoffperoxid (H2O2) mit dem Formaldehyd (CH2O) im Trockner-Abluftstrom (T) von wenigsten einer, vorzugsweise von zwei, Sekunden verbleibt, bevor der Abluftstrom (T) die zweite Gasreinigungsanlage erreicht.In particular, means for supplying dissolved in water hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) in the dryer-exhaust air flow (T) have proven, which are preferably arranged between the first and the second gas cleaning system such that a reaction time of the hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) remains with the formaldehyde (CH 2 O) in the dryer exhaust air stream (T) of at least one, preferably two, seconds before the exhaust air stream (T) reaches the second gas purification system.
Dabei kommt es zu folgender chemischer Reaktion des Formaldehyds (CH2O) in der Trocknerabluft (T) mit dem eingesprühten, wässrigen Wasserstoffperoxid (H2O2):
Als Reaktionsprodukte entstehen Ameisensäure (wiss. Name: Methansäure; strukturierte Formel: HCOOH; Summenformel: CH2O2) und Wasser (H2O). Die Ameisensäure (CH2O2) wird durch das gelöste Kaliumhydroxid (KOH) am Wäscherboden neutralisiert. Dabei kommt es zu folgender Reaktion:
Dabei entstehen Wasser (H2O) und Kaliumformiat (strukturierte Formel: CHOOK; Summenformel: CHO2K), welches zusammen mit den getrockneten Einsatzstoffen vorzugsweise als Düngerkomponente verwertet werden kann.This produces water (H 2 O) and potassium formate (structured formula: CHOOK; empirical formula: CHO 2 K), which, together with the dried starting materials, can preferably be utilized as fertilizer component.
Mit der erfindungsgemäßen zweiten, vorzugsweise in einem geschlossenen Umwälzverfahren betriebenen, Gasreinigungsanlage können vorteilhaft Formaldehydwerte (CH2O) von deutlich unter 10 mg/m3, bezogen auf 1 m3 Original-Motorenabgas (unverdünnt), erreicht werden.Formaldehyde values (CH 2 O) of significantly less than 10 mg / m 3 , based on 1 m 3 of original engine exhaust gas (undiluted), can advantageously be achieved with the second gas cleaning system operated according to the invention, preferably in a closed recirculation process.
Soweit der Standort eines Abluftreinigungssystems nach der Erfindung geruchsneutral ausfallen soll hat sich schließlich bewährt, die Trocknerabluft (T) nach dem Durchtritt durch die zweite Gasreinigungsanlage noch durch eine Biofilteranlage zu führen, in dem noch in der Trocknerabluft (T) vorhandene Geruchsstoffe (insbesondere geruchsbeladene Partikel und Aerosole) neutralisiert werden.As far as the location of an exhaust air purification system according to the invention should be odorless, it has finally proven to lead the dryer exhaust air (T) after passing through the second gas purification plant by a biofilter, in which still in the dryer exhaust air (T) existing odors (especially odorous particles and aerosols).
Mit Realisierung der vorliegenden Erfindung kann vorteilhaft auf herkömmliche Abgasreinigungsverfahren wie das der sog. „Thermischen Nachverbrennung (TNV)” in sehr teuren TNV-Anlagen oder das der „katalytischen Abgasreinigung” in sogenannten Oxidation-Katalysatoren, welche aufgrund von Schadgasen wie Schwefeldioxid (SO2), Stickoxide (NOX) und anderer Unreinheiten im Abgase (A) aus der Biogas- bzw. Faulgas-Verbrennungseinrichtung sehr schnell verschleißen und unwirksam werden, verzichtet werden.With realization of the present invention can be advantageous to conventional emission control methods such as the so-called. "Thermal afterburning (TNV)" in very expensive TNV plants or the "catalytic exhaust gas purification" in so-called oxidation catalysts, which due to noxious gases such as sulfur dioxide (SO 2 ), Nitrogen oxides (NO X ) and other impurities in the exhaust gases (A) from the biogas or digester gas combustion device wear very quickly and become ineffective, be dispensed with.
Zusätzliche Einzelheiten und weitere Vorteile der Erfindung werden nachfolgend beispielhaft an Hand zweier Ausführungsbeispiele, auf welche die vorliegende Erfindung jedoch nicht beschränkt ist, und in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung beschrieben.Additional details and further advantages of the invention will be described hereinafter by way of example with reference to two embodiments, to which the present invention is not limited, and in conjunction with the accompanying drawings.
Darin zeigen schematisch:In it show schematically:
Bei der nachfolgenden Beschreibung zweier bevorzugter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Komponenten.In the following description of two preferred embodiments of the present invention, like reference characters designate like or similar components.
Dabei wird der aus der Biogas-Verbrennungseinrichtung
Die der Biogas-Verbrennungseinrichtung
Die Trocknerabluft T, in der das Abgas A aus der Biogas-Verbrennungseinrichtung
Über das Abgas A aus der Verbrennungseinrichtung
Dabei wird der aus der Faulgas-Verbrennungseinrichtung
Die der Faulgas-Verbrennungseinrichtung
Die Trocknerabluft T, in der das Abgas A aus der Faulgas-Verbrennungseinrichtung
Über das Abgas A aus der Verbrennungseinrichtung
Zur fast vollständigen Elimination vornehmlich des Formaldehyds (CH2O) aus der Trocknerabluft T sehen beide in
Die Wasserstoffperoxidlösung (H2O2) kann über ein in der Gasreinigungsanlage
Sowohl die erste
Soweit chemische Substanzen als Waschmittel Verwendung finden wird entweder dieses mittels einer Umwälzpumpe
Soweit lediglich Wasser als Waschmittel Verwendung findet wird dieses stetig frisch dem Verteilersystem
Sämtliche Prozesse können automatisch gesteuert sein und so die sofortige Reaktion auf Spitzenbelastungen der Abluft T reagieren. Insgesamt können mit den beiden Gasreinigungsanlagen
Soweit der Standort eines Abluftreinigungssystems
Die vorliegende Erfindung eignet sich schließlich auch in Verwendung mit Bandtrocknungsanlagen für andere als den vorstehend genannten Anwendungen, insbesondere in Verbindung mit Bandtrocknungsanlagen für Holzspäne, Industrieschlämme oder dergleichen mehr.Finally, the present invention is also suitable for use with belt drying systems for applications other than those mentioned above, particularly in connection with belt drying systems for wood shavings, industrial sludges or the like.
Der Nutzen für den Betreiber insbesondere einer landwirtschaftlichen Biogasanlage besteht darin, auf herkömmliche Abgasreinigungsverfahren wie das der sog. „Thermischen Nachverbrennung (TNV)” in sehr teuren TNV-Anlagen oder das der „katalytischen Abgasreinigung” in sogenannten Oxidations-Katalysatoren, welche aufgrund von Schadgasen wie Schwefeldioxid (SO2), Stickoxide (NOX) und anderer Unreinheiten im Abgase A aus der Biogas- bzw. Faulgas-Verbrennungseinrichtung sehr schnell verschleißen und unwirksam werden, verzichten zu können.The benefit for the operator of an agricultural biogas plant in particular is conventional exhaust gas purification methods such as the so-called "thermal afterburning (TNV)" in very expensive TNV plants or "catalytic exhaust gas purification" in so-called oxidation catalysts, which due to harmful gases such as sulfur dioxide (SO 2 ), nitrogen oxides (NO X ) and other impurities in the exhaust gases A wear out of the biogas or digester combustion device very quickly and become ineffective to be able to do without.
Gleichzeitig erhält er eine äußerst wirtschaftliche Lösung seines Emissionsproblems, da die bekannte Abluftwäsche
Mit einer zweiten, vorzugsweise aus korrosionsbeständigen Kunststoffkomponenten gefertigten, Gasreinigungsanlage
Insbesondere aber ist der Einsatz der zugesetzten Chemikalien zur Elimination von Formaldehyd (CH2O) auf unter 95% des Ursprungswertes durchdosierbar, so dass selbst dann keine Konformitätsprobleme zu erwarten stehen, wenn der Formaldehyd-Grenzwert durch die LAI bzw. in der TA Luft zukünftig womöglich weiter abgesenkt würde.In particular, however, the use of the added chemicals for the elimination of formaldehyde (CH 2 O) to below 95% of the original value durchsoierbar, so that even no conformity problems are to be expected if the formaldehyde limit by the LAI or in the TA air future possibly lowered further.
Schließlich können die eingesetzten Chemikalien und das zu Kaliumformiat (CHO2K) umgewandelten Formaldehyd (CH2O) nach der Gasreinigung insbesondere als Dünger in der Landwirtschaft genutzt werden, so dass auch deshalb ein äußerst umweltgerechtes wie wirtschaftliches Abluftreinigungssystem
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
-
Abluftreinigungssystem zur Elimination insbesondere von Formaldehyd aus einem entsprechend belastetem Abgasstrom A einer Biogas- bzw. Faulgas-Verbrennungseinrichtung
10 Exhaust air purification system for the elimination in particular of formaldehyde from a correspondingly polluted exhaust stream A of a biogas ordigester gas incinerator 10 - 1010
- Biogas- bzw. Faulgas-VerbrennungseinrichtungBiogas or biogas incinerator
- 2020
- BandtrocknungsanlageBand dryer
- 2121
- Abgasmischkammer oder erste TrocknungskammerFlue gas mixing chamber or first drying chamber
- 3030
- BrüdenkondensationsanlageBrüdenkondensationsanlage
- 4040
- erste, als Nasswäscher ausgebildete Gasreinigungsanlagefirst, designed as a wet scrubber gas purification system
- 5050
- zweite, als Nasswäscher ausgebildete Gasreinigungsanlagesecond, designed as a wet scrubber gas purification plant
- 6161
-
Wäscherboden der Gasreinigungsanlagen
40 bzw.50 Scrubber bottom of thegas purification plants 40 respectively.50 - 6262
-
Kolonne der Gasreinigungsanlagen
40 bzw.50 Column ofgas purification plants 40 respectively.50 - 6363
-
Füllkörper der Gasreinigungsanlagen
40 bzw.50 Packing of thegas purification plants 40 respectively.50 - 6464
-
Verteilersystem der Gasreinigungsanlagen
40 bzw.50 Distribution system ofgas purification plants 40 respectively.50 - 6565
-
Umwälzpumpe der Gasreinigungsanlagen
40 bzw.50 Circulation pump ofgas purification plants 40 respectively.50 - 6666
-
Vorlagebehälter der Gasreinigungsanlagen
40 bzw.50 Reservoir ofgas purification plants 40 respectively.50 - 7070
- Zuführleitung für Luft (AIR) als ProzessluftbestandteilSupply line for air (AIR) as process air component
- 7171
- Zuführleitung für Schwefelsäure (H2SO4) als WaschmittelSupply line for sulfuric acid (H 2 SO 4 ) as detergent
- 7272
- Zuführleitung für Wasser (H2O) als WaschmittelFeed line for water (H 2 O) as detergent
- 7373
- Abführleitung von mit Schadstoffen belastetem Wasser (H2O)Discharge line of contaminated water (H 2 O)
- 7474
- Zuführmittel bzw. -leitung für Wasserstoffperoxid (H2O2) als WaschmittelFeeding agent or line for hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) as a detergent
- 7575
- Zuführleitung für gelöstes Kaliumhydroxid (KOH) als WaschmittelSupply line for dissolved potassium hydroxide (KOH) as detergent
- 7676
- Umwälzleitungcirculation line
- 8080
- Biofilteranlagebiofilter
- 8181
- aus inerten Stoffen gebildete unterste Schicht der Filterfüllungformed from inert substances bottom layer of the filter filling
- 8282
- biologisch aktive Schicht der Filterfüllungbiologically active layer of the filter filling
- AA
-
Abgas, Abgasstrom der Biogas- bzw. Faulgas-Verbrennungseinrichtung
10 Exhaust gas, exhaust gas stream of the biogas or digestergas combustion device 10 - PP
-
Prozessluft- für den Durchlauf in der Bandtrocknungsanlage
20 Process air for the passage in thebelt drying plant 20 - TT
-
Trocknerabluft, Abluftstrom aus der Bandtrocknungsanlage
20 Dryer exhaust air, exhaust air flow from thebelt drying plant 20 - RR
- Reingasclean gas
- AIRAIR
- Luft, UmgebungsluftAir, ambient air
Claims (10)
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Effective date: 20120813 |