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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zur Behandlung von Kältemittel aufweisenden Gasen gemäß den Merkmalen des Anspruches 1 und 10.
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Die
DE 101 39 236 A1 offenbart ein Verfahren und eine Anlage zum Separieren von Kältemittel aus einem Kältemittel-Öl-Gemisch. Dabei wird zuerst das Kältemittel vom Öl separiert. Das Öl wird in einem Sammelbehälter aufgefangen. Das vom Öl separierte Kältemittel kann einer Verbrennung mit Stützfeuerung zugeführt werden.
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Die
DE 42 44 966 B4 beschreibt ein System zum Rückgewinnung eines thermischen Isoliermaterials bei der Entsorgung von Kältegeräten.
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Durch die
DE 42 23 663 A1 ist ein Verfahren zum thermischen Recycling von Alt-PVC mit beigemischten Chlorkohlenwasserstoffen bekannt, wobei einem Brenner eine Quenche nachgeordnet ist.
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Aus der Broschüre „Klimaschutz durch Recycling”, SCPI, November 2009, ist ein Verfahren zum Recycling von Kühlgeräten bekannt, wobei FCKW aus einem Kühlkreislauf und einer Isolation abgesaugt wird. Dieses abgesaugte FCKW wird in einem Hochtemperaturofen vollständig verbrannt. Die durch die Verbrennung erreichten Emissionsreduktionen werden als Klimaschutzzertifikate verifiziert und können als CO2 Äquivalente gehandelt werden.
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Die
EP 1 306 769 A2 bezieht sich auf die Festlegung von CO
2 Äquivalenten mittels Messung und Umrechung von Gasen.
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Die
DE 10 2009 036 649 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Entsorgen von Altkühlgeräten. Dabei wird Kältemittel und Trennmittel einem Porenbrenner zugeführt. Ein Abgas des Porenbrenners wird mittels eines Laugenwäschers behandelt, wobei Salzsäure bzw. Flusssäure gebildet wird.
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Aus der
DE 42 04 603 A1 und der
US 2006/0141414 A1 ist es jeweils bekannt, ammoniakhaltiges Gas mit einem Brennstoff unter Zufuhr von Luft zu verbrennen.
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Aus der Firmenschrift ”Verbrennungsanlagen” der Fa. Currenta, Stand März 2010, ist es bekannt, bei Sonderabfallverbrennungsanlagen einer von oben nach unten durchströmten Quenche zwei von unten nach oben durchströmte Wäscher nachzuschalten.
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Die
DE 10 2007 039 926 A1 beschreibt ein Verfahren zur Abgasreinigung, bei dem eine Quenche und eine zweite Reinigungsstufe vorgesehen sind. In den Waschflüssigkeiten der Quenche und der zweiten Reinigungsstufe wird ein ph-Wert der Waschflüssigkeit geregelt.
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Durch die
DE 198 21 470 A1 ist ein Verfahren zur Aufbereitung von Altkältegeräten bekannt, wobei eine Konzentration von brennbarem Treibmittel der Isolationsschicht in der Abluft von Kammern gemessen wird. Diese Abluft kann mittels thermischer Nachverbrennung behandelt werden.
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Die
DE 101 31 464 B4 offenbart ein Verfahren zur Verbrennung hochhalogenisierter Flüssigkeitsabfälle in einer Abfallverbrennungsanlage. Dabei wird eine Halogenidkonzentration im Abwasser der Rauchgaswäsche bestimmt und eine Halogenwasserstoffmessung im Rauchgas durchgeführt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anlage zur Behandlung von Kältemittel aufweisenden Gasen zu schaffen.
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Vorteilhafte Weiterbildungen dazu sind in den abghängigen Ansprüchen genannt.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 10 gelöst.
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Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, dass eine effiziente, umweltgerechte Behandlung von Kältemittel und/oder Treibmittel aufweisenden Gasen möglich ist. Dabei ist es möglich mehrere unterschiedliche Kältemittel und/oder Treibmittel aufweisende Gase gleichzeitig zu behandeln und umweltgerecht zu entsorgen und/oder zu recyceln.
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Insbesondere eignet sich die Erfindung für die Entsorgung und/oder das Recyceln von Kältegeräten, insbesondere von Kühlschränken.
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Vorteilhaft ist, dass unterschiedlich Kältemittel und/oder Treibmittel aufweisende Fluide (z. B. Kältemittel, Öl eines Kompressors, Mittel zum Schäumen eines Kunststoffes/Isolierwerkstoffes) bei der Entsorgung von Kältegeräten gemeinsamen behandelt werden können.
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Auch ist die Verbrennung von externen Kältemitteln und/oder Treibmitteln möglich, wobei insbesondere eine Dosierung automatisch über eine FCKW und/oder FKW Messung am Eingang einer Brennkammer erfolgt.
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Vorteilhafterweise können im Prozess der Kühlgeräteentsorgung anfallende Wasserkondensate (mit Kältemittel und/oder Treibmittel verunreinigt) ebenfalls verbrannt werden.
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In vorteilhafter Weise können Kältemittel und/oder Treibmittel direkt von der Erfassungsstelle zur Verbrennung geleitet werden, wobei insbesondere keine Zwischenkondensation notwendig ist. Insbesondere muss das Öl des Kompressors nicht mehr entgast werden.
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Die Behandlung der Fluide ist sehr wirtschaftlich, da durch die Verbrennung von Öl eines Kompressors und/oder brennbarer Kältemittel und/oder Treibmittel der Verbrauch von Brennstoff reduziert werden kann.
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Die bei nicht Hindernis freien Brennkammern, insbesondere Porenbrenner auftretenden Nachteile, wie beispielsweise Ablagerung von Staub und/oder Russ treten mit der vorliegenden, vorzugsweise Hindernis freien und/oder Füllkörper freien und/oder mit offener Flamme arbeitenden Brennkammer nicht auf.
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Vorteilhaft wird in einer Ausführung der Erfindung bei Behandlung dieser Fluide entstandenes Gas in eine weiterverarbeitbare Dünnsäure und schadstofffreies Reingas aufbereitet.
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Die Säurekonzentration des Dünnsäuregemischs (insbesondere Fußsäure- und/oder Salzsäuregemisches) ist in einem Bereich wählbar und kann somit auf die Verwertung abgestimmt werden.
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Mit mindestens einem einer Quenche nach geordneten Wäscher wird die Qualität der Anlage verbessert. Insbesondere wird mit einer Füllkörperschüttung in dem mindestens einem weiteren Wäscher eine Oberfläche vergrößert, so dass die Wirkung für Kühlung und/oder Reinigung erhöht wird.
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Mit steuerbaren und/oder regelbaren Ventilatoren wird der Strom einer Verbrennungsluft und/oder eines Reingases im Wesentlichen konstant gehalten, so dass die Anlage im Bereich eines optimalen Wirkungsgrades betrieben werden kann.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben.
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Es zeigen:
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1 Eine schematische Darstellung einer Anlage zum Recyceln und/oder Behandeln und/oder Entsorgen von Gegenständen und/oder Materialien, die mindestens ein FCKW (Fluorchlorkohlenwasserstoff) und/oder FKW (Fluorkohlenwasserstoff) und/oder KW (Pentane und/oder Propane und/oder Butane) aufweisendes Fluid aufweisen;
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2 eine schematische Darstellung einer Anlage mit einer Brennkammer.
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Die Bezeichnungen in den Figuren entsprechen weitgehend DIN 19227.
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Bei einem Verfahren und einer Anlage wird mindestens ein Kohlenwasserstoff (insbesondere Halogenkohlenwasserstoffe und/oder Pentane) aufweisendes Fluid behandelt.
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Dabei handelt es sich um ein insbesondere um FCKW (Fluorchlorkohlenwasserstoff) und/oder FKW (Fluorkohlenwasserstoff) und/oder KW (Pentane und/oder Propane und/oder Butane) aufweisendes Fluid.
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Insbesondere sind folgende Kohlenwasserstoffe zur Behandlung einzeln und/oder in Kombination vorgesehen und Bestandteil der zu behandelnden Fluide:
R11 CFCl3
R12 CF2Cl2
R134a C2H2F4 | Trichlorfluormethan
Dichlordifluormethan
1,1,1,2-Tetrafluorethan | FCKW
FCKW
HFKW |
R141b C2HFCl2 | 1,1-Diohlor-1-fluorethan | HFCKW |
R290 C3H8 | Propan | KW |
R600 C4H10 | Butan | KW |
R600a | Methylpropan | KW |
R601 C5H12 | n-Pentan | KW |
R601a C5H12 | Isopentan | KW |
R601b C5H12 | Neopentan | KW |
C5H10 | Cyclopentan | KW |
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Diese o. g. Kohlenwasserstoffe werden als Kältemittel bezeichnet. Diese Kältemittel finden auch als Treibmittel (inbesondere C5H10 Cyclopentan), insbesondere Schäumen von beispielsweise porenhaltigem Kunststoff, insbesondere Polyurethan (PUR) Verwendung.
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Dieses Fluid wird im Folgenden als Rohgas bezeichnet. In diesem Rohgas ist Kältemittel und/oder Treibmittel, insbesondere Mittel zum Schäumen enthalten.
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Eine Anlage 01 zum Recyceln und/oder Behandeln und/oder Entsorgen von Gegenständen und/oder Materialien, die mindestens ein FCKW (Fluorchlorkohlenwasserstoff) und/oder FKW (Fluorkohlenwasserstoff) und/oder KW (Pentane, Propane, Butane) aufweisendes Fluid aufweisen. Bei diesen Gegenständen handelst es sich insbesondere um Kühlgeräte.
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Diese Anlage 01 weist insbesondere mindestens eine Zerkleinerungsvorrichtung 02 auf.
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Dieser Zerkleinerungsvorrichtung 02 werden die zu behandelnden Gegenstände mittels einer Transportvorrichtung 03 zugeführt, und zerkleinert. Im Falle von Kühlgeräten ist mittels mindestens einer nicht dargestellten Station zumindest ein Kompressor aus den Kühlgeräten entfernt worden. Die zerkleinerten Bestandteile der Gegenstände werden nach einzelnen Gruppen von Bestandteilen mittel mindestens einer Sortiereinrichtung 04 getrennt. Derartige Gruppen von Bestandteilen sind beispielsweise Kunststoffe KST und/oder Eisenmetalle FE und/oder Nichteisenmetalle NE. Bei den Kunststoffen wird insbesondere zwischen Polyurethan (PUR) und anderen Kunststoffen unterschieden. Der Zerkleinerungsvorrichtung ist vorzugsweise eine Pelletpresse 06 nachgeordnet. Die Polyurethan (PUR) Teile (Fraktale) werden der Pelletpresse 06 zu geführt und zu Pellets gepresst, wobei insbesondere Rohgas entsteht. Bei der Abkühlung des an der Pelletpresse 06 freigesetzten Rohgases kann wasserhaltiges und treibmittelhaltiges Kondensat entstehen. Insbesondere die Zerkleinerungsvorrichtung 02 und/oder die Pelletpresse 06 und/oder die Transporteinrichtung 03 und/oder die Sortiereinrichtung 04 sind jeweils mit mindestens einer Leitung 07 zum Transport von Rohgas verbunden.
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Diese Leitung 07 führt das Rohgas im vorliegenden Ausführungsbeispiel vorzugsweise zu einer Anlage 11 zur Behandlung von Rohgas.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind vorzugsweise zumindest die Zerkleinerungsvorrichtung 02 und die Pelletpresse 06 zweimal in der Anlage vorhanden.
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Von beiden Zerkleinerungsvorrichtungen 02 und beiden Pelletpressen 06 wird Rohgas der Anlage 11 zur Behandlung von Rohgas zugeführt.
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Die Anlage 11 zur Behandlung von mindestens einem Kohlenwasserstoff (insbesondere Halogenkohlenwasserstoffe und/oder Pentane, Propane, Butane) aufweisenden Fluid weist mindestens eine Brennkammer 12 auf.
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Diese Brennkammer 12 weist einen horizontalen Abschnitt 13 und einen sich an den horizontalen Abschnitt anschließenden insbesondere vertikalen Ausbrandteil 14 auf. Die als beispielsweise gasdichte Schweißkonstruktion ausgeführte Brennkammer 12 ist zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig mit einer feuerfesten Auskleidung versehen, die insbesondere für eine max. Betriebstemperatur von 1250°C ausgelegt ist.
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Zusätzlich ist vorzugsweise die innere Mantelfläche der beispielsweise im Wesentlichen aus Stahl bestehenden Brennkammer 12 mit einer hitzebeständigen Beschichtung zur Vermeidung von Korrosion versehen. Diese Beschichtung und/oder die Auskleidung weisen einen Anteil von mindestens 90%, insbesondere 98% Aluminiumoxid (z. B. Al2O3) auf. Die Brennkammer 12 ist vorzugsweise Hindernis frei und/oder Füllkörper frei und/oder arbeitet im Betrieb mit offener Flamme.
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An einem ersten Ende, vorzugsweise an einer Stirnseite des horizontalen Abschnittes der Brennkammer 12 ist mindestens eine erste Zuführung 16, im Ausführungsbeispiel sind zwei erste Zuführungen 16 zum Einbringen von Rohgas und mindestens eine zweite Zuführung 17 zum Einbringen eines zweiten Fluids vorgesehen. Als zweites Fluid ist insbesondere Öl vorgesehen. Dieses Öl weist vorzugsweise Kältemittel (insbesondere FCKW (Fluorchlorkohlenwasserstoff) und/oder FKW (Fluorkohlenwasserstoff) und/oder KW (Pentane)) auf und ist beispielsweise aus einem Kompressor einer Kältemaschine abgeführt worden. Diese zweite Zuführung 17 ist vorzugsweise mit der Station zum Entfernen von Kompressoren aus Kühlgeräten verbunden. Die zweite, vorzugsweise eine Düse aufweisende Zuführung 17 weist zusätzlich noch mindestens eine Zuleitung 18 für Druckmittel, insbesondere Druckluft und/oder mindestes eine Zuleitung 19 für sauerstoffhaltiges Verbrennungsgas, insbesondere Verbrennungsluft auf. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist optional an der zweiten Zuführung 17 noch eine weitere Zuleitung 21 für ein weiteres Fluid, insbesondere Kondensat aus einem Sammelbehälter (insbesondere bei einer Abkühlung an der Pelletpresse 06 entstandenes Wasserkondensat) vorgesehen. Dieses Kondensat weist vorzugsweise Kältemittel {insbesondere FCKW (Fluorchlorkohlenwasserstoff) und/oder FKW (Fluorkohlenwasserstoff) und/oder KW (Pentane, Propane, Butane)) auf.
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Zusätzlich ist an dem ersten Ende, vorzugsweise an der Stirnseite der Brennkammer 12 noch ein zusätzlicher Brenner 22 (insbesondere Stützheizung) für ein weiteres Fluid, insbesondere für einen vorzugsweise gasartigen Brennstoff, vorzugsweise Flüssiggas („LPG”, Propan und/oder Butan und/oder Isobutan), zur Vorheizung und/oder Halten der Brennkammer 12 auf eine Betriebstemperatur (vorzugsweise 1.000°C–1.200°C) vorgesehen.
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An einem zweiten Ende, insbesondere am oberen Ende des vertikalen Ausbrandteiles 14, der Brennkammer 12 ist eine Ableitung 23 zur Abfuhr von entstandenem Abgases und vorzugsweise ein Notkamin 24 angeordnet.
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Die mindestens einen erste Zuführung 16, im Ausführungsbeispiel die zwei ersten Zuführungen 16 zum Einbringen von Rohgas sind über eine Leitung vorzugsweise mit mindestens einem Sensor 26 zur Messung der Konzentration des mindesten einen Kältemittels des Rohgases und vorzugsweise mit mindestens einem Sensor 27 zur Messung der Menge des mindesten einen Kältemittels des Rohgases und vorzugsweise mit mindestens einem Flammenfilter 28 verbunden, das eine evtl. Rückzündung aus der Brennkammer 12 von z. B. Pentananteilen im Rohgas verhindern soll. Diese das Flammenfilter 28 enthaltende Leitung ist wiederum über mindestens eine (im Ausführungsbeispiel über zwei) Leitung mit mindestens einer das Rohgas liefernden Quelle, im Ausführungsbeispiel mit zwei Quellen verbunden. In diesen beiden Leitungen ist jeweils vorzugsweise ein Ventilator 29 zur Druckerhöhung enthalten. Im Ausführungsbeispiel ist die mindestens eine Quelle mit der zumindest einen Zerkleinerungsvorrichtung 02 und/oder der zumindest einen Pelletpresse 06 verbunden.
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Zumindest eine dieser Quellen (im Ausführungsbeispiel, vorzugsweise beide Quellen weist (weisen) zumindest eine Absaugeinrichtung für Rohgas auf und ist (sind) insbesondere in einer Kühlgeräterecyclinganlage angeordnet.
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Zusätzlich zu dem aus der jeweiligen Quelle kommenden Rohgas kann aus mindestens einer weiteren, insbesondere mindestens einen Vorratsbehälter 31 (vorzugsweise eine Vielzahl von Vorratsbehältern 31, insbesondere Druckflaschen) aufweisenden Quelle Kältemittel und/oder Treibmittel aufweisendes Fluid mittels mindestens einer weiteren Leitung 32 zugeführt werden. Dieses aus insbesondere aus einem externen, nicht mit der vorliegenden Anlage und/oder Prozess gekoppelten Verfahren stammende Fluid wird beispielsweise vor dem jeweiligen Ventilator 29 (auf der Saugseite) in die von der jeweiligen Rohgas liefernden Quelle transportierenden Leitung 07 eingespeist. Dazu wird die von dem mindestens einen Vorratsbehälter 31 ausgehende Leitung 32 über zwei Teilzweige mit den von den beiden Quellen ausgehenden Leitungen 07 unter Zwischenschaltung jeweils eines Absperrventils 33 verbunden. Diese beiden Absperrventile 33 sind vorzugsweise an den Betrieb der jeweiligen Quelle des Rohgases, beispielsweise an den jeweiligen zugeordneten Ventilator 29 gekoppelt, so dass eine zusätzlich Einbringung von weiteren Fluid nur bei Rohgas liefernden Quelle, beispielsweise laufenden Ventilator 29 erfolgen kann.
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Im vorliegenden Beispiel erfolgt die Zufuhr für sauerstoffhaltiges Verbrennungsgas, insbesondere Verbrennungsluft, für die zweite Zuführung 19 und den zusätzlichen Brenner 22 der Brennkammer 12 mittels eines gemeinsamen Ventilators 34. In einer Leitung nach dem Ventilator 34 ist vorzugsweise ein Drucksensor 36 angeordnet, dessen Signal vorzugsweise über einen Frequenzumrichter den Elektromotor des Ventilators 34 regelt. Dieser drehzahlveränderliche Ventilator 34 ist insbesondere druckgeregelt, d. h. die Drehzahl des Ventilators 34 ist abhängig vom Druck in der sich vorzugsweise unmittelbar an den Ventilator 34 anschließende Leitung. Diese Leitung verzweigt sich in zwei Teilleitungen, wobei die erste Teilleitung über eine Gasklappe 37 mit der zweiten Zuführung 19 und die zweite Teilleitung über eine Gasklappe 38 mit dem zusätzlichen Brenner 22 verbunden ist. Durch den druckgeregelten Ventilator 34 herrscht vor den beiden Gasklappen 37, 38 ein konstanter Vordruck. Eine Öffnung der dem zusätzlichen Brenner 22 zugeordneten Gasklappe 38 ist abhängig von einer Temperatur der Brennkammer 12. Zur Ermittlung der Temperatur der Brennkammer 12 ist vorzugsweise im vertikalen Ausbrandteil mindestens ein Sensor 39, beispielsweise ein Sensor für die Regelung der Temperatur und ein zusätzlicher Sensor 41 für die Überwachung einer Grenztemperatur angeordnet. Eine Öffnung der der zweiten Zuführung 19 zugeordneten Gasklappe 37 ist abhängig von einer Temperatur am Ende der Anlage 11, Zur Ermittlung der Temperatur ist vorzugsweise am Ende der Anlage 11 ein Sensor 42 angeordnet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist keine Vorwärmung der Verbrennungsluft angeordnet, die aber bedarfsweise vorgesehen sein kann.
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In einer Vorwärmphase wird die Brennkammer 12 zunächst mit dem zusätzlichen Brenner 22 mit beispielsweise Flüssiggas als Brennstoff vorzugsweise über eine Temperaturrampe auf die vorgegebene Betriebstemperatur (vorzugsweise 1.000°C–1.250°C) vorgeheizt Nach Erreichen der vorgegebenen Temperatur erfolgt die Freigabe für die Betriebsphase, d. h. für den Betrieb mit Rohgas. In der Betriebsphase wird mindestens ein Kältemittel und/oder Treibmittel aufweisendes Fluid, vorzugsweise zwei unterschiedliche, insbesondere Kältemittel und/oder Treibmittel aufweisenden Fluide (beispielsweise FCKW aufweisendes Gas und Öl) gemeinsam verbrannt. Vorzugsweise wird zusätzliche noch ein drittes insbesondere Kältemittel und/oder Treibmittel aufweisendes Fluid (beispielsweise Kondensat) gemeinsam mit dem ersten Fluid und zweiten Fluid verbrannt. Insbesondere werden zweites Fluid und drittes Fluid gemeinsam, insbesondere mittels einer Düse zerstäubt und der Brennkammer 12 zugeführt.
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In der Betriebsphase wird der Strom von Rohgas von einer Quelle (insbesondere von einer Recyclinglinie) der beiden Quellen (insbesondere von den beiden Recyclinglinien) oder der beiden Quellen mittels des jeweiligen Ventilators 29 getrennt gefördert, insbesondere abgesaugt. Dem Rohgas aus der jeweiligen Quelle kann aus der weiteren, externes Rohgas fördernde Quelle weiteres Rohgas zugeführt werden. Auch ist es möglich Rohgas nur aus der weiteren, externes Rohgas fördernde Quelle und/oder aus mindestes einer der anderen beiden Quellen Rohgas der weiteren Behandlung zuzuführen. Zur Messung der Konzentration des mindesten einen Kältemittels und/oder Treibmittel des Rohgases wird zumindest ein repräsentativer Teil des zugeführten Rohgas dem mindestens einen Sensor 26 zur Messung der Konzentration zugeleitet. Danach passiert das Rohgas das Flammenfilter 28 um anschließend mit einem Vordruck von z. B. 25 mbar über die zwei Zuführungen 16 in die Brennkammer 12 eingeblasen wird.
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Zum Erreichen und/oder Halten der erforderlichen Reaktionstemperatur (entspricht im Wesentlichen der Betriebstemperatur) wird über die zweite, eine Düse aufweisende Zuführung 17 das zweite Fluid der Brennkammer 12 zugeführt. Gleichzeitig wird der Brennkammer 17 das dritte als Kondensat ausgeführte Fluid gemeinsam mit dem zweiten Fluid über die Düse zugeführt.
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Mittels Druckluft (ca. 4 bar) zerstäubt diese Düse das zweite als Öl ausgebildete Fluid, ggf. das dritte Fluid (beispielsweise Kondensat) und sprüht das (die) Fluid(e) in die Brennkammer 12. Diese Düse erzeugt ein sehr feines Tropfenspektrum mit guter Verteilung im Flammbereich. Die für das Öl und/oder Kondensat erforderliche Verbrennungsluft wird ebenfalls über die zweite Zuführung 17 zugeführt, wobei die Menge der Verbrennungsluft insbesondere zusätzlich über eine Sauerstoffregelung an den tatsächlichen Verbrennungsluftbedarf angepasst werden kann. Die zweite Zuführung 17 ist auf einen konstanten Brennkammerdruck von beispielsweise minus 2 mbar, d. h. Unterdruck ausgelegt und wird über eine Temperaturregelung insbesondere mit festem Gas/Luftverhältnis modulierend betrieben. Mittels des Sensors 39 am Ende der Brennkammer 12 wird die Temperatur der Brennkammer 12 ermittelt und vorzugsweise geregelt. In Abhängigkeit der Temperatur der Brennkammer 12 wird die zugeführte Menge der Verbrennungsluft beispielsweise mittels einer Gasklappe verändert. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird dazu die dem zusätzlichen Brenner 22 zugeordnete Gasklappe 38 verwendet.
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Die Dimensionierung der Brennkammer 12 und damit die Verweilzeit des Rohgases in der Brennkammer 12 sind so ausgelegt, dass die Emissionsgrenzwerte deutlich unterschritten werden können.
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Insgesamt laufen oberhalb der jeweiligen Reaktionstemperatur (d. h. bei ca. 900–1000°C) bei niedrigem Sauerstoffgehalt und Anwesenheit von Wasserdampf vereinfacht und ohne Berücksichtigung des Brennerabgases eine oder mehrere folgender Reaktionen ab:
R11 | CFCl3 + 2H2O | → CO2 + 3HCl + HF |
und/oder R12 | CF2Cl2 + 2H2O | → CO2 + 2HCl + 2HF |
und/oder R134a | C2H2F4 + 2H2O + 3/2O2 | → 2CO2 + 4HF + H2O |
und/oder R141b | C2H3FCl2 + 2O2 | → 2CO2+ 2HCl + HF |
und/oder Pentan | C5H12 + 8O2 | → 5CO2 + 6H2O |
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Im Wesentlichen wird also CO2 (Kohlendioxid), HCl (Chlorwasserstoff) und HF (Fluorwasserstoff) erzeugt.
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Da der Pentananteil sich aufgrund unterschiedlicher Eingangskonzentrationen schnell ändern kann, wird der Sauerstoffwert in der Brennkammer geregelt.
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Elementares Chlor reagiert aufgrund der Anwesenheit von Wasserdampf und geringem Sauerstoffüberschuß zu HCl.
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Die optimale Betriebsweise liegt deshalb bei ca. 900–1000°C, vorzugsweise 950°C Verbrennungstemperatur, bei einem möglichst geringen Sauerstoffgehalt von beispielsweise 2–6%, vorzugsweise 3–5%, bei einer Verweilzeit von 1–3 s und bei einem Wassergehalt von über 10–15%.
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An mindestens einen ersten Wäscher 46 ist die Ableitung 23 der Brennkammer 12 zur Abfuhr von entstandenem Abgases angeschlossen. Vorzugsweise sind die Brennkammer 12 und der erste Wäscher 46 unmittelbar hintereinander, insbesondere ohne Zwischenschaltung weiterer Wärmetauscher angeordnet. Dieser Wäscher 46 ist vorzugsweise als Quenche 46 ausgeführt, wobei die Ableitung 23 in ein oberes Ende der Quenche 46 mündet. Dieses obere, die Eintrittszone der Quenche 46 aufweisendes Ende der Quenche ist in einem hochhitze- und korrosionsbeständigen Werkstoff ausgeführt. In diesem oberen Ende ist auch mindestens eine Düse 47 (insbesondere eine Düsenlanze) zum Einsprühen einer Kühlflüssigkeit und/oder Waschflüssigkeit angeordnet. Zumindest der obere Teil (insbesondere die Quenchzone) der Quenche 46 ist mit einem Kühlmantel versehen, der von der Kühlflüssigkeit durchströmt wird. Dieser Kühlmantel ist mittels Öffnungen mit einem Innenraum der Quenche verbunden, so dass ein Teilstrom der Kühlflüssigkeit an der inneren Mantelfläche, insbesondere in der Quenchzone der Quenche 46 eine Filmströmung erzeugt.
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Die Quenche 46 wird von oben nach unten vom Abgas der Brennkammer 12 und der Kühlflüssigkeit/Waschflüssigkeit im Gleichstrom durchströmt, wobei eine Längsachse der Düsenlanze und/oder eine Strömungsrichtung des Abgases und/oder eine Strömungsrichtung der Kühlflüssigkeit am Kühlmantel im Innenraum der Quenche 46 parallel zu einer vertikalen Längsachse der Quenche 46 und/oder zueinander und von oben nach unten weisend angeordnet sind.
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Ein unteres Ende der Quenche 46 ist als Sammelbehälter 48 (Quenchvorlage) für die Kühlflüssigkeit ausgebildet. An diesen Sammelbehälter 48 ist vorzugsweise ein Kreislaufsystem 49 zur Zirkulation der Kühllflüssigkeit zur Düse 47 und zum Kühlmantel angeschlossen. An dieses Kreislaufsystem 49 ist eine Ableitung 51 und/oder Entnahmeneinrichtung 52 zur Entnahme von als Dünnsäure ausgebildeter Kühlflüssigkeit und zum Transport an einen Tank angeschlossen. Zusätzlich kann an den Kühlmantel ein Versorgungssystem 53 für Frischwasser angeschlossen sein, das in einem Notbetrieb dem Kühlmantel Frischwasser zuführt. Der Notbetrieb tritt beispielweise bei Pumpenausfall oder Stromausfall ein, wenn eine Temperatur eines Abgases nach der Quenche 46 einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet. Für den Notbetrieb kann eine Notstromversorgung vorgesehen sein, die beispielsweise mindestens eine Pumpe des Versorgungssystems 53 für Frischwasser betreibt.
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Die Quenche 46 kühlt das Abgas der Brennkammer 12 schnell vorzugsweise auf eine Sättigungstemperatur des Abgases ab. Durch diese schockartige Kühlung (d. h. Abschrecken) wird die Rekombination der durch die Verbrennung getrennten z. B. chlor- und/oder fluororganischen Verbindungen vermieden. Die Düse 47 der Kühlflüssigkeit erzeugt ein sehr feines Tropfenspektrum, das eine kurze Verdampfungszeit und damit Abkühlzeit bewirkt. Am Ende der Quenchzone hat das Abgas annähernd seine Sättigungstemperatur von ca. 75°–80°C erreicht. Die Quenche 46 kühlt das Abgas der Brennkammer 12 um mindestens 700°C ab.
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Innerhalb der Quenche 12 erfolgt aufgrund hoher Konzentration von HCL und/oder HF eine Reduzierung, wobei eine Dünnsäure (Salzsäure und/oder Fluorwasserstoffsäure, insbesondere in wässriger Form) aus der Kühlflüssigkeit in Verbindung mit dem Abgas auf Basis einer physikalischen Absorption erzeugt wird.
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Am Ende der Quenchzone weist die Quenche 46 ein Übergangsstück mit Kondensator auf. Am unteren Ende der Quenche 46 und beispielsweise am oberen Ende des Sammelbehälters 48 der Quenche 46 ist eine weitere Leitung 54 zur Überführung des Abgases in beispielsweise mindestes einen weiteren Wäscher 56, vorzugsweise in mindestens zwei weitere Wäscher 56, 57. Die Quenche 46, der zweite Wäscher 56 und der dritte Wäscher 57 sind über Leitungen zum Transport des Abgases bezogen auf eine Strömungsrichtung des Abgases der Brennkammer 12 seriell nachgeordnet.
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Jeder der beiden Wäscher 56, 57 weist in seinem oberen Ende mindestens eine Düse 58 zum Einsprühen von Kühlflüssigkeit, in der Mitte eine Füllkörperschüttung 59 und an seinem unteren Ende einen Sammelbehälter 61 für Kühlflüssigkeit auf. Das Abgas wird jeweils oberhalb des Sammelbehälters 61 und vorzugsweise unterhalb der Füllkörperschüttung 59 in den jeweiligen Wäscher 56, 57 eingeleitet und von unten über die Füllkörperschüttung 59 nach oben bis zu einem oberen Ende des jeweiligen Wäschers 56, 57 geleitet. Die Kühlflüssigkeit wird von oben aus den Düsen 58 über die Füllkörperschüttung 59 nach unten in den Sammelbehälter 61 geführt. Die beiden Wäscher 56, 57 arbeiten daher im Gegenstrom, d. h. sind Gegenstromwäscher. Der erste Wäscher 46 ist vorzugsweise ein Gleichstromwäscher.
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An diese jeweiligen Sammelbehälter 61 des zweiten Wäschers 56 und dritten Wäschers 57 ist vorzugsweise ein Kreislaufsystem 62 zur Zirkulation des Kühlflüssigkeit/Waschflüssigkeit zur Düse 58 angeschlossen. Alle drei Wäscher 46, 56, 57 sind mit getrennten Kreislaufsystemen für Kühlflüssigkeit/Waschflüssigkeit und vorzugsweise mit eigenen Überwachungseinrichtungen für das Niveau der Kühlflüssigkeit/Waschflüssigkeit ausgestattet.
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Die Konzentration von Schadstoffen (insbesondere Halogenkohlenwasserstoff) im Abgas und die Konzentration von Säure nehmen aufgrund der mehrstufigen Wäsche vom ersten Wäscher 46 ausgehend in Richtung letzten Wäscher 57 ab. Mittels eines vorzugsweise eine Leitfähigkeit der Waschflüssigkeit erfassenden Sensors wird die Konzentration von Säure im Kreislaufsystem 49 des ersten Wäschers 46 erfasst. Bei Erreichen eines vorgewählten, insbesondere veränderlich einstellbaren Grenzwerts der Konzentration von Säure wird ein Teilstrom der Waschflüssigkeit beispielsweise am Ort der höchsten Konzentration, insbesondere durch die in Abhängigkeit von der ermittelten Konzentration betätigbare Entnahmeeinrichtung 51, 52 ausgeschleusst. Dieser Teilstrom und ggf. aufgetretene Verdampfungsverluste werden vorzugsweise von der Überwachungseinrichtung für das Niveau der Kühlflüssigkeit/Waschflüssigkeit erfasst und durch Waschflüssigkeit des nachfolgenden, zweiten Wäschers 56 ersetzt. Entsprechend wird die fehlende Waschflüssigkeit des zweiten Wäschers 56 durch Waschflüssigkeit des dritten Wäschers 57 ersetzt. Die fehlende Waschflüssigkeit des letzten, dritten Wäschers 57 wird durch Frischwasser ersetzt.
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Auch in dem zweiten Wäscher 56 und dritten Wäscher 57 erfolgt wie bereits in der Quenche 46 aufgrund von HCL und/oder HF eine Reduzierung, wobei eine Dünnsäure aus der Waschflüssigkeit in Verbindung mit dem Abgas auf Basis einer physikalischen Absorption erzeugt wird.
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Dabei werden überführt
HCl(Gas) → | HCl(Wasser) + Wärme |
HF(Gas) → | HF (Wasser) |
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Von dem letzten Wäscher 57 ausgehend wird über eine weitere Leitung und einem Tropfenabscheider 63 das gereinigte Abgas (Reingas) mittels eines Ventilators 64 zum Transport des Abgases einer Reingasleitung mit Messstrecke zugeführt.
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Die Messstrecke ist vorzugsweise mit mindestens einem Sensor 66 zur Messung der Konzentration des mindesten einen Kältemittels und/oder Treibmittel des gereinigten Abgases und vorzugsweise mit mindestens einem Sensor 67 zur Messung der Menge des mindesten einen Kältemittels und/oder Treibmittel des gereinigten Abgases versehen.
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Von der Messstrecke gelangt das gereinigte Abgas zu einem Kamin 68.
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Der Ventilator 64 ist insbesondere drehzahlgeregelt ausgeführt, vorzugsweise in Abhängigkeit eines Druckes in der Anlage 11. Mit diesem Ventilator 64 wird unter unterschiedlichen Lastbedingungen in der Anlage 11 ein konstanter Unterdruck aufrechterhalten und das gereinigte Abgas der Anlage 11 über den Kamin 68 in die Atmosphäre abzuleiten.
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Zumindest ein Teil (vorzugsweise alle) der Abgas berührenden Teile sind zumindest ab der Quenchzone bis einschließlich letztem Wäscher 57 zumindest teilweise (vorzugsweise vollständig), vorzugsweise aus GFK (Glasfaserverstärkter Kunststoff) gefertigt, wobei eine Auskleidung aus insbesondere PVDF (Polyvinylidenfluorid) vorgesehen sein kann.
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In einer Ausführung erfolgt die Messung der Konzentration des Kohlenwasserstoff aufweisenden Fluids, insbesondere des Kältemittels und/oder Treibmittel mittels mindestens einer photometrischen Einrichtung (Photometer). Beispielsweise ist bei der photometrischen Einrichtung mindestens eine vorzugsweise breitbandige Infrarotstrahlung erzeugende Strahlungsquelle, mindestens eine insbesondere als Küvette ausgebildete Probenzelle und mindestens ein Detektor.
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Die Probenzelle ist mittels Öffnungen und/oder Leitungen mit mindestens einem Probengas (Rohgas oder Reingas) beschickt. Zwischen Probenzelle und Detektor(en) ist beispielsweise mindestens ein Filter angeordnet. Anstelle mindestens eine Filters kann auch eine Modulationseinrichtung beispielsweise in Form eines Prismas oder eine Gitteranordnung angeordnet sein.
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Eine von der Strahlungsquelle ausgehende Strahlung wird durch das sich in der Probenzelle befindliches Probengas geführt. Diese Strahlung wird von dem Probengas entsprechend seiner Stoffzusammensetzung wellenselektiv absorbiert. Ein Ausmaß der Absorption eines bestimmten Wellenlängenbereiches ist ein Maß für die Konzentration eines bestimmten Stoffanteils.
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Sollen mehrere verschiedene Stoffe und/oder Stoffanteile des Probengases ausgewertete werden, muss für diesen Stoffanteil die Absorption eine bestimmten, dem Stoffanteil zugeordneten Wellenlängenbereiches und/oder einer bestimmten Wellenlänge gemessen werden.
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Daher werden im vorliegen Ausführungsbeispiel mehrere Kombinationen von Filter und Detektoren verwendet.
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Vorzugsweise werden die Anteile der Kühlmittel R11 und/oder R12 und/oder R134a und/oder R141b in dem Rohgas und/oder Reingas ermittelt.
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Dazu werden beispielsweise mit einem ersten Photometer mit einem Dreifachdedektor die Kühlmittel R134a und R141b und R12 eines in der Küvette befindlichen Probengas gleichzeitig und/oder unmittelbar hintereinander gemessen. Die drei Detektoren sind dabei auf einer gemeinsamen Platine angeordnet. Mit einem zweiten Photometer werden R11 und R12 erfasst, wobei der Messwert für R12 nur zu einer Kompensation dient. R11 wird ausgewertet und weiterverarbeitet. Zwischen den einzelnen Stoffen und/oder Stoffanteilen bestehen folgende Querempfindlichkeiten:
R141b → R12 17,1% | R134a → R12 0,2% | R11 → R12 1,5% |
R141b → R11 0,4% | R134a → R11 3,7% | R12 → R11 1,6% |
R134a → R141b 59,8% | R12 → R141b 186,1% | R11 → R141b 6,6% |
R141b → R134a 2,9% | R12 → 134a 2,5% | R11 → R134a 0,0% |
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Die Optimierung dieser Querempfindlichkeiten erfolgt z. B. in eine Software durch Korrekturwerke. Insbesondere erfolgt die Korrektur mittels eines Gleichungssystems dritter Ordnung und/oder nichtlineare Korrekturen. Vorzugsweise wird eine zwischen den mindestens zwei Kältemittel und/oder Treibmittel, insbesondere zwischen R11 und/oder R12 und/oder R134a und/oder 141b bestehende Querempfindlichkeit mittels mindestens eines Korrekturwertes korrigiert und/oder optimiert.
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Folgende Restfehler sind nach der Optimierung vorhanden:
System R11 (inkl. R12 Querempfindlichkeitskorrektur)
für Reingas = 2 mg/m3–2 g/m3/Nachweisgrenze 2 mg
für Rohgas = 2 g/m3–100 g/m3/Nachweisgrenze 2 g
System R12, R134a, R141b (inkl. Querempfindlichkeitskorrektur)
für Reingas = 2 mg/m3–2 g/m3/Nachweisgrenze 2 mg für R12 u. R134a
für Reingas = 5 mg/m3–2 g/m3/Nachweisgrenze 5 mg für R141b
für Rohgas = 2 g/m3–100 g/m3/Nachweisgrenze 2 g für R12, R134a, R141b
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Mit diesen die Konzentration der einzelnen Kältemittel und/oder Treibmittel festlegenden Werten, d. h. die Konzentrationswerte von R11, R12, R134a und R141b und der zugehörigen Menge von Fluid, vorzugsweise des Rohgases und/oder Reingases wird die zugehörige Menge von R11, R12, R134a und R141b pro Zeiteinheit ermittelt. Aus der Differenz der in die Anlage 11 eingebrachten Mengen und der die Anlage 11 verlassenden Mengen der Kältemittel und/oder Treibmittel wird ein Wert für die Menge der in der Anlage 11 aufgearbeiteten Kühlmittel für jedes Kältemittel und/oder Treibmittel einzeln und/oder für alle Kältemittel und/oder Treibmittel gemeinsam berechnet. Aus diesem Wert und/oder diesen Werten werden Äquivalente von umweltgefährdeten Stoffen insbesondere CO2 Äquivalente gebildet und/oder zertifiziert. Dieser Wert und/oder diese Werte und/oder diese CO2 Äquivalente werden mit einer eindeutigen, insbesondere anlagenspezifischen Identifikation verknüpft und ggf. online an eine Zertifizierungsstelle und/oder Handelsagentur weitergeleite. Die Menge der in der Anlage 11 aufgearbeiteten Kältemittel und/oder Treibmittel und/oder mindestens ein entsprechendes CO2 Äquivalent werden mit einer anlagenspezifischen Identifikation versehen und/oder zertifiziert.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel werden vorzugsweise vor der Brennkammer 12 jeweils eine Konzentration mindestens von R11, R12, R134a und R141b in dem Kältemittel und/oder Treibmittel aufweisenden Gas und nach der Brennkammer 12 jeweils eine Konzentration mindestens von R11, R12, R134a und R141b in dem Abgas der Brennkammer (12) gemessen.
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Bezugszeichenliste
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- 01
- Anlage
- 02
- Zerkleinerungsvorrichtung
- 03
- Transportvorrichtung
- 04
- Sortiereinrichtung
- 05
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- 06
- Pelletpresse
- 07
- Leitung
- 08
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- 09
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- 10
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- 11
- Anlage
- 12
- Brennkammer
- 13
- Abschnitt (12), horizontal
- 14
- Ausbrandteil (12)
- 15
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- 16
- Zuführung (12), Rohgas
- 17
- Zuführung (12), Öl
- 18
- Zuleitung (12), Druckluft
- 19
- Zuleitung (12), Verbrennungsluft
- 20
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- 21
- Zuleitung (12), Kondensat
- 22
- Brenner (12)
- 23
- Ableitung (12)
- 24
- Notkamin (12)
- 25
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- 26
- Sensor, Konzentration Rohgas
- 27
- Sensor, Menge Rohgas
- 28
- Flammenfilter
- 29
- Ventilator
- 30
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- 31
- Vorratsbehälter
- 32
- Leitung
- 33
- Absperrventil
- 34
- Ventilator (19; 22)
- 35
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- 36
- Drucksensor (34)
- 37
- Gasklappe (19)
- 38
- Gasklappe (22)
- 39
- Sensor
- 40
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- 41
- Sensor
- 42
- Sensor; Temperatur
- 43
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- 44
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- 45
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- 46
- Wäscher, Quenche
- 47
- Düse (46)
- 48
- Sammelbehälter (46)
- 49
- Kreislaufsystem (46)
- 50
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- 51
- Ableitung (49)
- 52
- Entnahmevorrichtung
- 53
- Versorgungssystem
- 54
- Leitung
- 55
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- 56
- Wäscher, zweiter
- 57
- Wäscher, dritter
- 58
- Düse (56; 57)
- 59
- Füllkörperschüttung (56; 57)
- 60
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- 61
- Sammelbehälter (56; 57)
- 62
- Kreislaufsystem
- 63
- Tropfenabscheider
- 64
- Ventilator
- 65
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- 66
- Sensor, Konzentration Abgas
- 67
- Sensor; Menge Abgas
- 68
- Kamin
- 69
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- 70
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- 71
- Erhitzer
- 72
- Pelletkühler
- 73
- Filter
- 74
- Staubrückführung
- 75
-
- 76
- BigBag
- 77
- Pellets
- 78
- Staub
- 79
- Pelletaustrag
- 80
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- 81
- Rohgaskühler (Pelletierung)
- 82
- Wasser
- 83
- Luft, sauber
- 84
- Wassersammelbehälter
- 85
-
- 86
- Rohgas Eintritt Linie I
- 87
- Rohgas Eintritt Linie II
- 88
- Kälteaggregat