DE202010002225U1

DE202010002225U1 - Abluftreinigungssystem zur Elimination insbesondere von Formaldehyd aus einem entsprechend belastetem Abgasstrom einer Biogas-Verbrennungseinrichtung

Info

Publication number: DE202010002225U1
Application number: DE201020002225
Authority: DE
Original assignee: SEVAR ANLAGENTECHNIK GmbH
Current assignee: HAARSLEV INDUSTRIES GMBH, DE
Priority date: 2010-02-11
Filing date: 2010-02-11
Publication date: 2010-05-06
Anticipated expiration: 2020-02-12

Abstract

Abluftreinigungssystem (1) zur Elimination insbesondere von Formaldehyd (CH₂O) aus einem entsprechend belastetem Abgasstrom (A) einer Biogas-Verbrennungseinrichtung (10), bei dem der Abgasstrom (A)
– aus der Biogas-Verbrennungseinrichtung (10) kommend unmittelbar in eine Kammer (21) einer Bandtrocknungsanlage (20) eingeleitet und
– als Prozessluft (P) durch die Bandtrocknungsanlage (20) weitergeleitet und
– am Ende als Trocknerabluft (T) abgezogen wird; wobei die Trocknerabluft (T)
– zumindest über eine erste, als Nasswäscher ausgebildete Gasreinigungsanlage (40) geführt wird, in welcher zumindest in der Trocknerabluft (T) während des Trocknungsprozess entstandenes Ammoniak (NH₃) ausgewaschen wird, sowie
– zumindest über eine zweite, ebenfalls als Nasswäscher ausgebildete Gasreinigungsanlage (50) geführt wird, in welcher in der Trocknerabluft (T) zumindest enthaltendes, aus dem Abgas (A) stammendes Formaldehyd (CH₂O) ausgewaschen wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Abluftreinigungssystem zur Elimination insbesondere von Formaldehyd aus einem entsprechend belastetem Abgasstrom einer Biogas-Verbrennungseinrichtung.
Biogas ist ein brennbares Gas, das durch Vergärung von Biomasse in Biogasanlagen hergestellt und zur Erzeugung von Bioenergie verwendet wird.
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.).

Mit Ausnahme der zuletzt genannten Möglichkeit handelt es sich dabei – abgesehen von Transport- und sonstigen Nebenkosten – um prinzipiell kostenlose Ausgangsstoffe.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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/k Wh 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.).
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.
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 Oxidations-Katalysatoren zum Einsatz, wobei letztere aufgrund der Unreinheit der Motorabgase (insbesondere Schadgase wie Schwefeldioxid (Summenformel SO₂) und Stickoxide (Abkürzung: NO_X)) 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.
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 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.
Es ist bekannt, Bandtrocknungsanlagen indirekt und/oder direkt zu beheizen.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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 durchlauft 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.
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.
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.
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.
In diesem wie auch anderen Fällen kann sich auch bewähren, einer ersten Gasreinigungsanlage eine Brüdenkondensationsanlage vorzuschalten, welche eine weitere Wärmerückgewinnung gestattet.
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.
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.
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.
Dabei kommt es zu folgender chemischer Reaktion des Formaldehyds (CH₂O) in der Trocknerabluft (T) mit dem eingesprühten, wässrigen Wasserstoffperoxid (H₂O₂): HCHO + H₂O₂ ⇒ HCOOH + H₂O
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: HCOOH + KOH ⇒ CHOOK + H₂O
Dabei entstehen Wasser (H₂O) und Kaliumformiat (strukturierte Formel: CHOOK; Summenformel: CHO₂K), welches zusammen mit den getrockneten Einsatzstoffen vorzugsweise als Düngerkomponente verwertet werden kann.
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.
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.
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 Oxidations-Katalysatoren, welche aufgrund von Schadgasen wie Schwefeldioxid (SO₂), Stickoxide (NO_X) und anderer Unreinheiten im Abgase (A) aus der Biogas- bzw. Faulgas-Verbrennungseinrichtung sehr schnell verschleißen und unwirksam werden, verzichtet werden.
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.
Darin zeigen schematisch:
1 das Fließdiagramm eines Abluftreinigungssystems zur Elimination insbesondere von Formaldehyd (CH₂O) aus einem entsprechend belastetem Abgasstrom (A) einer Biogas-Verbrennungseinrichtung, wie diese beispielsweise in unmittelbarer Nachbarschaft einer landwirtschaftlichen Vergärungsanlage errichtet sein kann; und
2 das Fließdiagramm eines Abluftreinigungssystems zur Elimination insbesondere von Formaldehyd (CH₂O) aus einem entsprechend belastetem Abgasstrom (A) einer Faulgas-Verbrennungseinrichtung, wie diese beispielsweise in unmittelbarer Nachbarschaft einer kommunalen Kläranlage errichtet sein kann.
Bei der nachfolgenden Beschreibung zweier bevorzugter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Komponenten.
1 zeigt das Fließdiagramm eines Abluftreinigungssystems 1 zur Elimination insbesondere von Formaldehyd (CH₂O) aus einem entsprechend belastetem Abgasstrom A einer Biogas-Verbrennungseinrichtung 10, wie diese vorzugsweise in unmittelbarer Nachbarschaft einer landwirtschaftlichen Vergärungsanlage errichtet sein kann.
Dabei wird der aus der Biogas-Verbrennungseinrichtung 10 kommende Abgasstrom A unmittelbar, d. h. ohne Zwischenschaltung von in der Biogasbranche derzeit üblichen Formaldehyd (CH₂O) eliminierenden Einrichtungen wie nämlich entweder schnell verschleißende Oxidations-Katalysatoren oder teure TNV-Anlagen, einer Bandtrocknungsanlage 20 zugeführt, in welcher vornehmlich die Gärreste, wie diese für die Erzeugung von Biogas für eine Biogas-Verbrennungseinrichtung 10 unumgänglich sind, getrocknet werden, um beispielsweise als Dünger in der Landwirtschaft genutzt zu werden.
Die der Biogas-Verbrennungseinrichtung 10 zugeordnete Bandtrocknungsanlage 20 kann somit direkt mit dem Abgasstrom A aus der Biogas-Verbrennungseinrichtung 10 beheizt werden (sog. Direktbeheizung). Dabei stellt die Bandtrocknung 20 neben der vornehmlichen Trocknung der Gärreste aus der landwirtschaftlichen Vergärungsanlage auch eine Temperatursenke für das Abgas A der Biogas-Verbrennungseinrichtung 10 dar.
Die Trocknerabluft T, in der das Abgas A aus der Biogas-Verbrennungseinrichtung 10 etwa mit einem Drittel vertreten ist (Mischung aus 2/3 Umgebungsluft (AIR – zugeführt über eine Zuführleitung 70) und 1/3 Abgas) wird bei der Gärrestetrocknung in Ermangelung des Zugriffs auf eine Frischwasserquelle und Brauchwasserentsorgung in ländlichen Gegenden vorzugsweise unmittelbar in eine erste, als Nasswäscher ausgebildete Gasreinigungsanlage 40 geführt, welche mit verdünnter, vorzugsweise 37,5%-iger, Schwefelsäure (H₂SO₄ – zugeführt über eine Zuführleitung 71) in einem geschlossenen Umwälzprozess betrieben wird, wobei gasförmige Schadstoffkomponenten wie vornehmlich Ammoniak (NH₃) aus der Trocknerabluft T ausgewaschen werden.
Über das Abgas A aus der Verbrennungseinrichtung 10 in der Trocknerabluft T zusätzlich vorhandene Schadgase wie Stickoxide (NO_X) und auch Formaldehyd (CH₂O) werden dabei zum Teil schon chemisch gebunden und sind insoweit bereits aus der Abluft A zu einem Anteil entfernt.
2 zeigt das Fließdiagramm eines Abluftreinigungssystems 1 zur Elimination insbesondere von Formaldehyd (CH₂O) aus einem entsprechend belastetem Abgasstrom A einer Faulgas-Verbrennungseinrichtung 10, wie diese beispielsweise in unmittelbarer Nachbarschaft einer kommunalen Kläranlage errichtet sein kann.
Dabei wird der aus der Faulgas-Verbrennungseinrichtung 10 kommende Abgasstrom A wiederum unmittelbar, d. h. ohne Zwischenschaltung von in der Biogasbranche derzeit üblichen Formaldehyd (CH₂O) eliminierenden Einrichtungen wie nämlich entweder schnell verschleißende Oxidations-Katalysatoren oder teure TNV-Anlagen, einer Bandtrocknungsanlage 20 zugeführt, in welcher vornehmlich die Klärschlämme, wie diese für die Erzeugung von Faulgas für eine Faulgas-Verbrennungseinrichtung 10 unumgänglich sind, getrocknet werden, um beispielsweise als Ersatzbrennstoff in industriellen Anlagen wie Zementwerken oder Müllverbrennungsanlagen thermisch genutzt zu werden.
Die der Faulgas-Verbrennungseinrichtung 10 zugeordnete Bandtrocknungsanlage 20 kann somit direkt mit dem Abgasstrom A aus der Faulgas-Verbrennungseinrichtung 10 beheizt werden (sog. Direktbeheizung). Dabei stellt die Bandtrocknung 20 neben der vornehmlichen Trocknung der Klärschlämme aus der kommunalen Kläranlage auch eine Temperatursenke für das Abgas A der Faulgas-Verbrennungseinrichtung 10 dar.
Die Trocknerabluft T, in der das Abgas A aus der Faulgas-Verbrennungseinrichtung 10 etwa mit einem Drittel vertreten ist (Mischung aus 2/3 Umgebungsluft (AIR – zugeführt über die Zuführleitung 70) und 1/3 Abgas) wird bei der Klärschlammtrocknung, benachbart welcher gewöhnlich sich der Zugriff auf Frischwasserquellen und Brauchwasserentsorgung als unproblematisch darstellt, vorzugsweise zunächst über eine Brüdenkondensationsanlage 30 und anschließend über eine erste, als Nasswäscher ausgebildete Gasreinigungsanlage 40 geführt, in welche die Trocknerabluft T mit ca. 60°C nach der Kondensation in der Brüdenkondensationsanlage 30 eintritt. Anders als bei Abluftreinigungssystemen 1 für beispielsweise ländliche Biogas-Verbrennungseinrichtungen 10 kann die erste Gasreinigungsanlage 40 eines Abluftreinigungssystems 1 für kommunale Faulgas-Verbrennungseinrichtungen ohne Zusatz an Chemikalien nur mit Wasser, welches über eine Zuführleitung 72 zugeführt und über eine Abführleitung 73 abgeführt, in einem offenen Durchlaufprozess betrieben werden, wobei gasförmige Schadstoffkomponenten wie vornehmlich Ammoniak (NH₃), aber auch die bei der Klärschlammtrocknung typischen Staubanteile in der Trocknerabluft T ausgewaschen werden.
Über das Abgas A aus der Verbrennungseinrichtung 10 in der Trocknerabluft T zusätzlich vorhandene Schadgase wie Stickoxide (NO_X) und Schwefeldioxid (SO₂) sowie auch Formaldehyd (CH₂O) gehen dabei in die wässrige Lösung über und sind insoweit bereits aus der Abluft A zu einem Anteil entfernt.
Zur fast vollständigen Elimination vornehmlich des Formaldehyds (CH₂O) aus der Trocknerabluft T sehen beide in 1 und 2 beschriebenen Abluftreinigungssysteme 1 vor, die Trocknerabluft T nach der ersten als Nasswäscher ausgebildeten Gasreinigungsanlage 40 einer zweite, ebenfalls als Nasswäscher ausgebildeten Gasreinigungsanlage 50 zuzuführen, welche mit in Wasser gelöstem Kaliumhydroxid (KOH – zugeführt über eine Zuführleitung 75) oder trivialer ausgedrückt mit verdünnter Kalilauge auf dem Wäscherboden 61 und mit verdünnter Wasserstoffperoxidlösung (H₂O₂) im Abluftstrom T in einem Umwälzprozess betrieben wird.
Die Wasserstoffperoxidlösung (H₂O₂) kann über ein in der Gasreinigungsanlage 50 angeordnetes Verteilersystem 64 in den Abluftstrom T eingeleitet werden. Es hat sich jedoch gezeigt, dass weit bessere Reaktionsergebnisse erzielbar sind, wenn in Wasser gelöstes Wasserstoffperoxid (H₂O₂) dergestalt in den Trockner-Abluftstrom T zwischen der ersten 40 und der zweiten 50 Gasreinigungsanlage über ein Zuführmittel bzw. eine Zuführleitung 74 eingeleitet wird, 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 50 erreicht.
Sowohl die erste 40 wie auch die zweite 50 als Nasswäscher ausgebildete Gasreinigungsanlage arbeiten vorzugsweise nach dem Gegenstromprinzip. Dabei wir die zu reinigende Abluft T in das Unterteil der Kolonne 62 des Wäschers 40, 50 geblasen und gleichzeitig von oben über ein Verteilersystem 64 mit dem jeweils angegebenen Waschmittel besprüht. Der Austausch von Abluft T und Waschmittel geschieht auf etwa in der Mitte der Kolonne 62 angeordnete Füllkörper 63. So wird eine spezifische Oberfläche an der Phasengrenze sowie eine effiziente Absorption erreicht.
Soweit chemische Substanzen als Waschmittel Verwendung finden wird entweder dieses mittels einer Umwälzpumpe 65 durch eine Umwälzleitung 76 in das Verteilersystem 64 gepumpt und gelangt über die Füllkörper 63 zurück in einen Vorlagebehälter 66.
Soweit lediglich Wasser als Waschmittel Verwendung findet wird dieses stetig frisch dem Verteilersystem 64 zugeführt und aus dem Vorlagebehälter 66 in einen Kläranlagenzulauf gepumpt.
Sämtliche Prozesse können automatisch gesteuert sein und so die sofortige Reaktion auf Spitzenbelastungen der Abluft T reagieren. Insgesamt können mit den beiden Gasreinigungsanlagen 40 und 50 fast vollständige Absorptionsgrade zwischen 98% und 99% der eingetragenen Substanzen erreicht werden.
Soweit der Standort eines Abluftreinigungssystems 1 nach der Erfindung zusätzlich geruchsneutral ausfallen soll hat sich schließlich bewährt, die Trocknerabluft T nach dem Durchtritt durch die zweite Gasreinigungsanlage 50 noch durch eine Biofilteranlage 80 zu führen, in dem noch in der Trocknerabluft T vorhandene Geruchsstoffe wie nachfolgend beschrieben neutralisiert werden: Dabei wird zur Vorbehandlung die zu reinigende Abluft T zunächst befeuchtet und in die unterste Schicht der Füllung 81 der Biofilteranlage 80 geblasen. Der dortige inerte Stoff gewährleistet einerseits eine ideale Luftverteilung über die Filterfläche und andererseits die Bildung gleichmäßiger aerober Bedingungen. Die zu reinigende Abluft T wird danach durch ein biologisch aktives Medium 82 geleitet, das aus Rinde, aktivem Kompost und anderen Inhaltsstoffen besteht, die für den speziellen Einsatzbereich ausgewährt werden. Ziel dieses biologischen Filters ist, Partikel und Aerosole zurückzuhalten, während die biologisch aktiven Substanzen in der Luft adsorbiert und absorbiert werden, so dass vornehmlich Reinluft R die Biofil teranlage 80 verlässt. Die darin zurückgehaltenen, geruchsbeladenen Stoffe werden biologisch in Kohlendioxid (CO₂) und Wasser (H₂O) umgewandelt.
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.
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 (NO_X) und anderer Unreinheiten im Abgase A aus der Biogas- bzw. Faulgas-Verbrennungseinrichtung sehr schnell verschleißen und unwirksam werden, verzichten zu können.
Gleichzeitig erhält er eine äußerst wirtschaftliche Lösung seines Emissionsproblems, da die bekannte Abluftwäsche 40 zur Eliminierung von Ammoniak (NH₃) ohnehin fester Lieferbestandteil einer jeden Bandtrocknungsanlage 20 ist und die Erweiterung neuer oder die Nachrüstung bereits bestehender Trocknungsanlagen 20 mit einer erfindungsgemäßen zweiten Gasreinigungsstufe 50 zur gezielten Elimination des Formaldehyds (CH₂O) aus dem Abgas A einer Biogas-Verbrennungseinrichtung 10 nach dessen Nutzung als Prozessluft P in der Bandtrocknungsanlage 20 im Verhältnis zum erzielten Ergebnis ohnehin wirtschaftlich und mit dem Luftreinhaltebonus sehr günstig ausfällt.
Mit einer zweiten, vorzugsweise aus korrosionsbeständigen Kunststoffkomponenten gefertigten, Gasreinigungsanlage 50 ausgestattete Abluftreinigungssysteme 1 zur Elimination insbesondere von Formaldehyd (CH₂O) aus einem entsprechend belastetem Abgasstrom A eines Biogas-Verbrennungsmotors 10 zeichnen sich zudem vorteilhaft durch eine lange Lebensdauer und hohen Betriebssicherheit aus.
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.
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 1 mit der vorliegenden Erfindung bereitgestellt ist.

1: Abluftreinigungssystem zur Elimination insbesondere von Formaldehyd aus einem entsprechend belastetem Abgasstrom A einer Biogas- bzw. Faulgas-Verbrennungseinrichtung 10
10: Biogas- bzw. Faulgas-Verbrennungseinrichtung
20: Bandtrocknungsanlage
21: Abgasmischkammer oder erste Trocknungskammer
30: Brüdenkondensationsanlage
40: erste, als Nasswäscher ausgebildete Gasreinigungsanlage
50: zweite, als Nasswäscher ausgebildete Gasreinigungsanlage
61: Wäscherboden der Gasreinigungsanlagen 40 bzw. 50
62: Kolonne der Gasreinigungsanlagen 40 bzw. 50
63: Füllkörper der Gasreinigungsanlagen 40 bzw. 50
64: Verteilersystem der Gasreinigungsanlagen 40 bzw. 50
65: Umwälzpumpe der Gasreinigungsanlagen 40 bzw. 50
66: Vorlagebehälter der Gasreinigungsanlagen 40 bzw. 50
70: Zuführleitung für Luft (AIR) als Prozessluftbestandteil
71: Zuführleitung für Schwefelsäure (H₂SO₄) als Waschmittel
72: Zuführleitung für Wasser (H₂O) als Waschmittel
73: Abführleitung von mit Schadstoffen belastetem Wasser (H₂O)
74: Zuführmittel bzw. -leitung für Wasserstoffperoxid (H₂O₂) als Waschmittel
75: Zuführleitung für gelöstes Kaliumhydroxid (KOH) als Waschmittel
76: Umwälzleitung
80: Biofilteranlage
81: aus inerten Stoffen gebildete unterste Schicht der Filterfüllung
82: biologisch aktive Schicht der Filterfüllung
A: Abgas, Abgasstrom der Biogas- bzw. Faulgas-Verbrennungseinrichtung 10
P: Prozessluft für den Durchlauf in der Bandtrocknungsanlage 20
T: Trocknerabluft, Abluftstrom aus der Bandtrocknungsanlage 20
R: Reingas
AIR: Luft, Umgebungsluft

Claims

Abluftreinigungssystem (1) zur Elimination insbesondere von Formaldehyd (CH₂O) aus einem entsprechend belastetem Abgasstrom (A) einer Biogas-Verbrennungseinrichtung (10), bei dem der Abgasstrom (A) – aus der Biogas-Verbrennungseinrichtung (10) kommend unmittelbar in eine Kammer (21) einer Bandtrocknungsanlage (20) eingeleitet und – als Prozessluft (P) durch die Bandtrocknungsanlage (20) weitergeleitet und – am Ende als Trocknerabluft (T) abgezogen wird; wobei die Trocknerabluft (T) – zumindest über eine erste, als Nasswäscher ausgebildete Gasreinigungsanlage (40) geführt wird, in welcher zumindest in der Trocknerabluft (T) während des Trocknungsprozess entstandenes Ammoniak (NH₃) ausgewaschen wird, sowie – zumindest über eine zweite, ebenfalls als Nasswäscher ausgebildete Gasreinigungsanlage (50) geführt wird, in welcher in der Trocknerabluft (T) zumindest enthaltendes, aus dem Abgas (A) stammendes Formaldehyd (CH₂O) ausgewaschen wird.
Abluftreinigungssystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die eine Kammer (21) der Bandtrocknungsanlage (20) eine erste Trockenkammer und/oder eine Abgasmischkammer zum Mischen der Prozessluft (P) aus dem Abgas (A) und einer, vorzugsweise vorgewärmten, Luft (AIR) ist.
Abluftreinigungssystem (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozessluft (P) in der Bandtrocknungsanlage (20) aus etwa 33,33% Abgas (A) und etwa 66,66% Luft (AIR) besteht.
Abluftreinigungssystem (1) nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Gasreinigungsanlage (40) mit Wasser, vorzugsweise in einem Durchlaufverfahren, betrieben wird.
Abluftreinigungssystem (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der ersten Gasreinigungsvorrichtung (40) eine Brüdenkondensationsanlage (30) vorgeschaltet ist.
Abluftreinigungssystem (1) nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Gasreinigungsanlage (40) mit verdünnter, beispielsweise 37,5%-iger, Schwefelsäure (H₂SO₄), vorzugsweise in einem Umwälzverfahren, betrieben wird.
Abluftreinigungssystem (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Gasreinigungsanlage (50) mit verdünnter Wasserstoffperoxidlösung (H₂O₂) im Abluftstrom (T) betrieben wird.
Abluftreinigungssystem (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der ersten (40) und der zweiten (50) Gasreinigungsanlage Mittel (74) zum Zuführen von in Wasser gelöstem Wasserstoffperoxid (H₂O₂) in den Trockner-Abluftstrom (T) vorgesehen sind vorzugsweise dergestalt, 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 (50) erreicht.
Abluftreinigungssystem (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Gasreinigungsanlage (50) mit verdünnter Kalilauge, also gelöstem Kaliumhydroxid (KOH), auf dem Wäscherboden (61) betrieben wird.
Abluftreinigungssystem (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweiten, vorzugsweise in einem Umwälzverfahren betriebenen, Gasreinigungsanlage (50) eine Biofilteranlage (80) nachgeordnet ist.