Abluftreinigung bei Silikonbeschichtung

Bei der Herstellung von Silikontrennpapieren im sogenannten Lösemittelverfahren wird in Lösemittel gelöstes Silikon auf eine Papierbahn aufgebracht. Anschließend werden die Lösemittel in Heißluft-Trocknern verdampft und das Silikon vernetzt bzw. härtet aus. Neben dem Produkt fällt somit eine lösemittelhaltige Abluft, im weiteren Rohgas genannt, an.

In Hinblick auf das Rohgas ist es aus ökonomischen und ökologischen Gründen  notwendig, über eine Wertstoffrückgewinnung oder eine sinnvolle energetische Verwertung nachzudenken. Einerseits könnten damit die Kosten für den notwendigen Lösemitteleinsatz so weit wie möglich reduziert werden, andererseits sollte die Schonung unserer Umwelt ein Anliegen für uns alle sein. Natürlich sind auch die gesetzlichen Auflagen zum Immissionsschutz zu beachten.

Abluftreinigung bei lösemittelhaltiger Abluft bedeutet meist die Oxidation der Schadstoffe. Ein besonderes Problem für die Abluftreinigung beim Löse-mittelverfahren stellen die im Rohgas enthaltenen Silikonverbindungen dar. Bei
ihrer vollständigen Oxidation entsteht ein feiner Staub aus Siliziumoxid (Quarzsand), der sich auf allen Komponenten der Abluftreinigungsanlage niederschlägt und somit mittelfristig zu Kosten durch höheren Brennstoffeinsatz für die Stützfeuerung führt (siehe auch Abbildung 1).

Abbildung 1: Niederschlag von Siliziumoxid-Staub auf Rohren

Um für diesen Anwendungsfall eine geeignete Form der Abluftnutzung bzw. –reinigung zu finden, können u.a. folgende Varianten betrachtet werden:

·          Lösemittel-Rückgewinnung:

Aus technischer Sicht ist es kein Problem, die Lösemittel aus dem Rohgas zurückzugewinnen. Leider ist es jedoch zur Zeit mit vertretbarem Aufwand nicht möglich, das Lösemittelgemisch mit Silikonspuren, so sortenrein zu trennen, dass eine Wiederverwendung im Produktionsprozeß möglich ist. Durch diese spezielle Zusammensetzung des Lösemittelgemisches scheiden weitere Verwendungen bis auf die thermische Verwertung weitgehend aus.

·          Kraft-Wärme-Kopplung:

      Eine Verbrennung der Trockner-Abluft bzw. des Lösemittelgemisches in einem Blockheizkraftwerk scheidet aus. Durch den entstehenden Siliziumoxidstaub kommt es hier zu raschem Verschleiß.

·          Katalytische Abluftreinigung:

DurDurch den Einsatz geeigneter Katalysatoren ergeben sich bei der Oxidation von flüchtigen organischen Verbindungen gegenüber der thermischen Nachverbrennung (TNV) grundsätzlich einige Vorteile. So reduziert sich z.B. der Einsatz von zusätzlichem Brennstoff bei der katalytischen Nachverbrennung (KNV) gegenüber der TNV, und damit natürlich auch die Kohlendioxid-Emissionen, deutlich.

Die in einer KNV-Anlage verwendeten Katalysatoren werden jedoch durch die im Rohgas enthaltenen Silikonverbindungen deaktiviert, so daß eine ökonomisch vertretbare Standzeit der Katalysatoren nicht erreicht wird.

·          Standardtechnologie zur thermischen Abluftreinigung:

·     Die Staubbildung bei der Verbrennung der Silikone erschwert den Einsatz von Standardtechnologie wie z.B. integrierten TNV-Anlagen. Die Ablagerung von Siliziumstaub verschlechtert hier kontinuierlich die Vorwärmung der Abluft und führt somit zu einer konstanten Erhöhung der Kosten für die Abluftreinigung. Notwendige Reinigungsarbeiten sind beim Einsatz von integrierten TNV-Anlagen aufwendig und somit kostenintensiv.

Ausgehend von diesen Grundüberlegungen beauftragte die AssiDomän Inncoat GmbH, ein weltweit führender Hersteller von Silikontrennpapieren, die REINLUFT RELOX GmbH, zwei thermische Nachverbrennungsanlagen zu liefern.

Zur Lösung der vorab dargestellten Problematiken wurde von REINLUFT RELOX folgendes Konzept realisiert:

·     Die Reinigung der Trockner-Abluft (Rohgas) erfolgt in einer modular aufgebauten TNV. Hier sind Brennkammer und ein vorgeschalteter Luft-Luft-Wärmetauscher (Rohgasvorwärmer) als jeweils eigene Einheiten aufgebaut.

·     Am Rohgasvorwärmer, einem mehrzügigen Rohrbündel-Wärmetauscher, sind insgesamt sechs große Reinigungsöffnungen (mit Isolierboxen) vorgesehen. Die Rohrbündel sind somit ohne großen Aufwand gut zugänglich und können gereinigt werden.

·     Zur Abwärmenutzung ist hinter der TNV ein Rauchrohrdampfkessel mit Speisewasser-Economiser vorgesehen. Der hier erzeugte Dampf wird in das bereits vorhandene Dampfnetz eingespeist.

Der prinzipielle Aufbau der Anlagen ist in Abbildung 2 dargestellt:

Beide Anlagen sind inzwischen im Freien aufgestellt und in Betrieb genommen worden. Die erste Anlage wird seit August 1998 und die zweite Anlage seit April 1999 betrieben, so daß erste praktische Erfahrungen vorliegen (siehe auch Abbildung 3).

 Abluftreinigung

Die Kombination aus Brennkammer und Rohgasvorwärmer mit den zugehörigen Komponenten ist für die Reinigung des Rohgases verantwortlich und ist zur Erfüllung der gesetzlichen Normen zum Immissionsschutz notwendig.

Emissionsmessungen durch die TÜV Ecoplan Umwelt GmbH belegen, daß durch die neue TNV-Anlagen die Begrenzungen der Schadstoff-Emissionen klar unterschritten werden. So wurden folgende Schadstoff-Konzentrationen im Reingas festgestellt:

Die Emissionsmessungen haben bestätigt, daß die Brennkammertemperatur bei den neuen TNV-Anlagen auf 710°C eingestellt werden kann. Gegenüber der allgemein üblichen Brennkammertemperatur von ca. 750°C ergibt sich somit eine Reduzierung der Kosten für zusätzlichen Brennstoff.

Durch einen Bypass-Kamin zwischen der TNV-Anlage und der Abwärmenutzung kann die TNV auch dann betrieben werden, wenn keine Dampfabnahme erfolgt. Somit ist auf jeden Fall sichergestellt, dass die gesetzlichen Anforderungen zur Luftreinhaltung auch bei Stillstandzeiten des Abhitzekessels eingehalten werden.

Die Reinigung des Rohgasvorwärmers hat sich in der Praxis als unproblematisch dargestellt: Durch die Reinigungsöffnungen sind die Rohrbündel gut zugänglich. Somit kann der Siliziumoxidstaub z.B. nass von den Rohren gewaschen werden.

Abwärmenutzung

Bei der Oxidation in der Abluftreinigungsanlage wird ein Teil der Energie, die in den chemischen Bindungen der Lösemittel gebunden ist, in Wärmeenergie umgewandelt. Dies bedeutet, dass die Abluft durch die Reaktionen in der Brennkammer erwärmt wird. Die Nutzung dieser Temperaturerhöhung erfolgt jetzt in zwei Schritten:

1.                 Im Rohgasvorwärmer wird das Rohgas durch die Wärme der gereinigten Abluft (Reingas) vorgewärmt.

2.                 In einem zweiten Schritt wird die Restwärme des Reingases zur Erzeugung von Sattdampf genutzt. Dieser Dampf wird in das bereits bestehende Dampfnetz eingespeist, so dass der produktionsbedingte Dampfbedarf des Werks zu großen Teilen auf diese Weise gedeckt werden kann.

Bislang wurde der Dampfbedarf des Werks ausschließlich durch zusätzliche direktgefeuerte Dampfkessel gedeckt. Mit dem Aufbau des Rauchrohrdampf-kessels zur Nutzung der Abwärme ändert sich diese Situation grundlegend. Allein die durch nur einen einzelnen Rauchrohrdampfkessel erzeugte Dampfmenge ist deutlich größer als der Dampfbedarf der zugehörigen Produktionslinie.

Mit diesem Konzept der Abwärmenutzung können zwar nicht die Kosten für den Lösemitteleinsatz reduziert werden, jedoch können die Ausgaben für eine separate Dampferzeugung verringert werden.

 Dipl.-Ing. (FH) Robert Gottschalk

REINLUFT RELOX GmbH

Technologiepark Universität Bremen