Kryokondensation
Ethanol_und_Propanol_Fläschchen

Kohlenwasserstoffe sind bei vielen Reaktionen in der Chemie- und Pharmaproduktion als auch bei manchen Recyclingprozessen ein wesentlicher Bestandteil. Diese Stoffe aus dem Abluftstrom wieder zu entfernen, stellt die Betreiber sehr oft vor große Herausforderungen. Besonders wichtig hierbei ist die Einhaltung der “Technischen Anleitung zur Reinhaltung der Luft”, auch TA-Luft genannt.

Hier setzt die kryogene Abluftreinigung von Air Liquide an, um unter anderem flüchtige organische Verbindungen (VOC = volatile organic compounds) aus dem Rohgas zu entfernen. Die Kryokondensation kommt üblicherweise für Volumenströme zwischen 30 und 1.000 m3/h zum Einsatz. Die Behandlung eines größeren Abluftstroms ist ebenfalls machbar, muss aber kundenspezifisch geprüft werden.

So funktioniert die kryogene Abluftreinigung

Prinzip der Cyro-Kondensation

Die Technologie der kryogenen Abluftreinigung basiert auf der Verwendung von tiefkaltem flüssigen Stickstoff (Siedepunkt -196°C) als Kältequelle. Während des Prozesses verdampft dieser und kühlt indirekt das zu reinigende Rohgas soweit ab, dass die gesetzlichen vorgeschriebenen Grenzwerte zuverlässig eingehalten werden.

Durch Abkühlung des Abluftstroms wird der Taupunkt der Lösemittel unterschritten, sodass diese vom gasförmigen in den flüssigen Zustand übergehen. Für manche Stoffe ist gar die Unterschreitung des Gefrierpunktes notwendig, um die TA-Luft einzuhalten. Auch dies ist durch das intelligente Anlagendesign selbst für 24/7 Prozesse möglich.

Volatile Organic Compounds (VOC) als flüssiges Kondensat

Leicht flüchtige organische Verbindungen im Abluftstrom liegen nach dem Prozess als flüssiges Kondensat vor. Sie können entweder in den Produktionsprozess zurückgeführt, aufgereinigt oder entsorgt werden. Das Kryokondensations-Verfahren von Air Liquide wird in der Regel zum Abscheiden von verschiedensten Kohlenwasserstoffen eingesetzt, die als Verunreinigung in einem Bulk-Strom aus Stickstoff oder Luft gemischt sind. 

In der Praxis kommen aber auch Teilkomponenten der Anlage zur Kondensation von Boil off Gas (BOG) zur Anwendung, beispielsweise an Tankanlagen. Dies geschieht, um einen Überdruck im Tank zu vermeiden, Füllprozesse ohne Pendelleitung zu ermöglichen oder einfach nur Geruchsbelästigung zu vermeiden.

Zuverlässige und effiziente Reinigung – selbst bei schwankendem oder hoch beladenem Abluftstrom

Kryo-Kondensationsanlage

Die Kryogene Abluftreinigung reagiert gegenüber den am Markt etablierten Technologien sehr gut auf Schwankungen in Beladung und Volumenstrom.

Bei volatilen Abluftströmen wird verfahrenstechnisch darauf geachtet, dass die Anlage stets hinreichend kalt gehalten wird. Dafür wird druckgesteuert die notwendige Menge Gas im Kreis gefahren. Eine zuverlässige Abluftreinigung ist so auch bei stark schwankenden Abluftströmen möglich, da die Anlage umgehend auf die veränderten Bedingungen reagiert.

Bei hoch beladenen Abluftströmen liegt die Problematik konventioneller Technologien, wie der thermischen Nachverbrennung, in der „Unteren Explosionsgrenze“ (UEG). Diese stellt für die Kryogene Abluftreinigung kein Problem dar: Die UEG wird nicht erreicht, da das Gas stets entlang der spezifischen Sättigungslinie abgekühlt wird – so dass keine kritische Restkonzentration entstehen kann. Zudem enthält die Anlage keinerlei Zündquellen.

Flüssiger Stickstoff als Schlüssel zur Energieeffizienz

LIN Speicherbehälter

Die besonders hohe Energieeffizienz der Kryokondensationstechnologie kommt aufgrund der Reduktion des Stickstoffverbrauchs zustande. Dazu trägt die standardmäßige Nutzung eines Rekuperations-Wärmetauschers bei, der das zirkulierende Kreisgas effizient kühlt. Das reduziert den Verbrauch an flüssigem Stickstoff deutlich. Ein Indikator für die besonders hohe Energieeffizienz: Der verdampfte Stickstoff und das Reingas haben beim Verlassen der Anlage nahezu die gleiche Temperatur wie das eintretende Rohgas.

Zudem kommt während des Prozesses der flüssige Stickstoff zu keiner Zeit mit den leicht flüchtigen Verbindungen (VOC) oder Lösemitteln in Kontakt. Der nicht kontaminierte Stickstoff kann weiterverwendet werden – zum Beispiel zur Inertisierung oder durch Einleitung ins Werksnetz. Das minimiert die Betriebskosten. Die Folge ist eine außergewöhnlich hohe Energieeffizienz und geringe Betriebskosten (OPEX).
 

Mit Kreisgas gegen Aerosolbildung bei der kryogenen Abluftreinigung

Prozessdiagramm Anlage zur Kryokondensation

Der als Kältequelle genutzte flüssige Stickstoff wird nicht direkt zur Kühlung in der Kryokondensationsanlage eingesetzt. Dies hätte eine starke, nachteilige Aerosolbildung zur Folge, was wiederum eine zuverlässige Einhaltung von Grenzwerten schwierig gestalten würde. Um die unerwünschte Aerosolbildung wirkungsvoll zu vermeiden, ist prozesstechnisch ein Zwischenschritt eingefügt. 

Mithilfe des flüssigen Stickstoffs wird ein zirkulierender Strom, das Kreislaufgas, aus gasförmigem Stickstoff gekühlt. Durch dieses Vorgehen lässt sich eine produktspezifische Temperatur zur Kondensation präzise einstellen und somit die Aerosolbildung vermeiden. Verfahrenstechnisch gelingt das durch ein Gebläse (Cycle Gas Blower), welches das Kreisgas fördert. In diesen Kreislauf integriert sind drei Wärmetauscher.

Schnell und einfach installiert: Kryogene Abluftreinigungsanlage als “Package-Unit-System”

Die Integration der kryogenen Abluftreinigungsanlage kann individuell an Kunden- und Prozessanforderungen angepasst werden. Die kryogene Abluftreinigungsanlage wird in der Regel als sogenanntes “Package-Unit System” gebaut. Das bedeutet: Die Anlage wird fertig verrohrt und angeschlossen auf einem soliden Rahmengestell (Skid) geliefert. Alle notwendigen Apparate und Wärmetauscher befinden sich innerhalb dieses Gestells. Die einzelnen Komponenten sind mit einer speziell für kryogene Anlagen ausgelegten Isolierung versehen. Vor Ort wird die Anlage nur noch in den Kundenprozess integriert. Diese Plug-and-Play-Lösung reduziert den Arbeitsaufwand bei der Implementierung erheblich. Falls aus Platzgründen erforderlich, kann die Anlage aber auch individuell passend für die räumlichen Gegebenheiten geplant und gebaut werden.

Services rund um die Abluftreinigung

Die Air Liquide Experten für Abluftreinigung beraten Sie gerne ausführlich über die verschiedenen Möglichkeiten der kryogenen Abluftreinigung. Da der Einsatz in der Praxis die Leistungsfähigkeit des Verfahrens am eindrucksvollsten demonstriert, stehen mobile Demonstrationsanlagen zur Verfügung. Diese können bei Bedarf direkt im Kundenprozess eingesetzt werden, um die notwendigen verfahrenstechnischen Parameter zur individuellen Anlagenauslegung zu bestimmen.

Unser weiteres Serviceangebot:

  • Beratung und Konzepterstellung
  • Basic- und Detailengineering
  • Projektmanagement
  • Inbetriebnahme und Schulung
  • After Sales Betreuung

Die kryogene Abluftreinigung kann für Volumenströme zwischen 30 und 1.000 m3/h eingesetzt werden. Größere Volumenströme müssen kundenspezifisch geprüft werden. Das Verfahren ist für nahezu alle Konzentrationen von leicht flüchtigen organischen Verbindungen (VOC) geeignet. Die zuverlässige Abluftreinigung vermeidet, dass die Produktion in Chemie- und Pharmabetrieben gedrosselt werden muss. Der eingesetzte Stickstoff kann doppelt genutzt werden und macht das Verfahren auch in wirtschaftlicher Hinsicht überaus attraktiv. Der Prozess ist sehr zuverlässig und lässt sich präzise regeln. Auf diese Weise können die Anforderungen der TA-Luft eingehalten werden. Die Anlagen werden in der Regel als “Package-Unit-System” gebaut und sind dadurch sehr schnell integrierbar.

Vorteile auf einen Blick:

  • Problemlose Einhaltung der TA-Luft
  • Hohe Rückgewinnungsraten
  • Vermeiden von Produktions-Drosselungen durch zuverlässige Abluftreinigung 
  • Extrem flexibel bezüglich Volumenstrom und Abgaszusammensetzung
  • Keine neuen Abfallstoffe
  • Niedrige Investitionskosten
  • Geringe Betriebskosten durch Doppelnutzung des eingesetzten Stickstoffs
  • Sehr hohe Betriebssicherheit und Verfügbarkeit (keine beweglichen Teile)
  • Kaum Wartung erforderlich
  • Geringer Montageaufwand vor Ort durch Package-Unit-System
  • Individuell an Kunden- und Prozessanforderungen anpassbar

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