Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Entwicklungszielstellung ist ein Impulskorona-Plasmareaktor zur Reinigung niedrig belasteter Abluftstr\u00f6me von Kohlenwasserstoffen (KW) bzw. chlorierten Kohlenwasserstoffen (CKW). Dazu geh\u00f6rt die Entwicklung einer energie-effizienten nichtthermischen Plasmaeinigungstechnologie und ihre Erprobung unter industrienahen Bedingungen. Ausgangspunkt waren infolge physikalisch-technischer Ursachen und\/oder \u00f6konomischer Gr\u00fcnde durch Filter (Glasfaser-, Aktivkohle- oder z.B. auch B
\nBiofilter) nicht ausreichend reduzierbare Restkohlenwasserstoffe in industriellen Abluftstr\u00f6men.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenIn der I. Projektphase wurde im Labor der Abbau verschiedener KW in synthetischer Abluft bei reiner Behandlung in einem nichttermischen Atmosph\u00e4rendruckplasma untersucht (energetischer Aufwand, Umwandlung der KW zu CO2\/CO, Nebenprodukte). Parallel dazu erfolgte die Entwicklung eines 1 kW Impulskorona-Plasmareaktors. Die Gasanalytik basierte auf Photoionisationsdetektoren (PID) und FTIR-Absorption; es wurden Methoden zur Bewertung der Plasmen f\u00fcr den Schadstoffabbau erkundet.
\nEine Vielzahl kommerzieller Katalysatoren wurde bez\u00fcglich ihrer Eignung f\u00fcr eine Niedrigtemperatur-Katalyse getestet. Bei einem ersten Praxistest in Potsdam-Babelsberg wurde an einer Grundwassersanierungsanlage die Minderung von Vinylchlorid (VC) in einem Stripperabluft-Teilstrom bei reiner Plasmabehandlung untersucht. Die Gasanalytik erfolgte off line durch GC und GC-MS. Ein Plasma-reaktor zum Abbau chlorierter Ethene wurde unter Laborbedingungen einer Analyse bez\u00fcglich der Bildung von PCDD, PAK und PCB unterzogen.
\nIn der II. Projektphase wurde der Impulskreis des Plasmareaktors f\u00fcr Leistungen bis 2,5 kW weiterentwickelt, die Steuerung und Regelung wurden verbessert und die thermische Stabilit\u00e4t des Systems wurde erh\u00f6ht. Bei einem 2. Praxistest wurde die plasmakatalytische Reinigung eines Stripperabluft-Teilstroms an einer Grundwassersanierungsanlage in Berlin-Steglitz untersucht. Die Rohluft enthielt ein KW-Gemisch mit den Hauptkomponenten VC, Dichlorethen, Benzen, Toluen, Ethylbenzen und Xylen. Zur on line Kontrolle sowohl der totalen KW-Belastung als auch der einzelnen Bestandteile wurde eine PID-GC-PID-Proze\u00dfme\u00dftechnik erprobt. Die Erkundung zweckm\u00e4\u00dfiger technologischer Parameter erfolgte an synthetischen Abluftgemischen im Labor.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
W\u00e4hrend des Projekts wurden infolge wachsenden Erkenntnisstands bei Beibehaltung des Gesamtziels die abgeleiteten Teilziele mehrfach modifiziert. Ein einfacher Soll-Ist-Vergleich ist deshalb nicht m\u00f6glich. <\/p>\n
Es wurde ein 2,5 kW Impulskorona-Plasmareaktor entwickelt; der Reaktor ist sehr robust, unempfindlich gegen\u00fcber Wasserdampf, Kondenswasser und aerosolhaltiger Abluft. Die nichtthermische Entladung ist bei Plasmaleistungen pro Volumenstrom bis 15 Wh\/m\u00b3 stabil. <\/p>\n
Es wurde eine Reinigungstechnologie f\u00fcr schwach belastete (< 500 mg\/m\u00b3), KW-haltige Abluftstr\u00f6me entwickelt, die auf einer plasmagest\u00fctzten Niedrigtemperatur-Oxidationskatalyse beruht. Die daf\u00fcr erforderliche \u00e4quivalente Katalysatortemperatur betr\u00e4gt je nach Anwendungsfall maximal 150 \u00b0C. \n\nDie in einem Stripperabluft-Teilstrom von 4 m\u00b3\/h der FWS-Grundwassersanierungsanlage in Potsdam-Babelsberg enthaltenen CKW-Bestandteile Vinylchlorid und Dichlorethen (DCE) konnten durch Plasmabehandlung zu nahezu 100 % (VC) bzw. zu 80...90 % (Cis-DCE) abgebaut werden. Der daf\u00fcr erforderliche energetische Aufwand entsprach den im Labor gefundenen Wert von 20 Wh\/m\u00b3. Die Untersuchung eines Laborreaktors bez\u00fcglich der Bildung von polychlorierten Dibenzodioxinen (PCDD), polychlorierten Biphenylen (PCB) sowie polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen (PAK) ergab keine Hinweise auf die Synthese dieser Stoffe bei der Plasmabehandlung von VC-DCE-haltiger Abluft. \n\nDie in einem Stripperabluft-Teilstrom von 60 m\u00b3\/h der FWS-Grundwassersanierungsanlage in Berlin-Steglitz enthaltenen organischen Hauptkomponenten VC, Cis-DCE, Benzen, Toluen, Ethylbenzen und Xylen wurden im Verlaufe mehrerer Monate plasmakatalytisch behandelt. Dabei wurden alle organischen Abluftkomponenten mittels einer PID-GC-PID-Proze\u00dfme\u00dftechnik on line \u00fcberwacht. Die gemessenen Reingaswerte er\u00fcllen die Forderungen der TA-Luft. F\u00fcr die Reinigung war pro Volumenstromeinheit eine Plasmaleistung von 11...12 Wh\/m\u00b3 erforderlich. Die Katalysatortemperatur betrug 110 \u00b0C. \n\nUntersuchungen an verschiedenen Plasmareaktoren auf der Basis von Dielektrischen Barrierenentladungen (DBE) haben gezeigt, da\u00df sie bez\u00fcglich ihrer Wirkung mit Impulskorona-Systemen prinzipiell vergleichbar sind. DBE-Reaktoren sind kompakter und leichter zu h\u00f6heren Leistungen skalierbar. Ihre gr\u00f6\u00dften Nachteile sind die bei hohen Volumenstr\u00f6men technologisch noch nicht ausreichend beherrschten Barrieren sowie ihre Anf\u00e4lligkeit bez\u00fcglich Kondenswasserfilmen und organischem Kondensat. \n\nErfahrungen\nDie Parameter der nichtthermischen Plasmatechnologie zur Abluftreinigung h\u00e4ngen sehr empfindlich vom jeweiligen Anwendungsfall und dem angestrebten Ziel ab. So gen\u00fcgt zur Geruchsminderung von belasteter Abluft (partielle Oxidation) u.U. eine reine Plasmabehandlung mit einem energetischen Aufwand von 2 bis 5 Wh\/m\u00b3.\nF\u00fcr die in diesem Projekt realisierte merkliche Absenkung des TOC (Gesamtgehalt an organischem Kohlenstoff) in niedrigbelasteten Abluftstr\u00f6men mit mehreren organischen Bestandteilen ist hingegen eine echte plasmakatalytische Behandlung erforderlich. Der energetische Aufwand kann dann den Maximalwert von 150 \u00b0C \u00c4quivalenztemperatur erreichen, der deutlich unter der einer konventionellen katalytischen Nachverbrennung liegt. \nDie Totaloxidation von KW-Frachten in gro\u00dfen Volumenstr\u00f6men erfordert beim gegenw\u00e4rtigen Stand der Entwicklung noch hohe Plasmaleistungen. So w\u00e4re bei dem o.g. energetischen Aufwand f\u00fcr den im Projekt angestrebten Volumenstrom von 1.000 m\u00b3\/h eine Plasmaleistung von 11-12 kW erforderlich. Diese Leistungsklasse ist mit Impulskorona-Reaktoren zwar prinzipiell erreichbar aber nach unseren und vergleichbaren internationalen Erfahrungen hinsichtlich Aufwand und Platzbedarf weig sinnvoll und bez\u00fcglich der Kosten gegenw\u00e4rtig nicht realisierbar. Ob die Handicaps mit leichter skalierbaren Barrierenreaktoren \u00fcberwunden werden k\u00f6nnen, mu\u00df die Weiterentwicklung der Hardware und ihre Anwendung zeigen.\n\n\n\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation\n\nDie Ergebnisse dieses Projekts wurden der \u00d6ffentlichkeit vorgestellt in\/auf:\n\n- H. Beyer, R. Rudolph, NOx-Abbau und Diagnostik von OH-Radikalen in einer Impulskorona-Entladung, 7. Fachtagung Plasmatechnologie, Bochum 1996\n- H. Beyer, H. G\u00fcndel, R. Rudolph, W. Ro\u00df, Vergleich von Elektronenstrahl und Impulskorona-Entladung f\u00fcr die Zersetzung organischer Gase, 7. Fachtagung Plasmatechnologie, Bochum 1996\n- R. Rudolph, D. Berger, Abbau von Kohlenwasserstoffen in Luft mittels Impulskorona-Entladungen, 7. Fachtagung Plasmatechnologie, Bochum 1996\n- R. Rudolph, W. Ro\u00df, Abbau von KW mittels Impulskorona und Elektronenstrahl, Platin-Fachtagung, Wuppertal 1996\n- D. Berger, H. Beyer, K.-P. Francke, W. Ro\u00df, R. Rudolph, Removal of Hydro- and Halocarbons from Off-Gases by Pulse Corona and Electron Beam Discharges, RRAI 1996, Berlin 1996\n- K.-P. Francke, W. Rohrbeck, R. Rudolph, H. Volkmann, 1 kW Pulse Corona Reactor for VOC Destruction, Int. Conf. on Gas Discharges and Their Applications, Greifswald 1997\n- K.-P. Francke, R. Rudolph, Pulse Corona Treatment of Halogenated VOCs, Int. Conf. on Gas Discharges and Their Applications, Greifswald 1997\n- R. Rudolph, Abbau von Kohlenwasserstoffen mittels Impulskorona, Platin-Fachtagung, Wuppertal 1997\n-J. Leonhardt, M. K\u00f6nig, R. Rudolph, Verfahren und Vorrichtung zur Entfernung von Schadstoffen aus einem Abluftstrom, DE 19738038 A1\n- K.-P. Francke, R. Rudolph, Abbau leichtfl\u00fcchtiger organischer Substanzen mittels nichtthermischer Atmosph\u00e4rendruck-Plasmen, 8. Fachtagung Plasmatechnologie, Dresden 1997\n- K.-P. Francke, H. Miessner, R. Rudolph, J. Rutkowski, Abbau leichtfl\u00fcchtiger organischer Substanzen mittels plasmagest\u00fctzter Katalyse, XXXI. Jahrestreffen deutscher Katalytiker, Dechema, Leipzig 1998\n- K.-P. Francke, H. Miessner, R. Rudolph, J. Rutkowsky, Removal of VOCs by plasmacatalysis, 11th Symp. On Elementary Processes and Chemical Reactions in Low Temperature Plasma, Low Tatras 1998\n- W. Rohrbeck, R. Rudolph, K.-P. Francke, H. Volkmann, 1 kW Pulse Corona Reactor for VOC Destruction, TFH Wildau, Wissenschaftliche Beitr\u00e4ge der TFH Wildau 2\/98\n- H. Bensch, K.-P. Francke, R. Rudolph, Oxidation of VOCs in air flows by pulse corona and heterogeneous catalyzer hybrid systems, Workshop on Water and Air Treatment by AOTs, Lausanne 1998\n- IUT Plasma Catalytic Technology, Pollutec, Toulouse 1998\n- K.-P. Francke, H. Mie\u00dfner, R. Riedl, R. Rudolph, Plasmagest\u00fctzter katalytischer Abbau der Stripperabluft in einer Grundwassersanierungsanlage, 9. Fachtagung Plasmatechnologie, Stuttgart 1999\n- J. Leonhardt, Soil Remedation by Plasma Catalytic Technique, 5. Greifswalder Gespr\u00e4che zur Plasmaphysik Databases for Modelling and Simulation of Plasmas, Greifswald, Mai 1999\n\nKontaktadressen:\n- Institut f\u00fcr Umwelttechnologien GmbH\nRudower Chaussee 5, Haus 2.6\n12489 Berlin\n- Institut f\u00fcr Plasma- und Lasertechnik der TFH Wildau\nFriedrich-Engels-Stra\u00dfe 63\n15742 Wildau\n- Nukem Berlin GmbH\nRudower Chaussee 5\n12489 Berlin\n- FWS Filter- und Wassertechnik GmbH\nSchafwiesenstra\u00dfe 5-11\n78655 Dunningen-Seedorf\n\n\nFazit\n\nDie im Projekt erzielten Ergebnisse zeigen, da\u00df eine plasmakatalytische Reinigung schwachbelasterer KW-haltiger Abluft m\u00f6glich ist, die die Forderungen der TA Luft erf\u00fcllt. Dabei kann der TOC der Abluft merklich abgesenkt werden (Totaloxidation). Der energetische Aufwand ist merklich geringer als bei einer konventionellen katalytischen Nachverbrennung, mu\u00df aber f\u00fcr den Einsatz des Verfahrens f\u00fcr Abluftstr\u00f6me oberhalb von 10.000 m3\/h weiter reduziert werden.\n<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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