Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Anlass des Vorhabens ist das ungel\u00f6ste Problem der Abluftreinigung von Laserschneidanlagen f\u00fcr Kunststoffe. Durch die Entwicklung des Laserstrahls auf das zu bearbeitende organische Material werden sowohl Gase und D\u00e4mpfe als auch Aerosolpartikel erzeugt, die im Sinne der Gefahrstoffverordnung bedeutsam sind. Die Abluftbehandlung beim Trennschneiden von Kunststoffen kann teilweise durch eine kosten- und materialintensive Kombination bestehender Verfahren erreicht werden. Das steht dem Interesse nach kompakten, dezentralen, jederzeit einsatzbereiten und wirtschaftlichen Verfahren entgegen. Die Zielstellung des Vorhabens besteht in der Entwicklung eines diskontinuierlichen Reinigungsverfahrens auf der Basis eines nichtthermischen Plasmas bzw. von Ozon f\u00fcr komplexe organische, aerosolbeladene Abluftstr\u00f6me im Bereich bis 2.000 Nm3\/h. Dabei soll die komplexe Schadstofffracht an einem por\u00f6sen Material adsorbiert und aufkonzentriert werden. In technologisch bedingten Pausen wird das Filter kontinuierlich mittels Ozon oder mit Hilfe eines nichtthermischen Plasmas in einem kleinen, geschlosse-nen Gasstrom abgereinigt. Die Hardware f\u00fcr dieses Verfahren kann sehr kompakt ausgef\u00fchrt werden. Das Schadstoffproblem wird durch die Vor-Ort-Regenerierung des Filters nicht verlagert. Existierende Laserschneidanlagen ohne ausreichende Abluftma\u00dfnahmen k\u00f6nnen nachger\u00fcstet werden.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenAufbauend auf vorangegangene Arbeiten der Projektpartner sollten zwei unterschiedliche Verfahrenskonzepte bearbeitet und anl\u00e4sslich eines Meilensteins einer kritischen Bewertung unterzogen werden. Beim Ansatz des IUT wird der beladene Schadstofffilter in einem geschlossenen Kreislauf einem plasmaaktivierten Luftstrom ausgesetzt. Die durch das nichtthermische Plasma (NTP) erzeugten aktiven Radikale sowie das in der Entladung produzierte Ozon oxidieren die auf dem Filter gebundenen Schadstoffe mit Unterst\u00fctzung eines Katalysators zu Wasser und Kohlendioxid. Durch den Kreislauf wird eine mehrfache Verwendung \u00fcbersch\u00fcssigen Ozons m\u00f6glich, gleichzeitig kann die Aufheizung des Gasstromes auf die Aktivierungstemperatur des Katalysator energieeffizient vorgenommen werden.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Der L\u00f6sungsansatz des Partners FHM ging von positiven Erfahrungen beim Einsatz eines Ozonreaktors im Krematorium Halle aus. Das Konzept sieht die Behandlung des beladenen Filters durch einen Luft-strom vor, dem Ozon aus einem industriellen Ozongenerator in hoher Konzentration bei verh\u00e4ltnism\u00e4\u00dfig geringem Gasstrom zugesetzt wurde. In der ersten Projektphase erfolgten Laboruntersuchungen zur Beladbarkeit von Sch\u00fcttungsmaterialien mit gasf\u00f6rmigen organischen Komponenten und Aerosolen und anschlie\u00dfender Regenation mit Ozon. Es wurden eine Reihe von Adsorbenzien auf ihre Eignung als Fil-termaterial untersucht. Die besten Resultate lie\u00dfen sich mit Hilfe hydrophober dealuminierter Zeolithe erzielen. Alle untersuchten kosteng\u00fcnstigeren Sch\u00fcttungsmaterialien erwiesen sich aufgrund der nur un-zureichenden Adsorptionskapazit\u00e4t f\u00fcr die Anwendung als ungeeignet. Das Zeolith ZEOCAT PZ 2\/400 wurde als Sch\u00fcttungsmaterial in einer Technikumsanlage verwendet und das Langzeitverhalten wurde untersucht. Im Wechsel wurden wiederholte Beladungs- und Regenerierungszyklen gefahren.Die Regenerierung erfolgte mit Ozon bei einer Konzentration von 1- 2 g\/m3 und einer Leerrohrge-schwindigkeit von etwa 3 cm\/s. Die Prozesstemperatur betrug 25 bzw. 100\u00b0 C, die Regenerationszeit 25 – 96 h.
\nBewertung der Ergebnisse:
\n\u00b7\tBestimmte Zeolithe weisen gute Eigenschaften bzgl. Adsorption organischer Substanzen sowie bzgl. Regeneration mit Ozon auf.
\n\u00b7\tUnter Umgebungstemperatur findet der Abbau von Aerosolen und adsorbierten Substanzen nur unvollst\u00e4ndig statt. Temperaturerh\u00f6hung auf 100\u00b0 C erm\u00f6glicht die Regeneration des Filtermaterials.
\n\u00b7\tIm Langzeitverhalten des ZEOCAT PZ2\/400 konnte keine dauerhafte Verschlechterung der Adsorptionskapazit\u00e4t mit steigender Anzahl der Adsorptions-\/Regenerationszyklen festgestellt werden.
\nDie Reaktionen von Ozon mit abgeschiedenen Aerosolen bzw. adsorbierten Komponenten f\u00fchren nicht ausschlie\u00dflich zur Bildung von CO und CO2. Vielmehr entsteht eine Reihe organischer Zwischenprodukte, die w\u00e4hrend der Anfangsphase der Regeneration den Reaktor als Emissionspeak verlassen. Noch intensiver tritt dieser Prozess in Erscheinung, wenn eine Regeneration des Filters bei h\u00f6heren Temperaturen erfolgt. Dann \u00fcberlagert sich dem durch organische Nebenprodukte verursachten Peak ein zweiter Emissionspeak, der aus der Desorption adsorbierter Komponenten (Temperaturerh\u00f6hung) in der Sch\u00fcttung resultiert.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Obwohl die Untersuchungen gezeigt haben, dass das Konzept des regenerierbaren Aerosolfilters grunds\u00e4tzlich realisierbar ist, kann ein \u00dcbergang in den technischen Ma\u00dfstab derzeit nicht empfohlen werden. Aufgrund der hohen Investitionskosten f\u00fcr die Adsorbenssch\u00fcttung sind die Chancen f\u00fcr eine anschlie\u00dfende Vermarktung gering. Derzeit existiert keine erprobte Ma\u00dfnahme zur Verringerung der w\u00e4hrend der Regeneration auftretenden Sekund\u00e4remissionpeaks. Bei der technischen Umsetzung des Plasma-Konzeptes ergaben sich Schwierigkeiten, die im Vorfeld nicht einsch\u00e4tzbar waren.
\nDie Ergebnisse bieten Ansatzpunkte f\u00fcr eine modifizierte Technologie, welche jedoch partiell noch Untersuchungen erfordert. Im Laborma\u00dfstab sollten folgende L\u00f6sungsans\u00e4tze weiter untersucht werden:
\n\u00b7\tVerk\u00fcrzung der Regenerationszeit durch definierte Temperaturregime und hohe Ozonkonzentrationen w\u00e4hrend der Regeneration.
\n\u00b7\tVerminderung der Sekund\u00e4remissionen durch einen nachgeschalteten Hochleistungs-Mini-Kat.
\n\u00b7\tMinimierung der f\u00fcr die Regeneration ben\u00f6tigte Ozonmenge durch Zwischeneinspeisung.
\nDie IUT-Variante sah eine Regenerierung des Filters im Kreislaufbetrieb mit Plasmamodul und Katalysatorsch\u00fcttung bei verminderten Volumenfl\u00fcssen und Betriebstemperaturen um 100\u00b0 C vor. Wenngleich der diskontinuierliche Regenerationsbetrieb eine anwenderfreundliche Verfahrensweise darstellt, f\u00fchrt er zu Problemen. Bedingt durch die hohe Adsorptionskapazit\u00e4t des Sch\u00fcttungsmaterials reichert sich in der Beladungsphase eine betr\u00e4chtliche Menge an Organik im Aerosolfilter an. So betr\u00e4gt in einem Aerosolfilter der f\u00fcr einen Volumenstrom von 2000 Nm3\/h eine Standzeit von 90 h ausgelegt ist allein die Masse adsorbierter organischer Substanzen etwa 50 kg. Hinzu kommen abgeschiedene Aerosole. Die Beseitigung dieser gro\u00dfen Menge an Organik bedarf einer entsprechenden hohen Menge an Oxidationsmittel. Wird dieses durch einen leistungsf\u00e4higen Ozongenerator bereitgestellt, ergeben sich hohe Investitionskosten der Anlage. Wird ein preiswerter kleinerer Ozongenerator verwendet, so werden l\u00e4ngere Regenerationszeiten notwendig.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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