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Verfahrenstechnik 5/2015

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VERFAHREN UND ANLAGEN

VERFAHREN UND ANLAGEN Mit Highway-Effekt Abfälle als Rohstoff für die Bioethanol-Gewinnung Arnd Rötz, Kai Klein Mithilfe eines neuartigen Prozesses lässt sich Bioethanol aus landwirtschaftlichen Abfällen gewinnen. Zur Erhöhung der Energieeffizienz muss ein mit organischen Stoffen beladener Wasserdampf gereinigt werden. Das ideale Einsatzgebiet für einen Venturiwäscher. Trotz aktuell günstiger Konditionen an den internationalen Rohölmärkten ist der Trend zur Herstellung grüner Kraftstoffe ungebrochen. Zwar erfolgt die Produktion alternativer Kraftstoffe wie Bioethanol aus nachwachsenden Quellen – steht aus diesen Gründen aber auch in der Kritik. Die zurzeit eingesetzten Anlagen der ersten Generation zur Bioethanol-Erzeugung nutzen als Rohstoffe Lebens- und Futtermittel. Gerade vor dem Aspekt der mangelnden Versorgung mancher Erdteile mit Nahrungsmitteln erscheint die Verwendung dieser Rohstoffe nicht mehr zeitgemäß. Die Firma Beta Renewables, Teil der Unternehmensgruppe Mossi & Ghisolfi, hat einen neuen Prozess entwickelt, Bioethanol aus landwirtschaftlichen Abfällen zu gewinnen. Für diesen neuartigen Prozess greift der Anlagenbetreiber auch auf Umwelttechnik aus Hannover zurück. Die verfahrenstechnischen Komponenten der Körting Autoren: Arnd Rötz, Kai Klein, Körting Hannover AG, Hannover Hannover AG erfüllen einen wichtigen Beitrag zur Herstellung des umweltschonenden Energieträgers. Der von Beta Renewables entwickelte Prozess namens Proesa bietet den großen Vorteil, auf verschiedene Biomasse als Rohstoffquelle zugreifen zu können. Bei diesem Prozess wird Cellulose verarbeitet, die nicht für die Nahrungsmittelindustrie geeignet ist. Ungenutzte Überreste aus der Landwirtschaft, Stroh oder Abfallholz können damit in wertvolles Bioethanol umgewandelt werden. Geeignet sind nicht nur organische Abfälle. Bisher landwirtschaftlich unbrauchbare, minderwertige Böden sind ab sofort für den Anbau entsprechender Stoffe nutzbar. Für den Anlagenbetreiber liegt der Vorteil in der lokalen Verfügbarkeit und der Unabhängigkeit zu anderen Rohstoffquellen. Im Mittelpunkt des Proesa-Prozesses steht die Umwandlung der landwirtschaftlichen Abfälle zu fermentiertem Zucker. Dieser wird in einem späteren Verfahrensschritt zu Bioethanol oder anderen Biochemikalien weiterverarbeitet. Im italienischen Ort Crescentino befindet sich die erste großtechnische Anlage zur Bioethanol-Produktion aus landwirtschaftlichen Abfällen. Von Anfang an wurde auf eine hohe Produktionsmenge bei stetiger Qualität wert gelegt. Zur Erhöhung der Energieeffizienz muss ein im Verfahren entstehender, mit organischen Stoffen beladener Wasserdampf gereinigt werden. Das ideale Einsatzgebiet für den Körting Venturiwäscher. Die Firma Beta Renewables setzte früh auf eine Lösung durch die zuverläs sige und leistungsfähige Technik aus Hannover. Abscheidung mit hoher Geschwindigkeit Der Venturiwäscher ist ein Gleichstromwäscher, der das beladene Gas mithilfe eines Gebläses fördert und beschleunigt. Im Eintrittsbereich wird eine Waschflüssigkeit eingedüst. Durch Scherkräfte, die auf die Waschflüssigkeit einwirken, entstehen feinste Tröpfchen. Im anschließenden zylindrischen Teil des Venturiwäschers, der Venturikehle, werden Gas und die feinen Tröpfchen zusammen beschleunigt. Das Gas besitzt, im Vergleich zur Flüssigkeit, eine niedrigere Massenträgheit und wird schneller beschleunigt. Es stellt sich eine 14 VERFAHRENSTECHNIK 5/2015

VERFAHREN UND ANLAGEN hohe Relativgeschwindigkeit ein. Die innerhalb des Gasstroms vorhandenen Staubpartikel können, aufgrund ihrer eigenen Massenträgheit, den Stromlinien des Gases nicht mehr folgen. Sie werden auf die Tröpfchen geschleudert und abgeschieden. Der Maßstab für die Abscheideleistung ist der gasseitige Druckverlust. Dieser steht im direkten Verhältnis zur Relativgeschwindigkeit. Mit einer höheren Relativgeschwindigkeit lassen sich kleinere Staubpartikel abscheiden. Die Körting Ingenieure bezeichnen diesen Vorgang als Highway-Effekt. Je höher die Geschwindigkeit eines Fahrzeugs auf der Autobahn, desto mehr Fliegen werden auf der Windschutzscheibe eingefangen. Eine simple Darstellung, die den grundlegenden Sachverhalt erklärt. Vollständige Durchmischung erhöht Anlagenverfügbarkeit Der beim Proesa-Prozess eingesetzte Venturiwäscher arbeitet unter besonderen Bedingungen. Als Waschflüssigkeit dient 100 °C heißes Kondensat. Es wird in den Wäscher eingedüst, um das organisch beladene Gas nicht an einer kalten Waschflüssigkeit kondensieren zu lassen. Der Dampf kann in weiteren Prozessschritten einer energetischen Nutzung zugeführt werden. Relevant für diesen Zweck ist die Trennung des Kondensats vom Dampfstrom im Abscheidebehälter. Der Abscheidebehälter ist dem Venturiwäscher nachgeschaltet. Als separate Komponente trennt er Gas und Flüssigkeit voneinander. Die Gefahr einer Sedimentation im Abscheidebehälter wird darüber hinaus ebenfalls mit Körting Produkten gelöst. Optimal für den Anwendungszweck ausgelegte Düsenmischer sorgen für eine vollständige Durchmischung des Behälters. Eine Maßnahme, die zur Erhöhung der Anlagenverfügbarkeit beiträgt. Venturiwäscher werden oftmals in der Entstaubung eingesetzt. Welche Vorteile bieten sie im Vergleich zu anderen Verfahren? Durch die Nassentstaubung entsteht zum Beispiel keine Brandgefahr im Wäscher. Einem Einsatz in explosionsgefährdeten Zonen steht damit nichts im Wege. Gerade bei der Entstaubung von Rauchgasen oder feuchter Gasströme zeigt der Venturiwäscher sein gesamtes Potenzial und übertrifft das Ergebnis anderer Verfahren. Auch in wirtschaftlicher Hinsicht überzeugt der Venturiwäscher durch relativ geringe Investitionskosten und Senkung der Betriebskosten durch Rückgewinnung von Produkten aus dem Prozess. Stellt der Bereich der erneuerbaren Energien besondere Anforderungen an Material und Verfahren? Der Einsatz eines Venturiwäschers im Bereich der erneuerbaren Energien stellt in technischer Hinsicht keine besonderen Anforderungen dar. Die eigentliche Herausforderung liegt eher in der verfahrenstechnischen Randbedingung, den zu reinigenden Dampf durch die Waschflüssigkeit nicht zu kondensieren und einer weiteren Wärmenutzung zuzuführen. Dies wurde beim Proesa-Verfahren durch den Einsatz von heißem Kondensat als Waschflüssigkeit erreicht. In welchen Bereichen werden Venturiwäscher überwiegend eingesetzt? 02 Dipl.-Ing. Arnd Rötz, Leiter Abteilung Abgasreinigung bei der Körting Hannover AG Der Venturiwäscher ist prädestiniert für die Abscheidung von Partikeln im Submikron- Bereich. Weisen die Partikel oder Stäube zusätzliche Eigenschaften auf, die eine trockene Abscheidung zum Beispiel in Schlauchfiltern ausschließen, hat der Venturiwäscher als Nasswäscher eindeutig die Nase vorne. Der überwiegende Einsatz der Körtingwäscher liegt historisch bedingt in der chemischen Industrie, aber auch andere Industrien und Gewerbe zählen zum Kundenkreis. Die Körting Hannover AG entwickelt seit 1885 Venturiwäscher für immer neue Einsatzgebiete und Anwendungen. Der gereinigte Dampf verlässt den Venturiwäscher über einen Drall-Tropfenabscheider, der für eine Phasentrennung sorgt. Ein feststehender Drallerzeuger beschleunigt den Gasstrom in Umfangsrichtung. Der Drallerzeuger verfügt über räumlich gekrümmte Schaufeln und verhindert Eintrittsverluste und Strömungsablösungen. Nach dem Drallerzeuger tritt das Gas in das anschließende Wendelrohr ein und bildet eine stabile und strömungsfreie Drehströmung aus. Im Wendelrohr werden die Tropfen durch Fliehkräfte nach außen an die Wand des Abscheiders getrieben. Dort aufgefangen können sie störungsfrei ablaufen. Im Ergebnis steht ein gereinigter Dampf, der in nachträglichen Verfahrensstufen durch Wärmerückgewinnung Energie für den Gesamtprozess liefert. Alle Komponenten der Anlage sind aus Edelstahl gefertigt und bieten damit eine lange Lebensdauer. Volumenströme von bis zu 40 000 Nm3/h lassen sich zuverlässig und problemlos waschen. Die gewünschte Qualität des Brüdenkondensats wird ohne zusätzlichen Aufwand erreicht. Beta Renewables zeigt sich sehr zufrieden mit der zuverlässigen Funktion des Venturiwäschers. 01 Je höher die Relativgeschwindigkeit, desto kleinere Partikel lassen sich abscheiden www.koerting.de VERFAHRENSTECHNIK 5/2015 15

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