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Anwendung der Bruedenverdichtung bei der Kontakttrocknung von industriellen und kommunalen Klaerschlaemmen

TERESA: Tropfenentstehung und Reduzierung in Stoffaustauschapparaten, Teilvorhaben: Abscheidehilfen und Strömungskarten

Das Verbundprojekt zielt auf die Erhöhung der Energie- und Ressourceneffizienz fluider Trennprozesse durch Vermeidung des Tropfenmitrisses in Gas/Dampf-flüssig-Gegenstromprozessen. Die betrachteten Trennprozesse, wie Rektifikation, Ab-/Desorption oder Verdampfung, sind zentrale Grundoperationen in allen Sparten der Prozessindustrie. Dabei ist es aus trenntechnischen, energetischen und prozesslichen Gründen essentiell, dass die beteiligten Dampf- und Flüssigphasen nach erfolgtem Stoff- und Wärmeübergang wieder vollständig separiert werden. Das Mitreißen insbesondere von Tropfen in der Dampfphase macht zuvor investierte Trennleistung zunichte und beeinträchtigt damit die Effizienz einer Trennung. Zusätzlich können unerwünschte Komponenten in Prozessbereiche verschleppt werden, aus denen sie aus Funktionalitäts- oder Korrosionsgründen fernzuhalten sind. Die Arbeiten fokussieren auf die kritischen Prozessstellen eines flashenden Feeds, den Brüdenaustritt am Kopf sowie den Verdampfereintritt am Sumpf einer Kolonne. Ausgehend von einem vertieften Verständnis für die eine Tropfenentstehung begünstigenden stofflichen, apparativen und betrieblichen Bedingungen werden tropfenmindernde Designs und Betriebsweisen identifiziert sowie neue Abscheideeinrichtungen entwickelt und experimentell charakterisiert. Die erforderliche Messtechnik soll evaluiert und standardisiert werden. Für die neu entwickelten Einrichtungen zur Phasentrennung und Tropfenabscheidung werden ingenieurgemäße Designmethoden bereitgestellt. Das Projekt ist in die Teilprojekte 'Versuchsanlagen Labormaßstab', 'Versuchsanlagen industrieller Maßstab', 'Messtechnik' sowie 'Ingenieurtechnische Methoden' unterteilt, die Ergebnisse werden im Teilprojekt 'Kommunikation, Dissemination und Berichterstattung' im Verbundes sowie in der Fachöffentlichkeit kommuniziert. Die Fa. Raschig erstellt und validiert die Flow Ma. Entwicklung von neuen Abscheidesysteme und liefert Muster von verschiedenen Typen in allen Phasen.

TERESA: Tropfenentstehung und Reduzierung in Stoffaustauschapparaten, Teilvorhaben: Entwicklung von Tropfenabscheidern für den Kollonenkopf

Das Verbundprojekt zielt auf die Erhöhung der Energie- und Ressourceneffizienz fluider Trennprozesse durch Vermeidung des Tropfenmitrisses in Gas/Dampf-flüssig-Gegenstromprozessen. Die betrachteten Trennprozesse, wie Rektifikation, Ab-/Desorption oder Verdampfung, sind zentrale Grundoperationen in allen Sparten der Prozessindustrie. Dabei ist es aus trenntechnischen, energetischen und prozesslichen Gründen essentiell, dass die beteiligten Dampf- und Flüssigphasen nach erfolgtem Stoff- und Wärmeübergang wieder vollständig separiert werden. Das Mitreißen insbesondere von Tropfen in der Dampfphase macht zuvor investierte Trennleistung zunichte und beeinträchtigt damit die Effizienz einer Trennung. Zusätzlich können unerwünschte Komponenten in Prozessbereiche verschleppt werden, aus denen sie aus Funktionalitäts- oder Korrosionsgründen fernzuhalten sind. Die Arbeiten fokussieren auf die kritischen Prozessstellen eines flashenden Feeds, den Brüdenaustritt am Kopf sowie den Verdampfereintritt am Sumpf einer Kolonne. Ausgehend von einem vertieften Verständnis für die eine Tropfenentstehung begünstigenden stofflichen, apparativen und betrieblichen Bedingungen werden tropfenmindernde Designs und Betriebsweisen identifiziert sowie neue Abscheideeinrichtungen entwickelt und experimentell charakterisiert. Die erforderliche Messtechnik soll evaluiert und standardisiert werden. Für die neu entwickelten Einrichtungen zur Phasentrennung und Tropfenabscheidung werden ingenieurgemäße Designmethoden bereitgestellt. 'Das Projekt ist in die Teilprojekte 'Versuchsanlagen Labormaßstab', 'Versuchsanlagen industrieller Maßstab', 'Messtechnik' sowie 'Ingenieurtechnische Methoden' unterteilt, die Ergebnisse werden im Teilprojekt 'Kommunikation, Dissemination und Berichterstattung' im Verbundes sowie in der Fachöffentlichkeit kommuniziert. Munters entwickelt hauptsächlich Tropfenabscheider und begleitet Tests mit denselben im Labor- und industriellen Maßstab.

Wärmerückgewinnung und effektive Abwärmenutzung durch Kombination von zwei unterschiedlichen Prozesslinien am Beispiel von Pommes Frites und Chips

Ziel des Projektes ist es, aus verschiedenen Produktionsprozessen Abwärme zurückzugewinnen und an anderer Stelle zur erneuten Nutzung wieder einzuspeisen. Die am Produktionsstandort zurückgewonnene Prozessabwärme kann sowohl auf direktem thermischem Weg zur Trocknung und Beheizung als auch zur Kälteerzeugung mittels Absorptionskältemaschine für die produktionsinterne Kühlung genutzt werden. Die Abwärme der mit Wasserdampf gesättigten Prozessabluft (Brüden) wird über einen Kondensator zurückgewonnen. Ein vorgeschalteter Turbinenwäscher sorgt für die erforderliche Sättigung der Brüden und reduziert gleichzeitig die Geruchsemissionen aus der Produktion. Der bei der durch Kühlung erfolgenden Entspannung des Hochdruckkondensats entstehende Dampf wird dem Niederdruckkreislauf zugeführt. Die Abwärme aus dem verbleibenden Kondensat wird über einen Wärmetauscher zurückgewonnen und in das Warmwassernetz eingespeist. Ein intelligentes Steuerungssystem sowie eine umfangreiche hydraulische Anlagentechnik dienen dazu, die Abwärme effizient an den Stellen, an denen sie anfällt, auszukoppeln und bedarfsgerecht den Wärme verbrauchenden Prozessen zuzuführen. Mit dem Vorhaben kann der Verbrauch an thermischer Energie) um ca. 46,6 Millionen Kilowattstunden sowie an elektrischer Energie um ca. 632.500 Kilowattstunden pro Jahr reduziert werden. Insgesamt ergibt sich eine jährliche Einsparung an Primärenergie von 47.294,5 Megawattstunden. Damit werden ca. 13.200 Tonnen CO2-Emissionen jährlich vermieden.

Wrasendampfkondensation zur Gewinnung von Energie in der Carbon Black Produktion + Messprogramm

Das Unternehmen plant, die bei der Produktion von Industrierußen entstehende, bisher ungenutzte Abwärme mit Hilfe von Energierückgewinnungsaggregaten (Wrasendampfkondensatoren) zurückzugewinnen. In der Betriebseinheit Perlerei sollen bei zwei von sechs Furnaceruß-Fahrstraßen in die Leitung zwischen Wrasenfilter und Sammelkamin Wärmetauscher als Kondensatoren eingebaut werden. Durch spezielle konstruktive Merkmale, wie z.B. eine Ausführung des Wärmetauschers mit der Möglichkeit einer mechanischen Reinigung, und die Verwendung spezieller Werkstoffe mit hoher Beständigkeit wird der Problematik von möglichen Ablagerungen und Korrosion Rechnung getragen. Die zurückgewonnene Abwärme mit einem niedrigen Temperaturniveau von 80-90 °C ist im Produktionsprozess nicht nutzbar. Sie soll künftig in das örtliche Fernwärmenetz eingespeist werden. Hierdurch können jährlich 32.000 Megawattstunden Brennstoffenergie zur Erzeugung von Fernwärme eingespart und die CO2-Emissionen entsprechend um 6.500 Tonnen reduziert werden. Nicht benötigte Wärmeströme sollen an den Turbinen der Nachverbrennungseinrichtungen in elektrischen Strom umgewandelt werden. Indem das zurückgewonnene Kondensat wieder im Produktionsprozess eingesetzt wird, soll zugleich der Wasserverbrauch des Betriebs reduziert werden. Zur Entfernung von Geruchsstoffen soll die Wrasenabluft nach der Kondensation im dann weitgehend getrockneten Zustand einer Nachverbrennung unterzogen werden. Die bisher entstehenden Geruchsemissionen sollen dadurch künftig nahezu vollständig eliminiert werden.

Erstellung eines Klaerschlammentsorgungskonzeptes unter besonderer Beruecksichtigung der Klaerschlammtrocknung

1ine Klaerschlammtrocknung ist insbesondere fuer den Kreis Steinfurt von Interesse, wenn der Klaerschlamm anschliessend thermisch verwertet werden soll. Die Auswahl der Trocknungsanlage ist vor allem von dem zu erzeugenden Trockengut und der zur Verfuegung stehenden Energie abhaengig. An allen diskutierten Standorten steht genuegend Platz fuer den Bau einer Klaerschlammtrocknungsanlage zur Verfuegung. Darueber hinaus bestehen an allen Standorten Zufahrtsmoeglichkeiten, die einen Antransport des Klaerschlamms gewaehrleisten koennen. Die Energieversorgung gestaltet sich an den einzelnen Standorten sehr unterschiedlich. Waehrend auf der Abwasserbehandlungsanlage praktisch keine interne Energie zur Verfuegung gestellt werden kann, besteht auf der Deponie voraussichtlich die Moeglichkeit, wenigstens etwa ein Drittel der erforderlichen thermischen Energie aus der Deponiegasnutzung zu beziehen. Auf dem Gelaende des Kohlekraftwerks stehen elektrische und thermische Energie in ausreichenden Mengen kostenguenstig zur Verfuegung. Als thermische Energietraeger koennen wiederum Heissdampf und Rauchgas eingesetzt werden, wobei dem Heissdampfeinsatz der Vorzug einzuraeumen ist. Bei einer Trocknung auf dem Gelaende eines Zementwerkes steht aller Voraussicht nach thermische Energie in ausreichendem Masse zur Verfuegung, waehrend elektrische Energie bezogen werden muss. Die Abluftbehandlung sollte bei einer Trocknung auf dem Gelaende der Abwasserbehandlungsanlage und der Deponie durch Verbrennung im Energieerzeuger oder mit Hilfe eines Biofilters und eines ggf. vorgeschalteten Waeschers erfolgen. Fuer den Fall, dass die Trocknung an das Kohlekraftwerk oder ein Zementwerk angegliedert wird, kann die Abluft im Brennraum direkt desodoriert werden. Bei einer direkten Einblasung der Brueden in den Feuerungsraum des Kraftwerks oder des Zementwerks fallen keine Bruedenkondensate an und muessen demnach auch nicht behandelt werden. Bei einer Trocknung auf dem Gelaende der Abwasserbehandlungsanlage Rheine oder der Deponie Altenberge muesste eine Mitbehandlung in der Klaeranlage oder der Sickerwasserbehandlungsanlage erfolgen. Die Kosten der Klaerschlammtrocknung sind in grossem Masse von den genannten Randbedingungen abhaengig. Fuer die moeglichen Standorte einer Klaerschlammtrocknungsanlage sind die spezifischen Kosten einer Volltrocknung in Abhaengigkeit vom Eingangstrockensubstanzgehalt ermittelt worden.

Untersuchungen zur Belastung von Bruedenkondensaten aus der Trocknung kommunaler Klaerschlaemme

Es ist davon auszugehen, dass auf immer mehr Klaeranlagen Klaerschlammtrocknungsanlagen errichtet werden, deren Rueckbelastung durch Bruedenkondensate beruecksichtigt werden muss. Die Konzentrationen an organischen und anorganischen Verschmutzungen sind zum Teil sehr unterschiedlich. Insbesondere fuer den Fall, dass die Schlaemme anderer Klaerwerke mitgetrocknet oder mobile Trocknungsanlagen zum Einsatz kommen sollen, ist zu pruefen, ob die mitbehandelnde Klaeranlage durch die Bruedenkondensate nicht ueberlastet wird. Deshalb muessen bereits in der Planungsphase die Rueckbelastungen durch die Bruedenkondensate annaehernd bekannt sein. Neben der Charakteristik des zu trocknenden Klaerschlamms und dem Trocknungsgrad nimmt auch das gewaehlte Trocknungsverfahren entscheidenden Einfluss auf den Verschmutzungsgrad der Bruedenkondensate. Auf Grund des hoeheren Abriebs und der Mahlwirkung kommt es bei der Wirbelschicht- und Scheibentrocknung erfahrungsgemaess zu hoeheren Staubkonzentrationen im Brueden als beispielsweise bei einem Trommel- oder Bandtrockner. Der Staubanteil wirkt sich vor allem auf die CSB-Konzentrationen aus. Mit zunehmenden Trockenguttemperaturen erhoehen sich durch die Verschiebung des NH4/NH3-Dissoziationsgleichgewichtes vor allem die Ammoniumkonzentrationen im Bruedenkondensat. Die Bruedenkondensate werden darueber hinaus massgeblich durch die Behandlung der Brueden in den Peripherieaggregaten beeinflusst. Durch die Wahl des Trocknungsverfahrens und der Peripherieaggregate lassen sich sowohl die Verschmutzungskonzentrationen als auch das Verhaeltnis der Schadstoffe zueinander beeinflussen. Bei der Planung einer Trocknungsanlage muessen deshalb die Moeglichkeiten der Einflussnahme auf die Bruedenkondensatverschmutzungen beruecksichtigt und mit den oertlichen Randbedingungen fuer die Bruedenkondensatbehandlung abgestimmt werden.

Untersuchungen zum Einfluss unterschiedlicher Konditionierungsverfahren auf die Klaerschlammtrocknung

Im Rahmen dieses Vorhabens wurde untersucht, inwieweit sich verschiedene Konditionierungsverfahren und Zuschlagsstoffe bei der Klaerschlammentwaesserung auf das thermische Trocknungsverhalten (Trocknungskinetik), die Bruedenbelastung des Trockners und auf die Granulatbeschaffenheit auswirken.

Behandlung konzentrierter, stickstoffhaltiger Abwaesser zur Leistungssteigerung von Klaeranlagen

Fuer Abwaesser, die sich durch ein niedriges C:N-Verhaeltnis und hohe Ammonium/Ammoniakkonzentrationen auszeichnen, wurde die Ammoniumfaellung als Magnesiumammoniumphosphat (MAP) unter Verwendung von Magnesiumphosphatgranulat als Faellungsmittel optimiert. Am Beispiel der Bruedenkondensate einer Tierkoerperbeseitigungsanlage wurde unter kleintechnischen Bedingungen die Regenerierung der im Saeulenverfahren erhaltenen Faellungsprodukte untersucht. In einer nachfolgenden Stufe wurde gezeigt, dass die organischen Substanzen des physikalisch-chemisch gereinigten Abwassers biologisch gut abbaubar sind. Fuer die praktische Nutzung des Verfahrens ist von Bedeutung, dass hohe Ammoniumeliminierungsraten eine ueberstoechiometrische Faellmittelzugabe erfordern, was erhoehte Phosphatkonzentrationen im Ablauf der 'Ammoniumadsorbersaeule' und damit die Nachschaltung einer Phosphateliminierungsstufe zur Folge hat. Bezueglich der Mehrfachnutzung der Faellmittelpellets war die saure Regenerierung guenstiger als die thermische. Von Nachteil sind die hohen Masseverluste an Adsorptionsmittel (Pellets), die pro Regeneriervorgang bis zu 50 Prozent betragen koennen. Das Regenerierverfahren und die Herstellung der Magnesiumphosphatpellets wurden zum Patent angemeldet.

Einbau einer innovativen Membranfilterpresse im Rahmen eines energieeffizienten Konzeptes zur Verwertung von Anodenschlämmen mit Kupfer, Edelmetallen und Begleitmetallen

Die Aurubis AG betreibt am Standort Hamburg eine Anlage zur Edelmetallgewinnung. Die Edelmetalle werden aus unterschiedlichsten Vorstoffen recycelt und extrahiert, um sie anschließend in einem mehrstufigen Verfahren zu raffinieren und dem Stoffkreislauf wieder zuzuführen. Bei der Kupferelektrolyse entsteht als Nebenprodukt Anodenschlamm, der wertvolle Edelmetalle, wie Gold und Silber beinhaltet. Um diese zurück zu gewinnen, wird der Anodenschlamm in einem mehrstufigen Prozess aufbereitet. Dafür muss der Schlamm auf eine Restfeuchte von unter drei Prozent getrocknet werden. Bisher erfolgte die Trocknung in einem energieintensiven, räumlich getrennten, dreistufigen Verfahren mittels Kammerfilterpresse, Vakuumtrockner und Dampftrockner. Die Aurubis AG beabsichtigt nun erstmals die Umsetzung eines einstufigen Trocknungsverfahrens mit Hilfe einer beheizbaren, evakuierbaren Membranfilterpresse. Die Trocknung erfolgt über integrierte Heizplatten, die mit 120 C heißem Prozessdampf (fällt bei der Kupferverarbeitung an) durchströmt werden. Die dabei entstehende, mit Wasserdampf gesättigte Luft, der so genannte Brüden, wird durch Anlegen eines Vakuums abgesaugt und kondensiert, wodurch eine anschließende Gaswäsche nicht mehr erforderlich ist. Der getrocknete Anodenschlamm wird einem Vorratsbunker zugeführt. Der Transport zwischen den verschiedenen Verfahrensschritten entfällt komplett. Die geförderte Membranfilterpresse ist Teil eines Gesamtkonzeptes zur Anodenschlammaufbereitung mit dem Ziel der energetischen Optimierung, der Rückgewinnung von Ressourcen und der Emissionsminderung. Allein mit diesem Teilvorhaben ist bei einer maximalen Auslastung der Produktionsanlage pro Jahr eine CO2-Einsparung von 460 Tonnen möglich.

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