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9 | 2014

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TECHNIK UND MANAGEMENT

TECHNIK UND MANAGEMENT Luft/Lärm HTC 5,5 Wasserstoff-Brenner Verbrennung kritischer Gase Umweltrelevante Schadgase fallen in (bio-)chemischen Prozessen unterschiedlichster Art an. Sofern eine Verwertung nicht möglich ist oder die Verwertung auf Grund von Störungen oder Wartungen außer Betrieb gesetzt ist, muss für das Gas eine anderweitige emissionsarme Entsorgung zur Verfügung stehen: etwa Gasfackelanlagen zur Verbrennung umweltrelevanter Schadgase und -ablüfte. Joachim Hegemann Die Gasfackelanlagen derC-deg environmental engineering GmbH sind nach demStand derTechnik konzipiert und bieten die Möglichkeit, umweltschädliche Emissionen zu reduzieren. Insbesondere im petrochemischen und industriellenBereich fallenGase an, die nicht nur zum Treibhauseffekt beitragen, sondernoftmals auchgesundheitsschädliche Komponenten wie SchwefelwasserstoffoderBenzol enthalten. Unterschiedliche Anforderungen Die Anforderungen an die Verbrennung und somit an die Gasfackelanlage variieren dabei, jenach vorliegenden Inhaltsstoffen. Bei lediglich methanhaltigen Gasenwerdenmeist Gasfackelanlagen einfacherer Bauart mit offener Verbrennung, also sichtbarer Flamme oder nicht isolierten Brennkammern eingesetzt. Dies ist nur möglich wenn die Entsorgung planbar,nur fürwenige Stunden im Jahr und bei relativ niedrigen Verbrennungstemperaturen, wie es etwa bei Biogasanlagen derFall ist, erfolgen muss. Im industriellen Bereich ist meist weder der Zeitpunkt, noch der Zeitraum für den Einsatz der Gasfackelanlage planbar. Daher werden indiesem Bereich in der Regel Hochtemperaturfackeln eingesetzt, die dadurch gekennzeichnet sind, dass sie eine keramisch isolierte, isotherme Brennkammer mit einerdefinierten Verweilzeitder heißen Abgase und abgastemperaturgeregelter Verbrennungsluftzufuhr besitzen. Die Abgastemperatur wird über ein speziell an die hohen Temperaturen angepasstes Thermoelement aufgenommen und mittels PID-Regler und elektromotorisch angetriebene Verbrennungsluftjalousieklappen auf einer Solltemperatur vonüblicherweise >1000 °C gehalten. Eine Verweilzeit von mindestens 0,3 Sekunden bei dieser Temperatur und eine überstöchiometrische Betriebsweise erzielen gewöhnlich die besten Emissionswerte inBezug auf den Ausbrand, CO und NO X . Auf Grund der geregelten Verbrennungsbedingungen wird bei Hochtemperaturfackeln auch eine verfahrenstechnische Optimierung in Bezug auf Stützgasverbräuche, volumetrische Regelbereiche und Heizwertschwankungen sowie Schallemissionen ermöglicht. Praxisbeispiel Erdölförderung Eine besondere Herausforderung für C-deg war ein Projekt im niederländischen Ort Schoonebeek für das ebenfalls niederländische Erdölunternehmen NAM(NederlandseAardolie Maatschappij). Nachdem 1996 die Ölgewinnung aufgrund großer Schwierigkeit das hochviskose Erdöl zu fördern gestoppt wurde, ist die Produktion im Jahre 2011 durch neue Techniken wieder aufgenommen worden. Dadas Erdölbegleitgas wederinder Menge noch in derZusammensetzung homogenist,ist es nicht immer nutzbar und muss deswegenhäufigerabgefackelt werden. Die verfahrenstechnische Besonderheit bestand in der Beschaffenheit des Gases, welches imHeizwert zwischen 12 und 25 kWh/m³ und im Volumen- 38 UmweltMagazin September 2014

strom zwischen 80 und 4500 m³/h schwankt und dies bei einem maximalenVordruckvon 16 bis20mbarü (millibar Überdruck). Die Auflage für die Verbrennung desGases waren: 7 geringe Abgasemissionen, 7 niedrige Lautstärke, 7 ruß- beziehungsweise rauchfreies Abgasund 7 eine vonaußen nicht sichtbare Flammen und Hochtemperaturbedingungen von >1000 °C in einem möglichst großen Regelbereich. Zusätzlichwaren die NAM-Werksnormen, die sowohl sicherheits- und gesundheitstechnischals auchinder Auswahl der verfahrenstechnischen Komponenten zu den schärfsten weltweit zählen, einzuhalten. C-deg hat diese Aufgabe mit zwei 6-Kreis Hochtemperaturfackeln mit jeweils 32 MW Feuerungsleistung gelöst. Mit den neuen C-deg HTC (High temperature combustion)-Fackeln ist die NAM in der Lage für die geplanten nächsten 25Jahre die jeweils maximal mögliche Ölförderleistung aufrecht zu erhalten. Praxisbeispiel Power-to-Gas Ein weiteres Highlight ist das Powerto-Gas-Projekt im niedersächsischen Werlte. Überschüssiger Ökostrom von Wind- beziehungsweise Solaranlagen wird genutzt, umper Elektrolyse Wasserstoff zu erzeugen. Dieser wird anschließend mit CO 2 ,das in einer benachbarten Biogasaufbereitung anfällt, unter Anwendung des Sabatier-Prozesses inspeicherbares Methan umgewandelt. Da während des Anfahrprozesses beliebige Mischgase vonreinemWasserstoff bis zu reinem Methan anfallen, kann dieses Gas zunächst nicht in das öffentliche Erdgasnetz eingespeist werden. Die Schwierigkeit in der Konzeptionierung besteht in der schwankenden Gasmenge von 200 bis 1300 m³/h bei gleichzeitig starken Gasdichte- und Heizwertänderungen von Wasserstoff und Methan, sowie die speziellen chemischen Eigenschaften des Wasserstoffs. C-deg hathier die Projektierung, sowie die Fertigung und Inbetriebnahme der HTC 5,5 erfolgreich abgewickelt. Zwei 6-Kreis Hochtemperaturfackeln mit jeweils 32MWFeuerungsleistung Entsorgung belasteter Abluft Ein weiteres Anwendungsgebiet ist die Entsorgung von Schwachgas und belasteter Abluft aus unterschiedlichsten Prozessen –beispielsweise Spülprozesse bei der Trockenfermentation. Hierzu wirdzum Beispiel durch speziell konstruierte Brenner das Explosionsdreieck der zu verbrennenden Gaszusammensetzung so verschoben, dass möglichst eine stützgasfreie Verbrennung auchvon unter Normalbedingungen nicht brennbaren Gasen erfolgen kann. Nur in Hochtemperaturfackeln können diese Gase emissionsarm und ressourcenschonend unschädlich gemacht werden,dahierdefinierteBedingungen existieren, die die Grundlage für weiterführende Regelkreise, sowie Zu- und Abschaltungen von Brennerkreisen und Stützgasoptimierungen bieten. Eine häufig zu hörende Kritik ist die Tatsache, dass die Gase ungenutzt verbrannt werden. Die Kritiker wissen meistens nicht, dass Gasfackeln üblicherweise Teil einerGesamtanlage sind, in derdas Gasgenutzt wird,wie in Gasmotoren, Gasturbinen oder in industriellen Prozessanlagen. Die Gasfackel kommt erst zum Einsatz, wenn diese Anlagenkomponenten ausfallen, sich in Revision befinden oderdie Gasqualität einen Betrieb der Nutzungseinheiten nicht zulässt.Darüber hinaus gibtes viele verfahrenstechnische Prozesse, die schadstoffbelastete Ablüfte produzieren, die nicht unbehandelt in die Umgebung abgeleitet werden dürfen. Aufgrund ihrer Inhaltsstoffe oder nicht kontinuierlichen Anfallens sind sie oft für eine energetische Verwertung technischoderökonomischnicht geeignet. Bilder (2) C-Deg Es gibt aber auchAnwendungsfälle,in denenzuentsorgende Gase kontinuierlich anfallen. So produzieren beispielsweise Mülldeponien jahrzehntelang methanhaltiges Gas in ihrem Deponiekörper, obwohl längst kein Abfall mehr eingelagert wird. Die Gasqualität lässt nach einigen Jahren eine Nutzung in Gasmotoren nicht mehr zu. Dagegen kann eine Brennkammer mit diesen Schwachgasen noch viele Jahre betrieben werden.Umdabei fürden Betreiber einenNutzenzuerzielen, hatC-deg verschiedeneVariantenfür Gasfackeln mit Wärmeauskopplung entwickelt. Fazit Die Erfahrungen haben gezeigt, dass viele Anlagenbetreiber die Bedeutung der Gasfackel anfänglich oft unterschätzen. Ihr Augenmerk ist zunächst auf die Gasnutzungseinrichtungen konzentriert, die “das Geld verdienen“. Eine Gasfackel will niemand betreiben müssen, weil damit finanzielle Einbußen assoziiert werden. Kommt es jedoch zu betrieblichen Ausfällen der Gasnutzung,rückt die Gasfackelinden Fokus. Dennwenndiese nicht zuverlässig funktioniert und der Betreiber sein zu entsorgendesGas kalt ablassen muss, sind Ärger mit Genehmigungsbehörden und Beschwerden aus der Anwohnerschaftvorprogrammiert.Gasfackeln sinddahersozubauen, dass eine maximale Verfügbarkeit gewährleistet ist und gleichzeitig der Betrieb der Gasfackeln in derUmgebung nicht störend wahrgenommenwird. Joachim Hegemann, C-deg environmental engineering GmbH, Kiel, j.hegemann@c-deg.eu UmweltMagazin September 2014 39

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