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Thermische Katalytische Oxidation

Beschreibung/Anwendung
Die katalytische Abgasreinigung (katalytische Oxidation) ist den meisten grundsätzlich als Anwendung in Autos bekannt. Im industriellen Einsatz dient sie zur Reinigung meist organisch belasteter Prozessluftströme und wird in diesem Zusammenhang oft auch als katalytische Nachverbrennung (KNV) bezeichnet.

Bei geringen organische Belastungen und damit geringem Heizwert der Luft kann die Katalytische Oxidation durch integrierte Heizsysteme (Strom oder Propan) auf die erforderliche Reaktionstemperatur gebracht werden.

Funktionsweise
Unter einem Katalysator versteht man einen, die chemische Reaktion beschleunigenden, Stoff. Für Verbrennungsreaktionen setzt der Katalysator die Aktivierungsenergien zur Initiierung einer Verbrennung und damit die Zündtemperatur erheblich herab, so dass Oxidationen bei sehr geringer Temperatur ablaufen.

Daraus ergeben sich folgende Vorteile:

  • kleine Abmessungen der Anlagen
  • rasche Aufheizung
  • einfacher Aufbau der Anlagen
  • wartungsarm und einfach zu betreiben
  • sehr hoher Wirkungsgrad
  • geringere Materialbeanspruchung und Verschleiß

Verfahrensführung
Die Delta Umwelt-Technik GmbH hat in den letzten Jahren für die unterschiedlichsten Applikationen mehrere Anlagen zur Katalytischen Oxidation geplant, gefertigt und erfolgreich eingesetzt.
Je nach Zusammensetzung des zu reinigenden Abgasstromes sind die Anlagen zur katalytischen Oxidation unterschiedlich aufgebaut. Im einfachsten Fall bestehen sie aus den Anlagenkomponenten: katalytischer Reaktor, Brenner zur Prozessgasaufheizung, Gebläse zur Förderung des Prozessgasstromes, Wärmetauscher zur Energieeinsparung und den notwendigen Meß- und Regeleinrichtungen.
Falls der Prozessgasstrom beispielsweise höhere Konzentrationen an Staub mit sich führt, der die Oberfläche des Katalysators zusetzt und so seine Aktivität verringert, sind geeignete Filter vorzuschalten.
Bei der Oxidation chlorierter organischer Schadstoffe entstehen als anorganischen Oxidationsprodukte geringe Mengen an Salzsäure. In diesem Falle ist eine Gaswäsche der Verbrennung nachzuschalten.

Katalyse
Die Anwendung der Katalyse erfordert sorgfältige Planung und Analyse der Reinigungsaufgabe. Die Komplexität der homogenen katalytischen Reaktion zeigt der zugrundeliegende Reaktionsmechanismus:

  • 1. Konvektiver Transport der Ausgangsstoffe (Edukte) im Gasraum
  • 2. Diffusion der Ausgangsstoffe durch die Grenzschicht
  • 3. Porendiffusion der Ausgangsstoffe
  • 4. Physisorption und/oder Chemisorption der Ausgangsstoffe
  • 5. Oberflächenreaktion
  • 6. Desorption der Produkte
  • 7. Poren- und Grenzschichtdiffusion

Sicherheit und Explosionsschutz
Da in einigen Fällen die zu behandelnden Konzentrationen im explosionsfähigen Bereich liegen, sind auf den Anwendungsfall abgestimmte Ex-Schutz-Maßnahmen vorzusehen.

Diese können im Folgenden beinhalten:

  • Konzentrationsüberwachung (selbstüberwachend) und Frischluftzuführung bei zu hohen Konzentrationen über Misch- und Belüftungsventile
  • Notabschaltung bei Überkonzentration (>20 -40 % UEG) und Inertisierung mit Stickstoff
  • Saugleitungen bis zur Anlage aus leitfähigem Material/Stahl (Vermeidung elektrostatischer Aufladung)
  • Flammensicherungen in den Leitungen vor und nach weiteren Verfahrensstufen

Je nach Anwendungsfall kann die Anlage zur Thermischen Katalytischen Oxidation von einem Sachverständigen für Explosionsschutz abgenommen und die erforderlichen Explosionsschutzdokumente bereitgestellt werden.