Die ökologisch sinnvolle Alternative

Rückgewinnung von Lösemitteln aus der Abluft

Erschienen in Ausgabe 05/2012 der Zeitschrift "cav"; Autor: Harald Chaber, Projektleiter R. Scheuchl GmbH

Oft genug werden Lösemittel in der Abluft einfach verbrannt. Das entspricht keinesfalls den Grundsätzen einer nachhaltigen Technologiepolitik, zumal es bewährte Verfahren für die Lösemittelrückgewinnung gibt. Dies zeigt auch das Beispiel einer Rückgewinnungsanlage für Isopropanol (IPA), die in einer pharmazeutischen Produktionsanlage installiert wurde. Grundsätzlich ist das Verfahren auch für andere Lösemittel geeignet.

Die pharmazeutische Produktionsanlage emittiert einen Abluftstrom von 8.500Nm³/h bei einer Temperatur von ca. 40°C. Die Konzentration von IPA beträgt bis zu 15g/Nm³. Das Lösemittel soll, soweit als technisch möglich, aus der Abluft entfernt und zurückgewonnen werden. Im Reingas (Fortluft) müssen die gesetzlichen Grenzwerte selbstverständlich eingehalten werden. Eine wesentliche Voraussetzung des hier vorgestellten Scheurusolv-Verfahrens ist, dass der Abluftstrom nur sehr gering mit Feststoffen beladen ist. Deshalb wird die Abluft zunächst in einer zweistufigen Filteranlage mit den Klassen F6 und F9 vorgereinigt. Die gesamte für den Transport der Prozessluft durch die Lösemittelrückgewinnungsanlge (LMRG) erforderliche Förderleistung übernimmt ein Anlagenventilator, der der Kondensationsanlage nachgeschaltet ist.

Danach wird der Abluftstrom in mehreren Stufen abgekühlt und das IPA sowie die enthaltene Luftfeuchte auskondensiert. Unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten lässt sich aber nur ein Taupunkt von ca. -40°C erreichen, so dass ein Restgehalt an IPA von ca. 1g/Nm³ verbleibt. Dieser wird anschließend in einem stetig rotierenden Adsorber bis unter den Grenzwert, z.B. der TA-Luft (<50mgC/Nm³), abgereinigt.

Im Adsorber wird das verbliebene IPA am porösen Zeolith angelagert. Bei der permanenten Desorption wird der IPA-Gehalt acht- bis zehnfach aufkonzentriert und in einen entsprechend reduzierten Regenerationsluftstrom überführt. Das "Konzentrat" (ca. 850 Nm³/h mit ca. 10g IPA/Nm³) wird vor der LMRG wieder dem Rohgasstrom beigemischt. Somit beträgt das geamte in der Anlage zu behandelnde Prozessluftvolumen in etwa 9.350Nm³/h.

Wirkungsweise der LMRG-Anlage

Auf die Filteranlage folgt das mehrstufige Kühlsystem, beginnend mit einer Vorkühlung (VK) der Prozessluft auf ca. +3°C. Die anfänglich noch enthaltene Luftfeuchtigkeit und ein Teil des IPAs werden kondensiert und über einen Ablaufstutzen aus der Sammelwanne abgeleitet. Nach dem Verlassen der Vorkühlstufe mit Tropfenfänger durchströmt die Prozessluft die drei redundant angelegten Tiefkühlstufen (TK), in denen die IPA-haltige Luft nacheinander auf -10, -25 und -40°C abgekühlt wird. Da noch Luftfeuchtigkeit in der ca. +3°C kalten Prozessluft vorhanden ist, eist der Verdampfer in der ersten und auch in den nächsten Tiefkühlstufen mit der Zeit an. In der Regel nach etwa einer Stunde wird deshalb auf die parallel angeordnete zweite Tiefkühlstrecke umgeschaltet. Die vereiste Linie 1 wird nun mit Hilfe des vom Verdichter kommenden, heißen Kältemittels aufgetaut. Nach der vorgegebenen Zeit wird auf die mittlerweile regenerierte Strecke 1 zurückgeschaltet und die Strecke 2 abgetaut.

Das auskondensierte IPA-Wasser-Gemisch wird an den Ablaufstutzen der Kühlstufen über beheizte Siphons und eine ebenfalls beheizte Kondensatsammelleitung im Gefälle zu einem Zwischen- bzw. Pumpenvorlagebehälter abgeführt. Aus diesem fördert eine Lösemittelpumpe das Gemisch zum Kondensatlagertank.

Bevor die auskondensierte Prozessluft zum Adsorber weitergeleitet wird, durchströmt die Luft noch ein Kälterückgewinnungsregister (KRG), das mit dem Vorkühler hydraulisch verbunden ist. So wird wertvolle Kälte zurückgewonnen und die Austrittstemperatur der Prozessluft wieder auf ca. 0°C angehoben.

Nach der letzten TK-Stufe bzw. dem KRG ist nur noch ein geringer Restgehalt an IPA (<1g/m³) in der Prozessluft enthaltenen, der im nachgeschalteten Adsorber entfernt wird.

Wirkungsweise der Adsorber

Der Anlagenventilator (PV) drückt die vom KRG kommende Prozessluft durch den Adsorptionssektor des Scheurusolv-VOC-Konzentrators. Am Ausgang des Adsorbers weist die gereinigte Prozessluft nur mehr eine sehr geringe IPA-Konzentration auf, die deutlisch unter dem gesetzlichen Limit liegt.

Aus dem Abluftstrom werden vor dem Adsorptionssektor ca. 850Nm³/ Abluft entnommen, durch den Kühlsektor des Konzentrators gedrückt und zur Kühlung der Matrix bzw. zur Wärmerückgewinnung verwendet. Nach Erwärmung auf die Desorptionstemperatur von ca. 200°C dient dieser Luftstrom zur kontinuierlichen Regeneration des beladenen Konzentrators. Die Beheizung des Regenerationsluftstroms erfolgt über einen elektrischen Kanallufterhitzer. Beim Durchströmen des Desorptionssektors erwärmt der heiße Luftstrom die Adsorbermatrix, die die angelagerten IPA-Moleküle wieder freisetzt. Der austretende Regenerationsluftstrom enthält das zuvor adsorbierte IPA und weist eine durchschnittliche Konzentration von 10g IPA/Nm³ auf. Dieser konzentrierte Luftstrom wird anschließend dem Rohgas vor der LMRG beigemischt und erneut durch die Anlage gefahren.

Hoher Rückgewinnungsgrad

Ausgehend von einem Eingangsgehalt von 15 g IPA/Nm³ wird der Prozessluftstrom in der kombinierten Lösemittel-Rückgewinnungsanlage auf eine Ausgangskonzentration im Reingas nach dem Adsorber von beispielsweise 15 mg/Nm³ gereinigt. Der IPA-Rückgewinnungsgrad liegt somit bei mehr als 99.9%. Im Gegensatz zu herkömmlichen Verbrennungslösungen ist dieses Reinigungsverfahren somit CO2-neutral und entspricht damit einem umweltgerechten und nachhaltigen Umgang mit Lösemitteln.