Innovationen in der Rauchgasbehandlung

Experten für Emissionsüberwachung und Emissionsminderung sind eine Partnerschaft eingegangen um innovative neue Materialien zur Behandlung von Schadstoffen in Rauchgasemissionen zu entwickeln.

Durch eine Geschäftsstrategie mit starkem Fokus auf Innovation ist Lhoist, ein belgisches Familienunternehmen, zu einem der weltweit führenden Anbieter von Produkten und Lösungen für Rauchgasbehandlung (FGT) geworden. Im folgenden Artikel erklären Johan Heiszwolf, Forschungs- und Entwicklungsdirektor von Lhoist für Umweltanwendungen und Antti Heikkilä von Gasmet Technologies (Finnland), wie die kontinuierliche Innovationskraft von Lhoist in vielen Marktsegmenten, darunter FGT, zu einem beeindruckenden Wachstum geführt hat.

In enger Zusammenarbeit mit dem belgischen Distributor von Gasmet, Kelma NV, hat Lhoist Labor-, Pilot- und mobile Prozessüberwachungsfunktionen entwickelt um FGT-Produkte zu bewerten, die sich noch in der Entwicklungsphase befinden oder die Wirksamkeit bestehender FGT-Produkte an den Standorten der Kunden demonstrieren.

Lhoist Unternehmensgeschichte

Die Anfänge von Lhoist gehen bis 1889 zurück, als Hippolyte Dumont in Belgien eine Fabrik eröffnete. Von dort aus beginnt die weltweite Expansion: zunächst nach Frankreich im Jahr 1926, dank der Antriebskraft seines Schwiegersohns Léon Lhoist. Er baute das Unternehmen durch den Kauf von Kalk-, Kalkstein- und Dolomitwerken in Belgien und Frankreich aus. Heute ist Lhoist ein weltweit führender Produzent von Kalk, Dolomitkalk und anderen Mineralien mit Einrichtungen in ganz Europa, Amerika und Asien.

In den vergangenen 35 Jahren ist die Produktion deutlich gestiegen, Lhoist betreibt heute mehr als 100 Werke in über 25 Ländern und beschäftigt über 6.400 Mitarbeiter aus mehr als 40 Herkunftsländern.

Kalk, Lehm und die Derivate dieser Materialien werden in einem äußerst breiten Spektrum von Industrien wie Landwirtschaft, Bau, Öl und Gas, Chemikalien, Glas, Metalle und Umweltschutz einschließlich Wasser, Abwasser und FGT eingesetzt.

Der FGT-Markt ist in den letzten Jahrzehnten infolge höherer Umweltstandards und der Entwicklung von Vorschriften, die Emissionsgrenzwerte für industrielle Prozesse auferlegen, erheblich gewachsen. Diese Regelungen haben zum Wachstum von Gasmet beigetragen, da die Prozessoperatoren weltweit bestrebt sind mehrere Gase gleichzeitig mit FTIR-Analysatoren zu überwachen, um die Einhaltung der Emissionsgrenzwerte sicherzustellen und nachzuweisen.

Einer der Gründe für die Vielfalt der Marktanteile von Lhoist ist der Fokus des Unternehmens auf Innovation. In der Nähe von Brüssel hat das Unternehmen ein „Business Innovation Center“ (BIC) gegründet, das als „360-Grad-Talent-Schmiede“ bekannt ist und wo viele neue Mitarbeiter auf Teamarbeit und ihre Kernkompetenzen vorbereitet werden. Mit Fokus auf Forschung und Entwicklung, geistiges Eigentum und strategisches Marketing wurde den BIC-Mitarbeitern aus 15 verschiedenen Nationen ein zeitlicher Rahmen eingeräumt um Wege für neue wissenschaftliche Lösungen der unternehmerischen Herausforderungen zu finden. Dieser starke Fokus auf die Anorganische und Anwendungsforschung ist eine der Grundlagen, durch die Lhoist seine Position als Marktführer in Schlüsselmärkten behauptet und dafür sorgt, dass Innovation das Wachstum des Unternehmens weiter vorantreibt.

FGT (Rauchgas-Behandlung) Forschung

Eine der ersten Produktgruppen, die von der Lhoist BIC entwickelt wurden, war Sorbacal^®das für die Entfernung von schweren sauren Schadstoffen (SOx, HCl und HF) bei gasförmigen Emissionen von Kraftwerken und Verbrennungsanlagen eingesetzt wird. Im Rahmen der Sorbacal^® -Reihe wurden verschiedene Produkte entwickelt, um den Anforderungen unterschiedlicher Prozesse gerecht zu werden. Zum Beispiel haben Partikel von Sorbacal^® SP / SPS eine viel größere Oberfläche und Porenvolumen im Vergleich zu Standard-Hydratkalk, so dass dieses Produkt in Anwendungen eingesetzt wird, die eine verbesserte Leistung erfordern.

Es muss eine enorme Anzahl von Tests durchgeführt werden um das Potenzial neuer Produkte zu bewerten und im Falle von FGT ist die Wirksamkeit bei der Entfernung von Schadgasen entscheidend. Das BIC-Labor entwickelte daher ein Verfahren um künstliche Rauchgasgemische mit sauren Gasen (SO₂ und HCl) in einer Mischung aus N₂, O₂, CO₂, H₂O und NOx. Die Gaszusammensetzung dieses künstlichen Rauchgases wurde mit Massendurchflussreglern gesteuert, um einen genaueren Vergleich von vor- und nachbehandeltem Gas für jedes zu bewertende Produkt zu gewährleisten.

Zur Messung verschiedener Gase wurden zunächst verschiedene Gasanalysatoren eingesetzt. Zum Beispiel wurde ein InfraRed-Analysator verwendet um SO₂ zu messen. Aber bei diesem Instrument war es notwendig die Feuchtigkeit aus dem Messgas vor der Analyse abzusenken, wobei einige SO₂ wurde der Probe verloren gingen. „Das macht die Arbeit komplizierter und führte zu Verzögerungen“, kommentiert Alain Brasseur, Lhoist FGT Senior Research Engineer. „Es war auch notwendig, eine separate Bank für HCl zu betreiben, die die Zeit für die Tests weiter verlängerte und eine höhere Fehlerquote einführte. Ein wichtiger Vorteil von FTIR ist, dass es sowohl SO₂ als auch HCl misst ohne Feuchtigkeit aus der Probe entfernen zu müssen.“

Bart De Backer vom Gasmet Distributor KELMA wurde daher kontaktiert und um Informationen über die Multigasüberwachung mit FTIR gebeten, was zur Anschaffung eines Gasmet DX4000 Analysators für das BIC Labor führte. Gleichzeitig entwickelten die Mitarbeiter ein automatisiertes System, um den Test unbeaufsichtigt durchzuführen. Durch die Fähigkeit der FTIR, mehrere Gase nahezu in Echtzeit in Verbindung mit der Testautomatisierung zu überwachen, wurde der Durchsatz des Labors um das 10fache erhöht. „Die Verwendung von Gasmet FTIR gab uns einen besseren Einblick in die Eigenschaften des Sorptionsmittels und ermöglichte einen großen Schritt in unserem Entwicklungsprogramm“, kommentiert Alain Brasseur. „Durch die drastische Steigerung des Durchsatzes konnten wir in einer kürzeren Zeitspanne eine größere Anzahl von Proben auswerten und so jene Produkte diskontieren, die die Anforderungen in einem frühen Stadium nicht erfüllen konnten.“

Die Laborversuche beurteilen effektiv die intrinsische Kapazität der Sorptionsmittel und wenn sie gut funktionieren, wird der Beurteilungsprozess in einer Pilotanlage fortgesetzt, um die Leistung unter simulierten Betriebsbedingungen zu bewerten. Die Pilotanlage wurde auch von der Lhoist BIC entwickelt und kann eine Mischung aus Gasen und Dampf bei 180° C erzeugen, um aggressive Emissionen nachzuahmen. Die Pilotanlage ist auch in der Lage, die Sorptionsleistung unter dynamischen Bedingungen mit unterschiedlichen Gaskonzentrationen und Temperaturen zu messen.

Die Pilotanlage besteht aus zwei getrennten Einheiten, die in der Lage sind, dynamische Emissionen über ein breites Spektrum von Vorgaben zu erzeugen. Die Emissionen des älteren der beiden Geräte werden mit einem beheizten Gasmet DX4000 Multigas-FTIR-Analysator überwacht. Eine neue Pilotanlage wird durch das feste Kontinuierliche Emissions-Überwachungssystem (CEMS) von Gasmet überwacht. Dabei wird das Gas, sowohl vor als auch nach der Behandlung mit einem beheizten Umschaltsystem, analysiert.

Neben den chemischen Eigenschaften des Sorptionsmittels legt Lhoist großen Wert auch auf die physikalischen Eigenschaften. Zum Beispiel müssen die Körner eines trockenen Pulverproduktes fein genug sein, um reaktiv zu wirken, aber nicht zu klein, um das Strömungsverhalten des Pulvers negativ zu beeinflussen.

Neben den Labor- und Pilotanlagen verfügt Lhoist auch über ein mobiles System, das an Kundenstandorten betrieben werden kann. Früher bedeutete dies den Einsatz eines großen Trucks, aber dank der kompakten, tragbaren FTIR-Analysatoren ist das nicht mehr nötig. Die von KELMA gelieferten zwei Gasmet DX4000 tragbare FTIR-Analysatoren befinden sich in kundenspezifischen, robusten Transportkoffern, so dass die Überwachungsgeräte schnell und einfach weltweit an Kundenstandorte versandt werden können. Die FTIR-Analysatoren können sogar komplett ferngesteuert beim Kunden betrieben werden. Zum Beispiel wurden in einer neueren Studie zwei FTIR-Analysatoren, die Einlass- und Auslassgaszusammensetzungen messen, in einem Werk in den USA installiert, während sie aus Belgien fernüberwacht wurden. Die Experten von KELMA konnten sich bei den FTIR-Analysatoren anmelden und ein Software-Update sowie eine Kalibrierung durchführen.

Die Vor-Ort-Überwachung von Lhoist technischen Support-Teams durchgeführt:

• zeigen die verbesserte Leistung der Sorbacal^® Produkte
• zeigen den Kunden wie man die Behandlungseffizienz maximiert
• helfen Kunden bei der Behebung von Minderungsproblemen

Die Vorteile von Vor-Ort-Demonstrationen werden durch die Fähigkeiten der FTIR-Gasanalyse erheblich gefördert.

Vorteile der FTIR-Gasanalyse

FTIR ist sowohl qualitativ als auch quantitativ eine anspruchsvolle Technologie zur Analyse von Probengasen. Das Hauptmerkmal dieser Instrumente ist ihre Fähigkeit, mehrere Verbindungen gleichzeitig zu überwachen. Die Gasmet FTIR-Analysatoren sind in der Lage fast jedes Gas zu messen und wurden über viele Jahre speziell für den Emissionsüberwachungsmarkt entwickelt. Das bedeutet, dass sie extrem robust sind und in festen und tragbaren Versionen zuverlässig arbeiten. Ein wichtiger Vorteil für Umweltanwendungen ist jedoch ihre Fähigkeit, heiße, nasse, aggressive Gasgemische zu analysieren.

Alle FTIR-Instrumente des Unternehmens, fest und tragbar, enthalten den gleichen Kernanalysator, und können folglich mit der gleichen Software betrieben werden. Es ist kein zusätzliches Training notwendig und die Ergebnisse sind direkt vergleichbar.

Mit der Calcmet™-Software können mit Gasmet-Analysatoren Probenspektren analysiert werden, die nahezu Echtzeitdaten für vorgewählte Verbindungen erzeugen. Allerdings bietet die Aufbewahrung von aufgezeichneten Spektren die Möglichkeit, „Unbekannte“ im Vergleich zu Referenzspektren zu identifizieren und die aufgezeichneten Spektren retrospektiv auf Verbindungen zu analysieren, die zum Zeitpunkt der Messung nicht unbedingt von Interesse waren. Zum Beispiel hat Lhoist in vielen seiner Messungen SO₃ und kann nun diese Verbindung aus Messungen, die in der Vergangenheit aufgenommen worden sind, untersuchen. Dies unterstreicht einen wichtigen Vorteil von FTIR: Wenn zum Beispiel aufgrund neuer Gesetze weitere Verbindungen gemessen werden müssen ist keine zusätzliche Hardware notwendig, so dass die zusätzlichen Kosten vernachlässigbar sind.

Im Gegensatz zu vielen herkömmlichen Gasanalysatoren erfordern die Gasmet FTIR-Instrumente keine periodische Nachkalibrierung. Eine tägliche Hintergrundspektrummessung mit Nullgas (Stickstoff) reicht aus, um die Messgenauigkeit zu bewahren. Anstelle von periodischen Spannungskalibrierungen werden Referenzspektren für analysierte Gase werkseitig gemessen, wenn das Instrument hergestellt wird und diese nicht driften.

Aus Lhoist-Perspektive sagt Alain Brasseur: „Die Fähigkeit, mit nassen, korrosiven Gasen zu arbeiten, ist offensichtlich ein großer Vorteil, und da wir routinemäßig über 10 Gase analysieren ist die Überwachung viel weniger kompliziert, da wir dies mit nur einem Analysator tun können.“

„Die Maße der Gasmet-Analysatoren ist auch für uns ein großer Vorteil – sie passen ordentlich in das automatisierte Prüfsystem, das in einem normalen Laborabzug installiert ist, und die tragbare Ausrüstung ist einfach zu entfernten Kundenstandorten zu transportieren.“

„Wir haben festgestellt, dass die Instrumente extrem zuverlässig sind und eine minimale Wartung erfordern. Auch die Unterstützung von Gasmet und KELMA war hervorragend und die Möglichkeit, das Übersee-Instrument aus Brüssel über das Internet zu verbinden, war ein gewichtiger Vorteil.“

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Entwicklung der FGT-Produkte von Lhoist dadurch ermöglicht wurde, indem einem talentierten Pool internationaler Experten die Freiheit zur Innovation und zur Partnerschaft mit gleichgesinnten Technologieführern wie Gasmet der Weg geebnet wurde.