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Einführung
Flüchtige organische Verbindungen (VOCs) sind zu einem wichtigen Umweltfokus geworden, da globale Industrien auf eine sauberere und nachhaltigere Produktion hinarbeiten. Diese in der chemischen Verarbeitung, Metallurgie, Beschichtung, Druck und vielen anderen Industriezweigen weit verbreiteten Verbindungen stellen erhebliche Risiken für die Luftqualität, die menschliche Gesundheit und die ökologische Stabilität dar. Da weltweit die Umweltvorschriften verschärft werden, müssen die Industrien effiziente VOC-Kontrollsysteme einführen, um Emissionen zu reduzieren und die Einhaltung der Vorschriften sicherzustellen.
Dieser Artikel bietet einen detaillierten Überblick darüber, wie VOCs in den wichtigsten Industriezweigen entstehen, und untersucht die wirksamsten Technologien zur Behandlung dieser Verbindungen. Von der Kohlechemie bis zum Druck- und Verpackungswesen ist das Verständnis dieser Mechanismen entscheidend, um Lösungen zu entwickeln, die sowohl ökologisch vertretbar als auch wirtschaftlich tragfähig sind.
Was sind VOCs?
Flüchtige organische Verbindungen sind eine breite Klasse kohlenstoffbasierter Chemikalien mit hohem Dampfdruck bei Raumtemperatur, wodurch sie leicht in die Luft verdunsten können. Zu den VOCs zählen typischerweise Substanzen mit einem Siedepunkt unter Normaldruck zwischen 50 °C und 260 °C oder solche mit einem gesättigten Dampfdruck über 133,32 Pa unter Umgebungsbedingungen.
Häufige VOC-Kategorien
Je nach chemischer Struktur lassen sich VOCs in acht Hauptgruppen einteilen:
Alkane
Aromatische Kohlenwasserstoffe
Alkene
Halogene Kohlenwasserstoffe
Ester
Aldehyde
Ketone
Andere organische Verbindungen
Typische VOC-Beispiele
Aromatische Kohlenwasserstoffe: benzol, Toluol, Xylol, Styrol
Kettenförmige Kohlenwasserstoffe: butan, Benzinbestandteile
Halogene Kohlenwasserstoffe: tetrachlorkohlenstoff, Chloroform
Alkohole und Aldehyde: methanol, Acetaldehyd, Aceton
Ester: ethylacetat, Butylacetat
Sonstiges: acetonitril, Acrylnitril, Chlorkohlenwasserstoffe
Diese Verbindungen stammen aus der Verbrennung von Kraftstoffen, chemischen Reaktionen, der Verdunstung von Lösungsmitteln und verschiedenen industriellen Prozessen. Aufgrund ihrer hohen Reaktivität und Toxizität erfordern flüchtige organische Verbindungen (VOCs) eine systematische Kontrolle.
Wesentliche industrielle Quellen von VOC-Emissionen
1. VOCs in der Kohlechemieindustrie
Der Bereich der Kohlechemie ist einer der bedeutendsten industriellen Verursacher von VOC-Emissionen. Die VOCs entstehen hauptsächlich bei zwei Prozessen:
Koksherstellung aus Kohle
Kohlevergasung zu Synthesegas
1.1 VOC-Emissionen während der Kohlenverkokerung
Die Verkokerung beinhaltet das Erhitzen von Kohle auf hohen Temperaturen, wodurch komplexe organische Verbindungen verflüchtigen. Emissionen treten hauptsächlich in zwei Phasen auf:
A. Kohleeintragungsphase
Wenn Rohkohle in heiße Koksofen geladen wird, trifft sie auf heiße Oberflächen und setzt ein Gemisch frei aus:
Mehrringige aromatische Kohlenwasserstoffe
Teerdampf
Organische Gase
Diese Schadstoffe tragen zu beruflichen Gefährdungen und Umweltverschmutzung bei.
B. Bereich zur Rückgewinnung von Nebenprodukten der Verkokerung
Wesentliche Bereiche sind die Kondensationsanlage, die Entschwefelungsanlage, die Ammoniumsulfatanlage und die Rohbenzolanlage. Jeder Bereich erzeugt unterschiedliche VOC-Profile:
Kondensationsabschnitt
Emissionen: Ammoniak, Schwefelwasserstoff, Naphthalin, gemischte VOCs
Quellen: Teertanks, Ammoniakwassertanks, Rohrleitungen, Wassersperren
Merkmale: hohe Konzentration, starke Schwankungen, gasförmige Feuchtigkeit
Entschwefelungs- und Ammoniumsulfat-Abschnitt
Emissionen: schwefelhaltige Gase, Ammoniak, geringer VOC-Gehalt
Kontinuierliche Emissionen mit hohen Ammoniakkonzentrationen
Rohbenzolabschnitt
Emissionen: Benzol, Toluol, Xylol
Gasvolumen klein, aber Konzentration sehr hoch
Abwasserbehandlungsanlage
Emissionen: Benzol, Phenole, Sulfide, stickstofforganische Verbindungen
Stammt aus Ausgleichsbehältern, Unfallbehältern, anaeroben Behältern, Schlammbehandlung
Diese Kombination erschwert die Behandlung aufgrund der komplexen Zusammensetzung.
1.2 VOCs bei der Kohlevergasung und Erdgasproduktion
Kohlevergasungsanlagen erzeugen VOC-haltige Abgase während:
Niedertemperatur-Methanolwäsche
Gas/Flüssigkeitslagerbehälter (Atmungsverluste)
Abwasserbehandlung
Öllageranlagen
A. Niedertemperatur-Methanolwäsche-Abgas
Dieser Strom umfasst:
Methan
Ethylen, Ethan
Propan, Propylen
Methanoldampf
Es ist schwierig, ihn wiederverzuwenden, und er wird typischerweise mit RTO (Regenerativer Thermischer Oxidator) vollständig verbrannt.
Warum RTO statt RCO?
RCO-Katalysatoren sind anfällig für Schwefelvergiftung und haben eine begrenzte Regenerationsfähigkeit, wodurch RTO für kohlechemische Anwendungen robuster ist.
B. Atmungsverluste von Lagertanks
Gas/Flüssigkeits-Lagertanks geben Dämpfe, die Schwefelverbindungen, Ammoniak und flüchtige organische Verbindungen (VOCs) enthalten, bei Temperatur- und Druckänderungen ab. Diese Gase müssen ebenfalls einer thermischen Oxidation unterzogen werden.
C. VOCs aus der Abwasserbehandlung
Diese Emissionen entstehen hauptsächlich aus:
Vorbehandlung (Ölabscheidung, Ausgleichsbecken, Ansäuerung)
Belüftungsbecken
Schlamm-Entwässerungsräume
Die Konzentrationen schwanken stark, und der Feuchtigkeitsgehalt ist hoch.