Rohstoffrückgewinnung durch Vakuumdestillation
Beitrag von Anja Oehler, M.Sc. Verfahrensingenieurin econ industries services GmbH, Starnberg
Die Vakuumdestillation ist ein umweltfreundliches Verfahren zur Wiedergewinnung von Ressourcen aus Industrieabfällen. Durch gezielte Führung von Vakuum und Wärme lassen sich diese recyceln und Abfall erheblich reduzieren. Als Teil des Kreislaufwirtschaftssystems stellt das bayerische Unternehmen econ industries seine speziellen Vakuumdestillationsanlagen vor.
In Deutschland fallen jährlich mehrere hunderttausend Tonnen pastöse und feste, gefährliche Abfälle aus der Industrie an. Diese werden überwiegend verbrannt oder auf Sondermülldeponien ober- oder untertage endgelagert. Die fünfstufige Abfallhierarchie des Kreislaufwirtschaftsgesetzes verlangt jedoch, dass die Wiederverwendung und das Recycling von Abfällen der an letzter Stelle in der Hierarchie stehende Verbrennung und Deponierung vorzuziehen sind.
Eine umweltfreundlichere und effektivere Möglichkeit diese Abfälle der Wiederverwendung und dem Recycling zuzuordnen, bietet das bayerische Unternehmen econ industries mit ihren verfahrenstechnischen Anlagen unter dem Markennamen VacuDry®. Diese nutzen die Technologie der Vakuumdestillation, um Kontaminierungen oder Schadstoffe gezielt aus industriellen Abfällen, wie beispielsweise Metall- und Chemieabfällen, herauszudestillieren und somit hochwertige Sekundärrohstoffe zurückzugewinnen.
Der Vakuumdestillationsprozess ist ein emissionsarmes und besonders energieeffizientes, thermisches Trennverfahren. Es zielt darauf, die verwertbaren Bestandteile aus den Industrieabfällen einer Wiederverwendung zuzuführen und die Menge an tatsächlichen Abfällen, die nach der Behandlung beseitigt werden müssen, auf ein Mindestmaß zu reduzieren.
Wie funktioniert die Vakuumdestillation zur Rohstoffrückgewinnung?
Mit der Vakuumdestillation können unterschiedlichste Abfälle behandelt werden, was die Technologie so vielseitig einsetzbar macht. Das Unternehmen hat bereits weltweit schlüsselfertige Anlagen (Abb. 1) gebaut, die beispielsweise Öl von Metallabfällen entfernen, kontaminierte Böden von Quecksilber befreien oder Lösemittel aus Chemieabfällen rückgewinnen.
Die Vakuumdestillation nutzt die aufgrund des Vakuums herabgesenkten Siedepunkte der chemischen Verbindungen, wodurch diese bei deutlich niedrigeren Temperaturen im Vergleich zu atmosphärischen Bedingungen verdampfen. Durch das Zusammenspiel aus niedrigem Druck < 50 mbar(abs) und dem Einfluss hoher Temperatur von bis zu 360 °C, können so Schadstoffe in die Gasphase überführt und zurückgewonnen werden, die einen Siedepunkt von bis zu 460 °C unter atmosphärischen Bedingungen aufweisen. Der Einfluss des Unterdrucks auf die Siedetemperatur ausgewählter Stoffe ist in Tabelle 1 verdeutlicht.
In Abbildung 2 ist das Verfahrensprinzip der thermischen Vakuumdestillation einer VacuDry® Anlage dargestellt. Über ein Fördersystem (1) werden die gefährlichen Industrieabfälle in einen EinwellenChargentrockner (2) geführt. Die rotierende Zentralwelle mit Schaufeln gewährleistet eine gründliche Durchmischung und somit eine effiziente Wärmeübertragung auf das Abfallmaterial, um kurze Behandlungszeiten und einen niedrigen Energiebedarf zu erzielen. Die Wärme zur Verdampfung wird indirekt über ein zirkulierendes Öl, das von einer Thermalölanlage (3) bereitgestellt wird, von Trocknermantel und Welle auf das Eintragsmaterial übertragen. Die Energiequelle für die Thermalölanlage kann regenerativ durch Strom oder Biomasse erzeugt werden, wodurch das Überträgermedium auf bis zu 400 °C erwärmt werden kann und für die Aufheizung der zu behandelnden Industrieabfälle im Trockner zur Verfügung steht. Parallel wird das benötigte Vakuum im Kondensationsmodul (4) über zwei leistungsstarke Vakuumpumpen bereitgestellt.
1. Einförderung
2. Vakuum-Einwellen-Chargentrockner mit Brüdenfilter
3. Thermalölanlage
4. Kondensationseinheit
mit Vakuumpumpe und
Gasnachbehandlung
5. Ausförderung
6. Stickstoff-DruckluftErzeugungsanlage
7. Schaltwarte
Nach dem Verdampfen der Stoffe im Trockner passieren diese einen Brüdenfilter und werden an einem Rohrbündelkondensator kondensiert, wodurch die verflüssigten Schadstoffe aufgefangen werden. Der verbleibende Gasstrom durchläuft eine nachfolgende Behandlung, die aus einem weiteren Kondensator und einem Aktivkohlefilter besteht und wird anschließend an die Umwelt abgegeben. Als Rückstand im Einwellen-Chargentrockner bleibt nach der Verdampfung nur noch der schadstofffreie und getrocknete Feststoff zurück. Je nach Abfallart können dies beispielsweise pulverförmige Metallrückstände sein, die über ein Austragssystem (5) aus dem Trockner gefördert werden.
Um die Abfälle aufgrund von Brand- und Explosionsschutz sicher zu behandeln, wird der Vakuumdestillationsprozess in einer inerten Umgebung unter Stickstoff gefahren. Der benötigte Stickstoff wird zusammen mit Druckluft in einer gesonderten Stickstoff-Druckluft-Erzeugungsanlage (6) generiert. Für eine ideale Fahrweise der Anlagen erfolgt die Überwachung und Regelung halbautomatisch über eine SPS in einer Schaltwarte (7). Die Steuerung beinhaltet alle erforderlichen Leistungs-, Strom- und Messanzeigen sowie Sicherheitsverriegelungen.
Vakuumdestillation in der Kreislaufwirtschaft
Die VacuDry® Anlagen sind weltweit im Einsatz, auch in Deutschland. Bayern verfügt allerdings bislang noch über keine Anlage. Viele Industrieabfälle aus Bayern werden stattdessen über lange Wege durch Deutschland und zum Teil bis ins EU-Ausland gefahren, um dort thermisch sehr aufwendig in Drehrohröfen verbrannt und/oder deponiert zu werden. Bei einer Behandlung der Industrieabfälle mithilfe der Vakuumdestillation, sinkt jedoch die anfallende Schadstoffmenge erheblich. Anstatt den kompletten Abfall zu verbrennen oder zu deponieren, fällt nur eine verhältnismäßig geringe, hochkonzentrierte Kondensatmenge an Schadstoffen (z.B. Quecksilber, PFAS, Kohlenwasserstoffe) an. Darüber hinaus können lange Transportwege minimiert werden.
Aufgrund der besonders dichten Vakuumsysteme werden zudem extrem geringe Gasvolumenströme von durchschnittlich < 100 m³/h (bei Normbedingungen) erzeugt. Diese werden in der Nachbehandlung mehrstufig gereinigt und halten alle nationalen und internationalen Emissionsstandards, inklusive der deutschen TA-Luft, ein.
Der im Trockner zurückbleibende, schadstofffreie Feststoff kann beispielsweise im Fall von Metallrückständen als wertvoller Sekundärrohstoff weiterverwendet werden.
Econ industries hat bereits im Ausland dazu beigetragen, natürliche Ressourcen zu schonen und stattdessen die durch die Vakuumdestillation wiedergewonnenen Sekundärrohstoffe zu nutzen.
Vakuumdestillationsanlagen sind eine emissionsarme und umweltfreundliche Technologie, die sich im Ausland etabliert hat, und mit der sich auch in Deutschland Ressourcen aus Abfällen wiedergewinnen und viel Raum auf Deponien sparen ließe. Das Verfahren würde auch in Bayern einen wesentlichen Beitrag zur Kreislaufwirtschaft in Form von Wiederverwendung und Recycling beitragen.
Hohes Potential sieht das Unternehmen hierbei nicht nur bei der VacuDry® Behandlung von Metall- und Chemieabfällen, sondern auch beim Aufbereiten von Schlämmen und Filterkuchen aus der industriellen Abwasseraufbereitung.
Literatur
[1] VDI-Wärmeatlas, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, ISBN 3-540-62900-9, 8. Auflage, 1997, Kapitel D.
[2] The Vapor Pressure of Mercury; M. Huber, A. Laesecke, D.G. Friend; Industrial & Engineering Chemistry Research, 2006.
[3] DDBST Dortmund Data Bank Software & Separation Technology GmbH, Saturated Vapor Pressure, ddbonline.ddbst.com AntoineCalculation/AntoineCalculationCGI. exe, aufgerufen am 09.02.2021.
Erstmals erschienen in: TiB Ausgabe 2021 MAI/JUN