„Zero®-Design“ – Nahtlose Textil - Filter zur Staubreduzierung

Jürgen Junker, Junker-Filter GmbH

27.09.2016, Düsseldorf

09/2016

7. BDG-Umwelttag

Inhaltsverzeichnis

1. Kurzvorstellung des Unternehmens

2. Verschärfung der Gesetzgebung, TA-Luft/ BImSchG etc.

3. Ergebnisse von Prüfständen

3.1 JF-Prüfstand VDI 3926

3.2 KIT Mehrfachanlage

3.3 BMBF-Nanoprojekt

4. „Zero®“-Design

5. Zusammenfassung – Fazit

• Seit Mitte der 50er Jahre tätig im Bereich Filtermedien

für Staubabscheidung und Fest-Flüssig-Trennung

• In der 2. Generation geführt

• Ca. 100 Mitarbeiter

• Tochter: CASAPROTECT Wassertechnik GmbH

• Auditierter KFZ-Zulieferer

• Direkter Exportanteil: ca. 35 %, mit indirektem Export ca. 60 %

• Gründungsmitglied des Europäischen Filterkonsortiums 2004 am KIT

• Industriepartner für diverse Ausschüsse bei F&E-Projekten

Sinsheim

1. Vorstellung: Unternehmensinformation

Entstaubungsbereich

Filterschlauch

Filtertasche

Filterpatrone

Filterelement

Fest-Flüssig-Trennung

Filtertuch

Bandfilter

Kerzenfilter

Filterbeutel

Sonderprodukte

Ölsaugmatte

Kartusche

1. Vorstellung: Produktportfolio

2. Verschärfung der Gesetzgebung

1. Änderung des Bundesimmissionsschutzgesetzes (BImSchG) und der technischen Anleitung für Luft (TA Luft)

2. Flächendeckend wird die Massenkonzentration von 20 mg/Nm3 auf 10 mg/Nm3 reduziert

3. Allgemeine Anforderungen zur Emissionsbegrenzung karzinogener Stoffe

4. Quarzfeinstaub (Quarz und Cristobalit)

Bei Anlagen zum Brechen, Trocknen, Mahlen und Klassieren dürfen die staubförmigen Emissionen an Quarzfeinstaub der Partikelfraktion PM4 die Massenkonzentration 1 mg/m³ nicht überschreiten.

Klasse Emissionswert Neue Stoffe

I 0,15 kg/h oder 0,05 mg/m³ Be, Furan, Hydrazin, Trichlortoluol

II 1,5 g/h oder 0,5 mg/m³ Benzol, o-Toluidin, Quarzfeinstaub OM4, …(insgesamt 9 neue Stoffe)

III 2,5 g/h oder 1 mg/m³ Epichlorhydrin, Isobutylnitrit

3. VDI-Prüfstände bei Junker-Filter

• Aufrüstung des Prüfstandes mit PM 2.5-Zyklon zur Bestimmung der Feinstaubfraktion bis 2,5 µm

• Erprobung neu entwickelter Schlauchfiltermedien am Laborprüfstand

PM 2.5-Zyklonmit Anbindung

3.1 Auswahl des Filtermediums

Standard PET-Nadelfilz PET-Nadelfilz mit Feinfasern

PET-Nadelfilz mit Melt-Blown-LayerPET-Nadelfilz mit PTFE-Membrane

3.1 Prüfstandergebnisse

Versuchsbedingungen:1. Filteranströmgeschwindigkeit 3,33 cm/s = 180 m/h

2. Staubart: Pural SB; Staubkonzentration: 10 g/m³

3. zeitgesteuerte Abreinigung mit Abreinigungsintervall von 20 Sekunden (beschleunigte Filtermedienalterung)

4. Einzelversuchsdauer: > 130 h

Emmissionsverhalten:

Filtermedium

PET-Nadelfilz

(Standard)

PET-Nadelfilz

mit Feinfasern

PET-Nadelfilz

mit PTFE-Membran

Nadelfilz mit

Melt-Blown-Layer

Flächengewicht g/m² 550 550 500 480

Luftdurchlässigkeit ltr/dm²/min 150 120 60 50

Gesamtemission mg/m³ 0,183 0,134 0,054 0,012

PM2,5-Emission mg/m³ 0,104 0,101 0,045 0,010

Anteil PM2.5-Emissionan Gesamtemission

% 57 75 83 83

Druckverlustverhalten:

• Neueren Filtermedien � flachere Druckverlustentwicklung � Energieeinsparung und CO2-Reduzierung � Vorbote „Klimagipfel Paris“ � CO2-Einsparung bis 2030 um ca. 55 % auf Bezugsjahr 1990

3.1 Prüfstandergebnisse

Mehrschlauchfilteranlage am KIT9 Filterschläuche (3x3) mit Möglichkeit der

– Einzelschlauch- oder Reihenabreinigung

– Messung von Luftgeschwindigkeiten

– Abreinigungsdrücken und PM2.5-Emissionen am Einzelschlauch

3.2 Prüfstände am KIT

Ergebnisse aus Versuchen mit der MehrschlauchfilteranlageFragestellung: Welche Abreinigungsfahrweise ist die emissionsärmere?

• reihenweise Schlauchabreinigung RBR (row by row) führt zu geringeren Emissionswerten (Partikelanzahl

+ Volumenverteilung der emittierten Partikel) gegenüber der Einzelschlauchabreinigung BBB (bag by bag)

• Strategie: nach Stand der Technik genutzte reihenweise Abreinigung von Filteranlagen ist

emissionsärmer und kostengünstiger in der Umsetzung

Partikelanzahlverteilung Partikelvolumenverteilung

3.2 Prüfstandergebnisse

Ergebnisse aus Versuchen mit der MehrschlauchfilteranlageFragestellung: Ändert sich das Emissionsverhalten mit Variation des Tankdrucks?

• hohe Abreinigungstankdrücke � hohe Partikelanzahl nach der Abreinigung im Reingas, jedoch längere Filtrationszyklen

• Versuche zeigten: längere Zykluszeiten bei hohen Tankdrücken kompensieren nicht die erhöhten Partikelemissionen

• Strategie: möglichst niedrige Tankdrücke für ein geringeres Emissionsverhalten

3.2 Prüfstandergebnisse

Ideales Emissionsverhalten bei einem „dichten Filter“ Reales Emissionsverhalten bei einem „dichten Filter“

• Der Nahteinfluss auf Emissionen wurde eindeutig

bestätigt

• Das Emissions-Grundrauschen kann bei

abgedichteten Nähten fast vollständig eliminiert

werden

• Die Versuche wurden nach einer Medienalterung

von ca. 10.000 Zyklen durchgeführt

3.2 Vergleich: reale/ideale Reingaskonzentration

• Grundrauschen Tankdruck unabhängig und konstant

• Die erreichbare Emissionsminderung ist konstant

3.2 Vergleich der Reingaskonzentrationen im Versuchsschlauchfilter

• Untersuchung des Langzeitverhaltens textiler Filter im Praxisbetrieb

22 m

MVA

Erzeugung von Nanopartikeln:

• Cerdioxid-Partikeln von 20 nm

• Titandioxid-Partikeln von 120 nm

• Bariumsulfat-Partikeln von 100 nm

3.3 BMBF-Projekt:

Messkampagne 06/2016: Ergebnisse MVA-Bypass-Filter unter Zugabe von nano-BaSO4

Nahtabdichtung mittels HT-Silikon

3.3 Einflussgrößen auf die Reingasemissionswerte

Messkampagne 06/2016: Ergebnisse am Bypass-Filter der MVA

unter Realbedingungen (MVA-Abgas):

• unter Zugabe von nano-BaSO4:

Membran-Filtermedien geschweißt

deutlich geringere

Reingasemissionswerte

insbesondere im

Partikelgrößenbereich von kleiner

95 nm (Faktor 10)

• Bezogen auf Gesamtstaubgehalt:

Emissionsvorteil: Faktor 3

3.3 Einflussgrößen auf die Reingasemissionswerte

• Optimiertes Filterschlauchdesign für reduzierte Emissionswerte

• 100 %ige Abdichtung durch absolute Passgenauigkeit

• Keinerlei Nahtstichlöcher

• Angegossene Kopf-/Endausführung

• Verhinderung von Fasermigration durch thermische Schnittkanten

• Mit Hochleistungs-Filtermedien und spezieller Vergussmasse für

verschiedenste Anwendungsgebiete einsetzbar

• Zulassung für EG-Richtlinie Nr. 1935/2004 für Geltungsbereich 10/2011

und FDA-Zulassungen (Food and Drug Administration)

• Aktuelle Temperaturbeständigkeit ca. 80 °C

• In den verschiedensten Ausführungen und Dimensionen produzierbar

� Optimale Ausführung für geringste Emissionswerte

4. „Zero®“-Design

®

Klassisch genäht Zero® -Design Ausführung

4. „Zero®“-Design Schnappring - Kopf und Bodenausführung

®

Klassisch genäht Zero®-Design Ausführung

4. „Zero®“-Design Filtertasche - Kopf und Bodenausführung

• Gemeinsame Entwicklung Großbetreiber / JF / diverse OEM

• Dauertest bei Großbetreiber / Prüfstände bei OEM

• Außerdem diverse Kunden in Chemie und Lebensmittelindustrie

Umwelttechnikpreis 2015 des Landes Baden – Württemberg

1. Platz im Bereich Luftreinhaltung

Teilnahme Woche der Umwelt 2016

®

4. „Zero®“-Design

Anlagenbegehung!

Reingaswerte < 20 mg/Nm3 kein Problem?

5. Zusammenfassung – Fazit � Anlagenbegehung

Beispiel einer undichten Filteranlage, Leckage-Suche mittels farbigen Fluoreszenzpulver (grün) und Schwarzlichtlampe

Montage

Leckage / undichte Stelle

5. Zusammenfassung – Fazit � Leckagen an Anlagenteilen

Anlage von außen

Stützkörbe

Feinstaubabscheidung ist möglich � ABER: Alles muss zusammenspielen und passen

Anlagenbau� Vernünftige Auslegung in Bezug auf Anlagentechnik, spezifische

Filterflächenbelastung, Abreinigungsmethode, Verfahrenstechnik � Verbesserte Anlagentechnik in Bezug auf Qualität

Betreiber� Wartung – Inspektion – Hege und Pflege der „Filteranlagen“

Komponentenhersteller� „Zero®“-Design ist ein kleiner technischer Optimierungsbeitrag zur

Emissionsreduzierung � Plattentechnik als Filterkomponente ist auch eine technische Alternative

5. Zusammenfassung – Fazit

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