DE102009049732B4

DE102009049732B4 - Metallschaum-basiertes Filtersystem zum Entfernen von Kohlenwasserstoffen aus Abluft und Verfahren zum Entfernen von Kohlenwasserstoffen aus Abluft

Info

Publication number: DE102009049732B4
Application number: DE102009049732.3A
Authority: DE
Inventors: Stefan Fröhlich
Original assignee: Alantum Europe GmbH
Current assignee: Alantum Europe GmbH
Priority date: 2009-10-19
Filing date: 2009-10-19
Publication date: 2015-06-03
Anticipated expiration: 2029-10-20
Also published as: KR101246334B1; DE102009049732A1; KR20110043456A; CN102039089A

Abstract

Filterelement zum Entfernen von Kohlenwasserstoffen aus Abluft, aufweisend: – ein Metallschaumelement (1) mit einer aufgebrachten Zeolithschicht (1a), wobei der Metallschaum als Legierungsbestandteil mindestens ein Element enthält, das für die Oxidation von Kohlenwasserstoffen als Katalysator wirkt, – eine Heizeinrichtung (2), welche dafür ausgelegt ist, das Metallschaumelement (1) zu erwärmen, – eine Messeinrichtung (4) zum Bestimmen der Menge an in der Zeolithschicht (1a) enthaltenen Kohlenwasserstoffen und – einen Mikroprozessor zum Bilden einer Differenz zwischen einer maximal in der Zeolithschicht (1a) aufnehmbaren Menge an Kohlenwasserstoffen und der von der Messeinrichtung (4) bestimmten Menge an in der Zeolithschicht (1a) enthaltenen Kohlenwasserstoffen und zum Aktivieren der Heizeinrichtung (2), wenn die Differenz kleiner ist als ein vorgegebener erster Schwellenwert S1.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Filterelement zum Entfernen von Kohlenwasserstoffen aus Abluft sowie ein Verfahren hierzu.
Kohlenwasserstoffhaltige Abgase entstehen beispielsweise, jedoch nicht ausschließlich, bei der Verarbeitung von Lacken, welche flüchtige Kohlenwasserstoffe als Lösungsmittel enthalten. Da Kohlenwasserstoffe zu den gesundheitsschädlichen Stoffen zählen, existieren zunehmend schärfere gesetzliche Bestimmungen, welche Filtersysteme beispielsweise für den Einsatz in Lackierkabinen zwingend machen, um Kohlenwasserstoffe aus der Abluft derartiger Kabinen zu entfernen.
Es besteht beispielsweise die Möglichkeit, die Filterung mittels Aktivkohlefilter vorzunehmen. Da jedoch der Abscheidungsgrad mit zunehmender Beladung des Filters sinkt, müssen derartige Aktivkohlefilter in regelmäßigen Abständen ersetzt werden.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, eine Anlage zur thermischen Abluftreinigung einzusetzen. Bei diesen Systemen erfolgt eine Nachverbrennung der Kohlenwasserstoffe in der Abluft. Thermische Abgasreinigungsanlagen haben jedoch den Nachteil eines großen Energie- und Kostenaufwandes.
Die DE 37 29 126 A1 offenbart einen Dieselrußpartikelfilter, der aus mindestens einem Filterelement als Träger für einen unter Verwendung von mindesten einem Metalloxid hergestellten Katalysator besteht, wobei der Träger aus einem Keramik- oder Metallschaumkörper, vorzugsweise aus einer Ferro-Chrom-Aluminium-Legierung, mit einer Porenzahl von mindestens 25 PPI besteht, dessen Porenflächen durchgängig mit einem Metalloxid oder mehreren Metalloxiden der Gruppen Ib, Vb, VIb, VIIb oder der Fe-Gruppe des periodischen Systems, vorzugsweise Vanadinpentoxid, als katalytisch wirksames Material beschichtet sind.
Die DE 42 24 172 C2 offenbart eine Gasreinigungsvorrichtung mit Filter, bei der in einem Gehäuse mit Rohgaseinlass und Reingasauslass ein Filtermodul angeordnet ist, das aus einem Träger aus porösem, wärmebeständigem, elektrisch isolierendem Material besteht, auf dem ein beheizbares Metallgewebe angeordnet ist.
Die DE 40 33 353 A1 offenbart eine Vorrichtung zum Reinigen von Abluft, die eine organische Substanz, insbesondere Lösungsmittel, Bindemittel oder Farbreste, insbesondere Partikel, enthält, wobei eine Abluftzuführungsleitung mit einem Oxidationskatalysator über einen Erhitzer verbunden ist.
Die EP 1 222 961 A2 offenbart eine dielektrisch behinderte Entladung Reaktor zur katalytischen Umwandlung einer Flüssigkeit oder normalerweise festen Materials, umfassend eine erste Elektrodeneinrichtung, eine zweite Elektrodeneinrichtung, ein normalerweise festes dielektrisches Material das zwischen der ersten und der zweiten Elektrodeneinrichtung angeordnet ist, einen keramischen Schaum, der zwischen der ersten und der zweiten Elektrodeneinrichtung angeordnet ist, und einen normalerweise festen Katalysator, der aus der Gruppe Zeolith, modifiziertes Zeolith und anderen zeolithähnlichen Materialien ausgewählt ist, wobei der normalerweise feste Katalysator auf der Oberfläche des keramischen Schaums kristallisiert ist.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Filterelement zum Entfernen von Kohlenwasserstoffen aus Abluft sowie ein Verfahren hierzu anzugeben.
Die Aufgabe wird durch ein Filterelement nach Anspruch 1 sowie ein Verfahren nach Anspruch 8 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist ein Filterelement zum Entfernen von Kohlenwasserstoffen aus Abluft ein Metallschaumelement auf, wobei der Metallschaum als Legierungsbestandteil mindestens ein Element enthält, das für die Oxidation von Kohlenwasserstoffen als Katalysator wirkt. Darüber hinaus ist eine Heizeinrichtung vorhanden, welche dafür ausgelegt ist, das Metallschaumelement zu erwärmen.
Wie dies bekannt ist, handelt es sich bei Metallschäumen um offenporige oder geschlossenporige Schäume aus metallischen Werkstoffen. Im Rahmen der Erfindung werden bevorzugt offenporige Metallschäume eingesetzt. Aufgrund der Porigkeit steht eine große Oberfläche für die Wechselwirkung mit den in Abluft enthaltenen Kohlenwasserstoffen bereit.
Die Heizeinrichtung dient dazu, das Metallschaumelement für die Reinigung der Abluft von Kohlenwasserstoffen zu erwärmen. Auf diese Weise wird das Metallschaumelement auf eine Temperatur gebracht, bei der das enthaltene katalytische Element seine Wirkung optimal entfalten kann.
Es kann eine Regeleinrichtung vorhanden sein, welche dafür ausgelegt ist, die Heizeinrichtung so zu regeln, dass das Metallschaumelement auf einer voreingestellten Solltemperatur T_S gehalten wird. Eine derartige Regeleinrichtung, welche allgemein einen Temperaturfühler, ein Steuerelement und ein Eingabeelement für das manuelle oder automatische Einspeisen einer Solltemperatur aufweist, ist dem Fachmann auf dem Gebiet der Regelungstechnik bekannt und soll hier deshalb nicht näher erläutert werden. Das Metallschaumelement kann so konstant auf der optimalen Betriebstemperatur gehalten werden, ohne dass manuelle Korrekturen oder Überwachungen vorgenommen werden mussen.
Was die Heizeinrichtung betrifft, so können verschiedene geeignete Mittel zur Erwärmung verwendet werden. Als Beispiel hierfür sind eine Widerstandsheizung oder eine Induktionsheizung zu nennen. Im Fall der Widerstandsheizung wird der elektrische Widerstand des Metallschaumelements für die Erwärmung eingesetzt. An den Metallschaum wird eine Spannung angelegt, und der hierdurch erzeugte Strom bewirkt die Erwärmung des Elements. Im Fall der Induktionsheizung werden, wie dies bekannt ist, in einem elektrisch leitfähigen Körper durch ein zeitlich sich veränderndes Magnetfeld Wirbelströme erzeugt, deren Stromflüsse wiederum eine Erwärmung des Körpers, in diesem Fall des Metallschaums, bewirken. Bei den genannten Möglichkeiten der Erwärmung kommt keine offene Flamme zum Einsatz.
Gemäß einer Alternative kann die Heizeinrichtung jedoch auch als Brenner ausgebildet sein, welcher eine offene Flamme für die Erwärmung des Metallschaumelements erzeugt. Im Gegensatz zu den vorgenannten Moglichkeiten beinhaltet diese Form der Erwärmung keinen Stromfluss durch das Metallschaumelement.
Unabhängig von der gewählten konkreten Ausführungsform für die Heizeinrichtung ist durch die gute Wärmeleitfähigkeit des Metalls, aus dem das Metallschaumelement aufgebaut ist, gewährleistet, dass sich das Element schell und gleichmäßig aufheizt, so dass die Erwärmung mit minimalem Energieaufwand erfolgen kann.
Die als Katalysator wirkenden Elemente bzw. das als Katalysator wirkende Element sind bereits als Legierungselement im Metallschaum enthalten. Gemäß der vorliegenden Erfindung weist jedoch das Metallschaumelement eine Zeolithbeschichtung auf. Zeolithe sind in der Lage, sämtliche Moleküle zurückzuhalten, die größer als ihr Porendurchmesser sind. Sie erfüllen demzufolge eine mechanische Siebfunktion, welche bei der beschriebenen Ausführungsform genutzt wird.
Der Einsatz der geschilderten Ausführungsform erfolgt in zwei Stufen: In einer ersten Stufe wird das Metallschaumelement nicht beheizt. In dieser ersten Stufe nimmt die Zeolithbeschichtung die Kohlenwasserstoffe auf und speichert sie. Es findet auf dieser Stufe damit ein mechanisches Sieben statt. Wenn die Aufnahmekapazität der Zeolithbeschichtung erschöpft ist und mithin im Weiteren keine oder nur sehr wenige Kohlenwasserstoffe mechanisch ausgesiebt werden können, erfolgt in einer zweiten Stufe die Erwärmung des Metallschaumelements sowie der darauf aufgebrachten Zeolithbeschichtung. In dieser zweiten Stufe wird die katalytische Wirkung des in der Legierung enthaltenen Katalysators aktiviert, so dass die Kohlenwasserstoffe im Metallschaum des Metallschaumelements katalytisch aufoxidiert werden.
Bei dieser Ausführungsform ist ein relativ geringer Energieaufwand für die thermische Regeneration des Filterelements erforderlich, da durch diese Speicherung der Kohlenwasserstoffe eine relativ große Energiemenge vorhanden ist und die Verbrennung der Kohlenwasserstoffe nach dem Zünden (durch Katalysator) autark exotherm ist.
Die Zeolithschicht ist an den Stegen der Poren des Schaumes aufgebracht und kann über ihre absolute Masse der jeweiligen Anwendung angepasst werden. Die Dicke d der Zeolithschicht beträgt vorzugsweise zwischen etwa 10 μm und etwa 500 μm. Eine solche Dicke ist ausreichend, um die flüchtigen Kohlenwasserstoffe in der ersten mechanischen Filterstufe sicher zurückzuhalten.
Im vorliegenden Fall eines mit einer Zeolithbeschichtung versehenen Metallschaumelements sind ferner eine Messeinrichtung zur Bestimmung der Menge an in der Zeolithschicht enthaltenen Kohlenwasserstoffen sowie ein Mikroprozessor vorhanden, welcher dafür ausgelegt ist, eine Differenz zwischen einer maximal in der Zeolithschicht aufnehmbaren Menge an Kohlenwasserstoffen und der von der Messeinrichtung bestimmten Menge an in der Zeolithschicht enthaltenen Kohlenwasserstoffen zu bilden und die Heizeinrichtung zu aktivieren, wenn die Differenz kleiner ist als ein vorgegebener erster Schwellenwert S₁.
Mit anderen Worten errechnet der Mikroprozessor die noch in der Zeolithschicht vorhandene Aufnahmekapazität für Kohlenwasserstoffe und aktiviert die Heizeinrichtung, wenn die noch vorhandene Aufnahmekapazität den vorgegebenen ersten Schwellenwert S₁ unterschreitet. Nach Aktivieren der Heizeinrichtung und Verstreichen der Aufheizzeit erfolgt dann, wie bereits erwähnt, die katalytische Aufoxidierung der Kohlenwasserstoffe im Metallschaum.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Mikroprozessor auch dafür ausgelegt, die Heizeinrichtung zu deaktivieren, wenn die vorstehend genannte Differenz größer ist als ein zweiter Schwellenwert S₂, wobei gilt S₂ > S₁. Mit anderen Worten schaltet der Mikroprozessor die Heizeinrichtung ab, wenn wieder eine ausreichend hohe Aufnahmekapazität des Zeolithfilters gewährleistet ist.
Sowohl der Schwellenwert S₁ als auch der Schwellenwert S₂ sind vorzugsweise manuell durch den Benutzer veränderbar. Somit kann der Benutzer des Filterelements festlegen, wie stark er die Aufnahmekapazität des Zeolithfilters ausnutzen möchte.
Zusätzlich zu den vorgenannten Merkmalen kann das Metallschaumelement mit einer Washcoat beschichtet sein, welche eine katalytische Substanz für die Verbrennung von Kohlenwasserstoffen enthält. Bei der katalytischen Substanz kann es sich beispielsweise um Platin oder Palladium handeln. Wie dies bekannt ist, handelt es sich bei einer Washcoat um eine Schicht aus einem Metalloxid, beispielsweise Aluminiumoxid, das ein Katalysatormaterial enthält. Die Washcoat kann bei der Herstellung beispielsweise als wässrige Pulversuspension auf den Schaum aufgebracht werden, sodann angetrocknet und anschließend mit einer aktiven Metallkomponente (zum Beispiel Platin oder Palladium) imprägniert werden, wobei die Aktivierung durch eine abschließende Calcinierung erfolgt. Die Washcoat kann unterhalb der Zeolithschicht aufgebracht werden.
Ein Verfahren zum Entfernen von Kohlenwasserstoffen aus Abluft umfasst gemäß einer Ausführungsform die folgenden Verfahrensschritte:

– Leiten der Abluft über ein Filterelement, welches ein Metallschaumelement enthält, wobei der Metallschaum als Legierungsbestandteil mindestens ein Element umfasst, das für die Oxidation von Kohlenwasserstoffen als Katalysator wirkt, sowie eine Heizeinrichtung zum Erwärmen des Metallschaumelements, und
– Erwärmen des Metallschaumelements mittels der Heizeinrichtung.

Entsprechend der vorstehend beschriebenen verschiedenen Ausführungsformen des Filterelements erfolgt der Schritt des Erwärmens zu verschiedenen Zeitpunkten: Befindet sich keine Zeolithschicht auf dem Metallschaumelement, so ist dafür Sorge zu tragen, dass das Metallschaumelement bereits erwärmt, d. h. auf die optimale Betriebstemperatur gebracht ist, bevor die Abluft über das Filterelement geleitet wird. Das weitere Erwärmen während des Betriebes dient dann nur dazu, diese optimale Betriebstemperatur T_S (oder eine Temperatur, welche nahe an der optimalen Betriebstemperatur liegt) aufrecht zu erhalten. Im Fall des Vorliegens einer Zeolithbeschichtung erfolgt die Erwärmung erst in einer zweiten Verfahrensstufe, nämlich dann, wenn der Grad der Beladung des Zeolithfilters so groß ist, dass der Benutzer zur zweiten Stufe der Filterung übergehen möchte, welche die katalytische Aufoxidierung der Kohlenwasserstoffe bedeutet.
Der Schritt des Erwärmens des Metallschaumelements kann beispielsweise unter Einsatz einer Widerstandsheizung, einer Induktionsheizung oder über Flammenheizung erfolgen. Selbstverständlich sind auch andere Arten von Heizverfahren möglich, welche hier nicht genannt, aber dem Fachmann bekannt sind.
Da es sich bei dem Metallschaumelement um ein solches handelt, auf dem eine Zeolithschicht aufgebracht ist, umfasst das Verfahren weiter den Schritt des Bestimmens der Menge an in der Zeolithschicht enthaltenen Kohlenwasserstoffen, wobei der Schritt des Erwärmens des Metallschaumelements erst dann ausgeführt wird, wenn eine Differenz zwischen einer maximal in der Zeolithschicht aufnehmbaren Menge an Kohlenwasserstoffen und der bestimmten Menge an in der Zeolithschicht enthaltenen Kohlenwasserstoffen kleiner ist als ein vorgegebener erster Schwellenwert S₁. Wie bereits vorstehend erwähnt, wird zur Differenzbildung ein Mikroprozessor eingesetzt. Der Übergang zur katalytischen Aufoxidierung der durch die Zeolithschicht gefilterten Kohlenwasserstoffe kann somit automatisch eingeleitet werden.
Der Schritt des Erwärmens des Metallschaumelements bzw. des Haltens des Metallschaumelements auf der voreingestellten Temperatur T_S wird gemäß einer Ausführungsform dann beendet, wenn die Differenz größer ist als ein vorgegebener zweiter Schwellenwert S₂, wobei gilt: S₂ > S₁. Auf diese Weise ist die Möglichkeit gegeben, das gesamte Filterverfahren automatisch ablaufen zu lassen, ohne dass die Intervention eines Benutzers notwendig ist.
Weitere Merkmale und Vorteile gehen aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen hervor. Die Zeichnungen zeigen auf nicht beschränkende Weise beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung.
1 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines Filterelements gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
Die 2a und 2b zeigen jeweils schematische Schaltbilder zweier Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Filterelements.
Wie in 1 zu erkennen ist, umfasst ein Filterelement zum Entfernen von Kohlenwasserstoffen aus Abluft, welches beispielsweise zur Abluftreinigung in einer Lackierkabine oder dergleichen einsetzbar ist, ein Metallschaumelement 1, das aus einem geschäumten porösen Metall oder einer geschäumten porösen Metalllegierung aufgebaut ist. Obwohl in der Figur die Poren durch geschlossene Kreise angedeutet sind, ist es für den Fachmann offensichtlich, dass das Metallschaumelement 1 zumindest teilweise offene Poren enthalten muss, um zu reinigende Abluft, hier angedeutet durch den Pfeil auf der linken Seite des Metallschaumelements 1, hindurch treten zu lassen. Mindestens ein Bestandteil des Metalls bzw. der Metalllegierung ist ein Element, welches als Katalysator für die Oxidation von Kohlenwasserstoffen wirkt. Geeignete Katalysatoren können beispielsweise ein Element oder mehrere Elemente aus der folgenden Gruppe umfassen: Eisen (Fe), Nickel (Ni), Silber (Ag), Platin (Pt), Palladium (Pd).
Eine Zeolithbeschichtung 1a ist auf dem Metallschaumelement 1 aufgebracht. Genauer ausgedrückt ist die Zeolithbeschichtung 1a auf den Stegen der Poren des Metallschaumelements 1 aufgebracht. In diesem Zusammenhang ist anzumerken, dass die Darstellung von 1 lediglich als schematische Skizze zu verstehen ist, da aus Gründen der Deutlichkeit der Darstellung nur eine Lage Zeolith dargestellt ist, welche das Metallschaumelement 1 umgibt. Tatsächlich befindet sich jedoch die Zeolithbeschichtung 1a im Wesentlichen auf der gesamten Oberfläche des Metallschaumelements 1, d. h. auf den Stegen der Poren des Metallschaumelements 1.
In der Figur nicht gezeigt ist eine Washcoat, die als zusätzliche Schicht zwischen das Metallschaumelement 1 und die Zeolithbeschichtung 1a gesetzt werden kann. Die Washcoat enthält katalytische Substanzen, welche den Abbau der Kohlenwasserstoffe weiter begünstigen.
Das Filterelement umfasst weiter eine Heizeinrichtung 2, welche hier schematisch als Flamme angedeutet ist. Die Heizeinrichtung 2 ist dabei jedoch nicht auf einen thermischen Brenner beschränkt, sondern kann auch andere Mittel zur Erwärmung des Metallschaumelements 1 umfassen. Als Beispiele wurden bereits eine Induktionsheizung, ein Brenner oder eine Widerstandsheizung genannt. In Betrieb dient diese Heizung dazu, das Metallschaumelement 1 soweit zu erwärmen, dass eine ideale Temperatur T_S für die katalytische Umwandlung der in der Abluft enthaltenen Kohlenwasserstoffe erreicht bzw. aufrecht erhalten wird.
Handelt es sich bei dem Filterelement um eine Ausführungsform, gemäß der das Metallschaumelement 1 keine Zeolithbeschichtung 1a aufweist, so erfolgt die Aufheizung des Metallschaumelements 1 bzw. das Aktivieren des Heizelements 2 vorzugsweise, bevor der Abluftstrom in das Filterelement eintritt. Während der Filterung wird das Heizelement 2 so betrieben, dass die gewünschte ideale Temperatur T_S für die Verbrennung aufrecht erhalten wird.
Handelt es sich jedoch bei dem Filterelement um eine Ausführungsform, gemäß der eine Zeolithbeschichtung 1a auf dem Metallschaumelement 1 aufgebracht ist, so erfolgt die Aktivierung und Deaktivierung des Heizelements 2 nach anderen Kriterien. Zunächst bleibt das Heizelement 2 ausgeschaltet, so dass der Abluftstrom das Metallschaumelement 1 passiert, wobei es nicht oder nur in geringem Umfang zu einer katalytischen Oxidation des in der Abluft enthaltenen Kohlenwasserstoffs kommt. Die Kohlenwasserstoffe werden jedoch durch die Zeolithschicht 1a, welche als Molekularsieb wirkt, an dem weiteren Durchtritt durch das Filterelement gehindert. Bei den Zeolithen der Beschichtung kann es sich um natürliche oder synthetisch hergestellte Zeolithe handeln. Aufgrund des starken Adsorptionsvermögens der Zeolithschicht 1a für Moleküle einer bestimmten Größe, kann durch geeignete Wahl der Zeolithe erreicht werden, dass die in der Abluft enthaltenen Kohlenwasserstoffe sicher zurückgehalten werden. Die Zeolithbeschichtung weist vorzugsweise eine Dicke d zwischen etwa ... und etwa ... μm auf. Selbstverständlich ist diese Dicke nicht als absoluter Grenzwert zu sehen. Falls dies gewünscht oder erforderlich ist, können auch andere Dicken für die Zeolithbeschichtung 1a gewählt werden.
Da die Aufnahmekapazität des Zeoliths begrenzt ist, muss von Zeit zu Zeit eine Regeneration der Zeolithschicht 1a erfolgen. Im Rahmen einer solchen Regeneration wird nun die Heizeinrichtung 2 aktiviert, wenn die Aufnahmekapazität der Zeolithschicht zu gering geworden ist, um noch eine effektive Reinigung der Abluft durchzuführen. Bei Aktivierung der Heizeinrichtung 2 erwärmt sich das Metallschaumelement 1 vorzugsweise so lange, bis es eine gewünschte Solltemperatur T erreicht hat, bei der die Katalysatoreigenschaften des Metallschaumelements 1 aktiviert werden. Auf diese Weise können im weiteren Verlauf die durch das Molekularsieb, d. h. die Zeolithschicht 1a, aufgestauten Kohlenwasserstoffe einer Oxidationsreaktion zugeführt werden, bei der sie beispielsweise in CO₂ und Wasser umgewandelt werden. Ist die Zeolithschicht wieder ausreichend entleert, d. h. regeneriert, so wird die Heizeinrichtung 2 wieder deaktiviert bzw. ausgeschaltet, so dass ein neuer Verfahrenszyklus beginnt. Diese Art der Regeneration kann also beliebig oft erfolgen.
Mit nunmehrigem Bezug auf 2a wird das Zusammenwirken der einzelnen Elemente eines Filterelements nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung erläutert. In 2a sind im Rahmen eines Blockschaltbildes ein Metallschaumelement 1 sowie eine Heizeinrichtung 2 dargestellt. Es ist anzumerken, dass bei dieser ersten Ausführungsform das Metallschaumelement 1 keine Zeolithbeschichtung umfasst. Neben den bereits genannten Elementen ist eine Regeleinrichtung vorhanden, die mit dem Bezugszeichen 3 gekennzeichnet ist. Die Regeleinrichtung 3 kann beispielsweise einen Temperaturfühler, ein Steuerelement, sowie eine Eingabevorrichtung zum Eingeben einer Solltemperatur T_S aufweisen. Selbstverständlich können weitere Elemente vorhanden sein, wie beispielsweise eine Speichereinrichtung, in welcher für verschiedene Katalysatoren Solltemperaturen gespeichert sind, d. h. solche Temperaturen, bei denen die katalytische Reaktion schnell genug abläuft.
Die Regeleinrichtung 3 erhält eine Temperaturinformation vom Metallschaumelement 1, beispielsweise über den bereits erwähnten Temperaturfühler. Die gemessene Temperatur des Metallschaumelements 1 (Temperaturinformation) wird mit der voreingestellten Solltemperatur T_S verglichen und, wenn die Differenz zwischen der voreingestellten Temperatur und der tatsächlichen Temperatur einen gewissen Wert übersteigt, aktiviert die Regeleinrichtung 3 (beispielsweise mittels des bereits erwähnten Steuerelements) die Heizeinrichtung 2.
Selbstverständlich kann die Regeleinrichtung 3 auch die obere Grenze der Temperatur für das Metallschaumelement 1 regeln. So wird die Heizeinrichtung 2 deaktiviert, wenn die Differenz zwischen der ermittelten Temperatur und der Solltemperatur T_S in umgekehrter Richtung einen bestimmten Grenzwert überschreitet.
Die Temperaturerfassung kann intermittierend oder kontinuierlich erfolgen. Mittels der Regeleinrichtung 3 kann der Prozess der Abluftreinigung gemäß der ersten Ausführungsform vollautomatisch ablaufen.
In Bezug auf 2b ist eine zweite Ausführungsform der Erfindung dargestellt, welche gegenüber der Ausführungsform der 2a erweitert ist.
Gemäß der zweiten Ausführungsform weist das Filterelement 1 eine Zeolithbeschichtung 1a auf, welche, in Strömungsrichtung der Abluft gesehen, hinter dem Metallschaumelement 1 angeordnet ist. Wie bereits erwähnt, sorgt die Zeolithschicht aufgrund ihrer Absorptionseigenschaften für eine mechanische Ausfilterung der in der Abluft enthaltenen Kohlenwasserstoffe, falls die Porengröße der Zeolithschicht im Hinblick auf die auszufilternden Kohlenwasserstoffe geeignet gewählt wird. Der Prozess der Abluftreinigung läuft im Fall der zweiten Ausführungsform wie folgt ab:
In einer ersten Verfahrensstufe findet vorrangig oder ausschließlich die beschriebene mechanische Ausfilterung der Kohlenwasserstoffe durch Zurückhalten durch die Zeolithbeschichtung 1a statt. Dies bedeutet, dass die Regeleinrichtung 3 nicht aktiviert ist. Mit anderen Worten findet keine Aufheizung statt, obwohl in der ersten Verfahrensstufe das Metallschaumelement 1 nicht seine Solltemperatur T_S aufweist.
Während dieser ersten Verfahrensstufe wird kontinuierlich oder intermittierend die noch vorhandene Aufnahmekapazität der Zeolithschicht überwacht. Hierfur ist eine Messeinrichtung 4 zum Bestimmen der Menge an in der Zeolithschicht 1a enthaltenen Kohlenwasserstoffen enthalten. Die Messeinrichtung 4 entnimmt folglich der Zeolithschicht 1a Informationen über deren Beladungszustand. Die gemessenen Informationen werden an einen Mikroprozessor 5 weitergeleitet, welcher eine Differenz zwischen der maximal in der gegebenen Zeolithschicht 1a aufnehmbaren Menge an Kohlenwasserstoffen und der von der Messeinrichtung 4 bestimmten Menge an aktuell in der Zeolithschicht enthaltenen Kohlenwasserstoffen bildet. Hierdurch wird die noch vorhandene Aufnahmekapazität der Zeolithschicht 1a bestimmt.
Es ist für den Fachmann offensichtlich, dass anstelle der genannten absoluten Werte auch Relativwerte gebildet werden können. In diesem Fall ist der Mikroprozessor so ausgelegt, dass er beispielsweise die noch verfügbare Aufnahmekapazität der Zeolithschicht als prozentualen Wert zur maximalen Aufnahmekapazität errechnet.
Unterschreitet die aktuell vorhandene Aufnahmekapazität einen ersten voreingestellten Schwellenwert S₁, so aktiviert der Mikroprozessor 5 die Heizeinrichtung 2, indem er die Regeleinrichtung 3 zuschaltet. Die Regeleinrichtung 3 bleibt nunmehr während der gesamten zweiten Verfahrensstufe aktiviert. In der zweiten Verfahrensstufe arbeitet die Regeleinrichtung 3 wie im Zusammenhang mit 2a beschrieben, d. h. sie führt das Metallschaumelement 1 auf die vorgegebene Solltemperatur T_S und hält diese Temperatur im Wesentlichen aufrecht.
In dieser zweiten Verfahrensstufe erfolgt eine Entladung bzw. Regeneration der Zeolithschicht 1a bis zu einem gewünschten Grad. Der gewünschte Grad wird durch einen zweiten Schwellenwert S₂ definiert, welcher vom Benutzer vorgegeben werden kann. Der zweite Schwellenwert S₂ ist, falls er auf die aktuell vorhandene Aufnahmekapazität der Zeolithschicht (in absoluten oder relativen Messzahlen) bezogen ist, größer als der erste Schwellenwert S₁. Wenn nun der zweite Schwellenwert S₂ der aktuellen Aufnahmekapazität überschritten wird, das heißt, wenn die Zeolithschicht wieder die vom Benutzer gewünschte Aufnahmekapazität aufweist, so deaktiviert der Mikroprozessor 5 die Regeleinrichtung 3 und damit auch die Heizeinrichtung 2. Somit findet ein Übergang von der zweiten Verfahrensstufe zuruck zur ersten Verfahrensstufe statt.
Mit dem erfindungsgemäßen Filterelement bzw. dem erfindungsgemäßen Verfahren lässt sich auf relativ einfache Weise mit geringen Mitteln, insbesondere mit geringem Energieaufwand, eine Entfernung von Kohlenwasserstoffen aus Abluft durchführen. Aufgrund der genannten Sparsamkeit der Mittel eignet sich das erfindungsgemäße Filterelement auch für kleinere Lackierkabinen sowie für andere Anwendungen, bei denen eine relativ geringe Abluftmenge zu reinigen ist.
Bei der Ausführungsform, gemäß welcher zusätzlich eine Zeolithschicht auf dem im Filterelement vorhanden ist, kann der für die Regeneration benötigte Energieaufwand durch Ausnutzung der Sorptionsenergie der in der Zeolithbeschichtung gespeicherten Kohlenwasserstoffe weiter verringert werden. Auch die Nutzung der Abwärme der chemischen Verbrennungsreaktion der Kohlenwasserstoffe, welche stark exotherm ist, führt zu einer Energieersparnis in Bezug auf das Erwärmen des Metallschaumelements.

Claims

Filterelement zum Entfernen von Kohlenwasserstoffen aus Abluft, aufweisend: – ein Metallschaumelement (1) mit einer aufgebrachten Zeolithschicht (1a), wobei der Metallschaum als Legierungsbestandteil mindestens ein Element enthält, das für die Oxidation von Kohlenwasserstoffen als Katalysator wirkt, – eine Heizeinrichtung (2), welche dafür ausgelegt ist, das Metallschaumelement (1) zu erwärmen, – eine Messeinrichtung (4) zum Bestimmen der Menge an in der Zeolithschicht (1a) enthaltenen Kohlenwasserstoffen und – einen Mikroprozessor zum Bilden einer Differenz zwischen einer maximal in der Zeolithschicht (1a) aufnehmbaren Menge an Kohlenwasserstoffen und der von der Messeinrichtung (4) bestimmten Menge an in der Zeolithschicht (1a) enthaltenen Kohlenwasserstoffen und zum Aktivieren der Heizeinrichtung (2), wenn die Differenz kleiner ist als ein vorgegebener erster Schwellenwert S₁.
Filterelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Regeleinrichtung (3) vorhanden ist, welche dafür ausgelegt ist, die Heizeinrichtung (2) so zu regeln, dass das Metallschaumelement (1) auf einer voreingestellten Solltemperatur T_S gehalten wird.
Filterelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung (2) dafür ausgelegt ist, das Metallschaumelement (1) mittels Widerstandsheizung oder Induktionsheizung zu erwärmen.
Filterelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung (2) als Brenner ausgebildet ist, welcher eine offene Flamme für die Erwärmung des Metallschaumelements (1) erzeugt.
Filterelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke d der Zeolithschicht (1a) zwischen 10 μm und 500 μm beträgt.
Filterelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikroprozessor (5) dafür ausgelegt ist, die Heizeinrichtung (2) zu deaktivieren, wenn die Differenz größer ist als ein vorgegebener zweiter Schwellenwert S₂, wobei gilt S₂ > S₁.
Filterelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallschaumelement (1) mit einer Washcoat beschichtet ist, welche eine katalytische Substanz für die Verbrennung von Kohlenwasserstoffen enthält.
Verfahren zum Entfernen von Kohlenwasserstoffen aus Abluft, aufweisend: – Leiten der Abluft über ein Filterelement, welches ein Metallschaumelement (1) mit einer aufgebrachten Zeolithschicht (1a) umfasst, wobei der Metallschaum als Legierungsbestandteil mindestens ein Element enthält, das für die Oxidation von Kohlenwasserstoffen als Katalysator wirkt, sowie eine Heizeinrichtung (2) zum Erwärmen des Metallschaumelements (1), – Erwärmen des Metallschaumelements (1) mittels der Heizeinrichtung (2) und – Bestimmen der Menge an in der Zeolithschicht (1a) enthaltenen Kohlenwasserstoffen wobei der Schritt des Erwärmens des Metallschaumelements (1) erst dann ausgeführt wird, wenn eine Differenz zwischen einer maximal in der Zeolithschicht (1a) aufnehmbaren Menge an Kohlenwasserstoffen und der bestimmten Menge an in der Zeolithschicht (1a) enthaltenen Kohlenwasserstoffen kleiner ist als ein vorgegebener erster Schwellenwert S₁.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Erwärmens des Metallschaumelements (1) über Widerstandsheizung, Induktionsheizung oder über Flammenheizung erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Erwärmens des Metallschaumelements (1) beendet wird, wenn die Differenz größer ist als ein vorgegebener zweiter Schwellenwert S₂, wobei gilt S₂ > S₁.