DE102020007213A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Behandeln eines mit Schad- und/oder Nutzkomponenten belasteten Gases - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Behandeln eines mit Schad- und/oder Nutzkomponenten belasteten Gases Download PDF

Info

Publication number
DE102020007213A1
DE102020007213A1 DE102020007213.5A DE102020007213A DE102020007213A1 DE 102020007213 A1 DE102020007213 A1 DE 102020007213A1 DE 102020007213 A DE102020007213 A DE 102020007213A DE 102020007213 A1 DE102020007213 A1 DE 102020007213A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
flow
gas
pressure
flow channels
heat exchanger
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102020007213.5A
Other languages
English (en)
Inventor
Andreas Hartbrich
Alexander Jekow
Ruprecht Marxer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Silica Verfahrenstechnik GmbH
Original Assignee
Silica Verfahrenstechnik GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Silica Verfahrenstechnik GmbH filed Critical Silica Verfahrenstechnik GmbH
Priority to PCT/DE2020/000306 priority Critical patent/WO2021121453A1/de
Publication of DE102020007213A1 publication Critical patent/DE102020007213A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/02—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
    • B01D53/04—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography with stationary adsorbents
    • B01D53/0407—Constructional details of adsorbing systems
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/02—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
    • B01D53/04—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography with stationary adsorbents
    • B01D53/0407—Constructional details of adsorbing systems
    • B01D53/0438—Cooling or heating systems
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/02—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
    • B01D53/04—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography with stationary adsorbents
    • B01D53/0407—Constructional details of adsorbing systems
    • B01D53/0446—Means for feeding or distributing gases
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/02—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
    • B01D53/04—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography with stationary adsorbents
    • B01D53/0462—Temperature swing adsorption
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/46—Removing components of defined structure
    • B01D53/72—Organic compounds not provided for in groups B01D53/48 - B01D53/70, e.g. hydrocarbons
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/74—General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
    • B01D53/81—Solid phase processes
    • B01D53/82—Solid phase processes with stationary reactants
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J19/248—Reactors comprising multiple separated flow channels
    • B01J19/249—Plate-type reactors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/32—Packing elements in the form of grids or built-up elements for forming a unit or module inside the apparatus for mass or heat transfer
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D21/0015—Heat and mass exchangers, e.g. with permeable walls
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D9/00—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D9/0025—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being formed by zig-zag bend plates
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D9/00—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D9/0031—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by paired plates touching each other
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D9/00—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D9/0062—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by spaced plates with inserted elements
    • F28D9/0075—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by spaced plates with inserted elements the plates having openings therein for circulation of the heat-exchange medium from one conduit to another
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F3/00—Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
    • F28F3/02—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations
    • F28F3/04—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations the means being integral with the element
    • F28F3/048—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations the means being integral with the element in the form of ribs integral with the element or local variations in thickness of the element, e.g. grooves, microchannels
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2253/00—Adsorbents used in seperation treatment of gases and vapours
    • B01D2253/10—Inorganic adsorbents
    • B01D2253/102—Carbon
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2253/00—Adsorbents used in seperation treatment of gases and vapours
    • B01D2253/10—Inorganic adsorbents
    • B01D2253/104—Alumina
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2253/00—Adsorbents used in seperation treatment of gases and vapours
    • B01D2253/10—Inorganic adsorbents
    • B01D2253/106—Silica or silicates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2253/00—Adsorbents used in seperation treatment of gases and vapours
    • B01D2253/10—Inorganic adsorbents
    • B01D2253/106—Silica or silicates
    • B01D2253/108—Zeolites
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/70—Organic compounds not provided for in groups B01D2257/00 - B01D2257/602
    • B01D2257/704—Solvents not covered by groups B01D2257/702 - B01D2257/7027
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/70—Organic compounds not provided for in groups B01D2257/00 - B01D2257/602
    • B01D2257/708—Volatile organic compounds V.O.C.'s
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2258/00—Sources of waste gases
    • B01D2258/06—Polluted air
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J2219/2401—Reactors comprising multiple separate flow channels
    • B01J2219/245—Plate-type reactors
    • B01J2219/2451—Geometry of the reactor
    • B01J2219/2456—Geometry of the plates
    • B01J2219/2459—Corrugated plates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J2219/2401—Reactors comprising multiple separate flow channels
    • B01J2219/245—Plate-type reactors
    • B01J2219/2461—Heat exchange aspects
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J2219/2401—Reactors comprising multiple separate flow channels
    • B01J2219/245—Plate-type reactors
    • B01J2219/2476—Construction materials
    • B01J2219/2477—Construction materials of the catalysts
    • B01J2219/2481—Catalysts in granular from between plates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/32—Details relating to packing elements in the form of grids or built-up elements for forming a unit of module inside the apparatus for mass or heat transfer
    • B01J2219/322—Basic shape of the elements
    • B01J2219/32203—Sheets
    • B01J2219/3221—Corrugated sheets
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/32—Details relating to packing elements in the form of grids or built-up elements for forming a unit of module inside the apparatus for mass or heat transfer
    • B01J2219/322—Basic shape of the elements
    • B01J2219/32203—Sheets
    • B01J2219/32248—Sheets comprising areas that are raised or sunken from the plane of the sheet
    • B01J2219/32251—Dimples, bossages, protrusions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/32—Details relating to packing elements in the form of grids or built-up elements for forming a unit of module inside the apparatus for mass or heat transfer
    • B01J2219/322—Basic shape of the elements
    • B01J2219/32279—Tubes or cylinders
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/32—Details relating to packing elements in the form of grids or built-up elements for forming a unit of module inside the apparatus for mass or heat transfer
    • B01J2219/324—Composition or microstructure of the elements
    • B01J2219/32466—Composition or microstructure of the elements comprising catalytically active material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/32—Details relating to packing elements in the form of grids or built-up elements for forming a unit of module inside the apparatus for mass or heat transfer
    • B01J2219/324—Composition or microstructure of the elements
    • B01J2219/32466—Composition or microstructure of the elements comprising catalytically active material
    • B01J2219/32475—Composition or microstructure of the elements comprising catalytically active material involving heat exchange

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Separation Of Gases By Adsorption (AREA)
  • Sorption Type Refrigeration Machines (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Devices And Processes Conducted In The Presence Of Fluids And Solid Particles (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Behandeln eines mit Schad- und/oder Nutzkomponenten belasteten Rohgases.Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, mit denen es möglich ist, im großtechnischen Maßstab Plattenwärmeaustauscher mit schlanken Strömungskanälen zum Behandeln eines mit mindestens einer gasförmigen Schad- und/oder Nutzkomponente belasteten Rohgases einzusetzen, indem die Verlustenergie beim Adsorbieren und Regenerieren reduziert, die Qualität und Geschwindigkeit des Regenerationsprozesses erhöht sowie die Randgängigkeit des Rohgases am Adsorptionsmittel vorbei unter gleichzeitiger Erhöhung der Wirtschaftlichkeit und Sicherheit weitgehend vermieden wird.Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verwenden von mindestens einem modifizierten Kreuzstrom-Plattenwärmeaustauscher (1a,1b) mit vom Verteilraum (3a,3b) zum Sammelraum (5a,5b) durchströmungsoffenen Strömungskanälen (9) mit einer lichten Weite (W) von mindestens 10 bis maximal 80 mm, Strömungsschikanen (24) in den Strömungskanälen (9) und in den Strömungsräumen (14) befindliche Strömungspfade (SF) für das Kühl- oder Heizmedium bildende Strömungsleit- und Abstandsbleche (11) in folgenden Schritten:a) gleichzeitiges Erzeugen von Turbulenzen in den Teilströmen (TG) des Rohgases (G) innerhalb der Strömungskanäle (9) und im Kühlmedium (K) innerhalb der Strömungsräume (14) während der Adsorption bzw. den Teilströmen (TS) des Spülgases (SG) in den Strömungskanälen (9) und im Heizmedium (H) in den Strömungsräumen (14) während der Regeneration,b) Einregeln des Adsorptionsdruckes (pAD) in den Strömungskanälen (9) während der Adsorption durch Drosseln des Abflusses an Reingas (RG) aus dem Sammelraum (5a,5b) auf einen Überdruck von 0,1 bis 15,0 bar,c) Einregeln des Desorptionsdruckes (pD) in den Strömungskanälen (9) während der Regeneration durch Drosseln des Zuflusses an Spülgas (SG) in den Verteilraum (3a,3b) auf einen Absolutdruck von 0,01 bis 1,0 bar unter Aufrechterhaltung eines am Sammelraum (5a, 5b) saugseitig anliegenden Unterdrucks (pv) einer Vakuumpumpe (65) undd) Einregeln eines Kondensations-Überdruckes (pK) beim Trennen des durch die Desorption aufgeheizten Desorbats (DS) in einem Wärmeaustauscher/Kondensator (66) mittels Kondensation in die Schad- und/oder Nutzkomponente und ein Rückgas (GR) auf einen Überdruck von 0,1 bis 5,0 bar durch Drosseln des Abflusses an Rückgas (GR) aus dem Wärmeaustauscher/Kondensator (66).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Behandeln eines mit mindestens einer gasförmigen Schad- und/oder Nutzkomponente belasteten Rohgases, bei dem das von einem Gebläse und/oder Verdichter unter Druck gesetzte Rohgas über einen zuströmseitigen Verteilraum mindestens eines Plattenwärmeaustauschers eine Vielzahl von mit Adsorptionsmittel gefüllte Strömungskanäle, die von spiegelbildlich aufeinander liegenden, durch Stege verbundene, zu Wellblechpaare zusammengefasste Well- und/oder Profilblechen gebildet sind, in parallel aufgeteilten Teilströmen unter einem Adsorptionsdruck solange durchströmt, bis das Adsorptionsmittel durch Adsorption mit der Schad- und/oder Nutzkomponente gesättigt ist, wobei die bei der Adsorption entstehende Wärme durch ein im Kreuzstrom zu den Strömungskanälen geführtes Kühlmedium indirekt abgeführt wird, und die Teilströme nach ihrem Verlassen der Strömungskanäle in einem abströmseitigen Sammelraum zusammengeführt und als Reingas abgeführt werden, sodann das in den Strömungskanälen befindliche gesättigte Adsorptionsmittel regeneriert wird, indem das Adsorptionsmittel einem unter dem Adsorptionsdruck des Rohgases liegenden Desorptionsdruck ausgesetzt und gleichzeitig durch ein im Kreuzstrom zu den Strömungskanälen in Strömungsräumen geführtes Heizmedium indirekt auf Desorptionstemperatur erhitzt wird, bis die Schad- und/oder Nutzkomponente desorbiert, die von einem Spülgas abgeführt wird, wobei eine Steuereinheit in Abhängigkeit der Beladung des Adsorptionsmittels die Strömungskanäle des Plattenwärmeaustauschers vom Adsorptions- in den Regenerationszustand oder umgekehrt auf einen weiteren Plattenwärmeaustauscher umschaltet.
  • Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, mit mindestens einem Plattenwärmeaustauscher, der eine Vielzahl von Strömungskanälen und zu diesen senkrecht verlaufende Strömungsräume umfasst, die von spiegelbildlich aufeinanderliegenden, durch Stege verbundene, zu Wellblechpaaren zusammengefasste Well- und/oder Profilblechen gebildet sind, wobei die Strömungsräume zwischen den Wellblechpaaren angeordnet sind, und die Strömungskanäle für den Durchtritt des in Teilströme aufgeteilten Rohgases zuströmseitig mit einem Verteilraum und abströmseitig mit einem Sammelraum durchströmungsoffen verbunden sind, wobei der zuströmseitige Verteilraum mit einer Zufuhrleitung für das Rohgas und der abströmseitige Sammelraum mit einer Reingasleitung in Verbindung steht, und die Strömungsräume in einen Verteilraum für das Zu- und Abführen eines Kühl- oder Heizmediums zum indirekten Kühlen oder Heizen des Adsorptionsmittels durchströmungsoffen münden, und mit einer Steuereinheit, die den mit der Schad- und/oder Nutzkomponente beladenen Plattenwärmeaustauscher aus dem Adsorptions- in den Regenerationszustand oder umgekehrt auf einen weiteren Plattenwärmeaustauscher umschaltet.
  • Stand der Technik
  • Schadstoffe in Gasen an Adsorbentien zu adsorbieren und diese für einen neuen Adsorptionsvorgang zu regenerieren, gehören seit langem zum Stand der Technik. Zum Einsatz kommen hauptsächlich Adsorbentien in Form von Schüttungen aus Aktivkohle, Silica-Gel, Aluminiumoxid-Gel oder Molekularsiebe, die beispielsweise in einer vom zu reinigenden Gas durchströmten Schüttung ( DE 35 05 351 A1 , DE 197 54 185 C1 , DE 198 09 200 A1 ), einer Bettanordnung des Adsorbens zwischen Wärmeaustauscherplatten ( DE 103 61 515 A1 , EP 2 718 086 B1 , EP 1 284 813 B1 , DE 603 17 545 A2 ) vorliegen.
  • Bei der klassischen Adsorption durchströmt das zu reinigende Gas den mit Adsorptionsmittel gefüllten Adsorber, wobei das Adsorptionsmittel den Schadstoff adsorbiert und durch die Adsorption Wärme entsteht, die bei herkömmlichen Adsorbern nicht abgeführt werden kann. Das zu reinigende Gas wird deshalb vor Eintritt in den Adsorber gekühlt.
    Während der Adsorption entsteht im Adsorber daher ein Temperaturprofil, d.h. bei abwärts gerichteter Strömungsrichtung des Gases durch die Adsorptionsmittelschüttung werden die oberen Schichten der Schüttung durch das eintretende Gas gekühlt und die unteren Schichten durch die freiwerdende Adsorptionswärme erwärmt. Grundsätzlich adsorbiert ein Stoff bei höherer Temperatur schlechter und die maximal mögliche Beladung des Adsorptionsmittels mit der adsorbierten Schadkomponente nimmt mit steigender Temperatur ab. Dies limitiert die Leistung der Festbettadsorber deutlich.
    Das während der Adsorption von Lösemitteln sich ausbildende Temperaturprofil aus VOC-belasteter Abluft begünstigt außerdem die Ausbildung von brandgefährdenden Hotspots in der Aktivkohleschüttung, die zu einer Selbstentzündung der Aktivkohle führen können.
    Bei der Regeneration wird bekanntlich in das beladene Adsorptionsmittel ein zuvor aufgeheiztes Regenerationsgas eingeleitet, welches das Adsorptionsmittel auf eine Temperatur erhitzt, bei dem der Schadstoff oder die Nutzkomponente desorbiert.
    Die Regeneration mit Gas ist aufgrund der relativ geringen Wärmekapazität des Gases aus energetischer Sicht unvorteilhaft. Alle Apparate, Rohrleitungen und Armaturen werden vom erhitzten Regenerationsgas aufgeheizt, bevor die Wärme das Adsorptionsmittel entsprechend aufheizen kann. Dies verursacht hohe Betriebskosten durch die aufzuwendende Verlustenergie.
  • Aus der DE 1 272 891 B ist ein Verfahren zum Reinigen von Gasen durch Adsorption unter Druck an zeolithischen Molekularsieben bekannt. Die zu reinigenden Gase werden durch eine Molekularsiebschicht unter hohem Druck geleitet bis die Adsorptionsfront der Verunreinigungen eine vorbestimmte Stelle der Molekularsiebschicht erreicht hat, wobei ein gewisser Teil der Molekularsiebschicht frei von Adsorbat bleibt. Die Zufuhr der zu reinigenden Gase wird dann unterbrochen und der Druck in der Molekularsiebschicht wird durch Entspannung am Ende der Schicht im Gleichstrom vermindert bis die die Adsorptionsfront das Austrittsende der Molekularsiebschicht erreicht hat. Abschließend erfolgt die Desorption der Verunreinigungen. Adsorptionsmittel wie Aktivkohle und Kieselsäuregel sind nach diesem Stand der Technik ungeeignet für die Adsorption unter hohem Druck, weil bei niedrigem Partialdruck das Adsorptionsvermögen von Aktivkohle und Kieselsäuregel zu gering ist, um wirtschaftlich eingesetzt werden zu können. Dieser Stand der Technik schlägt des Weiteren die Desorption der adsorbierten Verunreinigungen vom im Festbett angeordneten Adsorptionsmittel durch das Abstreifen mit einem Spülgas, das Verdrängen mit einem bevorzugt adsorbierten Material, das Erhitzen des Adsorptionsmittels auf eine Temperatur oberhalb der Adsorptionstemperatur auf direkten oder indirekten Weg oder Entspannen auf einen Druck unterhalb des Adsorptionsdrucks vor.
  • Wird Aktivkohle als Adsorptionsmittel bei der Lösemittelrückgewinnung eingesetzt, erfolgt die Regeneration der Aktivkohle meistens durch eine Direktbedampfung der Aktivkohle mit heißem Wasserdampf, wodurch neben den Wärmeverlusten zusätzlich eine Verunreinigung der Lösemittel durch den Dampf eintritt. Des Weiteren muss vor einer Wiederverwendung des Lösemittels die Wasserphase aus dem Lösemittel entfernt werden, was wiederum einen hohen energetischen und apparativen Aufwand verursacht.
  • Neben der Anordnung der Adsorptionsmittel als Schüttung im Festbett oder der Anordnung der Adsorptionsmittel zwischen Wärmeaustauscherplatten ist auch die Befüllung von Rohren in einem Rohrbündel mit Kreisringquerschnitt ( DE 37 29 517 A1 ) bekannt, wobei konzentrisch zu dem Rohrbündel eine Kühlung führende zylindrische Rohrschlange und im Zentrum des Rohrbündels und/oder Rohrschlage eine elektrische Heizeinrichtung angeordnet ist.
  • Weiterhin ist aus der DE 198 09 200 A1 ein Apparat, insbesondere für die Verwendung als chemischer Reaktor und/oder Adsorber und/oder Regenerator bekannt, der im Wesentlichen zylindersymmetrisch um eine Vorzugsachse aufgebaut ist und wenigstens zwei Schüttungen aus Teilchen enthält, die katalytisch und/oder adsorptiv und/oder wärmespeichernd wirken. Der Apparat weist Mittel zum Zu- und Abführen von gasförmigen oder flüssigen Medien auf, die jeweils den voneinander abgewandten und den einander zugewandten Enden der Schüttungen zugeordnet sind.
  • Darüber hinaus sind Verfahren und Vorrichtungen zur Reinigung oder Trocknung von Gasen bekannt, in denen Rohrbündelwärmeaustauscher oder Rohranordnungen aus parallel angeordneten voneinander beabstandeten Rohren eingesetzt werden, die mit Adsorptionsmittel gefüllt sind.
  • In der EP 1 975 539 A2 ist ein Wärmeaustauscher oder chemischer Reaktor offenbart, der einen Wärmeaustauschkörper umfasst, welcher einen Fluidströmungskanal oder mehrere Fluidströmungskanäle definiert, und einen entfernbaren Einsatz aufweist. Der Einsatz umfasst eine Reihe von Kontaktplatten, die entlang einer gemeinsamen Achse gestapelt sind und eine Presspassung in einen der Strömungskanäle aufweisen, wodurch sekundäre Wärmeaustauschflächen in thermischem Kontakt mit den Primärwandflächen vorgesehen sind.
  • Nach diesem Stand der Technik gibt es zwei grundlegende Systeme, einen Katalysator oder ein Adsorbent in einen vom Prozessfluid durchströmten Strömungskanal einzubringen. Die erste Möglichkeit besteht darin, den Katalysator oder Adsorbent als geträgerte Schicht im Strömungskanals anzuordnen ( EP 1 195 193 B1 , EP 1 361 919 B1 , EP 1 430 265 B1 , DE 11 2006 000 447 T5 , EP 1 434 652 B1 , WO 03/095924 A1 ). Die Partikelgröße in diesen Fällen liegt bei weniger als 0,15 mm, so dass dieser Lösungsansatz für Strömungskanäle mit geringen Querschnitten und geschlossenen Strömungskanälen von Plattenwärmeaustauschern geeignet ist. Bei der zweiten Möglichkeit wird der Katalysator oder das Adsorptionsmittel als eine Schüttung oder Packung in einen relativ offenen ungehinderten Strömungsdurchgang mit größeren Strömungsquerschnitten eingebracht ( WO 2006/075 163 A2 ). Die verwendeten Partikelgrößen liegen hier bei mehr als 2 bis 3 mm. Ist die Katalysatorpackung verbraucht, muss diese aus den Strömungskanälen entfernt werden, indem die Packung durch einen in den Strömungskanal eingeführten Stab gedrückt wird.
  • Beide Systeme sind mit gravierenden Nachteilen verbunden. Das erste System ist aufgrund seines komplizierten konstruktiven Aufbaus gewissermaßen ein Einwegsystem, weil der Katalysator bzw. das Adsorptionsmittel nach ihrem Verbrauch nur mit verhältnismäßig hohem technischem Aufwand entfernt werden können oder der Apparat sogar verschrottet werden muss.
  • Beim zweiten System ist eine Verblockung einzelner Strömungskanäle durch die in den Strömungskanälen befindliche Adsorptionsmittelschüttung sowohl während der Adsorption als auch der Regeneration nicht sicher auszuschließen, so dass eine ungleichmäßige Beladung des Adsorptionsmittels die Folge ist, die dazu führt, dass die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens beeinträchtigt wird. Bei der Desorption kann die Restbeladung aus dem Adsorptionsmittel des verblockten Strömungskanals nicht vollständig ausgetrieben werden und die Adsorptionskapazität für die folgende Adsorptionsphase reduziert sich entsprechend der Restbeladung, sofern der verblockte Strömungskanal wieder strömungsdurchgängig gemacht werden konnte. Außerdem erhöht sich der Verbrauch an ungenutztem Adsorptionsmittel, was die Betriebskosten des Verfahrens erhöht.
  • Ein weiterer nicht zu vernachlässigender Nachteil besteht darin, dass insbesondere die mit Adsorptionsmittel gefüllten Strömungskanäle mit kleinen Querschnittsflächen zur Randgängigkeit des Gases am Adsorptionsmittel vorbei neigen, weil die Strömungsgeschwindigkeit in Wandnähe ein Maximum erreicht, die lokal zu einem erhöhten Stoff- und Wärmeübergang und damit zu einem verfrühten Durchbruch der Konzentrationsfront in Wandnähe führt.
  • Für kleine Querschnitte der Strömungskanäle konnten sich deshalb Plattenwärmeaustauscher als Adsorptionsapparate im großtechnischen Maßstab nicht durchsetzen.
  • Aufgabenstellung
  • Bei diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, mit denen es möglich ist, im großtechnischen Maßstab Plattenwärmeaustauscher mit schlanken Strömungskanälen zum Behandeln eines mit mindestens einer gasförmigen Schad- und/oder Nutzkomponente belasteten Rohgases einzusetzen, indem die Verlustenergie beim Adsorbieren und Regenerieren reduziert sowie die Gefahr einer Verblockung von mit Adsorptionsmitteln gefüllten Strömungskanälen und der Ausbildung von brandgefährdenden Hot-Spots gesenkt, die Qualität und Geschwindigkeit des Regenerationsprozesses erhöht sowie die Randgängigkeit des Rohgases am Adsorptionsmittel vorbei unter gleichzeitiger Erhöhung der Wirtschaftlichkeit und Sicherheit weitgehend vermieden wird.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des Anspruches 1 und durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 18 gelöst.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens und der Vorrichtung sind den Unteransprüchen entnehmbar.
  • Der erfindungsgemäßen Lösung liegt die Erkenntnis zugrunde, für den Stoffaustausch zwischen einer Schad- und/oder Nutzkomponente eines Rohgases und dem Adsorptionsmittel kleinquerschnittige, schlanke Strömungskanäle eines mit Adsorptionsmittel gefüllten Kreuzstrom-Plattenwärmeaustauscher zu verwenden und gleichzeitig den Wärmeaustausch mit dem Adsorptionsmittel bei der Adsorption und Regeneration durch Aufteilung des Rohgases und des Spülgases in Teilströme effektiver zu gestalten sowie die Teilströme des Spülgases ausschließlich als Transportgas für die Schad- und/oder Nutzkomponente zu nutzen.
  • Dies wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren durch ein Verwenden von mindestens einem modifizierten Kreuzstrom-Plattenwärmeaustauscher mit vom Verteilraum zum Sammelraum durchströmungsoffenen schlanken Strömungskanälen einer lichten Weite von mindestens 10 bis maximal 80 mm, in den Strömungskanälen positionierte Strömungsschikanen und in den Strömungsräumen befindliche Strömungspfade für das Kühl- oder Heizmedium bildende Strömungsleit- und Abstandsbleche in folgenden Schritte erreicht:
    1. a) gleichzeitiges Erzeugen von Turbulenzen in den Teilströmen des Rohgases innerhalb der Strömungskanäle und im Kühlmedium innerhalb der Strömungsräume während der Adsorption bzw. den Teilströmen des Spülgases in den Strömungskanälen und im Heizmedium in den Strömungsräumen während der Regeneration,
    2. b) Einregeln des Adsorptionsdruckes in den Strömungskanälen während der Adsorption durch Drosseln des Abflusses an Reingas aus dem Sammelraum auf einen Überdruck von 0,1 bis 15,0 bar,
    3. c) Einregeln des Desorptionsdruckes in den Strömungskanälen während der Regeneration durch Drosseln des Zuflusses an Spülgas in den Verteilraum auf einen Absolutdruck von 0,01 bis 1,0 bar unter Aufrechterhaltung eines am Sammelraum saugseitig anliegenden Unterdrucks einer Vakuumpumpe und
    4. d) Einregeln eines Kondensations-Überdruckes beim Trennen des durch die Desorption aufgeheizten Desorbats in einem Wärmeaustauscher/Kondensator mittels Kondensation in die Schad- und/oder Nutzkomponente und ein Rückgas auf einen Überdruck von 0,1 bis 5,0 bar durch Drosseln des Abflusses an Rückgas aus dem Wärmeaustauscher/Kondensator.
  • Die Turbulenzen im Rohgas und im Spülgas werden nach einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durch Strömungsschikanen erzeugt, die als Ausprägungen senkrecht und/oder quer zur Strömungsrichtung in der Wandung des Strömungskanals gleichzeitig mit dem Wellbiegen bzw. Wellwalzen der Wellbleche ausgebildet werden, wobei die Ausprägungen nach innen in den Strömungskanal und/oder nach außen in die benachbarten Strömungsräume ausgerichtet sein können. Die erzeugten Turbulenzen wirken der Randgängigkeit entlang der Wandung der Strömungskanäle entgegen und haben außerdem den Vorteil, dass das Kühl- oder Heizmedium von den nach außen in die Strömungsräume gerichteten Ausprägungen direkt an der Oberfläche verwirbelt wird und so den Wärmeaustausch verbessert.
  • Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Turbulenzen im Kühl- oder Heizmedium durch in den Strömungsräumen zwischen den Wellblechpaaren positionierte Strömungsleit- oder Abstandbleche erzeugt, wobei das Kühlmedium während der Adsorption oder das Heizmedium während der Regeneration im Kreuzstrom zu den Strömungskanälen ein- oder mehrgängig geführt werden kann.
  • Für den Fall, dass das Kühl- oder Heizmedium mehrgängig geführt werden soll, werden benachbarte Strömungsräume wechselweise miteinander verbunden, wodurch das Kühl- oder Heizmedium von Strömungsraum zu Strömungsraum umgelenkt wird. Durch die Strömungsleit- und Abstandsbleche in den Strömungsräumen zwischen den Reihen der Strömungskanäle wird eine ständige Umlenkung des an den Strömungskanälen vorbeiströmenden Kühl- oder Heizmediums erzwungen, so dass der indirekte Wärmeaustausch mit dem Adsorptionsmittel eine hohe Effektivität erreicht. Gleichzeitig stellen die Strömungsleit- und Abstandsbleche einen genauen Abstand der über- oder untereinanderliegenden Wellblechpaare sicher und ermöglichen eine stabile und kompakte Bauweise.
  • In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Adsorptionsdruck derart eingeregelt, dass der Druck des Rohgases im Verteilraum und der Druck des Reingases im Sammelraum durch mit der Steuereinheit verbundene Drucksensoren gemessen werden, die Steuereinheit die Messwerte mit einem vorgegebenen, in der Steuereinheit hinterlegten Sollwert für den Adsorptionsdruck (pAD) vergleicht und bei Abweichung das Gebläse und/oder Verdichter und ein dem Sammelraum nachgeordnetes Druckregelventil ansteuert, das den Abfluss an Reingas aus dem Sammelraum derart einstellt, dass der Adsorptionsdruck dem Sollwert für den Adsorptionsdruck entspricht.
  • Diese Regelungsweise ermöglicht es, den Adsorptionsdruck in den Strömungskanälen genau und sicher einzuhalten.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Desorptionsdruck derart eingeregelt, dass der Druck des Spülgases im Verteilraum und der anliegende Druck der Vakuumpumpe im Sammelraum durch mit der Steuereinheit verbundene Drucksensoren gemessen werden, die Steuereinheit die Messwerte mit einem vorgegebenen, in der Steuereinheit hinterlegten Sollwert für den Desorptionsdruck vergleicht und bei Abweichung die dem Sammelraum nachgeordnete Vakuumpumpe und ein dem Verteilraum vorgeordnetes Regelventil ansteuert, das den Zufluss an Spülgas in den Verteilraum derart einstellt, dass der Desorptionsdruck dem Sollwert für den Desorptionsdruck entspricht.
  • Von Vorteil ist, dass der Desorptionsdruck in den Strömungskanälen durch das Zusammenwirken von Vakuumpumpe und Regelventil exakt eingehalten werden kann.
  • Nach einer weiteren bevorzugen Ausgestaltungsform des erfindungsgemäßen Verfahren wird der Kondensations-Überdruck derart eingeregelt, dass der Druck des Rückgases nach Verlassen des Wärmeaustauschers/Kondensators durch einen mit der Steuereinheit verbundenen Drucksensor gemessen wird, die Steuereinheit den Messwert mit einem vorgegebenen, in der Steuereinheit hinterlegten Sollwert für den Kondensations-Überdruck vergleicht und bei Abweichung ein aus dem Wärmeaustauscher/Kondensator nachgeordnetes Druckregelventil ansteuert, welches den Abfluss an Rückgas derart einstellt, dass der Kondensations-Überdruck dem Sollwert für den Kondensations-Überdruck entspricht.
  • Dies ermöglicht die genaue Einhaltung des Überdruckes während der Kondensation.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als Spülgas Reingas oder Inertgas verwendet, das in Teilströme während der Regeneration aufgeteilt wird, wobei je ein Teilstrom in jeweils einen mit gesättigtem Adsorptionsmittel gefüllten Strömungskanal geleitet wird, diesen durchströmt und die desorbierte Schad- und/oder Nutzkomponente aus dem Adsorptionsmittel in den Sammelraum austrägt und zum Desorbat aus Spülgas und Schad- und/oder Nutzkomponente zusammengeführt.
  • Dadurch, dass die Teilströme des Spülgases nur noch Transportfunktion wahrnehmen, wird eine hohe Energieeffizienz während der Regeneration erreicht. Vorteilhafterweise kann von dem durch das erfindungsgemäße Verfahren erzeugten Reingas ein Teilstrom abgeteilt und als Spülgas verwendet werden. Im Fall, dass stattdessen Inertgas eingesetzt wird, ist ein entsprechender Speicher vorzusehen, von dem das Inertgas als Spülgas zugeführt wird. Alternativ dazu kann das Inertgas auch einem Versorgungsnetzwerk entnommen werden. Als Inertgas kommt vorzugsweise Stickstoff zum Einsatz.
  • Eine besonders bevorzugte Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass die Teilströme des Rohgases während der Adsorption und die Teilströme des Spülgases während der Regeneration in voneinander gasdicht getrennte, mit Adsorptionsmittel gefüllte Strömungskanäle geleitet werden.
  • In Ausgestaltung dieser bevorzugten Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird beim Wellwalzen in Längsrichtung der Stege mindestens eine Rille für das Einlegen eines Hartlots eingeformt, die beim spiegelbildlichen Übereinanderlegen der Stege ineinandergreifen und durch Hartlöten miteinander stoffschlüssig verbunden werden, wobei die Stege in Querrichtung durch Laserschweißnähte gasdicht verbunden werden. Die Stege können aber auch in Längsrichtung der Stege durch mindestens eine Laserschweißnaht und in Querrichtung durch je eine gegenüber dem Verteilraum und dem Sammelraum abdichtende Laserschweißnaht gasdicht verbunden werden.
  • Nach einer weiteren Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Teilströme des Rohgases während der Adsorption und die Teilströme des Spülgases während der Regeneration in miteinander in mindestens einer Strömungsverbindung stehende, mit Adsorptionsmittel gefüllte Strömungskanäle geleitet, wobei die nebeneinanderliegenden benachbarten Strömungskanäle über mindestens einen Strömungsübergang mit Durchtrittsöffnungen für einen Teil des im Strömungskanal eingetretenen Teilstroms an Rohgas während der Adsorption und für einen Teil des im Strömungskanal eingetretenen Teilstroms an Spülgas während der Regeneration miteinander kommunizieren, durch welche mindestens zwei Bypassströme vom jeweiligen Teil des Teilstroms abgeteilt und diese seitwärts gerichtet in das Adsorptionsmittel des jeweils benachbarten Strömungskanals geleitet werden.
  • Der Strömungsübergang wird gemäß einem weiteren Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens aus einer beim Wellwalzen der Well- oder Profilbleche in die Stege eingeformten Einsenkung gebildet, die beim seitenverkehrten Übereinanderlegen der Well- und Profilbleche vom darüber und oder darunterliegenden Bereich der Stege abgedeckt wird, wobei die aufeinanderliegenden Stege durch Laserschweißen in Längs- und Querrichtung stoffschlüssig verbunden werden, wobei die Laserschweißnaht in Längsrichtung von der Einsenkung durchdrungen und die Einsenkung durch Schweißnähte in Querrichtung gasdicht abgedichtet wird.
  • Der Strömungsübergang kann aber auch beim Übereinanderlegen der Well- oder Profilbleche durch einen flachen Spalt zwischen den Stegen gebildet werden, indem die Stege miteinander in Längsrichtung durch Laserlinienschweißen stoffschlüssig so verbunden werden, dass der Spalt die stoffschlüssige Verbindung unterbricht und in mindestens einen Strömungsübergang darstellenden Abschnitt unterteilt, der in Querrichtung der Stege durch den Spalt begrenzende Schweißnähte gasdicht abgedichtet wird.
  • Nach einer vorzugsweisen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens können mehrere Strömungsübergänge in Längsrichtung der Stege gleichmäßig oder unterschiedlich voneinander beabstandet und verteilt sein. So kann beispielsweise die Anzahl der Strömungsübergänge in den Stegen in Nähe des zuströmseitigen Verteilraums größer sein als die Anzahl der Strömungsübergänge in den Stegen nahe dem abströmseitigen Sammelraum, d.h. die Anzahl der entlang der Stege verteilten Strömungsübergänge kann variieren.
  • Eine weitere Ausgestaltungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass die kondensierte Schad- und/oder Nutzkomponente über einen Kondensatablass abgeführt sowie das den Wärmeaustauscher verlassende Rückgas dem Rohgas zugemischt wird.
  • Die weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass als Adsorptionsmittel Schüttungen aus Aktivkohlegranulat, Aluminiumoxid-Gel, Silica-Gel, Molekularsiebe oder deren Gemische verwendet werden.
  • Zum Kühlen können Wasser oder Glykol-Wasser-Gemische eingesetzt werden. Als Heizmedium kommen Wasserdampf, heißes Wasser oder heiße Abgase zum Einsatz.
  • Die Lösung der Aufgabe wird mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung dadurch erreicht, dass der Plattenwärmeaustauscher ein modifizierter Kreuzstrom-Plattenwärmeaustauscher mit schlanken Strömungskanälen ist, die durch in den Strömungsräumen für das Kühl- oder Heizmedium angeordnete Strömungsleit- und Abstandsbleche voneinander beabstandet sind, wobei die Strömungskanäle eine lichte Weite von mindestens 10 bis maximal 80 mm haben und im Inneren Strömungsschikanen zum Erzeugen von Turbulenzen aufweisen, und dass der zuströmseitige Verteilraum mit einer Spülgasleitung zum Zuführen des Spülgases und dessen Aufteilung in Teilströme und deren Einleitung in die Strömungskanäle für den Abtransport der desorbierten aufgeheizten Schad- und/oder Nutzkomponente aus dem Adsorptionsmittel als Desorbat in den Sammelraum in Verbindung steht, wobei dem Sammelraum ein Druckregelventil zum Drosseln des Abflusses an Reingas zugeordnet ist, und an die Spülgasleitung ein Regelventil zum Drosseln des Zuflusses an Spülgas in den Verteilraum und der Sammelraum abströmseitig an eine Vakuumpumpe saugseitig angeschlossen ist, und dass die Vakuumpumpe druckseitig mit einem Wärmaustauscher/Kondensator zum Auftrennen des Desorbats in die Schad-und/oder Nutzkomponente und ein Rückgas verbunden ist, wobei der Wärmeaustauscher/Kondensator mit einem Abscheider zum Ausschleusen der Schad- und/oder Nutzkomponente und der Wärmeaustauscher mit einer Rückgasleitung zum Abführen des Rückgases in die Zuführleitung des Rohgases in Verbindung steht, wobei ein Druckregelventil zum Drosselndes Abflusses des Rückgases während der Kondensation in die Rückgasleitung eingebunden ist.
  • Nach einer bevorzugten Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst das Strömungsleit- und Abstandsblech ein dünnes Wellblech mit in die Wellenberge eingeformte, die Höhe der Wellenberge übersteigende Abstandshalterprofile, die zueinander von Wellenberg zu Wellenberg auf Lücke versetzt angeordnet sind, wobei die Abstandshalterprofile in den von den Stegen der über- und untereinanderliegenden Wellblechpaaren gebildeten Versatz abstützend eingreifen und das jeweilige Abstandshalterprofil jeweils endseitig am dazugehörigen Wellblechpaar stoffschlüssig fixiert ist.
  • Dies hat den Vorteil, dass die Strömungsleit- und Abstandsbleche nicht nur die Turbulenzen im Kühl- oder Heizmedium erzeugen, sondern zugleich auch die aus den spiegelbildlich aufeinanderliegenden Wellbleche gebildeten Wellblechpaare zueinander auf Abstand halten, so dass das Kühlmedium während der Adsorption oder das Heizmedium während der Regeneration im Kreuzstrom zu den Strömungskanälen ein- oder mehrgängig ohne Behinderung durch die Strömungsräume geführt werden kann.
  • Des Weiteren tragen die Strömungsleit- und Abstandsbleche zu einer kompakten Bauweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei.
  • Wesentlich für die weitgehende Vermeidung einer Randgängigkeit der Teilströme in den Strömungskanälen am Adsorptionsmittel vorbei ist, dass die Strömungsschikanen durch Ausprägungen gebildet sind, die quer und/oder parallel zur Strömungsrichtung des Teilstroms des Rohgases oder Spülgases in die Wandung der Strömungskanäle nach innen und/oder von der Wand nach außen gerichtet eingeformt sind.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist dem Verteilraum und dem Sammelraum jeweils ein Drucksensor zum Messen des Druckes des Rohgases, des Druckes des Reingases während der Adsorption und des Druckes des Spülgases und des saugseitigen Druckes der Vakuumpumpe während Regeneration zugeordnet ist, wobei die Drucksensoren mit der Steuereinheit verbunden sind, die zum Ansteuern des Gebläses in der Zuführleitung, der Druckregelventile zum Drosseln des Abflusses an Reingas aus dem Sammelraum, der Vakuumpumpe zum Erzeugen eines Unterdrucks während der Regeneration und der Regelventile zum Drosseln des Zuflusses an Spülgas in den Verteilraum in Verbindung steht.
  • Nach einem weiteren Merkmal der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Wärmeaustauscher/Kondensator abströmseitig mit der Zufuhrleitung für das Rohgas durch die Rückgasleitung über das Druckregelventil zum Drosseln des Abflusses an Rückgas aus dem Wärmeaustauscher/Kondensator verbunden, wobei ein dem Wärmeaustauscher/Kondensator nachgeordneter Drucksensor zum Messen des Rückgasdruckes vorgesehen ist, der mit der Steuereinheit verbunden ist, die das Druckregelventil so ansteuert, dass die Schad- und/oder Nutzkomponente bei Überdruck kondensieren kann.
  • In weiterer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die Strömungskanäle zuström- und abströmseitig mit einem vom Roh- oder Spülgas durchströmbaren Sieb abgedeckt, dessen Maschengröße kleiner ist als die kleinste Partikelgröße des Adsorptionsmittels.
  • Bei notwendig werdendem Austausch des Adsorptionsmittels lässt sich das Sieb von den Strömungskanälen demontieren und das verbrauchte Adsorptionsmittel über den zuführseitigen Verteilraum problemlos entfernen. Die Befüllung der Strömungskanäle mit neuem Adsorptionsmittel erfolgt nach Entfernung des abströmseitigen Siebs und der erneuten Montage des zuströmseitigen Siebs über den abströmseitigen Verteilraum vertikal in die offenen Strömungskanäle entsprechend.
  • Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass der modifizierte Kreuzstrom-Plattenwärmeaustauscher eine rechteckige Baueinheit umfasst, die im Innenraum eines rechteckigen oder zylindrischen Gehäuses angeordnet ist, wobei der Verteilraum als ein Fußteil, der Sammelraum als ein Kopfteil ausgebildet ist und der Verteilraum für das Kühl- oder Heizmedium alle Strömungsräume durchströmungsoffen umschließt.
  • Diese Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung hat den Vorteil, dass die Baueinheit je nach den vorliegenden Betriebsverhältnissen in vertikaler oder horizontaler Einbaulage betrieben werden kann.
  • Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind mehrere Baueinheiten übereinander in einem gemeinsamen Gehäuse des Kreuzstrom-Plattenwärmeaustauschers angeordnet und jede Baueinheit ist mit einem zuflussseitigen Verteilraum und einen abströmseitigen Sammelraum versehen, wobei die Verteilräume und die Sammelräume untereinander durch die Strömungskanäle mit einer lichten Weite von 6 bis 50 mm strömungsverbunden sind.
  • Diese Anordnung ermöglicht, eine freie Skalierung der zu behandelnden Gasmengen und eine einfache Montage der Baueinheiten.
  • Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung weist die Baueinheit einen zuströmseitigen Boden und einen abströmseitigen Boden auf, wobei der jeweilige Boden entweder aus einem einzigen Formteil oder aus mehreren an die Kontur der Strömungskanäle angepassten Formteile bestehen, die untereinander und mit den Wellblechbaren stoffschlüssig verbunden sind.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die benachbarten Strömungskanäle voneinander gasdicht getrennt sind. Die Stege der spiegelbildlich aufeinander angeordneten Well- oder Profilbleche sind miteinander in Längsrichtung durch mindestens eine Hartlotverbindung oder mindestens eine Laserschweißnaht und in Querrichtung der Stege stoffschlüssig durch Laserschweißnähte verbunden, so dass eine Kommunikation zwischen benachbarten Strömungskanälen ausgeschlossen ist.
  • Für das gasdichte Verbinden der Stege besitzen letztere mindestens eine in Längsrichtung der Stege verlaufende Rille zum Einlegen eines Hartlotes, wobei die Rillen beim spiegelbildlichen Übereinanderlegen ineinandergreifen und durch Hartlöten miteinander gasdicht verbunden werden.
  • Alternativ können die beim seitenverkehrten Übereinanderanordnen der Well- oder Profilbleche gebildeten benachbarten Strömungskanäle durch mindestens einen quer zur Längsrichtung der Stege verlaufenden Strömungsübergang strömungsverbunden sein, dessen Durchtrittsöffnungen jeweils in die benachbarten Strömungskanäle münden, wobei der Strömungsübergang aus mindestens einer im Steg eingeformten Einsenkung (Rille) gebildet ist, die vom darüber- oder darunterliegenden Bereich des dazu seitenverkehrt angeordneten Stegs abgedeckt ist und dass die aufeinanderliegenden Stege gasdicht durch mindestens eine von der Einsenkung durchdrungene, in Längsrichtung der Stege verlaufende stoffschlüssige Verbindung (Schweißnaht) und die Stege in Querrichtung durch parallel zur Einsenkung verlaufende Schweißnähte gasdicht verbunden sind.
  • Der Strömungsübergang kann aber auch aus mindestens einem flachen Spalt mit Durchtrittsöffnungen zwischen den in Längsrichtung stoffschlüssig und gasdicht verbundenen Stegen bestehen, wobei die Stege in Querrichtung durch parallel zum Spalt verlaufende Schweißnähe gasdicht verbunden sind.
  • Die Durchtrittsöffnung der Strömungsübergänge hat erfindungsgemäß eine Abmessung, welche kleiner als die Abmessung und Form der kleinsten Partikelgröße der Adsorptionsmittelschüttung ist, so dass ein Übertritt von Adsorptionsmittel von einem Strömungskanal in den benachbarten anderen Strömungskanal ausgeschlossen ist.
  • Die Strömungsübergänge können gleichmäßig oder unterschiedlich lang voneinander beabstandet und verteilt in Längsrichtung der Stege angeordnet sein.
  • Diese Anordnung hat den Vorteil, dass die von den Durchtrittsöffnungen abgeteilten Teilströme des Rohgastroms über die gesamte Länge des Strömungskanals in die Adsorptionsmittelschüttung verteilt werden können und dazu beitragen beginnenden Verblockungen in den schmalen Strömungskanälen entgegenzuwirken.
  • Eine weitere Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass das Spülgas Luft, vorzugsweise Reingas, oder ein Inertgas, beispielsweise Stickstoff ist. Für Inertgas als Spülgas ist ein separater Speicher oder ein entsprechendes Versorgungsnetzwerk vorgesehen, der oder das mit der Spülgasleitung in Verbindung steht.
  • Nach einem weiterem Merkmal der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist das Adsorptionsmittel eine Schüttung aus Aktivkohle, Aluminiumoxid-Gel, Silica-Gel, Molekularsieben oder deren Gemische mit einer Partikelgröße zwischen 0,6 mm und 6,0 mm.
  • Die Kreuzstrom-Plattenwärmeaustauscher bestehen aus dünnem Edelstahl- Kupfer- oder Aluminiumblech, das durch Wellwalzen zum Well- oder Profilblech mit unterschiedlichen Profilformen umgeformt ist.
  • In einer bevorzugten Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die mit Adsorptionsmittel gefüllten Strömungskanäle der beiden Kreuzstrom-Plattenwärmeaustauscher zueinander über Verbindungsleitungen und Schaltventile und die den Strömungsräumen zugeordnete indirekte Kühlung oder Heizung für das Adsorptionsmittel über den peripheren Verteilraum durch Verbindungsleitungen und Absperrarmaturen über die Steuereinheit umschaltbar angeordnet.
  • Vorteilhaft ist, dass die bei der Adsorption anfallende Wärme von ihrem Entstehungsort durch Wasser oder Glykol-Wasser-Gemische abgeführt und die zur Regeneration des Adsorptionsmittels erforderliche Wärme, dort wo sie benötigt wird, durch Wasserdampf, heißes Wasser oder heiße Abgase zugeführt werden kann.
  • Bei den konventionellen zum Stand der Technik gehörenden Verfahren wird das Adsorptionsmittelbett auf- oder abwärts gerichtet durch das Regenerationsfluid einseitig aufgeheizt. Dabei wandert die Wärme- bzw. Desorptionsfront durch das Bett. Ein großer Teil der im heißen Bereich bereits desorbierten Komponenten wird in dem noch nicht aufgeheizten (kalten) Bereich der Adsorptionsmittelsäule wieder adsorbiert und muss dann energieintensiv erneut desorbiert werden.
  • Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht u.a. darin, dass das in den Strömungskanälen befindliche Adsorptionsmittel gleichzeitig aufgeheizt wird. Dadurch gibt es in der Adsorptionsmittelschüttung keine kalten Bereiche, in denen desorbierte Komponenten wieder adsorbiert werden könnten. Dies ist mit dem Vorteil verbunden, dass die Energieeffizienz des Prozesses und die Qualität der Regeneration deutlich verbessert werden.
  • Von Vorteil ist weiterhin, dass der Spülgasstrom frei wählbar ist und nur dem Abtransport der desorbierten Schad- und/oder Nutzkomponente dient, wodurch höhere Konzentrationen an Schad- und/oder Nutzkomponenten im Spülgas eingestellt werden können und insbesondere die Kondensationsmengen an Schad- und/oder Nutzkomponenten wie z.B. Dichlormethan, Aceton, Ethylacetat, Methanol, Toluol, Xylol, Hexan, Wasser Größenordnungen erreichen, die industriellen Maßstäbe genügen und wirtschaftlich sind.
  • Die Absenkung des Druckes bei der Desorption ermöglicht des Weiteren eine Minimierung der Spülgasmenge. So wird beispielsweise bei einer Absenkung des Druckes auf 0,5 bara und gleicher Durchströmung im Adsorber nur die halbe Spülgasmenge benötigt. Außerdem sinkt bei der Reduzierung des Druckes die erforderliche Desorptionstemperatur, was insbesondere bei der Rückgewinnung von temperaturempfindlichen Schad- und/oder Nutzkomponenten wie z.B. chlorierten Verbindungen, von Vorteil ist.
  • Damit eröffnet die erfindungsgemäße Lösung die Möglichkeit Energieträger wie Heißwasser oder auch warmes Abgas als Heizmedium für die Regeneration zu verwenden. Durch das Einstellen eines Überdruckes auf der Druckseite der Vakuumpumpe bei der Kondensation im Wärmeaustauscher vor dem Druckregelventil ist die Kondensation der Schad- und/oder Nutzkomponente deutlich effizienter, da die Kondensation druckabhängig ist. Ein Gemisch aus gesättigtem Luft/Ethylacetat erreicht beispielsweise bei einem Druck von 1 barü und üblichem Kaltwasser (+2°C) eine vergleichbare Kondensationsleistung wie bei -10°C unter Normaldruck 1 bara. Sowohl der Druck und die Temperatur bei der Kondensation können einfach an die jeweiligen Bedingungen angepasst werden.
  • Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, dass das Spülgas nicht die erforderliche Desorptionsenergie in das beladene Adsorptionsmittel transportieren muss, sondern lediglich die desorbierte Schad- und/oder Nutzkomponente in den Wärmeaustauscher abtransportiert.
  • Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen.
  • Figurenliste
  • Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.
  • Es zeigen
    • 1a eine perspektivische Explosionsdarstellung von zwei zueinander versetzte, spiegelbildlich übereinander angeordnete Wellblechpaare, deren Stege aufeinanderliegen und miteinander ohne Strömungsübergang stoffschlüssig durch Laserschweißen verbunden sind,
    • 1b einen Ausschnitt in Draufsicht der 1a,
    • 1c eine perspektivische Darstellung des in Strömungsräumen zwischen den Wellblechpaaren eingesetzten Strömungsleit- und Abstandsbleches,
    • 2a eine perspektivische Darstellung einer aus mehreren Wellblechpaaren zusammengesetzten Adsorber-Baueinheit mit kopf- und fußseitigem Boden,
    • 2b den Aufbau des Bodens in einer Explosionsdarstellung,
    • 3 eine Seitenansicht eines modifizierten Kreuzstrom-Plattenwärmeaustauschers mit zuführseitigem Verteilraum für das zu behandelnde Rohgas oder Spülgas und abführseitigem Sammelraum für das Reingas oder das Desorbat in einem viereckigen Gehäuse,
    • 4 ein Beispiel von Strömungsschikanen in der Wandung eines Strömungskanals in perspektivischer Darstellung,
    • 5a eine Seitenansicht eines modifizierten Kreuzstrom-Plattenwärmeaustauschers im Innenraum eines zylindrischen Gehäuses,
    • 5b eine Seitenansicht eines modifizierten Kreuzstrom-Plattenwärmeaustauschers aus beispielsweise zwei übereinander angeordnete Baueinheiten,
    • 6 eine perspektivische Explosionsdarstellung von zwei zueinander versetzte, spiegelbildlich übereinander angeordnete Wellblechpaare, deren Stege aufeinanderliegen und in Längsrichtung mit Rillen versehen sind, die durch Hartlöten miteinander ohne Strömungsübergang verbunden sind,
    • Fig. 6aeinen durch einen Steg entlang der Linie A-A der 6,
    • 6b einen Schnitt entlang der Linie B-B der 6a,
    • 7 eine Explosionsdarstellung von zwei zueinander versetzte, im Steg in Längsrichtung stoffschlüssig verbundene Wellblechpaare mit Strömungsübergang, der durch Einsenkungen gebildet ist,
    • 7a einen Schnitt entlang der Linie C-C der 7,
    • 7b einen Schnitt entlang der Linie D-D der 7a,
    • 7c einen Schnitt entlang der Linie E-E der 7a,
    • 8 eine Explosionsdarstellung von zwei zueinander versetzte, im Steg in Längsrichtung stoffschlüssig verbundene Wellblechpaare mit Strömungsübergang, der durch einen Spalt gebildet ist,
    • 9a einen Schnitt entlang der Linie F-F der 8,
    • 9b einen Schnitt entlang der Linie G-G der 9a,
    • 10 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung während der Adsorptionsphase mit gleichzeitigem Kühlen des Adsorptionsmittels in den Strömungskanälen und
    • 11 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung während der Regenerationsphase mit gleichzeitigem Erwärmen des beladenen Adsorptionsmittels in den Strömungskanälen.
  • Die 1a zeigt den grundsätzlichen Aufbau von Wellblechpaaren 7c, die aus spiegelbildlichen übereinandergelegten Wellblechen 7a und 7b aus Edelstahl mit einer Dicke von 0,3 mm bestehen. eines modifizierten Kreuzstrom-Plattenwärmeaustauschers 1a bzw. 1b ohne Strömungsübergang.
    Die beiden aus Edelstahlblech bestehenden Wellbleche 7a und 7b sind spiegelbildlich Übereinandergelegt und bilden mit ihren Wellprofilen 8 jeweils parallel nebeneinanderliegende vertikale Strömungskanäle 9, deren Stege 10a bzw. 10b einander zugewandt und durch Laserlinienschweißen in Längsrichtung LR entlang des Randes der Strömungskanäle 9 und in Querrichtung QR entlang der Stege 10a und 10b gasdicht verschweißt sind. Die Strömungskanäle 9 haben beispielsweise eine Länge L bis zu 2 m und eine lichte Weite W von etwa 6 mm bis 50 mm.
    Benachbarte Wellblechpaare 7c der übereinander angeordneten Wellbleche 7a und 7b bilden miteinander durchströmungsoffene Strömungsräume 14 aus, durch die ein Kühl- oder Heizmedium K bzw. H im Kreuzstrom zu den Strömungskanälen 9 eingängig, d.h. gleichzeitig durch die Strömungsräume 14 geführt werden kann. Ebenso ist es aber auch möglich, das Kühl- oder Heizmedium K bzw. H mehrgängig, d.h. nacheinander durch die Strömungsräume 14 zu führen. In einem solchen Fall sind jeweils benachbart liegenden Strömungsräume 14 miteinander verbunden, wodurch das Kühl- bzw. Heizmedium K bzw. H von Strömungsraum zu Strömungsraum umgelenkt wird.
  • In die Strömungsräume 14 zwischen den aus den Wellblechen 7a bzw. 7b gebildeten Wellblechpaaren 7c ist -wie auch 1b zeigt, ein wellblechartig geformtes Strömungsleit- und Abstandsblech 11 eingesetzt. In die Wellenberge WB des Strömungsleit- und Abstandsblechs 11 sind in regelmäßigen Abständen voneinander Abstandshalterprofile 12 eingeformt, die jeweils wechselseitig in den durch den Versatz 16 ausgebildeten Bereich der übereinander angeordneten Wellblechpaare abstützend eingreifen, wobei das Abstandshalterprofil 12 am jeweiligen Wellblechpaar 7c anfangs- und endseitig stoffschlüssig befestigt ist, so dass ein Verschieben des Strömungsleit- Abstandsblechs 11 ausgeschlossen ist.
  • Nach 1c sind die Abstandshalterprofile 12 in den benachbarten Wellenbergen WB des Strömungsleit- und Abstandsblechs 11 zueinander auf Lücke 17 versetzt angeordnet, so dass Strömungspfade SF entstehen, die das im Kreuzstrom geführte Kühl- bzw. Heizmedium K bzw. H zur Umlenkung zwingen und dabei Turbulenzen erzeugen. Ein Beispiel eines Strömungspfades SF ist durch Pfeile in der 1c gekennzeichnet.
  • Die 2a und 2b verdeutlichen den Aufbau einer aus mehreren Wellblechpaaren 7c zusammengesetzten Adsorber-Baueinheit 1. Die Wellblechpaare 7c durchdringen mit ihren offenendigen Strömungskanälen 9 einen kopfseitigen Boden 18 und einen abströmseitigen Boden 19. Die Böden 18 und 19 sind aus Formteilen 18 bis 18.n bzw. 19.1 bis 19.n zusammengesetzt, deren Kontur an die Form und Abmessung der Wellblechpaare 7c, zweckmäßig durch Laserschneiden, angepasst ist. Die Formteile werden mit den eingelegten Wellblechpaaren 7c entlang der Kontur zusammengefügt und durch Laserschweißen oder Hartlöten stoffschlüssig verbunden, so dass ein im Wesentlichen rechteckiger Apparat entsteht, der wahlweise in einen rechteckigen oder zylindrischen Gehäuse 2 eingesetzt werden kann. Die Fügerichtung ist durch einen Pfeil in der 2b gekennzeichnet.
  • Die 3 stellt den Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Seitenansicht im Schnitt dar. Die modifizierten Kreuzstrom-Plattenwärmeaustauscher 1a bzw. 1b sind jeweils als Baueinheit in einem Gehäuse 2 aus Edelstahl untergebracht. Das Gehäuse 2 besteht aus einem rechteckigen Gehäusemantel 2a, in dessen Innenraum die Adsorber-Baueinheit 1 angeordnet ist. Der kopfseitige Boden 18 ist zusammen mit einem zum Gehäuse 2 gehörenden Kopfteil 20 stirnseitig an der Wandung 13 des Gehäusemantels 2a angeflanscht, so dass zuströmseitig ein Verteilraum 3a bzw. 3b entsteht, in den das mit einer gasförmigen Schad- und/oder Nutzkomponente belastete Rohgas G über eine mit dem Kopfteil 20 verbundene Zuführleitung 4 eintritt.
  • Der fußseitige Boden 19 der Adsorber-Baueinheit 1 und ein an der Wandung 13 des Gehäusemantels 2a stirnseitig angeflanschtes Fußteil 21 bildet einen Sammelraum 5a bzw. 5b für das die Strömungskanäle 9 verlassende, unter Adsorptionsdruck pAD stehende Reingas RG, welches über eine mit dem Fußteil 21 verbundene Abführleitung 6 einer nicht weiter dargestellten Gasentspannungsturbine mit Stromgenerator oder über ein Entspannungsventil einem Verbraucher bzw. als Abluft in die Atmosphäre abgegeben wird.
  • Der zuströmseitige Verteilraum 3a bzw. 3b befindet sich am Kopf des Kreuzstrom-Plattenwärmeaustauschers 1a bzw. 1b, wodurch die Stromrichtung SRR des Rohgases G vertikal abwärtsgerichtet durch die Adsorber-Baueinheit 1 verläuft. Natürlich kann das Rohgas G die Adsorber-Baueinheit 1 auch vertikal aufwärts durchströmen.
  • Die mit einem Adsorptionsmittel AM befüllten Strömungskanäle 9 sind vorzugsweise vertikal ausgerichtet und verbinden durchströmungsoffen den Verteilraum 3a bzw. 3b mit dem Sammelraum 5a bzw. 5b.
  • Zu- und abströmseitig sind die Strömungskanäle 9 endseitig mit jeweils einem demontierbaren gasdurchlässigen Sieb 22 abgedeckt. Das Sieb 22 hat eine Maschengröße, die kleiner gewählt ist als die kleinste Partikelgröße des in den Strömungskanälen 21 eingefüllte Adsorptionsmittel AM, sodass das Adsorptionsmittel nicht aus den Strömungskanälen gelangt.
  • Das körnige Adsorptionsmittel AM, beispielsweise Aktivkohle, bildet in jedem der Strömungskanäle 9 eine langgestreckte Adsorptionsmittelsäule.
  • Die Strömungskanäle 9 haben beispielsweise eine lichte Weite W von 6 mm und der Durchmesser der Partikel des Adsorptionsmittels beträgt z.B. 1 mm.
  • Es ist bekannt, dass schlanke Kolonnen mit einem Verhältnis aus Schütt- und Partikeldurchmesser <20 zur Randgängigkeit neigen (K. Salem, Dissertation „Instationäre Temperatur- und Konzentrationsfelder in hochbelasteten Festbettadsorbern", Cuvillier-Verlag Göttingen, 2006). BAKER ET AL („The Course of Liquor Flow in Packed Towers", Trans AIChE 31(1935), S. 296-315) geben an, dass die Tendenz zur Randgängigkeit bei einem Verhältnis aus Kolonnendurchmesser zu Füllkörperdurchmesser von 8:1 signifikant zunimmt.
  • Um der Randgängigkeit entgegenzuwirken, besitzen die Strömungskanäle 9 -wie in 4 dargestellt- Strömungsschikanen 24, die in die Wandung 25 der Strömungskanäle 9 bei ihrer Herstellung der Wellbleche in Form von Ausprägungen 26 eingeformt werden. Die Ausprägungen 26 können von der Wandung 25 in das Innere des Strömungskanals 9 hineinreichen und/oder von der Wandung 25 in den Strömungsraum 14 herausragen. Auch eine Kombination aus nach innen in den Strömungskanal 9 und nach außen in die Strömungsräume 14 ragende Ausprägungen 26 ist möglich. Die Ausprägungen sind als langgestreckte Körper ausgebildet, die quer und parallel zur Strömungsrichtung SRR des Teilstroms TG des Rohgases G entlang der Wandung 25 der Strömungskanäle verteilt angeordnet sind.
  • Die Strömungsschikanen 24 bewirken, dass das in Wandnähe befindliche Rohgas G oder Spülgas SG in das Innere des Strömungskanals 21 gelenkt wird, wodurch Turbulenzen erzeugt werden, die die Randgängigkeit weitgehend verhindern.
  • Die im Innenraum des Gehäuses 2 angeordnete Adsorber-Baueinheit 1 ist für die Zu- und Abführung eines Kühlmediums K bzw. eines Heizmediums H von einem Verteilraum 15 umgeben, der zwischen der Wandung 13 des Gehäusemantels 2a und der Adsorber-Baueinheit 1 ausgebildet ist (siehe 3, 5a und 5b). Benachbarte Wellblechpaare 7c (siehe auch 2a) bilden miteinander Strömungsräume 14, die durchströmungsoffen in den Verteilraum 15 münden, so dass das Kühlmedium K oder das Heizmedium H durch die Strömungsräume 14 geführt werden kann.
  • Die in den Strömungsräumen 14 befindlichen Strömungsleit- und Abstandsbleche 11 sorgen dafür, dass Turbulenzen im Kühl- oder Heizmedium K bzw. H entstehen, die die Effektivität des Wärmeaustausches während der Adsorption und der Desorption deutlich verbessern.
  • Ebenso ist es möglich, das Kühl- oder Heizmedium mehrgängig durch die Strömungsräume 14 zu führen. In einem solchen Fall, werden parallel zueinander liegende Strömungsräume 14 miteinander verbunden, so dass das Kühl- oder Heizmedium K bzw. H im Verteilraum 15 umgelenkt wird.
  • In 5a ist der Kreuzstrom-Plattenwärmeaustauscher 1a bzw. 1b gezeigt, der im Innenraum seines zylindrischen Gehäuses 2 eine Adsorber-Baueinheit 1 aufnimmt. Der kopfseitige Boden 18 der Adsorber-Baueinheit 1 lagert auf der Wandung 13 des Gehäusemantels 2a des Gehäuses 2 auf und ist zusammen mit dem Kopfteil 20 in Form eines Klöpperboden und der fußseitige Boden 19 der Adsorber-Baueinheit 1 mit dem Fußteil 21 stirn-bzw. fußseitig an der Wandung 13 des zylindrischen Gehäusemantels 2 angeflanscht.
  • Der Verteilraum 3a bzw. 3b und der Sammelraum 5a bzw. 5b werden durch das Kopfteil 20 und das Fußteil 21 mit den entsprechenden Böden 18 bzw. 19 der Adsorber-Baueinheit 1 gebildet.
  • In 5b sind beispielsweise zwei senkrecht übereinander angeordnete Adsorber-Baueinheiten 1 in dem gemeinsamen Gehäuse 2 untergebracht, wobei jede Baueinheit 1 mit einem zuflussseitigen Verteilraum 3a bzw. 3b, einem abströmseitigen Sammelraum 5a bzw. 5b und einem Verteilraum 15 für das Kühl- und Heizmedium H bzw. K versehen ist. Die Verteilräume 3a bzw. 3b und die Sammelräume 5a bzw. 5b sind untereinander durch die Strömungskanäle 9 strömungsverbunden. Dies hat den Vorteil einer freien Skalierbarkeit der zu behandelnden Gasmengen.
  • Das Rohgas G wird durch ein Gebläse 23 (siehe 10 und 11), beispielsweise ein Drehkolbengebläse, mit einem Druck von 4,0 bar über die Zuführleitung 4 in den Verteilraum 3a bzw. 3b gedrückt. Das Rohgas G teilt sich im Verteilraum 3a bzw. 3b in einzelne Teilströme TG auf, von denen je ein Teilstrom in einen Strömungskanal 21 eintritt und die Adsorptionsmittelschüttung AM vertikal abwärtsgerichtet durchströmt, wobei die Schad- und/oder Nutzkomponente am Adsorptionsmittel adsorbiert wird. Die die Strömungskanäle 9 als Reingas RG verlassenden Teilströme TG sammeln sich im Sammelraum 5a bzw. 5b und werden über die Abführleitung 6 abgeführt.
  • Nach 6 können die Stege 10a bzw. 10b in Längsrichtung LR auch durch eine Hartlötverbindung 29c und in Querrichtung QR durch Laserschweißnähte 29b gasdicht verbunden werden. In einem solchen Fall wird in die Stege 10a bzw. 10b zumindest eine Rille R eingeformt. Wie die 6a und 6b zeigen, verlaufen jeweils die Rillen R in Längsrichtung LR entlang der Strömungskanäle 9. Die Rillen R haben eine solche Geometrie und Form, dass vor dem spiegelbildlichen Übereinanderlegen der Well- oder Profilbleche 7a bzw. 7b ein Hartlot in die Rille R des Stegs 10a des unteren Well- oder Profilbleches eingelegt werden kann. Die Rille R des darüber liegenden Stegs 10b kommt beim Hartlöten der Stege auf dem in der Rille R des darunterliegenden Stegs 10a einliegenden Hartlot zu liegen und die ineinandergreifenden Rillen werden durch das Hartlot unter Temperatureinwirkung gasdicht verbunden.
  • In Querrichtung QR werden die Stege 10a bzw. 10b durch Laserschweißnähte 29b gegenüber dem Verteilraum 3a bzw. 3b und dem Sammelraum 5a bzw. 5b abgedichtet.
  • Die 7, 7a, 7b und 7c zeigen eine zweite Ausführungsvariante der Kreuzstrom-Plattenwärmeaustauscher 1a bzw. 1b mit Strömungsübergängen 30 zwischen den vertikalen Strömungskanälen 9.
  • In den Steg 10a bzw. 10b wird quer zur Längsrichtung LR über die gesamte Breite B mindestens eine Einsenkung 27a bzw. 27b beim Wellwalzen der Well- oder Profilbleche 7a bzw. 7b eingeformt, die beim Übereinanderlegen der beiden Well- oder Profilbleche 7a bzw. b die parallel nebeneinanderliegenden Strömungskanäle 9 durchströmungsoffen miteinander verbindet.
  • Die Einsenkung 27a bzw. 27b hat eine Tiefe T, die kleiner als die kleinste Partikelgröße des Adsorptionsmittels ist, so dass kein Adsorptionsmittel aus dem einen Strömungskanal in den anderen Strömungskanal gelangen kann (siehe 7a). Die Einsenkungen 27a bzw. 27b kommen beim spiegelbildlichen Aufeinanderlegen der Well- oder Profilbleche 7a bzw. 7b jeweils seitenverkehrt zu liegen und werden vom Steg 10a bzw. 10b des darüber- und darunterliegenden Well- oder Profilblechs 7a bzw. 7b abgedeckt. Die einander zugewandten flachen Bereiche der Stege 10a bzw. 10b lagern aufeinander und stützen sich gegenseitig ab. Zum gasdichten Verbinden werden die Stege 10a bzw. 10b mechanisch zusammengepresst, fixiert und durch Laserschweißen in Längsrichtung LR miteinander gasdicht verschweißt.
  • Die Einsenkungen 27a bzw. 27b durchdringen somit die in Längsrichtung LR verlaufende Schweißnaht 29a zwischen den Stegen 10a bzw. 10b in Querrichtung QR. Die gasdichte Verbindung zwischen den übereinanderliegenden Stegen 10a bzw. 10b in Querrichtung QR erfolgt durch parallel zur Einsenkung 27a bzw. 27b verlaufende weitere Schweißnähte 29b wie aus den 7b und 7c zu entnehmen ist.
  • Da die Einsenkungen 27a bzw. 27b Vertiefungen in den Stegen 10a bzw. 10b darstellen, berühren sich die aufeinanderliegenden Stege im Bereich der Einsenkungen 27a bzw. 27b nicht und bleiben unverschweißt, so dass ein Strömungsübergang 30 mit Durchtrittsöffnungen 31 entsteht, die in die jeweils benachbarten Strömungskanäle 9 münden.
  • Durch den Strömungsübergang 30 gelangt während der Adsorption ein Bypasstrom BS vom Teilstrom TG des Reingases G oder ein Teilstrom TS vom Spülgas SG während der Regeneration in den jeweils benachbarten Strömungskanal 9.
    Man erkennt aus der 7a, dass die Querschnittsfläche QF der Durchtrittsöffnung 31 von der Geometrie und Form der Einsenkung 27a bzw. 27b abhängt. Die Abmessung der Durchtrittsöffnung 31 ist so gewählt, dass das Adsorptionsmittel mit seinem kleinsten Korn die Durchtrittsöffnung nicht passieren kann.
  • Eine dritte Ausführungsvariante des Kreuzstrom-Plattenwärmeaustauschers 1a bzw. 1b ist in 8 in Verbindung mit 9a und 9b dargestellt.
    Der Strömungsübergang 30 wird durch einen flachen Spalt 28 beim losen Übereinanderlegen der Well- oder Profilbleche zwischen den Stegen 10a und 10b gebildet. Die Stege 10a bzw. 10b sind miteinander durch eine in Längsrichtung LR verlaufende Schweißnaht 29a gasdicht verbunden, die von mindestens einem Spalt 28 unterbrochen ist. Der Spalt 28 stellt einen Strömungsübergang 30 mit Durchtrittsöffnung 31 dar, der die benachbarten Strömungskanäle 9 durchströmungsoffen miteinander verbindet. Der Spalt 28 ist in Querrichtung QR der Stege 10a bzw. 10b durch Schweißnähte 29b gasdicht abgedichtet (siehe 9b).
  • Durch die Anzahl, Geometrie und Form der Strömungsübergänge 30 kann die Größe der in die Strömungskanäle 9 gelangenden Bypasströme BS beeinflusst werden. So kann beispielsweise die Anzahl der Strömungsübergänge 30 zwischen benachbarten Strömungskanälen 9 erhöht oder verringert werden, so dass die Querschnittsfläche QF aller Durchtrittsöffnungen 31 variiert werden kann, eine Auslegung der Strömungsübergänge 30 in Abhängigkeit der Art und der Beschaffenheit der Adsorptionsmittel AM möglich ist und einer Verblockung der Strömungskanäle 9 durch eine gleichmäßige oder ungleichmäßige Verteilung der Bypasströme BS über die Adsorptionsmittelsäule entgegengewirkt werden kann.
  • Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren mit zwei modifizierten Kreuzstrom-Plattenwärmeaustauschern 1a und 1b für das kontinuierliche Behandeln eines mit gasförmigen Schadkomponenten belasteten Gases, beispielsweise mit Lösemittel beladener Abluft, beschrieben.
  • Die 10 zeigt den Kreuzstrom-Plattenwärmeaustauscher 1a während der Adsorption mit gleichzeitiger Kühlung und den Kreuzstrom-Plattenwärmeaustauscher 1b im Regenerationsmodus vor dem Umschalten in den Adsorptionsmodus.
  • Die beiden Verteilräume 3a und 3b der Kreuzstrom-Plattenwärmeaustauscher 1a bzw. 1b sind durch je eine Verbindungsleitung 32a und 32b verbunden, die von einer dem Verteilraum 3a zugeordneten, in die Verbindungsleitung 32a eingebundenen Absperrarmatur 33 und einer dem Verteilraum 3b zugeordneten, in die Verbindungsleitung 32b eingebundenen Absperrarmatur 34 geöffnet oder geschlossen werden können. In die miteinander in Verbindung stehenden Verbindungsleitungen 32a und 32b mündet die Zuführleitung 4 ein, in die ein Gebläse oder ein Verdichter 23 eingebunden ist, welches bzw. der das Rohgas G unter Druck setzt und in die entsprechenden Verteilräume 3a oder 3b drückt.
  • Im Verteilraum 3a bzw. 3b ist ein Drucksensor 33 angeordnet, der den Druck pG des Rohgases G vor Eintritt der Teilströme TG des Rohgases G in die Strömungskanäle 9 misst und die Messwerte über die Steuerleitung 36 an die Steuereinheit 37 weitergibt. Ebenso ist im Sammelraum 5a bzw. 5b ein Drucksensor 38 angeordnet, der den Druck pRG des Reingases RG laufend misst und die Messwerte an die Steuereinheit 37 übermittelt.
  • Der Steuereinheit 37 werden auf der Grundlage einer vorliegenden Prozessauslegung, die die Art, Beschaffenheit und Menge der Schad- und/oder Nutzkomponente im Rohgas G, die zu erreichenden Grenzwerte der Schadstoffkonzentrationen im Reingas RG und die Betriebsdaten berücksichtigt, Sollwerte für den Adsorptionsdruck pAD , den Desorptionsdruck pD und den Kondensations-Überdruck pK hinterlegt.
  • Das Einregeln des Adsorptionsdruckes pAD auf einen Überdruck zwischen 1,0 bis 15,0 bar geschieht so, dass die Steuereinheit 37 die von den Drucksensoren 33 bzw. 38b gemessenen Druckwerte mit dem Sollwert des Adsorptionsdruckes pAD vergleicht und bei Abweichung vom Sollwert das Gebläse und/oder Verdichter 23 und ein in der Verbindungsleitung 44a eingebundenes Druckregelventil 39 ansteuert, welches den Adsorptionsdruck pAD durch Androsseln des Abflusses des Reingases RG aus dem Sammelraum 5a bzw. 5b auf den vorgegebenen Sollwert einstellt.
  • Der Strom des Rohgases G ist durch einen nicht geschwärzten Pfeil in der Zuführleitung 4 und der Verbindungsleitung 32a kenntlich gemacht.
  • Von der Abführleitung 6 für das Reingas RG, deren Stromrichtung durch geschwärzte Pfeile kenntlich gemacht ist zweigt eine Spülgasleitung 40 ab, die sich in eine Zuführleitung 41a für einen Teilstrom des Reingases als Spülgas SG in die Verbindungsleitung 32a zum Verteilraum 3a des Kreuzstrom-Plattenwärmeaustauscher 1a und eine Zuführleitung 41b für einen Teilstrom des Reingases als Spülgas SG zum Verteilraum 3b des Kreuzstrom-Plattenwärmeaustauscher 1b aufteilt.
  • Die beiden Zuführleitungen 41a und 41b binden jeweils in Stromrichtung nach der Absperrarmatur 33 bzw. 34 in die Verbindungsleitung 32a bzw. 32b ein und können durch eine Absperrarmatur 42 bzw. 43 geöffnet oder geschlossen werden, so dass das Spülgas SG entsprechend dem Betriebszustand der Kreuzstrom-Plattenwärmeaustauscher 1a bzw. 1b über die Steuereinheit 37 zu- oder abgeschaltet werden kann.
  • Von den Sammelräumen 5a und 5b der Kreuzstrom-Plattenwärmeaustauscher 1a bzw. 1b führt je eine Verbindungsleitung 44a und 44b in die Abführleitung 6 für das Reingas RG. In die Verbindungsleitungen 44a und 44b sind Absperrarmaturen 45 bzw. 46 eingebunden, die über Steuerleitungen 36 mit der Steuereinheit 37 in Verbindung stehen und entsprechend geöffnet oder geschlossen werden können, wobei die Absperrarmatur 45 dem Sammelraum 5a und die Absperrarmatur 46 dem Sammelraum 5b zugeordnet ist.
  • Die Absperrarmaturen 33, 34, 42, 43, 45 und 46 sind ebenso mit der Steuereinheit 37 verbunden, die die Befehle zum jeweiligen Öffnen oder Schließen der Armaturen ausgibt.
  • Über den Verteilräumen 3a bzw. 3b der beiden Kreuzstrom-Plattenwärmeaustauscher 1a bzw. 1b mündet eine zuflussseitige Verbindungsleitung 47 für ein Kühlmedium K, beispielsweise Wasser, in den peripheren Verteilraum 15 ein, in dem die Strömungsräume 14 durchströmungsoffen angeordnet sind.
  • Das Kühlmedium K tritt gleichzeitig in alle Strömungsräume 14 ein, wird durch die Strömungsleit- und Abstandsbleche 11 zwischen der Wellblechpaaren 7c in Turbulenzen versetzt, umströmt die Strömungskanäle 9 und nimmt die Adsorptionswärme durch indirekten Wärmetausch auf. Über eine durch eine Absperrarmatur 48a öffnungs- oder schließbare Abführleitung 49a wird das erwärmte Kühlmedium K abgeführt. Die Stromrichtung des Kühlmediums ist durch Pfeile gekennzeichnet.
  • Zum Zuführen eines Heizmediums H, beispielsweise Wasserdampf, in die Strömungsräume 14 ist eine Verbindungsleitung 52 vorgesehen, die durch Absperrarmaturen 50 und 51 geöffnet oder geschlossen werden kann, welche mit einer Zuführleitung 54 verbunden ist. Die Stromrichtung des Heizmedium H ist durch Pfeile gekennzeichnet (siehe auch 11).
  • Die Verbindungsleitung 47 für die beiden Verteilräume 3a bzw. 3b steht mit einer Zuführleitung 53 zum Zuführen des Kühlmediums K, beispielsweise Wasser mit einer Temperatur von 25 °C, in die Strömungsräume 14 in Verbindung, wobei die Verbindungsleitung 47 durch jeweils eine über die Steuerleitung 36 mit der Steuereinheit 37 elektrisch verbundene Absperrarmatur 55 bzw. 56 geöffnet oder geschlossen werden kann. Gleichzeitig sind die mit der Verbindungsleitung 47 in Strömungsverbindung stehenden Strömungsräume 14 mit einer durch Absperrarmaturen 57a und 58a öffnungs- und schließbare Abführleitung 59a zum Abführen des Kondensats H und Entleeren des Kühlmediums K aus den Strömungsräumen 14 verbunden. Ebenso sind die Strömungsräume 14 des Kreuzstrom-Wärmeaustauscher 1b mit einer Abführleitung 59b für das Kondensat H und das Kühlmedium K verbunden. In die Abführleitung 59b ist entsprechend eine Absperrarmatur 60a für das Kondensat H und eine Absperrarmatur 60b für das Kühlmedium K eingebunden.
  • Die Verbindungsleitungen 44a und 44b sind untereinander durch eine Desorbatleitung 61 vermascht, welche in Stromrichtung des Reingases RG vor den Absperrarmaturen 45 und 46 in die jeweilige Verbindungsleitung 44a bzw. 44b einbindet, wobei die Desorbatleitung 61 durch eine Absperrarmatur 62 gegenüber der Verbindungsleitung 44a und eine Absperrarmatur 63 gegenüber der Verbindungsleitung 44b geöffnet oder geschlossen werden kann. Die dazu notwendigen Stellbefehle erhalten die Absperrarmaturen 62 bzw. 63 von der Steuereinheit 37.
  • Von der Desorbatleitung 61 zweigt zwischen den Absperrarmaturen 62 und 63 eine Abführleitung 64 ab, die mit einer Vakuumpumpe 65 verbunden ist, die im Sammelraum 5a bzw. 5b und den Strömungskanälen 9 in Abhängigkeit der Schad- und/oder Nutzkomponente einen Absolutdruck von 0,9 bar erzeugt, so dass die desorbierte Schad- und/oder Nutzkomponente im Saugstrom mit dem Spülgas SG aus dem Sammelraum 5a bzw. 5b abtransportiert wird. Die Strömungsrichtung des Desorbats DS ist durch einen Pfeil mit Punkt gekennzeichnet (siehe auch 11).
  • Die Druckseite der Vakuumpumpe 65 ist mit einem durch einen mit Wasser gekühlten Wärmeaustauscher/Kondensator 66 verbunden, in dem die angesaugte Schad- und/oder Nutzkomponente im Desorbat DS durch Kühlung kondensiert und das Kondensat über einen mit dem Wärmeaustauscher/Kondensator 66 verbundenen Kondensatablass 67 abgeführt wird. Das den Wärmeaustauscher/Kondensator 66 verlassende Gas wird als Rückgas GR mit einer Restbeladung oberhalb des jeweiligen VOC-Grenzwertes über eine Rückgasleitung 68 in Strömungsrichtung vor dem Gebläse 23 in die Zuführleitung 4 des in Adsorption befindlichen Kreuzstrom-Plattenwärmeaustauschers 1a bzw. 1b geleitet, wobei ein in die Rückgasleitung 69 eingebundenes Druckregelventil 69 den Druck des Rückgases GR androsselt, so dass die Kondensation der Schad- und/oder Nutzkomponente im Wärmetauscher/Kondensator 66 bei einem Überdruck von 0,1 bis 5,0 bar erfolgen kann. Die Stromrichtung der Rückgases GR ist durch Pfeile kenntlich gemacht (siehe 10 und 11).
  • Während der Adsorption ist die dem Verteilraum 3a zugeordnete Absperrarmatur 33 geöffnet und die dem Verteilraum 3b zugeordnete Absperrarmatur 34 geschlossen. Die dem Sammelraum 5a zugeordnete Absperrarmatur 45 in der Verbindungsleitung 44a ist dagegen geöffnet und die zum Sammelraum 5b gehörende Absperrarmatur 46 geschlossen.
  • Die zur Kühlung K des auf Adsorption geschalteten Kreuzstrom-Plattenwärmeaustauschers 1a gehörende zuflussseitige Absperrarmatur 55 in der Verbindungsleitung 47 und die Absperrarmatur 48a in der Abführleitung 49a sind geöffnet, wohingegen die Absperrarmatur 56 in der Verbindungsleitung 47 zum Kreuzstrom-Plattenwärmeaustauscher 1b, die Absperrarmaturen 60b und 60a in der Abführleitung 59b vom Kreuzstrom-Plattenwärmeaustauscher 1b, die zur Heizung H gehörende Absperrarmatur 50 in der Verbindungsleitung 52 geschlossen sind.
  • Das Rohgas G gelangt somit in den Verteilraum 3a, teilt sich in Teilströme TG auf, die beispielsweise vertikal aufwärts gerichtet in die mit Adsorptionsmittel AM gefüllten Strömungskanäle 9 einströmen.
  • Die Schad- und/oder Nutzkomponenten im Rohgas G werden am Adsorptionsmittel AM adsorbiert und die sich ausbildende Konzentrationsfront wandert vertikal aufwärts durch die Adsorptionsmittelsäule des jeweiligen Strömungskanals 9 bis der Durchbruch der Konzentrationsfront erfolgt, d.h. die Schad- und/oder Nutzkomponente im Sammelraum 5a bzw. 5b in messbaren Mengen nachweisbar ist. Hierzu sind zur Erfassung des Durchbruchs mit der Steuereinheit 37 verbundene Gassensoren 70 vorgesehen, die im Verteilraum 3a bzw. 3b und im Sammelraum 5a bzw. 5b angeordnet sind. Die Gassensoren 70 ermitteln die Eingangskonzentration der Schad- und/oder Nutzkomponente im Verteilraum 3a bzw. 3b und die Ausgangskonzentration im Sammelraum 5a bzw. 5b und übergeben diese Information an die Steuereinheit 37, welche die Daten auswertet und die entsprechenden Stellbefehle zum Schließen der Absperrarmatur 33 in der Verbindungsleitung 32a und Öffnen der Absperrarmatur 34 in der Verbindungsleitung 32b ausgibt, so dass das Rohgas G auf den zuvor regenerierten Kreuzstrom-Platenwärmeaustauscher 1b geleitet wird.
  • Die während der Adsorption der Schad- und/oder Nutzkomponenten entstehende Adsorptionswärme wird durch das im Kreuzstrom zu den Strömungskanälen 9 in den Strömungsräumen 14 geführte Kühlmedium K, hier Wasser, ständig abgeführt. Dies hat den außerordentlichen Vorteil, dass der mit einer Temperaturerhöhung einhergehende grundsätzliche Nachteil des Absinkens der maximal möglichen Beladung des Adsorptionsmittels AM weitgehend vermieden und eine Leistungssteigerung gegenüber Aktivkohle-Festbettanordnungen möglich wird.
  • Es wird jetzt auf die 11 Bezug genommen. Während der Adsorption im Kreuzstrom-Plattenwärmeaustauscher 1a befindet sich der Kreuzstrom-Plattenwärmeaustauscher 1b im Desorptionszustand. Vor Beginn des Desorptionsvorgangs wird zunächst das in den Strömungsräumen 14 des Kreuzstrom-Plattenwärmeaustauschers 1b befindliche Kühlwasser über die geöffnete Absperrarmatur 60a in der Abführleitung 59b entleert,
    Beim Desorptionsvorgang ist die Absperrarmatur 34 in der Verbindungsleitung 32b, die Absperrarmatur 62 in der Desorbatleitung 61, die Absperrarmatur 46 in der Verbindungsleitung 44b, die Absperrarmatur 56 in der zuflußseitigen Verbindungsleitung 47 für das Kühlmedium K, die Absperrarmatur 60a in der Abführleitung 59b für das Kühlmedium K und das Kondensat H und die Absperrarmatur 48b in der abflussseitigen Abführleitung 49b geschlossen, während das Regelventil 43, in der Zuführleitung 41b für das Spülgas SG, die Absperrarmatur 51 in der Verbindungsleitung 52 für das Heizmedium H, die Absperrarmatur 60b, die Absperrarmatur 63 in der Verbindungsleitung 44b und das Druckregelventil 69 in der Rückgasleitung 68 offen sind.
  • Ein Teilstrom des Reingases RG gelangt als Spülgas SG über die Spülgasleitung 40 und die Zuführleitung 41b in den Verteilraum 3b und teilt sich in Teilströme TS auf, die in die offenen Strömungskanäle 9 eintreten, wo das Spülgas SG in Kontakt mit dem beladenen Adsorptionsmittel AM kommt. Die Stromrichtung des Spülgases SG ist durch schwarze Punkte in der 11 gekennzeichnet.
  • Bei gleichzeitig geöffneter Absperrarmatur 51 strömt das Heizmedium H, hier Wasserdampf, über den peripheren Verteilraum 15 und gelangt in die Strömungsräume 14, die durchströmungsoffen in den peripheren Verteilraum 13 münden, so dass das Heizmedium H das in den Strömungskanälen 9 befindliche und gesättigte Adsorptionsmittel AM und das aufwärts strömende Spülgas SG umströmt und indirekt aufheizt.
  • Das in Strömungskanälen befindliche, mit der Schad- und/oder Nutzkomponente gesättigte Adsorptionsmittel wird soweit aufgeheizt bis die Schad- und/oder Nutzkomponente desorbiert.
  • Die Desorptionstemperatur ist abhängig vom eingeregelten Absolutdruck und den Stoffeigenschaften der zu entfernenden Schad- und/oder Nutzkomponente. Mit den im Verteilraum 3a bzw. 3b und den im Sammelraum 5a bzw. 5b angeordneten Drucksensoren 35 und 38 wird der Druck pSG des zuströmenden Spülgases SG und der Druck pDS des abströmenden Desorbats DS gemessen, das vom Unterdruck pv der Vakuumpumpe 65 im Saugstrom aus dem Sammelraum 5a bzw. 5b abtransportiert wird. Die Drucksensoren 35 bzw. 38 übermitteln die Messwerte des Druckes an die Steuereinheit 37.
  • Das Einregeln des Desorptionsdruckes pD auf einen Absolutdruck von 0,01 bis 1,0 bar erfolgt so, dass die Steuereinheit 37 die von den Drucksensoren 33 und/oder 38 übermittelten Druckwerte mit einem vorgegebenen, in der Steuereinheit 37 hinterlegten Sollwert des Desorptionsdruckes pD vergleicht und bei Abweichung vom Sollwert die Vakuumpumpe 65 und ein dem Verteilraum 3a bzw. 3b vorgeschaltetes Regelventil 42 bzw. 43 ansteuert, welches den Zufluss an Spülgas SG in den Verteilraum 3a bzw. 3b so einstellt, dass der Desorptionsdruck pD dem in der Steuereinheit 37 hinterlegten Sollwert entspricht.
  • Das Desorbat DS sammelt sich im Sammelraum 5b und wird durch die Vakuumpumpe 65 angesaugt sowie druckseitig über die Abführleitung 64 in einen Wärmeaustauscher/Kondensator 66 gefördert, in dem die Schad- und/oder Nutzkomponente durch Kühlung kondensiert und über einen Kondensatablass 67 zur weiteren Nutzung abgeführt wird.
  • Die Kondensation der Schad- und/oder Nutzkomponente wird so vorgenommen, dass der Rückgasdruck pGR des Rückgases GR nach Verlassen des Wärmeaustauschers/Kondensators 66 mit einem Drucksensor 71 gemessen wird und die Messwerte an die Steuereinheit 37 übermittelt werden. Das Einregeln des Kondensations-Überdruckes pK auf einen Überdruck von 0,1 bis 5 bar im Wärmeaustauscher/Kondensator 66 geschieht so, dass die Steuereinheit 37 den vom Drucksensor 71 übermittelten Druckwert mit dem vorgegebenen Sollwert des Kondensations-Überdruckes pK vergleicht und bei Abweichung vom Sollwert das Druckregelventil 69 so einstellt, dass der Kondensations-Überdruck pK im Wärmeaustauscher/Kondensator 66 dem in der Steuereinheit 37 hinterlegten Sollwert entspricht.
  • Sobald mit dem im Sammelraum 5b angeordneten Gassensor 56 ein in der Steuereinheit 37 hinterlegten Minimalwert der Schad- und/oder Nutzkomponenten-Konzentration im Desorbat DS ermittelt wird, gibt die mit dem Gassensor 70 verbundene Steuereinheit 37 Stellbefehle an die Absperrarmatur 51 und das Regelventil 43 zum Schließen aus, so dass einerseits der Wärmeaustausch zwischen dem Heizmedium H und dem Adsorptionsmittel und andererseits die Zufuhr an Spülgas SG unterbrochen wird.
  • Die zur Kühlung K gehörenden Absperrarmaturen 56 und 48b öffnen, wodurch Kühlmedium in die Strömungsräume 14 gelangt und das in den Strömungskanälen 9 befindliche aufgeheizte Adsorptionsmittel AM auf eine Temperatur abgekühlt wird, die für einen erneuten Adsorptionsvorgang geeignet ist. Somit ist das Adsorptionsmittel aktiviert. Die Absperrarmatur 34 für die Zufuhr an Rohgas G und die Absperrarmatur 46 zum Abführen des Reingases RG öffnen, während die Absperrarmatur 63 für das Desorbat DS und das Druckregelventil 69 für das Rückgas GR schließen. Der Kreuzstrom-Plattenwärmeaustauscher 1b ist für einen erneuten Adsorptionsvorgang betriebsbereit.
  • Diese Verfahrensweise hat den besonderen Vorteil, dass einerseits das Spülgas SG ausschließlich als Transportmedium für die desorbierten Schad- und/oder Nutzkomponente dient und keine Heizfunktion für das Adsorptionsmittel wahrnimmt sowie andererseits die zur Desorption aufzubringende Desorptionsenergie durch einen indirekten Wärmeaustausch des Heizmediums H mit dem im Strömungskanal 9 eingefüllten Adsorptionsmittel AM an Ort und Stelle, wo sie benötigt wird, aufgebracht wird.
  • Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Desorption bei einem Absolutdruck, beispielsweise bei 0,9 bara, und die Kondensation unter Überdruck, beispielsweise 1,0 barü, durchgeführt werden kann.
  • Der Unterdruck in den Strömungskanälen 9 wird durch die Regelung der Zufuhr an Spülgas SG über die Regelventile 42 bzw. 43 eingestellt, die mit der Steuereinheit 37 verbunden sind, welche die Stellbefehle an die Regelventile in Abhängigkeit der Schad- oder Nutzkomponente im Rohgas RG ausgibt.
  • All dies führt dazu, dass die Verlustenergie reduziert, die Zykluszeiten verkürzt, die Apparate verkleinert, Betriebskosten gesenkt und Investitionskosten eingespart werden können.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren soll nachfolgend an einem Beispiel näher erläutert werden.
  • Ein das Lösemittel Aceton verarbeitender Betrieb hat eine Abluftreinigungsanlage, um Lösungsmittel, die beispielsweise bei der Beschichtung von Folien verwendet werden, zu entfernen und die Abluft entsprechend zu reinigen. Außerdem können freie Emissionen in der Produktionshalle auftreten, die mit Absaugeinrichtungen zur Abluftreinigungsanlage geführt werden, um Einhaltung der maximalen Arbeitsplatzkonzentration in der Halle zu garantieren. Diese aus der Halle und der Abluftreinigungsanlage anfallende Abluft soll mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gereinigt bzw. behandelt werden. Folgende Betriebsdaten liegen zugrunde:
    • Adsorptionsmittel: Aktivkohle mit einer Körnung von 1 bis 4 mm
    • Länge der Strömungskanäle: 1.000 mm je Baueinheit
    • Licht Weite der Strömungskanäle: 20 mm
    • Anzahl der Adsorber-Baueinheiten: 5
  • Adsorption:
    • Abluftmenge: 4.000 m3/h
    • Betriebsdruck: 1,1 bara
    • Eintrittstemperatur: 30°C
    • Lösemittelfracht in der Abluft: ca. 136 kg/h
    • Eintrittskonzentration: 34 g/m3
    • Austrittskonzentration: max. 50 mg/m8 (Halbstundenmittelwert nach TA-Luft) Temperaturerhöhung im Adsorptionsmittel: ca. 23°C
    • Abzuführende Adsorptionswärme: ca. 6,5 kW je Adsorber- Baueinheit, gesamt ca. 32,5 kW
    • Kühlmedium: Kühlwasser, 25°C
    • Kühlwasserbedarf bei Adsorption: ca. 1,2 m8/h je Baueinheit, gesamt ca. 6,0 m3/h Adsorptionsdauer: 30 Minuten
  • Regeneration:
    • Heizmedium: Heißwasser, 90°C
    • Desorptionsdruck: <100 mbar
    • Desorptionstemperatur: ca. 85°C
    • Benötigte Desorptionsenergie: ca. 10 kW je Baueinheit, gesamt ca. 50 kW
    • Spülgas: Stickstoff
    • Kondensatordruck: 5 bar
    • Kondensationstemperatur: 25°C
    • Regenerationsdauer: 20 Minuten
    • Kühlung: 10 Minuten.
  • Im vorliegenden Beispiel läuft das erfindungsgemäße Verfahren wie folgt ab. Die unbehandelte Abluft als Rohgas G wird in den Verteilraum 3a des Kreuzstrom-Plattenwärmeaustauschers 1a über die Zuführleitung 4 und dem Gebläse 23 zugeführt, die die Abluft mit einem Druck von 1,1 bara in den Verteilraum 3a befördert.
  • Der modifizierte Kreuzstrom-Plattenwärmeaustauscher 1a umfasst ein Paket von 20 Lagen zusammengefasster Wellblechpaare 7c aus Edelstahl-Wellblechen 7a und 7b, die eine Adsorber-Baueinheit 1 bilden, in der die mit Adsorptionsmittel AM gefüllten Strömungskanäle 9 aufgenommen sind, wobei die Wellblechpaare 7c durch Strömungsleit- und Abstandsbleche 11 voneinander beabstandet sind. Die Strömungskanäle 9 können untereinander durch Strömungsübergänge 30 in Verbindung stehen. Die vertikalen Strömungskanäle 9 werden von einem durch die Strömungsleit- und Abstandbleche 11 in Turbulenzen versetztes Kühl- oder Heizmedium im Kreuzstrom umströmt, wodurch der im Strömungskanal 9 am Adsorptionsmittel AM stattfindende Stoffaustausch im Wärmeaustausch mit dem Kühlmedium K steht, so dass die entstehende Adsorptionswärme dort, wo sie entsteht abgeführt wird, die Aufnahmekapazität des Adsorptionsmittels verbessert und der Bildung von brandgefährdenden Hot-Spots entgegengewirkt.
  • Im vorliegenden Beispiel sind 5 Adsorber-Baueinheiten 1 mit dem zuvor beschriebenen Aufbau in einem gemeinsamen Gehäuse 2 eines Kreuzstrom-Plattenwärmraustauschers 1a bzw. 1b untergebracht (siehe 5b). Je zwei dieser Kreuzstrom-Plattenwärmeaustauscher 1a bilden die Adsorptionsvorrichtung, wobei sich wechselseitig ein Kreuzstrom-Plattenwärmeaustauscher in der Adsorptionsphase und der andere Kreuzstrom-Plattenwärmaustauscher in der Regerationsphase befindet. Als Adsorptionsmittel kommt Aktivkohle mit einer Körnung von 1 bis 4 mmm zum Einsatz, die in die Strömungskanäle 9 eingeschüttet wird.
  • Die zwischen den Strömungskanälen 9 bestehenden Strömungsübergänge 30 erlauben mindestens eine Bypassströmung in die benachbarten Strömungskanäle 9. Die in den Strömungskanälen 9 angeordneten Strömungsschikanen 24 wirken durch die Erzeugung von Turbulenzen der Randgängigkeit in den Strömungskanälen 9 entgegen.
  • Bei der Adsorption werden die Strömungskanäle 9 insgesamt 30 Minuten beladen und die Regeneration der Aktivkohle benötigt 20 Minuten, gefolgt von einer 10-minütigen Kühlung des Adsorptionsmittels.
  • Der Energieaufwand für die Kühlung während der 30-minütigen Adsorption beträgt ca. 6,5 kW pro Baueinheit und Stunde. Die 5 Adsorber-Baueinheiten 1 benötigen eine Kühlleistung von ca. 16,5 kWh. Die austretende gereinigte Abluft enthält als Halbstundenmittelwert gemäß TA-Luft weniger als 50 mg/m3 Aceton.
  • Während der Regeneration wird pro Adsorber-Baueinheit 1 eine Desorptionsenergie von ca. 10 kW benötigt. Bei einer Heißwassertemperatur von 90°C ist für die 5 Adsorber-Baueinheiten eine Heizleistung von ca. 17 kWh erforderlich.
  • Im diesem Beispiel kann die relativ hoch konzentrierte Abluft ohne Verdünnung und ohne Vorkühlung direkt dem Kreuzstrom-Plattenwärmeaustauscher zugeführt werden. Das Risiko der Bildung von Hot-Spots bei der Entfernung von hochkonzentrierten Ketonen wie z.B. Aceton mit Aktivkohle wird aufgrund der Kühlung minimiert. Die Desorption des Lösemittels unter Vakuum reduziert die Desorptionstemperatur und damit die notwendige Desorptionsenergie, die indirekt mm Adsorptionsmittel eingetragen wird, so dass für das Austragen des Lösemittels nur ein geringer Spülgasstrom, vorzugsweise Stickstoff, notwendig ist. Die nachgeschaltete Kondensation unter einem Überdruck von 5 bar ermöglicht eine Abtrennung des reinen Lösemittels bei einer relativ hohen Kondensationstemperatur von 25°C.
  • Ähnlich wie im Beispiel beschrieben, kann auch konzentrierte Abluft mit anderen Lösemitteln, beispielsweise Benzin, Toluol, Dichlormethan, Ethanol um nur einige gängige Schadstoffe zu nennen, in ähnlicher Form aufbereitet werden.
  • Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erreichten Restkonzentrationen entsprechen den derzeitigen gesetzlichen Forderungen, z.B. bei 20 mg/m3 oder 50 mg/m3.
  • Durch indirekten Wärmeaustausch ist es möglich, das Spülgas SG für den Abtransport der desorbierten Lösemittel zu nutzen, die Lösemittelkonzentration im Spülgas SG durch die Regelung des Zuflusses an Spülgas frei einstellbar zu erhöhen und die Lösemittel wasserfrei zurückzugewinnen.
  • Die erfindungsgemäße Lösung hat folgende grundlegende Vorteile:
    1. 1) die bei der Adsorption anfallende Wärme kann kontinuierlich von ihrem Entstehungsort durch Wasser oder Glykol-Wasser-Gemische abgeführt werden und so der Bildung von brandgefährdenden Hot-Spots entgegenwirken. Die zur Regeneration des Adsorptionsmittels erforderliche Wärme wird durch Wasserdampf, heißes Wasser oder heiße Abgase zugeführt und steht dort, wo sie zur Regeneration des Adsorptionsmittels benötigt wird, zur Verfügung;
    2. 2) bei den konventionellen zum Stand der Technik gehörenden Verfahren wird das Adsorptionsmittelbett auf- oder abwärts gerichtet durch das Regenerationsfluid einseitig aufgeheizt. Dabei wandert die Wärme- bzw. Desorptionsfront durch das Bett. Ein Teil der im heißen Bereich bereits desorbierten Komponenten wird in dem noch nicht aufgeheizten (kalten) Bereich der Adsorptionsmittelsäule wieder adsorbiert und muss dann energieintensiv erneut desorbiert werden;
    3. 3) das gleichzeitige Aufheizen des in den Strömungskanälen befindlichen Adsorptionsmittels ermöglicht es, kalte Bereiche in der Adsorptionsmittelschüttung zu vermeiden, in denen desorbierte Komponenten wieder adsorbiert werden könnten. Dies ist mit dem Vorteil verbunden, dass die Energieeffizienz es Prozesses und die Qualität der Regeneration deutlich verbessert werden;
    4. 4) der Spülgasstrom ist frei wählbar und dient nur dem Abtransport der desorbierten Schad- und/oder Nutzkomponente, wodurch höhere Konzentrationen an Schad- und/oder Nutzkomponenten im Spülgas eingestellt werden können und insbesondere die Kondensationsmengen an Schad- und/oder Nutzkomponenten wie z.B. Dichlormethan, Aceton, Ethylacetat, Methanol, Toluol, Xylol, Hexan, Wasser Größenordnungen erreichen, die industriellen Maßstäbe genügen und wirtschaftlich sind;
    5. 5) die Absenkung des Druckes bei der Desorption ermöglicht eine Minimierung der Spülgasmenge. Außerdem sinkt bei der Reduzierung des Druckes die erforderliche Desorptionstemperatur, was insbesondere bei der Rückgewinnung von temperaturempfindlichen Schad- und/oder Nutzkomponenten wie z.B. chlorierten Verbindungen, von Vorteil ist. Darüber hinaus kann durch die Absenkung des Druckes die Qualität und die Geschwindigkeit des Regenerationsprozesses signifikant erhöht werden;
    6. 6) die erfindungsgemäße Lösung eröffnet die Möglichkeit Energieträger wie Heißwasser oder auch warmes Abgas als Heizmedium für die Regeneration zu verwenden;
    7. 7) durch das Einstellen eines Überdruckes auf der Druckseite der Vakuumpumpe bei der Kondensation im Wärmeaustauscher vor dem Druckregelventil ist die Kondensation der Schad- und/oder Nutzkomponente deutliche effizienter, da die Kondensation druckabhängig ist. Ein Gemisch aus gesättigtem Luft/Ethylacetat erreicht beispielsweise bei einem Druck von 1 barü und üblichem Kaltwasser (+2°C) eine vergleichbare Kondensationsleistung wie bei -10°C unter Normaldruck 1 bara. Sowohl der Druck und die Temperatur bei der Kondensation können einfach an die jeweiligen Bedingungen angepasst werden;
    8. 8) Reduzierung der Randgängigkeit auch bei schmalen und langen Strömungskanälen durch die Erzeugung von Turbulenzen in den Strömungskanälen;
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Adsorber-Baueinheit
    1a, 1b
    Kreuzstrom-Plattenwärmeaustauscher
    2
    Gehäuse von 1a, 1b
    2a
    Gehäusemantel
    3a, 3b
    zuflussseitiger Verteilraum von 1a, 1b
    4
    Zuführleitung für Rohgas G
    5a, 5b
    Abflussseitiger Sammelraum von 1a, 1b
    6
    Abführleitung für Reingas RG
    7a, 7b
    Wellblech
    7c
    Wellblechpaar
    8
    Wellprofil von 7a, 7b
    9
    Strömungskanäle in 1a, 1b
    10a, 10b
    Stege von 7a, 7b
    11
    Strömungsleit- und Abstandsblech
    12
    Abstandshalterprofile von 11
    13
    Wandung von 2a
    14
    Strömungsräume
    15
    Verteilraum für Kühl- bzw. Heizmedium
    16
    Versatz zwischen den Wellblechpaaren
    17
    Lücke in den Wellenbergen
    18
    Kopfseitiger Boden von 1
    18.1-18.n
    Formteile von 18
    19
    Fußseitiger Boden von 1
    19.1-19.n
    Formteile von 19
    20
    Kopfteil von 1a, 1b
    21
    Fußteil von 1a, 1b
    22
    Sieb
    23
    Gebläse, Verdichter
    24
    Strömungsschikanen
    25
    Wandung von 9
    26
    Ausprägungen
    27a,27b
    Einsenkungen
    28
    Spalt
    29a
    Schweißnaht in LR
    29b
    Schweißnaht in QR
    29c
    Hartlotverbindung in LR oder QR
    30
    Strömungsübergänge
    31
    Durchtrittsöffnung von 30
    32a
    Verbindungsleitung zu 3a
    32b
    Verbindungsleitung zu 3b
    33
    Absperrarmatur in 32a
    34
    Absperrarmatur in 32b
    35
    Drucksensor in 3a, 3b
    36
    Steuerleitung
    37
    Steuereinheit
    38
    Drucksensor in 5a, 5b
    39
    Druckregelventil in 44a
    40
    Spülgasleitung für Spülgas SG
    41a
    Zuführleitung von SG in 3a
    41b
    Zuführleitung von SG in 3b
    42
    Regelventil in 41a für den Zufluss an SG
    43
    Regelventil in 41b für den Zufluss an SG
    44a
    Verbindungsleitung von 5a zu 6 für Reingas RG
    44b
    Verbindungsleitung von 5b zu 6 für Reingas RG
    45
    Absperrarmatur in 44a
    46
    Absperrarmatur in 44b
    47
    Zuflussseitige Verbindungsleitung für Kühlmedium
    48a
    Absperrarmatur in 49a
    48b
    Absperrarmatur in 49b
    49a
    Abführleitung für Kühlmedium von 1a
    49b
    Abführleitung für Kühlmedium von 1b
    50
    Absperrarmatur in 52 für Heizmedium zu 1a
    51
    Absperrarmatur in 52 für Heizmedium zu 1b
    52
    Zuflussseitige Verbindungsleitung für Heizmedium
    53
    Zuführleitung für Kühlmedium
    54
    Zuführleitung für Heizmedium
    55
    Absperrarmatur in 47 für Kühlmedium zu 1a
    56
    Absperrarmatur in 47 für Kühlmedium zu 1b
    57a
    Absperrarmatur in 59a für Kondensat von 1a
    58a
    Absperrarmatur in 59a für Heizmedium von 1a
    59a
    Abführleitung für Kondensat/Heizmedium von 1a
    59b
    Abführleitung für Kondensat/Heizmedium von 1b
    60a
    Absperrarmatur in 59b für Heizmedium von 1b
    60b
    Absperrarmatur in 59b für Kondensat von 1b
    61
    Desorbatleitung
    62
    Absperrarmatur in 61 für 1a
    63
    Absperrarmatur in 61 für 1b
    64
    Abführleitung für Desorbat DS
    65
    Vakuumpumpe
    66
    Wärmeaustauscher/Kondensator
    67
    Kondensatablass
    68
    Rückgasleitung
    69
    Druckregelventil in 68
    70
    Gassensoren
    71
    Drucksensor für Desorbat
    AM
    Adsorptionsmittel
    B
    Breite von 10a, 10b
    BS
    Bypassstrom
    G
    Rohgas
    GA
    Gehäuseachse von 2
    GR
    Rückgas
    DS
    Desorbat
    H
    Heizung/Heizmedium, Kondensat
    K
    Kühlung/Kühlmedium
    L
    Länge des Strömungskanals 9
    LR
    Längsrichtung von 10a, 10b
    pAD
    Adsorptionsdruck
    pD
    Desorptionsdruck
    pDS
    Desorbatdruck
    pG
    Druck des Rohgases G
    pGR
    Druck des Rückgases GR
    pK
    Kondensations-Überdruck
    pRG
    Druck des Reingases
    pSG
    Druck des Spülgases
    pv
    Saugseitiger Druck der Vakuumpumpe 65
    QR
    Querrichtung von 10a, 10b
    R
    Rille in 10a bzw. 10b
    RG
    Reingas
    SF
    Strömungspfade
    SG
    Spülgas
    SRR
    Strömungsrichtung der Teilströme TG des Rohgases
    SRS
    Strömungsrichtung Spülgas
    T
    Tiefe von 14a, 14b
    TG
    Teilströme des Rohgases G
    TS
    Teilströme des Spülgases SG
    W
    Lichte Weite von 9
    WB
    Wellenberge von 9
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 3505351 A1 [0003]
    • DE 19754185 C1 [0003]
    • DE 19809200 A1 [0003, 0008]
    • DE 10361515 A1 [0003]
    • EP 2718086 B1 [0003]
    • EP 1284813 B1 [0003]
    • DE 60317545 A2 [0003]
    • DE 1272891 B [0005]
    • DE 3729517 A1 [0007]
    • EP 1975539 A2 [0010]
    • EP 1195193 B1 [0011]
    • EP 1361919 B1 [0011]
    • EP 1430265 B1 [0011]
    • DE 112006000447 T5 [0011]
    • EP 1434652 B1 [0011]
    • WO 03/095924 A1 [0011]
    • WO 2006/075163 A2 [0011]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • K. Salem, Dissertation „Instationäre Temperatur- und Konzentrationsfelder in hochbelasteten Festbettadsorbern“, Cuvillier-Verlag Göttingen, 2006). BAKER ET AL („The Course of Liquor Flow in Packed Towers“, Trans AIChE 31(1935), S. 296-315 [0087]

Claims (37)

  1. Verfahren zum Behandeln eines mit mindestens einer gasförmigen Schad- und/oder Nutzkomponente belasteten Rohgases (G), bei dem das von einem Gebläse und/oder Verdichter (23) unter Druck (pG) gesetzte Rohgas (G) über einen zuströmseitigen Verteilraum (3a, 3b) mindestens eines Plattenwärmeaustauschers eine Vielzahl von mit Adsorptionsmittel (AM) gefüllte Strömungskanäle (9), die von spiegelbildlich aufeinander liegenden, durch Stege (10a,10b) verbundene, zu Wellblechpaare (7c) zusammengefasste Well- und/oder Profilblechen (7a,7b) gebildet sind, in parallel aufgeteilten Teilströmen (TG) unter einem Adsorptionsdruck (pAD) solange durchströmt, bis das Adsorptionsmittel (AM) durch Adsorption mit der Schad- und/oder Nutzkomponente gesättigt ist, wobei die bei der Adsorption entstehende Wärme durch ein in Strömungsräumen (14) im Kreuzstrom zu den Strömungskanälen (9) geführtes Kühlmedium (K) indirekt abgeführt wird, und die Teilströme (TG) nach ihrem Verlassen der Strömungskanäle (9) in einem abströmseitigen Sammelraum (5a,5b) zusammengeführt und als Reingas (RG) abgeführt werden, sodann das in den Strömungskanälen (9) befindliche gesättigte Adsorptionsmittel (AM) regeneriert wird, indem das Adsorptionsmittel (AM) einem unter dem Adsorptionsdruck (pAD) des Rohgases (G) liegenden Desorptionsdruck (pD) ausgesetzt und gleichzeitig durch ein im Kreuzstrom zu den Strömungskanälen (9) in Strömungsräumen (14) geführtes Heizmedium (H) indirekt auf Desorptionstemperatur erhitzt wird, bis die Schad- und/oder Nutzkomponente desorbiert, die von einem Spülgas (SG) abgeführt wird, wobei eine Steuereinheit (37) in Abhängigkeit der Beladung des Adsorptionsmittels (AM) die Strömungskanäle (9) des Plattenwärmeaustauschers vom Adsorptions- in den Regenerationszustand oder umgekehrt auf einen weiteren Plattenwärmeaustauscher umschaltet, gekennzeichnet durch ein Verwenden von mindestens einem modifizierten Kreuzstrom-Plattenwärmeaustauscher (1a,1b) mit vom Verteilraum (3a, 3b) zum Sammelraum (5a,5b) durchströmungsoffenen schlanken Strömungskanälen (9) einer lichten Weite (W) von mindestens 10 bis maximal 80 mm, in den Strömungskanälen (9) positionierten Strömungsschikanen (24) und in den Strömungsräumen (14) befindliche Strömungspfade (SF) für das Kühl- oder Heizmedium bildende Strömungsleit- und Abstandsbleche (11) in folgenden Schritten: a) gleichzeitiges Erzeugen von Turbulenzen in den Teilströmen (TG) des Rohgases (G) innerhalb der Strömungskanäle (9) und im Kühlmedium (K) innerhalb der Strömungsräume (14) während der Adsorption bzw. den Teilströmen (TS) des Spülgases (SG) in den Strömungskanälen (9) und im Heizmedium (H) in den Strömungsräumen (14) während der Regeneration, b) Einregeln des Adsorptionsdruckes (pAD) in den Strömungskanälen (9) während der Adsorption durch Drosseln des Abflusses an Reingas (RG) aus dem Sammelraum (5a,5b) auf einen Überdruck von 0,1 bis 15,0 bar, c) Einregeln des Desorptionsdruckes (pD) in den Strömungskanälen (9) während der Regeneration durch Drosseln des Zuflusses an Spülgas (SG) in den Verteilraum (3a,3b) auf einen Absolutdruck von 0,01 bis 1,0 bar unter Aufrechterhaltung eines am Sammelraum (5a, 5b) saugseitig anliegenden Unterdrucks (pv) einer Vakuumpumpe (65) und d) Einregeln eines Kondensations-Überdruckes (pK) beim Trennen des durch die Desorption aufgeheizten Desorbats (DS) in einem Wärmeaustauscher/Kondensator (66) mittels Kondensation in die Schad- und/oder Nutzkomponente und ein Rückgas (GR) auf einen Überdruck von 0,1 bis 5,0 bar durch Drosseln des Abflusses an Rückgas (GR) aus dem Wärmeaustauscher/Kondensator (66).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbulenzen im Rohgas (G) und im Spülgas (SG) durch Strömungsschikanen (24) erzeugt werden, die als Ausprägungen (26) senkrecht und/oder quer zur Strömungsrichtung (SRR) in der Wandung (25) des Strömungskanals (9) gleichzeitig mit dem Wellbiegen bzw. Wellwalzen der Wellbleche ausgebildet werden, wobei die Ausprägungen (21) nach innen in den Strömungskanal (9) und/oder nach außen in den Strömungsraum (14) ausgerichtet sind.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbulenzen im Kühl- oder Heizmedium (K, H) durch in den Strömungsräumen (14) zwischen den Wellblechpaaren (7c) positionierte Strömungsleit- oder Abstandbleche (11) erzeugt werden, wobei das Kühlmedium (K) während der Adsorption oder das Heizmedium (H) während der Regeneration im Kreuzstrom zu den Strömungskanälen (9) ein- oder mehrgängig geführt werden.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Adsorptionsdruck (pAD) derart eingeregelt wird, dass der Druck (pG) des Rohgases (G) im Verteilraum (3a,3b) und der Druck (pRG) des Reingases (RG) im Sammelraum (5a,5b) durch mit der Steuereinheit (37) verbundene Drucksensoren (35,38) gemessen werden, die Steuereinheit (37) die Messwerte mit einem vorgegebenen, in der Steuereinheit (37) hinterlegten Sollwert für den Adsorptionsdruck (pAD) vergleicht und bei Abweichung das Gebläse (23) und ein dem Sammelraum (5a,5b) nachgeordnetes Druckregelventil (39) ansteuert, das den Abfluss an Reingas (RG) aus dem Sammelraum (5a, 5b) derart einstellt, dass der Adsorptionsdruck (pAD) dem Sollwert für den Adsorptionsdruck (pAD) entspricht.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Desorptionsdruck (pD) derart eingeregelt wird, dass der Druck (pSG) des Spülgases (SG) im Verteilraum (3a, 3b) und der anliegende Druck (pv) der Vakuumpumpe (65) im Sammelraum (5a,5b) durch mit der Steuereinheit (37) verbundene Drucksensoren (35,38) gemessen werden, die Steuereinheit (37) die Messwerte mit einem vorgegebenen, in der Steuereinheit(37) hinterlegten Sollwert für den Desorptionsdruck (pD) vergleicht und bei Abweichung die dem Sammelraum (5a,5b) nachgeordnete Vakuumpumpe (65) und ein dem Verteilraum (3a,3b) vorgeordnetes Regelventil (42,43) ansteuert, das den Zufluss an Spülgas (SG) in den Verteilraum (3a,3b) derart einstellt, dass der Desorptionsdruck (pD) dem Sollwert für den Desorptionsdruck (pD) entspricht.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensations-Uberdruck(pK) derart eingeregelt wird, dass der Druck (pGR) des Rückgases (GR) nach Verlassen des Wärmeaustauschers/Kondensators (66) durch einen mit der Steuereinheit (37) verbundenen Drucksensor (71) gemessen wird, die Steuereinheit (37) den Messwert mit einem vorgegebenen, in der Steuereinheit (37) hinterlegten Sollwert für den Kondensations-Überdruck (pK) vergleicht und bei Abweichung ein aus dem Wärmeaustauscher/Kondensator (61) nachgeordnetes Druckregelventil (64) ansteuert, das den Abfluss an Rückgas (GR) derart einstellt, dass der Kondensations-Überdruck (pK) dem Sollwert für den Kondensations-Überdruck (pK) entspricht.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Spülgas (SG) Reingas (RG) oder Inertgas verwendet wird, das in Teilströme (TS) während der Regeneration aufgeteilt wird, wobei je ein Teilstrom in jeweils einen mit gesättigtem Adsorptionsmittel (AM) gefüllten Strömungskanal (9) geleitet wird, diesen durchströmt und die desorbierte Schad- und/oder Nutzkomponente aus dem Adsorptionsmittel (AM) in den Sammelraum (5a, 5b) austrägt und zum Desorbat aus Spülgas und Schad- und/oder Nutzkomponente zusammengeführt wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilströme (TG) des Rohgases (G) während der Adsorption und die Teilströme (TS) des Spülgases (SG) während der Regeneration in voneinander gasdicht getrennte, mit Adsorptionsmittel (AM) gefüllte Strömungskanäle (9) geleitet werden.
  9. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zum gasdichten Verbinden in die Stege (10a, 10b) der Well- oder Profilbleche (7a, 7b) in deren Längsrichtung (LR) mindestens eine Rille (V) für das Einlegen eines Hartlots eingeformt wird, die beim spiegelbildlichen Übereinanderlegen der Stege (10a,10b) ineinandergreifen und durch Hartlöten miteinander stoffschlüssig verbunden werden, und dass die Stege (10a, 10b) in Querrichtung (QR) durch Laserschweißen gasdicht verbunden werden.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege (10a, 10b) in deren Längsrichtung (LR) durch mindestens eine Laserschweißnaht (29a) und in Querrichtung (QR) durch je eine gegenüber dem Verteilraum (3a,3b) und dem Sammelraum (5a, 5b) abdichtende Laserschweißnaht (29b) gasdicht verbunden werden.
  11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilströme (TG) des Rohgases (G) während der Adsorption und die Teilströme (TS) des Spülgases (SG) während der Regeneration in miteinander in mindestens einer Strömungsverbindung stehenden, mit Adsorptionsmittel (AM) gefüllte Strömungskanäle (9) geleitet werden, wobei die nebeneinanderliegenden benachbarten Strömungskanäle (9) über mindestens einen Strömungsübergang (30) mit Durchtrittsöffnungen (31) für einen Teil des im Strömungskanal (9) eingetretenen Teilstroms (TG) an Rohgas (G) während der Adsorption und für einen Teil des im Strömungskanal (9) eingetretenen Teilstroms (TS) an Spülgas (SG) während der Regeneration miteinander kommunizieren, durch welche mindestens zwei Bypassströme (BS) vom jeweiligen Teil des Teilstroms (TG, TS) abgeteilt und diese seitwärts gerichtet in das Adsorptionsmittel (AM) des jeweils benachbarten Strömungskanals (9) geleitet werden.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Strömungsübergänge (30) gleichmäßig oder unterschiedlich über die Länge (L) der Strömungskanäle (9) beabstandet und verteilt werden.
  13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungsübergang (30) aus einer beim Wellwalzen der Well- oder Profilbleche (7a,7b) in die Stege (10a,10b) eingeformten Einsenkung (27a bzw. 27b) gebildet wird, die beim seitenverkehrten Übereinanderlegen der Well- und Profilbleche (7a,7b) vom darüber oder darunterliegenden Bereich der Stege (10a,10b) abgedeckt wird und die aufeinanderliegenden Stege (10a,10b) durch Laserschweißen oder Hartlöten in Längs- und Querrichtung (LR,QR) stoffschlüssig verbunden werden, wobei die Schweißnaht (29a) in Längsrichtung (LR) von der Einsenkung (27a, 27b) durchdrungen wird und die Einsenkung (27a,27b) durch Schweißnähte (29b) in Querrichtung (QR) gasdicht abgedichtet wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungsübergang (30) durch ein Übereinanderlegen der Well- oder Profilbleche (7a,7b) aus einem flachen Spalt (28) zwischen den Stegen (10a, 10b) gebildet wird, indem die Stege (10a, 10b) miteinander in Längsrichtung (LR) durch Laserlinienschweißen stoffschlüssig so verbunden werden, wobei der Spalt (28) die Schweißnaht (29a) in Längsrichtung (LR) unterbricht und der Spalt (28) in Querrichtung (QR) des Stegs (10a,10b) durch parallel beidseits zum Spalt (28) verlaufende Schweißnähte (29b) gasdicht abgedichtet wird.
  15. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die kondensierte Schad- und/oder Nutzkomponente über einen Kondensatablass (67) abgeführt sowie das den Wärmeaustauscher/Kondensator (66) verlassende Rückgas (GR) dem Rohgas (G) zugemischt wird.
  16. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Adsorptionsmittel (AM) Schüttungen aus Aktivkohlegranulat, Aluminiumoxid-Gel, Silica-Gel, Molekularsiebe oder deren Gemische verwendet werden.
  17. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Kühlmedium (K) Wasser und Wasser-Glykol-Gemische und als Heizmedium (H) Wasserdampf, heißes Wasser oder heiße Gase verwendet werden.
  18. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit mindestens einem Plattenwärmeaustauscher, der eine Vielzahl von mit Adsorptionsmittel (AM) gefüllte Strömungskanäle (9) und zu diesen senkrecht verlaufende Strömungsräume (14) umfasst, die von spiegelbildlich aufeinanderliegenden, durch Stege (10a,10b) verbundene, zu Wellblechpaaren (7c) zusammengefasste Well- und/oder Profilblechen (7a,7b) gebildet sind, wobei die Strömungsräume (14) zwischen den Wellblechpaaren (7c) angeordnet sind, und die Strömungskanäle (9) für den Durchtritt des in Teilströme (TG) aufgeteilten Rohgases (G) zuströmseitig mit einem Verteilraum (3a, 3b) und abströmseitig mit einem Sammelraum (5a, 5b) durchströmungsoffen verbunden sind, wobei der zuströmseitige Verteilraum (3a,3b) mit einer Zufuhrleitung (4) für das Rohgas (G) und der abströmseitige Sammelraum (5a,5b) mit einer Reingasleitung (6) in Verbindung steht, und die Strömungsräume (14) in einen Verteilraum (13) für das Zu- und Abführen eines Kühl- oder Heizmediums (K,H) zum indirekten Kühlen oder Heizen des Adsorptionsmittels (AM) durchströmungsoffen münden, und mit einer Steuereinheit (30), die den mit der Schad- und/oder Nutzkomponente beladenen Plattenwärmeaustauscher aus dem Adsorptions- in den Regenerationszustand oder umgekehrt auf einen weiteren Plattenwärmeaustauscher umschaltet, dadurch gekenzeichnet, dass der Plattenwärmeaustauscher ein modifizierter Kreuzstrom-Plattenwärmeaustauscher (1a,1b)mit schlanken Strömungskanälen (9) ist, die durch in den Strömungsräumen (14) für das Kühl- oder Heizmedium (K,H) angeordnete Strömungsleit- und Abstandsbleche (11) voneinander beabstandet sind, wobei die Strömungskanäle (9) eine lichte Weite (W) von mindestens 10 bis maximal 80 mm haben und im Inneren Strömungsschikanen (24) zum Erzeugen von Turbulenzen aufweisen, und dass der zuströmseitige Verteilraum (3a,3b) mit einer Spülgasleitung (40) zum Zuführen des in Teilströmen (TS) aufgefächerten Spülgases (SG) und dessen Einleitung in die Strömungskanäle (9) für den Abtransport der desorbierten aufgeheizten Schad- und/oder Nutzkomponente aus dem Adsorptionsmittel (AM) als Desorbat in den Sammelraum (5a,5b) in Verbindung steht, wobei dem Sammelraum (5a,5b) ein Druckregelventil (39) zum Drosseln des Abflusses an Reingas (RG) zugeordnet, und an die Spülgasleitung (40) ein Regelventil (42,43) zum Drosseln des Zuflusses an Spülgas (SG) in den Verteilraum (3a,3b) und der Sammelraum (5a,5b) abströmseitig an eine Vakuumpumpe (65) saugseitig angeschlossen ist, und dass die Vakuumpumpe (65) druckseitig mit einem Wärmaustauscher/Kondensator (66) zum Auftrennen des Desorbats in die Schad- und/oder Nutzkomponente verbunden ist, wobei der Wärmeaustauscher/Kondensator (66) mit einem Abscheider (67) zum Ausschleusen der Schad- und/oder Nutzkomponente und der Wärmeaustauscher (66) mit einer Rückgasleitung (68) zum Abführen des Rückgases (GR) in die Zuführleitung (4) des Rohgases (G) in Verbindung steht, wobei ein Druckregelventil (69) zum Drosseln des Abflusses des Rückgases (GR) während der Kondensation in die Rückgasleitung (54) eingebunden ist.
  19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Strömungsleit- und Abstandsblech (11) ein dünnes Wellblech mit in die Wellenberge (WB) eingeformte, die Höhe der Wellenberge (WB) übersteigende Abstandshalterprofile (12) umfasst, die zueinander von Wellenberg zu Wellenberg auf Lücke (17) versetzt angeordnet sind, wobei die Abstandhalterprofile (12) in den von den Stegen (10a, 10b) der über- und untereinanderliegenden Wellblechpaare (7c) gebildeten Versatz (16) abstützend eingreifen und das jeweilige Abstandshalterprofil (12) jeweils endseitig am dazugehörigen Wellblechpaar (7c) stoffschlüssig fixiert ist.
  20. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsschikanen (24) aus Ausprägungen (26) gebildet sind, die quer und/oder parallel zur Strömungsrichtung (SRR) des Teilstroms (TG) des Rohgases (G) oder Spülgases (SG) in die Wandung (20) der Strömungskanäle (31 nach innen und/oder von der Wandung (25) nach außen gerichtet eingeformt sind.
  21. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass dem Verteilraum (3a,3b) und dem Sammelraum (5a,5b) jeweils ein Drucksensor (35,38) zum Messen des Druckes (pG) des Rohgases (G), des Druckes (pRG) des Reingases (RG) während der Adsorption und des Druckes (pSG) des Spülgases während Regeneration zugeordnet ist, wobei die Drucksensoren (35,38) mit der Steuereinheit (37) verbunden sind, die zum Ansteuern des Gebläses (23) in der Zuführleitung (4), des Druckregelventils (39) zum Drosseln des Abflusses an Reingas (RG) aus dem Sammelraum (5a,5b), der Vakuumpumpe (65) zum Erzeugen eines Unterdrucks während der Regeneration und der Regelventile (42,43) zum Drosseln des Zuflusses an Spülgas (SG) in den Verteilraum (3a,3b) in Verbindung steht.
  22. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeaustauscher/ Kondensator (66) abströmseitig mit der Zufuhrleitung (4) für das Rohgas (G) durch die Rückgasleitung (68) über das Druckregelventil (69) zum Drosseln des Abflusses an Rückgas (GR) aus dem Wärmeaustauscher/Kondensator (66) verbunden ist, wobei zum Messen des Rückgasdruckes (pGR) ein dem Wärmeaustauscher/Kondensator (66) nachgeordneter Drucksensor (71)) vorgesehen ist, der mit der Steuereinheit (37) verbunden ist.
  23. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungskanäle (9) zuström- und abströmseitig mit einem vom Roh- oder Spülgas (G, SG) durchströmbaren Sieb (22) abgedeckt sind, dessen Maschengröße kleiner ist als die kleinste Partikelgröße des Adsorptionsmittels.
  24. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der modifizierte Kreuzstrom-Plattenwärmeaustauscher (1a,1b)eine rechteckige Baueinheit (1) umfasst, die im Innenraum eines rechteckigen oder zylindrischen Gehäuses (2) angeordnet ist, wobei der Verteilraum (3a,3b) als ein Fußteil (21), der Sammelraum (5a,5b) als ein Kopfteil (20) ausgebildet ist und der Verteilraum (15) für das Kühl- oder Heizmedium (K,H) alle Strömungsräume (14) durchströmungsoffen umschließt.
  25. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Baueinheiten (1) übereinander in einem gemeinsamen Gehäuse (2) des Kreuzstrom-Plattenwärmeaustauschers (1a, 1b) angeordnet sind und dass jede Baueinheit (1) mit dem zuflussseitigen Verteilraum (3a,3b) und dem abströmseitigen Sammelraum (5a,5b) versehen ist, wobei der Verteilraum (3a,3b) und der Sammelräume (5a,5b) untereinander durch Strömungskanäle (9) mit einer lichten Weite (W) zwischen 6 und 50 mm strömungsverbunden sind.
  26. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Baueinheit (1) einen zuströmseitigen Boden (18) und einen abströmseitigen Boden (19) aufweist, wobei die Böden (18,19) aus jeweils einem einzigen Formteil oder aus mehreren an die Kontur der Wellblechpaare (7c) angepasste Formteile (18,1-18.n;19.1-19.n) bestehen, die untereinander und mit den Wellblechpaaren (7c) stoffschlüssig verbunden sind.
  27. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Baueinheit (1) vorzugsweise eine vertikale oder eine horizontale Einbaulage im Inneren des Gehäuses (2) hat.
  28. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege (10a, 10b) der spiegelbildlich aufeinander angeordneten Well- oder Profilbleche (7a,7b) miteinander in Längsrichtung (LR) durch mindestens eine Hartlotverbindung (29c) oder mindestens eine Laserschweißnaht (29a) und in Querrichtung (QR) der Stege (10a,10b) stoffschlüssig durch Laserschweißnähte (29a,29b) verbunden sind, die benachbarte Strömungskanäle (9) in Längs- und Querrichtung (LR, QR) der Stege (10a, 10b) voneinander gasdicht trennen.
  29. Vorrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass in die Stege (10a, 10b) mindestens eine in Längsrichtung (LR) der Stege (10a, 10b) verlaufende Rille (R) zum Einlegen eines Hartlotes vorgesehen ist, wobei die Rillen (R) beim spiegelbildlichen Übereinanderlegen ineinandergreifen und durch Hartlöten gasdicht verbunden sind.
  30. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass benachbarte Strömungskanäle (9) durch mindestens einen quer zur Längsrichtung (LR) der Stege (10a,10b) verlaufenden Strömungsübergang (30) strömungsverbunden sind, dessen Durchtrittsöffnungen (31) jeweils in die benachbarten Strömungskanäle (9) münden, wobei der Strömungsübergang (30) aus mindestens einer im Steg (10a,10b) eingeformten Einsenkung (Rille) (27a, 27b) gebildet ist, die vom darüber- oder darunterliegenden Bereich des dazu seitenverkehrt angeordneten Stegs (10a,10b) abgedeckt ist und dass die aufeinanderliegenden Stege (10a, 10b) gasdicht durch mindestens eine von der Einsenkung (27a,27b) durchdrungene, in Längsrichtung (LR) der Stege (10a,10b) verlaufende stoffschlüssige Verbindung verbunden sind, wobei die Stege (10a,10b) in Querrichtung (QR) durch parallel zur Einsenkung (27a,27b) verlaufende Schweißnähte (29b) gasdicht verbunden sind.
  31. Vorrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungsübergang (30) aus mindestens einem flachen Spalt (28) mit Durchtrittsöffnungen (31) zwischen den in Längsrichtung (LR) stoffschlüssig und gasdicht verbundenen Stegen (10a, 10b) besteht, wobei die Stege (10a, 10b) in Querrichtung (QR) durch parallel zum Spalt (28) verlaufende Schweißnähe (29b) gasdicht verbunden sind.
  32. Vorrichtung nach Anspruch 30 oder 31,dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Strömungsübergänge (30) gleichmäßig oder unterschiedlich lang voneinander beabstandet und verteilt in Längsrichtung des Stegs (10a, 10b) angeordnet sind, wobei die Durchtrittsöffnung (31) eine Geometrie und Form hat, die kleiner als die kleinste Partikelgröße des Adsorptionsmittels (AM) ist.
  33. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzzeichnet, dass ein separater Spülgasspeicher vorgesehen ist, der mit der Spülgasleitung (40) in Verbindung steht.
  34. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die mit Adsorptionsmittel (AM) gefüllten Strömungskanäle (9) der beiden Kreuzstrom-Plattenwärmaustauscher (1a,1b) zueinander über Verbindungsleitungen (32a,32b;44a,344b) und Absperrarmaturen (33,34;45,46) und die den Strömungsräumen (14) zugeordnete indirekte Kühlung oder Heizung (K, H) für das Adsorptionsmittel (AM) über den Verteilraum (15) der beiden Kreuzstrom-Plattenwärmeaustauscher (1a,1b) über Verbindungsleitungen (47;52) und Absperrarmaturen (55,56; 50,51) durch die Steuereinheit (37) umschaltbar angeordnet sind.
  35. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Spülgas (SG) Reingas (G) oder ein Inertgas, beispielsweise Stickstoff, ist.
  36. Vorrichtung nach Anspruch 18, da durch gekennzzeichnet, dass das Adsorptionsmittel (AM) eine Schüttung aus Aktivkohlegranulat, Aluminiumoxid-Gel, Silica-Gel, Molekularsiebe oder deren Gemische mit einer Partikelgröße zwischen 0,6 bis 6,0 mm ist.
  37. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die modifizierten Kreuzstrom-Plattenwärmeaustauscher (1a,1b) aus dünnem Edelstahl-, Kupfer- oder Aluminiumblechen bestehen.
DE102020007213.5A 2019-12-17 2020-11-25 Verfahren und Vorrichtung zum Behandeln eines mit Schad- und/oder Nutzkomponenten belasteten Gases Withdrawn DE102020007213A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/DE2020/000306 WO2021121453A1 (de) 2019-12-17 2020-12-04 Verfahren und vorrichtung zum behandeln eines mit schad- und/oder nutzkomponenten belasteten gases

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019008705 2019-12-17
DE102019008705.4 2019-12-17

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102020007213A1 true DE102020007213A1 (de) 2021-06-17

Family

ID=76085297

Family Applications (4)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102020007212.7A Pending DE102020007212A1 (de) 2019-12-17 2020-11-25 Verfahren und Hohlprofiladsorber zum Behandeln eines mit Schad- und/oder Nutzkomponenten belasteten Gases
DE102020007213.5A Withdrawn DE102020007213A1 (de) 2019-12-17 2020-11-25 Verfahren und Vorrichtung zum Behandeln eines mit Schad- und/oder Nutzkomponenten belasteten Gases
DE102020007211.9A Withdrawn DE102020007211A1 (de) 2019-12-17 2020-11-25 Adsorptionskältevorrichtung und Verfahren zum Erzeugen von Adsorptionskälte aus Wärme
DE102020007214.3A Pending DE102020007214A1 (de) 2019-12-17 2020-11-25 Verfahren und Reaktor für exotherme Reaktionen in der Gasphase

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102020007212.7A Pending DE102020007212A1 (de) 2019-12-17 2020-11-25 Verfahren und Hohlprofiladsorber zum Behandeln eines mit Schad- und/oder Nutzkomponenten belasteten Gases

Family Applications After (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102020007211.9A Withdrawn DE102020007211A1 (de) 2019-12-17 2020-11-25 Adsorptionskältevorrichtung und Verfahren zum Erzeugen von Adsorptionskälte aus Wärme
DE102020007214.3A Pending DE102020007214A1 (de) 2019-12-17 2020-11-25 Verfahren und Reaktor für exotherme Reaktionen in der Gasphase

Country Status (2)

Country Link
DE (4) DE102020007212A1 (de)
WO (4) WO2021121451A1 (de)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114042363B (zh) * 2021-10-28 2024-04-09 西安建筑科技大学 一种抑制脱硫脱硝活性炭自燃的吸附塔及方法
DE102022000431A1 (de) 2022-01-26 2023-07-27 Apodis Gmbh Brennstoffzellensystem für ein Brennstoffzellenfahrzeug
DE102022000430A1 (de) 2022-01-26 2023-07-27 Apodis Gmbh Brennstoffzellensystem für ein Brennstoffzellenfahrzeug

Family Cites Families (40)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BE605494A (de) 1960-09-16 1900-01-01
DE1601215B2 (de) 1967-11-03 1971-11-18 Linde Ag, 6200 Wiesbaden Plattenwaermetauscher insbesondere als spaltgaskuehler
GB1572737A (en) 1977-01-17 1980-08-06 Exxon France Heat pump
DE3049889A1 (de) 1979-09-20 1982-03-04 Tech Ind Therm Cetiat Centre Refrigeration process and device
DE3318098A1 (de) 1983-05-18 1984-11-22 Linde Ag, 6200 Wiesbaden Verfahren und reaktor zur durchfuehrung einer endo- oder exothermen reaktion
DE3411675A1 (de) 1984-03-27 1985-10-10 Josef Hubert 5203 Much Schick Vorrichtung zum waerme- und stoffaustausch zwischen zwei oder mehr stroemungsfaehigen medien
DE3505351A1 (de) 1985-02-15 1986-08-21 Linde Ag, 6200 Wiesbaden Adsorber- oder katalysatoreinheit sowie verfahren zur adsorptiven oder katalytischen behandlung eines fluidstromes
FR2590356B1 (fr) 1985-11-19 1989-06-02 Jeumont Schneider Dispositif pour la production en continu de chaud et de froid
DE3710823A1 (de) 1987-04-01 1988-10-13 Bavaria Anlagenbau Gmbh Verfahren zur herstellung geschweisster plattenwaermetauscher, insbesondere kreuzstrom-plattenwaermetauscher
AU581825B1 (en) 1987-08-28 1989-03-02 Union Industry Co., Ltd Adsorption refrigeration system
DE3729517A1 (de) 1987-09-03 1989-03-16 Siemens Ag Adsorptionseinrichtung zur gastrennung
US5441716A (en) * 1989-03-08 1995-08-15 Rocky Research Method and apparatus for achieving high reaction rates
DE4132015A1 (de) 1991-09-26 1993-04-01 Basf Ag Thermoplastische polyurethan-elastomere mit einem geringen organischen kohlenstoffabgabewert, verfahren zu ihrer herstellung und ihre verwendung
DE19644938A1 (de) 1996-10-29 1998-04-30 Lutz Johannes Adsorptionskältemaschine und Verfahren zu deren Betrieb
DE19754185C1 (de) 1997-12-06 1999-02-04 Deg Engineering Gmbh Reaktor für die katalytische Umsetzung von Reaktionsmedien, insbesondere von gasförmigen Reaktionsmedien
DE19809200A1 (de) 1998-03-04 1999-09-09 Linde Ag Apparat mit durchströmter Schüttung und Verfahren zum Betreiben eines derartigen Apparats
DE19944426C2 (de) 1999-09-16 2003-01-09 Balcke Duerr Energietech Gmbh Plattenwärmetauscher und Verdampfer
EP1153653A1 (de) 2000-05-11 2001-11-14 Methanol Casale S.A. Reaktor für exotherme oder endotherme Reaktionen
DE10049194A1 (de) 2000-10-05 2002-04-11 Xcellsis Gmbh Raktorstruktur in Wärmeübertrager-Schichtstapelbauweise
GB2372462A (en) 2001-02-21 2002-08-28 Univ Newcastle Reactor for conducting endothermic reactions
DE10108380A1 (de) * 2001-02-21 2002-09-05 Deg Intense Technologies & Ser Reaktor zur Durchführung von katalysierten Reaktionen
SE520006C2 (sv) 2001-09-20 2003-05-06 Catator Ab Anordning, metod vid tillverkning och metod vid genomförande av katalytiska reaktioner i plattvärmeväxlare
US7201883B2 (en) 2001-10-12 2007-04-10 Compactgtl Plc Catalytic reactor
GB0210794D0 (en) 2002-05-10 2002-06-19 Chart Heat Exchangers Ltd Heat exchangers
AU2002343014A1 (en) 2001-10-29 2003-05-12 Chart Heat Exchangers Lp Heat exchangers
JP4212888B2 (ja) * 2002-12-26 2009-01-21 三菱化学エンジニアリング株式会社 プレート型触媒反応器
DE10361515A1 (de) 2003-12-23 2005-07-28 Basf Ag Verfahren zur Überwachung, Steuerung und/oder Regelung von Reaktionen eines fluiden Reaktionsgemisches in einem Reaktor mit Thermoblechplatten
EP1846717A2 (de) 2005-01-12 2007-10-24 Chart Heat Exchangers Limited Partnership Entfernbare wärmetauschereinsätze
GB0504622D0 (en) 2005-03-05 2005-04-13 Accentus Plc Catalytic reactors
DE102006011409B4 (de) 2005-12-07 2008-02-28 Sortech Ag Adsorptionsmaschine mit Wärmerückgewinnung
DE102006008786B4 (de) * 2006-02-24 2008-01-17 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Adsorptions-Wärmepumpe, Adsorptions-Kältemaschine und darin enthaltene Adsorberelemente auf Basis eines offenporigen wärmeleitenden Festkörpers
DE202006014118U1 (de) 2006-09-14 2006-11-16 Krause, Roman Tunnelzeltmarkise als Sicht- und Wetterschutz
CA2688545C (en) * 2007-05-18 2013-08-06 Exxonmobil Research And Engineering Company Temperature swing adsorption of co2 from flue gas utilizing heat from compression
DE102008053828A1 (de) * 2008-10-30 2010-05-12 Airbus Deutschland Gmbh Verbessertes Adsorptionskühlsystem und Adsorptionskühlverfahren für ein Luftfahrzeug
US8936727B2 (en) * 2009-03-06 2015-01-20 Uop Llc Multiple bed temperature controlled adsorption
BR112013031333B1 (pt) 2011-06-07 2020-12-01 3M Innovative Properties Company sistema para ajuste de posição de matriz em fenda
EP3021962A1 (de) 2013-07-19 2016-05-25 InvenSor GmbH Adsorptionskältemaschine mit einem adsorptionsmittel und verfahren zur erzeugung von kälte und verwendung eines dealuminierten zeolithen als adsorptionsmittel in einer adsorptionskältemaschine
WO2015104719A2 (en) 2014-01-10 2015-07-16 Bry Air (Asia) Pvt. Ltd. Hybrid adsorber heat exchanging device and method of manufacture
JP6200911B2 (ja) * 2015-03-03 2017-09-20 株式会社豊田中央研究所 ヒートポンプ及び冷熱生成方法
DE102015214374A1 (de) 2015-07-29 2017-02-02 Vaillant Gmbh Adsorptionswärmepumpe mit Plattenwärmetauscher

Also Published As

Publication number Publication date
WO2021121450A1 (de) 2021-06-24
WO2021121453A1 (de) 2021-06-24
DE102020007214A1 (de) 2021-07-01
DE102020007211A1 (de) 2021-06-17
DE102020007212A1 (de) 2021-07-01
WO2021121451A1 (de) 2021-06-24
WO2021121452A1 (de) 2021-06-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102020007213A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Behandeln eines mit Schad- und/oder Nutzkomponenten belasteten Gases
DE2461562B2 (de) Gasadsorbergefäß
DE2626939C2 (de)
DE4300988C1 (de) Vorrichtung zur Sauerstoffanreicherung von Luft
DE102017001114B4 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Behandeln eines mit Schadstoffen belasteten Gases
EP0449833A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum abtrennen unerwünschter bestandteile aus einem abgas
EP0892225B1 (de) Gerät der Klimatechnik sowie dessen Komponenten
EP0379032A1 (de) Abgasfilter
EP0539834A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Strömungsführung in Radialstromreaktoren
DE102010014643A1 (de) Rohrbündelreaktor
DD231742A5 (de) Verfahren und vorrichtung zur entfernung unerwuenschter gasfoermiger bestandteile aus einem rauchgas
DE3139369C2 (de) Adsorptionsfilter mit Desorptionseinrichtung
DE2548290A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum zerlegen von luft
DE4135018A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur stroemungsfuehrung in radialstromreaktoren
EP2643072A2 (de) Filtervorrichtung und verfahren zur reinigung eines gasstroms
EP0175727A1 (de) Verfahren und anlage zur verminderung des schadstoffgehaltes von rauchgasen
EP0123242B1 (de) Rauchgasbeheizter Wärmetauscher für Feuerungsanlagen mit schwefelhaltigen Brennstoffen
DE2204702A1 (de) Vorrichtung zur Behandlung von Gasen, welche zusätzlich zu Feststoffen unerwünschte Verbindungen enthalten
WO1996004065A1 (de) Adsorptionsreaktor zum abtrennen unerwünschter bestandteile aus einem fluid
DE19753409A1 (de) Biofiltersystem
DE2601181C2 (de) Vorrichtung zur thermischen Reinigungsbehandlung eines Abgases
EP0191441A1 (de) Vorrichtung zur Entfernung unerwünschter Bestandteile aus einem Rauchgas
DE10126665A1 (de) Vorrichtung zum Aufbereiten eines Stoffstroms
DE102008057763A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zum adsorptiven Trennen eines Gasstroms
DE10142946A1 (de) Vorrichtung zur Anreicherung von Luft mit Sauerstoff

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee