DE1619850C - Verfahren und Vorrichtung zur Reim gung eines Luft oder Gasstromes von ver brennbaren dampf oder gasförmigen Verun reinigungen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung eines Luft- oder Gasstromes von verbrennbaren dampf- oder gasförmigen Verunreinigungen mit Hilfe von Sorptionsfiltern und eine zur Durchführung dieses Verfahrens geeigneten Vorrichtung.

Bei den bekannten Verfahren und Vorrichtungen zur Reinigung der Luft oder anderer Trägergase war es bisher nur mit großen Schwierigkeiten oder einem nicht mehr vertretbaren Aufwand möglich, schädliche gas- oder dampfförmige Stoffe zu entfernen oder zu vernichten. Man versuchte zwar zunächst, sich dieser Stoffe, welche beispielsweise in großen Mengen durch unvollständige Verbrennungsvorgänge anfallen, durch starke Verdünnung mit der atmosphärischen Luft zu entledigen, wozu beispielsweise in ortsfesten Anlagen auch das Ausstoßen in höhere Luftschichten gehört. Man hatte damit aber keine grundsätzliche Lösung dieses Problems gefunden, weil eine starke Verdünnung mit der atmosphärischen Luft oder das Ausstoßen in höhere Luftschichten zwar in einsamen und windreichen Gegenden hingenommen werden kann, nicht aber in besonders windstillen Gegenden, die vorwiegend dicht besiedelt sind, und in denen derartige Luftverunreinigungen in größeren Mengen anfallen. Außerdem ist es beispielsweise bei Straßenfahrzeugen mit Verbrennungsmaschinen nicht möglich, die Abgase in höhere Luftschichten auszustoßen. Somit kann die Verunreinigung der Luft in Erdbodennähe manchmal Ausmaße annehmen, die für die menschliche Gesundheit bedrohlich sind. Die Zusammensetzung solcher Luftverunreinigungen kann sehr unterschiedlich sein, ihre schädlichsten Anteile sind aber vorzugsweise verbrennbare Gase und Dämpfe; man sieht es bereits als Lösung dieses Problems an, wenn wenigstens die verbrennbaren Bestandteile beseitigt werden.

Zur Bekämpfung, insbesondere dieser noch verbrennbaren Verunreinigungen versuchte man bisher, sie entweder durch Sorptionsfilter, wie z. B. Aktivkohlefilter, abzufangen oder sie durch eine Nachverbrennung in unschädliche Stoffe überzuführen, wobei /.. B. im idealfall reine Kohlenwasserstoffe restlos in Kohlendioxid und Wasser verbrannt werden. Man versuchte dabei auch, die Verbrennungstemperaturen durch die Anwendung von Katalysatoren herabzusetzen. Beide Verfahren haben bisher aber nicht zu dem erstrebten Ziel geführt, weil in beiden Fällen die Beseitigung der belästigenden Gase oder Dämpfe nur mit einem nicht mehr vertretbaren Aufwand möglich ist. Man hält die Verwendung von Aktivkohlcfiltern allein beispielsweise nur dann für wirtschaftlich ver-Iretbar, wenn die Konzentration der Verunreinigungen fünf Milligramm je Normalkubikmeter nicht übersteigt, weil bei höheren Konzentrationen die Filtersubstanz zu schnell erschöpft ist. Dagegen ist selbst eine Nachverbrennung der verbrennbaren Luftverunreinigungen bei Anwendimg von Katalysatoren nur dann wirtschaftlich, wenn der Anteil dieser Verunreinigungen nicht kleiner als hundert Milligramm je Normalkubiknicter Luft ist. Das liegt daran, daß bei kleineren Konzentrationen die freiwerdendc Wärmemenge der verbrennenden Gasanteile nicht mehr :nisreicht. um alle beim Verbrennungsvorgang beteiligten Slnffi: auf die erforderliche Rcaktionstcmpcraliir auf-./iihei/en.

I j'iii aber zu verhindern, daß bei zu geringen Gasj'.ciiii'.clitcinperuturL'ii im verbrannte Gasbestandteile zur Reinluftseite gelangen, muß eine zusätzliche Aufheizung des Gasgemisches erfolgen, welche die Verbrennung unterstützt. Man versuchte deshalb, die Abgaswärme durch Wärmetauscher für den Verbrennungsvorgang zurückzugewinnen und durch Zusatzheizungen zusätzliche Wärme zuzuführen. Hierdurch werden derartige Vorrichtungen aber so aufwendig, daß sich mit den bisherigen katalytischen Nachverbrennungsanlagen die Beseitigung dieser meist schädlichen oder übelriechenden Luftverunreinigungen unterhalb einer Konzentration von hundert Milligramm je Normalkubikmeter nicht mehr lohnt. Somit gibt es bisher in dem Konzentrationsbereich zwischen fünf und hundert Milligramm je Normalkubikmeter Luft keine zufriedenstellende Lösung für die Beseitigung von verbrennbaren Luftverunreinigungen.

Dieser Übelstand wird beim vorliegenden Verfahren zur Reinigung eines Luft- oder Gasstromes von verbrennbaren dampf- oder gasförmigen Verunreinigungen mit Hilfe von Sorptionsfiltern dadurch beseitigt, daß diese Filter nach Erreichen einer gewissen Beladung mit den verbrennbaren Verunreinigungen im Gegenstrom anfangs mit aufgeheizter Luft desorbiert, das Desorbat in einer katalytischen Nachverbrennungsanlage verbrannt und ein Teil des Gemisches aus Luftresten und verbranntem Desorbat so lange wieder durch das Sorptionsfilter geführt wird, bis dessen Beladung so weit zurückgegangen ist, daß es wieder zur Reinigung des Luft- oder Gasstromes eingesetzt werden kann, wobei mindestens zwei Sorbtionsfilter wechselweise beladen werden und mit dem Gemisch aus verbranntem Desorbat und Luftresten desorbiert wird.

Zweckmäßigerweise enthält das Sorbtionsfilter Aktivkohle als Sorptionsmaterial.

Eine Vorrichtung, in der das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann, ist in der Abbildung schematisch dargestellt. Sie ν ist besonders durch einen Desorptions-Verbrennungskreis gekennzeichnet, in dem eine durch eine Sauerstoffmeßvorrichtung 4 gesteuerte Mischkammer 7, ein Ventilator 9, eine durch einen Temperaturfühlers gesteuerte Heizvorrichtung 6 und ein Kontaktofen 3 in Reihe und durch die Ventilpaare 41, 71 bzw. 42, 72 abwechselnd über eines der Sorptionsfilter 1 oder 2, welche die Ventilpaare 21, 22 bzw. 11, 12 von dem zu reinigenden Luft- oder Gasstrom abgetrennt sind, zu einem geschlossenen Apparatekreis geschaltet ist, der ein federbelastetes Überdruckventil 43 zum Druckausgleich gegen die Außenluft und einen regelbaren Vcrbrennungsluftzutritt zur Mischkammer 7 besitzt. Die temperaturgesteuerte Heizvorrichtung 6 kann mit ölbrennern, elektrischen Heizregistern od. dgl. ausgerüstet sein.

Bei Inbetriebnahme der Anlage sind zunächst nur zwei Ventile, beispielsweise die Ventile 21 und 22 geöffnet, so daß der zu reinigende Luftstrom durch das Filter 2 strömen kann, welches die gas- oder dampfförmigen Verunreinigungen aufnimmt. Zur Erzeugung oder zur Verstärkung dieses Luftstromes kann ein Ventilator 8 dienen, sofern andere Luftförderer fehlen oder zu leistungsschwach sind.

Sobald die Aufnahmefähigkeit des Filters erschöpft ist, wird umgeschaltet. Die Ventile 11 und 12 werden geöffnet und. die Ventile 21 und 22 geschlossen. Die zu reinigende Luft strömt min durch das Filter 1. Das Filter 2 kann jetzt durch öffnen der Ventile 42 und 72 in den Desorptions-Verbrennungskreis cingesclial-

tet und regeneriert werden. Hierzu werden der Venti- während frische Verbrennungsluft zugemischt werden Iator9, die von der Sauerstoflmeßvorrichtung 4 ge- und überschüssiges Gas entweichen, andererseits kann steuerte Verbrennungsluftzumischung und die vom aber ein gefährlicher innerer Überdruck nicht aufTemperaturfühler 5 gesteuerte Heizvorrichtung 6 in treten, auch z. B. nicht beim Beginn des Verbren-Betrieb genommen. Da sich im Desorptions-Verbren- 5 nungsvorganges im Kontaktofen.
nungskreis zunächst normale kalte Luft befindet, wird Da beim Verbrennen der absorbierten Gase, wclan der Sauerstoffmeßstelle 4 der normale Sauerstoff- ehe nach und nach mit der steigenden Temperatur gehalt der Luft, an der Temperaturmeßstelle 5 aber aus der Filterkohle ausgetrieben und anschließend im eine zu geringe Temperatur gemessen. In der Misch- Kontaktofen 3 verbrannt werden, Wärme entsteht, kammer 7 wird deshalb keine Luft zugemischt, die io wird der Desorptions-Verbrennungskreis hierdurch Heizvorrichtung schaltet sich aber ein und heizt den noch zusätzlich zur Heizvorrichtung 6 aufgeheizt. Der vom Ventilator 9 entfachten Luftstrom so lange auf, Desorptionsvorgang kann möglicherweise allein mit bis die notwendige Verbrennungstemperatur für den dieser Verbrennungswärme aufrechterhalten werden, Kontaktofen 3 erreicht ist. Hierbei gibt der in der solange in ausreichender Menge brennbares Gas aus Heizvorrichtung aufgeheizte Luftstrom zwar zuerst 15 dem Filter ausgetrieben wird. Dadurch wird zusätzseine Wärme an den Kontaktofen 3 ab, er erhitzt aber liehe Heizenergie gespart. An dieser Wärmeentweinachfolgend auch alle anderen berührten Teile. So- chung könnte man aber auch erkennen, wann und mit wird durch diese Art der Temperaturerhöhung wie lange der Desorptions-Verbrennungsvorgang die Vorbereitung des Kontaktofens auf den Ver- stattfindet, insbesondere, wenn man noch besondere brennungsvorgang bevorzugt und der Beginn der 20 Temperaturmeßvorrichtungen vor und hinter dem Desorption im miterhitzten Filter etwas zögernd Kontaktofen 3 anordnen würde. Da die Temperaturbewirkt, anzeigen aber von vielen Dingen, wie z. B. Aufheiz-

An die durchströmende Luft, die nun stetig auf- und Abklingvorgängen, Menge und Art des desorgeheizt wird, werden die bisher in Filter 2 eingefan- bierten und verbrannten Gases usw. abhängig ist, genen brennbaren Gase und Dämpfe mit der steigen- 25 wird sie nicht für die Steuerung des Desorptions-Verden Temperatur wieder abgegeben, zum Kontakt- brennungsprozesses benutzt. Hierfür dient erfindungsofen 3 transportiert und dort katalytisch verbrannt. gemäß die Sauerstoffmeßvorrichtung 4, welche nur Ein solcher Kontaktofen enthält im wesentlichen einen eine Meßgröße, die Sauerstoffkonzentration benutzt Katalysator, der eine möglichst hohe Oberfläche be- und damit die Verbrennungsluftzufuhr in der Mischsitzen soll. Als Katalysatoren kommen insbesondere 30 kammer 7 steuert und diese z. B. beendet, wenn der Edelmetalle, z. B. Platin oder auch Nickel auf metalli- Desorptions-Verbrennungsvorgang abgeschlossen ist sehen Trägern oder auf keramischen Trägern, oder und kein Sauerstoff mehr benötigt wird. Infolge der Unedelmetalloxide, z. B. Vanadiumpentoxid, Kupfer- Anordnung der Sauerstoffmeßstelle in Strömungsoxid auf oxidischen Trägern, wie z.B. Aluminium- richtung gleich hinter dem Kontaktofen wird außeroxid, oder Metall-Legierungen in Betracht. Der 35 dem in kürzester Zeit angezeigt, ob eine Frischluft-Träger besitzt dabei im allgemeinen die Form von zufuhr erforderlich ist oder nicht. Mit der Mischluft-Netzen oder Kugeln, um hohe Oberflächen zu errei- kammer könnte also auch noch eine Anzeigevorrichchen. Beispielsweise wird bei Phenol als zu verbren- tung verbunden sein, welche anzeigt, wann der Desorpnendem Stoff ein Edelmetalloxidkatalysator verwendet, tionsvorgang beendet ist.

und es wird im Kontaktofen eine Temperatur von 40 Nach Beendigung des Desorbtions-Verbrennungsetwa 500° C eingehalten, bei einem Sauerstoffüber- Vorganges ist das Filter wieder betriebsfertig und schuß von weniger als 2 Volumenprozent während kann zu jeder Zeit wieder durch die notwendigen der Verbrennung. Hierbei wird der vorhandene Sauer- Ventilumstellungen in den Rohluftstrom eingeschaltet stoff verbraucht. An der Meßstelle 4 wird deshalb im werden. Das muß spätestens geschehen, wenn das Verlauf des Desorptions-Verbrennungsvorganges von 45 Filter, welches bis dahin in den Rohluftstrom eingeirgendeinem Zeitpunkt an eine zu kleine Sauerstoff- schaltet war, erschöpft ist, und kann auch ohne Unterkonzentration gemessen und in der Mischkammer 7 brechung des zu reinigenden Luftstromes erfolgen, von diesem Augenblick an so lange frische Verbren- wenn zuerst das regenerierte Filter in den zu reinigennungsluft zugemischt, bis an der Meßstelle 4 wieder den Luftstrom und dann das erschöpfte Filter aus die richtige Sauerstoffmenge im Gasgemisch vorliegt. 50 diesem Luftstrom in den Desorptions-Verbrennungs-Die Sauerstoffkonzentration wird aber im weiteren kreis geschaltet wird.

Verlauf des Verfahrens sehr klein gehalten, um zu Da die Gesamtzeit, die für die Regenerierung eines

verhindern, daß im Filter größere Aktivkohleverluste erschöpften Filters benötigt wird, durchschnittlich

durch Kohleabbrand entstehen. sehr kurz gegen die Zeit sein wird, in der es wieder

Während des Desorptions-Verbrennungsvorganges 55 erschöpft ist, wird man den Desorptions-Vcrbren-

erfolgen neben den chemischen Umsetzungen auch nungskreis nach jeder beendeten Regenerieren s eines

physikalische Veränderungen des im Kreislauf ein- Filters wieder abstellen können. Aus diesem Grunde

geschlossenen Gasgemisches, insbesondere auch wird im Vergleich zu den bisher bekannten Nachver-

Druck- oder Volumenvergrößerungen. Um zu vorhin- brennungsanlagen nur sehr wenig Energie verbraucht,

dem, daß ein größerer Überdruck des eingeschlosse- 60 Außerdem wird auch kein Wärmeaustauscher benö-

nen Gasgemisches entsteht, ist ein vorzugsweise feder- tiet, und es brauchen nicht, wie bei den bisherigen

belastetes Ventil 43 vorgesehen, welches sich bei Filtervorrichtungen, die erschöpften Filterzcllen

innerem Überdruck öffnet. Volumenmäßig über- durch neue ersetzt zu werden.

schlissiges Gas oder Gasgemisch, das beim Aufheizen Die Anwendbarkeit der vorliegenden Erfindung

beim Verbrennungs- und Desorptionsvorgang oder 65 erstreckt sich auf alle bisher bekannten Fälle zur

bei der Zumischung frischer Verbrennungsluft an- Beseitigung brennbarer, lästiger oder schädlicher

fällt, kann entweichen, sobald der Innendruck das dampf- oder gasförmiger Verunreinigungen der Luft

Ventil 43 öffnet. Somit kann einerseits auch fort- oder anderer Trägergase. Besonders vorteilhaft ist es,

daß der getrennte Desorptioris-Verbrennungskreis unabhängig von dem zu reinigenden Trägergas mit normaler Verbrennungsluft oder auch mit anderen sauerstoff haltigcn Gasen betrieben werden kann. Auch_; die Konzentration der lästigen oder schädlichen Verunrcinigungen in ihren Trägergasen ist insofern von untergeordneter Bedeutung, als hierdurch lediglich die Zeit festgelegt wird, nach der jeweils ein Filter wieder regeneriert werden muß. Somit können auf Grund der vorliegenden Erfindung derartige Verunreinigungcn auch in solchen Konzentrationen aus der Lufl oder aus anderen Trägergasen entfernt werden, in denen dies bisher mit wirtschaftlich vertretbaren Mitteln nicht möglich war.

Λη Stelle von zwei Adsorptionsfiltern, welche in dem Ausführungsbeispiel geschildert sind, kann man auch drei oder mehr Filter benutzen, welche jeweils abwechselnd aus dem Rohluftstrom herausaenommen und regeneriert werden können. Man könnte für die . Schaltvorgänge auch an sich bekannte Umschaltvorrichtungen verwenden, welche beispielsweise nach einem bestimmten Zeitablauf oder etwa nach einem bestimmten Volumendurchsatz jeweils automatisch der Reihe nach eines der Sorplionsfilter aus dem Rohluftstrom ausschalten, der Regenerierung unterziehen und wieder in den Rohluftstrom zurückschallen. Hier könnte beispielsweise die Sauerstoffmeßvorrichtung mit als Hilfsmittel für die Steuerung des Desorptions-Verbrennungsprozesses benutzt werden. Man könnte auch an Stelle von Ventilen leichter zu betätigende Absperrorgane, wie z. B. Umschaltklappen, Schieber od. dgl. benutzen, diese mit ferngesteuerten Antrieben versehen und von einer gemeinsamen Stelle aus automatisch oder von Hand betätigen. Damit wird es möglich, die erfindungsgemäße Vorrichtung auch vollautomatisch zu gestalten, beispielsweise zur Nachverbrennung der Abgase von Straßenfahrzeugen mit Verbrennungskraftmaschinen. Die bisherigen Gefahren der lästigen oder schädlichen verbrennbaren Gase oder Dämpfe in den bodennahen Luftschichten, welche die menschliche Gesundheit bedrohen, können damit beseitigt werden.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Reinigung eines Luft- oder Gasstromes von verbrennbaren dampf- oder gasförmigen Verunreinigungen mit Hilfe von Sorptionsfiltern, dadurch gekennzeichnet, daß diese Filter nach Erreichen einer gewissen Beladung mit den verbrennbaren Verunreinigungen im Gegenstrom anfangs mit aufgeheizter Luft desorbiert, das Desorbat in einer katalytischen Nachverbrennungsanlage verbrannt wird und ein Teil des Gemisches aus Luftresten und verbranntem Desorbat so lange wieder durch das Sorptionsfilter geführt wird, bis dessen Beladung so weit zurückgegangen ist, daß es wieder zur Reinigung des Luft- oder Gasstromes eingesetzt werden kann, wobei mindestens zwei Sorptionsfilter wechselweise beladen werden und mit dem Gemisch aus verbranntem Desorbat und Luftresten desorbiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Sorptionsfilter Aktivkohle als Sorptionsmatcrial enthält. ,

3. Vorrichtung zur Reinigung eines Luft- oder Gasstromes von verbrennbaren dampf- oder gasförmigen Verunreinigungen nach dem Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Desorptions-Verbrennungskreis besitzt, in dem eine durch eine Sauerstoffmeßvorrichtung (4) gesteuerte Mischkammer (7) ein Ventilator (9), eine durch einen Temperaturfühler (S) gesteuerte Heizvorrichtung (6) und ein Kontaktofen (3) in Reihe und durch die Ventilpaare (41. 71) oder (42, 72) abwechselnd über eines der Sorptionsfilter (1) oder (2), welche durch die Ventilpaare (21, 22) oder (11, 12) von dem zu reinigenden Luft- oder Gasstrom abtrennbar sind, zu einem geschlossenen Apparatekreis geschaltet sind, der ein federbelastetes Überdruckventil (43) zum Druckausgleich gegen die Außenluft und einen regelbaren Verbrennungsluftzutritt zur Mischkammer (7) besitzt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen