DE19513376A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Rückgewinnung von Lösemitteln - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Rückge­ winnung von organischen Lösemitteln, die einen Siedepunkt unterhalb von 250°C besitzen, aus dem Abluftstrom einer Betriebsanlage, bei dem der mit den Lösemitteln belastete Abluftstrom mindestens einem ein Festbett aus Aktivkohle aufweisenden Adsorber zugeführt wird, in dem die Lösemittel aus dem Abluftstrom adsorbiert werden, und bei dem der Ad­ sorber nach dem Abschalten mittels Vakuum, Luft und/oder eines Inertgases bei gleichzeitiger Erwärmung der Aktivkohle durch elektrischen Widerstand beaufschlagt wird sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Zur Trennung und Reinigung von Gasen finden in den unter­ schiedlichsten Industriezweigen sogenannte Adsorptionsver­ fahren immer dann Anwendung, wenn kleine Anlagen mit nie­ drigen Durchsätzen notwendig sind oder wenn aus einem großen, wenig adsorbierbaren Trägergas ein in geringen Kon­ zentrationen vorliegender, adsorbierbarer Bestandteil, bei­ spielsweise ein Lösemittel, abzuscheiden und damit zurück­ zugewinnen ist. Als Adsorptionsmittel wird dabei häufig Aktivkohle verwendet, die aus einem pulverförmigen Rohma­ terial unter Zusatz von Bindemittel, beispielsweise zu kleinen Stäbchen gepreßt wird, die dann in einen Behälter eingefüllt werden und ein sogenanntes Festbett bilden. Dieses Festbett wird dann von dem zu reinigenden Gas, bei­ spielsweise einem Abluftstrom einer Betriebsanlage, durch­ strömt, wobei sich die im Abluftstrom enthaltenen Löse­ mittel aufgrund der Wechselwirkungen zwischen den Mole­ külen und Kapillarkondensationseffekten an der Aktivkohle, die die eigentliche Sorptionsfläche bildet, absetzen.

Um ein beladenes, aus Aktivkohle gebildetes Festbett zu regenerieren, sind verschiedene Verfahren bekannt.

Ein bevorzugtes Verfahren besteht darin, die Aktivkohle bzw. das Aktivkohlebett mittels Wasserdampf zu regenerieren. Die­ ses Verfahren erfordert jedoch äußerst lange Regenerations­ zeiten, die durch das Aufheizen der Aktivkohle, das Austrei­ ben des Lösemittels, die Trocknung und anschließende Küh­ lung der Aktivkohle bestimmt sind. Um die Adsorptionsfähig­ keit der Aktivkohle zu erhöhen, ist ein hoher Wassereintrag erforderlich, der anschließend durch die Trocknung wieder entfernt werden muß. Das adsorbierte Lösemittel fällt bei der nachfolgenden Regenerierung des Festbettes als Löse­ mittel-Wasser-Gemisch an, wobei der Wasseranteil zwischen 75 und 90% beträgt und durch weitere, aufwendige Verfahrens­ schritte wieder entfernt werden muß. Des weiteren ist bei diesem Verfahren die Regenerationstemperatur begrenzt, da bei einer Temperatur von beispielsweise 180°C bereits Drücke von 10 bar erforderlich sind, die eine aufwendige Behälterkonstruktion erfordern. Höher siedende Lösemittel sind deshalb in wirtschaftlich vertretbarer Weise nicht zurückzugewinnen.

Es ist ferner bekannt, die Aktivkohle mit einem Inertgas unter Normaldruck zu regenerieren und dabei die Aktivkohle durch das Inertgas aufzuheizen. Dies bedingt extrem lange Regenerationszeiten da das Inertgas nur eine geringe Wär­ mekapazität besitzt. Als Folge davon müssen die Aktivkohle­ betten verhältnismäßig groß ausgebildet sein. Bei einer solchen Regeneration werden die Behälter und Rohrleitungen zwangsläufig mit aufgeheizt, was einen erhöhten Wärmebedarf mit sich bringt und zusätzliche Wärmeverluste zur Folge hat. Da die Bereiche der Aktivkohle, die mit der Behälter­ wandung in Kontakt stehen, eine geringere Temperatur als das Zentrum des Aktivkohlebetts aufweist, werden diese Be­ reiche schlechter regeneriert.

Eine andere Möglichkeit zur Aufheizung der Aktivkohle bei der Regeneration besteht darin, dem Aktivkohlebett aufge­ heizte Luft zuzuführen. Hier besteht der Nachteil, daß der Anreicherungsgrad der Desorptionsluft verhältnismäßig ge­ ring ist und nur leicht siedende Lösemittel von der Aktiv­ kohle entfernt werden können, da die Desorptionstemperatur aus technischen Gründen einen gewissen Wert nicht über­ steigen darf.

Eine weitere Möglichkeit der Aufheizung der Aktivkohle be­ steht darin, Heizschlangen durch das Aktivkohlebett zu füh­ ren. Auch hier sind lange Regenerationszeiten, und damit verbunden große Aktivkohlebetten, erforderlich. Die Tem­ peraturverteilung im Aktivkohlebett ist ungleichmäßig, und es treten erhebliche Wärmeverluste auf. Es sind aufgrund der unterschiedlichen Temperaturen Bereiche mit unterschied­ lichem Regenerationsgrad vorhanden.

Schließlich ist es auch bekannt, das Aktivkohlebett durch elektrischen Strom aufzuheizen. Wegen der verhältnismäßig geringen elektrischen Leitfähigkeit der Aktivkohle sind ebenfalls lange Regenerationszeiten erforderlich. Die ge­ ringe elektrische Leitfähigkeit führt aber auch dazu, daß es aufgrund der elektrischen Spannungen zur Funkenbildung kommen kann. Aufgrund der Konstruktion der Elektroden kommt es auch zu einer ungleichmäßigen Temperaturverteilung im Aktivkohlebett, wobei örtliche Überhitzungen entstehen können. Aufgrund dieser schlechten Temperaturverteilung sind die erreichbaren Anreicherungen am Lösemittel im De­ sorptionsgas verhältnismäßig gering und die erreichbaren Reingaswerte schlecht.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Rückgewinnung von organischen Lösemitteln, die einen Siedepunkt unterhalb von 250°C besitzen, aus dem Abluftstrom einer Betriebsanlage zu schaffen, die bei einer elektrischen Aufheizung des ringförmigen Aktivkohle­ bettes die Nachteile der vorbekannten Verfahren und Vor­ richtungen nicht aufweisen. Insbesondere sollen eine gleichmäßige Temperaturverteilung im Kohlebett und kurze Regenerationszeiten erreicht werden. Dabei soll der Wir­ kungsgrad erhöht und die Reingaswerte verbessert werden. Gleichzeitig soll die Gefahr von elektrischen Spitzenent­ ladungen und die Funkenbildung vermieden werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Gattung vorge­ schlagen, daß der Aktivkohle etwa 10-50 Gewichtsprozent eines Graphitsplitts mit einer Körnung von 1 bis 10 mm zugesetzt werden.

Durch ein solches Verfahren wird der elektrische Wider­ stand des Aktivkohle-Festbettes erheblich verringert, was eine Verkürzung der Aufheizzeit mit sich bringt. Der elek­ trische Widerstand wird vom Beladungszustand der Aktiv­ kohle weitgehend nicht beeinträchtigt, da der wesentliche Anteil der Leitfähigkeit vom Graphitsplitt geleistet wird, der weder Lösemittel noch Wasser aufnimmt. Durch diese Aus­ gestaltung ist eine Lichtbogenbildung durch Spitzenentla­ dungen und eine Funkenbildung ausgeschlossen. Durch den Graphitsplitt wird die Wärmeleitfähigkeit des Festbettes erheblich verbessert, was dann auch eine gleichmäßige Tem­ peraturverteilung im Aktivkohlebett mit sich bringt. Die Tiefe des Aktivkohlebettes und die Regenerationstemperatur lassen sich in einfacher Weise variieren und damit den Er­ fordernissen anpassen. Sie ist erheblich kleiner als bei bekannten Anlagen, so daß der Platzbedarf reduziert werden kann.

Weitere Merkmale eines Verfahrens sowie einer Vorrichtung gemäß der Erfindung sind in den Ansprüchen 2-8 offenbart.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in einer Zeich­ nung in vereinfachter Weise dargestellten Ausführungsbei­ spieles bei einer sogenannten Vakuumdesorption näher er­ läutert.

In dieser Zeichnung ist eine Vorrichtung gezeigt, die zur Rückgewinnung eines organischen Lösemittels aus dem Ab­ luftstrom einer Betriebsanlage dient. Diese Vorrichtung besteht aus mindestens zwei Adsorbern 1, die vollkommen gleich ausgebildet sind und von denen deshalb in der Zeich­ nung nur ein Adsorber 1 dargestellt ist. Der Adsorber 1 weist zunächst einen Behälter 2 auf, der beispielsweise aus Metall, gefertigt ist, wobei Maßnahmen vorgesehen werden müssen, die den Behälter 2 von seinen Einbauten elektrisch trennen. Der Behälter 2 besitzt oben einen Einlaß 3, über den, je nach Bedarf, Abluft oder Kühlluft in den Behälter 2 eingeleitet wird. An seinem unteren Ende ist der Behälter 2 mit einer Auslaßöffnung 4 versehen, die jedoch zum sogenannten Regenerationskreislauf gehört. In dem Behälter 2 ist eine Tragplatte 5 aus elektrisch nicht leitendem Werkstoff ausgebildet, die eine durch den Behäl­ ter 2 nach außen führende Ablaufleitung 6 für die gerei­ nigte Abluft oder für die erwärmte Kühlluft besitzt. Mit Abstand oberhalb der Tragplatte 5 ist eine ebenfalls elektrisch nicht leitende Deckplatte 7 angeordnet. Zwi­ schen der Tragplatte 5 und der Deckplatte 7 ist ein ring­ förmiges Bett 8 ausgebildet, welches einen kreisförmigen oder einen polygonen, beispielsweise sechseckigen Quer­ schnitt aufweisen kann. Dieses Festbett 8 wird zunächst aus einem inneren Stützkorb 9 und einem äußeren Stützkorb 10 begrenzt, die einerseits tragend ausgebildet sind und entsprechende Durchlaßöffnungen aufweisen. An ihren einan­ der zugewandten Mantelflächen sind der innere Stützkorb 9 und der äußere Stützkorb 10 mit einem an sich bekannten Gittermetall 11, 12 bestückt. In Abhängigkeit von der Ausgestaltung des Gittermetalles 11, 12 können der innere Stützkorb 9 und der äußere Stützkorb 10 auch ausschließ­ lich aus Gittermetall 11, 12 gebildet sein.

In den Ringraum zwischen den beiden Stützkörben 9, 10, wird an sich bekannte Aktivkohle eingefüllt, die gemäß der Erfindung mit etwa 10 bis 50 Gewichtsprozent, vorteilhaft mit 30 Gewichtsprozent eines Graphitsplitts mit einer Kör­ nung von 1 bis 10 mm, vorteilhaft von 3 bis 5 mm, möglichst gleichmäßig vermischt ist. Auf der oberen Ringfläche des Bettes 8 können angedeutete Gewichte 13 angeordnet sein. An das flächige Gittermetall 11, 12 wird eine Spannungs­ quelle 14, beispielsweise eine Wechselspannung von 0 bis 40 Volt angeschlossen. Dabei wird diese Wechselspannung in Abhängigkeit von der Solltemperatur des Aktivkohlebettes 8 geregelt.

In den von der Tragplatte 5, der Deckplatte 7 und dem Fest­ bett 8 begrenzten Raum 15 mündet eine Leitung 16, die zum Regenerationskreislauf gehört. Dabei ist an das innere Ende der Leitung 16 ein Gasverteiler 17 angeschlossen, der aus einem Rohr mit Austrittsöffnungen besteht.

Für die Erläuterung der Arbeitsweise der vorbeschriebenen Vorrichtung wird nun zunächst davon ausgegangen, daß der Regenerationskreislauf geschlossen ist und daß über den Einlaß 3 Abluft in den Behälter 2 eingeleitet wird, die ein Lösemittel, beispielsweise Ethylacetat, in einer Menge von etwa 10 Gramm pro m³ enthält. Durch den Aufbau des Adsor­ bers 1 wird nun die Abluft gezwungen, von außen durch das Festbett 8 in den Innenraum zu strömen. Dabei wird das Lö­ semittel in bekannter Weise einerseits durch die Anzie­ hungskräfte auf der Oberfläche der Aktivkohle adsorbiert und andererseits durch Kapillarkondensation in den Poren der Aktivkohle gespeichert. Wenn die Speicherkapazität der Aktivkohle erschöpft und die maximal zulässige Lösemittel­ konzentration der aus der Öffnung 6 austretenden Reinluft erreicht ist, übernimmt der zweite Adsorber die Abschei­ dung des Lösemittels, während der vorliegende Adsorber 1 auf Desorption geschaltet wird. Das Signal zur Umschaltung kann z. B. von einem Konzentrationsmeßgerät oder einer Zeit­ uhr kommen.

In dem beladenen Adsorber 1 beziehungsweise dem beladenen Festbett 8 muß nun das Lösemittel von der Aktivkohle de­ sorbiert werden. Dies erfolgt in sieben Teilschritten. Da­ bei wird zunächst der Behälter 2 durch eine nicht darge­ stellte Vakuumpumpe über die Leitung 10 auf etwa 100 mbar evakuiert. Anschließend wird der Behälter 2 durch Einleiten von Stickstoff über die Leitung 16 bis zum Normaldruck inertisiert. Danach wird der Behälter 2 wieder über die Leitung 16 auf 100 mbar evakuiert. Sobald dies erfolgt ist, wird das Aktivkohlebett 8 durch Anlegen einer elektrischen Spannung auf eine Temperatur von etwa 160°C aufgeheizt. Hierbei gegebenenfalls anfallende Lösemittelbrüden werden durch nicht dargestellte, nachgeschaltete Kondensatoren abgeschieden. Jetzt wird der mit dem Lösemittel beladene Stickstoff mittels der bereits erwähnten Vakuumpumpe im sogenannten Regenerationskreislauf durch mindestens einen nicht dargestellten Kondensator geführt, in dem das Löse­ mittel kondensiert und abtropft. Über ein Druckreduzierven­ til mit einem Differenzdruck von etwa 900 mbar wird das Regenerationsgas wieder über die Leitung 16 in den Behälter zurückgeführt.

Wenn kein Lösemittelkondensat mehr anfällt, wird die Be­ heizung des Regenerations- bzw. Desorptionskreislaufes eingestellt. Das Festbett 8 wird jetzt von der Einström­ öffnung 3 ausgehend, in einem getrennten Kühlkreis wieder abgekühlt und damit erneut wieder aufnahmefähig gemacht für die Absorbtion des Lösemittels aus der Abluft. Dazu wird der Regenerations- bzw. Desorptionskreislauf wieder geschlossen und gleichzeitig der Einlaß 3 für die Abluft und der Auslaß 6 für die Kühlluft wieder geöffnet. Jetzt wiederholt sich der bereits beschriebene Vorgang.

In Abänderung des erläuterten Ausführungsbeispieles kann die Regeneration bzw. Desorption auch unter Normaldruck stattfinden. In Abhängigkeit vom zu entfernenden Lösemittel und dessen Konzentration ist es auch möglich, den Stick­ stoff, also das Inertgas, durch Luft zu ersetzen, wobei diese dann nicht im Kreislauf geführt wird, sondern als Lösemittel angereichertes Abgas einer weiteren Abgasbehand­ lung zugeführt wird.

Claims (8)

1. Verfahren zur Rückgewinnung von organischen Lösemitteln, die einen Siedepunkt unterhalb von 250°C besitzen, aus dem Abluftstrom einer Betriebsanlage, bei dem der mit den Lösemitteln belastete Abluftstrom mindestens einem ein Festbett aus Aktivkohle aufweisenden Adsorber zuge­ führt wird, in dem die Lösemittel aus dem Abluftstrom adsorbiert werden, und bei dem der Adsorber nach dem Ab­ schalten mittels Vakuum, Luft und/oder eines Inertgases bei gleichzeitiger Erwärmung der Aktivkohle durch elek­ trischen Widerstand beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Aktivkohle etwa 10-50 Gewichtsprozent eines Graphitsplitts mit einer Körnung von 1 bis 10 mm zuge­ setzt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aktivkohle vor dem Einfüllen in das Festbett mit dem Graphitsplitt vermischt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Aktivkohle etwa 30 Gewichtsprozent Graphitsplitt zugesetzt werden.

4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der zugesetzte Graphitsplitt eine Körnung von etwa 3 bis 5 mm aufweist.

5. Vorrichtung zur Rückgewinnung von organischen Losemit­ teln, die einen Siedepunkt unterhalb von 250°C auf­ weisen, aus dem Abluftstrom einer Betriebsanlage ins­ besondere zur Durchführung des Verfahrens nach min­ destens einem der Ansprüche 1-4, bestehend aus einem Adsorber mit einem mit Aktivkohle gefüllten Festbett, welches zu seiner Regenerierung elektrisch aufheizbar und mit Vakuum und/oder mit einem Inertgas beaufschlag­ bar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Festbett (8) aus einem Gemisch aus Aktivkohle und etwa 10-50 Gewichtsprozent Graphitsplitt mit einer Körnung von 1-10 mm gebildet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Festbett (8) von zwei Gittermetallplatten (11, 12) begrenzt ist, die die Elektroden für eine Übertra­ gung des elektrischen Stromes zur Aufheizung des Fest­ bettes (8) bilden.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Festbett (8) als Ringbett ausgebildet ist und der äußere und der innere aus einem Gittermetall beste­ hende Mantel (11, 12) des Ringbettes (8) die Elektroden bilden.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das obere Ende des Festbettes (8) durch eine mit einem Gewicht (13) belastbare, ringförmige Platte ab­ geschlossen ist.