DE19523142A1 - Vorrichtung zum Dekontaminieren von Gasen - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Entfernen
zumindest eines gasförmigen Schadstoffs mit niedriger
Konzentration aus kontaminierten Gasen, wie beispielsweise
Umgebungsluft, Abgase, Heizgase oder dergleichen mit in
Strömungsrichtung verlaufender hoher Volumenströmung , mit
zumindest einem Adsorbens zur Adsorption eines der
Schadstoffe, mit zumindest einer diesem zugeordneten
Heizung zum Freisetzen des adsorbierten Schadstoffs und
zumindest einem Katalysator zum Umsetzen des freigesetzten
Schadstoffs.
Solche Vorrichtungen sind bekannt. Dabei wird ein
gasförmiger Schadstoff in der Adsorptionsvorrichtung
adsorbiert, die Schadstoffe werden nach der Adsorption
durch Erwärmen wieder freigesetzt und anschließend in
räumlich von der Adsorptionsvorrichtung getrennten
Reaktionsvorrichtungen mit einem auch beheizten
Katalysator umgewandelt, um sie in einen
umweltverträglicheren Zustand zu überführen. Diese
räumlich getrennten Vorrichtungen benötigen einen
komplizierten raumaufwendigen Aufbau, Verbindungsleitungen
zwischen Adsorptions- und Reaktionsvorrichtungen sowie
gesonderte Heizungsvorrichtungen für beide. Zudem sind sie
für die kontinuierliche Entfernung niedriger
Konzentrationen von gasförmigen Schadstoffen aus
kontaminierter Umgebungsluft mit geringem Energieaufwand
nicht geeignet.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, demgegenüber
einfache Vorrichtungen zu schaffen, die einen kompakten
und einfachen Aufbau haben und weniger Heizenergie
erfordern.
Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Verfahren
gemäß den Oberbegriff des Hauptanspruchs erfindungsgemäß
durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst. In den
Unteransprüchen sind bevorzugte Ausgestaltungen und
Weiterbildungen der Erfindung gekennzeichnet.
Ein wesentlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt
darin, daß nur der Schichtaufbau mit den bereits darin
befindlichen Schadstoffen aufgeheizt werden muß und nicht
der gesamte Volumenstrom der Umgebungsluft, wie es
üblicherweise im Stand der Technik geschieht. Die
aufgeheizte Luft erwärmt dann wiederum den Katalysator auf
Reaktionstemperatur.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann zum Entfernen aller
Schadstoffe aus kontaminierter Umgebungsluft dienen.
Insbesondere können stickstoffhaltige Schadstoffe, wie
Stickoxide oder Ammoniak, kohlenstoffhaltige Schadstoffe,
wie Kohlenmonoxid oder Kohlenwasserstoffe, und auch Ozon
aus kontaminierter Umgebungsluft entfernt werden.
Die Adsorptionsmittel und die Katalysatoren sind auf bzw.
in der flächigen Schicht in unmittelbarer räumlicher Nähe
zueinander angeordnet; sie können als unmittelbar
benachbarte, aber räumlich getrennte Schichtungen
ausgebildet sein; sie können aber auch miteinander
vermischt in einer einzigen oder mehreren Schichten
vorliegen. Im einfachsten Fall können in der Schicht zwei
unterschiedliche Schichtungen, nämlich eine
Adsorbensschichtung und eine Katalysatorschichtung
räumlich übereinander oder nebeneinander angeordnet sein.
In speziellen Fällen kann auch eine einzige Schichtung
vorliegen, in der derselbe chemische Stoff beispielsweise
bei niedrigerer Temperatur als Adsorbens wirkt und bei
höherer Temperatur als Katalysator.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Partikel des
Adsorbens und die Teilchen des Katalysators miteinander so
zu vermischen, daß sie in der Mischung in unmittelbarer
räumlicher Nähe zueinander vorliegen. Die Mischung kann
aus mikroskopisch kleinen oder auch aus makroskopisch
größeren Einheiten der Partikel des Adsorbens und der
Teilchen des Katalysators bestehen.
Die aus den Mischungen oder aus den Schichtungen der
Partikel des Adsorbens und der Teilchen des Katalysators
gebildeten Schichten erstrecken sich vorzugsweise
rechtwinklig zur Strömungsrichtung der die Vorrichtung um
bzw. durchströmenden Umgebungsluft.
Die zumindest eine Schicht kann vorzugsweise auf einem
Träger angeordnet sein, beispielsweise in Form eines
Blechs oder einer Folie. Auf dem Träger kann eine
Isolatorschicht vorgesehen sein, auf der beispielsweise
ein elektrischer Heizleiter als Widerstandsheizschicht
angeordnet sein kann.
Alle Elemente, wie beispielsweise die
Widerstandsheizschicht, die Schichten oder die
Schichtungen der Partikel des Adsorbens oder die Teilchen
des Katalysators können mit Dickschichttechniken
aufgebracht werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind
zwei oder mehr voneinander getrennte flächige, poröse
Schichten in Strömungsrichtung hintereinander angeordnet,
wobei die Partikel des Adsorbens und die Teilchen des
Katalysators jeder Schicht für die Adsorption bzw.
Reaktion von einem von verschiedenen gasförmigen
Schadstoffen ausgelegt ist. Dabei kann die von dem der
Schicht zugeordneten elektrischen Heizleiter erzeugbare
Desorptionstemperatur für die an den Partikeln des
Adsorbens adsorbierten Schadstoffe und die
Umsetzungstemperatur für die desorbierten Schadstoffe für
jede der in Strömungsrichtung hintereinander angeordneten
Schichten verschieden sein. Dabei ist es bevorzugt, daß
die Temperaturen in Strömungsrichtung ansteigen.
Die jeder Schicht zugeordneten Heizleiter können bevorzugt
so ausgelegt sein, daß sie eine bestimmte Temperatur
erzeugen und selektiv ausschaltbar sind.
Es können mehrere Vorrichtungen, die beispielsweise
mehrere Schichten aufweisen, auf Trägern, die parallel
zueinander angeordnet sein können, in einem Rahmen
angeordnet sein.
Als Partikel des Adsorbens können Partikel bekannter
adsorbierender Stoffe eingesetzte werden, wie
beispielsweise Aktivkohle, Stoffe, die als Molekularsiebe
wirken, Silikagel, synthetische Harze und dergleichen,
Oxide, wie FeO oder CuO,
Für Stickoxide eignen sich insbesondere Molekularsiebe
oder FeO bzw. CuO , vorzugsweise auf einem inerten Träger,
für kohlenstoffhaltige Schadstoffe, wie CO oder
Kohlenwasserstoffe Aktivkohle oder Molekularsiebe,
insbesondere der Typen 4A bzw. 5A, für Ozon Edelmetalle,
wie beispielsweise Ag, vorzugsweise auf einem Träger, wie
Aktivkohle, für Kohlenwasserstoffe Aktivkohle oder
Molekularsiebe, vorzugsweise vom Typ Y oder auch
synthetische Harze.
Zur Umsetzung der Schadstoffe können Teilchen der
Katalysatoren aus den folgenden Stoffen verwendet
werden: Edelmetalle, wie Pt, Pt/Pd oder Ag, Oxide, wie
Vanadiumoxide, Manganverbindungen, wie CuMn₂O₄, oder
Stoffe mit Molekularsiebwirkung.
Für die Umsetzung von Stickoxiden eigen sich
insbesondere Vanadiumoxide, vorzugsweise auf einem Träger,
wie Anatas, oder Molekularsiebe, für die Umsetzung von
kohlenstoffhaltigen Schadstoffen CuMn₂O₄, vorzugsweise
auf einem Träger aus Aluminiumoxid oder Cordierit, oder
Pt/Pd, vorzugsweise auf einem Träger, wie z. B.
gamma-Aluminiumoxid, für die Umsetzung von Ozon
beispielsweise Ag, vorzugsweise auf einem Träger, wie
Aktivkohle.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der
Figurenbeschreibung und der Beispiele näher erläutert. In
der Figurenbeschreibung zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Vorderansicht der
Vorrichtung;
Fig. 2 eine Ansicht eines Trägers von oben mit drei
nebeneinander angeordneten Schichten;
Fig. 3 einen Schnitt III-III gemäß der Fig. 2.
Fig. 4 eine Ansicht der Vorrichtung von oben und von
der Seite;
Fig. 5 eine Darstellung der Heizleiteranordnung;
Fig. 6 einen schematischen Schnitt durch eine Schicht;
Fig. 7 eine Darstellung mehrerer Schichten in
Strömungsrichtung hintereinander.
In Fig. 1 ist ein Gehäuse 10 dargestellt, in der fünf
Träger 20 für Schichten 12 übereinander und zueinander
parallel und parallel zur Strömungsrichtung angeordnet
sind. Die Strömungsrichtung der durch die Vorrichtung
geleiteten Umgebungsluft ist durch einen Pfeil 22
dargestellt.
In Fig. 2 sind auf dem Träger insgesamt drei Schichten
12a, 12b und 12c nebeneinander so angeordnet, daß sie in
der durch einen Pfeil 22 dargestellten Strömungsrichtung
hintereinander liegen.
Die Fig. 3 stellt einen Schichtaufbau einer der Schichten
12 dar. Auf dem Träger 20 ist der Heizleiter 14
angeordnet, darüber die Adsorbensschichtung 16 und über
dieser die Katalysatorschichtung 18. In dieser Anordnung
können die Adsorbensschichtung und Katalysatorschichtung
auch gegeneinander vertauscht angeordnet sein.
Fig. 4 zeigt eine weitere Möglichkeit der Anordnung der
Vorrichtung, in der die Schichten 12 bzw. die Schichtungen
16 und 18 auf gewellten Trägern 20 angeordnet sind. Der
gewellte Träger 20 ist in der Vergrößerung deutlich
erkennbar.
Die Anordnung der Heizleiter ist in Fig. 5 dargestellt.
An den Heizleitern 14 sind Kontaktelemente 26 angeordnet,
die S-förmig gebogen sind und infolge dieser Anordnung
eine zugkraftentlastende Wirkung haben.
Eine weitere mögliche Anordnung eines Schichtaufbaus ist
in der Fig. 6 dargestellt. Auf dem Träger 20 ist eine
Isolatorschicht 24 angeordnet, die beispielsweise aus
einer Glaskeramik bestehen kann. Auf der Isolatorschicht
sind die Heizleiter 14 angeordnet. Sie werden von einer
Adsorbensschichtung 16 vollständig bedeckt. Über der
Adsorbensschichtung 16 ist die Katalysatorschichtung 18
angeordnet.
Eine Schicht wurde auf einen Träger aus Edelstahlblech
einer Dicke von 0,15 mm wie folgt aufgebracht:
Zunächst wurde eine Isolatorschichtung aus einem Gemisch
aus Si₂O, Al₂O₃, ZrO₂, BaO, Bi₂O₃ wurde im
Siebdruckverfahren aufgebracht und bei 1100°C 2 Std.
gesintert. Dann wurde ein Heizleiter aus einem
Ag/Pd-Gemisch mit Siebdruck aufgedruckt und bei 850° 30
min gesintert. Darüber wurde eine Adsorbensschichtung aus
Zeolith mit Siebdruck aufgedruckt und 40 min bei 850°C
gesintert. Über diese Schicht wurde eine
Katalysatorschichtung aus CuMn₂O₄ auf Cordierit im
Vol.-Verhältnis 20 : 80 mit Siebdruck aufgebracht und 30
min bei 800° gesintert.
Über diese Schicht wurde Luft mit einem Gehalt von 5 ppm
CO geleitet. Es wurden 80% des CO adsorbiert, wovon 60%
abgebaut wurden.
Claims (16)
1. Vorrichtung zum Entfernen zumindest eines gasförmigen
Schadstoffs mit niedriger Konzentration aus kontaminierten
Gasen mit in Strömungsrichtung verlaufender hoher
Volumenströmung, mit zumindest einem Adsorbens zur
Adsorption eines der Schadstoffe, mit zumindest einer
diesem zugeordneten Heizung zum Freisetzen des
adsorbierten Schadstoffs und einem Katalysator zum
Umsetzen des freigesetzten Schadstoffs,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Vorrichtung zumindest eine flächige poröse Schicht (12) aufweist;
daß der Schicht (12) ein elektrischer Heizleiter (14) als Heizung zugeordnet ist; und
daß in der zumindest einen Schicht (12) Partikel des Adsorbens (16) und Teilchen des Katalysators (18) in unmittelbarer räumlicher Nähe zueinander angeordnet sind,
wobei die Partikel des Adsorbens (16) und die Teilchen des Katalysators (18) in der zumindest einen Schicht (12)
daß die Vorrichtung zumindest eine flächige poröse Schicht (12) aufweist;
daß der Schicht (12) ein elektrischer Heizleiter (14) als Heizung zugeordnet ist; und
daß in der zumindest einen Schicht (12) Partikel des Adsorbens (16) und Teilchen des Katalysators (18) in unmittelbarer räumlicher Nähe zueinander angeordnet sind,
wobei die Partikel des Adsorbens (16) und die Teilchen des Katalysators (18) in der zumindest einen Schicht (12)
- a) in Form von zumindest einer Adsorbensschichtung (26) und einer dazu räumlich benachbarten Katalysatorschichtung (28) oder
- b) als Mischungen der Partikel des Adsorbens (16) und der Teilchen des Katalysators (18)
angeordnet sein können.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Partikel des Adsorbens (16) und die Teilchen des
Katalysators (18) chemisch und/oder physikalisch identisch
sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß zwei oder mehr voneinander getrennte
flächige poröse Schichten (12a, 12b, . . .) in
Strömungsrichtung hintereinander angeordnet sind, und daß
die Partikel des Adsorbens (16) und die Teilchen des
Katalysators (18) jeder Schicht (12) zum Adsorbieren bzw.
Umsetzen von einem der verschiedenen Schadstoffe ausgelegt
sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikel des
Adsorbens (16) und die Teilchen des Katalysators (18) in
fein verteilter Form in der Schicht (12) miteinander
angeordnet sind.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die von dem elektrischen Heizleiter
(14) erzeugbare Desorptionstemperatur für die an den
Partikeln des Adsorbens (16) adsorbierten Schadstoffe und
die Umsetzungstemperatur für die desorbierten Schadstoffe
in den Teilchen des Katalysators (18) für jede der in
Strömungsrichtung hintereinander angeordneten Schichten
(12) verschieden ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß zwei rechtwinklig zur
Strömungsrichtung räumlich übereinander angeordnete
Schichtungen, nämlich eine Adsorbensschichtung (26) und
eine Katalysatorschichtung (28) vorgesehen sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Katalysatorschichtung (28) außen der Umgebungsluft
direkt ausgesetzt angeordnet ist.
7. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis
6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung auf einem
Blech oder einer Folie als Träger (20) angeordnet ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß auf dem Träger (20) eine Isolationsschicht (24)
aufgebracht ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß auf der Isolationsschicht (24) ein elektrischer
Heizleiter (14) als Widerstandsheizschicht aufgebracht
ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß die Widerstandsheizschicht (14), die
Isolationsschicht (24), die Adsorbensschichtung (16)
und/oder die Katalysatorschichtung (18) in
Dickschichttechnik aufgebracht sind.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
daß die Widerstandsheizschicht Edelmetalle, wie Platin,
aufweist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturen in
Strömungsrichtung ansteigen.
13. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis
12, dadurch gekennzeichnet, daß die jeder Schicht
zugeordneten elektrischen Heizleiter (14) zur Erzeugung
einer bestimmten Temperatur ausgelegt und selektiv
ausschaltbar sind.
14. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis
13, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Vorrichtungen auf
zueinander im wesentlichen parallelen Trägern (20) in
einem Rahmen (10) angeordnet sind.
15. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis
14, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten (12) zur
Adsorption bzw. Umsetzung von Ozon, CO, HC, Stickoxiden
oder Ammoniak ausgelegt ist.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
DE1995123142 DE19523142B4 (de) | 1995-06-28 | 1995-06-28 | Vorrichtung zum Dekontaminieren von Gasen |
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