DE19544461A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Filtern von Tankgasen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrich­ tung zum Filtern von Tankgasen beim Entleeren eines Flüssig­ keitsbehälters in einen Tank, insbesondere in ein Tankfahrzeug, mittels einer im Tank einen Unterdruck erzeugenden Vakuumpumpe und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Der Sondermüllentsorgung wird in der heutigen Zeit große Bedeutung zugemessen. So wird stets darauf geachtet, daß in allen Verfahrensabschnitten möglichst wenig Schadstoffe in die Umwelt gelangen können. So sind auch strenge Bestimmungen betreffend der Behandlung von giftigen Flüssigkeiten, zum Beispiel Abfallösungsmitteln oder kontaminierte Lösungsmittel, vorhanden. In größeren Betrieben werden derartige Flüssig­ keiten in stationären Flüssigkeitsbehältern oder Fässern gesam­ melt. Der Inhalt dieser Fässer wird sporadisch in Tankfahrzeuge umgeladen, die die Flüssigkeiten zu Entsorgungsstellen oder Deponien bringen. Obwohl beim Entleeren des Fasses in das Tank­ fahrzeug, beim Transport wie auch beim Entleeren des Tankfahr­ zeuges auf größte Sicherheit geachtet wird, weisen die bekann­ ten Umfüllverfahren vom Faß in das Tankfahrzeug doch wesentli­ che Nachteile oder Mängel bezüglich der Umweltverträglichkeit auf.

Bei einem bekannten Verfahren wird mittels einer Vakuumpumpe, die im allgemeinen Bestandteil des Tankfahrzeuges ist, ein Unterdruck in dem zu füllenden Tank erzeugt, so daß die Flüssigkeit aus dem Faß angesaugt wird. Im Tank eines leeren Tankfahrzeuges befindet sich jedoch bedingt durch den vorher­ gehenden Transport stets noch ein schadstoffhaltiges Gas­ gemisch. Bei diesem Verfahren entweichen diese verdrängten Tankgase durch die Vakuumpumpe in die Umwelt, so daß die Schadstoffbelastung erhöht wird.

Es ist ein anderes Verfahren bekannt, bei dem die zu entsor­ gende Flüssigkeit mittels Förderpumpen vom Faß in den Tank des Fahrzeuges gefördert wird. Die Förderpumpe ist dabei zwischen Tankfahrzeug und Faß angeordnet. Die Tankgase, die beim Füllen aus dem Tank des Fahrzeuges entweichen, werden dabei über eine Rückleitung in das Faß zurückgefördert. Der Nachteil dieses Verfahrens ist jedoch, daß das Faß nicht vollständig geleert werden kann. Sinkt der Flüssigkeitsstand im Faß, saugt die Förderpumpe auch Luft an und die Förderleistung sinkt rapide ab.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Filtern von Tankgasen beim Entleeren eines Flüssigkeitsbehälters in einen Tank zu schaffen, das die obengenannten Nachteile behebt.

Diese Aufgabe löst ein Verfahren gemäß Oberbegriff des Patent­ anspruches 1, das dadurch gekennzeichnet ist, daß das beim Füllen aus dem Tank abgepumpte Gasgemisch in einen gekühlten Tankgasfilter geleitet wird, wo mindestens ein Teil des Gas­ gemisches in den flüssigen oder festen Aggregatzustand überführt wird.

Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch die Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 8 gelöst.

Weitere vorteilhafte Varianten des Verfahrens und Aus­ gestaltungsformen der Vorrichtung gehen aus den abhängigen Ansprüchen hervor.

Im erfindungsgemäßen Verfahren wird die zu entsorgende Flüssigkeit mittels einer Vakuumpumpe abgepumpt. Die Förder­ leistung ist höher als bei Verwendung einer Förderpumpe. Zudem kann der gesamte Flüssigkeitsbehälter geleert werden. Das dem Tank entströmende Gasgemisch wird nun jedoch gefiltert und gereinigt. Dies wird durch die Abkühlung der Tankgase im Tank­ gasfilter erreicht. Die meisten Schadstoffe, die oft aus orga­ nischen Verbindungen bestehen, weisen einen relativ niedrigen Schmelz- und Erstarrungspunkt auf. Durch die Abkühlung im Tank­ gasfilter wird erreicht, daß mindestens ein Teil des Gasgemi­ sches im Filter in den festen Aggregatzustand überführt wird, also erstarrt. Vorteilhafterweise weisen vor allem die schad­ stoffreichen organischen Gase, wie die flüchtigen Kohlen­ wasserstoffe, einen tiefen Erstarrungspunkt auf, die somit im Tankgasfilter physikalisch gebunden werden. Andere Bestandteile des Gasgemisches können auch lediglich kondensieren. Es wird jedoch verhindert, daß sie in die Umwelt gelangen.

Erwärmt sich der Tankgasfilter wieder, so verflüssigen sich die erstarrten Gase und können in einem Kondensatauffangbehälter aufgefangen und ebenfalls umweltgerecht entsorgt werden.

In den beiliegenden Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens dargestellt. In der nachfolgenden Beschreibung werden die Vorrichtung und anschließend das Verfahren erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens bestehend aus einem Tankgasfilter und

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer erweiterten erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Der in Fig. 1 dargestellte Tankgasfilter 1 besteht aus einem säulenartigen Behälter 10, der in diesem Ausführungsbeispiel aus Chromstahl gefertigt ist, einen Durchmesser von circa 0.2 m und eine Höhe von circa 2.5 m aufweist. Er ist mit einem hier nicht dargestellten thermischen Isolationsmantel umgeben. Der Tankgasfilter 1 wie auch die später beschriebenen Elemente einer erweiterten Vorrichtung sind bevorzugterweise feste Bestandteile des Tankfahrzeuges.

Der Tankgasfilter 1 weist in seinem unteren Bereich eine Einlaßöffnung 11 auf, die über ein Einlaßrohr 11′ mit dem Tank 8 des Tankfahrzeuges verbunden ist. Das aus dem Tank abge­ pumpte Gasgemisch strömt somit durch diese Einlaßöffnung 11 in den Tankgasfilter und verläßt diesen teilweise über eine Aus­ laßöffnung 17, die im oberen Bereich angeordnet ist.

Der untere Bereich des Tankgasfilters 1 bildet einen Kondensatauffangbehälter 12. In diesem Ausführungsbeispiel weist der Kondensatauffangbehälter 12 ein Fassungsvolumen von circa 15 l auf. In seinem unteren Bereich ist ein Ent­ wässerungshahn 13 angeordnet.

Über dem Kondensatauffangbehälter 12 ist, getrennt durch ein Gitter 14, befindet sich ein Filterraum 15. Der Filterraum 15 füllt den größten Teil des übrigen Volumens des Behälters 10 aus. Er ist mit grobkörnigen oder grobstrukturierten Filter­ elementen 15′ gefüllt. Bevorzugterweise werden hierfür Kiesel­ steine verwendet. In diesem Ausführungsbeispiel ist ein mehr­ schichtiger Aufbau vorhanden. Die Filterelemente 15′ im unteren, gitternahen Bereich weisen einen größeren Durch­ messer, 15-20 mm, auf als die oberen, nahe der Auslaßöffnung 17 angeordneten Filterelemente. Diese weisen in diesem Aus­ führungsbeispiel einen Durchmesser von 7-10 mm auf. In einer anderen Ausführungsform bestehen die Filterelemente aus lösungsmittelsbeständigen Kunststoffkugeln.

Über den Filterelementen 15′ ist ein Kühlelement 16 angeordnet. Es besteht in diesem Ausführungsbeispiel aus einem rohrförmigen Ring aus Kupfer oder Chromstahl, das über die Mantelfläche verteilte Öffnungen aufweist. Dieses Rohr ist mit flüssigem Stickstoff füllbar, der durch die Öffnungen entweicht und so den gesamten Filterraum 15 kühlt.

Andere Formen von bekannten Kühlelementen, die ebenfalls den gesamten Filterraum 15 kühlen können, sind möglich. So ist in einer hier nicht dargestellten Variante der Vorrichtung das Kühlelement im Kondensatauffangbehälter angeordnet.

In Fig. 2 ist eine erweiterte Vorrichtung dargestellt. Anschließend an den Tankgasfilter 1 ist ein Abscheider 2 angeordnet, der über ein an der Auslaßöffnung 17 angeschlos­ senes Auslaßrohr 17′ mit dem Filter verbunden ist. Der Ab­ scheider 2 wird durch eine Querschnittserweiterung im Auslaß­ rohr 17′ gebildet. Nach dem Abscheider ist eine handelsübliche Vakuumpumpe 3 angeordnet, die in diesem Beispiel wassergekühlt ist. Vor oder wie hier dargestellt nach der Vakuumpumpe 3 weist das gasführende Auslaßrohr 17′ einen radiatorenförmigen Leitungsabschnitt 40 auf. Dieser bildet gemeinsam mit einem warmen Kühlwasserbehälter 30, der über einen Kühlkreislauf 31 mit der Vakuumpumpe 3 verbunden ist, einen Wärmetauscher 4.

Weiter weist das Auslaßrohr 17′ eine Verzweigung auf, so daß es über ein Rückschlagventil 5 mit einer Gasrückführleitung 70 verbunden ist, die wiederum zu einem zu entleerenden Faß 7 führt. Nach dem Rückschlagventil 5 ist am Schluß der Haupt­ leitung des Auslaßrohres 17′ ein Aktivkohlefilter 6 ange­ ordnet.

Im folgenden wird anhand der Fig. 2 das erfindungsgemäße Ver­ fahren erläutert:
Bevor der Tank 8 des Tankfahrzeuges gefüllt beziehungsweise das Faß 7 geleert wird, wird der Tankgasfilter 1 gekühlt. Diese Kühlung muß nicht unbedingt am Umfüllungsort stattfinden, sondern kann auch vorgängig, beispielsweise auf dem Gelände des Entsorgungsunternehmers, durchgeführt werden. Die Kühlung erfolgt dadurch, daß flüssiger Stickstoff während einer bestimmten Zeitdauer in das Kühlelement 16 eingeleitet wird. Die Zeitdauer kann mittels eines im Tankgasfilter angeordneten Temperaturfühlers ermittelt werden oder vordefiniert sein. Bevorzugterweise wird solange gekühlt, bis die Filterelemente eine Temperatur von ungefähr -180°C erreicht haben.

Ist das Tankfahrzeug beim Faß angelangt, so wird, wie bereits bekannt, mittels der Vakuumpumpe 3 ein Unterdruck im Tank 8 des Tankfahrzeuges erzeugt und dadurch die Flüssigkeit aus dem zu entleerenden Faß 7 abgesaugt. Das im Tank 8 befindliche schad­ stoffhaltige Gasgemisch wird dabei durch die Einlaßöffnung 11 in den gekühlten Tankgasfilter 1 gesogen und umströmt die Filterelemente 15′. Dabei erstarrt mindestens ein Teil des Gas­ gemisches und lagert sich an der Oberfläche der Filterelemente 15′ ab. Der Übergang in den festen Aggregatzustand erfolgt je nach Zusammensetzung des Gase und den Druckverhältnissen direkt aus dem gasförmigen Zustand oder über den flüssigen Aggregatzustand.

Der restliche Teil des abgepumpten Gasgemisches, das nicht ver­ festigt worden ist, strömt weiter durch die Auslaßöffnung 17 in den Abscheider 2. Im Gas enthaltene Flüssigkeitsteile, die teilweise bereits in dieser Form aus dem Tank abgesogen oder anderenteils im Tankgasfilter kondensiert sind, werden entfernt, damit sie nicht in die Vakuumpumpe gelangen und diese beeinträchtigen können. Das getrocknete Gas gelangt durch die Vakuumpumpe 3 in den Wärmetauscher 4. Es verläuft dabei im radiatorenförmigen Leitungsabschnitt 40 und wird durch das Kühlwasser der Vakuumpumpe aufgewärmt. Gleichzeitig wird das durch die Vakuumpumpe erwärmte Kühlwasser wieder abgekühlt, so daß im optimalen Fall ein annähernd geschlossener Kreislauf vorhanden ist. Das Gas wird dabei im Wärmetauscher bevorzugter­ weise auf mindestens 0°C erwärmt.

Das erwärmte Gas strömt durch den Aktivkohlefilter 6, wodurch es von weiteren Schadstoffen gereinigt wird. Die Erwärmung des Gases erhöht die Wirksamkeit des Aktivkohlefilters 6.

Um den Aktivkohlefilter 6 zu entlasten, wird ein Teil des restlichen Gases über das Rückschlagventil 5 und die Gasrück­ führleitung 70 in das zu entleerende Faß 7 rückgeführt und gelangt so wieder in den Kreislauf.

Typische Zeiten zum Füllen eines Tankfahrzeuges betragen ungefähr eine Stunde. Während dieser Zeit reicht die einmalige, vorgängige Kühlung des Tankgasfilters aus, um volle Funktions­ fähigkeit zu gewährleisten. Für Extremfälle ist es jedoch auch möglich, den Tankgasfilter während dem Entleerungsvorgang weiterhin zu kühlen.

Nach dem Entleerungsvorgang erwärmt sich der Tankgasfilter 1 durch die Umgebungstemperatur wieder. Auch eine aktive Heizung des Tankgasfilters ist möglich. Die an den Filterelementen 15′ erstarrten Gase verflüssigen sich und tropfen in den Konden­ satauffangbehälter 12, wo sie aufgefangen werden. Diese schad­ stoffhaltige Flüssigkeit kann nun mittels des Entwässerungs­ bahnens 13 abgelassen und ebenfalls umweltgerecht entsorgt werden.

Im allgemeinen fährt das Tankfahrzeug direkt zur Entsorgungs­ stelle, so daß die Entsorgung dieser Flüssigkeit direkt gemeinsam mit dem Inhalt des Tankes abgeliefert werden kann.

Da die Filterelemente keine chemische Verbindung mit den zu reinigenden Gasen eingehen, sondern die Schadstoffe sich innerhalb kürzester Zeit wieder von den Kieselsteinen lösen, weisen die Filterelemente eine relativ lange Lebensdauer auf und belastet in Form eines ebenfalls zu entsorgenden Materials die Umwelt nur unwesentlich.

In einer anderen Variante des Verfahrens wird der Tankgasfilter auf eine höhere Temperatur gekühlt, bevorzugterweise auf -20°C bis -40°C. Als Kühlmedium wird beispielsweise mit Frostschutz­ mittel versehenes Wasser verwendet. Bevorzugterweise ist in diesem Fall das Kühlelement im Kondensatauffangbehälter ange­ ordnet. Dieses Verfahren wird vor allem bei Stoffen wie chlorierten Kohlenwasserstoffe, Perchlorethylen, Trichlorethan oder Xylol, durchgeführt, die einen relativ hohen Festpunkt aufweisen. Dieses Kühlverfahren ist kostengünstiger als die Kühlung mit Stickstoff. Zudem kann die Kühlung mittels im Tank­ fahrzeug angeordneten Kompressen vor Ort erzeugt werden. Dadurch ist auch eine permanente oder sporadische Kühlung während dem Umfüllvorgang möglich, wodurch der Umfüllvorgang selber auch keinen zeitlichen Beschränkungen mehr unterliegt.

In einer weiteren Variante wird mindestens ein Teil des Tankgasfilters mit einer gekühlten Flüssigkeit gefüllt, beispielsweise mit Frostschutzmittel versehenes Wasser. Die Kühlung beträgt wiederum zwischen -20°C und -40°C. Mindestens ein Teil der flüchtigen Gase erstarren oder verflüssigen sich in dieser Kühlflüssigkeit und werden somit in ihr gebunden.

Claims (15)

1. Verfahren zum Filtern von Tankgasen beim Entleeren eines Flüssigkeitsbehälters (7) in einen Tank (8), insbesondere in ein Tankfahrzeug, mittels einer im Tank (8) einen Unter­ druck erzeugenden Vakuumpumpe (3), dadurch gekennzeichnet, daß das beim Füllen aus dem Tank (8) abgepumpte Gasgemisch in einen gekühlten Tankgasfilter (1) geleitet wird, wo mindestens ein Teil des Gasgemisches in den flüssigen oder festen Aggregatzustand überführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erstarrte Anteil des Gasgemisches nach dem Füllen des Tankes (8), nachdem sich der Tankgasfilter (1) erwärmt hat, in flüssiger Form in einem Kondensatauffangbehälter (12) aufgefangen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Tankgasfilter (1) vor jedem Füllen des Tankes (8) mittels flüssigem Stickstoff auf eine Temperatur von mindestens annähernd -180°C abgekühlt wird und anschließend die Kühlung abgeschaltet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das abgepumpte Gasgemisch vor Erreichen der Vakuumpumpe (3) den Tankgasfilter (1) passiert und daß der den Tankgasfilter (1) verlassende restliche Teil des Gasgemisches vor Erreichen der Vakuumpumpe (3) von Flüssigkeitsteilchen befreit wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der den Tankgasfilter (1) verlassende restliche Teil des Gas­ gemisches in einem Wärmetauscher (4) mittels Kühlwasser der Vakuumpumpe (3) erwärmt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das restliche Gasgemisch auf mindestens 0°C erwärmt wird und anschließend durch ein Aktivkohlefilter (6) strömt.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des den Tankgasfilter (1) verlassenden restlichen Teiles des Gasgemisches in ein zu entleerendes Faß (7) rückgeführt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Tankgasfilter während annähernd der gesamten Dauer des Füllvorgang auf eine Temperatur von -20°C bis -40°C gekühlt wird.

9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Tankgasfilter (1) umfaßt, der einen Kondensatauffang­ behälter (12), einen darüber angeordneten und durch ein Gitter (14) getrennter Filterraum (15) mit grobstruktu­ rierten Filterelementen (15′), ein Kühlelement (16) und eine Einlaß- und eine Auslaßöffnung (11, 17) für das aus dem Tank (8) abgepumpte Gasgemisch aufweist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlelement (16) ein auf den Filterelementen (15′) angeordnetes ringförmiges Rohr ist, dessen Mantel Öffnungen aufweist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß im unteren Bereich des Kondensatauffangbehälters (12) ein Entwässerungshahnen (13) angeordnet ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Tankgasfilter (1) ein Bestandteil des Tankfahrzeuges ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Tankfilter (1) zwischen einer Vakuumpumpe (3) und dem Tank (8) angeordnet ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der den Tankgasfilter (1) verlassende restliche Teil des Gasgemisches anschließend an den Tankgasfilter (1) in einen Abscheider (2) geführt ist, der vor der Vakuumpumpe (3) angeordnet ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der den Tankgasfilter (1) verlassende restliche Teil des Gasgemisches in einem radiatorenförmigen Leitungsabschnitt (40) geführt ist, und daß dieser Leitungsabschnitt in einem Kühlwasserbehälter (30) der wassergekühlten Vakuum­ pumpe (3) angeordnet ist.