DE2214153A1

DE2214153A1 - Verfahren und vorrichtung zum rueckgewinnen von loesungsmittelgasen aus einem luftstrom

Info

Publication number: DE2214153A1
Application number: DE2214153A
Authority: DE
Inventors: Heinrich Fuehring; Johannes Helmut Sieber
Original assignee: Boewe Boehler and Weber KG
Current assignee: Boewe Boehler and Weber KG
Priority date: 1972-03-23
Filing date: 1972-03-23
Publication date: 1973-10-04
Also published as: FR2177046B1; GB1424820A; JPS497164A; FR2177046A1; DE2214153B2; US3883325A

Description

Maschinenfabrik

Aug sburg

Patentanmeldung

Verfahren und Vorrichtung zum Rückgewinnen von Lösungsmittelgasen aus einem Luftstrom

Die Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zum Rückgewinnen von Lösungsmittelgasen aus einem Luftstrom, der in einem Kreislauf über einen Luftkühler und alsdann über eine die Gase adsorbierende Adsorptionseinrichtung geführt wird.

Derartige Verfahren und Vorrichtungen sind erforderlich bei Maschinen zum Reinigen von Kleidungsstücken oder dgl., zur Entfettung von Metallen oder bei sonstigen Einrichtungen, in denen mit flüchtigen organischen Lösungsmitteln gearbeitet wird, welche nicht nur teuer sondern auch mehr oder weniger toxisch sind. Hierbei kommen vor allem Kohlenwasserstoffe, insbesondere chlorierte und fluorierte Kohlenwasserstoffe, als Lösungsmittel in Frage, die sowohl einen hohen Siedepunkt wie z.B. Per- oder Trichloräthylen, als auch einen niedrigen Siedepunkt, wie z.B. Trichlortrifluorathan oder Trichlormonofluormethan aufweisen können. Am Ende einer jeden Behandlung mit einem solchen Lösungsmittel müssen daher die letzten Lösungsmittelreste von den behandelten Gegenständen wie auch aus der Maschine selbst durch Trocknen in einem Luftstrom entfernt und zurückgewonnen werden.

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Es ist bereits für eine Chemischreinigungsmaschine vorgeschlagen worden (deutsche Patentanmeldung P 17 10 717.4), zur Rückgewinnung auch noch geringer Lösungsmittelgaskonzentrationen im Luftstrom in den bei diesen Maschinen vorgesehenen Trockenkreislauf einen Aktivkohleadsorber anstelle des sonst üblichen Kondensators einzusetzen. Hierbei hat sich jedoch gezeigt, daß der Adsorber auch bei Verwendung relativ großer Kohlebetten durch die bei Beginn der Trocknung auftretenden hohen Gaskonzentrationen überlastet wird. Hinzu kommt, daß seine Adsorptionsfähigkeit für die Lösungsmittelgase durch die von dem Luftstrom aus der Ware aufgenommenen Wasserdämpfe, die zu einer hohen relativen Feuchte der Luftlführen, allmählich beeinträchtigt wird. Versuche, dem Adsorber zur Entlastung einen Luftkühler vorzuschal ten, der bei hohen Gaskonzentrationen wirtschaftlicher arbeitet als die Aktivkohle, brachten keine Verbesserung. Denn der aus dem Kühler austretende Luftstrom ist nicht nur mit Lösungsmittelgasen sondern auch mit Wasserdämpfen, die aus der Ware und der Kohle stammen, bis zu seiner Sättigungskonzentration beladen. Bei der hohen relativen Wasserfeuchte von ca. 100% kommt es daher verhältnismäßig rasch zu einer Reduzierung der Adsorptionsleistung infolge von Wasseranreicherungen auf der adsorbierenden Substanz. Außerdem wird bei der Trocknung der Aktivkohle im Anschluß an die Regenerierung mit Wasserdampf ein Gemisch aus Lösungsmittelrestgasen und Wasserdampf ins Freie geblasen. Diese Restgaskonzentration ist meist höher als von den behördlichen Umweltschutzvorschriften zugelassen und das Wasserdampf-Gas-Gemisch führt besonders bei in Wohngebieten installierten Anlagen zur Nachbarschaftsbelästigung.

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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, diese Nachteile zu beseitigen und Verfahren und Vorrichtungen anzugeben, durch die bei der Lösungsmittelrückgewinnung durch Adsorption trotz Vorkondensation nicht nur die Adsorptionsleistung gesteigert sondern auch der Gesamtwirkung ^der Rückgewinnungsanlage unter Meidung schädlicher Lösungsmittelgasemissionen ins Freie verbessert werden kann.

Die erfindungsgemäße Lösung dieses Problems besteht darin, daß der Luftstrom nach dem Austritt aus dem Kühler und vor dem Eintritt in die Adsorptionseinrichtung durch einen Erhitzer geführt wird. Zwar nimmt die Adsorptionsfähigkeit der Aktivkohle oder ähnlicher adsorbierender Substanzen mit steigender Temperatur ab. Es zeigt sich jedoch im vorliegenden Fall überraschenderweise, daß die mit der Reduzierung der relativen Feuchte des Gas-Luftgemisches durch Erwärmung der aus dem Kühler austretenden kalten Strömung erzielbare Verbesserung der Adsorption den Einfluß der Temperatursteigerung weit übertrifft. Die Maßnahme, durch Erwärmung des Luftstroms nach seinem Austritt aus dem Kühler seine relative Feuchte auf einen gewünschten Wert unter 100 % abzusenken, erbringt jedoch nicht nur eine Erhöhung der Leistung der Adsorptionseinrichtung. Sie ermöglicht auch aufgrund der anschließenden Erwärmung eine intensivere Kühlung der Luft und damit eine weitere Kürzung der Rückgewinnungszeit bzw. eine Wirkungsgradsteigerung der Rückgewinnung. Wenn z.B. die durchschnittliche Betriebstemperatur in einer Chemischreinigung smaschine bei der Adsorption ohnehin schon etwa 40 C beträgt, so kann bereits bei Verwendung eines wassergekühlten Kondensators, durch den eine Lufttemperatur am Kühlerausgang von etwa 20 bis 30 C erreicht wird, durch nachfolgende Erwärmung auf wieder 40° C ei-

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ne merkliche Erhöhung der Adsorptionsleistung erzielt werden. Diese Leistungssteigerung wird noch größer bei Verwendung üblicher Kältemittelküh4ung, durch die am Kühlerausgang Lufttemperaturen von nur wenigen Graden über Null erreichbar sind, so daß trotz nachfolgender stärkerer Erwärmung die Lufttemperatur am Eingang der Adsorptionseinrichtung noch unter 40° C bleiben kann. Zu der so gesteigerten Adsorptionsleistung kommt dann noch die erhöhte Kondensatausbeute hinzu. Durch die Erfindung wird also eine Leistungsverbesserung sowohl der Adsorption wie auch Kondensation erreicht.

Eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Grundgedankens besteht darin, daß der Luftstrom zunächst nur durch den Kühler unter Umgehung der Adsorptionseinrichtung im Kreislauf geführt wird und dieselbe erst nach einer Verminderung der Gaskonzentration im' Luftstrom in den Kreislauf eingeschaltet wird. Hierdurch wird bei hohen Gaskonzentrationen zu Beginn der Rückgewinnungszeit, bei denen eine Rückgewinnung durch Adsorption noch unwirtschaftlicht ist, eine Überlastung der Adsorptionseinrichtung vermieden, die erst eingeschaltet wird, wenn 'mit sinkender Gaskonzentration die Rückgewinnung durch Adsorption allmählich wirtschaftlicher wird als die Kondensation. Hierbei erweist es sich als zweckmäßig, daß während der Umgehung der Adsorptionseinrichtung der Luftstrom stärker und alsdann während der anschließenden Adsorption schwächer erwärmt wird. Durch die stärkere Erwärmung während der ersten Verfahrensstufe werden höhere Gaskonzentrationen infolge der stärkeren Erwärmung der mit dem Luftstrom in Kontakt kommenden feuchten Gegenstände erreicht, so daß in dieser Phase die Kondensation besonders wirtschaftlich ist. Bei geringeren Gaskonzentrationen, bei

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denen die Kondensation weniger wirtschaftlich ist, kann natürlich diese Verfahrensstufe der Rückgewinnung durch den Kühler allein auch entfallen, so daß das Trocknen gleich mit der zweiten Verfahrensstufe, der Adsorption, beginnen kann.

Zur Rückgewinnung der in der Adsorptionseinrichtung aufgefangenen Lösungsmittelreste wird diese schließlich nach einer Anzahl von Chargen in bekannter Weise mit Dampf regeneriert. Alsdann wird zum an sich bekannten Trocknen der Adsorptionseinrichtung in dem gleichen Kreislauf wie während der Adsorption Luft unter laufender Erwärmung vor dem Eintritt in die Adsorptionseinrichtung solange zirkuliert, bis von dem Kühler kein Wasser mehr abgeschieden wird. Auf diese Weise kann nicht nur in kürzester Zeit die Trocknung der adsorbierenden Substanz mit heißer Luft erreicht, sondern auch das unerwünschte Entweichen selbst minimaler Lösungsmittelgasreste zusammen mit Wasserdampf in die Atmosphäre vermieden werden.

Bei der Wasserdampfregenerierung erweist es sich als vorteilhaft, daß der Dampf nach dem Austritt aus der Adsorptionseinrichtung und vor seiner Kondensation über einen Destillierbehälter geleitet wird. Hierdurch wird auch das Lösungsmittelgas aus dem Destillierbehälter in den daran angeschlossenen Kondensator verdrängt, wo das Lösungsmittelgas und Wasserdampf niedergeschlagen werden. Dieser Kondensationsvorgang wird ebenfalls unter Abschluß gegen die Außenatmosphäre durchgeführt. Die gesamte Rückgewinnung des Lösungsmittels vollzieht sich also innerhalb der Maschine. Ein Entweichen schädlicher Lösungsmitteldämpfe in die Umwelt findet nicht statt.

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Eine geeignete Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei einer Maschine zum Behandeln von Gegenständen mit einem flüchtigen Lösungsmittel besteht aus einem ein Gebläse aufweisenden, von einem Behandlungsbehälter über einen Luftkühler und eine Adsorptionseinrichtung und zurück zu dem Behandlungsbe-'hälter führenden Leitungskreislauf. Bei einer solchen Vorrichtung sieht die Erfindung nun vor, daß in diesem Leitungskreislauf, in Strömungsrichtung gesehen, nach dem Ausgang des Kühlers und vor dem Eingang der Adsorptionseinrichtung sich ein Lufterhitzer befindet, wobei der Ausgang der Adsorptionseinrichtung an den Eingang des Behandlungsbehälters anschließbar ist. Gemäß der Erfindung wird also in dem Leitungskreislauf der Adsorber zwischen dem Lufterhitzer und dem Behandlungsbehälter angeordnet. Eine selche zunächst unverständlich erscheinende Anordnung wird allein dadurch sinnvoll, daß sie auf einfache Weise eine Senkung der relativen Wasserfeuchte der die Adsorptionseinrichtung durchströmenden, lösungsmittelgashaltigen Luft ermöglicht, nachdem diese zuvor durch einen Kühler geleitet worden ist. Sie beruht auf der erfindungsgemäßen Erkenntnis, daß die Hauptursache der bisher trotz Vorkondensation unbefriedigenden Adsorptionsleistung die hohe relative Feuchte der zu kalten Luft ist.

In vorteilhafter Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, daß die Adsorptionseinrichtung von dem Ausgang des Lufterhitzers und dem Eingang des Behandlungsbehälters abschaltbar ausgebildet, und an ihre Stelle eine By-Pass-Leitung oder dgl. in den Bereich des Leitungskreislaufes zwischen Lufterhitzerausgang und Behandlungsbehältereingang einschaltbar ist.

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Hierdurch wird, wie oben bereits ausgeführt, die Wirtschaftlichkeit der Rückgewinnung erhöht. Die erfindungsgemäße Möglichkeit, die Adsorptionseinrichtung je nach Bedarf in den Kreislauf mit einzubeziehen und wieder davon abzutrennen, erleichtert es, die Adsorptionseinrichtung an eine Destilliervorrichtung anzuschließen.

Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise und schematisch dargestellt. Es zeigen:

Fiq. 1: Eine Ansicht einer Chemischrexnigungsmaschine und

Fiq. 2: eine Prinzipdarstellung des erfindungsgemäßen Grundgedankens.

In Fig. 1 ist die Erfindung am Beispiel einer Chemischreinigungsmaschine dargestellt. Als Behandlungsbehälter dient hier das Trommelgehäuse 1, in dem in bekannter Weise in einer Trommel die zu behandelnden Kleidungsstücke rotiert und mit Lösungsmittel behandelt werden. Nach dem Ablassen der Lösungsmittelflotte wird ein Trockenluftstrom in der angegebenen Pfeilrichtung durch das Trommelgehause 1 hindurchgeleitet. Das Gebläse 2 saugt die Luft über die Absaugleitung 3 und das Flusenfilter 4 aus dem Trommelgehäuse 1 ab und drückt sie in den Kühler 5. Der Kühler 5 besteht bei diesem Beispiel aus einem Wasserkühler 5a und einem Kältemittelkühler 5b, die in Serie geschaltet sind. Mit 6 ist ein Kompressor für das Kältemittel bezeichnet. Nach dem Kondensatorausgang ist ein Lufterhitzer vorgesehen, durch den die aus dem Kondensator 5 austretende Luft hindurchströmt und dabei erwärmt werden kann.

Die aus dem Erhitzer 7 austretende Luft kann nun bei der

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in Fig. 1 gezeichneten Stellung der Absperrklappen 9 über eine By-Pass-Leitung 8 unmittelbar wieder zurück zum Trommelgehause 1 strömen. In dieser in Fig. 1 gezeichneten Stellung versperren die Absperrklappen 9 der aus dem Erhitzer 7 austretenden Luft den Zugang zu einer an den Erhitzerausgang anschließbaren Adsorptionseinrichtung 10.

Durch Umschalten der Absperrklappe 9 in die in Fig. 1 durch gestrichelte Linien dargestellte Position wird die By-Pass-Leitung 8 vom Erhitzerausgang und Trommelgehäuseeingang abgeschaltet und an deren Stelle die hier als Aktivkohleadsorber ausgebildete Adsorptionseinrichtung 1 0 in den Leitungskreislauf eingeschaltet. Die aus dem Lufterhitzer 7 austretende Luft strömt jetzt durch das Kohlebett des Adsorbers 10 über den Trommelgehäuseeingangsstutzen 11 zurück zum Trommelgehäuse

Zur Rückgewinnung des Lösungsmittels aus der behandelten Ware wird also zunächst, solange eine hohe Lösungsmittelgaskonzentration vorliegt und daher die Kondensation wirtschaftlicher ist als die Adsorption, die Luft durch das Kreislaufsystem 1, 2, 5, 7, 8 und 1 zirkuliert, wobei die Klappen 9 die in Fig. 1 gezeichnete Stellung einnehmen. Hierbei ist, soweit es die Ware verträgt, eine hinreichend starke Lufterhitzung (bei entsprechend intensiver Kühlung) zur Steigerung der Konzentration möglich. Danach werden die Lufterhitzung auf ein für die nun anschließende Adsorption gewünschtes Maß reduziert, die Klappen 9 in die waagrechte, durch gestrichelte Linien angedeutete Position umgeschaltet, und der Luftstrom über den Kreislauf 1, 2, 5, '7, 10 und 1 geführt.

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Zur Rückgewinnung des in dem Adsorber 10 gespeicherten Lösungsmittels wird in diesen, nachdem die Klappe 9 vorher wieder geschlossen worden sind, zunächst über die absperrbare Leitung 12 Dämpf eingeleitet, der hier das Kohlebett von unten nach oben durchströmt und dann, mit Lösungsmittelgas vermischt, durch die ebenfalls absperrbare Leitung 13 in den Destillierbehälter 14 und von dort in den Kühler 15 gelangt, wo er, zusammen mit den aus dem Adsorber ausgetriebenen Lösungsmittelgasen kondensiert wird. Das Kondensat fließt über die Kondensatableitung zum Wasserabscheider 17, an den auch die Kondensatleitung 16 des Luftkühlers 5 angeschlossen ist. Nach Abtrennung vom Wasser fließt das Lösungsmittel aus dem Wasserabscheider 17 in den Lösungsmittelvorratstank 19. Mit 18 ist in Fig. 1 ein an den Destillierbehälter 14 anschließbares Filter bezeichnet.

Zur Trocknung der Aktivkohle wird nach Umschaltung der Klappen 9 in die durch gestrichelte Linien gekennzeichnete Position erneut durch das Gebläse 2 Luft über Kühler 5 und Lufterhitzer 7 ins Kohlebett der Adsorptionseinrichtung 10 gedrückt und der darin enthaltene Wasserdampf daraus verdrängt. Das austretende Wasserdampf-Luftgemisch wird über das Trommelgehäuse 1 wieder angesaugt und dann der Wasserdampf im Kühler 5 kondensiert. Die wiederaufgeheizte und erneut die Adsorptionseinrichtung 10 durchströmende Luft trocknet die Kohle sehr rasch, bis schließlich am Kühler 5 kein Kondensat mehr anfällt.

Fig. 2 zeigt schematisch das Prinzip der Erfindung, wobei die der Fig. 1 entsprechenden Elemente mit den gleichen Bezugszahlen versehen sind* Die umschaltbaren Absperrklappen 9 aus Fig. 1 sind in der Prinzipdarstellung gemäß Fig.

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durch Schalter 9' ersetzt, die das wahlweise Einschalten entweder der By-Pass-Leitung 8 oder der Adsorptionseinrichtung 10 in den Kreislauf ermöglichen. Der Vollständigkeit halber sind in Fig., 2 am rechten Rand noch die zur Dampfregeneration erforderliche, am einen Ende der Adsorptionseinrichtung 10 angeschlossene Leitung 12 und der am anderen Ende angeschlossene Destillierbehälter mit Kühler 15 und Wasserabscheider 17 dargestellt.

Der erfindungsgemäße Grundgedanke, in einem zirkulierenden Luftstrom die durch Vorkondensation gekühlte Luft vor dem Eintritt in die nachfolgende Adsorptionseinrichtung zwecks Senkung der relativen Feuchte der Luft und auch zwecks schnellerer Trocknung der adsorbierenden Substanz zu erwärmen, bringt somit eine erhebliche Verbesserung der Rückgewinnung des Lösungsmittels durch Adsorption und Kondensation. Zugleich wird, da die Rückgewinnung in einem völlig abgeschlossenen System durchgeführt wird, jegliche Umweltbelästigung vermieden. Er läßt sich, wie aus dem Vorstehenden unschwer entnommen werden kann, bei allen Maschinen und Vorrichtungen, die mit den eingangs genannten flüchtigen organischen Lösungsmitteln arbeiten, durchführen. Er ist daher nicht auf das hier dargestellte Beispiel einer Chemischreinigungsmaschine beschränkt.

Patentansprüche:

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Claims

BÖWE, Böhler & Weber KG
Maschinenfabrik

Aug sburg

Patentansprüche

Verfahren zum Rückgewinnen von Lösungsmittelgasen aus einem Luftstrom, der in einem Kreislauf über einen Luftkühler und alsdann über eine Lösungsmittelgas adsorbierende Adsorptionseinrichtung geführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftstrom nach dem Austritt aus dem Kühler und vor dem Eintritt in die Adsorptionseinrichtung durch einen Lufterhitzer geleitet wird«,
2.· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftstrom zunächst nur durch den Kühler unter Umgehung der Adsorptionseinrichtung im Kreislauf geführt wird und dieselbe erst nech einer Verminderung der Gaskonzentration im Luftstrom in den Kreislauf eingeschaltet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß während der Zeit der Umgehung der Adsorptionseinrichtung der Luftstrom stärker und alsdann während der ansch ließenden Adsorption schwächer erwärmt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß nach genügender Aufladung der Adsorptionseinrichtung dieselbe in an sich bekannter Weise mit Dampf regeneriert wird und daß dann ein Luftstrom zum an sich bekannten Trocknen der Adsorptionseinrichtung in dem gleichen Kreislauf wie während der Adsorption unter laufender Erwärmung vor dem Eintritt in die Adsorptionseinrichtung solange ge-

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führt wird, bis von dem Kühler kein Wasser mehr abgeschieden wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampf nach dem Austritt aus der Adsorptionseinrichtung und vor seiner Kondensation über einen Destillierbehälter geleitet wird.
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder folgenden, bei einer Maschine zum Behandeln von Gegenständen mit einem flüchtigen Lösungsmittel, bestehend aus einem ein Gebläse aufweisenden und von einem Behandlungsbehälter über einen Luftkühler und eine Adsorptionseinrichtung und zurück zu dem Behandlungsbehälter führenden Leitungskreislauf, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Leitungskreislauf (1,2,5,8 bzw. 10 und 1), in Strömungsrichtung gesehen, nach dem Ausgang des Kühlers (5) und vor dem Eingang der Adsorptionseinrichtung (10) ein Lufterhitzer (7) vorgesehen ist, wobei der Ausgang der Adsorptionseinrichtung (10) an den Eingang des Behandlungsbehälters (1) anschließbar ist.
7. Vorrichtung η ach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Adsorptionseinrichtung (10) von dem Ausgang des Lufterhitzers (7) und dem Eingang des Behandlungsbehälters (1) abschaltbar ausgebildet ist und an ihre Stelle eine By-Pass-Leitung (8) oder dgl. in den Bereich des Leitungskreislaufs (1,2,5,7. und 1) zwischen Lufterhitzerausgang und Behandlungsbehältereingang einschaltbar ist.

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8o Vorrichtung nach Anspruch 6 oder· 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Adsorptionseinrichtung (10) an einen Destillierbehälter (14) anschließbar ist.

BÖWE, Böhisr & Weber KG

Maschine
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ifabrik

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