DE2626893A1

DE2626893A1 - Verfahren und vorrichtung zur adsorption von gas

Info

Publication number: DE2626893A1
Application number: DE19762626893
Authority: DE
Inventors: Jean Couvert
Original assignee: Carbonisation et Charbons Actifs CECA SA
Current assignee: Carbonisation et Charbons Actifs CECA SA
Priority date: 1975-06-27
Filing date: 1976-06-16
Publication date: 1977-01-13
Also published as: ES449225A1; JPS525680A; FR2315308B1; BE843380A; FR2315308A1

Description

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CECA S.A., 78140 VeIizy-Villacoutlay / Prankreich

^von

Das Abführen von Luft, die Dämpfe flüchtiger Produkte, wie von Lösungsmitteln enthält, in die Atmosphäre von Werkstätten und selbst ins Freie stellt ein Umweltverschmutzungsproblem dar, das man bestrebt ist abzustellen. Schädliche Abgase treten bei verschiedenen Industrien auf, beispielsweise bei Druckereien, wo die Drucktinten aus Pigmenten bestehen, die in nach der Anwendung verdunstenden Lösungsmitteln dispergiert sind, jedoch treten bei vielen weiteren industriellen Vorgängen derartige Nachteile auf.

Man hilft dem durch Zurückhalten der Dämpfe ab und die Verwendung von Aktivkohle wird seit langem als eine wirksame Technik zur Entfernung dieser Dämpfe und ihrer Rückgewinnung angesehen, was diese Verfahrensweise wirtschaftlich besonders interessant macht.

Die Aktivkohle stellt eine Kohle bzw. einen Kohlenstoff dar, der einer Aktivierungsbehandlung unterzogen wurde, die ihm eine sehr große und feine Porosität verleiht. Dieser Kohlenstoff besitzt adsorbierende Eigenschaften, d.h., daß er dazu geeignet ist, auf physikalischem Wege an der inneren Porenoberfläche Verbindungen, wie die Dämpfe von flüchtigen Lösungs-

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mitteln in beträchtlicher Menge festzuhalten, die Ms zu 40/« und sogar darüber des Kohlenstoffgewichts betragen kann.

Die festgehaltene Menge hängt insbesondere von der Natur der zurückzuhaltenden Verbindung, der Qualität der Aktivkohle, dem Gehalt der zu reinigenden Luft an Lösungsmitteldämpfen und von der Temperatur ab. Je größer der Dampfgehalt der Luft und je niedriger die Temperatur ist, umso größer ist die festgehaltene Menge.

Das Verfahren zum Einsatz der Aktivkohle zur Wiedergewinnung der Lösungsmittel ist einfach. Man saugt die verunreinigte Luft an und leitet sie über eine Schicht von Aktivkohle, wobei die Lösungsmitteldämpfe durch Adsorption festgehalten werden und die Aktivkohle sich nach und nach belädt.

Ab einem gewissen Zeitpunkt läßt sie die Lösungsmitteldämpfe · passieren, d.h. sie hat ihren Sättigungsgrad erreicht.

Die erschöpfte Aktivkohle kann man durch Verjagen des adsorbierten Produkts, normalerweise durch Erhöhen der Temperatur und durch Abschleppen, regenerieren. Das am häufigsten angewendete Verfahren besteht darin, gegebenenfalls überhitzten Wasserdampf über die Aktivkohle zu leiten. Der Wasserdampf und der Lösungsmitteldampf werden kondensiert und falls das Lösungsmittel mit Wasser nicht mischbar ist, scheidet es sich natürlich ab. Ist es mit Wasser mischbar, wie im Falle von Alkohol oder Aceton, so kann man es durch Destillation abtrennen.

!lach dem Regenerieren mit Wasserdampf verbleibt etwas Wasser in dem Kohlenstoff, wodurch die Beladbarkeit bei der Adsorption verringert wird.

Behandelt man mit Luft mit"einem möglichst hohen Lösungsmittelgehalt, so ist dieser Nachteil bedeutungslos. Beispielsweise hat eine bestimmte AktivkohleQualität bei luft mit einem Gehalt von 50 g Benzol pro nr ein Adsocptionsvermögen von 40 g Benzol

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pro 100 g Aktivkohle. Diese Kapazität stellt den maximalen Beladungsgrad dar. In der Praxis ändert sich dieser "beim Durchlaufen von Luft durch die Aktivkohle nicht radikal, sondern nach und nach gemäß einer sogenannten Adsorptionsfront. Beginnt die Aktivkohle in der Luft Spuren von Lösungsmitteldämpfen zurückzulassen, wenn der Anfang der Schicht gesättigt ist, so hält der Rest eine Menge zurück, die sich nach und nach verringert. Beim v/eiteren Leiten von Luft durch die Aktivkohle, läßt diese mehr und mehr Lösungsmittel hindurchtreten, wobei sie sich über ihre gesamte Dicke bis zum Erreichen des Passungsvermögens belädt.

In der Praxis unterbricht man den Vorgang, wenn in der Luft die ersten Lösungsmittelspuren auftreten, sodaß der Beladungsgrad unter dem Adsorptionsvermögen liegt. Unter Einbeziehung der Tatsache, daß man keine maximale Regenerierung durchführt und daß in dem Kohlenstoff außer der durch den Wasserdampf erhaltenen Feuchtigkeit Lösungsmittel zurückbleibt, erhält man einen Beladungsgrad von beispielsweise 10$, der zufriedenstellend ist und den man nicht in wirtschaftlicher Weise erhöhen kann.

V/eist die zu behandelnde Luft einen geringen Lösungsmittelgehalt

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auf, beispielsweise 10 bis 1000 mg pro m , so ist das Adsorptionsvermögen gering; von 40 Gew.-^ für einen Gehalt von 30 g Benzol pro nr Luft fällt es auf 4$ für einen Gehalt von 30 mg/nr ab.

Unter diesen Bedingungen ist der Beladungsgrad gering und die Menge des zur Desorption erforderlichen Fluids wird größer. Es wird daher interessant nach Verbesserungen zu suchen, die im Falle der Adsorption bei größeren Gehalten nicht wirtschaftlich wären.

Eine Verbesserung besteht darin, nicht mit Wasserdampf, sondern mit einem heißen Gas zu regenerieren, wodurch der Kohlenstoff trocken bleibt. Dieses heiße Gas kann Luft oder ein inertes Gas, v/ie ein verwertetes oder für diesen Zweck hergestelltes Verbrennungsgas sein.

'Man kann· zweckmäßig auch mit einer ziemlich dünnen Aktivkohle -

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schicht arbeiten; dies ist möglich, da der Kohlenstoff trocken ist und die Adsorptionsfront begrenzt ist.

Während der Adsorptionsphase kann der Durchtritt der Luft durch die Aktivkohle mit einer bestimmten Geschwindigkeit, beispielsweise mit einer linearen Geschwindigkeit von 20 m pro Minute erfolgen. Bei einer geringeren Geschwindigkeit könnte eine schlechte Verteilung der Luft in der Schicht bei Ausbildung von bevorzugten Passagen erfolgen.

V/ährend der Desorption- oder Regenerationsphase arbeitet man aus dem gleichen Grunde mit einer praktisch identischen Ge·*· schwindigkeit. Das heiße Gas weist nach dem Durchtritt durch die Aktivkohle einen höheren Gehalt an Lösungsmitteldampf auf, 7/ie die zu reinigende Luft und die De sorpt ions phase iet daher kurzer als die Adsorptionsphase.

Behandelt man so Luft mit einem Gehalt von 100 mg Lösungsmittel pro nr⁵ bei einer Dauer der Adsorptionsphase von 10 Stunden, so erfolgt die Desorption während 1 Stunde und führt zu einem

Gas mit einem mittleren Gehalt von 1 g Lösungsmittel pro nr.

Wie bereits ausgeführt wurde, erlaubt die Desorption mit Wasserdampf die leichte Abtrennung des Wassers vom Lösungsmittel. Dies ist nicht der Pail bei der Desorption mit einem Gas, was man dadurea ausgleicht, daß man das Gas nach dem Abkühlen durch eine zweite Adsorptionsvorrichtung bzw. einen zweiten Adsorber führt. Aufgrund des ausreichenden Gehalts an Lösungs- · sitteldampf in dem Gas erhält man einen ausreichenden Beladungsgrad und kann das Lösungsmittel durch Desorption mit Wasserdampf gewinnen.

Iiese Verfahrensweise weist einen beträchtlichen Nachteil auf. aufgrund des Gasdurchsatzes muß der zweite Adsorber einen Querschnitt aufweisen, der praktisch mit dem des ersten identisch „Ist, a,a. der aweite Adsorber muß ein großes Yolumen aufweisen -.Lila erfordert daher sine ebenso öeträdrtiieae Mgnge an Aktivkohle wie der srste Adsorber.

Dieser Nachteil wird durch die vorliegende Erfindung ausgeräumt.

Sie besteht in einem Verfahren zur Entfernung von Gas oder Dämpfen, die sich in einem Trägergas befinden, durch Adsorption des Gases oder der Dämpfe an einem Adsorptionsmedium bzw. Adsorbens, ausgewählt aus Aktivkohle, Molekularsieben, Siliciumdioxidgel und aktiviertem Aluminiumoxid und angeordnet in einem ersten Adsorber, mit anschließender Regenerierung des Adsorbens durch Behandlung mit einem heißen Gas, wobei das heiße Gas anschließend nach dem Abkühlen in einen zweiten Adsorber zur Wiedergewinnung der Gase oder Dämpfe geführt wird, daß dadurch gekennzeichnet ist, daß man

das Adsorbens des ersten Adsorbers in mehreren getrennten Schichten anordnet,

die Adsorption an dem Adsorbens des ersten Adsorbers so durchführt, daß das Trägergas, das das zu adsorbierende Gas oder die Dämpfe enthält, nur durch eine einzige Adsorbensschicht mit einer Durchlaufgeschwindigkeit geführt wird, die diesem Adsorbens entspricht, und

die Regenerierung derart durchführt, daß man das zu diesem Zweck verwendete heiße Gas über die gesamten Schichten des Adsorbens des ersten Adsorbers führt, wobei die Durchlaufgeschwindigkeit des heißen Gases die gleiche Größenordnung wie die der vorhergehenden Adsorption aufweist und das gesamte aus dem ersten Adsorber kommende heiße Gas nach dem Abkühlen in einen zweiten Adsorber eingeführt wird.

Die Desorption erfolgt auf diese Weise durch Leiten eines Gases der Reihe nach durch alle Schichten.

Aus diesem Grunde ist für die gleiche lineare Durchlaufgeschwindigkeit in beiden Stufen der Gasdurchsatz der Desorption wesentlich geringer als der des zu behandelnden Gases. Tatsächlich ist in der ersten Stufe die zu durchlaufende Oberfläche gleich der Summe der Oberflächen jeder Schicht, wohingegen in der zweiten Stufe die Oberfläche lediglich die einer

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Schicht ist. Die Desorption dauert langer und das Gas kann in üblicher V/eise, entweder an einem zweiten Adsorber mit einem geringen Querschnitt, entsprechend dem einer Aktivkohleschicht, oder in einer Waschvorrichtung oder auch in einer Verbrennungsvorrichtung behandelt werden.

Es versteht sich, daß der Ausdruck "Schicht" nicht lediglich eine physische Schicht, sondern auch eine "Adsorptionseinheit" bedeutet, die aus mehreren tatsächlichen Schichten gebildet sein kann. In diesem Falle erfolgt die Desorption unter Durchtritt des Gases durch mehrere "Adsorptionseinheiten¹¹.

Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Eine derartige Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß sie:

eine erste Adsorptionsvorrichtung bzw. einen ersten Adsorber, gebildet aus mehreren materiell getrennten Schichten eines Adsorbens,

Einrichtungen, die es gestatten, ein zu adsorbierende Gase oder Dämpfe enthaltendes Trägergas aufzunehmen und in dem Adsorber zu extrahieren, wobei diese Einrichtungen derart angeordnet sind, daß das Trägergas lediglich eine einzige Schicht des Adsorbens durchquert,

Einrichtungen zur Aufnahme und Extraktion eines heißen Gases in den ersten Adsorber, wobei diese Einrichtungen derart angeordnet sind, daß das heiße Gas der Reihe nach die gesamten adsorbierenden Schichten des ersten Adsorbers durchströmt,

eine Abkühlvorrichtung für heiße Gase, die aus dem ersten Adsorber austreten und

einen zweiten Adsorber, umfaßt.

Eine derartige Vorrichtung ist insbesondere in der beigefügten Figur II gezeigt.

Zum besseren Verständnis der Erfindung sei hier auf die beigefügte. .Figur I hingewiesen, die ein Adsorptionsgefäß bzw. einen

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Adsorber mit 12 Schichten 1 veranschaulicht. Die Luft tritt durch die Leitung 2 und über die Schieber bzw. Ventile 3 in jeden Raum 4 ein, wo sie jede Schicht 1 durchströmt, dabei jeweils in den Raum 5 eintritt und von dort durch die Schieber bzw. Ventile 6 über die Leitung 7 abgeführt wird.

Sind die Aktivkohleschichten gesättigt, so unterbricht man den Luftdurchtritt, schließt die Ventile 3 und 6 und läßt vom Boden der Säule her Heißgas über die Leitung 8 und den Schieber bzw. das Ventil 9 eintreten. Das Gas durchströmt.nacheinander jede Schicht und wird - beladen mit desorbierten Dämpfen über den Schieber bzw. das Ventil 10 und die Leitung 11 abgezogen.

Bei dieser Ausführungsform, wo die Anzahl der Schichten 12 beträgt, kann für die gleiche lineare Geschwindigkeit der Gasdurchsatz für die Desorption zwölfmal geringer sein, als der der Luft für die Adsorption.

Das Schema der ligur II veranschaulicht eine Anordnung von zwei Adsorptionsgefäßen bzw. zwei Adsorbern, die eine kontinuierliche Arbeitsweise ermöglicht. Sie umfaßt auch einen zweiten Adsorber, der zur Wiedergewinnung des Lösungsmittels aus dem Desorptionsgas bestimmt ist.

Der Adsorber A sei in der Adsorptionsphase erläutert. Die zu reinigende Luft trifft über die Leitung 1 ein und wird über die Ventile 2 an die verschiedenen Schichten herangeführt, von wo sie über die Ventile 3, über die Leitung 4 abgezogen wird. Gleichzeitig wird das in der Erwärmungsvorrichtung C erwärmte Gas über die Leitung 5 und das Ventil 6 in den Adsorber B geführt, den es durchströmt und anschließend über das Ventil 7 und die Leitung 8 zur Kühlvorrichtung D und weiter über die Leitung 10 und das Ventil 1.1. in den zweiten Adsorber E geführt, wo es gereinigt in die Atmosphäre abgelassen oder gegebenenfalls für die erneute Verwendung wiedergewonnen wird. Ist die Desorption des Adsorbers B beendet, so wird der Durchtritt des

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Gases unterbrochen und der Adsorber E wird zur Gewinnung des Lösungsmittels mit Wasserdampf behandelt.

Ist der Adsorber A gesättigt, so kehrt man die Rolle der Adsorber A und B um, d.h. man leitet die zu reinigende Luft in den Adsorber B und das Gas in den Adsorber A ein.

Diese Vorrichtung beruht darauf, daß die Desorptionsstufe kürzer ist als die Adsorptionsstufe und daß man während der Adsorption eines Hauptadsorbers die Desorption des anderen Hauptadsorbers und anschließend des zweiten Adsorbers durchführen kann.

Man kann es so einrichten, daß mit den Hauptadsorbern mit einer ausreichenden Anzahl von Schichten die Dauer der Desorption 3ben30 lange wie der Adsorption ist. In diesem Ealle umfaßt die Anordnung zwei sekundäre Adsorber, die gemäß dem gleichen Zyklus wie die beiden Hauptadsorber funktionieren.

Die Erfindung ermöglicht es daher, Luft mit einem geringen Gehalt an zu entfernender Verbindung unter guten wirtschaftlichen 3edigungen zu reinigen und die Verbindung wiederzugewinnen. Sie wird durch das gegebene Beispiel nicht eingeschränkt. Sie kann auch zur Behandlung eines Gases dienen, um daraus eine in geringer Dosierung vorliegende Verbindung abzutrennen.

Die Erfindung kann auch bei größeren Gehalten als den angegebenen durchgeführt werden. Man kann anstelle eines Gases auch Luft für die Desorption verwenden.

Schließlich ist die Erfindung nicht auf die Verwendung von Aktivkohle beschränkt, sondern es können auch andere Adsorbentien eingesetzt werden, wie beispielsweise Molekularsiebe, Siliciumdioxidgel, aktiviertes Aluminiumoxid usw., wobei man eine gleichartige Trennung erzielt, beispielsweise die Entfernung von Kolilenviasserstoffdämpfcn aus Luft mit Molekularsieben oder Siliciiimdioxidgel.

In gewissen Fällen beobachtet man zu Beginn der Desorption mit den heißen Gasen einen Austritt des desorbierten Produkts in flüssiger Form. Ein weiterer Vorteil des Verfahrens, das die Dicke des Kohlenstoffs während der Desorption vervielfacht, liegt daher in der erhöhten Produktion des so direkt in flüssiger Form gewonnenen Lösungsmittels.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Abtrennung von Gas oder Dämpfen, die sich in einem Trägergas befinden, durch Adsorption des Gases oder der Dämpfe an einem Adsorbens, ausgewählt aus Aktivkohle, Molekularsieben, Siliciumdioxidgel und aktiviertem Aluminiumoxid, das in einem ersten Adsorptionsgefäß angeordnet ist und anschließende Regenerierung des Adsorbens durch Behandlung mit einem heißen Gas, worauf das heiße Gas nach dem Abkühlen durch ein zweites Adsorptionsgefäß geführt wird, um die Gase oder Dämpfe wiederzugewinnen, dadurch gekennzeichnet, daß man:

das Adsorbens des ersten Adsorptionsgefäßes in verschiedenen getrennten Schichten anordnet,

bei der Adsorption an dem Adsorbens des ersten Adsorptionsgefäßes das Trägergas, das die zu adsorbierenden Gase oder Dämpfe enthält, nur durch eine einzige Schicht des Adsorbens mit einer Geschwindigkeit leitet, die dem Adsorbens bzw. dessen Adsorptionseigenschaften entspricht und

bei der Regenerierung das hierfür verwendete heiße Gas über die Gesamtheit der Adsorbensschichten des ersten Adsorptionsgefäßes leitet, wobei man die Durchlaufgeschwindigkeit des Gases in der gleichen Größenordnung wie die der vorhergehenden Adsorption hält und das gesamte heiße Gas, das aus dem ersten ₍ Adsorptionsgefäß austritt, nach dem Abkühlen, in das zweite Adsorptionsgefäß einführt.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus

einem ersten Adsorptionsgefäß bzw. Adsorber, der aus mehreren materiell von einander getrennten Schichten eines Adsorbens gebildet wird,

Einrichtungen, die die Zufuhr und den Abzug eines Trägergases, das in dem Adsorber zu adsorbierende Gase oder Dämpfe enthält, ermöglichen, die derart angeordnet sind, daß das Trägergas nur

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eine einzige Schicht des Adsorbens durchquert,

Einrichtungen für die Zufuhr und den Abzug eines heißen Trägergases in bzw. aus dem ersten Adsorptionsgefäß, die derart angeordnet sind, daß das heiße Gas der Reihe nach die gesamten adsorbierenden Schichten des ersten Adsorptionsgefäßes durchströmt,

einer Abkühlongsvorrichtung für die aus dem ersten Adsorptionsgefäß austretenden heißen Gase und

einem zweiten Adsorptionsgefäß besteht.

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