DE2631225A1

DE2631225A1 - Regenerieren beladener adsorptionsmittel mit wasserdampf

Info

Publication number: DE2631225A1
Application number: DE19762631225
Authority: DE
Inventors: Hans Dr Wirth
Original assignee: Laboratorium fuer Adsorptionstechnik GmbH
Current assignee: Laboratorium fuer Adsorptionstechnik GmbH
Priority date: 1976-07-12
Filing date: 1976-07-12
Publication date: 1978-01-26

Description

Regenerieren beladener Adsorptionsmittel
mit Wasserdampf Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regenerieren von mit desorbierbaren Stoffen beldenem Adsorptionsmittel mittels Wasserdampf (Regenerationsewasserdampf).
Es ist bekannt, beladene Adsorptionsmittel dadurch zu regenerieren, daß man ein erhitztes Gas oder Wasserdampf über dieses Adsorptionsmittel leite-G und dadurch die adsorbierten Stoffe desorbiert. Zur Regeneration von bei der Lösemitteldrückgewinnung oder bei der Abluftreinigung benutzter Aktivkohle verwendet man vor allem Wasserdampf. Die Wasserdampfdesorption ist deshalb besonders zur Rückgewinnung kondensierbarer organischer Stoffe geeignet, weil man durch die Kondensation des die organischen Substanzen enthaltenden Wasserdamps die abgeschiedenen Substanzen in flüssiger Form wiedergewinnen kann.
Die Betriebskosten einer Adsorptionsanlage hängen hauptsächlich vom Energiebedarf, d.h. im allgemeinen vom Wasserdampfbedarf, ab. Der spezifische WasserdampfbedarS, gerechnet in Kilogramm Wasserdampf pro Kilogramm desorbierter Substanz, hängt stark von der Art der zu desorbierenden Substanz sowie auch von deren Siedepunkt, der Konzentration im behandelten Gas und vom Absciieidegrad ab. Während bisher die meisten Adsorptionsanlagen zur Rückgewinnung von Lösungsmitteln oder anderen flüchtigen organischen Wertstoffen dienten, wobei wirtschaftliche Überlegungen im Vordergrund standen, ist es heute aus Gründen des Umweltschutzes erforderlich, auch solche Abgase oder Abluftströme von ihrem Gehalt an organischen Stoffen weitgehend zu befreien, die verhältnismäßig geringe engen störender Substanz zen enthalten und deren Rückgewinnung nicht lohnen würde. Nach deutschen Vorschriften darf z.B. der Gehalt in einem Abgas an Toluol oder Trichloräthylen höchstens 150 mg/m) und der Gehalt an Benzol oder Tetrachlorkohlenstoff höclastens 20 mg/m3 betragen, wenn das Abgas in die Atmosphäre geleitet werden soll.
Zum Erreichen so niedriger Konzentrationen sind zwar Adsorptionsmittel, wie etwa Aktivkohle, hervorragend geeignet, es ist jedoch ein großer Energieaufwand zum Regenerieren solcher Adsorptionsmittel erforderlich, Die Regenerierung muß nämlich sehr weitgehend durchgeführt werden, wodurch viel Wasserdampf verbraucht wird. Auch die Rückgewinnung von höher siedenden organischen Substanzen, etwa mit einem Siedepunkt im Bereich von 150 bis 2000C, bedarf eines hohen Dampfauwandes.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch Wasserdampf regenerierbare Adsorptionsmittel mit möglichst geringem Aufwand an frischem Wasserdampf zu regenerieren. Der Einsatz verringerter Mengen an Wasserdampf bedeutet vor allem eine entsprechende Energieersparnis. Als zu behandelnde Adsorptionsmittel kommen vor allem Aktivkohle und wasserdampfbeständige Molekularsiebe in Frage.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der durch das Adsorptionsmittel geleitete Regenerationswasserdampf in einem Verdampfer durch indirekten Wärmeaustausch gekuhlt wird, wobei als Kühlmittel Wasseij'dient, dessen im Verdampfer gebildeter Wasserdampf abgesaugt und dabei unter einem Druck steht, der niedriger als der Druck des zum Verdampfer geführten Regenerationswasserdampfes ist, und daß der abgesaugte Wasserdampf komprimiert und als Regenerationswasserdampf durch das Adsorptionsmittel geleitet wird. Hierbei wird also im Verdampfer unter Abkühlen des Regenerationswasserdampfs erneut Xasserdampf erzeugt, der unter vermindertem Druck entsteht und nach Verdichten zum Regenerieren ve-r;rendet wird. Falls erforderlich, kann zusätzlich auch frischer Wasserdampf zum Regenerieren hinzugenommen werden.
Das Ansaugen des Wasserdampfs aus dem Verdampfer und die Komprimierung kann grundsätzlich in einem beliebigen Verdichter erfolgen. Ein solcher Verdichter kann z.B. nach dem Prinzip der Turbine arbeiten und elektrisch angetrieben werden. Eine günstige Ausgestaltung des Verfahrens wird erreicht, wenn zum Ansaugen und Verdichten ein an sich bekanter Dampfstrahlverdichter verwendet wird. Dieser Verdichtertyp arbeitet ohne bewegte Einzelteile nach dem Prinzip, das auch bei der allseits bekannten Wasserstrahlpumpe genutzt wird. Um das Verfahren mit erhöhten Wirkungsgrad zu betreiben, ist es zweckmäßig, daß der vom Adsorptionsmittel kommende Regenerationswasserdampf im Verdampfer mindestens teilweise kondensiert wird0 Die dabei estehende Kondensationawärme stellt eine erhebliche Energiemenge dar, durch die eine beträchtliche Wasserdampfmenge zu sätzlich erzeugt werden kann.
Einzelheiten der Erfindung und Ausgestaltungsmöglichkeiten wercten mit Hilfe der in der Zeichnung dargestellten Verfahrensführung erläutert.
In der Leitung 1 wird Wasserampf dem Adsorber 2 zugeführt, um das darin enthaltende beladene Adsorptionsmittel 3 zu regenerîeren. Der Regenerationswasserdampf verläßt den Adsorber 2 durch die Leitung 4 und hat dabei zumeist noch einen Druck zwischen 1,G und 1,5 bar, auch ein Druck unterhalb oder oberhalb dieses Bereichs ist möglich. Die Temperatur des Regenerationswasserdampfs liegt üblicherweise in der Nähe der zum vorhandenen Druck gehörenden Kondensationstemperatur und wird im allgemeinen etwa 110°C nicht überschreiten.
In einem Verdampfer 5 wird der Regenerationswasserdampf aus der Leitung 4 durch indirekten Wärmeaustausch gekühlt und kondensiert dabei zumindest teilweise. Die restliche Kondensation des Wasserdampfs erfolgt im Kondensator 6. Das Kondensat fließt einer Trenneinrichtung 7 zu, um Wasser von den aus dem Adsorptionsmittel 3 aufrenommenen Strofen zu trennen. Die Trenneinrich- Die indirekte Kühlung des Regenerationswasserdampfs im Ve-rdampf er 5 erfolgt mittels Wasser, das in der Leitung 8 herangeführt wird. Das Kühlwasser verdampft dabei, wobei der gebildeLe Wasserdampf in der Leitung 9 ständig abgesaugt wird.
Die Leitung 9 führt zur Saugseite eines an sich bekannten Dampfstrahlverdichters 10. Um durch die Leitung 9 Wasserdampf aus dem Verdampfer 5 abführen zu können, wird in der Leitung 9 ein niedrigerer Druck als in der Leitung 4 aufrechterhalten; der Siedepunkt des in der Leitung 8 herangeführten Kühlwasser wird damit entsprechend abgesenkt. Mit verkleinerter Differenz der Drücke in Leitung 4 und Leitung 9 entsprechend einer verminderten Temperaturdifferenz an den Wärmeaustauschflächen des Verdampfers 5 steigt die Menge an vom Dampfstrahlverdichter 10 angesaugtem Wasserdampf und damit dessen Wirkungsgrad in erwünschter Weise an.
Der Dampfstrahlverdichter 10 O wird mit von außen in der Leitung 11 herangeführtem frischen Wasserdampf betrieben. Dieser frische Wasserdampf weist einen höheren Druck auf, als in der Leitung 1 am Eingang des Adsorbers 2 herrscht. Im Dampfstrahlverdchter 10 mischen sich frischer Wasserdampf und der in der Leitung 9 angesaugte Wasserdampf und bilden das Gemisch, das zum Regenerieren des Adsorptionsmittels 3 zur Verfügung steht. Dieses Wasserdampfgemisch, das den Verdichter 10 in der Leitung 13 verläßt, kann vor seiner Verwendung als Regenerationswasserdampf noch durch einen Überhitzer 12 geleitet werden. Überhitzter Wasserdampf anstelle von Sattdampf kann z.B. zum Desorbieren hochsiedender organischer Substanzen, etwa Benzinkohlenwasserstoffe mit einer Siedelage im Bereich von 150 bis 2000C oder Xylol zweckmäßig sein. Im Überhitzer 12 wird dem Wasserdampf die im Vergleich zu der gesamten Energie des Regenerationsdampfes geringfügige Überhitzungswärme zugeführt.
Beispiel 1 Sine Abluft, die als Verunreinigung Kohlenwasserstoffe in einer enge von 2 g/m³ enthält, wird durch Adsorption an Aktivkohle mit einer spezifischen Oberfläche von 1200 rn /g bis auf einen Restgehalt von weniger als 100 mg/m³ gereinigt. Die verunreinigenden Kohlenwasserstoffe haben einen Siedebereich von 100 bis 1200C; ihre Hauptkomponente ist Toluol. Auf der Aktivkohle wird eine beladung von 36 Gew.% erreicht. Durch Desorption mit überhitztem T;!asserdampf von 136°C und einen Druck von 1,05 bar wird das Kohlenwasserstoffgemisch bis auf eine Restbeladung von 20 Gew.'%' desorbiert. Die Regenerierung wird auf bekannte reise ohne Verdampfer 5 und ohne Verdichter 10 durchgeführt.
Der Wasserdampfbedarf beläuft sich auf 4,4 kg/kg desorbierter Kohlenwasserstoffe B e i s p i e l 2 Zum Vergleich wird die Ablufttreinigung unter den in Beispiel 1 angegebenen Bedingungen wiederholt, wobei für die Regenerierung des Adsorptionsmittels das erfindungsgemäße, mit Hilfe der Zeichnung erläuterte Verfahren angewandt wird. Die Verfahrensbedingungen beim Regenerieren sind folgende: Druck des Frischdampfs in Leitung: 11 : 9 Dar Druck in Leitung 9 : 0,5 bar Druck in Leitung 4 : 1,05 bar Im Verdampfer 5 stellt sich eine Temperaturdifferenz von 200 C zwischen Kühl- und Heizseite ein.
Das Mengenverhältnis im Regenerationswasserdampf der Leitung 13 von in der Leitung 9 angesaugtem Wasserdampf zu Frischdampf beträgt 0,75 : 1. Der Regenerationsdampf wird vor dem Reaktor 2 in einem Überhitzer auf 1360C aufgeheizt. Bs ergibt sich ein Frischwasserdampfbedarf von 2,5 kg/kg desorbierter Kohlenwasserstoffe.
Aus dem Vergleich der Beispiele 1 und 2 erkennt man, daß die irendung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Einsparung an frischen Wasserdampf von etwa 43 % erbringt.
B e i s p i e l 3 Das Beispiel 1 wird im wesentlichen wiederholt, wobei jedoch die Konzentration der Verunreinigungen in der Abluft 500 mg/m3 beträgt. Es wird eine Beladung der Aktivkohle von 24 Gew.% erreicht, die durch Regenerieren mit Wasserdampf auf 14 Gew.$ reduziert wird. Der Wasserdampfbedarf beträgt nunmehr 14 kg/kg desorbierter Kohlenwasserstoffe.
B e i s p i e l 4 Die Bedingungen des Beispiels 3werden weitgehend beibehalten, wobei jedoch das erfindungsgemäße Verfahren angewandt wird, wie es mit Hilfe der Zeichnung beschrieben ist. Die Regeneration erfolgt unter folgenden Bedingungen: Druck des Frischdampfs in Leitung 11 : 9 bar Druck in Leitung 9 : 0,75 bar Druck in Leitung 4 : 1,05 bar.
Der Regenerationswasserdampf in der Leitung 13 weist ein ltengenverhältnis von Frischdampf zu Dampf aus der Leitung 9 von 2 : 1 auf, Der Wasserdampf wird vor dem Reaktor 2 auf 1360C aufgeheizt.
Im Verdampfer 5 stellt sich eine Temperaturdifferenz zwischen der Kühlseite und der Heizseite von 10°C ein Der Frischdamp£-bedarf beträgt 4,6 kg/kg desorbierter Kohlenwasserstoffe.
Aus dem Vergleich des Bedarfs an Frischdampf in den Beispielen 3 3.
und 4 ergibt sich, daß durch das erfindungsgemäße Verfahren eine Dampfersparnis von 67 % erreich wird.
L e e r s e i t e

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e 1) Verfahren zum Regenerieren von mit desorbierbaren Stoffen beladenem Adsorptionsmittel mittels Wasserdampf (teuenerationswasserdampf), dadurch gekennzeichnet, daß der durch das Adsorptionsmittel geleitete Regenerationswasserdampf in einen Verdampfer durch indirekten Wärmeaustausch gekühlt wird, wobei als Kühlmittel Wasser dient, dessen im Verdampfer gebildeter Wasserdampf abgesaugt und dabei unter einem Druck steht, der niedriger als der Druck des zur Verdampfer geführten Regenerationswasserdampf 5 ist, und daß der abgesaugte Wasserdampf komprimiert und als Regenerationswasserdampf durch das Adsorptionsmittel geleitet wird.
2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der abgesaugte Wasserdampf durch einen Verdichter angesaugt und komprimiert wird.
3) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vom Verdampfer kommende Wasserdampf durch einen Dampfstrahl.

verdichter mittels verdichtetem frischem Jas serdampf angesaugt und mit diesem gemischt wird.
4) Verfahren nach anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der vom Adsorptionsmittel kommende Regenerationswasserdampf im Verdampfer mindestens teilweise kondensiert wird.
5) Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der zum Adsorptionsmittel geleitete Regenerationswasserdampf überhitzt wird.
6) Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß Regenerationswasserdampf in und/oder nach dem Verdampfer kondensiert und das Kondensat nach Abtronnen desorbierten Stoffe als Kühlmittel in den Verdampfer geleitet wird.