DE2712250B2

DE2712250B2 - Verfahren und Vorrichtung zur Reinigung eines Gasstromes mit Hilfe von Adsorptionsfiltern

Info

Publication number: DE2712250B2
Application number: DE19772712250
Authority: DE
Inventors: Johannes Wilhelmus Nijmegen Graat (Niederlande)
Original assignee: Smit Ovens Nijmegen Bv Nijmegen (niederlande)
Current assignee: Smit Ovens Nijmegen Bv Nijmegen (niederlande)
Priority date: 1977-03-21
Filing date: 1977-03-21
Publication date: 1979-10-18
Also published as: FR2384533A1; GB1599105A; JPS53116277A; FR2384533B1; DE2712250A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Reinigungeines Gasstromes von verbrennbaren Verunreinigungen mit Hilfe von mindestens einem Adsorptionsfilter, bei dem das Adsorptionsfilter nach Erreichen einer bestimmten Beladung mit einem im Kreislauf über eine Verbrennungskammer und das Adsorptionsfilter geführten Spülgas desorbiert wird und das mit dem Spülgas abgeführte Desorbat in der Verbrennungskammer verbrannt wird, sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Ein Verfahren der bezeichneten Art ist bekannt (DT-PS 1619850). Bei dem bekannten Verfahren werden das oder die Filter nach Erreichen einer gewissen Beladung mit den verbrennbaren Verunreinigungen im Gegenstrom anfangs mit aufgeheizter Luft desorbiert. Das Desorbat wird in einer katalytischen Nachverbrennungsanlage verbrannt. Mit Fortschreiten des Desorbierens wird ein Teil des Gemisches aus Luftresten und verbranntem Desorbat so lange wieder durch das Adsorptionsfilter geführt, bis dessen Beladung ausreichend zurückgegangen ist.

Nachteilig bei dem bekannten Verfahren ist, daß bei einer niedrigen Menge an verbrennbarem Desorbat zwangsläufig ein Sauerstoffüberschuß entsteht. Bei stetig steigenden Temperaturen werden zwar auch immer mehr Desorbatmengen abgegeben; es kommt auf der anderen Seite aber auch zu einem erhöhten Abbrand der Aktivkohle - von den übrigen Gefahren eines Sauerstoffüberschusses einmal abgesehen.

Weiterhin ist nachteilig, daß Temperatur und Zusammensetzung des Spülgases nicht vom Anfang der Desorptionsphase an optimiert werden können, da bei Verwendung von Luft als Spülgas zunächst nur niedrige Temperaturen angewandt werden können, um ein Einleiten des Abbrands der Aktivkohle zu verhindern. Erst nach Einleitung der Verbrennung des Desorbates steigt die Spulgas-Temperatur allmählich. Wegen der dadurch bedingten langsamen Temperatursteigerungen ist zu erwarten, daß beim bekannten Verfahren das Desorbieren im allgemeinen eine längere Zeit in Anspruch nimmt.

Es stellt sich demnach die Aufgabe, einen eventuellen Sauerstoffüberschuß vermeiden zu können und weiterhin durch Optimierung von Temperatur und Zusammensetzung des Spülgases vom Beginn der Desorptionsphase an die benötigte Zeit minimal zu halten.

Diese Aufgaben werden gelöst, indem bei dem eingangs genannten Verfahren in der Verbrennungskammer neben dem Desorbat gesteuert zugeführte Kohlenwasserstoffe verbrannt werden.

Zwar ist die Verwendung eines durch Verbrennung von Kohlenwasserstoffen erzeugten Spülgases aus der DE-OS 2030153 bereits bekannt; jedoch werden zwei voneinander getrennte Verbrennungskammern für die Erzeugung des Spülgases und die Verbrennung des abgeführten Desorbates benötigt. Die beiden Verbrennungskammern haben unterschiedliche Aufgaben, werden beide für sich gesteuert und gewartet. Dies erfordert einen relativ hohen technischen Aufwand. Selbst wenn beim Verfahren gemäß DE-PS 1619850 an der für die Luftzuführung bestimmte Stelle (Mischkammer 7) ein durch Verbrennung von Kohlenwasserstoffen erzeugtes Spülgas zugeführt würde, ergäbe sich auch nur ein Verfahren, das mit zwei getrennten Verbrennungskammern arbeitet.

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens besitzt eine Verbrennungskammer, die mit einem mit für die Verbrennung von Kohlenwasserstoff geeigneten Brenner ausgerüstet ist. Dabei ist es nach den Erfahrungen nicht unwesentlich, eine bestimmte Brennerkonstruktion zu wählen. Insbesondere eignet sich ein Brenner gemäß DE-PS 2 320442, der von der Anrnelderin konzipiert worden ist. Wesentliche Eigenschaft dieses Brenners ist es, daß bei Verbrennung von Heizöl in einer Zerstäubungsdüse dieses zunächst fein zerstäubt wird (Tröpfchengröße zwischen 50 und 200 Mikrometer) und anschließend mit Hilfe eines

unter hohen Geschwindigkeiten zugeführten Zerstäubangsmediums weiter zerstäubt wird (etwa um eine Größenordnung kleiner). Ein solcher Brenner kann auch unterstöchiometrisch gefahren weiden, ohne daß Rußbildung auftritt. Er läßt sich an alle Verbrennungszustände sehr gut anpassen. Es wird jedoch ausdrücklich darauf hingewiesen, daß auch andere Brennertypen, auch Gasbrenner, mit den genannten Erfordernisren einsetzbar sind.

Zur optimalen Steuerung der für das Desorbieren erforderlichen Temperatur wird zwischen dem Ausgang der Verbrennungskammer und dem Eingang des Adsorptionsfilters eine Kühlanordnung vorgesehen. Diese besteht vorzugsweise aus einem Durchlaufkühler und einem in einem Nebenkreis regelbar angeordneten Rieselkühler.

Zur genauen und schnellfolgenden Temperatursteuerung des Gases wird vorgeschlage.i, daß ein Temperaturfühler am Eingang des Adsorptionsfilter angeschlossen ist, der die Leistung der Kühlanordnung für das in das Adsorptionsfilter einströmende Spülgas steuert. Als weitere vorteilhafte Steuerungsmaßnahme wird vorgeschlagen, daß ein Fühler zur Durchführung der Gasanalyse der Verbrennungskammer mit einer zusätzlichen Luftzuführung in die Verbrennungskammer über einen ersten Reg.-lkreis und ein weiterer Fühler für die Temperatur der Verbrennungsgase zur Steuerung des Gasflusses in die Eingangsleitung im Bereich der Verbrennungskammer als zweiter Regelkreis vorgesehen sind.

Die Erfindung wird an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Kreislauf-Schaubildes erläutert.

Den Mittelpunkt der Anlage bildet eine Verbrennungskammer 1. An der Stirnseite der Verbrennungskammer ist ein Brenner 2 angebracht. Größenordnungsmäßig kann der Brenner beispielsweise eine Kapazität von zwischen 200 und 1000 Nm³Zh inertisiertes Spülgas haben. Das produzierte Spülgas hat maximal einen Gehalt von 0,5 Vol.% Sauerstoff und einen Rußgehalt- gemessen nach Bacharach - von Null. Dem Brenner werden über Leitungen 3, 4, 5 Heizöl, Verbrennungsluft bzw. Zerstäubungsluft zugeleitet. Die Funktion des Brenners ist aus der eingangs genannten Patentschrift der Anmelderin bekannt. Die Zuleitungen 3, 4, 5 werden über Drosselventile 6, 7, 8 gesteuert, und zwar über einen Umschalt-KontroIIschalter 9, der einem Temperatur-Meßfühler 10 nachgeschaltet ist. Der Meßfühler 10 ist an den Ausgang der Brennkammer 1 geschaltet. Die Brennkammer, die mit Edelstahl ausgekleidet ist, besitzt zur Überwachung einen Flammenwächter 11 sowie einen weiteren Eingang 12, in den eine Leitung 13 mündet, die bei einem Drosselventil 14 beginnt. V/eiterhin ist ein Eingang 15 vorgesehen, der weitere, nicht über den Brenner 2 geführte Verbrennungsluft in die Kammer 1 einläßt. Die Luft wird über ein Gebläse 16 gefördert, wobei die zeitliche Fördermenge über ein Drosselventil 18 steuerbar ist. Das Drosselventil 18 wird über einen Meßfühler 17 (OyAnalysator) in seinem Querschnitt verändert. Damit kann in die Kammer 1 gelangende Luft, die nicht über den Brenner geführt wird, geregelt werden.

An die Brennkammer 1 und deren Ausgang 20 schließt sich eine Leitung 21 an, die durch einen Durchlaufkühler 23 geführt ist. Dem Kühler 23 wird über einen Kühlwasservorrst über eine Leitung 24 Kühlwasser zugeführt. Am Ende der Leitung 21, hinter dem Kühler 23, 'liegt ein Verzweigungsveniii 25, das mit Hilfe eines Temperaturfühlers 26 und 26' steuerbar ist. Durch das Ventil 25 kann, je nach Stel lung, ein Teil des aus der Kammer 1 fließenden Verbrennungsgases (Spülgases) in die Leitung 28 einfließen. Von hier aus gelangt das Spülgas durch einen Rieselkühler 29. Es wird dort über einen Tropfenabscheider 30 über Kopf abgezogen und gelangt wieder in die Leitung 21', die hinter dem Verzweigungsventil 25 beginnt. Für den Ablaß von überschüssigem Gas,

") insbesondere bei Überdruck, ist eine Überschußleitung 31 vorgesehen. Die Leitung 21' gelangt über ein Notabschaltventil 32 in einen Verzweigungspunkt 33, der in eine Leitung 34 mündet. Diese Leitung bildet den Eingang zu einem AktivkohJe-Adsorptionsfilter

π 35. Dieses hat beispielsweise ein Volumen von 3 m³. Aus ihm wird über eine Leitung 36 das Gas abgezogen und gelangt, je nach Ventilstellung der beiden Ventile 37 und 38, in den Nutzkreislauf oder in den Regenerierungskreislauf, beginnend mit der Leitung 39. Die

-'» Leitung 39 führt zu dem Drosselventil 14, womit der Kreislauf zum Regenerieren der Aktivkohle geschlossen ist. Der eigentliche Arbeitskreislauf für den Aktivkohle-Adsorptionsfilter 35 ist durch die Ventile 38, 40 und die Leitungen 41, 42 angedeutet.

-"> Die Funktion des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der Vorrichtung ist wie folgt:

Während des normalen Betriebs wird durch den Adsorptionsfilter 35 ein Gasstrom geleitet, der mit bestimmten Verunreinigungen, beispielsweise orga-

S" nischen Lösungsmitteln, belastet ist. Die organischen Lösungsmittel werden von der Aktivkohle adsorbiert und verbleiben dort. Der gereinigte Gasstrom wird über die Leitung 41 abgezogen und ständig, beispielsweise durch einen Gaschromatographen GC, über-

r, wacht. Nach Erschöpfung der Aktivkohle wird von dem Gaschromatographen ein Signal abgegeben, das die Beladung des Filters anzeigt. Jetzt wird der Gasstrom, der durch das erste Filter geleitet wird, abgeschaltet. Es beginnt nunmehr die Regeneration. Übli-

4Ii cherweise wird zu diesem Zeitpunkt ein weiteres Adsorptionsfilter in den Reinigungskreis eingeschaltet, das in Reserve gehalten wird, so daß die eigentliche Gasreinigung kontinuierlich fortgesetzt werden kann. In der Zeichnung ist jedoch nur ein Adsorp-

r, tionsfilter dargestellt.

Um die Regeneration einzuleiten, wird zunächst der Brenner 2 eingeschaltet. Das erzeugte Gas wird aus der Kammer 1 abgezogen, über den Kühler 23 geleitet und gelangt bei entsprechender Ventilstellung

"in des Ventils 25 in den zweiten Kühlkreislauf mit dem Rieselkühler 29. Zu Anfang wird das Gas zunächst, bis es die richtige Temperatur und Zusammensetzung hat, abgeblasen, und zwar über die Leitung 31 mit Ventil 31'.

υ Die Beendigung der Anfangsphase wird dadurch festgestellt, daß der Temperaturfühler 10 im Bereich des Ausganges 20 eine Temperatur von etwa 800 bis 850° C feststellt. Wenn diese Temperatur gegeben ist und der Sauerstoffgehalt mit Hilfe des Gebläses 16

wi auf 0,5 bis 1 % eingestellt ist, ist die Anfangsphase beendet. Zu diesem Zeitpunkt wird das Ventil 31' geschlossen. Es ist mit einer Überdrucksteuerung versehen, die beispielsweise erst bei einem Druck von 200 mm H₂O-Saule einschaltet.

h-, Das Gebläse 45 in der Leitung 39 wjrd jetzt eingeschaltet. Zunächst wird auch das Drosselventil 14 auf einen relativ geringen Durchlaß gestellt. In dem Kreislauf befuiuct Sich jetzt ein Spülgas, das CiPC

Temperatur von etwa 30° C hat. Dieses Gas wird durch die Aktivkohle hindurch gezogen und gelangt über die Leitung 13 in die Brennkammer. Die brennbaren Desorbate werden verbrannt. Die beschriebene Anfangsphase umfaßt auch, daß das Aktivkohlefilter durch das hindurchströmende Gas »inertisiert« wird. Es wird im wesentlichen eine Art Schutzgas durch das Filter hindurchgedrückt, so daß alle Fremdgase, insbesondere Sauerstoff, bei einer niedrigeren Temperatur ausgetrieben werden. Das ist deshalb wichtig, weil bei Erwärmung des Aktivkohlefilters auf keinen Fall Sauerstoffreste im Umlaufgas verbleiben dürfen, um die Aktivkohle nicht zu oxidieren.

Nach Beendigung der Anfangsphase wird das sich im Kreislauf befindliche Spülgas schrittweise erwärmt. Über eine Programmsteuerung 46, die einerseits von dem Temperaturfühler 26 beaufschlagt und andererseits den Regler 26' betätigt, wird das Ventil 25 so gestellt, daß immer weniger Inertgas in den Rieselkühler-Kreislauf gelangt. Schließlich wird die maximal eingestellte Temperatur erreicht. Anschließend erfolgt das Zurückfahren, d. h. die Temperatur wird wieder erniedrigt.

Bei der Regenerierung werden in Abhängigkeit von der Temperatur mehr oder weniger große Mengen brennbaren Lösungsmittels aus dem Aktivkohlebett herausgezogen. Diese gelangen über die Leitung 13 in den Reaktor und geben bei der Verbrennung Wärme ab. Gleichzeitig beeinflußt die Verbrennung der Lösungsmittel den Sauerstoffgehalt, der durch den Fühler 17 gemessen wird. Es ergeben sich demnach ständig zwei Meßwerte: Der Sauerstoffgehalt (Fühler 17), die Temperatur (Fühler 10).

Wird die gemessene Temperatur zu hoch, dann bedeutet das, daß erhöhte Lösungsmittelmengen anfallen. Über den Regler 9 wird dann die Drosselklappe 14 weiter geöffnet, so daß größere Mengen an Spülgas durch das Aktivkohlebett hindurchgeleitet werden. Der spezifische Lösungsmittelanteil wird dadurch verringert. Die Temperatur in der Verbrennungskammer wird erniedrigt. Erhöht sich trotzdem die Temperatur weiterhin, so wird die Drossel 14 bis zu einem Maximalpunkt geöffnet. Anschließend wird durch den Regler 9 der Regelmechanismus des Brenners 1 beeinflußt. Die Kapazität des Brenners wird herabgesetzt, d. h. es werden die Ventile 6, 7, 8 so betätigt, daß weniger Brennstoff verbrannt und die Temperatur dadurch in der Kammer herabgesetzt wird.

Falls die Temperatur am Ausgang der Brennkammer trotzdem weiter steigt, so wird über den Regler 9 das Drosselventil 14 teilweise geschlossen und damit der Spülgasstrom gedrosselt. Damit gelangt weniger verbrennbares Desorbat in die Brennkammer 1, so daß die Temperatur nicht weiter steigen kann.

Wird gemäß Programmsteuerung eine Temperatur von 400° C am Eingang des Filters erreicht, so ist der Regenerierungsprozeß an seinem Höhepunkt angelangt, hs sind etwa 90 Minuten bei einem Bett von ungefähr 3 m³ vergangen. Bei dieser Temperatur wird "· angenommen, daß die Desorbate aus dem Bett praktisch entfernt sind. Die Maximaltemperatur wird über eine Zeit von etwa 20 bis 30 Minuten gehalten, bis Sicherheit besteht, daß anschließend keine Desorbate mehr vorhanden sind, die mit Hilfe des Verfahrens

"> ausgetrieben werden können.

Nach Beendigung der Regenerationsphase kann die Temperatur wieder heruntergefahren werden. Hierzu steuert die Programmsteuerung 46 entsprechend der in der Leitung 21' gemessenen Temperatur das Ventil

i> 25 so, daß eine immer größer werdende Gasmenge durch den Rieselkühler geschickt wird und damit abgekühlt wird. In dieser Abkühlungsphase ist nicht mehr erforderlich, daß der Brenner 1 noch Desorbate verbrennt. Er kann deshalb auf niedrigster Kapazität

:<\ gefahren werden, um zu verhindern, daß Sauerstoff in das System gerät. Hierzu wird das Drosselventil 14 auf vollen Durchlaß eingestellt, so daß ein möglichst großer Gasstrom hindurchgeschicki wird.

Steigt bei dem am Ausgang des Filters liegenden

2i Temperaturfühler 19 die Endtemperatur von beispielsweise 30° C wieder an, so ist die Regeneration beendet. Das Ventil 32 wird geschlossen, das Gebläse 45 und der Brenner 1 werden abgestellt.

Wie aus dem Vorstehenden ersichtlich, können alle

«ι Phasen und Brennvorgänge mit einer einzigen Verbrennungskammer durchgeführt werden. Brenner und Brennkammer übernehmen demnach drei Aufgaben:

a) Erzeugung des Spüigases zur Befreiung von ;") Sauerstoff;

b) Erzeugung eines Trägergases für die Desorbate;

c) Verbrennung der Desorbate.

Der Kühler 23 ermöglicht dabei, daß das Ventil 25 nicht auf die maximale Brennkammertemperatur

in abgestimmt werden muß. Der Kühler 23 sorgt vielmehr dafür, daß jeweils eine geringere Temperatur eingehalten wird, wie sie dem Verfahren für die Regeneration entspricht. Die sich im System befindende Gasmasse wird durch das Ventil 14 in einfacher Weise 5 beeinflußt. Dadurch kann die Wärmekapazität gering gehalten werden, die von der Verbrennungskammer aufgebracht werden muß. Die Temperatur in der Kammer selber ist relativ gering (etwa 800° C). Sie kann mit Edelstahl ausgekleidet und mit Steinwolle

ίο isoliert werden. Der Verbrauch an Brennstoff ist relativ gering, da die Desorbate mitverwendet werden.

Es ist auch möglich, daß Inertgas zusammen mit den Desorbaten über einen Abstreifer zu schicken, um die Desorbate wenigstens teilweise wiederzugewinnen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Reinigung eines Gasstromes von verbrennbaren Verunreinigungen mit Hilfe von mindestens einem Adsorptionsfilter, bei dem das Adsorptionsfilter nach Erreichen einer bestimmten Beladung mit einem im Kreislauf über eine Verbrennungskammer und das Adsorptionsfilter geführten Spülgas desorbiert wird und das mit dem Spülgas abgeführte Desorbat in der Verbrennungskammer verbrannt wird, dadurch gekennzeichnet, daß in der Verbrennungskammer neben dem Desorbat gesteuert zugeführte Kohlenwasserstoffe verbrannt werden.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrenrgemäß Anspruch 1, bei der sich in einer Kreislaufanordnung eine Verbrennungskammer und mindestens ein Adsorptionsfilter befinden, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungskammer (1) mit einem für die Verbrennung von Kohlenwasserstoffen geeigneten Brenner (2) ausgestattet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ausgang (20) der Verbrennungskammer (1) und dem Eingang (34) des Adsorptionsfilters (35) eine Kühlanordnung vorgesehen ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß dke Kühlanordnung aus einem Durchlauf kühler (23) und einem in einem Nebenkreis regelbar angeordneten Rieselkühler (29) besteht.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Temperaturfühler (26) am Eingang (34) des Adsorptionsfilters (35) angeschlossen ist, der die Leistung der Kühlanordnung für das in das Adsorptionsfilter einströmende Spülgas steuert.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2-5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Fühler (17) zur Durchführung der Gasanalyse der Verbrennungskammer (1) mit einer zusätzlichen Luftzuführung in die Verbrennungskammer über einen ersten Regelkreis und einen Fühler (10) für die Temperatur der Verbrennungsgase zur Steuerung des Gasflusses in die Eingangsleitung im Bereich der Verbrennungskammer als zweiter Regelkreis vorgesehen sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Fühler (10) ein in die Eingangsleitung (39) eingebautes Drosselventil (14) steuert.