DE2921560A1 - Verfahren und vorrichtung zum entfernen bzw. desorbieren von in sorptionsmaterialien adsorbierten bestandteilen gasfoermiger medien - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum entfernen bzw. desorbieren von in sorptionsmaterialien adsorbierten bestandteilen gasfoermiger medien

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Description

2821560
KERNFORSCHUNGSZENTRUM Karlsruhe, den Io.April 1979
KARLSRUHE GMBH PLA 7912 Sdt/str
Verfahren und Vorrichtung zum Entfernen bzw. Desorbieren von in Sorptionsmaterialien adsorbierten Bestandteilen gasförmiger Medien
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030049/0333
Beschreibung:
,Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entfernen bzw. Desorbieren von in Sorptionsmaterialiaiadsorbierten Bestandteilen gasförmiger Medien, wobei die Adsorbermaterialien hintereinander von dem gasförmigen Medium durchströmten Filterbetten untergebracht sind. Das Verfahren soll sich insbesondere auf zwei Filterbetten beziehen. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem oder mehreren Mehrschichtfiltergehäusen, in welchen der Luftstrom je einmal durch mindestens zwei Filterbetten oder mindestens zweimal an hintereinander liegenden Stellen durch dasselbe Filterbett geleitet istund das oder die Filtergehäuse mit Zu- und Abluftöffnungen bzw. Gasstromumlenkungseinrichtungen versehen sind.
Bei der Desorption von in Filtermaterialien adsorbierten Stoffen x^erden vorzugsweise dem Sorptionsverlauf alle adsorbierten Stoffe aus dem Filterbett getrieben. Das bedeutet für die am Ende des Filterbettes in Strömungsrichtung gesehen eingelagerten Stoffe einen sehr langen Weg durch das gesamte Filterbett, d.h. eine sehr lange Desorptionszeit mit hohem Energiebedarf. Eine Verbesserung durch Teildesorption ist nur ein unvollkommener Schritt zur Lösung dieses Problems, ebenso Druck- und Temperaturänderungen im Spülgas während der Desorption.
Aus der DT-OS 26 26 893 ist ein solches Verfahren zur Abtrennung von Gas oder Dämpfen, die sich in einem Trägergas befinden durch Adsorption an einem Adsorbens bekannt. Dabei werden eine Mehrzahl von einzelnen Filterstufen in einem Gehäuse parallel geschaltet. Zur Desorption wird das Desorptionsmittel hintereinander durch alle Filterstufen geführt. Bei diesem Verfahren ist besonders nachteilig, daß das desorbierte Medium durch alle Schichten hintereinander getrieben wird, was einen hohen Druckverlust und damit vermehrten Energieaufwand bedeutet. Darüberhinaus wird bei der Teildesorption eine größere Bettiefe als normalerweise benötigt, um die Adsorptions- Desorptionsfront
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verschieben zu können. Dadurch wird der Druckverlust für Gas- und 'Spülmedium weiter erhöht.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, ein verbessertes Desorptions- bzw. Adsorptionsverfahren anzugeben, bei dem einerseits das Filtermaterial besser ausgenutzt werden kann und andererseits der Energiebedarf bei der Desorption verringert wird. Weiterhin ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung anzugeben, mit der ein solches aufgabengemäßes Desorptions- bzw. Adsorptionsverfahren bei einer mehrstufigen Pilterbettordnung durchgeführt werden kann.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung bei einem Verfahren der eingangs angegebenen Art bezüglich der Verfahrensaufgabenstellung vor, daß jedes Filterbett bzw. jede Sorptionsmaterialschicht im Gegenstrom zu der Adsorptionsrichtung für sich allein von dem Desorptionsmittel bzw. Spülgas durchströmt wird. Eine besonders vorteilhafte Ausbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei zwei Filterbetten besteht darin, daß zuerst das als erstes vom gasförmigen Medium durchströmte Filterbett nach seiner Beladung desorbiert bzw. mit dem Spülgas beaufschlagt wird, daß anschließend das gasförmige Medium in umgekehrter Richtung durch die beiden Filterbetten zur Adsorption der zu adsorbierenden Bestandteile geführt wird und daß anschließend das früher als zweites und nunmehr als erstes durchströmte ehemalige zweite Filterbett nach seiner Beladung mit den besagten Bestandteilen von dem Desorptionsmittel bzw. Spülgas zur Desorption durchströmt wird.
Bezüglich der Lösung der Vorrichtungsaufgabe schlägt die Erfindung bei einer Vorrichtung der eingangs erwähnten Art vor, daß in dem Gaskanal zwischen den Filterbetten bzw. Durchströmungsstellen durch das Filterbett eine Abzweigungsleitung vorhanden ist, die an eine, den Gaseinlaß mit dem Gasauslaß
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am Filtergehäuse verbindende Bypassleitung angeschlossen ist, daß der Gaseinlaß- sowie der Gasauslaßkanal von den Filterbetten ausgesehen hinter den Anschlüssen der Bypassleitung absperrbar und daß die Bypassleitung an je eine Zu- und Ableitung für das Desorptionsmittel bzw. Spülgas angeschlossen ist. Dabei ist von Vorteil, daß in die Bypassleitung Absperrorgane eingesetzt sind, mittels welcher diese gegenüber dem Ab- und Zuluftkanal und gegenüber der Abzweigungsleitung absperrbar ist und daß in die Bypassleitung Absperrorgane eingesetzt sind, mittels welcher in Verbindung mit den Absperrorganen des Gaseinlaß- bzw. Gasauslaßkanals der Duchgang durch eines der Filterbetten jeweils abschaltbar und der Durchlass des anderen Filterbettes jeweils zuschaltbar is:t, sowie die Bypassleitung selbst mit der Zu- und Ableitung für das Desorptionsmittel bzw. Spülgas verbindbar ist. Letztlich schlägt die Erfindung eine Vorrichtung für das besonders vorteilhafte Desorptionsverfahren vor, bei welcher ein Verbindungskanal zwischen Gaseinlaß- und Gasauslaßkanal vorhanden ist, in welchen ein Absperrorgan geschaltet ist, mittels welchen in Verbindung mit den Absperrorganen des Gaseinlaß- bzw. Gasaulaßkanals die Durchströmungsrichtung durch die Filterbetten umkehrbar ist und daß die Bypassleitung eine weitere,absperrbare Verbindungsleitung zum Gasauslaßkanal aufweist, sowie die Abzwexgungslextung und die Verbindungsleitungen zu dem Bypasskanal mittels Ventilen ebenfalls absperrbar sind.
Weitere Einzelheiten bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens und der dazu geeigneten Vorrichtung werden im folgenden anhand der schematischen Figuren 1 u.2 beispielhaft näher erläutert.
Die Figur 1 zeigt übereinander drei zweistufige Filteranlagen bzw. Filter mit je zwei hintereinander geschalteten Filterbetten in drei verschiedenen Schaltstufen und
die Figur 2 übereinander vier zweistufige Filterbetten mit
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Strömungsumkehr des Gases in vier verschiedenen Schaltstufen A bis D.
In der Figurlist mit I das jeweils erste und mit II das zweite Filterbett/ bezogen auf die Durchströmungsrichtung des zu reinigenden Gasstromes 1 bezeichnet. Der Gasstrom 1 wird den Filtern I und II über den Zuluftkanal 2 zugeführt und von ihnen mittels des Abluftkanals 3 abgeleitet. Die Verbindung zwischen den Filtern I und II besteht aus dem Verbindungskanal 4. Von oben nach unten sind drei zweistufige Filteranlagen schematisch gezeichnet. Bei der oberen wird der Gasstrom 1 mit den zu adsorbierenden Stoffen durch beide Filter I#11 geleitet, alle Spülbzw. Desorptxonslextungen sind geschlossen. In der mittleren Darstellung wird das Filter II im Gegenstrom desorbiert. Der Durchgang durch das Filter I ist gesperrt und in der unteren Darstellung wird das Filter I desorbiert, wobei das Filter II gesperrt ist.
Um diese Funktionen zu erzielen, sind nun verschiedenen zusätzliche Absperrorgane und Leitungen notwendig. Der Gaseinlaß 5 des Zuluftkanals 2 ist mittels eines Absperrorganes 6 und der Gasauslaß 7 zum Abluftkanal 3 mittels eines Absperrorganes 8 absperrbar. Zwischen Gaseinlaß 5 und Gasauslaß 7 ist eine Bypassleitung 9 geschaltet, die die Filter I und II umgeht. Der Anschluß der Bypassleitung 9 erfolgt zwischen Filter I und Ventil 6, bzw. Filter II und Ventil 8. In diese Leitung 9 sind die vier Absperrventile lo,ll,12 und 13 eingesetzt.Zwischen den Ventilen 11 und 12 ist die Bypassleitung 9 an den Verbindungskanal 4 zwischen den Filterstufen I und II mittels des Kanales 18 angeschlossen. Zwischen den Ventilen 12 und 13 ist eine Zuleitung 14 zu dem Spül- bzw. Desorptionsmittelzufuhrkanal 15 vorhanden. Ebenso ist eine Ableitung 16 zwischen den Ventilen Io und 11 zu dem Ableitkanal 17 für das Desorptionsgas 19 vorhanden.
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In den drei übereinander dargestellten Schaltungen der Filterstufen I und II sind alle gleichen Teile sowie Leitungen und Ventile mit gleichen Bezugszeichen versehen, bei den Ventilen ist die Schaltstellung "Zu" durch einen Querstrich relativ zur Leitung die Schaltstellung "Auf" durch einen Längsstrich relativ zur Leitung symbolisiert.
Der Adsorptionszyklus für das zu reinigende Gas 1 wird oben durch Öffnen der Ventile 6 und 8, sowie Schließen der Ventile Io bis 13 erzielt. Hier erfolgt kein Durchfluß durch die Bypassleitung 9 sowie die Abzweigung 18.
In der Mitte wird das Desorptionsmittel 19 durch die Stufe II im Gegenstrom geleitet und über die Leitung 18,16 abgeführt. Dazu werden die Ventile 6,8,12 und Io gesperrt, die Ventile und 13 geöffnet. Ab- und Zuluft 5 und 7 bleiben geschlossen. In der unteren Darstellung wird das Desorptionsmittel jetzt durch das Filterbett I geleitet, das Filterbett II bleibt abgesperrt. Dazu werden die Ventile 6,8,11 und 13 geschlossen, Io und 12 bleiben jedoch geöffnet.
Mit dieser Schaltung der Filteranlagenkanäle ist es nun möglich, ein stufenweises Desorptionsverfahren für jede einzelne Filterstufe in beliebiger Reihenfolge durchzuführen, wobei jede einzelne Filterstufe bzw.jedes einzelne Filterbett für sich allein desorbiert werden kann. Das Verfahren erfolgt vorzugsweise im Gegenstrom zu der Beladerichtung, es ist jedoch auch in umgekehrter Richtung möglich.
Die Figur 2 zeigt nun eine erweiterte Variante des erfindungsgemäßen Desorptionsverfahren bzw. die dazu geeignete Filterkanalanordnung mit den entsprechenden Armaturen. Die Besonderheit gegenüber der Figur 1 besteht nun darin, daß'zwischen den stufenweisen bzw. abschnittsweisen Desorptionsschritten der einzelnen Filterstufen I und II die Strömungsrichtung des zu reinigenden Gasstromes 1 umgekehrt wird, d.h. in einem weiteren Zyklus wird durch Umschalten das Filterbett I zuerst und das Filterbett II zuletzt durchströmt. Die Figur beinhaltet natürlich auch das Verfahren nach der Figur 1.
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In der Figur 2 sind alle Ventile und Leitungen sowie die Filterbetten, die denen in der Figur 1 entsprechen, mit denselben Kennziffern versehen. Die Erläuterungen bzw. Ausführungen zu der Figur 1 entsprechen den gleichen Bezeichnungen wie die der Figur 2. Zusätzliche Elemente sind mit weiteren zusätzlichen Kennziffern versehen.
Solches, zusätzliches Element ist eine weitere Umgehungsleitung bzw. der Verbindungskanal 29 mit dem eingeschalteten Absperrorgan 2o, welche den Zulaufkanal 2 mit dem Gasauslaß 7 verbindet. Ferner hat die Bypassleitung 9 neben der Verbindung 14 zum DesorptionsgasZuführungskanal 15, zwischen den Ventilen 12 und 13 eine weitere Verbindungsleitung 21 mit Absperrorgan 22 zum Gasabfuhrkanal 3, die für die Umlenkung des zu adsorbierenden Gasstromes 1 durch die Filterbetten I und II in umgekehrter Richtung benötigt wird.
Zusätzlich zu der Anlage nach Figur 1 sind weiterhin noch drei zusätzliche Ventile 23,24 und 25 in die Leitungen 14,18 und 16 eingesetzt, die ebenfalls zur Strömungsumkehr den Filterbetten I und II geschaltet bzw. gesperrt werden müssen.
Die Adsorptions- und Desorptionszyklen gemäß der vorgeschlagenen Erfindung erfolgen nun wie angegeben:
In A werden die Filterbetten I und II hintereinander vom Gas 1 zur Adsorption im ersten Adsorptionszyklus durchströmt. Alle Ventile bis auf 6 und 8 sind geschlossen.
Ist das Filterbett I voll mit den zu adsorbierenden Schadstoffen beladen und das Filterbett II teiLbeladen, so wird gemäß B das Filterbett I im ersten Desorptionszyklus voll desorbiert und das Filterbett II abgesperrt. Dazu sind die Ventile 6,8,11,13,2ο und 22 geschlossen, die Ventile 23,12,24,Io und 25 jedoch geöffnet.
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Ist das Filterbett I voll desorbiert, so wird auf dem zweiten, umgekehrten Adsorptionszyklus mit Beaufschlagung der Filterbetten von I nach II gemäß C umgeschaltet. Dabei wird das zunächst nur teilbeladene Filterbett II voll beladen bzw. adsorbiert voll und das ehemalig zuerst durchströmte Filterbett I wiederum nur teilbeladen. Dazu sind die Ventile 2o, lo, 11, 12 und 22 (immer in Strömungsrichtung des zu reinigenden Gases 1 gesehen) geöffnet, und die Ventile 6,25,24,13,8 und 23 jedoch geschlossen.
Ist jetzt das Filterbett II nunmehr voll mit den zu adsorbierenden Stoffen beladen, so wird es gemäß D im zweiten Desorptionszyklus desorbiert, wobei das Filterbett I abgesperrt bleibt. Dazu werden die Ventile 23,13,24,11 und 25 (in Strömungsrichtung des Desorptionsgases 19 gesehen) geöffnet, die Ventile 22,12,2ο, Io und 6 jedoch geschlossen.
Danach beginnt wie oben angegeben, wiederum der erste Adsorptionszyklus gemäß A usw.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch für Filteranlagen angewendet werden, bei denen die Filterbetten nicht in getrennt durchströmten Gehäusen untergebracht sind, sondern bei welchen ein vertikales Filterbett vorhanden ist, bei welchem durch Gasstromumlenkung das gleiche Bett mehrmals übereinander an verschiedenen Stellen durchströmt wird. Die Gaskanäle bzw. Leitungen und VentilStellungen bleiben dabei prinzipiell dieselben.
Der besondere Vorteil des erfindungsgemäß angegebenen Verfahrens bzw. der dazu geeigneten Vorrichtung besteht in der Verkürzung der Desorptionszeit durch die schrittweise Desorption. Besonders günstig ist dabei der geringe Druckverlust für das Spülgas, das geringe benötigte Spülgasvolumen mit der entsprechend geringer einzusetzenden Energie bei verbesserter Desorptionswirkung. Darüberhinaus wird die Beladung des Filters bei der Desorption nicht mehr durch das ganze Filterbett mit den damit verbundenen Verlusten geschleppt.
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Claims (6)

KERNFORSCHUNGSZENTRUM Karlsruhe, den Io.April 1979 KARLSRUHE GMBH PLA 7912 Sdt/str Patentansprüche:
1. Verfahren zum Entfernen bzw. Desorbieren von in Sorptionsmaterial adsorbierten Bestandteilen gasförmiger Medien, wobei die Sorptionsmaterialien in hintereinander von dem gasförmigen Medium durchströmten Filterbetten untergebracht sind, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Filterbett bzw. jede Sorptionsmaterialschicht im Gegenstrom zu der Adsorptionsrichtung für sich allein von dem Desorptionsmittel bzw. Spülgas durchströmt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 für vorzugsweise zwei Filterbetten, dadurch gekennzeichnet, daß zuerst das als erstes vom gasförmigen Medium durchströmte Filterbett nach seiner Beladung desorbiert bzw. mit dem Spülgas beaufschlagt wird, daß anschließend das gasförmige Medium in umgekehrter Richtung durch die beiden Filterbetten zur Adsorption der zu adsorbierenden Bestandteile geführt wird und daß anschließend das früher als zweites und nunmehr als erstes durchströmte ehemalige zweite Filterbett nach seiner Beladung mit den besagten Bestandteilen von dem Desorptionsmittel nach seiner Beladung mit den besagten Bestandteilen von dem Desorptionsmittel bzw. Spülgas zur Desorption durchströmt wird.
3. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch 1 in einem oder mehreren Mehrschichtfiltergehäusen, in welchem der Luftstrom je einmal durch mindestens zwei Filterbetten oder mindestens zweimal an hintereinander liegenden Stellen durch dasselbe Filterbett geleitet ist und das oder die Filtergehäuse mit Zu- und Abluftöffnungen bzw. Gasstromumlen-
kungseinrichtungen versehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß in den Gaskanal (4) zwischen den Filterbetten (I u.II) bzw. Durchströmungsstellen durch das Filterbett eine Abzweigungsleitung (18) vorhanden ist, die an eine, den Gaseinlaß <5) mit dem Gasauslaß (7) am Filtergehäuse verbindenen Bypass-
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leitung (9) angeschlossen ist, daß der Gaseinlaß- (5) sowie der Gasauslaßkanal (7) von den Filterbetten (I u.II) aus gesehen hinter den Anschlüssen der Bypassleitung (9) absperrbar und daß die beiden Bypassleitungen (9) an je eine Zu- (14) und Ableitung (16) für das Desorptionsmittel bzw. Spülgas (19) angeschlossen ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in die Bypassleitung (9) Absperrorgane (lo,11,12,13) eingesetzt sind, mittels welcher diese gegenüber dem Ab- und Zuluftkanal (7,3 bzw. 5,2) und gegenüber der Abzweigungsleitung (18) absperrbar ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß in die Bypassleitung (9) Absperrorgane (lo,11,12,13) eingesetzt sind, mittels welcher in Verbindung mit den Absperrorganen (6,8) des Gaseinlaß- bzw. Gasauslaßkanales (5,7) der Durchgang durch eines der Filterbetten (I u.II) jeweils abschaltbar und der Durchlaß des anderen Filterbettes jeweils zuschaltbar ist, sowie die Bypassleitung (9) selbst mit der Zu- und Ableitung (14 und 16) für das Desorptionsmittel bzw. Spülglas (19) verbindbar ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 3 bis 5 zur Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Verbindungskanal (29) zwischen Gaseinlaß (2,5) und Gasauslaß (7) vorhanden ist, in welchen ein Absperrorgan (2o) geschaltet ist, mittels welchem in Verbindung mit den Absperrorganen des Gaseinlaß- bzw. Gasauslaßkanals (6,8) die Durchströmungsrichtung durch die Filterbetten (I u.II) umkehrbar ist und daß die Bypassleitung (9) eine weitere, absperrbare Verbindungsleitung (21) zum Gasauslaßkanal (3) aufweist, sowie die Abzweigungsleitung (18) und die Verbindungsleitungen (14,16) des Bypasskanales (9) mittels Ventilen(24,23,25) ebenfalls absperrbar sind.
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