DE2921560C2

DE2921560C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Entfernen bzw. Desorbieren von in Sorptionsmaterialien absorbierten Bestandteilen gasförmiger Medien

Info

Publication number: DE2921560C2
Application number: DE19792921560
Authority: DE
Inventors: Manfred 7514 Eggenstein-Leopoldshafen Ohlmeyer
Original assignee: Kernforschungszentrum Karlsruhe GmbH
Current assignee: Forschungszentrum Karlsruhe GmbH
Priority date: 1979-05-28
Filing date: 1979-05-28
Publication date: 1986-07-10
Also published as: CH650163A5; BE883362A; DE2921560A1; GB2049467A; GB2049467B

Description

Darüber hinaus wird die Beladung des Filters bei der Desorption nicht mehr durch das ganze Filterbett mit den damit verbundenen Verlusten geschleppt Letztlich führt die Erfindung dadurch zu einer besseren Ausnützung des Filtermaterials,.

Weitere Einzelheiten bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens und der dazu geeigneten Vorrichtung werden im folgenden anhand der schematischen F i g. 1 und 2 beispielhaft erläutert Die

F i g. 1 zeigt übereinander drei zweistufige Filteranlagen bzw. Filter mit je zwei hintereinander geschalteten Filterbetten in drei verschiedenen Schaltstufen, und die

F i g. 2 übereinander vier zweistufige Filterbetten mit Strömungsumkehr des Gases in vier verschiedenen Schaltstufen A bis D.

In der F i g. 1 ist 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 Verbindungskanai 4. Von oben nach unten sind drei zweistufige Filteranlagen seriematisch gezeichnet. Bei der oberen wird der Gasstrom i mit den zu adsorbierenden Stoffen durch beide Filter I₁II geleitet, alle Spül- bzw. Desorptionsleitungen 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 !st

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 S geschaltet, die die Filter ! und H 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 10,11, 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 10 und 11 zu dem Ableitkanal 17 für das Desorptionsgas 19 vorhanden.

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 10 bis 13 erzielt. Hier erfolgt kein Durchfluß durch die Bypassleitung 9 sowie die Abzweigung 18.

In der Mitte wird das Desorptionsmitte! 19 durch die Stufe II im Gegenstrom geleitet und über die Leitung 18,16 abgeführt. Dazu werden die Ventile 6,8,12 und 10 gesperrt, die Ventile 11 und 13 geöffnet. Ab- und Zuluft 5 und 7 bleiben geschlossen. In der unteren Darstellung wird das Desorpuonsmittel jetzt durch das Filterbett I geleitet, das Filterbett II bleibt abgesperrt. Dazu werden die Ventile 6, 8, 11 and 13 geschlossen, 10 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.

ίο Die Fig.2 zeigt nun eine erweiterte Variante des erfindungsgemäßen Desorptionsverfahren bzw. die dazu geeignete Filterkanalanordnung mit den entsprechenden Armaturen. Die Besonderheit gegenüber der F i g. 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 Fig. 1.

in der F i g. 2 sind alle Ventile und L Ölungen sowie die Filterbetten, die denen in der Fig. 1 entsprechen, mit denselben Kennziffern versehen. Die Erläuterungen bzw. Ausführungen zu der F i g. 1 entsprechen den gleichen Bezeichnungen wie die der F i g. 2. Zusätzliche Elemente sind mit weiteren zusätzlichen Kennziffern versehen.
Solches, zusätzliches Element ist eine weitere Umgehungsleitung bzw. der Verbindungskanal 29 mit dem eingeschalteten Absperrorgan 20, 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 Füterbetten I und II in umgekehrter Richtung benötigt wird.
Zusätzlich zu der Anlage nach Fig. 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 Il geschaltet bzw. gesperrt werden müssen.

Die Adsorptions- und Desorptionszykleii 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 Il teilbeladen, so wird gemäß B das Filierbett I im ersten Desorptionszyklvi voll desorbiert und das Filterbett II abgesperrt.

Dazu sind die Ventile 6,8,11,13,20 und 22 geschlossen, die Ventile 23,12, Ά, 10 und 25 jedoch geöifsst.

Ist das Filterbett I voll desorbiert, so wird auf dem zweiten, umgekehrten Adsorptionszyklus mit Beaufschlagung der Füterbetten von 1 nach II gemäß Cumgeschaltet. 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 20, 10, 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.

1st jetzt das Filterbett II nunmehr voll mit den zu adsorbierenden Stoffen beladen, so wird es gemäß Dim

zweiten Desorptionszyklus desorbicrt, 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 22,12,20,10 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 welchem 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.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Entfernen bzw. Desorbieren von in Sorptionsmaterial adsorbierten Bestandteilen gasförmiger Medien, wobei die Sorptionsmaterialien in hintereinander von dem gasförmigem Medium durchströmten Filterbetten untergebracht sind, und einzelne Filterbetten bzw. jede Sorptionsmaterialschichten für sich allein von dem Desorptionsmittel bzw. Spülgas durchströmt werden, dadurch gekennzeichnet, daß zuerst das als erstes vom gasförmigen Medium durchströmte Filterbett nach seiner Beladung allein im Gegenstrom zu der Adsorptionsrichtung desorbiert bzw. mit dem Spülgas beaufschlagt wird, daß anschließend das gasförmige Medium in umgekehrter Richtung durch die Filterbetten zur Adsorption der zu adsorbierenden Bestandteile geführt wird und daß anschließend das im ersten Durchgang als zweites und nunmehr als erstes durchströmte Filterbett nach seiner Beladung mit den besagten Bestandteilen von dem Desorptionsmittel bzw. Spülgas zur Desorption durchströmt wird.

2. 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. Gasstromumlenkungseinrichtungen versehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Gaskanal (4) zwischen Jen Filterbetten (I und II) bzw. Durchströmungsstellen du. ch das Filterbett eine Abzweigungsleitung (18) vorhanden ist, die an eine, den Gaseinlaß (5) mit den Gasauslaß (7) am Filtergehäuse verbindenden Bypassleitung (9) angeschlossen ist, daß der Gaseinlaß- (5) sowie der Gasauslaßkanal (7) von den Filterbetten (I und II) aus gesehen hinter den Anschlüssen der Bypassleitung (9) an je eine Zu- (14) und Ableitung (16) für das Desorptionsmittel bzw. Spülgas (19) angeschlossen ist und daß in die Bypassleitung (9) Absperrorgane (10, 11, 12, 13) eingesetzt sind, mitteis welcher in Verbindung mit den Absperrorganen ((>, 8) des Gaseinlaß- bzw. Gasauslaßkanales (5, 7) der Durchgang durch eines der Filterbetten (I und 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. Spülgas (19) verbindbar ist und daß ein Verbindungskanal (29) zwischen Gaseinlaß (2,5) und Gasauslaß (7) vorhanden ist, in welchen ein Absperrorgan (20) geschaltet ist, mittels welchem in Verbindung mit den Absperrorganen des Gaseinlaß- bzv/. Gasauslaßkanals (6, 8) die Durchströmungsrichtung durch die Filterbetten (I und 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.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem oder mehreren Mehrschichtfiltergehäusen, nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 2.

Bei der Desorption von in Filtermaterialien adsorbierten Stoffen werden vorzugsweise alle adsorbierten Stoffe entgegen dem Sorptionsverlauf aus dem Filterbett getrieben. Das bedeutet für die am Ende d<-s 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 DE-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 desorbiene Medium durch alle Schichten hintereinander getrieben wird, was einen hohen Druckverlust und damit vermehrten Energieaufwand bedeutet Darüber hinaus wird bei der Teildesorption eine größere Bettiefe als normalerweise benötigt, um die Adsorptions-Desorptionsfront verschieben zu können. Dadurch wird der Druckverlust für Gas- und Spülmedium weiter erhöht

Weiterhin sind aus der DE-AS 17 69 135 und aus der DE-PS 6 20 388 mehrstufige Filterbetten zur Adsorption von Stoffen bekannt Die Desorption der Stoffe steht dabei jedoch im Hintergrund, d. h. sie erfolgt entweder in den zwei hintereinander geschalteten Schüttungen mit mehrfacher Umwälzung, oder dadurch, daß von mehreren Adsorbern einer überbeladen und durch den anderen — noch frischen — das Restgas durchgeleitetwird.

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. Dies ließe sich durch eine Verkürzung der Desorptionszeit erreichen. Weiterhin ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung anzugeben, mit der ein solches aufgabengemäßes Desorptions- bzw. Adsorptionsver-

5CI fahren bei einer mehrstufigen Filterbettordnung durchgeführt werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung bei einem Verfahren der eingangs angegebenen Art bezüglich der Verfahrensaufgabenstellung die Merkmale im Kennzeichen des Anspruches 1 vor.

Bezüglich der Lösung der Vorrichtungsaufgabe schlägt die Erfindung bei einer Vorrichtung der eingangs erwähnten Art die weiteren Merkmale im Kennzeichen des Anspruches 2 vor.

Der besondere Vorteil des erfindungsgemäß angegebenen Verfahrens bzw. der dazu geeigneten Vorrichtung besteht in der Verkürzung der Desorptionszeit mit ihrem hohen Energiebedarf 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.