DE3232138A1 - Verfahren und vorrichtung zum reinigen eines gasstromes in einem sorptionsfilter - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zum reinigen eines gasstromes in einem sorptionsfilterInfo
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Description
Verfahren und Vorrichtung zum Reinigen eines Gasstromes in einem Sorptionsfilter
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung eines mit organischen Gasen oder Dämpfen insbesondere bis nahe der Sättigungsgrenze
beladenen Gasstroms in einem Sorptionsfilter sowie eine Anordnung zur Durchführung dieses Verfahrens.
In der Gasreinigungstechnik werden dampfförmige organische Stoff in vielen Fällen durch Adsorption an einem Sorptionsmittel, vorzugsweise
an Aktivkohle, aus dem zu reinigenden Gasstrom abgetrennt. Man führt dazu den Gasstrom durch eine Schicht gekörnten
Sorptionsmittels; Turbulenz und Diffusion transportieren die abzuscheidenden Moleküle in die Aktivkohle, wo sie durch Adsorptio
und Kapilarkondensation festgehalten werden. Dabei wird Adsorptionswärme freigesetzt, die das Sorptionsmittel und den zu reinigenden
Gasstrom erwärmt. Diese im wesentlichen nur von der
-2-
Konzentration bestimmte Temperaturerhöhung erreicht bei hohen
Konzentrationswerten der auszuscheidenden Stoffe solche Werte, daß die Abscheidung dadurch behindert wird, weil die erreichbaren
Gleichgewichtsbeladungen mit steigender Temperatur fallen; dadurch bleiben die Reingaskonzentrationen relativ hoch. Daneben
wächst lurch die Temperaturerhöhung die Gefahr der Entzündung oder allgemein die Gefahr unerwünschter chemischer Reaktionen.
Um die Temperaurerhöhung zu verringern, wird dem zu reinigenden Gasstrom häufig soviel atmosphärische Luft beigemischt, daß die
Konzentration der abzuscheidenden Stoffe vor Eintritt in das Sorptionsmittelbett auf erwünschte niedrige Werte absinkt. Mit
der Vergrößerung des zu reinigenden Gasstroms steigt jedoch der Energiebedarf der Gebläse und in vielen Fällen auch die Größe
der Sorptionsfilter. Insbesondere bleibt aber die Emission als Produkt aus Reingaskonzentration und Gasstrom immer noch hoch,
auch wenn die Reingaskonzentration gesenkt wird, da ja gleichzeitig der Gasstrom vergrößert wird.
Die DE-OS 3o 2o 656 versucht, diese Nachteile durch zwei Maßnahmen
zu vermeiden: Statt eines Aktivkohlebettes werden mehrere hintereinandergeschaltet und der zu reinigende Gasstrom jeweils
zwischen zwei Betten über einen Kühler geleitet und gekühlt. Durch diese Zwischenkühlungen ist es möglich, die Adsorptionswärme abzuführen. Eine immer noch vorhandene hohe Reingaskonzentration
kann nach dem Vorschlag der DE-OS 3o 2o 656 durch Nachverbrennung noch beseitigt werden. Um nach diesem Vorschlag die
gewünschten oder geforderten niedrigen Emissionswerte zu erhalten, ist eine aufwendige Konstruktion des Sorptionsfilters mit
zwischen einer Vielzahl von Sorptionsmittelstufen geschalteten Zwischenkühlern und gegebenenfalls eine zusätzliche Nachverbrennung
notwendig, wobei neben dem apparativem Aufwand auch noch der Energieaufwand für Zwischenkühlung und Unterhaltung
der Nachverbrennung berücksichtigt werden muß.
Hier setzt die Erfindung ein, der die Aufgabe zugrundeliegt, ein Verfahren anzugeben, mit dessen Hilfe ein Gasstrom so gereinigt
werden kann, daß die gewünschten oder geforderten Emissionswerte unter Vermeidung der Nachteile des Standes der Technik
— 3 —
erreicht und eingehalten werden; darüber hinaus ist es Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung anzugeben, die einfach und wirtschaftlich
aufgebaut ist und mit deren Hilfe das Verfahren durchgeführt werden kann.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird nach der Erfindung vorgeschlagen, daß der mit organischen Gasen oder Dämpfen beladene Gasstrom
mit einem im Kreislauf geführten Gas gemischt und zusammen mit diesem durch die Sorptionsmittelschicht des Sorptionsfilters geführt
wird, wobei der Volumenstrom des Kreislaufgases größer ist
als der Volumenstrom des zu reinigenden Gases, daß nach dem Durcl leiten des gemischten Gasstromes durch die Sorptionsmittelschichi
ein Teilstrom des nunmehr gereinigten Gases abgezweigt und abgeführt wird, wobei der Volumenstrom des abgezweigten Gases dem
Volumenstrom des zu reinigenden Gases entspricht und wobei der Rest des gereinigten Gases als Kreislaufgas zur Mischstelle zurückgeführt
und dort erneut mit dem zu reinigenden Gas vermischt wird. Da die Konzentration der abzuscheidenden Stoffe im Verhältnis
von Volumenstrom des zu reinigenden Gases zu Volumenstrom des Kreislaufgases herabgesetzt wird und da der Volumenstrom
des Kreislaufgases größer ist als der Volumenstrom des zu
reinigenden Gases, wird die Konzentration der abzuscheidenden Stoffe auf einen Wert unter dem halben Wert der Eintrittskonzentration
gesenkt.
Im allgemeinen ist auch bei sehr hohen Konzentrationen, wie sie in dem Verdrängungsgas von Tanks, die gefüllt werden, besonders
wenn ihre Füllung aus leicht flüchtigen Kohlenwasserstoffen besteht, auftreten, eine Absenkung um eine Größenordnung ausreichen
Dafür soll der Volumenstrom des Kreislaufgases eine Größe haben, die dem Volumenstrom des zu reinigenden Verdrängungsgases um etwa
den Paktor 5-20 übertrifft.
- Af-
In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens wird vorgeschlagen, daß das Kreislaufgas vorzugsweise nach Durchfluß durch das, das
Kreislaufgas fördernde Kreislaufgebläse gekühlt wird. Durch
diesen Vorschlag wird dem Kreislaufgas über die Wärmeabgabe durch das ausgeschleuste gereinigte Gas und durch die Oberflächen
der den Gaskreislauf bildenden Apparateteile hinaus Wärme entzogen. Damit kann neben der Adsorptionswärme auch die
Verlustwärme des Kreislaufgebläses in einfacher Weise kompensiert werden.
Schließlich wird vorgeschlagen, daß der Teilstrom des abgezweigten,
gereinigten Gases vor seiner Ableitung durch eine weitere Sorptionsmittelschicht geführt wird. Dieser weiteren
Sorptionsmittelschicht wird ein Gasstrom zugeleitet, dessen Volumenstrom dem Volumenstrom des zu reinigenden Gases entspricht.
Die Konzentration der abzuscheidenden Stoffe ist dabei außerordentlich
niedrig, sie steigt allenfalls dann an, wenn die im Kreislauf liegende Sorptionsmittelschicht ihren Durchbruch, d.h.
ihr maximale Beladung erreicht hat. Die Abscheidung in dieser weiteren Sorptionsmittelschicht gewährleistet, daß das abströmende
Gas praktisch frei von abzuscheidenden Verunreinigungen ist. Dies wird auch dann eingehalten, wenn die im Kreislauf
liegende Sorptionsmittelschicht bis zur maximalen Sättigung beladen ist und im Kreislaufgas ein Anstieg der Konzentration
der abzuscheidenden Stoffe das Erreichen dieser Sättigung anzeigt. Es versteht sich von selbst, daß beim Erreichen dieses
Beladungszustands das Sorptionsfilter zu regenerieren ist.
Zur Durchführung des Verfahrens wird nach der Erfindung eine Anordnung vorgeschlagen, die dadurch gekennzeichnet ist, daß
ein Gaskreislauf mit Kreislaufgebläse und verbindenden Rohrleitungen
- 5 -
an den Behälter des Sorptionsfilters angeschlossen ist, wobei
im Bereich der saugseitigen Leitung des Kreislaufgebläses die Zuführungsleitung für das zu reinigende Gas in den Kreislauf
mündet, daß der Behälter des Sorptionsfilters voneinander getrennte
und im Abstand voneinander angeordnete Sorptionsmittelschichten aufweist, wobei die Rückflußleitung des Kreislaufs
im Bereich des Zwischenraums dieser beiden Sorptionsmittelschichten
angeschlossen ist und wobei der Filterbehälter einen der zweiten Sorptionsmittelschicht nachgeschalteten Anschluß
für die Reingasableitung aufweist. Darüber hinaus wird vorgeschlagen, daß dem Kreislaufgebläse ein Kühler nachgeschaltet ist.
Mit dieser Anordnung läßt sich das Verfahren in einfacher Weise durchführen. Die Auslegung des Kreislaufgebläses wird dabei von
dem einzuhaltenden oder dem gewünschten Mischungsverhältnis sowie von der Druckdifferenz, die der Volumenstrom des Kreislaufgases
zu überwinden hat bestimmt. Im Hinblick auf die zu erwartende freigesetzte Adsorptionswärme und die Verlustwärme des Kreislaufgebläses
werden zweckmäßigerweise die Oberflächen von Behältern des Sorptionsfilters und Rohrleitungen so dimensioniert, daß
ein hinreichender Wärmeabfluß sichergestellt ist. Die Einschaltung eines Kühlers in dem Kreislauf , nach der vorgeschlagenen
Weiterbildung, gestattet ein darüber hinausgehendes Abführen sowohl von Adsorptionswärme als auch von Verlustwärme
des Gebläses.
Darüber hinaus wird vorgeschlagen, daß in jeder der zu dem Behälter
des Sorptionsfilters führenden Kreislaufleitungen je ein
Absperrorgan vorgesehen ist. Diese Absperrorgane gestatten es den Kreislauf vom Sorptionsfilter zu trennen, um beispielsweise
das Sorptionsfilter zu regenerieren. Die Regeneration kann dabei mit den hinlänglich bekannten Mitteln, beispielsweise mit Heißdampf
oder mit aufgeheiztem Inertgas durchgeführt werden, wobei das Desorptionsmittel zweckmäßigerweise im Gegenstrora über die
das Reingas abführende Leitung zugeführt und das nit Desorbat
beladene Desorptionsmittel aus der, das Kreislaufgas zuführenden
Lei tun-f abgeführt wird.
In Weiterbildung wird vorgeschlagen, daß ein zweites Sorptionsfilter vorgesehen ist, wobei das Gebläse über die paarweise
einem Sorptionsfilter zugeordneten und paarweise betätigbaren Absperrorgane wechselweise mit dem ersten Sorptionsfilter oder
mit den zweiten Sorptionsfilter verbindbar sind. Bei dieser
Doppelanordnung - es versteht sich von selbst, daß andere Mehrfachanordnungen
ebenfalls denkbar sind - wird ein kontinuierlicher Betrieb des Sorptionsfilters ermöglicht. Jeweils eines
der angeschlossenen Sorptionsfilter kann dabei in der Betriebsphase "Regenerieren"sein, während das andere auf "Gasreinigung"
geschaltet ist.
Ein weiterer Vorschlag geht dahin, daß in der Zuführungsleitung für das zu reinigende Gas ein, den Rückfluß verhinderndes Rückschlagventil
vorgesehen ist. Dieses Rückschlagventil verhindert ein Rückströmen aus dem Kreislauf in die Zuführungsleitung, falls
dort aus welchen Gründen auch immer ein erhöhter Unterdruck auftreten sollte.
Schließlich ist eine weitere Ausführungsform dadurch gekennzeichnet,
daß die Zuführungsleitung mit einer Flammendurchschlagesicherung
versehen ist. Beim Umgang mit brennbaren Dämpfen und Gasen ist eine Entzündung nie mit letzter Sicherheit auszuschließen.
Selbst bei vermeintlich gut inertisierten Adsorbern ist die Gefahr, daß sich örtlich begrenzte überhitzte "Nester"
ausbilden, nicht mit letzter Sicherheit auszuschließen. Solche
"Nester" können bei Anwesenheit oder bei Zufuhr von Sauerstoff Ausgangspunkt von Bränden sein, deren Rückübertragung über die
angeschlossene Gaszuführungsleitung durch die Flammendurchschiagssieherung
verhindert wird.
Die Figur 1 zeigt ein schematisches Flußschema für eine Anlage
mit zwei Sorptionsfiltern 1 und 2.Der zu reinigende Luftstrom,
im allgemeinen mit organischen Verunreinigungen hoher Konzentration beladene Tankabluft,wird über die Anschlußleitung Io zu
einem auf der Saugseite eines Kreislaufgebläses 6 liegenden Mischpunkt 8 geführt und dort in den durch die Leitungen 7 geführten
Umluftstrom eingemischt. Die Leitungen 7 verbinden über das Leitungsstück 7.1 den Mischpunkt mit dem Gebläse 6 und
weiter über das Leitungsstück 7.2 das Gebläse 6 nit einem nachgeschalteten Kühler 5, dessen Auslaß zu den beiden Leitungen
7.3-1 und 7.3-2 führt. Im Zuge dieser Leitungsstücke 7.3-1 und 7.3-2, die jeweils sinngemäß bezeichnet zu den Sorptionsfiltern
1 und 2 führen, sind Absperrventile 11.1 und 11.2 angeordnet, die die Zuleitung jeweils zu einem der beiden Sorptionsfilter
gestatten. Der Kreislaufstrom durchsetzt die Sorptionsmittelschicht
3 des als in Betrieb angenommenen Sorptionsfilters 1 und verläßt das Sorptionsfilter über den Anschluß der Leitung
7.4-1, in deren Zug das - hier geöffnete - Ventil 12.1 eingeschaltet
ist, zum Mischpunkt 8 zurück. In gleicher Weise leitet die Leitung 7.4-2 über das - hier geschlossene - Ventil 12.2
Kreislaufgas zum Mischpunkt 8 zurück wenn das Sorptionsfilter 2 durch Öffnen der Ventile 11.2 und 12.2 in den Kreislauf eingeschaltet
ist. Eine zweite Sorptionsmittelschicht 4 im Sorptionsfilter 1 vermag noch restliche Spuren von Verunreinigungen,"die
in der Sorptionsmittelschicht 3 möglicherweise nicht abgeschieden worden sind, aufzunehmen und das so gereinigte, in seinem Volumenstrom
dem Volumenstrom des zu reinigenden Gases entsprechende Gas verläßt über den Anschlußstutzen 9.1 das System. Als
offenes System wird dabei nur soviel Gas über die Stutzen 9 abgeführt wie dem System über die Zuflußleitung 1o zugeleitet wird.
(Wobei von einem "Atmen" des Kreislaufes infolge Temperaturänderungen abgesehen wird).
An einem Beispiel soll das Wesen der Erfindung näher erläutert werden: Aus einem Lagertank für Eenzol werden maximal 3oo m /h
"Verdrängungsluft" bei der Befüllung abgeführt. Diese enthält 330 g/m gasförmiges Ben-
zol entsprechend der Sättigungskonzentration bei Umgebungstemperatur.
Dieser Gasstrom ist so zu reinigen, daß die Restkonzentration an Benzoldampf um eine Größenordnung unter dem bestehenden
Grenzwert von 20 mg/m zu liegen kommt. Dies wird nach dem Verfahren und mit einer Anlage gemäß Fig. 1 erreicht. Zwei Adsorber
1 und 2 übernehmen abwechselnd die Reinigung der "Verdrängungsluft11.
Während der eine auf "Reinigen" geschaltet ist, wird der andere in an sich bekannter Weise mit Wasserdampf oder
mit Inertgas regeneriert. Die das Kreislaufgas reinigenden Sorptionsmittelschichten
3 der beiden Adsorber 1 und 2 enthalten je 2.000 kg Aktivkohle und die das abströmende Reingas reinigenden
Sicherhaitsschichten 4 je 1.000 kg Aktivkohle. Das Gebläse 6 fördert einen Kreislaufstrom von 5.000 m /h, dem die "Verdrängungsluft"
von maximal 300 m /h beigemischt wird. Der wassergekühlte Gaskühler 5 erzeugt eine Temperaturdifferenz im Kreislaufgas von
etwa 2 bis 8 K, welche ausreicht, die in der adsorbierenden Sorptionsmittelschicht
freigesetzte Adsorptionswärme des Benzols und die Verlustwärme des Gebläses abzuführen. Der Beladevorgang des
auf Adsorption geschalteten Sorptionsfilters wird beendet, wenn die Benzolkonzentration im zurücklaufenden Kreislaufgas etwa
2g/m erreicht hat. Zu diesem Zeitpunkt liegt die Benzolkonzentration
hinter der als Sicherheitsfilter wirkenden Sorptionsmittelschicht 4 tatsächlich noch unter 1mg/m . Der Grenzwert
von 20 ng/m ist um mehr als eine Größenordnung unterschritten.
, /1ZL
Leerseite
Claims (9)
- Patentansprüche.1.] Verfahren zur Reinigung eines mit organischen Gasen oder Dämpfen, insbesondere bis nahe der Sättigungsgrenze beladenen Gasstromes in einem Sorptionsfilter, dadurch gekennzeichnet, daß der mit organischen Gasen oder Dämpfen beladene Gasstrom mit einem im Kreislauf geführten Gas gemischt und zusammen mit diesem durch die Sorptionsmittelschicht des Sorptionsfilters geführt wird, wobei der Volumenstrom des Kreislaufgases größer ist als der Volumenstrom des zu reinigenden Gases, daß nach dem Durchleiten des gemischten Gasstromes durch die Sorptionsmittelschicht ein Teilstrom des nunmehr gereinigten Gases abgezweigt und abgeführt wird, wobei der Volumenstrom des abgezweigten Gases dem Volumenstrom des zu reinigenden Gases entspricht und wobei der Rest des gereinigten Gases als Kreislaufgas zur Mischstelle zurückgeführt und dort erneut mit dem zu reinigenden Gas vermischt wird.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kreislaufgas, vorzugsweise nach Durchfluß durch das, das Kreislaufgas fördernde Kreislaufgebläse, gekühlt wird.
- 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Teilstrom des abgezweigten, gereinigten Gases vor seiner Ableitung durch eine weitere Sorptionsmittelschicht geführt wird.■· 2 —ο ι J ζ ι ο ρ
- 4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens insbesondere gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gaskreislauf mit Kreislaufgebläse (6) und verbindenden Rohrleitungen (7) ancfen Behälter (1) des Sorptionsfilters angeschlossen ist, wobei im Bereich der saugseitigen Leitung (7.1) des Kreislaufgebläses (6) die Zuführungsleitung (10) für das zu reinigende Gas in den Kreislauf mündet, daß der Behälter (1) des Sorptionsfilters von einander getrennte und im Abstand von einander angeordnete Sorptionsmittelschichten (3,4) aufweist, wobei die Rückflußleitung (7.41) des. Kreislaufs im Bereich des Zwischenraumes dieser beiden Sorptionsmittelschichten (3,4) angeschlossen ist und wobei der Behälter (1) des Sorptions filters iinen, der zweite: Sorptionsmittelschicht (4) nachgeschalteten Anschluß für die Reingasableitung (9.1) aufweist.
- 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Kreislaufgebläse (6) ein Kühler (5) nachgeschaltet ist.
- 6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder der zu dem Behälter (1) des Sorptionsfilters führenden Kreislaufleitungen (7.31, 7.41) je ein Absperrorgan (11.1, 11.2)vorgesehen ist.
- 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweites Sorptionsfilter (2) vorgesehen ist, wobei das Gebläse über die paarweise einem Sorptionsfilter (1;2) zugeordneten und paarweise betätigbaren Absperrorgane (11.1, 12.1; 11.2, 12.2) wechselweise mit dem ersten Sorptionsfilter (1) oder mit dem zweiten Sorptionsfilter (2) verbindbar sind.— 3 —
- 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4-7, dadurch gekennzeichnet, daß in der Zuführungsleitung (10) für das zu reinigende Gas ein, den Rückfluß verhinderndes Rückschlagventil (13) vorgesehen ist.
- 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4-8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführungsleitung (10) mit einer Flammendurchschlagssicherung (14) versehen ist.
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