DE3232138C2

DE3232138C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Reinigen eines Gasstromes in einem Sorptionsfilter

Info

Publication number: DE3232138C2
Application number: DE19823232138
Authority: DE
Inventors: Karl Dipl.-Phys. 4600 Dortmund Winter
Original assignee: Rekuperator KG Dr-Ing Schack & Co 4000 Duesseldorf De
Current assignee: Rekuperator KG Dr-Ing Schack & Co 4000 Duesseldorf De
Priority date: 1982-08-28
Filing date: 1982-08-28
Publication date: 1989-05-18
Also published as: JPS5987017A; GB8323005D0; FR2532187A1; FR2532187B1; GB2126917A; JPH0330409B2; DE3232138A1; GB2126917B; CA1195257A

Abstract

Bei der Reinigung eines mit organischen Gasen oder Dämpfen, insbesondere bis nahe der Sättigungsgrenze beladenen Gasstromes in Sorptionsfiltern wird von der Konzentration der abzuscheidenden Stoffe abhängige Adsorptionswärme freigesetzt, die Sorptionsmittel und zu reinigenden Gasstrom bis zur Behinderung der Abscheidung erwärmen kann. Zur Verringerung der Temperaturerhöhung wird der zu reinigende Gasstrom mit Kreislaufgas gemischt und zusammen mit diesem durch die Sorptionsmittelschicht des Sorptionsfilters geführt, wobei der Volumenstrom des Kreislaufgases den Volumenstrom des zu reinigenden Gases übersteigt. Das Kreislaufgas kann dabei gekühlt und eine sorptive Nachreinigung des aus dem Kreislauf abströmenden, an sich gereinigten Gases können vorgesehen werden. Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens enthält einen Gaskreislauf mit Kreislaufgebläse (6) und verbindenden Rohrleitungen (7), der an den Behälter (1) des Sorptionsfilters angeschlossen ist; das zu reinigende Gas wird über die Zuführungsleitung (10) im Bereich der saugseitigen Leitung (7.1) in den Kreislauf eingespeist. Im Behälter (1) des Sorptionsfilters sind voneinander getrennte und im Abstand voneinander angeordnete Sorptionsmittelschichten (3, 4) vorgesehen. Die Kreis lauf rück führung (7.41) ist an den Zwischenraum der beiden Schichten und die Reingasabführung (9.1) an den der zweiten Schicht (4) nachgeschalteten Raum angeschlossen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung eines mit organischen Gasen oder Dämpfen insbesondere bis nahe der Satt jungsgrenze beladenen Gasstroms in einem Sorptionsfilter sowie eine Anordnung zur Durchführung dieses Verfahrens.

In der Gasreinigungstechnik werden dampfförmige organische Stoffe in vielen Fällen durch Adsorption an einem Sorptionsmittel, vorzugsweise an Aktivkohle, aus oem 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 Adsorption und Kapillarkondensation festgehalten werden. Dabei wird Adsorptionswärme freigesetzt, die das Sorptionsmittel und den zu reinigenden Gasstrom erwärmt Diese im wesentlichen nur von der 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 durch die Temperaturerhöhung die Gefahr der Entzündung oder allgemein die Gefahr unerwünschter chemischer Reaktionen. Um die Temperaturerhöhung 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 Erosion 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 30 20 656 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 30 20 656 durch Nachverbrennung noch beseitig; 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 apparativen 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 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 Ver-

fahren 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 Voluroenstrom 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. 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 Eintrntskonzentration 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 ausreichend. Dafür soll der Volumenstrom des Kreislaufgases eine Größe haben, die dem Volumenstrom des zu reinigenden Verdrängungsgases um etwa den Faktor 5—20 übertrifft.

In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens wird vorgeschlagen, daß das Kreislaufgas vorzugsweise nach Durchfluß durch das, das Kreislaufgas fördernde Kreisiaufgebläse 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 Kreislaufgebläscs 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. ihre 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, ci?.3 ein Gaskreislauf mit Kreislaufgebläse und verbindenden Rohrleitungen an den Behälter des Sorptionsfilters angeschlossen ist, wobei im Bereich der saugseitigen Leitung des Kreislaufgeblases die Zuführungsleitung für das zu reinigende Gas in den Kreislauf mündet, daß der Behälter des Sorptionsiilters voneinander getrennte und im Abstand voneinander ange-5 ordnete Sorptionsmittelschichten aufweist, vobei die Rückflußleitung des Kreislaufs im Bereich des Zwischenraums dieser beiden Sorptionsmittelschichten angeschlossen ist und wobei der Filterbehäiter einen der zweiten Sorptionsmittelschicht nachgeschalteten An-Schluß 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 F- .hrleitungen so dimensioniert, daß ein hinreichender Wirmeabfiuß 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 aufgezeigtem Inertgas durchgeführt werden, wobei das Desorptionsmittel zweckmäßigerweise im Gegenstrom über die das Reingas abführende Leitung zugeführt und das mit Desorbat beladene Desorptionsmittel aus der, das Kreislaufgas zuführenden Leitung abgeführt wird.

In Weiterbildung wird vorgeschlagen, daß ein zweites SOiptionsfilter vorgesehen ist, wobei das Gebläse über die paarweise einem Sorptionsfilter zugeordneten und paarweise betätigbaren Absperrorgane wechselweise mit dem ersten Sorptionsfilter oder mit dem 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 Zuführung'ier-tung für das zu reinigende Gas ein, den Rückfluß verhinderndes Rückschlagventil vorgesehen ist. Dieses Rückschlagventil verhindert ein Rückströmen aus dem Kreislauf in die Zuführungsleitung, falls dorv aus welchen Gründen auch immer ein erhöhter Unterdruck auftreten sollte.

Schließlich ist eine weitere Ausführungsform dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführungsleitung mit einer Flammendurchschlagssicherung versehen ist. Beim Umgang mit brennbaren Dämpfen und Gase.n ist eine Entzündung nie mit letzter Sicherheit auszuschließen.

Selbst bei vermeintlich gut inertisierten Adsorbern ist die Gefahr, daß sich ortlich begrenzte überhitzte »Nester« ausbilden, nicht mit letzter Sicherheit auszuschließen. Solche »Nester« können bei Anwesenheit oder bei

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Zufuhr von Sauerstoff Ausgangspunkt von Bränden sein, deren Rückübertragung über die angeschlossene Gaszuführungsleitung durch die Flammendurchschlagssicherung verhindert wird.

Die F i g. 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 10 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 mit 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 73-2, die jeweils sinngemäß bezeichnet zu den Sorptionsfiitern i und 2 führen, sind Absperrventile ii.i 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 AnschiuBstiitzer: 9.! das System A!s offenes S"stern wird dabei nur soviel Gas über die Stutzen 9 abgeführt wie dem System über die Zuflußleitung 10 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 Benzol werden maximal 300 mVh »Verdrängungsluft« bei der Befüllung abgeführt Diese enthält 330 g/m³ gasförmiges Benzoi 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/m³ zu liegen kommt. Dies wird nach dem Verfahren und mit einer Anlage gemäß F i g. 1 erreicht. Zwei Adsorber 1 und 2 übernehmen abwechselnd die Reinigung der »Verdrängungsluft«. 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 2000 kg Aktivkohle und die das abströmende Reingas reinigenden Sicherheitsschichten 4 je kg Aktivkohle. Das Gebläse 6 fördert einen Kreislaufstrom von 5000 mVh, dem die »Verdrängungsluft« von maximal 300 mVh beigemischt wird. Der wassergekühlte Gaskühler 5 erzeugt eine Temperaturdifferenz im Kreislaufgas von etwa 2 bis 8 K, weiche 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 2 g/m³ erreicht hat. Zu diesem Zeitpunkt liegt die Benzolkonzentration hinter der als Sicherheitsfilter wirkenden Sorptionsmittelschicht 4 unsachlich noch unter 1 mg/m³. Der Grenzwert von 20 mg/m³ ist um mehr als eine Größenordnung unterschritten.

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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 Mischsteiie 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.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens insbesondere gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gaskreislauf mit Kreislaufgebläse (6) und verbindenden Rohrleitungen (7) an den 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 Sorptionsfilters einen, der zweiten Sorptionsmittelschicht (4) nachgeschalteten Anschluß für die Reingasableitung (9.1) aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Kreislaufgebläse (δ) 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 (7Jl, 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 Sorpticnsfilter (1) oder mit dem zweiten Sorptionsfilter (2) verbindbar sind.

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