DE3415970A1

DE3415970A1 - Verfahren zum sammeln und speichern von kohlendioxid

Info

Publication number: DE3415970A1
Application number: DE19843415970
Authority: DE
Inventors: Walter 6239 Kriftel Fabinski; Michael 6370 Oberursel Zöchbauer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1984-04-28
Filing date: 1984-04-28
Publication date: 1985-10-31

Description

Walter Fabinski * : ".." . : ir . . '.."'.. Oberursel, den Michael Zöchbauer .:.."--' *--' - '--' - 17.4.1984

Verfahren zum Sammeln und Speichern von Kohlendioxid

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Sammeln und Speichern von Kohlendioxid sowie zum Begasen insbesondere von Pflanzen mit Kohlendioxid nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

In einer Vielzahl von Untersuchungen wurde nachgewiesen, daß der COp-Gehalt der Atmosphäre ähnlich wie z.B. die Temperatur oder die Beleuchtungsstärke ein begrenzender Faktor für die Photosynthese und den Pflanzenwuchs ist. Bei relativ dichten Gewächshäusern, wie sie in den kälteren Zonen zur Einsparung von Energie während der kalten Jahreszeit betrieben werden, kann die CO.-Konzentration durch Assimilation der Pflanzen absinken und sich ungünstigenfalls dem CO -Kompensationspunkt nähern. In diesem Fall kommt das Netto-Wachstum der Pflanzen zum Stillstand.

Durch Zufuhr von CO₂ an die Pflanzen kann die Wachstumsbegrenzung aufgehoben werden. Steigt die CO.-Konzentration über die natürliche Konzentration in der Atmosphäre (ca. 315 PP^m)» ^so ergibt sich in Abhängigkeit von weiteren Umweltbedingungen (z.B* Licht und Temperatur) eine Steigerung der Photosynthese und eine damit einhergehende Zunahme der Trockensubstanz der Pflanze. Dieses Verhalten ist zur Ertragssteigerung im Gemüse- und Zierpflanzenbau erwünscht und wird in weiten Bereichen des Gartenbaus angewendet.

Für die Expositionskonzentration ergeben sich in Abhän-

gigkeit von der Beleuchtungsstärke und der Temperatur Werte zwischen 700 und 3OOO ppm CO₃. Wegen der COg-Aufnahme durch die Pflanzen sowie des C0₂-Verlusts infolge von Undichtigkeiten des Gewächshauses muß stets Köhlendioxid nachgeliefert werden. Das benötigte CO₂ stammt heute im gärtnerischen Bereich aus folgenden Quellen:

1) CO₂ aus Luftzerlegungsanlagen (Kohlensäuregewinnung)

2) CO₂ aus dem Rauchgas von Heizungsanlagen, die insbesondere mit gasförmigen Brennstoffen betrieben werden

3) Dissolvation von in Wasser gelöstem CO₂

Bei den 3 aufgeführten Verfahren treten folgende Nachteile auf:

zu 1) Wegen der relativ hohen Kosten für die C0₂-Beschaffung wird das Verfahren unwirtschaftlich.

zu 2) Die direkte Begasung eines Gewächshauses mit den Abgasen einer Verbrennungsanlage belastet Bedienungspersonal und Pflanzen mit den im Rauchgas enthaltenen Giftstoffen (z.B. CO, unverbrannte Kohlenwasserstoffe und Stickoxide). Dies kann zu Schaden für Menschen und Pflanzen führen. Die notwendige Überwachung mit Geräten zur Schadstoffmessung erfordert hohe Investitionskosten. Außerdem ist bei diesem Verfahren ungünstig, daß Heizungsenergie und Kohlendioxid gleichzeitig zur Verfügung stehen. Die Pflanzen fordern aber gerade dann viel CO₂, wenn eine hohe Beleuchtungsstärke (i.a. Sonneneinstrahlung) vorhanden ist, d.h., wenn die Heizenergie gedrosselt wird .

zu 3) Bei diesem Verfahren wird das CO₂ über ein Trägerfluid, in der Praxis Wasser, zu den Pflanzen geführt. Dies führt zu unerwünschter Luftfeuchtigkeit, die einerseits die Assimilation hemmt und andererseits durch Be-

• schlagen der Fenster, insbesondere bei kleineren Treibhäusern oder isolierten mit Fenstern abgeschlossenen Kulturbereichen die Lichteinstrahlung vermindern kann. Hier sind u.U. aufwendige Maßnahmen zum Trocknen der Atmosphäre (z.B. Kühlfallen) notwendig. Weiterhin ist die genaue und schnelle Regelung des CO_?-Gehalts nur mit relativ großem Aufwand möglich.

Ein weiteres Verfahren, die Abgase einer Verbrennung zu komprimieren und in Druckbehältern zu speichern hat den Nachteil, daß Schadstoffe mitverarbeitet werden und daß neben Korrosionsproblemen der Armaturen die schon im Punkt 2) beschriebenen Schwierigkeiten auftreten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die oben aufgeführten Nachteile bei der CO„-Gewinnung bzw. -Begasung zu beseitigen. Diese Aufgabe wird erfindungsmäßig dadurch gelöst, daß man zur Gewinnung des Kohlendioxid das. Rauchgas einer Verbrennungsanlage durch Adsorptionsmittel leitet, die die einzelnen Komponenten des Rauchgases während des Beladens unterschiedlich stark adsorbieren und die unter Verwendung eines Hilfsgases bei bestimmten Temperaturen wieder entladen werden können, wobei das Kohlendioxid während des Beladens und Entladens von den im Rauchgas enthaltenen Schadstoffen weitgehend getrennt wird. Nimmt man die in den nördlichen Breiten vorherrschenden Klimaverhältnisse an und wird von einer ökonomisch vorteilhaften Anwendung dieses Verfahrens in der kühleren Jahreszeit ausgegangen, so findet die Sammelphase i.a. in der Nacht (Heizungsbedarf) und die Spendephase am Tag (hohe Beleuchtungsstärke) statt. Damit werden Heizvorgang und COp-Begasung voneinander unabhängig.

Mit einer erweiterten Anordnung kann die CO^-Gewinnung und -Abgabe zu jeder Tageszeit vollzogen werden. Dies ist z.B. notwendig, wenn auch in der Nachtphase bei künstlicher Beleuchtung eine COp-Begasung stattfinden soll. Das erfindungsmäßige Verfahren ist auch in warmen

Regionen oder in der wärmeren Jahreszeit einsetzbar. Hier wird das CO₂ z.B. in der Nacht aus den Verbrennungsgasen gewonnen, wobei die anfallende Wärmeenergie in geeigneter Weise ökonomisch genutzt werden kann.

Aus Abb. 1 ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ersichtlich. Das Rauchgas wird über eine Entnehmesonde (1), einen Kondensatabscheider (2) sowie ein Feinfilter (3) zur Abscheidung von festen Partikeln dem Adsorptionsmittel (4) zugeführt. Hier wird das Rauchgas getrocknet und von den Kohlenwasserstoffen und teilweise von den Stickoxiden befreit. In der zweiten Adsorptionspatrone (5) wird das CO₂ eingelagert. Das verbleibende Gas führt man zweckmäßig in das Abgas der Feuerungsanlage zurück. Die pneumatischen Gasführungen werden durch handelsübliche Pumpen (6) und Magnetventile vorgenommen. Bei der erfindungsgemäßen Anordnung wurde nachgewiesen, daß das bei der Verbrennung entstehende giftige Kohlenmonoxid unbeeinflußt durch die Sammelpatronen hindurchgeht.

Die CO₃-Patrone wird solange geladen, bis ein Durchbruch der COp-Konzentration erfolgt. An diesem Punkt wird die Beladungsphase beendet und die Patrone steht zur Entladung bereit. Die Entladung erfolgt je nach CO -Anforderung durch Spülen mit z.B. Raumluft bei einer bestimmten Temperatur. Falls gewünscht, kann die Entladung auch dann eingeleitet werden, wenn der Ladevorgang noch nicht abgeschlossen ist.

Die Vollbeladung kann erfindungsgemäß durch Konzentrationsmessung am Ausgang der Patrone, durch eine Temperaturdifferenzmessung in der Patrone oder anhand der Beladungszeit bei definierter Strömungsmenge erkannt werden. Auch ist es möglich, die Färbung eines Farbindikators der Trockenpatrone als Maß für die Beladung der C0„-Patrone zu verwenden. Diese Methode kann des-

halb angewendet werden, weil die CO₂-Menge durch den akkumulierten HpO-Anfall bestimmt werden kann. Ein weiteres Verfahren, den Füllgrad der Patrone zu erkennen, basiert auf einer Wägung der Patrone.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung kann als C0₂-Adsorptionsmittel z.B. Molekularsieb verwendet werden, das bei Raumtemperatur ca. 10$ seines Gewichts an CO₉ aufnehmen kann. Die Regenerierung des ersten Adsorptionsmittels kann während der C0_p-Entladung durch eine Temperaturbehandlung und Spülung der Patrone mit Raumluft erfolgen. Die freigesetzten Gase werden zweckmäßig in den Rauchgaskanal zurückgeführt. Die Temperatur wird so gewählt, daß eine Wiederbeladung dieser Patrone durch die Feuchtigkeit der Raumluft nicht stattfinden kann.

Nach Entladen des COp-Adsorptionsmittels (vollständige CO_p-Abgabe) wird dieses weiter erwärmt, um die adsorbierten Stickoxidanteile zu entfernen. Die Steuerung der gesamten Anordnung kann durch Zeitsteuerwerke oder in Abhängigkeit von pflanzenphysiologischen Daten wie z.B. der Helligkeit vorgenommen werden. Durch Verdopplung der Anordnung wird ein kontinuierliches Sammeln und Spenden von COp möglich.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Sammeln und Speichern von Kohlendioxid sowie zum Begasen von vorzugsweise Pflanzen mit Kohlendioxid, das dem Rauchgas einer Verbrennungsanlage entnommen wird, dadurch gekennzeichnet, daß man zur Gewinnung des Kohlendioxid das Rauchgas durch Adsorptionsmittel leitet, die die einzelnen Komponenten des Rauchgases während des Beladens unterschiedlich stark, adsorbieren und die unter Verwendung eines Hilfsgases bei bestimmten Temperaturen wieder entladen werden können, wobei das Kohlendioxid während des Beladens und Entladens von den im Rauchgas enthaltenen Schadstoffen weitgehend getrennt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rauchgas in mehreren Stufen verschiedene Adsorptionsmittel durchläuft, wobei die Trennung des Kohlendioxid von den Schadstoffen während des Beladens und Entladens schrittweise erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei den vom Kohlendioxid getrennten Schadstoffen um Kohlenmonoxid, Stickoxide und Kohlenwasserstoffe handelt.

4. Verfahren nach Anspruch 1,2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Kohlenwasserstoffe und der Wasserdampfanteil des Rauchgases beim Beladen von einem ersten Ad— sorptionsmittel adsorbiert werden und das Kohlendioxid von einem zweiten Adsorptionsmittel adsorbiert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß beim Beladen das Kohlenmonoxid von beiden Adsorptionsmitteln nicht adsorbiert wird und die Stickoxide sowohl vom ersten als auch vom zweiten Adsorptionsmittel

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teilweise adsorbiert werden.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5 t dadurch gekennzeichnet, daß das Entladen des zweiten Adsorptionsmittels in zwei Phasen abläuft, wobei während der ersten Phase bei einer bestimmten Temperatur das Kohlendioxid desorbiert und während der zweiten Phase bei einer entsprechend erhöhten Temperatur die Stickoxide desorbieren.

7, Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man beim Entladen der Adsorptionsmittel Umgebungsluft verwendet, die durch die Adsorptionsmittel geleitet wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche k bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem ersten Adsorptions·" mittel um Kieselgel und bei dem zweiten Adsorptionsmittel um Molekularsieb handelt.

9· Verfahren nach Anspruch 1, 2, k oder 5» dadurch gekennzeichnet, daß man den CO„-Durchbruch anhand der Kohlendioxid-Konzentration im Gasstrom hinter den Adsorptionsmitteln bestimmt.

10. Verfahren nach Anspruch 1, 2, h oder 5» dadurch gekennzeichnet, daß man die Beladung anhand der Gewichtszunahme der Adsorptionsmittel bestimmt.

11. Verfahren nach Anspruch 1,2, 4 oder 51 dadurch gekennzeichnet, daß man die Beladung der Adsorptionsmittel anhand der in Strömungsrichtung wandernden Zone der maximalen Adsorptionswärme bestimmt, wobei die Temperatur einer bestimmten Adsorptionsmittel-rSchicht mit der Temperatur einer in Strömungsrichtung dahinter liegenden Schicht verglichen wird.

12. Verfahren nach Anspruch 1, 2, k oder 5t dadurch ge-*

kennzeichnet, daß man bei gegebener Durchflußmenge die Beladung anhand der Beladungszeit bestimmt.

13· Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit der ersten Adsorptionsmittelanordnung identische zweite Anordnung im Wechselbetrieb mit der ersten Anordnung arbeitet, um eine kontinuierliche Kohlendioxidbegasung zu gewährleisten.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 oder 8 bis 13» dadurch gekennzeichnet, daß vor Eintritt des Rauchgases in die Adsorptionsmittel eine Kondensatabscheidung und eine mechanische Filterung erfolgt.