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Patentansprüche und Beschreibung zur Patentanmeldung Verfahren zur
Gewinnung von organischen Substanzen aus Gasen durch Adsorption
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von organischen Substanzen aus
Gasen durch Adsorption und anschließendes Unschädlichmachen unter kalorischer Nutzung
ihres Heizwertes.
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In zahlreichen technischen beziehungsweise industriellen Verfahrenstechniken
beziehungsweise Technologien bilden sich Gasströme, welche Dämpfe organischer Substanzen
enthalten. Solche Gase fallen zum Beispiel bei der Herstellung von Verbundstoffen,
Klebebändern, Tonbändern, Photopapieren, Kunstfasern wie Acetat- und Viskosefasern,
bei der Herstellung von Zellglas, Kunststoffolien, Metallfolien, in Tiefdruck- und
Streichbetrieben, bei der Herstellung von Kunstleder und imprägnierten Textilien,
beim Lackieren in der Möbelindustrie, in Arzneimittelfabriken bei der Herstellung
von Wirkstoffen und Zwischenprodukten, bei der Chemisch--Reinigung sowie bei der
Entfettung von Metallen, Leder und Wolle an.
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Die in den aufgezählten und anderen Herstellungs verfahrenstechniken
beziehungsweise -technologien am häufigsten verwendeten organischen Substanzen sind:
Alkohole, Äther, Ester, Ketone, aliphatische und aromatische Kohlenwasserstoffe
sowie chlor- und schwefelhaltige organische Stoffe. Diese Stoffe gelangen mit dem
Trägergasstrom, wie Luft, im allgemeinen in die Umgebung.
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Die Entfernung der genannten Stoffe aus den technischen beziehungsweise
industriellen Abgasen, wie Abluft,
ist aus wirtschaftlichen und
auch ökologischen Gründen wünschenswert, in manchen Fällen notwendig. Diese Stoffe
sind einerseits wertvoll und andererseits sind die meisten von ihnen für den menschlichen
und tierischen Organismus giftig, weswegen verhindert werden muß, daß sie in die
Umwelt gelangen.
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Zur Verringerung der Emission von organischen Stoffen tonnen die
Kondensation, physikalische und chemische Absorption, Adsorption sowie katalytische
und thermische Nachverbrennung herangezogen werden, Eine Rückgewinnung ist mit den
ersten drei der genannten Verfahren möglich.
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Die Kondensation und die physikalische Absorption sind wegen der
geringen Konzentration der organischen Stoffe (von einigen Zehntel Grammen/m3 bis
20 g/m3) im allgemeinen nicht anwendbar. Die chemische Absorption kommt nur in speziellen
Fällen, in welchen die zu extrahierende organische Substanz mit dem Absorbens gut
reagiert und der Prozeß reversibel ist, in Frage.
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Zur Entfernung von organischen Stoffen, zum Beispiel Lösungsmitteldämpfen,
aus Gasströmen, zum Beispiel Abluft, in welchen sie nur in geringer Konzentration
vorliegen, wird am häufigsten die Adsorption herangezogen0 Dabei werden die organischen
Stoffe an Adsorbentien mit großer spezifischer Oberfläche, meistens an Aktivkohle,
gebunden (Kohl-Riesenfeld: Gas Purification, McGraw-Hill, New York-Toronto-London,
1960, Seite 415). Durch die Adsorption reichern sich die organischen Stoffe an der
Oberfläche der Aktivkohle hochgradig an.
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Die adsorbierten organischen Stoffe werden im allgemeinen mit Niederdruckwasserdampf
bei 380 bis 400°E von
der Aktivkohle desorbiert. Die Dämpfe werden
kondensiert, wobei eine organische Phase (in Wasser nicht lösliche organische Substanz)
und eine wäßrige Phase (kondensierter Wasserdampf und die im Wasser gelösten organischen
Stoffe) anfallen.
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Die organische Phase wird, wenn sie mehrere organische Stoffe enthält,
durch Destillation in ihre Bestandteile zerlegt. Aus der wäßrigen Phase werden die
organischen Stoffe im allgemeinen durch Destillation abgetrennt.
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Dieser Arbeitsgang ist mit einem recht hohen Aufwand verbunden weil
der Gehalt der wäßrigen Phase an organischen Stoffen im allgemeinen gering (10 bis
20 Gew.-%) ist und die Trennung durch die Bildung azeotroper Gemische erschwert
wird.
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Zur Vernichtung und kalorischen Nutzung von im Luftstrom in geringer
Konzentration vorliegenden organischen Stoffen werden auch katalytische und thermische
Nachverbrennungen angewandt.
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Die thermische Nachverbrennung wird bei 870 bis 1 270°K vorgenommen
und dementsprechend wird vii Hilfsbrennmaterial (in Form von Hilfsflammen) gebraucht,
weswegen das Verfahren mit einem hohen Aufwand verbunden ist.
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Mit steigender Konzentration des organischen Stoffes Jedoch wird der
Bedarf an zusätzlichem Brennmaterial schnell geringer und der Wirkungsgrad des Verfahrens
bessert sich (Chimia 36 [1982], Sr. 2, 87).
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Die katalytische Nachverbrennung wird bei 570 bis 7700g vorgenommen,
ihr Wärmebedarf ist daher geringer als der der thermischen Verbrennung. Nachteilig
ist Jedoch,
daß der Katalysator in vielen Fällen schnell desaktiviert
wird.
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Zur Extraktion und kalorischen Nutzung von in Luft strömen enthaltenen
organischen Stoffen wurde in den letzten Jahren durch Kombination der Adsorption
mit der thermischen Nachverbrennung das sogenannte AdsorptionkOxydations-Verfahren
(AdSOx) entwickelt.
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Bei diesem Verfahren werden die organischen Stoffe in einer Adsorptionsvorrichtung
mit Aktivkohle aus der Luft extrahiert, dann mit heißem (etwa 6700K) Rauchgas desorbiert
und das die organischen Stoffe enthaltende Rauchgas einer thermischen Verbrennungsvorrichtung
zugeführt (Wasser, Luft und Betrieb 25 [1981] (4), 38).
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Gegenüber der thermischen Nachverbrennung hat das Adsorptions/Oxydations-Verfahren
den Vorteil, daß infolge der durch die Adsorption erzielten starken Anreicherung
und der bei hoher Temperatur vorgenommenen Desorption nur eine wesentlich kleinere
Gasmenge auf 870 bis 1 2700K erwärmt werden muß. Im Vergleich zur herkötimlichen
Adsorption ist Jedoch von Nachteil, daß zur Desorption heißes (etwa 6700K) Rauchgas
verwendet wird, welches in geringer Menge auch Sauerstoff enthält. Durch die hohe
Temperatur und die Gegenwart von Sauerstoff wird ein Teil der organischen Verbindungen
an der Oberfläche der Aktivkohle zersetzt und oxydiert und es entstehen auch nicht
flüchtige, hochmolekulare Verbindungen, die eine schnelle Desaktivierung der Aktivkohle
verursachen. Zu dessen Kompensation muß die Aktivkohle häufig, zum Beispiel nach
Jedem 5-ten Zyklus, reaktiviert werden. Das wird mit Rauchgas hoher Temperatur (1
020°K) vorgenommen. Wegen der hohen Temperatur
müssen die Adsorber
speziell konstruierte Vorrichtungen aus hochwertigen Werkstoffen sein, was den Aufwand
erhöht.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Behebung der Nachteile
des Standes der Technik, wie des Adsorptions/Oxydatidns-Verfahrens, und unter Ausnutzung
der hochgradigen Anreicherungswirkung der Adsorption ein Verfahren zur Gewinnung
von organischen Stoffen aus Gasen durch Adsorption vom Typ Adsorptions/Oxydations-Verfahren,
durch welches aus Luftströmen und anderen technischen beziehungsweise industriellen
Gas strömen in geringer Konzentration vorliegende organische Stoffe bei längerer
Wirkungsdauer der Adsorbentien und ohne spezielle Anforderungen an das Adsorbermaterial
sowie bei geringerem Energiebedarf und größerer Umweltfreundlichkeit extrahiert
und unter Nutzung ihres Heizwertes durch Verbrennung unschädlich gemacht werden
können, zu schaffen.
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Das Obige wurde überraschenderweise durch die Erfindung erreicht.
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Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Gewinnung von organischen
Stoffen aus Gasen durch Adsorption durch Binden der in ihnen als Verunreinigung
vorliegenden organischen Stoffe in einem oder mehreren mit Aktivkohle und/oder einem
anderen Adsorbens mit großer spezifischer Oberfläche gefüllten Adsorber(n) und deren
Desorbieren nach Sättigung des [Jeweiligen] Adsorbers s0-wie, gegebenenfalls
nach Kondensieren des beim Desorbieren angefallenen Dampfgemisches aus organischen
Substanzen und Wasser und Entfernen beziehungsweise Gewinnen der vom Kondensat abtrennbaren
organischen Bestandteile
(zumindest partielles Rückgewinnen organischer
Stoffe), Verbrennen der organischen Stoffe ganz oder zum Teil mit Hilfe von Hilfsenergie
und dadurch Unschädlichmachen derselben und Nutzen der entstehenden Wärmemenge,
welches dadurch gekennzeichnet ist, daß das Desorbieren mittels unter Druck stehenden
Sattdampfes oder mittels überhitzten Wasserdampfes vorgenommen wird. Es wird in
einer mit einer Adsorptionsvorrichtung verbundenen Verbrennungsvorrichtung durchgeführt.
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Gegenüber dem Adsorptions/Oxydations-Verfahren, bei welchem zur Desorption
Rauchgas zu verwenden ist, um einen günstigen Energiebedarf zu sichern, ist es überraschend,
daß erfindungsgemäß mit dem einfacher zu handhabenden und keine Beeinträchtigungen
herbeiführenden Desorptionsmittel unter Druck stehender Sattdampf beziehungsweise
überhitzter Wasserdampf sogar bei geringerem Energiebedarf, insbesondere wegen des
schnelleren Erwärmens des Adsorbensbettes teilweise durch die latente Wärme des
unter Druck stehenden Sattdampfes beziehungsweise überhitzten Wasserdampfes, ii
q die organisiie#feun# Ich gemacht weden kämmen, wobei die bei ir Verbrennung entstehende
Wärmemenge zur Erzeugung des Desorptionsmittels unter Druck stehender Sattdampf
beziehungsweise überhitzter Wasserdampf genutzt und die Desorption bei niedrigerer
Temperatur durchgeführt werden kann.
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Als Gase, aus welchen die organischen Stoffe gewonnen und unschädlich
gemacht werden, kommen vor allem Luft und sonstige technische beziehungsweise industrielle
Gase in Frage. In diesen liegen die organischen Stoffe als Verunreinigungen vor.
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Das gegebenenfalls erfolgende Rückgewinnen organischer Stoffe kann
vor allem dann durchgeführt werden, wenn das zu reinigende Gas auch wasserunlösliche
organische Stoffe enthält.
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Vorzugsweise werden zur Gewährleistung des kontinuierlichen Betriebes
mindestens zwei, in einigen Fällen drei oder vier, Adsorber, verwendet.
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Es ist vorteilhaft, das Desorbieren (Regenerieren) des beziehungsweise
der Adsorber mit dem unter Druck stehenden Sattdampf oder überhitzten Wasserdampf
bei Temperaturen von höchstens 520°E, vorzugsweise 370 bis 5200g insbesondere 390
bis 4500K, vorzunehmen.
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Nach einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird das bei der Desorption entstandene Gemisch aus Wasserdampf und Dämpfen organischer
Substanzen ohne Kondensieren direkt zum Verbrennen (in einen Brenner) geleitet und
bei diesem werden die Lösungsmitteldämpfe aus dem Gemisch ausgebrannt und die während
der Verbrennung entstehende Wärmemenge wird zumindest zum Teil zur Wasserdampfentwicklung
verwendet.
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Nach einer speziellen vorteilhaften Ausführungsform dieser Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens wird dabei durch (das) Verbrennen der in den mittels
unter Druck stehenden Sattdampfes oder mittels überhitzten Wasserdampfes desorbierten
Dämpfen enthaltenen organischen Verbindungen Wasserdampf hergestellt und dieser
zum Teil als Desorptionsmittel in den beziehungsweise die Adsorber zurückgeführt
und zum Teil für sonstige Zwecke dem System entnommen.
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Dabei wird nach einer speziellen vorteilhaften Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung des zur Desorption der organischen
Verbindungen aus dem beziehungsweise den Adsorber(n) erforderlichen Wasserdampfes
zunächst nur ein Teil des aus dem beziehungsweise den Adsorber(n) desorbierten Dampfgemisches
in einer sich an den beziehungsweise die Adsorber anschließenden
Verbrennungsvorrichtung
verbrannt und der verbleibende Teil durch getrenntes Verbrennen in einer anderen
Verbrennungsvorrichtung unschädlich gemacht und die entstandene Wärmemenge genutzt.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens wird die nach dem Entfernen der vom Kondensat abgetrennten organischen
Bestandteile angefallene auch organische Stoffe enthaltende wäßrige Phase unter
Verwendung von Hilfsenergie in Verbrennungsvorrichtungen verbrannt und dadurch unschädlich
gemacht und die entstandene Wärmemenge zur Herstellung des zur Desorption erforderlichen
Wasserdampfes genutzt und/oder dem System zur anderweitigen Nutzung entnommen.
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Dabei kann die die abgetrennten organischen Bestandteile enthaltende
organische Phase nach einer einfachen Behandlung, wie einem Trocknen, erneut verwendet
werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren hat gegenüber dem bekannten Adsorptions/Oxydations-Verfahren
insbesondere die folgenden Vorteile: a) Die Desorption der organischen Stoffe vom
Adsorbens mit Wasserdampf kann vorteilhaft bei Temperatur von höchstens 520°k, insbesondere
390 bis 450°E, vorgenommen werden.
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Beim Adsorptions/Oxydations-Verfahren dient dagegen zur Desorption
Rauchgas mit einer Temperatur von etwa 670°K. Gegenüber dem Rauchgas hat Wasserdampf
den großen Vorteil, keine verunreinigenden Verbrennungsprodukte, wie Ruß, Teer und
Schwefelverbindungen, und keinen Sauerstoff zu enthalten. Daher schädigt er die
Aktivkohle nicht und tritt auch mit den adsorbierten organischen Staffen nicht in
Reaktion. Bei der Temperatur der Desorption (Regenerierung) wird auch der Wasserdampf
selbst in geringer Menge an der
Aktivkohle adsorbiert und übt dadurch
auf die dort adsorptiv gebundenen organischen Stoffe eine verdrängende Wirkung aus,
was zu einer schnelleren und vollständigeren Desorption führt. Deshalb geht die
Desorption auch bei geringeren Temperaturen (unter 4700K) schnell vonstatten und
Zersetzungs- und Polymerisationsreaktionen der organischen Stoffe treten nicht ein.
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b) Im Adsorptions/Oxydations-Verfahren ist zur Herstellung von sauerstoffarmem
Rauchgas zur Desorption (Regenerierung) der Adsorber eine besondere Vorrichtung
zur Herstellung von Inertgas (Inertgas-Generator) erforderlich, was den Aufwand
erhöht.
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c) Die für das Adsorptions/Oxydations-Verfahren verwendeten Adsorber
und Armaturen müssen aus gegenüber einer Temperatur von 1 0200K beständigen Werkstoffen
gefertigt sein und der Mantel des Adsorbers muß mit einer Luftkühlung versehen sein,
wozu ein weiteres Gebläse erforderlich ist. Zur Rezirkulation des heißen Rauchgases
sind hitzebeständige Gasgebläse und mit hohem Aufwand verbundene Wärmeaustauscher
erforderlich. Das erfindungsgemäße Verfahren erfordert dagegen für die Vorrichtungen
zu seiner Durchführung keine speziellen Werkstoffe und die Gasgebläse und die Speisewasserpumpe
arbeiten bei der Umgebungstemperatur.
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d) Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann die erzeugte Wärmemenge einfach
und mit gutem Wirkungsgrad zur Dampferzeugung verwendet werden.
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Das aus Adsorber(n) und Verbrennungsvorrichtung(en) durch Zusammenschalten
gebildete
System ist gut abstimmbar und kann einfach automatisiert
werden.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren wurde ein Problem des Umweltschutzes
gelöst, indem mit ihm die schädlichen Stoffe aus der Luft und sonstigen technischen
beziehungsweise industriellen Gasen entfernt werden können und es gewährleistet
außerdem in Form von Wasserdampf die kalorische Nutzung der ansonsten ungenutzt
verloren gehenden organischen Substanzen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird an Hand der folgenden beispielhaften
Darlegungen in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen, welche Fließschemata
von zwei Ausführungsformen desselben darstellen, näher erläutert.
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Bei der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens werden die organische Stoffe in geringer Konzentration (von einigen Zehntel
Grammen/m3 bis etwa 20 g/m3) enthaltende(n) Luft und/oder sonstigen technischen
beziehungsweise industriellen Gase mittels eines Gebläse3 3 mit gleichmäßiger Geschwindigkeit
durch ein in einem Adsorber 1 befindliches Aktivkohlebett gedrückt. Die organischen
Stoffe werden an der Aktivkohle gebunden und das gereinigte Gas tritt aus dem Adsorber
1 ins Freie aus. Sobald der Adsorber 1 gesättigt (beladen) ist, wird die mit organischen
Stoffen verunreinigte Luft in einen frisch regenerierten anderen Adsorber umgeleitet
und der beladene Adsorber 1 wird desorbiert (regeneriert).
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Die Desorption (Regenerierung) wird mit in einem an
die
Adsorptionsvorrichtung angeschlossenen Brenner 2, welchem die Luft mittels eines
Gebläses 6 und das Heizgas durch eine andere Leitung zugeführt wird, unter Ausnutzung
der Strahlungswärme des Brennraumes und des Wärmegehaltes der heißen Rauchgase erzeugtes
unter Druck stehendem und/oder auf die gewünschte Temperatur uberhitztem Wasserdampf,
dessen Strömungsrichtung im Adsorber 1 der Strömungsrichtung der Luft entgegengesetzt
ist, vorgenommen. Das zur Herstellung des Wasserdampfes erforderliche Speisewasser
wird von einer Pumpe 5 in den Brenner 2 gefördert. Der Druck beziehungsweise die
Temperatur des zum Desorbieren (Regenerieren) verwendeten Dampfes und die in den
beladenen Adsorber 1 eingeleitete Dampfmenge werden so gewählt, daß die Desorption
der organischen Stoffe innerhalb 10 bis 80 Minuten, vorzugsweise 20 bis 60 Minuten,
verläuft. Der bei der Desorption entstandene Wasser- und Lösungsmitteldampf wird
dem Brenner 2 zum Verbrennen der organischen Stoffe und gegebenenfalls teilweise
einem zweiten Kessel zugeführt.
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Nach dem Ende des Bedampfens zur Desorption wird das Aktivkohlebett
im Adsorber*1, das eine Temperatur von 370 bis 4700K aufweist und bei dieser Temperatur
mit Wasserdampf gesättigt ist, durch Einleiten von, gegebenenfalls erwärmter, Luft
getrocknet und gekühlt. Die zum Trocknen und Kühlen notwendige Luft wird durch ein
Gebläse 4 mit gleichmäßiger Geschwindigkeit in den Adsorber 1 geblasen und tritt
mit dem gereinigten Gas des eben im Arbeitstakt befindlichen Adsorbers 1 vermischt
ins Freie aus. Beim Trocknen und Kühlen beträgt die Geschwindigkeit der Luft das
0,1- bis 0,3-fache der beim Sättigen (im Arbeitstakt) angewandten Strömung geschwindigkeit.
Die Zeitdauer für das Trocknen und
Mühlen beträgt 10 bis 50 Minuten,
vorzugsweise 25 t15S/ o '" 35 Minuten.
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Der aus dem Brenner 2 zusammen mit dem Rauchgas entweichende überhitzte
Wasserdampf kann einerseits zum Desorbieren (Regenerieren) des beziehungsweise der
Adsorber1 und andererseits zur Wasserdampfentwicklung verwendet werden, wobei die
latente Wärme des Wasserdampfes teilweise ausgenützt werden kann.
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Um die Gasreinigung kontinuierlich vornehmen zu können, werden mindestens
zwei Adsorber, von denen der eine gerade adsorbiert (gesättigt wird, im Arbeitstakt
steht), während der andere gerade desorbiert (regeneriert) wird, benötigt. Es ist
wichtig, daß die Zeitdauer der Desorption (Regenerierung) kleiner als die der Sättigung
ist beziehungsweise höchstens ihr gleich ist. Um eine gleichmäßige Betriebsweise
der Verbrennungsvorrichtung zu gewährleisten, ist es zweckmäßig, vier oder mehr
Adsorber an eine einzige Verbrennungsvorrichtung anzuschließen. In diesem Fall steht
immer mindestens ein Adsorber unter Bedampfung zur Desorption, das heißt, daß der
mit organischen Stoffen beladene Dampf der Verbrennungsvorrichtung kontinuierlich
zuströmt.
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Bei der in Figur 2 dargestellten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens wird eine partielle Rdckgewinnung organischer Stoffe durchgeführt. Nach
ihr werden die in einem Adsorber 1 durch durch wie oben bei der an Hand der Figur
1 erläuterten erstgenannten Ausführung sform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgendes
Drücken der wie oben angegeben organische Stoffe enthaltenden Luft und/oder sonstigen
technischen beziehungsweise industriellen Gase mittels eines Gebläses 3 mit gleichmäßiger
Geschwindigkeit durch ein im Adsorber 1 befindliches Aktivkohlebett bei Austretenlassen
des gereinigten Gases aus dem Adsorber 1 ins Freie bewerkstelligtes Adsorbieren
gebundenen organschen Stoffe auf
die bereits beschriebene Weise
mit Dampf, der in einem sich unmittelbar an den Adsorber 1 anschließenden Brenner
2 oder in einem davon unabhängigen Kessel hergestellt worden ist, von der Aktivkohle
desorbiert. Der Wasserdampf wird zusammen mit den Dämpfen der organischen Substanz
in einem Kondensator 7 kondensiert und in einem Kühler 8 auf die Umgebungstemperatur
gekühlt und das erhaltene Gemisch wird dann in einem Scheider 9 in eine organische
Phase und eine wäßrige Phase getrennt.
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Die aus wasserunlöslichen organischen Stoffen bestehende organische
Phase wird in einem Behälter 10 und die wasserlösliche organische Substanzen enthaltende
wäßrige Phase in einem anderen Behälter 11 gesammelt.
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Die Bestandteile der organischen Phase können durch Destillation
voneinander getrennt und in den verfahrenstechnischen beziehungsweise technologischen
Prozeß zurückgeführt werden.
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Die wäßrige Phase wird mittels einer Pumpe 12 in den Brenner 2 oder
davon unabhängigen Kessel gefördert, die in ihr enthaltenen organischen Verbindungen
werden durch Verbrennen unschädlich gemacht und die erzeugte Wärme wird zur Herstellung
des für die Desorption (Regenerierung) erforderlichen Wasserdampfes oder für sonstige
Zwecke genutzt.
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Wie bei der an Hand der Figur 1 erläuterten erstgenannten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens kann der aus dem Brenner 2 zusammen mit dem Rauchgas
entweichende überhitzte Wasserdampf einerseits zum Desorbisar (Regenerieren) des
beziehungsweise der Adsorber 1 und andererseits zur Wasserdampfentwicklung verwendet
werden, wobei die latente Wärme des Wasserdampfes teilweise ausgenützt werden kann.
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Diese Verfahrensweise hat einerseits den Vorteil, daß ein Teil der
organischen Substanzen in zur Wiederverwendung geeigneter Qualität rückgewonnen
werden kann.
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Andererseits ist es vorteilhaft, daß die organische Substanz in der
wäßrigen Phase in kondensiertem Zustand in verhältnismäßig hoher Konzentration vorliegt,
was ein geringes Volumen und die Vereinfachung von Lagerung und Transport bedeutet.
Besonders bei dieser Ausführungsform braucht die zur Verbrennung der wäßrigen Phase
dienende Verbrennungsvorrichtung nicht unmittelbar mit der Adsorptionsvorrichtung
verbunden zu sein, vielmehr kann die wäßrige Phase auch in einem bereits vorhandenen
Kessel verbrannt werden.
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Ferner wird die Erfindung an Hand der folgenden Beispiele näher erläutert.
Die Beispiele 1 und 2 betreffen diejenige Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens, bei welcher das bei der Desorption aus dem beziehungsweise den Adsorber(n)
austretende Gemisch aus Dampf und organischen Stoffen ohne vorheriges Kondensieren
unmittelbar der Verbrennungsvorrichtung zugeführt wird. Das Beispiel 3 betrifft
die Ausführungsform mit partieller Rückgewinnung der organischen Stoffe des erfindungsge
maßen Verfahrens.
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Beispiel 1 Es wurde in eine Adsorptionsvorrichtung mit zwei Adsorbern,
von denen jeder 1 000 kg Aktivkohle enthielt, Luft, die 6,12 g/m) organische Verunreinigungen,
von denen 58 Gew.-% wasserunlöslich und 42 Gew.-% gut wasserlöslich waren, enthielt,
bei Raumtemperatur mit einer Geschwindigkeit von 5 000 m3/h eingeleitet. Der Sättigungszyklus
(Adsorptionazyklus) dauerte 2,65 Stunden.
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In dieser Zeit wurden von der Aktivkohle 81 kg organische Substanz
gebunden. Daran anschließend wurden die organischen
Substanzen
mit Sattdampf mit einer Temperatur von 3900K und unter einem Druck von 2 bar mit
einer Dampfgeschwindigkeit von 389 kg/h desorbiert. Das Bedampfen dauerte 50 Minuten
und erforderte 324 kg Dampf.
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Das aus der Adsorptionsvorrichtung ausgetretene Dampfgemisch hatte
eine Temperatur von 3750K und einen Heizwert von 7 283,6 kJ/kg [1 740 kcal/kg]
und wurde in der unmittelbar mit der Adsorptionsvorrichtung verbundenen Verbrennungsvorrichtung
mit Hilfe einer Hilf 5-flamme verbrannt. Bei einer auf 5230K eingestellten Austrittstemperatur
des Rauchgases und 10% Wandverlust wurden 5 910,6 kg [1 412 kcall nutzbare
Wärme/kg verbranntes Dampfgemisch gewonnen.
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Mit dieser Wärmemenge konnten 2,19 kg Sattdampf der Temperatur von
3900K hergestellt werden. Davon wurde zum Desorbieren der organischen Stoffe 0,8
kg/kg Gemisch verbraucht. Nach Abzug dieser Menge blieben als für sonstige Zwecke
nutzbare Wärme noch 1,39 kg Dampf/kg Gemisch.
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Hinzukam noch die Dampfmenge, die durch die Wärme der Hilfsflamme
gebildet wurde.
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Beispiel 2 In der im Beispiel 1 beschriebenen Weise wurden 81 kg
organische Substanz in der Adsorptionsvorrichtung gebunden und dann mit überhitztem
Wasserdampf mit einer Tempezatur von 4500K und unter einem Druck von 1,2 bar mit
einer Dampfgeschwindigkeit von 364 kg/h desorbiert. Dazu wurden während 40 Minuten
243 kg Wasserdampf verbraucht.
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Das aus der Adsorptionsvorrichtung ausgetretene Dampfgemisch hatte
eine Temperatur von 4350K und einen
Heizwert von 9 104,6 kJ/kg
[2 175 keal/kg] und wurde im Brenner mit Hilfe einer Hilfsflamme verbrannt.
Bei Einstellung einer Austrittsrauchgastemperatur von 5230K und 10% Wandverlust
wurde aus 1 kg Gemisch 7 731,5 kJ [1 847 kcal] nutzbare Wärme erhalten.
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Mit dieser Wärmemenge konnten 2,78 kg überhitzter Wasserdampf der
Temperatur von 450 0K hergestellt werden.
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Nach Abzug des für die Desorption (Regenerierung) erforderlichen spezifischen
Dampfbedarfes von 0,75 kg Dampf/kg Gemisch blieben für sonstige Zwecke noch 2,03
kg Dampf/kg Gemisch nutzbar. Hinzukam noch die Dampfmenge, die durch die Wärme der
Hilfsflamme gebildet wurde.
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Die obigen Beispiele 1 und 2 zeigen, daß mit dem erfindungsgemäßen
Verfahren durch Verbrennen der aus der Luft abgetrennten organischen Stoffe nicht
nur die zur Desorption (Regenerierung) erforderliche Dampfmenge, sondern das Zwei-
bis Dreifache dieser Menge hergestellt werden kann. Ferner ist ersichtlich, daß
mit der Erhöhung der Desorptionstemperatur (Regenerierungstemperatur) die dem System
entziehbare Dampfmenge absolut und relativ zunimmt.
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Beispiel 3 Es wurden in der im Beispiel 1 beschriebenen Weise und
in der gleichen Vorrichtung 78,7 kg organische Substanz in den Adsorbern der Adsorptionsvorrichtung
gebunden.
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60 Gew.-% des gebundenen organischen Stoffes waren gut wasserlöslich
und 40 Gew.-% waren wasserunlöslich. Die organischen Stoffe wurden während 1 Stunde
mit 338 kg Sattdampf mit einer Temperatur von 39O0K und unter einem Druck von 2
bar mit einer Dampfgeschwindigkeit von 338 kglh desorbiert. Durch Kondensieren des
Dampfgemisches wurden
31,5 kg wäßrige Phase mit einem Gehalt an
12,3 Gew.-% organischen Verbindungen erhalten.
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Die die organische Phase bildende organische Substanz konnte nach
einer Behandlung (Trocknung) dem verfahrenstechnischen beziehungsweise technologischen
Kreislauf wieder zugeführt werden.
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Die wäßrige Phase, die einen Heizwert von 3 7634 Itykg [900
kcal/kg] hatte, wurde in einer Verbrennungsvor richtung unter Zuhilfenahme
von 22,2 m3/h Methan als zusätzlichem Heizmaterial verbrannt. Dabei wurden stündlich
207 kg Wasserdampf erzeugt, was etwa 60 Gew.-% der zum Desorbieren (Regenerieren)
erforderlichen Dampfmenge darstellt.
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Mit dieser Verfahrensweise konnte aus der Luft abgetrennte organische
Substanz in zur Neuverwendung geeigneter Qualität rückgewonnen werden. Die löslichen
organischen Stoffe wurden durch Verbrennen unschädlich gemacht und gleichzeitig
wurde auf diese Weise ein bedeutender Teil des zum Desorbieren (Regenerieren) erforderlichen
Dampfes gewonnen.
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