DE3810705A1 - Mehrstufiges verfahren zur entfernung von in einem gas enthaltenen loesemitteln - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein mehrstufiges Verfahren zur Ent­ fernung von in einem Gas enthaltenen Lösemitteln.

Bei vielen Bearbeitungsverfahren werden Lösemittel freige­ setzt, die zusammen mit einem Gas, wie z.B. Stickstoff oder Luft aus dem System entweichen. Zu diesen Lösemitteln gehören insbesondere auch halogenierte Kohlenwasserstoffe, wie bei­ spielsweise Methylenchlorid, Chloroform, Dichlorethan, Trichlorethylen und Tetrachlorkohlenstoff. Aus Umweltschutz­ gründen müssen diese Lösemittel aus dem Abgas entfernt werden. Sie dürfen nicht ins Freie gelangen.

Allgemein üblich ist die Reinigung durch Adsorption, im we­ sentlichen durch Aktivkohle. Bei hoch mit Lösemitteln bela­ denen Abgasströmen geht der Wirkungsgrad dieses Verfahrens bedingt durch frei werdende Adsorptionswärme stark zurück. Unter Umständen muß man zusätzlich unbeladene Gase hinzufügen, um die Konzentration zu senken. Dadurch kann der Abluftstrom vergrößert werden. Es entstehen hohe Investitionskosten.

Ferner kann die Verringerung von Lösemittelkonzentrationen in Abluft- bzw. Abgasströmen durch Kondensation bewirkt werden.

Die Wirkung derartiger Verfahren kann durch Druckerhöhung verbessert werden. Auch bei diesem Verfahren werden häufig nicht die erforderlichen Reinheitsgrade erreicht, um Gase an die Umwelt abgeben zu können. Bekannt ist auch der Einsatz von Kondensationsanlagen, wo im geschlossenen Gaskreislauf Lösemittel durch Kondensation ausgeschieden werden und in einer Endstufe mittels eines Aktivkohlefilterbettes die Ent­ sorgung des Abgases erfolgt (DE-OS 35 01 643 und Prospekt Firma Sulzer Burckhardt; e/26.07.14.40-Chf 30, Printed in Switzer­ land). Dabei erfolgt die Desorption des Aktivkohlebettes durch zusätzliche Energiezufuhr.

Aufgabe der Erfindung ist somit die Entwicklung eines Ver­ fahrens zur Entfernung von Lösemitteln aus Gasen, bei dem eine möglichst verlustlose Entfernung des Lösemittels ge­ währleistet wird, so daß das an die Umwelt abgegebene Gas einen hohen Reinheitsgrad aufweist, und das Verfahren mit geringen Betriebs- und Investitionskosten arbeitet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß

• a) ein Verdichter (1) das mit Lösemitteln beladene Gas (Trägergas) und zusätzlich das von einer Adsorptions- Druckwechselanlage (6, 7) kommende Gas (Spülgas) an­ saugt und die gesamte Gasmenge verdichtet,
• b) der derart verdichtete Gasstrom einem Kühler (2) zuge­ führt wird, in dem das Lösemittel kondensiert, wenn sein Sättigungsdruck überschritten wird,
• c) das Kondensat in einem nachgeschalteten Abscheider (3) an einer Austrittsstelle (4) aus dem System entfernt wird,
• d) der mit Restlösemittel behaftete Gesamtgasstrom über ein Ventil (5) zu der Adsorptions-Druckwechselanlage geführt wird, in der das Gas in einen Adsorber (6) ge­ langt, worin das Restlösemittel von einem geeigneten Adsorptionsmittel adsorbiert und anschließend das ge­ reinigte Trägergas über ein Ventil (8) aus dem System entfernt wird, und
• e) das für die Desorption notwendige Spülgas nach der Reinigung hinter dem Ventil (8) entnommen und dem in Desorptionsstellung befindlichen Adsorber (7) zugelei­ tet wird, wo das vorher adsorbierte Restlösemittel aus dem Adsorber entfernt wird, d.h. vom Spülgas aufge­ nommen und dann über das Ventil (5) zum Verdichter (1) zurückgeführt wird.

Der der Erfindung zugrundeliegende Erfindungsgedanke ist in der vorteilhaften Kombination des Verdichtungs-, Kondensa­ tions- und Druckwechselverfahrens zu einem mehrstufigen Ver­ fahren zu sehen, wodurch es auf eine weitaus wirtschaft­ lichere Weise als bisher gelingt, Gas von Lösemitteln weit­ gehend zu befreien, und zwar kann durch Recycling des Teil­ stromes des Gases nahezu die gesamte Lösemittelmenge durch Kondensation ausgeschieden werden.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbeson­ dere darin, daß das Verfahren besonders für kleine Abgas­ ströme mit hohen Lösemittelkonzentrationen geeignet ist und gegenüber den bisher bekannten Verfahren eine wesentliche Einsparung an Investitions- und Betriebskosten bedeutet. Darüber hinaus ist auch der erforderliche Platzbedarf für die Gesamtanlage gegenüber einer konventionellen Anlage wesentlich geringer.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Systems zur Durch­ führung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Entfer­ nung von Lösemitteln aus Abluft bzw. Abgas, und

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Systems entspre­ chend einer abgewandelten erfindungsgemäßen Durch­ führung des Verfahrens, wenn das im Abgas bzw. in der Abluft enthaltene Lösemittel nahezu wasserunlöslich ist.

Wie aus der Fig. 1 ersichtlich ist, wird das mit Lösemitteln behaftete Gas (Trägergas) und eine gewisse Spülgasmenge von einem Verdichter 1 angesaugt und auf einen Druck von vor­ zugsweise 10 bar verdichtet. Der derart verdichtete Gasstrom wird einem Kühler 2 zugeführt, in dem ein Teil des Löse­ mittels kondensiert, wenn der Sättigungsdruck des Lösemit­ tels überschritten wird. Das kondensierte Lösemittel wird dann über einen Abscheider 3 an einer Austrittsstelle 4 aus dem System entfernt. Der mit Restlösemittel behaftete Gas­ strom wird über ein Ventil 5 einer Druckwechselanlage zuge­ führt.

Für einen kontinuierlichen Betrieb besteht die Druckwechsel­ anlage aus zwei Adsorptionsbehältern 6 und 7, wobei der eine Adsorber 6 in Adsorptionsstellung und der andere Adsorber 7 in Desorptionsstellung steht (bzw. umgekehrt), da Adsorp­ tion und Desorption in ständigem Wechsel stattfinden. Selbst­ verständlich können auch mehrere Adsorber eingesetzt werden mit der Maßgabe, daß sie nicht alle gleichzeitig auf Adsorp­ tion oder alle gleichzeitig auf Desorption geschaltet sein dürfen. Die für das erfindungsgemäße Verfahren benutzte Druckwechselanlage arbeitet in Intervallen zwischen 1 und 30 Minuten, jedoch vorzugsweise zwischen 3 und 10 Minuten. Die Adsorption kann hierbei in Richtung von unten nach oben oder von oben nach unten erfolgen. Die Desorption erfolgt immer im Gegenstrom, d.h. im erstgenannten Fall von oben nach unten. Dem Adsorberbehälter 6 wird der Gasstrom unter einem erhöhten Druck zugeführt, so daß die Adsorption bei einem Druck von 5 bis 25 bar, vorzugsweise bei einem Druck von 10 bar durchgeführt wird, während die Desorption in dem Adsorptionsbehälter 7 durch Entspannen des zu regenerieren­ den Adsorbers z.B. auf Atmosphärendruck (Normaldruck) er­ folgt.

Während des Adsorptionsprozesses wird das Lösemittel im Ad­ sorberbehälter 6 an Adsorptionsmitteln adsorbiert und zum weitaus größten Teil zurückgehalten. Dabei wird zu Beginn des Adsorptionsprozesses am unteren Einlaßende des Adsorp­ tionsbettes das Lösemittel zuerst adsorbiert und bewegt sich mit zunehmender Adsorptionsdauer zum oberen Auslaßende des Adsorberbettes hin. Es bilden sich zwei Adsorptions­ zonen aus, und zwar eine Zone, in der die Konzentration des Lösemittels vom gleichen Betrag wie die Eintrittskonzentra­ tion ist, und eine Zone, in der die Konzentration auf einen minimalen Wert abfällt. Diese zweite Zone wird allgemein als Massenübergangszone bezeichnet. Der Adsorptionsvorgang im Adsorptionsbehälter 6 wird beendet, bevor die Massenüber­ gangszone den Adsorberaustritt erreicht oder zumindest eine tolerierte Konzentrationsgrenze nicht überschritten wird. Das gereinigte Gas verläßt über das Ventil 8 die Druck­ wechselanlage. Am Leitungskreuzungspunkt x wird das not­ wendige Spülgas abgezweigt. Das gereinigte Trägergas wird über die Austrittsstelle 9 aus dem System ins Freie geführt. Das entspannte Spülgas (etwa 15% der Gesamtgasmenge) fließt zum Ventil 8 zurück und von dort zu dem in Desorptionsstel­ lung befindlichen Adsorber 7. Dort entfernt es die vorher aufgenommenen Lösemittel (Desorption). Das so mit Lösemit­ teln angereicherte Spülgas wird über das Ventil 5 zum Ver­ dichter 1 zurückgeführt. Am Leitungskreuzungspunkt y treffen das Spülgas und das verunreinigte Abgas (Trägergas) zusam­ men und werden vom Verdichter 1 angesaugt. Sodann laufen er­ neut die vorstehend geschilderten Verfahrensschritte kon­ tinuierlich ab und zwar derart, daß der gerade regenerierte und in Desorptionsstellung befindliche Adsorber 7 durch ent­ sprechende Umschaltung der Ventile 5 und 8 auf Adsorption umgeschaltet wird, während der in Adsorptionsstellung be­ findliche Adsorber 6 auf Desorption umgeschaltet wird.

Es sei weiterhin erwähnt, daß der Kühler 2 und der Abschei­ der 3 zusammen in einer Baueinheit integriert sein können.

In Fig. 2 wird eine abgewandelte Ausführungsform des Verfah­ rens gemäß der Erfindung dargestellt. Diese Variante be­ trifft Fälle, in denen die in der Abluft bzw. im Abgas ent­ haltenen Lösemittel nahezu wasserunlöslich sind, und sich neben Lösemitteln noch Feuchtigkeit im Abgas befindet. Es kondensiert dann neben den Lösemitteln auch Wasser aus. In einem Phasentrenner 10 kann zwar das Wasser von Lösemitteln weitgehend getrennt werden, es enthält jedoch entsprechend der Löslichkeit noch eine gewisse Lösemittelmenge. Wenn es nicht erlaubt ist, den wässrigen Teil so abzuleiten, kann das Abwasser noch in einem Stripper 11 weitgehend von Löse­ mitteln befreit werden. Die Bezugsziffern bezeichnen diesel­ ben Bauteile des Systems wie in Fig. 1.

In entsprechender Weise, wie dies im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben wurde, wird das mit Lösemittel und Feuchtig­ keit behaftete Abgas vom Verdichter 1 angesaugt und dem Kühler 2 sowie dem Abscheider 3 zugeführt. Neben dem Löse­ mittel kondensiert auch Wasser. Dieses Wasser wird in einem an den Abscheider 3 angeschlossenen Phasentrenner 10 vom Lösemittel weitgehend getrennt. Das Wasser enthält jedoch immer noch geringe Mengen von Lösemitteln, so daß es nicht ohne weiteres abgeleitet werden kann. Der Phasentrenner 10 ist mit einem sogenannten Stripper 11 verbunden, in dem mit Hilfe eines abgezweigten kleinen Teils des gereinigten Gases (Strippgas) das Restlösemittel weitgehend aus dem Wasser entfernt wird. Das vom Lösemittel gereinigte Wasser wird an einer vom Stripper 11 ausgehenden Leitung an einer Aus­ trittsstelle 12 als gereinigtes Abwasser abgeführt. Das mit Lösemittel angereicherte Strippgas wird über eine Leitung a zur Saugseite des Verdichters 1 zurückgeführt.

Zur Vergleichmäßigung des von der Druckwechselanlage kommen­ den Spülgasstromes kann ein Pufferbehälter 13 dienlich sein, der vor allem die beim Umschalten der Druckwechselanlage auftretenden Druckstöße stark dämpft. Weiterhin sind im Leitungssystem Druckregler 14 vorgesehen, da das Verfahren in diesem Bereich unter einem erhöhten Druck steht und ein­ reguliert werden muß. Zur Überwachung des fließenden Gas­ stromes dienen in dem Leitungssystem an den entsprechenden Stellen Durchflußmesser 15.

Bezugszeichenliste

 1 Verdichter
 2 Kühler
 3 Abscheider
 4 Austrittsstelle für das LM aus der Anlage
 5 Ventil
 6 Adsorberbehälter bzw. Desorptions- oder
 7 Adsorptionsvorrichtung
 8 Ventil
 9 Austrittsstelle
10 Phasentrenner im Zusammenhang mit Fig. 2, wenn im Abgas mit Lösemittel noch zusätzlich Feuchtigkeit enthalten ist
11 Stripper
12 Austrittsstelle für das vom Stripper 11 abgeführte gereinigte Abwasser
13 Pufferbehälter zwischen dem Ventil 5 und der Saugseite des Verdichters 1 in Fig. 2
14 Druckregler
15 Durchflußmesser
x Leitungskreuzungspunkt
y Leitungskreuzungspunkt
a Leitung vom Stripper 11 zum Verdichter 1

Claims (2)

1. Mehrstufiges Verfahren zur Entfernung von in einem Gas enthaltenen Lösemitteln, gekennzeichnet durch die Kombination der folgenden Verfahrensschritte, daß

• a) ein Verdichter (1) das mit Lösemitteln beladene Gas (Trägergas) und zusätzlich das von einer Adsorptions- Druckwechselanlage (6, 7) kommende Gas (Spülgas) ansaugt und die gesamte Gasmenge verdichtet,
• b) der derart verdichtete Gasstrom einem Kühler (2) zugeführt wird, in dem das Lösemittel kondensiert, wenn sein Sättigungsdruck überschritten wird,
• c) das Kondensat in einem nachgeschalteten Abscheider (3) an einer Austrittsstelle (4) aus dem System ent­ fernt wird,
• d) der mit Restlösemittel behaftete Gesamtgasstrom über ein Ventil (5) zu der Adsorptions-Druckwechselanlage geführt wird, in der das Gas in einen Adsorber (6) ge­ langt, worin das Restlösemittel von einem geeigneten Adsorptionsmittel adsorbiert und anschließend das ge­ reinigte Trägergas über ein Ventil (8) aus dem System entfernt wird, und
• e) das für die Desorption notwendige Spülgas nach der Reinigung hinter dem Ventil (8) entnommen und dem in Desorptionsstellung befindlichen Adsorber (7) zugelei­ tet wird, wo das vorher adsorbierte Restlösemittel aus dem Adsorber entfernt wird, d.h. vom Spülgas aufgenom­ men und dann über das Ventil (5) zum Verdichter (1) zurückgeführt wird.

2. Mehrstufiges Verfahren zur Entfernung von in einem Gas ent­ haltenen Lösemitteln nach Anspruch 1, wobei das Gas neben dem Lösemittel zusätzlich Wasser enthält, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) das aus dem Gas auskondensierte Wasser in einem an den Abscheider (3) angeschlossenen Phasentrenner (10) vom Lösemittel weitgehend getrennt wird,
• b) die mit geringen Lösemittelmengen angereicherte wässri­ ge Phase aus dem Phasentrenner (10) dem Stripper (11) zugeführt wird, in dem mit Hilfe eines abgezweigten kleineren Teilstroms des gereinigten und entspannten Gases die Lösemittel weitgehend aus dem Wasser entfernt werden und das gereinigte Abwasser an einer vom Stripper (11) ausgehenden Austrittsstelle (12) abgeführt wird,
• c) das im Stripper (11) mit Restlösemittel angereicherte Strippgas über eine Leitung (c) zur Saugseite des Ver­ dichters (1) zurückgeführt wird.