DE3818215A1

DE3818215A1 - Verfahren zur katalytischen oxidation eines kohlenwasserstoff-luftgemisches und vorrichtung hierzu

Info

Publication number: DE3818215A1
Application number: DE19883818215
Authority: DE
Inventors: Bernd Dr Ing Dahlhoff; Hans-Juergen Dipl Ing Schwefer; Horst Dipl Ing Weyer
Original assignee: DAHLHOFF BERND
Current assignee: DAHLHOFF BERND
Priority date: 1988-05-28
Filing date: 1988-05-28
Publication date: 1990-02-15

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur katalytischen Oxidation eines Kohlenwasserstoff-Luftgemisches, wobei zu Beginn ein Katalysator auf Funktionstemperatur erwärmt und anschließend von dem Gemisch durchströmt wird, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens sind bereits bekannt geworden aus dem Aufsatz : "Katalytische Oxidationsverfahren zur Luftreinhaltung", erschienen in: Luftreinhaltung H. Schuermann, 12. 1985. Bei diesem bekannten Verfahren mit zugehöriger Vorrichtung ist Voraussetzung, daß die ankommende Gasmischung eine genügend geringe Beladung mit Kohlenwasserstoffen für die nachfolgende katalytische Oxidation aufweist. Es handelt sich hier um die Möglichkeit einer kontinuierlichen Entsorgung der aus einem fortlaufenden Arbeitsprozeß ankommenden Dämpfe und/oder Gase. Solche mit geringer Belastung konstant geladenen Gasströme treten in vielerlei Produktionsprozessen auf. Die in dem Aufsatz beschriebene Methode führt zu befriedigenden Ergebnissen. Wird hierbei die Belastung mit Kohlenwasserstoffen, beispielsweise während eines Auslaufprozesses, zu gering, muß der Katalysator zusätzlich beheizt werden, so daß entsprechende Heizkosten anfallen. Die Aufheizung des Katalysators ist auch notwendig zur Inbetriebnahme. Hierzu wird der Katalysator zunächst durch Fremdenergie auf Betriebs temperatur aufgeheizt bevor er beschickt wird.

Es ist jedoch häufig notwendig mit stark wechselnden Kohlenwasser stoff-Belastungen fertig zu werden. Ein Katalysator würde bei höherer Kohlenwasserstoff-Belastung überhitzt und schließlich zerstört werden. Eine Kühlung hilft wenig, weil sie für den im Prinzip unbekannten Maximalfall ausgelegt sein müßte, bei dessen Unterschreitung aber der Katalysator unterkühlt und damit funktionsunfähig würde.

Für den Anfall stark wechselnder Kohlenwasserstoff-Belastungen und deren Behandlung werden Methoden in dem Aufsatz "Behandlung sowie Beseitigung der bei Lagerung und Verladung brennbarer Flüssigkeiten entstehenden Dämpfe", erschienen im "Chem.-Ing.-Tech. 56 (1984) Nr. 4, S. 286-291 beschrieben. Es handelt sich hierbei neben der Unterfeuerung im wesentlichen um das sogen. Abfackeln oder um eine der Abfackelung vorangehende sogen. Pendelung. Es stellt dieses Abfackeln jedoch keine umweltschonende Lösung dar, weil hierzu Belastungen oberhalb der Zündfähigkeit vorliegen müssen, die nicht vollständig verbrannt (oxidiert) werden. Werden diese Werte zeitweilig nicht erreicht, erfolgt keine Verbrennung und es muß daher Fremdenergie zugeführt werden um die Verbrennung aufrecht zu erhalten. Das einfache Abfackeln führt zudem zu einer Umweltbelastung, die ja gerade vermieden werden soll.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, das Verfahren der an sich bekannten katalytischen Oxidation so zu verbessern, daß hiermit stark wechselnde Kohlenwasserstoff-Belastungen eines Kohlenwasser stoff-Luftgemisches beherrschbar sind, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens vorzuschlagen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur katalytischen Oxidation eines Kohlenwasserstoff-Luftgemischs, wobei ein Katalysator mit Funktionstemperatur von dem Gemisch durchströmt und in Abhängigkeit von dem Ergebnis einer Belastungsanalyse und/oder der Abgastemperatur des Katalysators (1) durch Erhöhung oder Verminderung bis zur völligen Abschaltung von eingangsseitig zugeführter Fremdluft, der Katalysator (1) bei der gewünschten Funktionstemperatur betrieben wird.

Stark wechselnde Belastungen kommen z.B. bei größeren Tankbehältern vor. Es ist gelegentlich notwendig, solche Tankbehälter zur Durchführung beispielsweise von Innenarbeiten zu entleeren und die darin enthaltenen Gase weitgehend von den vorhandenen Kohlenwasserstoff-Belastungen zu befreien. Hierbei ist die Anfangsbelastung sehr groß und liegt beispielsweise bei 1000 g/m³ Gasinhalt. Würde nun das aus einem solchen Behälter abgesaugte Gemisch einem Katalysator zugeführt, so wäre die Belastung für den Katalysator viel zu hoch und es würde der Katalysator sehr rasch zerstört werden. Zusätzlich entstünde mit dem Arbeitsfort schritt Explosionsgefahr, die ja unter allen Umständen vermieden werden muß. Andererseits aber nimmt die Kohlenwasserstoff-Belastung während des Absaugvorganges ab, so daß nach einiger Zeit sogar eine zu geringe Kohlenwasserstoff-Belastung vorliegen kann, um den Katalysator auf Be triebstemperatur zu halten. Um nun trotzdem mit einem Katalysator bei Funktionstemperatur arbeiten zu können, wird dem aus dem Tank behälter ankommenden Kohlenwasserstoff-Luftgemisch bei hoher Kohlenwasserstoffkonzentration soviel Fremdluft beigemischt, daß die ankommende Belastung bis auf eine für den Katalysator verarbeitbare Belastung reduziert ist. Die Frischluftregelung erfolgt hierbei so, daß die dem Katalysator zugeführte Kohlenwasserstoff-Belastung eine ge wünschte Größe beispielsweise zwischen 1-20 g/m³ aufweist. Diese Angaben sind jedoch nicht als limitierend anzusehen. Wird diese Größe überschritten, wird die Fremdluftzufuhr erhöht und wird sie unterschrit ten, wird die Fremdluftzufuhr verringert. Mit abnehmender Kohlen wasserstoff-Belastung des Kohlenwasserstoff-Luftgemisches im abgesaug ten Tankbehälter wird daher immer weniger Fremdluft zugeführt und daher pro Zeiteinheit immer mehr Kohlenwasserstoff-Luftgemisch aus dem abzusaugenden Tankbehälter abgesaugt. Bei weiter abnehmender Belastung kommt es schließlich zur vollständigen Absperrung der Fremdluft.

Nach einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eingangsseitig die Belastung des Gemisches mit Kohlenwasserstoffen über die Beimischung von Fremdluft so hoch gehalten, daß der Katalysator gekühlt werden muß, aber eine zur Verfügung stehende Kühlleistung nicht überfordert wird. Durch diese Maßnahme gelingt ein noch schnellerer Abbau des Kohlenwasserstoffanteils in einem hochbe lasteten Kohlenwasserstoff-Luftgemisch ohne Überlastung des Katalysa tors. Hierbei ist besonders wichtig, daß auch die Kühlleistung regelbar ist, so daß bei abnehmender Belastung des Ausgangsgemisches die Kühlleistung entsprechend zurückgenommen und die Kühlung schließlich ganz eingestellt werden kann. Andererseits kann eine Überforderung der Kühlleistung durch entsprechende Beimengung von Fremdluft verhindert werden. Diese Beimengung von Fremdluft sowohl für den Fall des oben beschriebenen Normalbetriebs als auch für den Fall höherer Belastung und Kühlung des Katalysators, läßt sich auch in Abhängigkeit von der Temperatur im Katalysator und/oder im Katalysatorraum und/oder von der Abgastemperatur des Katalysators regeln, mit der gleichzeitig auch die Kühlleistung geregelt werden kann. Im Falle des Normalbetriebes wird über die Kontrolle der Abgastemperatur, deren gewünschte Größe bekannt ist, die Fremdluftzufuhr so geregelt, daß bei steigender Abgastemperatur vermehrt Fremdluft zugeführt wird und bei fallender Abgastemperatur vermindert Fremdluft zugeführt wird, jeweils so lange, bis die Abweichung wieder ausreguliert, die gewünschte Abgastemperatur und somit auch die gewünschte Reaktionstemperatur wieder erreicht sind.

Bei Betrieb mit erhöhter Belastung des Katalysators und gleichzeitiger Kühlung kann über die Abgaskontrolle bei steigender Abgastemperatur zunächst die Kühlleistung und bei maximaler Kühlleistung die Fremd luftzufuhr erhöht werden. Liegt Fremdluftzuführung vor, so wird bei absinkender Abgastemperatur wahlweise die Kühlleistung verringert oder die Fremdluftzuführung verringert. Welche der möglichen Maßnahmen gewählt wird, hängt von verschiedenen Faktoren ab, z.B. von der Frage, ob Kühlleistung eingespart oder die Kapazität erhöht werden soll.

Weiter kann erfindungsgemäß bei geringer Kohlenwasserstoff-Belastung das Kohlenwasserstoff-Luftgemisch zunächst vorgewärmt und dann zum Katalysator geführt werden. Hierdurch kann der Katalysator auch bei schon sehr geringer Belastung noch vollständig funktionsfähig gehalten werden. Ergänzend kann die Vorwärmung in einem vom Katalysatorabgas beheizten Wärmetauscher oder beispielsweise durch die Heizflüssigkeit erfolgen. Hierdurch wird es möglich, die Abwärme des Katalysators noch einmal zu nutzen, um die Betriebstemperatur des Katalysators aufrecht zu erhalten, wobei der Katalysator ohne Fremdenergiezufuhr noch bis zu sehr geringen Kohlenwasserstoffbelastungen des zu bearbeitenden Kohlenwasserstoff-Luftgemischs betriebsfähig gehalten werden kann. Sollte aber auch diese geringe Kohlenwasserstoff-Konzentration nicht mehr vorhanden sein, wird nach der Erfindung vorgeschlagen, zur Erhaltung der Betriebstemperatur des Katalysators diesen zusätzlich zu beheizen. Auch hier ist es wichtig, daß die Beheizung regelbar ist und es soll auch möglich sein, diese zusätzliche Beheizung in Kombination mit dem Wärmetauscher in der Abgasleitung des Katalysators zu betreiben, so daß auch eine Restwärmeenergie des Katalysators zusätzlich ausgenutzt wird, um die Kosten für die Fremdbeheizung des Katalysators möglichst gering zu halten. Es soll aber auch möglich sein, den Katalysator bei sehr geringen Kohlenwasserstoff-Belastungen des zu verarbeitenden Kohlwasserstoff-Luftgemischs ausschließlich über eine Fremdbeheizung auf Betriebstemperatur zu halten.

Typisch erfindungsgemäße Funktionstemperaturen des Katalysators liegen bei 150-800°C, bevorzugt bei 200-700°C. Es kann jedoch auch bei noch höheren Temperaturen gearbeitet werden, wobei jedoch eine frühere Inaktivierung oder auch Schädigung des Katalysators in Kauf genommen werden muß.

Weiter kann der Katalysator erfindungsgemäß bis zu einer Temperatur deutlich unterhalb der üblichen Betriebstemperatur vorgeheizt und anschließend, beginnend mit entsprechend geringer Raumgeschwindigkeit des zu behandelnden Kohlenwasserstoff-Luftgemisches, autotherm bis zur gewünschten Funktionstemperatur hochgefahren werden. Hierdurch gelingt es, Energie für die Vorheizung des Katalysators einzusparen. Die katalytische Oxidation setzt bereits bei relativ geringen Temperaturen ein, wobei zur vollständigen Umsetzung das zu oxidierende Gemisch genügend lange im Bereich des Katalysators verweilen muß. Da die eintretende Reaktion exotherm ist, erwärmt sich der Katalysator soweit, daß der Oxidationsprozeß genügend schnell verläuft, um die natürliche Wärmeabgabe des Katalysators an seine Umgebung zu kompensieren. Unter dieser Voraussetzung ist nur eine geringe Aufheizung des Katalysators, beispielsweise auf 150°C nötig, um einen ausreichend schnellen Oxidationsprozeß in Gang zu setzen. Die hierdurch entstehende Aufheizung des Katalysators kann verwendet werden zur Steigung der Raumgeschwindigkeit und damit zur Erhöhung des Durchsatzes. Gleichzeitig tritt eine weitere Aufheizung des Katalysators ein, bis schließlich Betriebstemperatur und Betriebsdurchsatz erreicht sind.

Typische, erfindungsgemäß geeignete Katalysatoren sind solche, wie sie auch zur Oxidation von Motorabgasen verwendet werden, insbesondere solche, die Edelmetalle wie beispielsweise Platin, Palladium, Rhodium, Ruthenium u.a. enthalten.

Erfindungsgemäß befindet sich eingangsseitig vor dem Katalysator ein regelbares Absperrventil für das Kohlenwasserstoff-Luftgemisch und ein regelbares Absperrventil für die Fremdluft, die bevorzugt durch Vorrichtungen zur Erfassung der Abgastemperatur und/oder zur Erfassung der Kohlenwasserstoff-Belastung des Kohlenwasserstoff-Luftgemisches im Bereich zwischen der Stelle der Fremdluftzuführung und dem Katalysator andererseits geregelt werden, in Abhängigkeit von vorbe stimmten Kennwerten. Über diese Regelung kann die Belastung des Katalysators konstant gehalten werden, trotz wechselnder Ausgangszu stände.

Als weitere Ausgestaltung der Erfindung kann die Abgasleitung des Katalysators einen Wärmetauscher aufweisen, während die Eingangslei tung ein Umsteuerventil aufweist zur Führung des ankommenden Kohlenwasserstoff-Luftgemischs zur Erwärmung durch den Wärme tauscher zum Katalysator. Hierdurch kann auch bei kleinerer Belastung die als Abwärme verfügbare Wärme des Abgases des Katalysators ausgenützt werden zur Vorheizung des zugeführten Kohlenwasserstoff- Luftgemisches. Hierdurch wird auch bei geringer Belastung die Aufrechterhaltung der normalen Betriebstemperatur und damit die notwendige Oxidationsleistung des Katalysators begünstigt.

Weiterhin kann der Katalysator erfindungsgemäß mit dem Flüssigkeits kreislauf sowohl einer Heizeinrichtung als auch einer Kühleinrichtung verbunden sein, zur wahlweisen Beheizung oder Kühlung des Katalysa tors. Hierdurch kann der Katalysator einerseits dann betriebsbereit und leistungsfähig gehalten werden, wenn die Belastung des zugeführten Kohlenwasserstoff-Luftgemisches mit Kohlenwasserstoffen nur noch ehr gering ist und die entstehende Abwärme des Katalysators nicht mehr ausreicht, um das zugeführte Kohlenwasserstoff-Luftgemisch genügend vorzuwärmen, und es kann der Katalysator ohne Schädigung desselben mit hoher Belastung betrieben werden, wenn die Belastung des zugeführten Kohlenwasserstoff-Luftgemisches mit Kohlenwasserstoffen entsprechend groß ist. Hierbei kann zusätzlich durch die Regelung von Fremdluftzufuhr in der bereits beschriebenen Weise die Belastung für den Katalysator so geregelt werden, daß die Kühlleistung nicht überfordert wird. Bei absinkender Kohlenwasserstoff-Belastung kann dann, wie bereits beschrieben, wahlweise die Fremdluftzuführung gedrosselt oder die Kühlleistung gedrosselt werden. Mit der Kühlein richtung kann nunmehr trotz wechselnder Katalysatorbelastung die Leistungsfähigkeit des Katalysators gesteigert werden. Regelelemente sorgen dafür, daß die Kühlleistung nicht überfordert wird und daß die Kühlleistung abgesenkt oder die Kühlung ganz ausgeschaltet wird, wenn eine entsprechende Belastung des zuzuführenden Kohlenwasserstoffluf tgemischs nicht mehr vorliegt. Die Masse der Kühlflüssigkeit kann hierbei relativ gering gehalten werden, so daß es problemlos möglich ist über jeweils separate Wärmetauscher diesem Flüssigkeitskreislauf entweder Wärme zu entziehen oder Wärme zuzuführen. Eine Regulierung der Kühlleistung oder Heizleistung kann dann sehr rasch über eine Leistungsregulierung der Wärmequelle oder der Kühleinrichtung, verbunden mit einer Regulierung der Umwälzgeschwindigkeit der Flüssigkeit erreicht werden.

Weiterhin kann erfindungsgemäß an der Abgasleitung eine Einrichtung zur Zuführung von unbelasteter Frischluft vorhanden sein. Mit dieser Einrichtung kann die Abgastemperatur weiter abgekühlt werden, bevor sie in die freie Atmosphäre entlassen wird, so daß eine Abgastemperatur von so niedrigem Wert erreicht wird, daß hierdurch nicht mehr die Gefahr von Verbrennungen oder bei Verwendung der Einrichtung beispielsweise in Tanklagern die Gefahr einer Zündung des Umgebungs kohlenwasserstoff-Luftgemischs ausgeht. Die notwendige Menge zuzuführender unbelasteter Frischluft kann über einen einfachen Thermostaten geregelt werden.

Erfindungsgemäß kann sich eingangsseitig vor dem Absperrventil für das Kohlenwasserstoff-Luftgemisch eine Flammensperre befinden. Dies ist eine Sicherheitsmaßnahme, die ein unkontrolliertes Wandern einer evtl. auftretenden Flammenfront auf jeden Fall verhindert. Sie ist im vorliegenden Fall sinnvoll, weil insbesondere vor der Abmagerung durch Frischluftzugabe solche Belastungen vorhanden sein können, die zündfähig sind.

In einer anderen erfindungsgemäßen Ausgestaltung besteht der Katalysator aus mehreren unabhängigen Katalysatoreinheiten mit entsprechenden Zu- und Ableitungen. Hierdurch wird es möglich, die Einrichtung nicht nur wechselnden Kohlenwasserstoff-Belastungen, sondern zusätzlich auch noch wechselnden Volumenströmen anzupassen. Außerdem werden hierdurch leichter zu handhabende Katalysatoreinhei ten erreicht, so daß die Gesamtanlage montagefreundlicher gestaltbar ist.

Hierbei können die Zuleitungen so schaltbar sein, daß die Katalysator einheiten gemeinsam, teilweise gemeinsam oder unabhängig voneinander und einzeln betrieben werden können. Hierdurch ist eine weitestgehende Anpassung an unterschiedlichste Betriebszustände möglich.

Die Erfindung soll nun anhand des beigefügten beispielhaften Verfah rensfließbildes näher erläutert werden. Die Anordnung im Verfahrens fließbild ist hierbei nicht als limitierend anzusehen, da erfindungsgemäß auch andere Ausgestaltungen möglich sind.

Kernstück der Anlage ist der Katalysator 1, der im Ausführungsbeispiel aus den drei unabhängigen Katalysatoreinheiten 1.1, 1.2 und 1.3 besteht. Dieser Katalysator 1 ist über eine Eingangsleitung 2 mit einem Tankbehälter 3 verbunden. Hierzu ist zwischen dem Anfang 4 der Ein gangsleitung 2 und dem Ausgangsstutzen 5 des Tankbehälters 3, eine Verbindungseinheit 6 vorgesehen. In Richtung auf den Katalysator 1 zu gesehen, weist die Eingangsleitung 2 zunächst eine Flammensperre 7 auf, der sich das regelbare Absperrventil K 1 anschließt. In die Eingangs leitung 2 tritt anschließend quer eine weitere Eingangsleitung 8 ein für die notwendige Fremdluftzufuhr. In dieser Eingangsleitung 8 ist das regelbare Absperrventil K 2 vorgesehen.

Es kann nun weiter - wie im Ausführungsbeispiel - eine Prüf- und Regel einheit 9 vorgesehen sein, die mit einer Sonde 10 in das Innere der Eingangsleitung 2 und zwar hinter der Einmündung der Eingangsleitung 8 hineinragt. Die Funktion dieser Prüf- und Regeleinheit ist durch die eingetragenen Buchstaben "QCSA" gekennzeichnet, wobei Q für Analyse, C für Regelung, S für Schalter, A für Alarm steht. Solche Gerätekombi nationen zur Bildung einer Prüf- und Regeleinheit sind bekannt, so daß hierauf nicht näher eingegangen werden muß. Im vorliegenden Fall kann diese Prüf- und Regeleinheit 9 die Belastung des ankommenden Kohlenwasserstoff-Luftgemisches mit Kohlenwasserstoffen prüfen und die regelbaren Absperrventile K 1 und K 2 nach dem Analyseergebnis regeln. Sollte eine solche Regelung, aus welchem Grunde auch immer, nicht mehr möglich sein und bedrohliche Zustände eintreten, so können eine entsprechende Warnung ausgelöst und Notschaltungen vorgenommen werden.

Es ist nun weiter in der Eingangsleitung 2 ein Umsteuerventil K 3 vorgesehen, das als einfaches Absperrventil, aber auch als regelbares Absperrventil ausgebildet sein kann. Vor dem Umsteuerventil K 3 zweigt eine Leitung 11 von der Eingangsleitung 2 ab, die durch einen Wärme tauscher W 7, der in der Abgasleitung 13 des Katalysators 1 angeordnet ist, hindurchgeführt ist und als Abzweigleitung 12 hinter dem Umsteuer ventil K 3 wieder zur Eingangsleitung 2 zurückgeführt ist. Es verzweigt sich nun anschließend die Eingangsleitung 2 in die Teilstücke 2.1, 2.2, 2.3. Diese Teilstücke münden dann jeweils in die Katalysatoreinheiten 1.1, 1.2 bzw. 1.3. Als Abgasleitung treten dann aus den entsprechenden Katalysatoreinheiten die Teilstücke 13.1, 13.2 und 13.3 aus, die sich zur Abgasleitung 13 vereinen. Zwischen dieser Vereinigungsstelle und dem bereits erwähnten Wärmetauscher W 7 ist eine weitere Prüf- und Regel einheit 14 mit einer Sonde 15 in die Abgasleitung 13 geführt. Diese Prüf- und Regeleinheit ist, außer mit den bereits beschriebenen Buch staben CSA noch mit dem Buchstaben T für Temperatur gekennzeichnet. Diese Prüf- und Regeleinheit 14, kann also eine Temperaturkontrolle zusätzlich zur Kontrolle der Eingangsbelastung durchführen. Im Ausführungsbeispiel ist diese Prüf- und Regeleinheit 14 wie über die gestrichelten Linien mit der Endbezeichnung "K 3" angedeutet, zur Betätigung des Umsteuerventils K 3 in Abhängigkeit von der Abgastem peratur in der Abgasleitung 13 vorgesehen. Es ist allerdings auch möglich, mit dieser Prüf- und Regeleinheit 14 die regelbaren Absperr ventile K 1 und K 2 zu betätigen, wobei dann auf die Prüf- und Regeleinheit 9 verzichtet werden könnte.

Hinter dem bereits erwärmten Wärmetauscher W 7 mündet noch eine weitere Prüf- und Regeleinheit 16 mit ihrer Sonde 17 in die Abgas leitung 13 ein, die ebenso wie die Prüf- und Regeleinheit 14 hinsicht lich ihrer Funktion mit den Buchstaben "TCSA" gekennzeichnet ist. Den strichpunktierten Linien dieser Prüf- und Regeleinheit 16 mit den End bezeichnungen K 1 und K 4 ist zu entnehmen, daß diese Einheit das regelbare Absperrventil K 1 und K 4 steuert und regelt. Hierbei ist das regelbare Absperrventil K 4 in der Frischluftleitung 18 angeordnet, die in die Abgasleitung 13 mündet, so daß dort mit Hilfe zugeführter Frischluft die Temperatur des Abgases weiter gesenkt werden kann, bevor das Abgas über die Saugpumpe V 1 in die Atmosphäre entlassen wird.

Der Katalysator 1 verfügt über einen Flüssigkeitskreislauf 19, der auf die einzelnen Katalysatoreinheiten 1.1, 1.2 und 1.3 aufgeteilt ist. Dieser Flüssigkeitskreislauf 19 kann sowohl als Kühlkreislauf als auch als Heizkreislauf dienen. Die entsprechenden Wärmetauscher sind in den genannten Katalysatoreinheiten untergebracht und sollen für den Fall, daß der Flüssigkeitskreislauf 19 als Heizkreislauf benutzt wird, mit W 1, W 2 und W 3 bezeichnet sein und für den Fall, daß der Flüssigkeits kreislauf 19 als Kühlkreislauf benutzt wird, als C 1, C 2 und C 3 bezeichnet sein.

Der Flüssigkeitskreislauf 19, der vorzugsweise ein nur geringes Flüssig keitsvolumen aufweist, ist seinerseits durch die Wärmetauscher W 4 und W 6 geführt und es wird der Flüssigkeitskreislauf 19 von der Pumpe P 2 angetrieben.

Der Wärmetauscher W 6 beinhaltet eine elektrische Zusatzheizung und dient damit der Zufuhr von Wärme in den Flüssigkeitskreislauf 19. Der Wärmetauscher W 4 hingegen ist mit dem Wärmetauscher W 5 verbunden und entzieht in üblicher Weise über einen entsprechenden Zusatzkreis lauf, der von der Pumpe P 1 angetrieben wird, dem Flüssigkeitskreislauf 19 Wärme, die über den Wärmetauscher W 5 beispielsweise an die Um gebungsluft abgegeben wird. Zur Überwachung des Temperaturzustandes des Flüssigkeitskreislaufs 19 dient die Steuereinheit 20, die mit der Sonde 21 in den Kreislauf 19 hineinragt. Von der Steuereinheit 20 kann bei Bedarf sowohl die elektrische Zusatzheizung zum Wärmetauscher W 6 als auch der Kreislauf mit den Wärmetauschern W 5 und W 4 beeinflußt werden.

Katalysator und Zuleitungen sowie Ableitungen können von einer Iso lierung 22 umgeben sein, mit der unerwünschte Temperaturschwankungen verhindert werden können.

Der Tank 3 weist einen abgeschlossenen Innenraum 3.1 auf, der Dämpfe oder Gase in Form eines Kohlenwasserstoff-Luftgemisches enthält. Er ist so ausgebildet, daß bei Absaugung dieses Innenraumes 3.1 Frischluft von außen nachströmen kann, wie dies durch den Pfeil 23 angedeutet ist. Die Anfangsbeladung im Innenraum 3.1 kann hierbei z.B. 1000 g/m³ betragen. Als Endergebnis wird erfindungsgemäß eine Restbeladung erhalten, die mindestens den Anforderungen der TA Luft (Technische Anleitung Luft) genügt, wobei jedoch nach dem erfindungsgemäßen Verfahren auch deutlich geringere Werte, z.B. 5 mg/m³ erhalten werden können.

Zur Inbetriebnahme wird der Katalysator 1 z.B. über den Flüssigkeits kreislauf 19 und elektrische Zusatzheizung mit Hilfe des Wärmetauschers W 6 in Abhängigkeit vom verwendeten Katalysator auf eine Betriebstem peratur von ca. 250°C vorgewärmt und sodann bei geschlossenem Absperrventil K 1 und voll geöffnetem Absperrventil K 2 und auf Durchgang gesteuertem Umsteuerventil K 3 die Saugpumpe V 1 eingeschaltet, so daß der im Ausführungsbeispiel angeschlossene Innenraum 3.1 des Tankbehälters 3 dann, wenn nun das Absperrventil K 1 geöffnet wird, abgesaugt werden kann. Zunächst wird also reine Fremdluft über das Absperrventil K 2 eingesaugt, aber es soll so bald wie möglich das Absperrventil K 1 langsam geöffnet werden zur Beimischung einer Kohlenwasserstoff-Belastung, so daß sich die Temperatur des Katalysators 1 erhöht und in entsprechender Weise die Vorheizung über den Flüssigkeitskreislauf 19 abgebaut werden kann. Hierbei kann zum Abschalten der Vorwärmung wahlweise die Prüf- und Regeleinheit 14 bzw. 16 benutzt werden.

Im Ausführungsbeispiel wird von der Prüf- und Regeleinheit 9 die Belastung des ankommenden Kohlenwasserstoff-Luftgemischs in der Eingangsleitung 2 überwacht und auf einen für die Betriebsbedingungen des Katalysators 1 sinnvollen Belastungswert durch Regelung der Ab sperrventile K 1 und K 2 geregelt. Im Ausführungsbeispiel kann eine solche Belastung beispielsweise bei 4 g/m³ liegen, wobei der Katalysator eine Betriebstemperatur von 250-300°C einnimmt. Im Innenraum 3.1 des Tankbehälters 3 wird aber aufgrund der Absaugung alsbald die Belastung des Kohlenwasserstoff-Luftgemisches mit Kohlenwasserstoffen absinken, so daß nunmehr die Prüf- und Regeleinheit 9 dieses Absinken durch eine weitere Öffnung des Absperrventiles K 1 bei gleichzeitigem entsprechen dem Schließen des Absperrventils K 2 ausgleicht. Es ist im Prinzip auch möglich eine solche Nachregelung von den Prüf- und Regeleinheiten 14 bzw. 16 vornehmen zu lassen, da eine Minderung der Belastung des zugeführten Kohlenwasserstoff-Luftgemisches mit Kohlenwasserstoffen zu einer Verringerung der Abgastemperatur des Katalysators führt, so daß aufgrund einer Veränderung dieser Größe eine entsprechende Nachregelung der Absperrventile K 1 und K 2 möglich ist. Da die vom Tankbehälter 3 ankommenden Gemische durchaus zündfähig sein können, ist aus Sicherheitsgründen am Anfang 4 der Eingangsleitung 2 eine Flammensperre 7 notwendig.

Im Laufe des Betriebes sinkt der Kohlenwasserstoffanteil des zuge führten Kohlenwasserstoff-Luftgemisches immer weiter ab, so daß schließlich das Absperrventil K 2 vollständig geschlossen und das Ab sperrventil K 1 vollständig geöffnet ist. Es sinkt nun der Kohlenwasser stoffanteil des zugeführten Kohlenwasserstoff-Luftgemisches weiter ab, beispielsweise auf weniger als 3 g/m³, so daß im Ausführungsbeispiel nicht mehr genügend Belastung vorhanden ist um die normale Betriebs temperatur des Katalysators aufrechtzuerhalten. Dies stellt die Prüf- und Regeleinheit 14 fest und schaltet daraufhin das Umsteuerventil K 3 um, so daß nunmehr das über die Eingangsleitung 2 zugeführte Kohlen wasserstoff-Luftgemisch über die Leitung 11 durch den Wärmetauscher W 7 und danach, entsprechend vorgewärmt, über die Leitung 12 zurück zur Eingangsleitung 2 und zum Katalysator 1 geführt wird. Bei einem weiteren deutlichen Absinken der Belastung kann auch mit dieser Maßnahme die Betriebstemperatur des Katalysators nicht aufrecht erhalten werden und es ist erforderlich, in der für den Start des Katalysators bereits beschriebenen Weise Fremdwärme zuzuführen um einen einwandfreien Betrieb des Katalysators aufrechtzuerhalten. Hierbei kann dann wahlweise die sich ergebende Abgaswärme noch über den Wärmetauscher W 7 in der bereits beschriebenen Weise ausgenützt werden oder aber, falls diese zu gering ist, das Umsteuerventil K 3 wieder zurückgeschaltet werden auf direkten Durchgang zum Katalysator 1. Es ist allerdings alternativ auch möglich eingangsseitig eine zusätzliche ergänzende Kohlenwasserstoff-Belastung vorzusehen, beispielsweise durch Zuführung eines hochbelasteten Kohlenwasser stoff-Luftgemisches aus einem weiteren Tankbehälter. Diese Zuführung muß dann allerdings wieder in entsprechender Weise dosiert und geregelt werden. Hierdurch könnte aber, was besonders vorteilhaft ist, die Zufuhr von Fremdwärme für den Katalysator eingespart und gleichzeitig im Parallelbetrieb die Kohlenwasserstoff-Belastung eines weiteren Tank behälters gemindert werden, so daß sich dessen spätere Bearbeitungszeit verkürzt.

Wird der Flüssigkeitskreislauf 19 als Kühlkreislauf in der beschriebenen Weise verwendet, so daß über die Wärmetauscher C 1, C 2 und C 3 der Katalysator 1 entsprechend gekühlt wird, so kann die Eingangsbelastung beispielsweise von 4 g/m³ auf 20 g/m³ erhöht werden. Dies ist bei der erfindungsgemäßen Einrichtung sinnvoll, weil die Kühlung zu- und abge schaltet und geregelt werden kann, so daß der Einsatz der Kühlung trotz stark wechselnder Belastung des Kohlenwasserstoff-Luftgemisches mit Kohlenwasserstoffen sinnvoll ist. Solange bei der Absaugung des lnnen raumes 3.1 des Tankbehälters 3 nämlich eine genügend hohe Belastung zur Verfügung steht, kann der Katalysator 1 infolge der Kühlung mit entsprechend hoher Leistung gefahren werden, so daß die Kohlenwasser stoffbelastung im Innenraum 3.1 des Tankbehälters 3 sehr rasch absinkt, worauf die Kühlung reduziert bzw. ganz abgeschaltet wird. Dennoch ist eine hohe Arbeitsgeschwindigkeit erreichbar, weil aufgrund der vermin derten Belastung größere Mengen aus dem Innenraum 3.1 abgesaugt werden können. Da der Katalysator immer seine Betriebstemperatur beibehält, kann auch mit hohen Raumgeschwindigkeiten gearbeitet werden. Die Raumgeschwindigkeit hat die Definition m³/m³/h. Dies bedeutet, daß die Raumgeschwindigkeit eine Größe darstellt, die be schreibt, welches Volumen den Katalysator pro Zeiteinheit und Kataly satorvolumen passiert.

Es ist somit erkennbar, daß das erfindungsgemäße Verfahren mit der erfindungsgemäßen Einrichtung eine optimale Katalysatorleistung ermöglicht bei Ausgangsbelastungen der zu verarbeitenden Kohlen wasserstoff-Luftgemische mit Kohlenwasserstoffen, die zündfähig sind und weit über der dem Katalysator zumutbaren Belastung liegen als auch bei solchen, die sehr weit unterhalb der Belastungsgrenze liegen, bei der der Katalysator noch ohne Fremdheizung betrieben werden kann.

Bezugszeichenliste

1 Katalysator
1.1 Katalysatoreinheit
1.2 Katalysatoreinheit
1.3 Katalysatoreinheit
2 Eingangsleitung
2.1 Teilstück
2.2 Teilstück
2.3 Teilstück
3 Tankbehälter
3.1 abgeschlossener Innenraum
4 Anfang
5 Ausgangsstutzen
6 Verbindungseinheit
7 Flammensperre
8 Eingangsleitung
9 Prüf- und Regeleinheit
10 Sonde
11 Abzweigleitung
12 Abzweigleitung
13 Abgasleitung
13.1 Teilstück
13.2 Teilstück
13.3 Teilstück
14 Prüf- und Regeleinheit
15 Sonde
16 Prüf- und Regeleinheit
17 Sonde
18 Frischluftleitung
19 Flüssigkeitskreislauf
20 Steuereinheit
21 Sonde
22 Isolierung
23 Pfeil
C 1 Wärmetauscher als Kühleinheit
C 2 Wärmetauscher als Kühleinheit
C 3 Wärmetauscher als Kühleinheit
K 1 regelbares Absperrventil
K 2 regelbares Absperrventil
K 3 Umsteuerventil
K 4 regelbares Absperrventil
P 1 Pumpe
P 2 Pumpe
V 1 Saugpumpe
W 1 Wärmetauscher
W 2 Wärmetauscher
W 3 Wärmetauscher
W 4 Wärmetauscher
W 5 Wärmetauscher
W 6 Wärmetauscher
W 7 Wärmetauscher

Claims

1. Verfahren zur katalytischen Oxidation eines Kohlenwasserstoff-Luft gemisches, wobei ein Katalysator mit Funktionstemperatur von dem Gemisch durchströmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß in Ab hängigkeit von dem Ergebnis einer Belastungsanalyse und/oder der Abgastemperatur des Katalysators (1) durch Erhöhung oder Verminderung bis zur völligen Abschaltung von eingangsseitig zugeführter Fremdluft der Katalysator (1) bei der gewünschten Funktionstemperatur betrieben wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Funktionstemperatur zwischen 150-800°C, bevorzugt zwischen 200- 700°C liegt.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Funktionstemperatur so eingestellt wird, daß die gewünsch ten Abgaswerte erreicht werden.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator (1) in Abhängigkeit von dem im Eingangsgemisch vorhandenen Kohlenwasserstoffanteil zusätzlich durch von außen abgeführte bzw. zugeführte Wärme gekühlt oder erwärmt wird.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohlenwasserstoff-Konzentration im Kohlenwasserstoff-Luftge misch durch eine Regeleinheit (9) gesteuert wird, welche das vor (9) in der Zuführungsleitung des Kohlenwasserstoff-Luftgemisches befindliche Regelventil (K 1) und das in der vor 9) angebrachten Zuführungsleitung (8) befindliche Regelventil (K 2) steuert.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit von dem im Eingangsgemisch vorhandenen Kohlenwasserstoffanteil das Kohlenwasserstoff-Luftgemisch und/oder die Fremdluft und/oder deren Gemisch vorgewärmt werden.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet daß in Abhängigkeit von dem im Eingangsgemisch vorhandenen Kohlen wasserstoffanteil das Kohlenwasserstoff-Luftgemisch und/oder die Fremdluft durch Wärmetausch mit dem Abgas vorgewärmt werden.

8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Erwärmung des Eingangsgemischs durch Wärmetausch mit dem Abgas durch Regeleinrichtungen geregelt wird.

9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator (1) bis zu einer Temperatur deutlich unterhalb der üblichen Betriebstemperatur vorgeheizt und anschließend, beginnend mit entsprechend geringer Raumgeschwindigkeit des zu behandelnden Kohlenwasserstoff-Luftgemisches, autotherm bis zur gewünschten Funktionstemperatur hochgefahren wird.

10. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung durch Belastungsanalyse und/oder Abgastemperatur und/oder Katalysatortemperatur kontinuierlich erfolgt.

11. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 10, gekennzeichnet, durch mindestens einen Katalysator (1) zur Durchführung einer katalytischen Oxidation, ein regelbares Absperrventil (K 1) für das Kohlenwasserstoff-Luftgemisch und ein regelbares Absperrventil (K 2) für die Fremdluft sowie alternativ oder kummulativ durch Mittel zur Erfassung der Abgastemperatur und/oder zur Erfassung der Kohlenwasserstoff-Belastung des Kohlenwasserstoff-Luftgemischs sowie durch Mittel (9; 14; 16) zur Regelung der beiden Ventile (K 1, K 2) in Abhängigkeit von vorbe stimmten Kennwerten.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch einen durch Abgas beheizbaren Wärmetauscher (W 7) und ein Umsteuerventil (K 3) zur Führung des ankommenden Kohlenwasserstoff-Luftgemischs durch den Wärmetauscher (W 7) zum Katalysator (1).

13. Vorrichtung nach den Ansprüchen 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator (1) mit einem sowohl eine Heizeinrichtung als auch eine Kühleinrichtung aufweisenden Flüssigkeitskreislauf (19) verbunden ist zur wahlweisen Beheizung oder Kühlung des Kataly sators (1).

14. Vorrichtung nach den Ansprüchen 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß an der Abgasleitung (13) eine Einrichtung (18, K 4) zur Zuführung von Frischluft vorgesehen ist.

15. Vorrichtung nach den Ansprüchen 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Absperrventil (K 1) für das Kohlenwasserstoff-Luftge misch eine Flammensperre (7) vorgesehen ist.

16. Vorrichtung nach den Ansprüchen 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator (1) aus mehreren unabhängigen Katalysatorein heiten (1.1, 1.2, 1.3) mit entsprechenden Zu- und Abführungen (2.1, 2.2, 2.3; 13.1, 13.2, 13.3) besteht.

17. Vorrichtung nach den Ansprüchen 10-16, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitungen (2.1, 2.2, 1.3) so schaltbar sind, daß die Katalysator einheiten gemeinsam, teilweise gemeinsam oder unabhängig vonein ander einzeln betrieben werden können.