DE3933731C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Kondensations-Waschverfahren, in
welchem durch Einbringung von Kälte Lösungsmitteldämpfe aus
Abluft- oder aus Abgasströmen abgetrennt werden.
Derartige Waschverfahren sind aufgrund der Beschränkungen
des Schadstoffgehaltes in Abluft- oder Abgasströmen von besonderer
Bedeutung, zumal die Vorschriften zur Verminderung
von Schadstoffemissionen deutlich verschärft worden sind.
Bei einer Vielzahl von Prozessen würden ohne zusätzliche Maßnahmen
Lösungsmitteldämpfe an die Umgebungsluft gelangen.
Dies ist beispielsweise bei Trocknern für lösungsmittelhaltige
Produkte, Lackierungen oder Umfüllstationen der Fall,
bei denen entweder ein beladener Abluft- oder Abgasstrom
oder bei offener Arbeitsweise unmittelbar Dämpfe in die
Umgebung gelangen können.
Nachdem die genannten Vorschriften die zulässige Beladung
des Abluft- oder Abgasstromes beträchtlich einschränken, muß
der beladene Abluft- oder Abgasstrom vor dem Austritt in die
Atmosphäre gereinigt werden.
Hierzu sind eine Reihe von Verfahren bekannt, zu denen unter
anderem die Reinigung duch Adsorption, Absorption, Abkühlung
bis zur Kondensation und die Verbrennung zählen.
Bei der Kondensation durch Abkühlen des Abluft- oder Abgasstromes
wird sowohl eine indirekte als auch eine direkte Methode
verwendet. Bei der indirekten Methode werden der zu behandelnde
Strom an gekühlten Oberflächen vorbeigeführt und
die kondensierbaren Dämpfe verflüssigt.
Bei der direkten Kühlung wird der Gasstrom mit einer gekühlten
Flüssigkeit in direkten Kontakt gebracht. Die Dämpfe kondensieren
direkt in die kalte Flüssigkeit hinein. Der Vorteil
der direkten Kondensation ist ein zweifacher. Einerseits
entfällt der Wärmewiderstand einer festen Wand zwischen
Kühlmedium und Gasstrom. Zum anderen können die Dampfdrücke
der kondensierten Flüssigkeiten heruntergesetzt werden.
Der Dampfdruck der einzelnen Komponenten in der Flüssigkeit
ist bei gleicher Temperatur geringer, als dies bei einer
Betrachtung der betreffenden Komponenten als reine Flüssigkeit
der Fall wäre.
In den meisten Fällen ist sowohl bei der direkten als auch
bei der indirekten Methode der zu reinigende Gassstrom nach
einer Kondensation immer noch mit Schadstoff in einer solchen
Konzentration beladen, die höher als die zugelassene
Konzentration ist. Um die zulässigen Werte zu erreichen oder
zu unterschreiten, müssen eine oder mehrere Reinigungsstufen
dem Kondensationsprozeß nachgeschaltet werden.
In vielen Fällen ist ein Vorreinigung durch Auskondensieren
eines Teils der Schadstoffe die wirtschaftlichste Lösung, da
die Verfahren zur Feinreinigung sehr aufwendig sind. Eine
Kombination dieser Art ist beispielsweise aus der
DE 32 10 236 C2 bekannt.
In der DE 24 13 127 A1 ist ein Verfahren zum Abscheiden von
Verunreinigungsstoffen aus einem Abgasstrom beschrieben, bei
dem in mehreren hintereinandergeschalteten Abscheidezonen
die Verunreinigungen durch direkten Kontakt mit einer Kühlflüssigkeit
auskondensiert werden.
Aus der DE-AS 10 25 833 ist ein Verfahren zum Kondensieren
von Gemischen aus Wasserdampf und organischen Dämpfen bekannt,
bei dem ebenfalls wenigstens zwei Kühlstufen verwendet
werden. Hierbei wird eine fraktionierte Kondensation des
Gemisches durchgeführt.
Ziel der Erfindung ist es, den Kältebedarf für einen Prozeß
mit Waschkondensation zu reduzieren und die Abscheidewirkung
im Waschkondensationsprozeß zu verbessern, um eine Verringerung
des Energiebedarfs für die Lösungsmittelabscheidung
oder Rückgewinnung zu erzielen.
Die Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß das
zu behandelnde Medium einer ersten Waschstufe zugeführt und
dort im Gegenstrom mit einer kalten Waschflüssigkeit behandelt
und dadurch unter den Taupunkt abgekühlt wird, so daß
der größte Teil des Lösungsmittels oder der Lösungsmittel
kondensiert, und daß das Medium anschließend in mindestens
einer nachgeschalteten Waschstufe in der gleichen Weise wie
in der ersten Waschstufe, jedoch mit einer kälteren Waschflüssigkeit
als der vorgeschalteten Waschstufe, weiter behandelt
wird, wobei die Waschflüssigkeit parallel zu den Waschstufen
in hintereinandergeschalteten Wärmetauscherstufen gekühlt
wird und die zu kühlende Waschflüssigkeitsmenge in
Richtung zu tieferen Temperaturen abnimmt, derart, daß der
ersten Waschstufe bei der höchsten Kühltemperatur die größte
Waschmittelmenge zugeführt wird.
Erfindungsgemäß erfolgt die Kaltwäsche somit in mindestens
zwei Stufen, wobei der Abluft- bzw. Abgasstrom sukzessive in
jeder Waschstufe einer kälteren Waschflüssigkeit ausgesetzt
wird. Die größte Kälteleistung ist in der ersten Waschstufe
aufzubringen. Hierbei wird das zu behandelnde Medium von der
hohen Eintrittstemperatur abgekühlt und der größte Teil der
kondensierbaren Komponenten verflüssigt. In einer nachgeschalteten
Waschstufe wird das Medium einer kälteren Waschflüssigkeit
ausgesetzt. Die Menge der verflüssigbaren Bestandteile
ist jedoch bedeutend geringer als in der ersten
Waschstufe. Die für die Waschflüssigkeit dieser Waschstufe
aufzubringende Kälteleistung, die beispielsweise in einer
konventionellen Kälteanlage aufgebracht werden kann, kann
damit auf die in diesem Abschnitt benötigte Leistung abgestimmt
werden. Es kann vorteilhaft sein, weitere Waschstufen
dieser Art bei jeweils tieferer Temperatur nachzuschalten.
Bei den in Serie angeordneten Waschstufen sind mit abnehmenden
Temperaturen jeweils immer kleinere Kälteleistungen aufzubringen.
Enthält das zu behandelnde Medium mehrere kondensierbare
Komponenten, kann die Trennwirkung der Kaltwäsche
gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung noch
dadurch erhöht werden, daß in einer parallel geschalteten
Rektifizierkolonne die mit allen kondensierten Komponenten
angereicherte Waschflüssigkeit rektifiziert und von den
leichter flüchtigen Komponenten befreit wird. Als Waschflüssigkeit
kann dann eine oder mehrere der schwerer flüchtigen
Komponenten verwendet werden. Aufgrund der Herabsetzung des
Partialdruckes der leichter flüchtigen Komponenten über einer
Lösung können damit die Restkonzentrationen der leichter
flüchtigen Komponenten im zu behandelnden Medium weiter herabgesetzt
werden, als dies bei der Abkühlung mittels einer
Waschflüssigkeit, in der alle Kompenenten enthalten sind,
möglich wäre.
In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Ausführungs
varianten der Erfindung sowie ein bevorzugtes Anwendungsgebiet
angegeben.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von in der Zeich
nung dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert.
In Fig. 1 ist in einem Fließschema eine Anlage zur
Durchführung eines Kondensations-Waschverfahrens darge
stellt.
Fig. 2 zeigt ein Fließschema für ein gegenüber Fig. 1
abgewandeltes Verfahren.
In Fig. 3 ist ein Fließschema dargestellt für eine
weitere Variante eines Kondensations-Waschverfahrens.
Fig. 4 zeigt eine Variante von Fig. 1 zur Behandlung von
kleinen Abgasströmen.
In der in Fig. 1 dargestellten Anlage soll im Ausfüh
rungsbeispiel das Benzin aus der mit Benzin beladenen
Abluft aus einer nicht dargestellten Tankanlage mit
Benzin als Waschflüssigkeit entfernt werden.
Die Anlage weist einen aus drei Stufen A, B und C beste
henden Waschkondensator 1 auf. Aufgrund des nach oben
abnehmenden Gasvolumens sowie der geringeren Waschflüs
sigkeitsbelastung sind die Querschnitte der oberen
Waschstufen kleiner als jeweils die darunterliegende. In
den Waschstufen sind Einbauten 2 angeordnet, wie sie z.B.
in den CH-PS 5 47 120 und 6 42 564 beschrieben und darge
stellt sind. Gegebenenfalls können auch Füllkörperschüt
tungen eingesetzt werden. Weiterhin weisen die einzelnen
Stufen jeweils einen Flüssigkeitsverteiler 3 und unter
halb der Stufen B und C eine Flüssigkeitsauffangvorrich
tung 4 auf.
Den Waschstufen A bis C sind Wärmetauscher 5 bis 7
zugeordnet, in welchen die Waschflüssigkeit, im vorlie
genden Fall Benzin, gekühlt wird, wie an späterer Stelle
im einzelnen noch erläutert wird.
Im Strömungsweg der Waschflüssigkeit ist eine Pumpe 8
angeordnet. Während der Wärmetauscher 5 von Kühlwasser
aus einem Kühlturm 9 durchströmt wird, bilden die Wärme
tauscher 6 und 7 Verdampfer von üblichen Kälteanlagen,
wobei die Kälteanlage 10 eine Hochdruckkälteanlage ist,
deren Kondensationswärme von dem Kühlturm 9 aufgenommen
wird und die Kälteanlage 11 eine Niederdruckkälteanlage
ist, deren Kondensationswärme von der Hochdruckkältean
lage 10 aufgenommen wird.
Im Strömungsweg des als Waschflüssigkeit dienenden
Benzins ist außer der Förderpumpe 8, ein Wärmetauscher
13 angeordnet, sowie eine zweistufige Rektifizierkolonne
14, ein Flüssigkeitsverteiler 15 und im Kopfteil ein
Flüssigkeitsverteiler 16 für die Aufgabe des Rücklaufs
aus einem Kondensator 17. Weiterhin sind in der Rektifi
zierkolonne 14 in den Austauschabschnitten Einbauten 18
in üblicher Weise angeordnet.
Zur Beheizung der Kolonne 14 ist in bekannter Weise ein
Verdampfer 19 vorgesehen.
Im Strömungsweg der die Waschstufe C des Waschkondensa
tors 1 verlassenden gereinigten Abluft ist eine thermi
sche Nachverbrennungseinrichtung 20, ein nachgeschalteter
Wärmetauscher 21 zur Nutzung der Verbrennungswärme und
ein Ventilator 22 zur Abführung der gereinigten Abluft in
die Atmosphäre angeordnet.
Der Betrieb der Anlage erfolgt in der nachstehenden
Weise, wobei die Benzinabscheidung durch zwei Effekte
bewirkt wird, und zwar erstens durch Kondensation und
zweitens durch den Wascheffekt des Benzins, d.h. die
dampfförmigen, leichter siedenden Komponenten gehen bei
der Kondensation in die höher siedenden flüssigen Kompo
nenten in Lösung und verbessern hierdurch den Wasch
effekt.
Die mit Lösungsmitteln, d.h. Schadstoffen in bezug auf
die Umgebungsluft beladene Abluft, im vorliegenden
Ausführungsfall die benzinhaltige Abluft, wird in den
unteren Abschnitt A des Waschkondensators 1 durch eine
Leitung 23 aus einem nicht dargestellten leeren Tank
eingeleitet.
Als Waschflüssigkeit wird der vorhandene Vergaserkraft
stoff, im Ausführungsbeispiel Benzin verwendet und
mittels der Pumpe 8 durch eine Leitung 24, nach Erwärmung
im Wärmetauscher 13 in die Rektifizierkolonne 14 einge
leitet und aufbereitet. Die leichter flüchtigen Komponen
ten werden von der Waschflüssigkeit abgetrennt, im
Rücklaufkondensator 17 kondensiert und teilweise als
Rücklauf wieder in die Rektifizierkolonne 14 zurückge
führt. Die Restmenge der kondensierten, leichter flüchti
gen Komponenten werden durch eine Leitung 25 entnommen
und dem dem Waschkondensator 1 durch Leitung 26 entnomme
nen Benzin zugegeben und direkt in einen nicht darge
stellten, zu füllenden Tank gepumpt.
Die durch eine Entlüftungsleitung 27 entnommenen, nicht
kondensierten, leichter flüchtigen Komponenten werden der
zu reinigenden Abluft in Leitung 23 beigemischt.
Die aus schwerer flüchtigen Komponenten des Benzins
bestehende Waschflüssigkeit wird der Rektifizierkolonne
14 als Sumpfprodukt entnommen. Eine Teilmenge wird im
Verdampfer 19, der mittels eines Wärmeträgers 28, z.B.
erwärmten Thermoöl im Wärmetauscher 21, beheizt wird,
verdampft und wieder in die Rektifizierkolonne 14 zurück
geführt.
Das Waschbenzin wird nun in den Wärmetauschern 13, 5 und
dem Verdampfer 6 der Hochdruckkälteanlage 10 gekühlt und
bei beispielsweise 0°C durch den Verteiler 3 dem Ab
schnitt A des Waschkondensators 1 aufgegeben. Zur Förde
rung der Waschflüssigkeit ist eine Pumpe 12 angeordnet.
Die verbleibende Waschflüssigkeit, die mengenmäßig - wie
bereits erwähnt - wesentlich geringer als die dem Ab
schnitt A zugeführte ist, wird zu einem Teil im Ver
dampfer 7 der Niederdruck-Kälteanlage 11 weitergekühlt
und zu einem Teil, zusammen mit nicht im Verdampfer 7
gekühlter Waschflüssigkeit durch den Verteiler 3 auf den
Abschnitt B im Waschkondensator 1 aufgegeben.
Die restliche im Verdampfer 7 gekühlte Waschflüssigkeit
wird durch Verteiler 3 auf den Abschnitt C des Waschkon
densators 1 aufgegeben. Die den Waschkondensator 1
verlassende, gereinigte Abluft weist einen unterhalb der
Explosionsgrenze liegenden Restgehalt an Benzin auf. In
der thermischen Verbrennungseinrichtung 20 oder auch in
einem Biobeet findet die Restreinigung der Abluft statt,
deren Abwärme, wie vorstehend beschrieben, zur Beheizung
der Rektifizierkolonne 14 genutzt wird.
Für kleine Abluftströme wird z.B. vom Gesetzgeber der
maximale Emissionswert alternativ für Benzin auch mit
3 kg/h angegeben. In diesem Fall ist die beschriebene
Nachbehandlung der Abluft nicht zwingend notwendig,
sondern es ist eine Stufe entsprechend Fig. 4 sinnvoll.
Fig. 4 zeigt ausschnittsweise eine Variante für die
Endbehandlung der Abluft. Dargestellt ist nur die Ände
rung gegenüber dem Verfahren nach Fig. 1. Das kalte
Reingas kühlt in einem Wärmeaustauscher 38 den aus dem
Verdampfer 6 kommenden Teilstrom der Waschflüssigkeit.
Nach dieser Vorkühlung wird der Teilstrom im Verdampfer 7
auf die vorbestimmte Temperatur abgekühlt. Damit kann ein
Teil der Kälteenergie des Reingases bei tiefer Temperatur
zurückgewonnen werden. Bei einem schwach beladenen Rohgas
könnte das kalte Reingas zur Vorkühlung des Rohgases
dienen (hier nicht dargestellt). Bei stark beladenem
Rohgas würde dieses nur sehr wenig abgekühlt, da sofort
eine Kondensation einsetzt.
Im Anhang ist ein Zahlenbeispiel für eine Wäsche benzin
haltiger Abluft, wie sie in einer Anlage gemäß Fig. 1
durchgeführt werden kann, angegeben.
In Fig. 2 ist ein Anlagenschema für einen Waschprozeß
dargestellt, in welchem die Wäsche im Waschkondensator 1
mittels Kondensat vorgenommen wird, welches in einem
Kreislauf zirkuliert.
Zur Vermeidung von Wiederholungen sind die mit Fig. 1
übereinstimmenden Anlagenelemente mit den gleichen
Ziffern bezeichnet. Das als Waschmittel verwendete
Kondensat wird dem untersten Abschnitt A als Sumpfprodukt
entnommen und mittels einer Pumpe 30 durch die Kühlstufen
geführt und in analoger Weise zu Fig. 1 den einzelnen
Abschnitten A bis C des Waschkondensators 1 aufgegeben.
Der Überlauf aus dem Sumpf des Waschkondensators 1 wird
als zurückgewonnenes Kondensat aus der Anlage durch eine
Leitung 26 abgezogen und in einen nicht dargestellten
Benzintank eingeleitet.
Damit keine kondensierten Wasseranteile mit der Wasch
flüssigkeit im Kreis gefahren werden, ist unterhalb des
Waschkondensators 1 ein Wasserabscheider 31 angeordnet,
aus welchem das Wasser durch eine Leitung 32 abgezogen
wird.
Eine weitere Variante einer Anlage zur Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens ist in Fig. 3 dargestellt.
Auch hier sind wieder mit Fig. 1 bzw. Fig. 2 übereinstim
mende Anlagenelemente mit den gleichen Bezugsziffern
bezeichnet.
Bei diesem Ausführungsbeispiel handelt es sich um die
Reinigung einer Abluft oder eines Abgases von einem
lösungsmittelhaltigen Mehrstoffgemisch, beispielsweise
Isopropanolazeton. Isopropanol ist die schwerer flüchtige
Waschflüssigkeit für das leichter flüchtige Azeton. Das
Kondensat aus der ersten Waschstufe A wird mittels einer
Pumpe 33 durch den Wärmetauscher 13 in die Rektifizierko
lonne 14 eingeleitet. Hierin wird das leichter flüchtige
Azeton abgetrennt, im Rücklaufkondensator 17 kondensiert,
zum einen Teil in die Rektifizierkolonne 14 als Rücklauf
rezirkuliert und zum andern Teil durch eine Leitung 34
aus der Anlage abgezogen. Das als Sumpfprodukt entstehen
de Isopropanol wird in der gleichen Weise wie das Benzin
in Fig. 1 als Waschflüssigkeit für den Waschkondensator 1
in mehreren Kühlstufen aufbereitet.
Das überschüssige Sumpfprodukt des Waschkondensators 1,
das aus Isopropanol und Spuren von Azeton besteht, kann
durch Leitung 35 aus der Anlage abgezogen werden.
Die Isopropanolgemisch enthaltende Abluft oder Abgas wird
durch eine Leitung 36 in den Waschkondensator 1 eingelei
tet. Die gereinigte, durch eine Leitung 37 aus dem
Waschkondensator 1 abgezogene Abluft oder Abgas kann in
der gleichen Weise wie in Fig. 1 noch weiter behandelt
werden.
Zahlenbeispiel für einen in Fig. 1 dargestellten
Waschkondensator zur Abscheidung von Benzin aus
benzinhaltiger Abluft.
Claims (10)
1. Kondensations-Waschverfahren, in welchem durch Ein
bringung von Kälte Lösungsmitteldämpfe aus Abluft- oder
aus Abgasströmen abgetrennt werden,
dadurch gekennzeichnet,
daß das zu behandelnde Medium einer ersten Waschstufe
zugeführt und dort im Gegenstrom mit einer kalten Waschflüssigkeit
behandelt und dadurch unter den Taupunkt abgekühlt
wird, so daß der größte Teil des Lösungsmittels
oder der Lösungsmittel kondensiert,
und daß das Medium in mindestens einer nachge schalteten Waschstufe in der gleichen Weise wie in der ersten Waschstufe, jedoch mit einer kälteren Wasch flüssigkeit als der vorgeschalteten Waschstufe weiter behandelt wird,
wobei die Waschflüssigkeit parallel zu den Waschstufen in hintereinandergeschalteten Wärmetauscherstufen gekühlt wird und die zu kühlende Waschflüssigkeitsmenge in Richtung zu tieferen Temperaturen abnimmt, derart, daß der ersten Waschstufe bei der höchsten Kühltemperatur die größte Waschmittelmenge zugeführt wird.
und daß das Medium in mindestens einer nachge schalteten Waschstufe in der gleichen Weise wie in der ersten Waschstufe, jedoch mit einer kälteren Wasch flüssigkeit als der vorgeschalteten Waschstufe weiter behandelt wird,
wobei die Waschflüssigkeit parallel zu den Waschstufen in hintereinandergeschalteten Wärmetauscherstufen gekühlt wird und die zu kühlende Waschflüssigkeitsmenge in Richtung zu tieferen Temperaturen abnimmt, derart, daß der ersten Waschstufe bei der höchsten Kühltemperatur die größte Waschmittelmenge zugeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß den Wärmetauscherstufen Kältemittel aus Kälteanlagen
zugeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Waschflüssigkeit das Kondensat aus dem
gereinigten Medium verwendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Waschflüssigkeit ein fremdes Lösungsmittel
oder ein verfahrensmäßig gebildetes Lösungsmittel verwendet
wird, welches einen höheren Siedepunkt als die abzutrennenden
Lösungsmittel aufweist.
5. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die beladene Waschflüssigkeit einer Rektifizier
kolonne zugeführt wird, in welcher die leichten
flüchtigen Komponenten abgetrennt werden und die mit schwerer
flüchtigen Komponenten angereicherte Flüssigkeit erneut
als Waschflüssigkeit eingesetzt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, zur Behandlung der Abluft-
oder der Abgasströme aus Tanklagern für Flüssigkeits
gemische,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Flüssigkeit aus den Tanklagern als Waschflüssigkeit
benutzt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5 und 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Waschflüssigkeit nach ihrer Behandlung auch die
abgetrennten leichter flüchtigen Komponenten beigefügt
werden.
8. Verfahren nach Anspruch 1 und 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß das behandelte, gereinigte Medium zur weiteren Behandlung
einer thermischen Nachverbrennung zugeführt und
die anfallende Wärme über einen Wärmeträger zur Beheizung
der Rekifizierkolonne zugeleitet wird.
9. Verwendung eines Verfahrens nach Anspruch 1 oder 6,
gekennzeichnet
zur Behandlung der Abluft aus Benzin-Tanklagern.
10. Verfahren nach Anspruch 1 und 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß das kalte Reingas den Waschteilstrom der kältesten
Waschstufe vorkühlt.
Applications Claiming Priority (1)
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