DE3935094C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abtrennen von Lösemittel aus Prozeßabluft und zum Reinigen der Prozeß­ abluft nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, wie es aus verschiedenen öffentlichen Vorträgen von Fachleuten der Anmelderin über ein bei der Anmelderin installiertes, groß­ technisches Versuchsprojekt für Lackierabluft als bekannt hervorgeht. Ergänzend kann auch auf die DE-PS 35 28 122 verwiesen werden.

Bei dem bekannten Verfahren zur Lackierabluft-Reinigung erfolgt das Extrahieren des Lösungsmittels aus dem Desorp­ tionsgasstrom in einer zweiten Adsorptionsstufe mittels Aktivkohle, wobei jedoch die Aktivkohle der zweiten Ad­ sorptionsstufe durch Naßdampf regeneriert wird. Das Lö­ sungsmittel ist dabei in dem Naßdampf enthalten, in wel­ chem es gemeinsam mit der Kondensation des Naßdampfes aus­ geschieden wird. Bei der Kondensation scheidet sich reines Lösungsmittel von einer gesättigten wäßrigen Lösung von Lösungsmittel voneinander ab.

Zwar läßt sich mit dem bekannten Verfahren Lackierabluft bis zu einem vorgeschriebenen Grenzwert reinigen, jedoch bereitet die Desorption der Aktivkohle insofern Umwelt­ probleme, als die wäßrige Fraktion des Kondensates aus dem Sattdampf hoch mit Lösemitteln belastet ist und sehr umständlich weiterbehandelt werden muß, um es als Abwasser in die Kanalisation ablassen zu können oder um es inner­ halb des internen Wasserkreislaufes einer Nutzanwendung zuführen zu können. Außerdem kann eine Aktivkohleadsorp­ tion bei bestimmten Lösemittelorten nur bei Konzentrati­ onen unterhalb bestimmter Grenzwerte durchgeführt werden, weil sonst die exotherm ablaufenden Adsorptionsvorgänge die Aktivkohle bis über die Entzündungstemperatur des Lö­ semittels aufheizen und den Lösemittelstrom zur Explosion bringen würden. Bei diesen Lösemittelarten verbietet sich also eine zweistufige adsorptiv wirkende Stufe der Auf­ konzentration.

Die DE-OS 38 43 150 zeigt eine Vorrichtung zur Gewinnung von - flüssigen - Kohlenwasserstoffen aus hochkonzentrierten Gas­ strömen, wobei das Gas, welches zu einem erheblichen Bestand­ teil Luft enthält, in einem Speicherbehälter bevorratet ist. In einer ersten Behandlungsstufe wird über eine Membrantrennein­ heit das Kohlenwasserstoffgas noch stärker aufkonzentriert und demgegenüber die Luftfraktion von Kohlenwasserstoffgasen entreichert. Die aufkonzentrierten Kohlenwasserstoffe werden durch Abkühlung und Kondensation verflüssigt und abgezogen. Die von Kohlenwasserstoffen entreicherte Luft wird in einer nach­ geschalteten Behandlungsstufe durch Adsorption gereinigt und in die Atmosphäre entlassen. Bei dieser Anordnung ist also zu­ nächst ein Membrantrennverfahren und dann eine Reinigung durch Adsorption vorgesehen; im übrigen handelt es sich um ein Ver­ fahren zur Rückgewinnung von Wertstoffen aus einem Gasstrom, wo die Frage der Unterschreitung zulässiger Emmissionswerte zu­ nächst offenbleibt.

Aus der DE-OS 37 26 431 ist ein Gastrennverfahren an semiper­ meablen Membranen bekannt, wobei zur Entfernung des Permeats von der Membran ein Trägergasstrom über die Rückseite der Mem­ bran geleitet wird. Im übrigen hat jedoch diese Druckschrift keine Berührung mit der vorliegenden Erfindung.

Die DE-OS 30 42 081 zeigt ein Verfahren und eine Anlage zur Wiedergewinnung von Lösungsmittel aus Abluft durch Adsorption an Aktivkohle und anschließender Desorption durch ein Inertgas. Dabei wird das Lösungsmittel unmittelbar aus dem Desorbtionsgasstrom durch Abkühlen auskondensiert, was wegen der großen Volumenanteile nicht nur sehr große und teure Kon­ densatoren, sondern auch sehr große Kältemengen erfordert. Diese bekannte Anlage ist daher sowohl in der Anschaffung als auch im Unterhalt sehr teuer.

In der Zeischrift Chemie-Ingenieur-Technik, 1988, Seite 48-50, wird in einem Beitrag mit dem Titel "Lösungsmittelrückgewinnung durch Gaspermeation" zwar einleitend unter anderem die Adsorp­ tion an Aktivkohle erwähnt; dieses an sich bekannte Verfahren wird dort jedoch nur als vorbekannte Alternative zur Gaspermeation genannt. Es werden keine zweistufigen Verfahren mit Gaspermeation und Adsorption beschrieben. Die in diesem Artikel beschriebenen Verfahrensvarianten haben sich in der Prtaxis nach den Erfahrungen der Patentinhaberin nicht bewährt.

In der Zeitschrift wlb - Wasser, Luft und Betrieb, 1988, Heft 5, Seiten 39-45 geht ein Beitrag auf "Lösemittel-Rückgewinnung mit Hilfe von Membranen" ein. Darin ist auch eine zweistufige Rückgewinnungsanlage mit einer Membrantrennanlage als erster Stufe und einer Adsorption an Aktivkohle als zweiter Stufe be­ handelt. Es wird dort ausdrücklich betont, daß die umgekehrte Vorgehensweise mit adsorptiver erster Stufe die mit Abstand ungünstigste Aufbereitungsart wäre.

Ein weiterer Beitrag in der Zeitschrift Chemie-Ingenieur- Technik 1988, Seiten 286-292 geht auf alternative Möglichkeiten bei der Reinigung lösungssmittelhaltiger Abluft ein. Und zwar werden dort unter anderem Aktivkohle-Adsorption und Membran­ trennverfahren behandelt. Bei den Adsorptionsverfahren werden dort jedoch nur einstufige Verfahren beschrieben mit unter­ schiedlichen Desorptionsverfahren, die sich jedoch grundsätz­ lich vom vorliegenden Anmeldungsgegenstand unterscheiden. Auch bei dem beschriebenen Membrantrennverfahren wird nur ein einstufiges Verfahren beschrieben, wobei dort erwähnt wird, daß das Verfahren nicht geeignet sei, die von der TA-Luft gefor­ derten Emissionswerte einzuhalten.

In einem Kurzbeitrag in der Zeitschrift "Staub", 1988, Heft 11, Seite 447 wird darauf hingewiesen, daß lösungsmittelhaltige Abluft durch Aktivkohle-Adsorption gereinigt werden könne, wo­ bei der Adsorber als Rotoranlage mit Ausbildung der Aktivkohle als Kohlefaserpapier ausgebildet ist. Es wird dort erwähnt, daß derartige durch Kohlefaserpapier gebildete Aktivkohle-Rotoren für die Reinigung großer Abluftmengen mit niedriger Lösemit­ telkonzentration geeignet und unter anderem auch in der Lackier­ technik wirtschaftlich im Einsatz seien. In Zusammenhang mit der Desorption wird lediglich die Heißluftdesorption er­ wähnt, mit der eine fünf- bis zwanzigfache Aufkonzentrierung der Lösemittel erreichbar sein soll. Über die Weiterbehandlung dieses Desorptionsgasstromes ist jedoch in diesem Kurzbeitrag nichts ausgesagt.

Aufgabe der Erfindung ist es, das gattungsgemäß zugrunde­ gelegte Verfahren dahingehend weiterzuentwickeln, daß das Extrahieren des Lösemittels aus dem Desorptionsgasstrom einfacher, gefahrlos und ohne weitere Nachbehandlungsstu­ fen umweltverträglich erfolgen kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeich­ nenden Merkmale von Anspruch 1 gelöst. Dabei wird der De­ sorptionsgasstrom in einer zweiten Behandlungsstufe, die als Membrantrennverfahren arbeitet, aufkonzentriert und aus diesem hoch konzentrierten Gasstrom das Lösemittel unmittelbar auskondensiert. Die dabei auftretenden Gas­ ströme werden in einem nach außen geschlossenen Kreislauf geführt, so daß dabei keine Umweltbelastungen auftreten. Etwaige Leckagen aus den beteiligten Kreisläufen können aufgefangen und auf die Rohgasseite der ersten Behandlungs­ stufe zurückgeleitet und im übrigen durch gezielte Gaszu­ fuhr wieder ausgeglichen werden.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung können den Un­ teransprüchen entnommen werden. Im übrigen ist die Erfin­ dung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Verfah­ rensschemas am Beispiel einer Lackierabluftbehandlung nach­ folgend noch erläutert.

Bei dem in der Zeichnung dargestellten Verfahrensschema für das Reinigen von Lackierabluft wird diese in der Lei­ tung 1 einem Rotor 3 mit einem festen Aktivkohlebett 2 zugeführt. Und zwar handelt es sich bei dem Aktivkohlebett um mehrere dünne papierähnliche Lagen aus Aktivkohlefa­ sern, die nach Art von Wellpappe ausgebildet und zu einem trommelartigen Wickel angeordnet sind. Aufgrund dieser Struktur sind in dem Rotor 3 sehr viele axial verlaufende Kanäle vorhanden, die von der Lackierabluft durchströmt werden können. Jedoch ist nicht die gesamte Stirnfläche des Rotors mit Lackierabluft beaufschlagbar, sondern es ist ein kleiner sektoraler Ausschnitt der kreisförmigen Stirnfläche ausgespart für Desorptionszwecke, so daß sich eine relativ große Adsorptionszone 6 und eine relativ klei­ ne Desorptionszone 7 ergibt. Der Rotor ist mit relativ niedriger Geschwindigkeit angetrieben, so daß er etwa vier Umdrehungen pro Stunde ausführt. Aufgrund des Durchströ­ mens der Lackierabluft durch das Aktivkohlebett wird das in der Lackierabluft enthaltene Lösungsmittel von der Ak­ tivkohle adsorbiert. Und zwar findet dank der besonderen Ausgestaltung des Aktivkohlebettes in dünnen, papierähn­ lichen Lagen zum einen und in Faserform zum anderen eine sehr rasche und nahezu vollständige Adsorption des Lösungs­ mittels statt, so daß nach einem einmaligen Durchgang der Lackierabluft durch den Rotor 99% der ursprünglich ent­ haltenen Lösemittelkonzentration aus der Lackierabluft entzogen werden. Die von dem Reinluftgebläse 5 über die Reinluftleitung 4 aus dem Rotor 3 abgesaugte Luft ist nur noch so wenig mit Lösungsmittel beladen, daß diese Luft ohne weiteres in die Atmosphäre abgeblasen werden könnte. Um jedoch Energie zu sparen und um auch die Emmision auf ein Minimum zu reduzieren, wird man zweckmäßigerweise die Reinluft dem Lackierprozeß frischluftseitig wenigstens teilweise wieder zuführen, so daß die Prozeßluft weitest­ gehend in einem geschlossenen Kreislauf geführt werden kann. Nur einen nicht vom Lackierprozeß abnehmbaren Rein­ luftanteil wird man ins Freie verblasen.

Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, daß Aktivkohle­ betten auch in anderer Form denkbar sind, z. B. als Ak­ tivkohle-beschichteter Keramikträger. Grundsätzlich kann auch ein loses Bett von Aktivkohle z. B. als Granulat oder auch Silika-Gel verwendet werden. Die zwar beschriebene Aktivkohlefaser in Papierform zeichnet sich jedoch aus durch kurze Kapillarwege und rasche Adsorptions- bzw. De­ sorptionsgeschwindigkeit.

Während der langsamen Rotation des Rotors 3 durch die Ad­ sorptionszone 6 hindurch nimmt das Aktivkohlebett mehr und mehr Lösungsmittel auf und ist schließlich kaum mehr in der Lage, weiteres Lösungsmittel zu adsorbieren; vielmehr nähert sich das Aktivkohlebett einer Sättigung und kann aufgrund einer adsorptionsbedingten Eigenerwärmung des Aktivkohlebettes und bei der relativ niedrigen zulaufsei­ tig anstehenden Lösemittelkonzentration kein weiteres Lö­ sungsmittel in der zu fordernden Geschwindigkeit adsor­ bieren. Um also die Adsorptionsfähigkeit des Rotors 3 wei­ terhin aufrecht zu erhalten, muß das Aktivkohlebett in der dafür vorgesehenen Desorptionszone 7 desorbiert werden. Zu diesem Zweck wird entgegen der Durchströmrichtung der Lackierabluft heißes Gas durch den Rotor 3 hindurchgelei­ tet, wodurch das Aktivkohlebett aufgeheizt und das adsor­ bierte Lösungsmittel daraus desorbiert und in Freiheit gesetzt wird. Das Desorptionsgas wird auf etwa 120 bis 150°C in den beiden Wärmetauschern 19 und 20 aufgeheizt, wobei der zunächst angeordnete Wärmetauscher 19 die ab­ strömseitig zurückgewonnene Wärme ausnutzt und der an zwei­ ter Stelle angeordnete Heizwärmetauscher 20 die Enderwär­ mung auf die erforderliche Prozeßtemperatur übernimmt. Mittels eines Fördergebläses 18 wird das Desorptionsgas in einer gegenüber dem Volumenstrom der Lackierabluft we­ sentlich geringeren Menge durch die Desorptionszone 7 des Rotors 3 hindurchgefördert, so daß bei der Desorption der Aktivkohle eine Aufkonzentrierung und Volumenreduzierung entsteht. Es können auf diesem Wege ohne weiteres Volumen­ reduzierungen im Verhältnis 1 : 10 bzw. Konzentrations­ steigerungen im Verhältnis 10 : 1 erreicht werden.

Bei der Desorption des Aktivkohlebettes wird dieses durch das heiße Desorptionsgas erwärmt, wodurch ein erneuter Adsorptionsvorgang nicht ohne weiteres sofort wieder mög­ lich ist. Um eine rasche Adsorptionsfähigkeit in dem de­ sorbierten Aktivkohlebett 2 wieder herzustellen, wird im unmittelbaren Anschluß an die Desorptionszone 7 über einen schmalen Sektor hinweg reine Kühlluft, die über die Kühl­ luftleitung 8 von einem Kühlluftgebläse 9 aus der Atmo­ sphäre angesaugt wird, im Gegenstrom zum normalen Adsorp­ tionsstrom durch den Rotor 3 hindurchgeblasen. Die auf der gegenüberliegenden Seite austretende Kühlluft, die auch eine gewisse Fracht an Lösungsmittel beim Kühlen des Ro­ tors aufgenommen hat, wird der Lackierabluft zugemischt und tritt zulaufseitig in den Rotor 3 wieder ein. Durch die Zufuhr der Kühlluft wird zwar die Luftmenge der Lac­ kierabluft erhöht und die Konzentration an Lösungsmittel darin erniedrigt, jedoch ist Aktivkohle besonders gut dazu geeignet, große Luftmengen mit niedriger Konzentration an fremden Gasbestandteilen zu verarbeiten.

Als weiterer wichtiger Verfahrensschritt bei der Lackier­ abluftreinigung muß das Lösungsmittel aus dem Desorptions­ gasstrom extrahiert werden. Um dieses ohne Emmision von Lösungsmittel an die Umwelt auszuführen, ist der Desorptionsgasstrom beim dargestellten Ausführungsbeispiel in einem nach außen geschlossenen Desorptionskreislauf 10 geführt, wobei in einer zweiten Stufe eine weitere Aufkon­ zentration des Lösungsmittels bzw. eine weitere Volumenre­ duzierung durchgeführt wird. Und zwar wird das Trägergas des Desorptionsgasstromes mittels eines in der Gasphase nach Art der Umkehrosmose arbeitenden Membrantrennverfah­ rens von Lösemittel entreichert, wobei das Lösemittel be­ vorzugt gegenüber anderen Gasbestandteilen durch die Mem­ bran hindurch diffundiert. Das von Lösemittel entreicherte Gas kann dann - wie gesagt - in dem geschlossenen Kreis­ lauf zur Desorption der Aktivkohle zurückgeleitet werden. Die in dem Verfahrensschema nur sehr allgemein angedeutete Membrantrenneinrichtung ist Gegenstand zweier gesonderter Schutzrechtsanmeldungen der Anmelderin (vgl. P 38 39 985.7-44 und P 38 39 484.9-44). An dieser Stelle sei lediglich erwähnt, daß die Membrantrenneinrichtung im wesentlichen eine die Rohgasseite 14 von der Permeatseite 13 trennende, selektiv durchlässige Trennmembran 12 aufweist, die von einer Stützkonstruktion gehalten ist und über die von der Rohgasseite zur Permeatseite hin ein Druckgefälle aufrecht erhalten wird. Das Membranmaterial ist selektiv für Lösungs­ mittel durchlässig und dementsprechend ausgewählt. Durch Vorbeiströmen-lassen des Desorptionsgasstromes auf der Rohgasseite 14 und Anlegen einer zur Permeatseite 13 hin gerichteten Druckdifferenz diffundiert nach Art der Um­ kehrosmose Lösungsmittel durch die Trennmembran 12 hin­ durch auf die Permeatseite 13, so daß der Desorptionsgas­ strom von Lösungsmittel entreichert und Lösungsmittel auf der Permeatseite angereichert wird. Auch der Permeatgas­ strom kann in einem nach außen geschlossenen Permeatkreis­ lauf 15 gehalten werden. Auch das auf der Permeatseite 13 in Dampfform austretende Lösungsmittel wird in einem Trä­ gergasstrom zirkuliert, so daß an der Trennmembran 12 per­ meatseitig relativ niedrige Konzentrationen anliegen und laufend eine günstige Permeation stattfinden kann. Anderer­ seits ist der Permeatgasstrom im zeitlichen Volumen wesent­ lich geringer als der Desorptionsgasstrom auf der Rohgassei­ te 14; umgekehrt ist dementsprechend die Konzentration an Lösungsmittel auf der Permeatseite 13 wesentlich höher als auf der Rohgasseite 14. Auch hier sind Volumenreduzie­ rungen bzw. Konzentrationssteigerungen um den Faktor 10 erreichbar. Um auf der Rohgasseite 14 der Membrantrennein­ richtung 11 einen oberhalb des Umgebungsluftdruckes liegen­ den Druck aufrechterhalten zu können, ist in dem Desorp­ tionskreislauf 10 in Strömungsrichtung vor der Membran­ trenneinrichtung 11 ein Druckgebläse 17 oder ein Gasver­ dichter und in Strömungsrichtung nach der Membrantrennein­ richtung 11 eine Druckeinstelldrossel 16 angebracht, die einen wesentlich größeren Durchflußwiderstand aufweist, als die Membrantrenneinrichtung für den Desorptionsgas­ strom darstellt. Stattdessen oder - besser noch - zusätz­ lich zu der Druckanhebung auf der Rohgasseite kann auf der Permeatseite 13 auch ein unterhalb des Umgebungsluftdruc­ kes liegender Druck eingestellt werden, wozu in dem Per­ meatgasstrom 15 in Strömungsrichtung nach der Membrantrenn­ einrichtung 11 eine Vakuumpumpe 22 und in Strömungsrich­ tung vor der Membrantrenneinrichtung eine Vakuumeinstelldrossel 23 angeordnet ist, deren Widerstand ebenfalls größer ist als der Durchflußwiderstand der Mem­ brantrenneinrichtung für den Permeatgasstrom. Um die nach­ folgend behandelte Lösemittelkondensation durch Druckanhe­ bung zu begünstigen, kann der Vakuumpumpe ein Verdichter nachgeschaltet sein; die Kondensation bei erhöhtem Druck erfordert wesentlich kleinere Kondensatoren als bei Unter­ druckkondensation, außerdem sind bei Überdruckkondensation nur geringere Kälteleistungen zu erbringen. Vakuumpumpe 22 und etwaigerweise nachgeschalteter Verdichter können bei geschickter Auslegung auch zu einem einzigen Aggregat in­ tegriert werden, das saugseitig ein ausreichend hohes Va­ kuum und druckseitig einen für eine Druckkondensation nö­ tigen Überdruck erbringt.

Um aus dem zweistufig aufkonzentrierten Lösungsmittel die­ ses in flüssiger Form aus dem Permeatgasstrom abzuschei­ den, ist in dem Permeatgasstrom 15 eine Kältefalle 24 an­ gebracht, über die der Permeatgasstrom hinweggeleitet wird und an der zunächst das in Dampfform eingeschleppte höher siedende Wasser auskondensiert. Das Wasser und u. U. etwas Lösemittelkondensat sammeln sich unten in der Kältefalle und können durch Schwerkraftwirkung in einem Absetzzylin­ der in Wasser und Lösemittel getrennt werden. In einer weiteren, bei wesentlich niedrigerer Temperatur betriebe­ nen Kältefalle 25 wird das Lösemittel auskondensiert, dessen höher siedende Bestandteile u. U. auch ausfrieren. Aus diesem Grund ist die zweite Kältefalle 25 in Doppel­ anordnung vorgesehen, so daß diese im Wechsel betrieben werden können. Während die eine als Kondensator arbeitet, wird die andere abgetaut. Das an den Kältefallen als flüs­ siges Kondensat anfallende Lösemittel kann - ev. nach ei­ ner Schwerkrafttrennung in restliches Wasser und Lösemit­ tel - in Aufnahmegefäße 29 für Lösungsmittel abgeleitet und abtransportiert werden. Die Erfahrungen, die mit einer Dampfregeneration der Aktivkohle und der Extraktion des Lösungsmittels aus dem Naßdampf gewonnen wurden, lassen darauf schließen, daß auch bei der hier empfohlenen Extra­ hierung von Lösungsmittel aus dem Permeatgasstrom keine nennenswerten Entmischungen des Lösungsmittels, welches ein Gemisch aus mehreren unterschiedlichen Stoffen dar­ stellt, eintritt, so daß das Lösungsmittel zum Lackher­ steller zur Wiederverwendung zurückgeleitet werden kann.

Zur Desorption des Aktivkohlebettes 2 an den Rotor 3 muß das Trägergas des Desorptionskreislaufes 10 - wie gesagt - auf die für eine ausreichende Desorption bemessene Tempe­ ratur erhitzt werden, wofür die beiden Wärmetauscher 19 und 20 vorgesehen sind. In der Regel kann diese Temperatur von der Trennmembran 12 jedoch nicht schadlos und dauer­ haft ausgehalten werden, weshalb in dem in Strömungsrich­ tung vor der Membrantrenneinrichtung 11 liegenden Ast des Desorptionskreislaufes 10 ein Rückkühlwärmetauscher 28 angeordnet ist, der das Trägergas auf eine von der Trenn­ membran 12 ohne weiteres verträgliche Temperatur zurück­ kühlt. Die bei diesem Zurückkühlen des Desorptiongasstro­ mes anfallende Wärme wird zum teilweisen Aufheizen des Desorptiongasstromes wiederverwendet, wofür der Wärmetauscher 19 vorgesehen ist. Die restliche und voll­ ständige Erwärmung erfolgt dann über den bereits erwähn­ ten, zweiten Heizwärmetauscher 20.

Der Desorptionskreislauf 10 ist nach außen hin weitgehend abgeschlossen; lediglich an den bewegten Dichtungen zum Rotor 3 hin können nennenswerte Lecks auftreten. Außerdem können Permeationsverluste aus diesem Desorptionskreislauf 10 an der Trennmembran 12 auftreten; hier treten jedoch im wesentlichen lediglich Lösungsmittel aus dem Desorptions­ kreislauf 10 aus, die zuvor in der Desorptionszone 7 aus der Aktivkohle aufgenommen wurden. Nachdem das Lösungs­ mittel in Gasform und in Gegenwart von Sauerstoff ein leicht explosionsfähiges Gasgemisch darstellt, ist es zur Vermeidung der Explosionsgefahr zweckmäßig, als Trägergas für den Desorptionsgasstrom ein von Sauerstoff entreicher­ tes, reaktionsträges Gas, insbesondere Stickstoff zu ver­ wenden. Es ist hierbei insbesondere daran zu denken, daß das ständig im Kreislauf geführte Gas sich elektrostatisch aufladen kann, wozu insbesondere die Membrantrenneinrich­ tung 11 mit beitragen kann. Derartige elektrostatische Aufladungen können zu Funkenüberschlägen führen, die eine Explosion auslösen können. Wenn jedoch das Trägergas kei­ nen oder nur sehr wenig Sauerstoff enthält, kann eine Ex­ plosion verhindert werden. Die oben erwähnten leckbeding­ ten oder permeationsbedingten Volumenverluste im Kreislauf des Desorptionsgasstromes können durch Einspeisen von Stickstoff aus der Stickstoffflasche 21 über ein Dosierven­ til 31 ausgeglichen werden. Diese Stickstoffzufuhr erfolgt zweckmäßigerweise nach der Abscheidung des Lösungsmittels in der Membrantrenneinrichtung 11 an einer Stelle relativ niedrigen Druckes innerhalb des Desorptionskreislaufes 10.

Bei Anwendungsfällen mit anderen Lösemitteln können sich diese bei der Desorptionstemperatur in geringen Umfang chemisch zerlegen, wobei die Zerfallsprodukte des Lösemit­ tels unter Umständen stark unterschiedliche Diffusionsge­ schwindigkeiten in der anschließenden Membrantrenneinrich­ tung zeitigen können. Um in solchen Fällen einer Anrei­ cherung derartiger Zerfallsprodukte im Desorptionskreis­ lauf entgegenzuwirken, ist es zweckmäßig, zumindest einen Anteil des Desorptionsgasstromes, nach der Drossel 16 aber vor der Inertgaszugabe auf die Zulaufseite des Prozeß­ gases (im Ausführungsbeispiel Leitung 1) zurückzuleiten, was durch die strichpunktiert gezeichnete Ablaßleitung 32 angedeutet ist.

Auch innerhalb des Permeationsgasstromes 15 wird sich das Trägergas nach und nach selbsttätig dem Trägergas des De­ sorptionsgasstromes angleichen, weil dessen Trägergas zu einem bestimmten Anteil ebenfalls durch die Trennmembran hindurch diffundiert. Dies hat den Vorteil, daß auch in­ nerhalb des Permeatgasstromes die Explosionsgefahr redu­ ziert wird, zumal auch dieser Permeatgasstrom zu einem gewissen Anteil wiederholt durch die Membrantrenneinrich­ tung 11 hindurchgeleitet wird, die tendenziell das Gas elektrostatisch auflädt.

Die Membrantrenneinrichtung 11 bringt das Trägergas des Desorptionskreislaufes 10 und das Trägergas des Permeat­ gasstromes 15 in einen innigen wärmeaustauschenden Kontakt; innerhalb der Membrantrenneinrichtung 11 findet außer ei­ nem Stoffaustausch gewissermaßen auch ein Wärmeaustausch zwischen den Trägergasen der beiden Kreisläufe 10 und 15 statt. Die Trägergase der beiden unterschiedlichen Gas­ ströme werden also nach Austritt aus der Membrantrennein­ richtung auf der Rohgasseite 14 bzw. auf der Permeatseite 13 untereinander etwa gleiche Temperatur haben. Das Trä­ gergas des Desorptionsgasstromes 10 muß jedoch anschließend zur Desorption aufgeheizt werden, wogegen das Trägergas des Permeatgasstromes zur Auskondensation des Lösungsmit­ tels daraus abgekühlt werden muß. Um also diese beiden einander entgegengesetzten Temperaturveränderungen der Trägergase der beiden Gasströme möglichst energiesparsam bewerkstelligen zu können, ist eine Wärmerückgewinnung bzw. ein Wärmekurzschluß jeweils innerhalb der zumindest teilweise zirkulierten Gasströme vorgesehen. Im Desorp­ tionskreislauf 10 ist diese Wärmerückgewinnung durch die beiden Wärmetauscher 28 und 19 bewerkstelligt; die nach Austritt aus der Desorptionszone 7 im Trägergas noch ent­ haltene Wärme wird dem Trägergas in dem Wärmetauscher 28 entzogen und das Trägergas dabei auf membranverträgliche Temperaturen herabgekühlt und die Wärme dabei dem Träger­ gas nach Austritt aus der Membrantrenneinrichtung über den Wärmetauscher 19 wieder zurückgeleitet.

In ähnlicher Weise wird auch in dem Permeatgasstrom 15 die in dem "kalten" Ast des Permeatgasstromes bzw. des Träger­ gases enthaltene Kälteenergie dem Trägergas vor Eintritt in die Membrantrenneinrichtung 11 entzogen, wofür der Kälteaufnahme-Wärmetauscher 26 vorgesehen ist. Diese dem Trägergas entzogene Kälteenergie wird dem Trägergas des Permeatkreislaufes nach Austritt aus der Membran-Trenn­ einrichtung 11 über den Kälteabgabe-Wärmetauscher 27 wie­ der zugeführt, der vor der bereits erwähnten Kältefalle 24 zur Auskondensation des Wassers vorgesehen ist. Auf diese Weise kommt auch innerhalb des Permeatgasstromes 15 weit­ gehend eine Rückgewinnung von Kälteenergie zustande. Es ist nicht ohne weiteres zu erwarten, daß die Rückspeisung der zulaufseitig zur Membrantrenneinrichtung 11 im Träger­ gas des Permeationsgasstromes enthaltene Kälteenergie dazu ausreicht, das Trägergas dieses Gasstromes wiederum voll­ ständig auf Kondensationstemperatur abzukühlen. Aus diesem Grunde sieht die Kältefalle 24 zur Auskondensation des Wassers eine gesonderte Zufuhr von Kälteenergie vor, so daß eine ausreichend niedere Temperatur in der Kältefalle erreicht werden kann. Durch diese Auskondensation kommt es zum Ausscheiden zumindest eines sehr großen Anteils des permeierten Wassers also zu einer laufenden Entfeuchtung des Trägergases.

Die eigentliche Auskondensation des Lösungsmittels erfolgt in der bereits erwähnten zweiten Kältefalle 25, die durch externe Zufuhr von Kälteenergie gespeist ist; sie kühlt das Trägergas auf etwa -20°C oder noch niedriger ab.

Dadurch kondensiert das Lösungsmittel mit all seinen Be­ standteilen. Das an der zweiten Kältefalle 25 anfallende Kondensat kann noch restliches Wasser enthalten, wobei jedoch die dort anfallenden Wassermengen relativ klein sind und wobei außerdem das Mischkondensat sich aufgrund von Mischungslücken zwischen Wasser und Lösungsmittel durch eine Schwerkraftabscheidung im Wasser und Lösungs­ mittel trennen läßt. Zwar wird das darin gewonnene Lö­ sungsmittel Wasseranteile gelöst enthalten, ebenso wie das abgeschiedene Wasser mit Lösungsmittel verunreinigt ist; jedoch werden beide Flüssigkeiten ohne weiteres, insbe­ sondere ohne Entsorgungsprobleme rezykliert werden können. D. h. das dort in geringen Mengen anfallende Wasser wird in den Lackauswaschprozeß der Lackierstraßen zurückgelei­ tet werden können; ebenso wird das dort anfallende Lösungs­ mittel den Lackherstellern zurückgeleitet werden können.

Nachdem das aus der zweiten Kältefalle 25 austretende Trä­ gergas sehr kalt ist, kann es als Energieträger der ersten Kältefalle 24 zugeführt werden, so daß ggf. in der ersten Kältefalle 24 weitgehend auf externe Zufuhr von Kälteener­ gie verzichtet werden kann.

Es ist nicht erforderlich, das Trägergas des Permeatgas­ stromes 15 soweit vom Lösungsmittel zu befreien, daß das Trägergas notfalls in die Atmosphäre entlassen werden könn­ te, weil der Permeatgasstrom 15 - wie gesagt - allseits nach außen geschlossen ist, so daß eine an sich beliebig hohe Konzentration an Lösungsmittel in ihm zugelassen werden kann. Es muß lediglich sichergestellt werden, daß die Konzentration vor Eintritt in die Membran-Trenneinrich­ tung 11 permeatseitig niedrig genug ist, daß von der Roh­ gasseite 14 aus durch die Trennmembran 12 hindurch Lösungs­ mittel auf die Permeatseite 13 hindurchtreten kann, ohne daß exzessiv hohe Druckdifferenzen über die Trennmembran 12 hinweg aufgeprägt werden müssen.

Dank der Auskondensation von Lösungsmittel aus dem Träger­ gas des Permeatgasstromes 15 ist das Trägergas nach der Kondensation weitgehend von Lösungsmittel und Feuchtigkeit befreit und aus diesem Grunde wieder sehr gut aufnahme­ fähig für Lösungsmittel in der Membrantrenneinrichtung 11. Das Trägergas wird daher zum überwiegenden Teil in die Membrantrenneinrichtung zurückgelenkt, wofür im wesent­ lichen Energiegründe sprechen. Ein Anteil muß aus Gründen der Mengenbilanz - Diffusion auch von Trägergas aus dem Desorptionskreislauf in den Permeatgasstrom - abgeführt, beispielsweise auf die Zulaufseite des Prozeßgases (Lei­ tung 1) eingespeist werden. In jedem Fall kann ein nach außen geschlossenes System ohne Emissionen gefahren wer­ den. Der zyklierte Anteil und der abgezweigte Anteil in dem Permeatstrom 15 können im übrigen frei gewählt werden; notfalls kann Frischluft in den Permeatgasstrom einge­ schleust werden.

Neben der Lösemittelrückgewinnung in Lackierbetrieben kann das beschriebene Verfahren auch noch bei folgenden Betrie­ ben mit gleichem Nutzen eingesetzt werden:

• - in Absaugungen von Lösemittel-verarbeitenden Maschinen der Pharmaindustrie,
• - bei der Lackherstellung,
• - bei der Lösemittel-Herstellung und Verarbeitung,
• - bei der chemischen Reinigung von Textilien,
• - bei der Klebstoffherstellung und -verarbeitung,
• - bei Trocknungsvorgängen,
• - bei der Beschichtung,
• - bei chemischen Reaktionen,
• - bei Druckereien.

Claims (5)

1. Verfahren zum Abtrennen von Lösemittel aus lösemittel­ haltiger Prozeßabluft und zum Reinigen derselben, wobei man

• a) die Prozeßabluft durch Aktivkohle leitet und das Lösemittel darin nahezu vollständig adsorbiert,
• b) die Aktivkohle durch Hindurchleiten eines heißen Gases re­ generiert und
• c) aus dem Desorptionsgasstrom das Lösemittel extrahiert und in flüssiger Form zurückgewinnt,

dadurch gekennzeichnet,
daß man zur Extraktion des Lösemittels den Desorptionsgasstrom in einem nach außen geschlossenen Kreislauf (10) führt und mittels eines Membrantrennverfahrens (11) von Lösemittel entreichert und zur Desorption der Aktivkohle (Desorptionszone 7) zurückleitet, wobei man auf der Permeatseite (13) der Trennmembran (12) einen gegenüber der Lösemittelkonzentration in dem aus der Aktivkohle austretenden Desorptionsgasstrom stark angereicherten aber im Volumenstrom stark reduzierten Permeatgasstrom erzeugt, den man in einem ebenfalls nach außen geschlossenen Kreislauf (15) hält und zumindest teilweise auf die Zulaufseite der Prozeßabluft (Leitung 1) und/oder in den Desorptionskreislauf (10) und/oder auf die Permeatseite (13) zurückgeführt und aus dem man das Lösemittel an einer Kältefalle (25) laufend auskondensiert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man im Kreislauf (10) des Desorptionsgasstromes zumindest in dem Bereich der Trennmembran (12) einen oberhalb des Umge­ bungsluftdruckes liegenden Druck aufrechterhält.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man im Kreislauf (15) des Permeatgasstromes zumindest in dem Bereich der Trennmembran (12) einen unterhalb des Umge­ bungsluftdruckes liegenden Druck aufrechterhält.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß man als Trägergas für den Desorptionsgasstrom (Kreislauf 10) ein von Sauerstoff entreichertes, reaktionsträges Gas, vorzugsweise Stickstoff, einsetzt.