DE4204918C2

DE4204918C2 - Verfahren zur Wiederaufbereitung gebrauchter fester Adsorptionsmittel mit Adsorbatrückgewinnung

Info

Publication number: DE4204918C2
Application number: DE19924204918
Authority: DE
Inventors: Dieter Dr Fleischmann
Original assignee: Kluthe Chem Werke GmbH
Current assignee: CHEMISCHE WERKE KLUTHE GMBH, 69115 HEIDELBERG, DE
Priority date: 1992-02-19
Filing date: 1992-02-19
Publication date: 1996-06-05
Anticipated expiration: 2012-02-20
Also published as: DE4204918A1

Description

Der Einsatz von Adsorptionsmitteln, vornehmlich Aktivkoh len und Harzen, für die Entfernung von Lösemitteldämpfen aus Prozeß- und Abluft nimmt im Interesse des Umwelt schutzes stark zu. Grundlage dafür sind die immer stren ger gefaßten gesetzlichen Regelungen vor allem für die Emissions- und Immisionsgrenzwerte organischer Lösemit teldämpfe in der Umgebungsluft. Um diese Grenzwerte ein halten zu können, sind immer effektiver arbeitende Ent fernungsverfahren erforderlich. Angestrebt werden Adsorp tionsverfahren, bei denen neben der Wiedergewinnung der Lösemittel auch das Adsorbens dem Kreislauf wieder zuge führt werden kann.

Für die Aufbereitung von Aktivkohlen sind die folgenden Regenerationsverfahren bekannt:

- Aufheizen unter Umgebungsdruck
- Zugabe von überhitztem Wasserdampf
- Durchleiten von heißem Inertgas
- Lösemittelextraktion
- Desorption mit Unterdruck
- Reinigung durch biologischen Abbau.

Für die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens ist es neben der Ausbeute von entscheidender Bedeutung, wie oft ein Adsorptions-Desorptionszyklus wiederholt werden kann und welche Qualität das wiedergewonnene Lösungsmittel auf weist. Bei der thermischen Reaktivierung der Kohle werden die Schritte

- Trocknung der Kohle bei 100°C
- Desorption flüchtiger Verbindungen zwischen 100 und 500°C
- Pyrolyse der schwerflüchtigen Verbindungen bei 700°C

und selektive Entfernung des Pyrolysekokses oberhalb 700°C mit Wasserdampf unterschieden.

Der derzeitige Stand der Technik weist bei allen Verfah ren noch Nachteile auf, die einer effektiven Regenerie rung der Adsorbentien und der damit verbundenen schonen den Rückgewinnung des Adsorbates entgegenstehen.

Diese Nachteile sind:

- Zu starkes Erhitzen während der Desorptionsphase führt zu Schädigung der Lösungsmittel
- Zusatz von Wasserdampf vermindert die Lösungsmittel qualität
- Die Lösungsmittelextraktion bedingt einen zusätzli chen, aufwendigen Destillationsschritt
- Beim biologischen Abbau werden die Lösemittel eben falls irreversibel verändert
- Die Vakuumdesorption führt zu Lösemitteln guter Qualität, aber die Ausbeute und die Regenerationsraten sind wegen der geringen Wärmeleitfähigkeit der Aktivkohle in Verbindung mit dem fehlenden Wärmeübertragungsmedium sehr gering.

Aus der DE 26 49 967 B1 ist weiterhin ein Verfahren zum Re konzentrieren eines wasserhaltigen Glykols, d. h. zur destill ativen Trennung von einer Mischung aus zwei Lösungsmitteln, bekannt. Dabei wird jedoch nicht ein Gemisch von zwei Lö sungsmitteln, welche auf einem festen Träger adsorbiert sind, unter bestimmten Verfahrensbedingungen desorbiert, wobei nicht nur die beiden Lösungsmittel gegebenenfalls getrennt gewonnen werden, sondern vor allem das Adsorptionsmittel in einen wiederverwendbaren Zustand gebracht.

Dieser Stand der Technik beschreibt somit eine an sich be kannte fraktionierte Destillation, wobei durch Zufuhr äußerer Wärme das Gemisch bis über den Siedepunkt der jeweiligen Mi schung erhitzt wird, wodurch überwiegend die niedriger sieden de Komponente in die Gasphase übergeht und abgeführt wird, während sich die Sumpfphase an dem höher siedenden Mittel an reichert und entsprechend dem Siedepunkt langsam ansteigt.

Daher führt, wenn der Siedepunkt der Restmischung zu hoch ist, ein weiteres Abdestillieren zu einer thermischen Zer setzung (vgl. Spalte 2, Abs. 1). Es wird daher ein Nachde stillation unter Vakuum bei einem entsprechend niedrigeren Siedepunkt durchgeführt, um somit auch den Rest Wasser abzu treiben und ein "fertig regeneriertes hochkonzentriertes Gly kol" abzuziehen. Um die notwendige Siedetemperatur einzuhal ten, ist auch dieser zweiten Stufe ein Wärmeaustauscher zur Zuführung der nötigen Energie zugeordnet.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, die schonende, quantitative Rückgewinnung von Lösungsmitteln und eine mög lichst energiesparende Regenerierung der Aktivkohle zu verei nigen, wobei eine hohe Anzahl von Adsorptions-Desorptions zyklen angestrebt wird, um eine hohe Wirtschaftlichkeit zu gewährleisten.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt in der im Hauptanspruch dargelegten Weise. Vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den Unteransprüchen.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die schonende Löse mittelrückgewinnung und eine weitestgehende Regenerierung des Adsorbens in der Weise, daß während der Desorptionsphase eine spezielle Temperatur-Druck-Technik ausgeführt wird. Durch diese unten näher beschriebene Verfahrensweise wird erreicht, daß das zu regenerierende Adsorbens die notwendige Wärmemenge aufnimmt, die zu einer schonenden und dennoch wirtschaftli chen Desorption der Lösungsmittel erforderlich ist. Mit dem Verfahren ist darüber hinaus eine Auftrennung des Adsorbens in verschiedene Chargen möglich.

Erreicht werden diese ausreichenden Desorptionsraten nicht lediglich durch das Aufheizen des beladenen Adsorbens bei ei nem bestimmten Vakuum, sondern durch eine stufenweise Auf heizphase bei unterschiedlichen System drücken. Dazu wird das in den Verdampfer (vorzugsweise ein Drehrohr) eingebrachte beladene Adsorbens zur Entfer nung des Sauerstoffs kurzzeitig mit einem Inertgas bei Umgebungstemperatur gespült. Nach dem Abstellen der Inertgaszufuhr erfolgt eine erste Aufheizphase bei Normaldruck. Erst nachdem sich das Adsorbens genügend aufgeheizt hat, wobei das Inertgas als Wärmeüberträger mitgenutzt wird, ist eine Druckabsenkung auf ca. 1/5 bis 1/10 des Ausgangsdruckes vorgesehen. In dieser Phase desorbieren die leichteren Kohlenwasserstoffe aus dem Adsorbens, ohne daß eine thermische Überlastung dieser Lösemittelanteile eintritt. Am Ende dieses ersten Desorp tionsschrittes wird der Druck wieder auf Umgebungsdruck erhöht, vorzugsweise indem Inertgas eingesaugt wird. Wäh rend der zweiten Aufheizphase unter Normaldruck wird die Temperatur auf den etwa 2,0-fachen Wert angehoben. Nach einer vorgegebenen Aufheizzeit wird erneut ein Vakuum an gelegt, das einen Endwert annimmt, der bei ca. 1/10 des vorangegangenen Wertes liegt. Dadurch wird erreicht, daß das bei Anwesenheit von Inertgas weiter erhitzte Adsor bens bei einem hohen Vakuum auch den größten Teil der höher siedenden Komponenten abgibt.

Zurück bleibt ein Adsorbens, welches bis auf eine ver nachlässigbare Restbelastung wieder für neue Adsorptions schritte zur Verfügung steht. Das wiedergewonnene Lösungsmittel weist wegen der schonenden Desorption die Qualität der Ausgangsprodukte auf.

Nachfolgend wird das Desorptionsverfahren anhand eines typischen Ausführungsbeispiels näher erläutert, der Tem peratur-Druck-Verlauf ist aus den beiliegenden Figuren ersichtlich.

2 t einer mit 40 Gew.-% eines Gemisches aus Ethyl- und Butylacetat beladenen Aktivkohle aus einer Abluftreini gungsanlage wird in ein als Vakuumverdampfer ausgelegtes Drehrohr eingebracht. Nach dem Spülen mit Stickstoff bis auf einen Sauerstoffgehalt unter 1 Vol-% wird die Kohle unter leichter Bewegung im Inertgasmedium bei Normaldruck (1013 mbar) auf 100°C aufgeheizt (Kurventeil A → B). Die Aufheizzeit beträgt 60 Minuten. Durch Anlegen von Va kuum auf einen Wert von 200 mbar Restdruck wird das Ethylacetat aus der Aktivkohle desorbiert. Anschließend an diese erste Desorptionsphase, die etwa 30 Minuten dau ert (B → D) wird die Temperatur auf 200°C erhöht, wobei zum Aufheizen der Aktivkohle erneut der Druck auf Normal druck unter Einsaugen von Stickstoff angehoben wird. Nach dieser zweiten Aufheizphase von ca. 30 Minuten (D → F) erfolgt durch starke Druckabsenkung auf einen Wert von 10 mbar die Desorption des höhersiedenden Butylacetates (G → H). Die Desorption ist beendet, wenn kein Destillat mehr in die Vorlage gelangt. Bei Aufrechterhaltung eines Unterdruckes von ca. 100 mbar wird die regenerierte Aktivkohle abgekühlt und nach dem Druckausgleich aus dem Behälter entnommen. Neben dieser desorbierten Aktivkohle werden zwei Lösemittelfraktionen erhalten, in denen jeweils eine der Komponenten sehr stark angereichert ist.

Die Aktivkohle wies nach der Behandlung noch 5 Gew.-% Lösemittelanteile auf.

Claims

1. Verfahren zur Regenerierung von mit Lösungsmitteln beladenen Adsorbentien durch Erwärmung des Adsorbens und Verdampfen des Lösemittels unter vermindertem Druck, dadurch gekennzeichnet, daß man das beladene Adsorbens unter Normaldruck auf eine erste Tempe raturstufe von 100°C erwärmt, dann den Druck auf 200 mbar absenkt, nach Beendigung dieser ersten Desorptionsphase bei Normaldruck auf 200°C aufheizt und daß unter Beibehaltung dieser Temperatur die Druck stufen 100 mbar und 10 mbar für die Desorptionspha sen 2 und 3 durchfahren werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor der ersten Aufheizphase die Anlage mit einem Inertgasvolumen, welches dem doppelten Rauminhalt der Anlage entspricht, gespült wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Lösungsmittel fraktioniert aufgefangen werden.

4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß nach Desorptionsende das Adsorbens unter dem Vakuum von 10 mbar bis auf 100°C abgekühlt und dann bei Normaldruck entnommen wird.