DE4214246A1 - Einrichtung zur reinigung eines luftstromes von leichtfluechtigen verunreinigungen sowie verfahren zum betreiben einer solchen einrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Reinigen eines Luftstromes von leichtflüchtigen Verunreinigungen, insbe­ sondere Halogenwasserstoffen, mit

• a) einem Zulaufanschluß;
• b) einem Rücklaufanschluß;
• c) mindestens einem Aktivkohlefilter mit einem beheizbaren Aktivkohlebett;
• d) einem Kondensator;
• e) einem Lüfter zur Bewegung des Luftstromes, wobei der Aktivkohlefilter wahlweise in einer der beiden folgenden Betriebsarten betrieben werden kann:
• f) im Adsorptionsbetrieb, in welchem der zu reinigende Luftstrom durch das kalte Aktivkohlebett hindurchgeführt und dort von Verunreinigungen befreit wird;
• g) im Regenerationsbetrieb, in welchem Luft im Kreise über das beheizte Aktivkohlebett und den Kondensator geführt wird, wodurch die Verunreinigungen vom Aktivkohlebett desorbiert und im Kondensator kondensiert werden.

Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Betreiben einer Einrichtung zum Reinigen eines Luftstromes von leicht­ flüchtigen Verunreinigungen, insbesondere von Halogenkohlen­ wasserstoffen, bei welchem der Luftstrom von einem Lüfter durch mindestens ein Aktivkohlebett geleitet wird, in dem die Verunreinigungen adsorbiert werden, und bei welchem das Aktivkohlebett zur Regeneration auf eine Desorptions­ temperatur gebracht und von einem Luftstrom durchströmt wird, welcher die desorbierten Verunreinigungen aufnimmt und zu einem Kondensator transportiert, wo sie durch Konden­ sation ausgeschieden werden.

Einrichtungen der eingangs genannten Art sind beispiels­ weise in Chemisch-Reinigungsanlagen im Einsatz. Am Ende der Behandlungsdauer jeder Charge, die normalerweise zwischen 50 und 60 Minuten liegt, muß die im Inneren der Chemisch- Reinigungsmaschine befindliche Luft von Lösemittel gereinigt werden. Hierzu wird ein Luftstrom im geschlossenen Kreislauf durch das Innere der Chemisch-Reinigungsmaschine und die Einrichtung zur Reinigung des Luftstromes geführt, bis im Inneren der Chemisch-Reinigungsmaschine eine bestimmte Grenzkonzentration des Lösemittels erreicht ist. Diese liegt nach den derzeit geltenden gesetzlichen Bestimmungen in der Bundesrepublik Deutschland bei 2 g Lösemittel pro m³ Luft. Erst wenn die vorgeschriebene Grenzkonzentration erreicht ist, darf die Maschine zum Ent- und Beladen geöff­ net werden. Die Adsorptionsdauer beträgt normalerweise etwa 6 Minuten. Werden mehrere Chemisch-Reinigungsanlagen an eine einzige Einrichtung zur Reinigung des Luftstromes angeschlossen, so beträgt die gesamte Adsorptionszeit innerhalb der Chargenzeit von 50 bis 60 Minuten ein ent­ sprechendes Vielfaches von 6 Minuten.

Das aus Aktivkohle bestehende Adsorptionsbett wird nach seiner Beladung mit Lösemittel regeneriert. Die Desorption erfolgt durch eine indirekte Beheizung mit einem Wärmeträger, z. B. mit Wasserdampf. Nach dem Aufheizen des Aktivkohle­ bettes wird in entgegengesetzter Richtung zur Adsorption ein Umluftstrom durch das Kohlebett gedrückt. Dieser wird am Kondensator abgekühlt und von oben wieder in das Aktiv­ kohlebett eingeblasen. Das im Kondensator gewonnene Lösungs­ mittel läuft in einen Auffangbehälter und kann von dort über eine Rohrleitung in die Chemisch-Reinigungsmaschine zurückgeführt werden.

Um einen kontinuierlichen Betrieb zu gewährleisten, mußten bisher die bekannten Einrichtungen zur Reinigung des Luft­ stromes doppelt vorgesehen werden. Dies ist verhältnismäßig kostspielig.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Einrichtung zum Reinigen eines Luftstromes der eingangs genannten Art so auszubilden, daß der apparative Aufwand und damit die Kosten so gering wie möglich sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß

• h) dem Lüfter und dem Kondensator zwei parallele Aktivkohle­ filter zugeordnet sind;
• i) in den Verbindungsleitungen zwischen den Aktivkohlefiltern und dem zugeordneten Lüfter und Kondensator sowie dem Rücklaufanschluß und dem Zulaufanschluß steuerbare Ventile angeordnet sind,
  wobei die steuerbaren Ventile in der Weise schaltbar sind, daß
• k) das eine der Aktivkohlefilter solange im Desorptions­ betrieb ist, wie keine zu reinigende Luft anfällt, und das andere Aktivkohlefilter nur in den Zeiten im Adsorptionsbetrieb ist, in denen zu reinigende Luft anfällt;
• l) die beiden Aktivkohlefilter bei Bedarf ihre Funktion tauschen.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer Einrich­ tung der eingangs genannten Art ist dadurch gekennzeichnet, daß

• a) ständig ein erstes Aktivkohlebett desorbiert wird, wozu ihm von dem Lüfter Luft zugeführt wird, und der Desorptionsbetrieb nur in denjenigen Zeiten unterbrochen wird, in denen zu reinigende Luft anfällt;
• b) in denjenigen Zeiten, in denen zu reinigende Luft anfällt und der Desorptionsbetrieb des ersten Aktivkohlebettes unterbrochen ist, die zu reinigende Luft von demselben Lüfter durch ein zweites adsorptionsbereites Aktivkohle­ bett geleitet wird,
  wobei
• c) nach Erschöpfung der Aufnahmekapazität des zweiten Aktivkohlebettes die beiden Aktivkohlebetten in dem Sinne ihre Funktion vertauschen, daß das zuvor zur Reinigung verwendete Aktivkohlebett nunmehr regeneriert und das zuvor regenerierte Aktivkohlebett nunmehr zur Reinigung des Luftstromes verwendet wird.

Erfindungsgemäß wird also ein einziger Lüfter fur eine doppelte Funktion eingesetzt: Zum einen wird er dazu genutzt, die zu reinigende Luft - ggf. über den Kondensator - durch den im Adsorptionsbetrieb befindlichen Aktivkohlefilter zu drücken. Diese Funktion ist jedoch auf diejenigen ver­ hältnismäßig kurzen Zeiten beschränkt, in denen tatsäch­ lich zu reinigende Luft anfällt. In allen anderen Zeiten wird der Lüfter dazu eingesetzt, einen in sich geschlossenen Luftstrom durch den zweiten Aktivkohlefilter zu führen, der sich in der Desorptionsphase befindet und hierzu auf die Desorptionstemperatur aufgeheizt ist. Der in sich geschlossene Luftstrom wird über den Kondensator geleitet, in welchem die von dem entsprechenden Aktivkohlebett de­ sorbierten Verunreinigungen auskondensiert und gesammelt werden. Die Erfindung nutzt dabei die oben bereits erwähnte Tatsache aus, daß während eines verhältnismäßig kurzen Zeitraumes innerhalb der gesamten Chargenzeit von Chemisch- Reinigungsanlagen (und entsprechenden anderen ähnlichen Anlagen) tatsächlich die Reinigungswirkung benötigt wird. Die gesamte übrige Zeit steht zur Desorption eines Aktiv­ kohlefilters zur Verfügung, die nur verhältnismäßig kurz­ zeitig unterbrochen zu werden braucht. Die Desorption des einen Aktivkohlefilters und die Adsorption im anderen Aktivkohlefilter laufen unabhängig voneinander ab; sie sind an keinen Zeitzyklus gebunden. Im einzelnen kann dies beispielsweise wie folgt geschehen: Die Regeneration eines Aktivkohlefilters läuft in drei Stufen ab: Aufheizen, Desorbieren und Abkühlen. Durch eine indirekte Beheizung wird das Aktivkohlebett des zu regenerierenden Aktivkohle­ filters auf diejenige konstante Temperatur gebracht, die zur Desorption erforderlich ist. Wenn während der jetzt beginnenden Desorption beispielsweise von einer Chemisch- Reinigungsmaschine ein verunreinigter Luftstrom kommt, wird der Desorptionsvorgang des einen Aktivkohlefilters unterbrochen; das andere Aktivkohlefilter wird durch Betä­ tigung der entsprechenden steuerbaren Ventile in Funktion gesetzt, um das Lösemittel aus dem zu reinigenden Luftstrom in dem entsprechenden Aktivkohlebett zu adsorbieren. Die Luftströme werden dabei stets von ein und demselben Lüfter bewegt. Sobald die Adsorption abgeschlossen ist, kann die Desorption in dem entsprechenden Aktivkohlefilter nach Umschaltung der steuerbaren Ventile sofort wieder aufgenommen werden.

Auch beim Anschluß mehrere Chemisch-Reinigungsmaschinen an die erfindungsgemäße Einrichtung bleibt die zur Adsorption benötigte Zeit deutlich kürzer als die gesamte Laufzeit der Anlage, so daß genügend Zeit zur Desorption zur Ver­ fügung steht. Insgesamt wird bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung von Einrichtung und Verfahren die Regenera­ tionszeit gesenkt, weil das entsprechende Aktivkohlebett nur einmal aufgeheizt werden muß und danach die Temperatur konstant gehalten wird. Erwärmung und Abkühlung des Aktiv­ kohlebettes, welches regeneriert werden soll, laufen nur einmal im gesamten Regenerationsprozeß ab.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert; es zeigen

Fig. 1 schematisch den Aufbau einer Einrichtung zur Reinigung lösemittelhaltiger Luftströme;

Fig. 2 die Einrichtung von Fig. 1 in einem Betriebs­ zustand, in welchem einer der beide Aktivkohle­ filter einen Luftstrom reinigt;

Fig. 3 die Einrichtung von Fig. 1 in einem Betriebs­ zustand, in welchem der andere der beiden Aktiv­ kohlefilter regeneriert wird;

Fig. 4 die Einrichtung von Fig. 1 in einem Betriebs­ zustand, in welchem der zweite Aktivkohlefilter den Luftstrom reinigt;

Fig. 5 die Einrichtung von Fig. 1 in einem Betriebs­ zustand, in welchem der erste Aktivkohlefilter regeneriert wird.

Fig. 1 zeigt schematisch den Gesamtaufbau einer Einrichtung zur Reinigung lösemittelhaltiger Luftströme, wie sie bei­ spielsweise bei Chemisch-Reinigungsanlagen zum Einsatz kommt. Die gesamte Einrichtung weist zwei Anschlüsse auf: Über den mit dem Bezugszeichen Y versehenen Rücklaufanschluß wird der gereinigte Luftstrom zu einer nicht dargestellten Chemisch-Reinigungsanlage zurückgeführt. Über den mit dem Bezugszeichen X versehenen Zulaufanschluß gelangt der in der Chemisch-Reinigungsanlage mit Lösemitteldämpfen beladene Luftstrom zur Reinigung in die Einrichtung.

Der Zulaufanschluß X ist über eine Leitung 20, in welcher ein steuerbares Ventil 1, ein Lüfter C und ein weiteres steuerbares Ventil 9 liegen, mit dem Eingang D.1 eines Kondensators D verbunden. Das sich im Kondensator D bildende Kondensat wird über ein Rohr 21 in einen Flüssigkeitssammel­ behälter E geleitet. Der Kondensator D ist mit Wasser oder mit einer Wärmepumpe gekühlt, was schematisch durch die Kühlschlange 22 angedeutet ist.

Die Reinigung der über den Anschluß X in die Einrichtung geführten, lösemittelbeladenen Luftströme geschieht mittels zweier Aktivkohlefilter A und B. Diese liegen im wesent­ lichen parallel und können abwechselnd in einer Weise, die später ausführlich beschrieben wird, zu Reinigungs­ zwecken herangezogen und regeneriert werden. Die an der Unterseite befindlichen Eingänge A.2 bzw. B.2 der Aktiv­ kohlefilter A und B sind über steuerbare Ventile 6 bzw. 8 mit einer Leitung 23 verbunden. Die Leitung 23 führt über ein weiteres steuerbares Ventil 12 zu einer Leitung 24. Die Leitung 24 verbindet den Ausgang D.2 des Konden­ sators D über ein steuerbares Ventil 10 mit der Leitung 20 an einer Stelle, die zwischen dem steuerbaren Ventil 1 und dem Lüfter C liegt.

Eine weitere Leitung 30, in welcher ein steuerbares Ventil 11 angeordnet ist, verbindet die Leitung 23 zwischen den steuerbaren Ventilen 6 und 8 vor den Eingängen A.2 und B.2 der Aktivkohlefilter A und B und dem oben erwähnten steuer­ baren Ventil 12 mit dem Eingang D.1 des Kondensators D.

Die Ausgänge A.1 und B.1 der Aktivkohlefilter A und B sind über jeweils ein steuerbares Ventil 5 bzw. 7 mit einer Leitung 25 verbunden, welche zum Rücklaufanschluß Y führt. Außerdem sind die Ausgänge A.1 und B.1 der Aktivkohlefilter A und B über steuerbare Ventile 2 bzw. 3 mit einer Leitung 26 verbunden, die über ein steuerbares Ventil 4 zu der vom Einlaß D.1 des Kondensators D abgelegenen Seite des steuer­ baren Ventiles 9 führt.

Die Aktivkohlefilter A und B sind jeweils mit einer Wärme­ tauscherschlange 27 bzw. 28 versehen, über welche die Aktivkohlebetten in den Aktivkohlefiltern A und B beheizt werden können.

Die Funktionsweise der oben beschriebenen Einrichtung wird anhand der nachfolgenden Erläuterung der Fig. 2 bis 5 deutlich.

In Fig. 2 ist derjenige Schaltungszustand der verschiedenen steuerbaren Ventile dargestellt, bei welcher die dem Zulauf­ anschluß X zugeführte, lösemittelbeladene Luft im ersten Aktivkohlefilter A adsorbiert, also von Lösemitteln befreit wird. Der "freigeschaltete" Strömungsweg ist in Fig. 2 mit dickeren Strichen angedeutet. Im einzelnen sind die steuerbaren Ventil 1, 5, 6, 9 und 12 geöffnet; die übrigen steuerbaren Ventile bleiben geschlossen. Der verun­ reinigte Luftstrom gelangt somit vom Zulaufanschluß X über den Lüfter C zum Eingang D.1 des Kondensators D. Die Luft strömt weiter vom Ausgang D.2 des Kondensators D über die Leitung 23 und die in dieser liegenden steuer­ baren Ventile 12 und 6 zum Eingang A.2 des Aktivkohle­ filters A. Die Luft wird beim Durchgang durch den Aktiv­ kohlefilter A zwischen dem Eingang A.2 und dem Ausgang A.1 gereinigt und strömt sodann über das steuerbare Ventil 5 zur Leitung 25 und damit zum Rücklaufanschluß Y, von wo sie zur Chemisch-Reinigungsanlage zurückgebracht wird.

Außerhalb der verhältnismäßig kurzen Zeit, in welcher der Aktivkohlefilter A zur Reinigung der Luft tatsächlich ver­ wendet wird, braucht er nur bereitgehalten zu werden. Diese Zeit wird dazu genutzt, den Aktivkohlefilter B zu regenerie­ ren. Hierzu wird das Aktivkohlebett im Aktivkohlefilter B mittels der Wärmetauscherschlange 28 auf Desorptionstempe­ ratur gebracht und gehalten. Der zu diesem Zweck freigeschal­ tete Strömungsweg innerhalb der Einrichtung ist in Fig. 3 mit dickeren Strichen eingezeichnet. Es handelt sich dabei um einen Umluftkreis, bei dem die Ventile 3, 4, 8, 10 und 11 geöffnet, alle anderen dagegen geschlossen sind. Der Lüfter C führt den Umluftstrom über das beheizte Aktivkohle­ bett des Aktivkohlefilters B und zwar in umgekehrter Richtung von seinem Adsorptionsausgang B.1 zum Adsorptionseingang B.2 und von dort über die Leitungen 23, 30, 24 zum Eingang D.1 des Kondensators D. Beim Durchgang vom Eingang D.1 zum Ausgang D.2 des gekühlten Kondensators D wird das im Aktiv­ kohlefilter B vom Luftstrom aufgenommene Lösemittel auskonden­ siert und im Sammelbehälter E aufgefangen. Vom Ausgang D.2 des Kondensators D wird der Luftstrom über die Leitung 24 zur Leitung 20 und damit zum Lüfter C zurückgeführt, womit der Kreislauf geschlossen ist.

Zwischen den in den Fig. 2 und 3 dargestellten Betriebs­ zuständen wird nach Bedarf hin- und hergeschaltet. Solange von der Chemisch-Reinigungsanlage keine verunreinigte Luft dem Zulaufanschluß X zugeführt wird, wird die Ein­ richtung in dem in Fig. 3 dargestellten Betriebszustand gefahren, in welchem der Aktivkohlefilter B regeneriert wird. Nur während der verhältnismäßig kurzen Reinigungs­ zeiten, in denen die Luft im Inneren der Chemisch-Reinigungs­ maschine gereinigt werden muß, erfolgt eine Umschaltung in den in Fig. 2 gezeigten Betriebszustand, in welchem der Aktivkohlefilter A zur Adsorption eingesetzt wird. Das Umschalten zwischen den beiden Betriebszuständen kann sehr rasch erfolgen, wobei die Beheizung des in der Rege­ neration befindlichen Aktivkohlefilters B nicht unter­ brochen wird.

Ist das Adsorptionsvermögen des Aktivkohlefilters A er­ schöpft, so wechseln die Adsorptionsfilter A und B ihre Funktion: Der Aktivkohlefilter B geht in den Adsorptions­ betrieb während der Aktivkohlefilter A in die Regeneration eintritt. Die Verhältnisse sind in den Fig. 4 und 5 dargestellt, in denen jeweils wieder die freigeschalteten Strömungswege mit größerer Strichdicke angedeutet sind.

Die Fig. 4 zeigt den der Fig. 2 entsprechenden Betriebs­ zustand, in welchem nunmehr aber anstelle des Aktivkohle­ filters A der Aktivkohlefilter B zur Reinigung des über den Zulaufanschluß X von der Chemisch-Reinigungsmaschine zugeführten Luftstromes eingesetzt wird. Die Verhältnisse werden aus der Betrachtung der Fig. 4 ohne weiteres deut­ lich, so daß eine nähere Beschreibung entbehrlich ist.

Während der Zeit, in welcher der Aktivkohlefilter B zur Adsorption bereitgehalten wird, wird der Aktivkohlefilter A über die Wärmetauscherschlange 27 beheizt und so auf Desorptionstemperatur gebracht. In allen Betriebszeiten, in denen eine Reinigung von Luftströmen im Aktivkohlefilter B nicht erforderlich ist, befindet sich die Einrichtung in dem in Fig. 5 dargestellten Betriebszustand, in welchem Umluft über das beheizte Aktivkohlebett des Aktivkohlefilters A und über den Kondensator D geführt wird.

Die oben beschriebene Einrichtung ermöglicht offensichtlich einen kontinuierlichen Betrieb, ohne daß jedoch die ver­ schiedenen Hilfsaggregate, insbesondere also der Lüfter C und der Kondensator D doppelt benötigt würden.

Claims (2)

1. Einrichtung zum Reinigen eines Luftstromes von leicht­ flüchtigen Verunreinigungen, insbesondere Halogenkohlen­ wasserstoffen, mit

• a) einem Zulaufanschluß;
• b) einem Rücklaufanschluß;
• c) mindestens einem Aktivkohlefilter mit einem beheizbaren Aktivkohlebett;
• d) einem Kondensator;
• e) einem Lüfter zur Bewegung des Luftstromes, wobei der Aktivkohlefilter wahlweise in einer der beiden folgenden Betriebsarten betrieben werden kann:
• f) im Adsorptionsbetrieb, in welchem der zu reinigende Luftstrom durch das kalte Aktivkohlebett hindurchgeführt und dort von Verunreinigungen befreit wird;
• g) im Regenerationsbetrieb, in welchem Luft im Kreise über das beheizte Aktivkohlebett und den Kondensator geführt wird, wodurch die Verunreinigungen vom Aktivkohlebett desorbiert und im Kondensator kondensiert werden,
  dadurch gekennzeichnet, daß
• h) dem Lüfter (C) und dem Kondensator (D) zwei parallele Aktivkohlefilter (A, B) zugeordnet sind;
• i) in den Verbindungsleitungen zwischen den Aktivkohlefiltern (A, B) und dem Lüfter (C) und dem Kondensator (D) sowie dem Rücklaufanschluß (Y) und dem Zulaufanschluß (X) steuerbare Ventile (1 bis 12) angeordnet sind, wobei die steuerbaren Ventile (1 bis 12) in der Weise schaltbar sind, daß
• k) das eine der Aktivkohlefilter (A, B) solange im Desorp­ tionsbetrieb ist, wie keine zu reinigende Luft anfällt, und der andere Aktivkohlefilter (A, B) nur in den Zeiten im Adsorptionsbetrieb ist, in denen zu reinigende Luft anfällt;
• l) die beiden Aktivkohlefilter (A, B) bei Bedarf ihre Funktion tauschen.

2. Verfahren zum Betreiben einer Einrichtung zum Reinigen eines Luftstromes von leichtflüchtigen Verunreinigungen, insbesondere von Halogenkohlenwasserstoffen, bei welchem der Luftstrom von einem Lüfter durch mindestens ein Aktiv­ kohlebett geleitet wird, in dem die Verunreinigungen adsor­ biert werden, und bei welchem das Aktivkohlebett zur Rege­ neration auf eine Desorptionstemperatur gebracht und von einem Luftstrom durchströmt wird, welcher die adsorbierten Verunreinigungen aufnimmt und zu einem Kondensator transpor­ tiert, wo sie durch Kondensation ausgeschieden werden, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) ständig ein erstes Aktivkohlebett (A, B) desorbiert wird, wozu ihm von dem Lüfter (C) Luft zugeführt wird, und der Desorptionsbetrieb nur in denjenigen Zeiten unterbrochen wird, in denen zu reinigende Luft anfällt;
• b) in denjenigen Zeiten, in denen zu reinigende Luft anfällt und der Desorptionsbetrieb des ersten Aktivkohlebettes (A, B) unterbrochen ist, die zu reinigende Luft von demselben Lüfter (C) durch ein zweites, adsorptionsberei­ tes Aktivkohlebett (A, B) geleitet wird, wobei
• c) nach Erschöpfung der Aufnahmekapazität des zweiten Aktivkohlebetts (A, B) die beiden Aktivkohlebetten (A, B) in dem Sinne ihre Funktion vertauschen, daß das zuvor zur Reinigung verwendete Aktivkohlebett (A, B) nunmehr regeneriert und das zuvor regenerierte Aktiv­ kohlebett (A, B) nunmehr zur Reinigung des Luftstromes verwendet wird.