DE4241501A1 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Entnahme von organischen Materialien aus einem Gas und insbesondere auf die Entnahme flüchtiger organischer Schadstoffe aus Lö­ sungsmittel/Luftmischungen und Abgasströmen von einer Koh­ lenwasserstoffverbrennung und von Verbrennungsverfahren.

Es sind bereits verschiedene Techniken für die Steuerung oder die Verminderung von flüchtigen organischen Zusammen­ setzungen in gasförmigen Ausflüssen bekannt geworden. Diese Techniken können in zwei Gruppen aufgeteilt werden, den auf chemischen Verfahren basierenden und den auf elektrischen Methoden basierenden. In der ersteren Gruppe sind die Absorption mit Dampf oder die Lufttrennung, Kondensation, Verbrennung und der biologische Abbau enthalten. In der letzteren Gruppe sind eine Anzahl von auf Plasma basieren­ den Verfahren enthalten. Diese fallen in vier unterschied­ liche Kategorien:

• a) Elektronenstrahlverfahren,
• b) Koronaentladungssysteme für Atmosphärendruck,
• c) nichtthermische Glühentladungsverfahren für reduzier­ ten Druck, und
• d) thermische Plasmaabfackelverfahren für Atmosphären­ druck.

(In der Praxis sind diese Verfahren im wesentlichen eine spezielles Verfahren zur Verbrennung.) Jedoch ist keines der bisher verwendeten Verfahren insge­ samt zufriedenstellend gewesen. Insbesondere haben die be­ kannt, auf Plasma basierenden Verfahren, einen beschränkten Anwendungsbereich wegen solcher Faktoren, wie etwa den er­ forderlichen Energieverbrauch, die Betriebslebensdauer der Elektrodenkonstruktionen, Strahlungsabschirmungserforder­ nissen oder die Notwendigkeit, Elektronenstrahlen über be­ trächtliche Entfernungen zu transportieren. Diese auf Plasma basierenden Techniken, welche Betriebsbedingungen mit reduziertem Druck erfordern, weisen das zusätzliche Problem der Kompatibilität mit Verfahrensgasströmen mit Um­ gebungsdruck oder höherem Druck auf.

Im allgemeinen werden die Entsorgungstechniken in Abhängig­ keit von dem Typ, der Konzentration und der Umgebung der flüchtigen organischen Verbindungen variieren. Obwohl die vorliegende Erfindung eine allgemeine Anwendbarkeit auf­ weist, ist sie insbesondere zum Entnehmen von flüchtigen organischen Verbindungen aus Mischungen nützlich, in denen ihre Konzentration niedrig ist, wie etwa in einer Abschluß­ reinigungsstufe, nach der Behandlung eines Verfahrensgas­ stroms durch andere, weniger effiziente Verfahren.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Ver­ fahren zur Entnahme gasförmiger organischer Materialien aus einem Gas zur Verfügung gestellt, bei dem die Tätigkeit enthalten ist, ein Gas, aus welchem gasförmige organische Materialien entnommen werden sollen, Pulsen einer insbeson­ dere zirkular polarisierten Mikrowellenstrahlung aus zu­ setzen.

Es kann die Betätigung des Hinzufügens eines Aktivierungs­ gases zu dem Gas entweder vor oder unmittelbar nachdem es der Aktion mit der Mikrowellenstrahlung ausgesetzt worden ist, enthalten.

Ebenfalls gemäß der Erfindung wird eine Vorrichtung zur Entnahme bzw. zum Entfernen von gasförmigen organischen Ma­ terialien aus einem Gas zur Verfügung gestellt, die eine Einrichtung zur Erzeugung von Pulsen insbesondere zirkular polarisierter Mikrowellenenergie, eine Reaktionskammer, in welche ein Gas, aus dem das gasförmige organische Material entfernt werden soll, eingelassen werden kann, und eine Einrichtung aufweist, um die Mikrowellenenergie auf das Gas innerhalb der Reaktionskammer einwirken zu lassen.

Die Vorrichtung kann eine Einrichtung zur Ionisierung des Gases, bevor es der Mikrowellenstrahlung ausgesetzt wird, enthalten.

Es können auch Mittel enthalten sein, um ein Aktivierungs­ gas zu dem Gas hinzuzufügen, entweder bevor oder unmittel­ bar nachdem es der Mikrowellenstrahlung ausgesetzt worden ist.

Zweckmäßige Aktivierungsgase sind Wasserdampf, Helium oder Sauerstoff oder Mischungen davon.

Die Reaktionskammer kann einen aus Quarz oder einem kerami­ schen Material hergestellten Bereich aufweisen und die Ein­ richtung zum Anlegen der Mikrowellenstrahlung an die Reak­ tionskammer kann einen Mikrowellen-Resonanzhohlraum aufwei­ sen, der die Reaktionskammer umgibt.

Die Erfindung wird nun mittels Beispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in welchen Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach der Erfindung und Fig. 2 eine schematische Darstellung im Längs- und Querschnitt einer zweiten Vorrichtung zur Ausführung der Erfindung ist.

Bezugnehmend auf Fig. 1 der Zeichnungen weist eine Vorrich­ tung zum Entfernen gasförmiger organischer Materialien aus einem Gasstrom eine Reaktionskammer in der Form eines aus Siliziumoxid bzw. Quarz oder anderen zweckmäßigen kerami­ schen Materialien, wie etwa Aluminiumoxid, auf, durch wel­ che ein Gas, aus welchem ein organisches Material entfernt werden soll, hindurchgehen kann. Um die Reaktionskammer 1 herum ist ein Resonanzhohlraum für Mikrowellen bzw. ein Mikrowellenresonator vorgesehen, der einen Wellenleiterab­ schnitt 2 mit einer L-förmigen Konfiguration, ein stromauf­ wärtiges Ende, welches einer reflektierenden Drossel ge­ schlossen ist, und einen Modenunterdrücker 3 und ein strom­ abwärtiges Ende aufweist, welches durch die reflektierende Drossel 4 geschlossen ist. Die reflektierende Drossel und der Modenunterdrücker 3 und die Drossel 4 sind mit Mikro­ wellenabsorbern 5 bzw. 6 verbunden. Mikrowellenenergiepulse bzw. -impulse werden an den Wellenleiter 2 und in Folge an die Reaktionskammer 1 von einer Mikrowellenquelle 7 über einen Zirkularpolarisator 8 angelegt, so daß die Erzeugung eines Plasmas in der Reaktionskammer 1 ermöglicht wird. Ein Einlaßanschluß 9 ermöglicht es einem Aktivierungsgas, von einer nicht gezeigten Quelle zu dem Gas hinzugefügt zu wer­ den.

Unter Bezugnahme auf Fig. 2 der Zeichnungen sind Komponen­ ten, welche denen der Ausführungsform nach Fig. 1 gleich sind, mit gleichen Bezugsnummern versehen. Die L-förmige Reaktionskammer 1 und der Resonanzhohlraum 2 sind durch eine geradlinige Siliziumoxid- oder Quarzreaktionskammer 21 ersetzt worden, welche von einem Metallzylinder 22 umgeben ist, welcher zurückspringende Enden 23 aufweist. Der Zylin­ der 22 bildet einen Mikrowellenhohlraumresonator 24. Die zurückspringenden Enden 23 verhindern das Austreten von Mikrowellenstrahlung aus dem Hohlraum 24 in einer axialen Richtung. Zwei gegenüberliegende Stäbe 25 sind mit ein­ stellbaren glatten Enden 26 verbunden, durch die der Hohl­ raum 24 auf eine Resonanzbedingung eingestellt werden kann. Ein Mikrowelleneinstrahlstab bzw. -antenne und Zirkularpo­ larisator 27 ist ebenfalls an dem Hohlraum 24 befestigt, obwohl auch andere Formen von Mikrowelleneinkopplungsein­ richtungen verwendet werden können, falls dieses gewünscht wird. Zwei stromaufwärts der Reaktionskammer 21 angeordnete Elektroden 28 ermöglichen eine Vorionisation des Verfah­ rensgases, falls dieses gewünscht wird.

Üblicherweise weist ein mikrowelleninduziertes Plasma eine Tendenz auf, zu Streifen zusammenzufallen, welche dazu tendieren, dem elektrischen Vektor des elektrischen Feldes zu folgen, welches die Quelle des Plasmas ist. Der elektri­ sche Vektor eines zirkularpolarisierten elektrischen Feldes rotiert kontinuierlich und folglich wird ein derartiges Zu­ sammenfallen vorteilhafterweise verhindert. Auch die Ver­ wendung von kurzen Pulsen (∼<µs) verhindert den Glimm-zu- Bogen-Übergang und fördert so eine gleichmäßige Glimmentla­ dung.

In einem Verfahren gemäß der Erfindung wurde mit Propan-2- ol gesättigte Luft bei 20°C durch die Vorrichtung gemäß Fig. 1 bei einer Rate von einem Liter/Minute hin­ durchgeführt. Die Mischung wurde Mikrowellenenergiepulsen ausgesetzt, die eine mittlere Leistung von 800 Watt, eine Spitzenleistung von einem Mw, eine Pulsbreite von 1 µsec und eine Pulswiederholungsfrequenz von 600 Hz aufwiesen.

Das Propan-2-ol wurde zu Kohlenstoff, welcher sich an der Wand des Rohres stromabwärts der Reaktionskammer 1 ablager­ te, in Kohlendioxid und Wasserdampf umgewandelt.

Claims (11)

1. Verfahren zum Entfernen von gasförmigen organischen Materialien aus einem Gas, dadurch gekennzeichnet, daß die Tätigkeit enthalten ist, ein Gas, aus welchem gasförmige organische Materialien entfernt werden sollen, Pulsen einer zirkularpolarisierten Mikrowellenstrahlung ausgesetzt wer­ den.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tätigkeit enthalten ist, ein Aktivierungsgas zu dem Gas hinzufügen.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Aktivierungsgas Wasserdampf, Helium, Sauerstoff oder eine Mischung davon ist.

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Pulse der Mikrowellenenergie eine mittlere Leistung in der Größenordnung von einem Mega­ watt aufweisen.

5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Dauer der Pulse der Mikrowel­ lenenergie in der Größenordnung von einer Mikrosekunde ist.

6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß das Gas zusätzlich zu dem Aus­ setzen gegenüber der Mikrowellenstrahlung ionisiert wird.

7. Vorrichtung zum Entfernen von gasförmigen organischen Materialien aus einem Gas, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (7, 8, 27) zum Erzeugen von Pulsen einer zirku­ larpolarisierten Mikrowellenenergie, eine Reaktionskammer (1, 21), in welche ein Strom eines Verfahrensgases, aus welchem gasförmiges organisches Material entfernt werden soll, eingeleitet werden kann, und eine Einrichtung (2, 22) enthalten sind, um die Mikrowellenenergie an das Gas inner­ halb der Reaktionskammer (1, 21) anzulegen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (9) zum Hinzufügen eines Aktivierungs­ gases zu dem Gas enthalten ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (28) zum Ionisieren des Gases, bevor es den Pulsen der zirkularpolarisierten Mikrowellenstrahlung ausgesetzt wird, enthalten ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (2, 22) zum Anlegen der Mikrowellenenergie an das Gas innerhalb der Reaktionskammer einen Mikrowellenresonanzhohlraum (2, 22) aufweist, der die Reaktionskammer (1, 21) umgibt.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer angepaßt ist, um es einem Gas zu ermöglichen, kontinuierlich durch sie hindurchzuge­ hen.