DE4343607C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Reinigen von Luft - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Reinigen von Luft gemäß den Ober­ begriffen der Ansprüche 1 und 12.

Verfahren zum Reinigen von mit Kontaminanten belasteter Luft sind bekannt. In der EP 0 496 913 A1 wird ein Verfahren zur Rauchgasreinigung beschrieben, nach dem die sauren Bestandteile ausgewaschen und durch basische Medien neutralisiert werden. Es wird auch vorgeschlagen, den Rauchgasen Ammoniak gasförmig oder in Wasser gelöst zuzuführen oder das Rauchgas durch Adsorbentien zu leiten. Dieses Verfahren ist jedoch auf vorzugsweise Müllverbrennungsanlagen beschränkt, bei denen hauptsächlich Stickoxide in unschädliche Produkte umgesetzt und die Entstehung von Dioxinen oder Furanen vermindert werden sollen.

In der EP 0 504 131 A1 wird ein zweistufiges Verfahren dieser Art beschrieben, bei dem in einer ersten Verfahrensstufe die Schadstoffe, insbesondere aus der Gruppe Stickoxide, durch intensives Inkontaktbringen mit Ammoniak und mit ionenaustauschfähigem, anorganischem Struktur-Material, insbesondere mit natürlichem Zeolith, in unschädliche Stoffe umgesetzt werden. In einer zweiten Verfahrensstufe werden die Stoffe einem Oxidationsprozeß unterzogen. Auch dieses Verfahren ist auf die Umsetzung von Stickoxiden beschränkt und zudem durch die erforderlichen hohen Temperaturen sehr kostenintensiv.

Andere gattungsgemäße Verfahren führen dazu, daß die Kontaminanten zwar einerseits der Luft entzogen werden, andererseits jedoch in der Reinigungsflüssig­ keit angereichert werden. Es findet also eine Verlagerung der Verunreinigungen, häufig Kohlenwasser­ stoffverbindungen, statt, die etwa mit der Luftreini­ gung in Filtern, beispielsweise in Aktivkohle- oder Faltenfilterelementen gleichzusetzen ist.

Weiterhin existieren Luftreinigungsverfahren beispielsweise durch Nachverbrennung des Abluft­ volumens oder durch biologische Reinigung der Abluft.

Alle diese Lösungen sind sowohl in der Anschaffung als auch in den Betriebskosten sehr kostenträchtig und schaffen teilweise neue Entsorgungsprobleme.

Der Erfindung liegt von daher die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Verfahren dahingehend zu verbessern, daß eine preiswerte und hochwirksame Reinigung der Luft, insbesondere von Schadstoffen aus den Gruppen Kohlenwasserstoffe, Alkohole, Aldehyde, Säuren und Säureanhydride, Ester, Halogen-Kohlen­ wasserstoffverbindungen, anorganische und organische Gase, ermöglicht wird, so daß beispielsweise auch die Auflagen der "TA-LUFT" erfüllt werden, sowie eine geeignete Vorrichtung zu schaffen.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den kenn­ zeichnenden Merkmalen der Ansprüche 1 und 12.

Die Kontaminanten werden nicht gesammelt und in ein anderes Medium überführt, sondern sie werden zerstört oder aufgebrochen, und anschließend umgewandelt. Auf diese Weise wird ein Rückstand an Substanzen nahezu völlig vermieden. Darüber hinaus ist das Verfahren sowohl in der Anschaffung als auch im Unterhalt sehr kostengünstig. Insbesondere Lösungsmittel, wie sie bei lackverarbeitenden Unternehmen anfallen, können nahezu vollständig umgewandelt und auf diese Weise entfernt werden. Es wird ein hoher Reinheitsgrad der aufberei­ teten Luft erreicht, der weit über die bestehenden Normen hinausgeht.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines Ausfüh­ rungsbeispieles für eine Vorrichtung zum Reinigen von Luft näher erläutert. Die dazugehörige Fig. 1 zeigt das Fließschema einer Luftreinigunganlage.

Die Luftreinigungsanlage nach der Fig. 1 zur Durch­ führung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht aus einem beheizbaren Reaktionsbehälter 1, der im wesent­ lichen aus drei Hauptbereichen 2, 3, 4 gebildet ist, und aus einer nachgeordneten Filteranlage 18. Der untere Bereich 2 des Reaktionsbehälters 1 ist mit einer spe­ ziellen Auskleidung 5 aus hochreinem Nickel, ohne Chrombestandteile, um die chemische Sauberkeit einer darin befindlichen wäßrigen Lösung 22 und damit den Ablauf einer kontrollierbaren chemischen Reaktion zu sichern, versehen. In den unteren Bereich 2 des Reak­ tionsbehälters 1 münden eine Saugleitung 6 für das zu reinigende Rohgas, eine Ansaugleitung 7 für die Zufüh­ rung der wäßrigen Lösung 22 zu einem Düsenstock 12, eine Abschleusung 13 am unteren Schlammfangboden 17, ein Überlauf zu einem Schlammfangbecken 31 sowie eine Leitung 23. Im unteren Bereich 2 des Reaktionsbehäl­ ters 1 befinden sich ein Verteilerboden 16 und eine Heizeinrichtung 9. Auf den unteren Bereich 2 des Reak­ tionsbehälters 1 ist ein Edelstahlbehälter (Werkstoff 1.4571) als mittlerer Bereich 3 angeflanscht, in dem Füllkörper 10 auf einem Siebblech 11 aufgeschüttet sind, über die der Düsenstock 12 angeordnet ist. Auf den mittleren Bereich 3 ist ein weiterer Behälter aus Edelstahl als oberer Bereich 4 angeflanscht, der einen Tropfenabscheideraum 14, eine Heizeinrichtung 15 und eine Schüttung 30 auf Siebböden 11 enthält. An diesen oberen Bereich 4 sind ein Füll­ stutzen 19 und eine Leitung 20 zu der Filteranlage 18 montiert.

Die mit Schadstoffen beladene Luft wird über die Saugleitung 6 in den unteren Bereich 2 des Reaktions­ gefäßes 1 eingeleitet, wo sie über den Verteilerboden 16 sehr fein mit den über die Leitung 23 zugeführten Ozongasanteilen zu einem homogenen Gasgemisch ver­ wirbelt wird.

Das Ozon wird in einem Ozongaserzeuger 27 aus über die Leitung 28 zugeleitetem Sauerstoff hergestellt. Die Steuereinrichtung 24 überwacht die Zusammensetzung des Gasgemisches aus schadstoffbeladener Luft, Ozon und Sauerstoff im unteren Bereich 2 des Reaktionsgefäßes 1 und stellt über entsprechende Dosiereinrichtungen in den jeweiligen Zuleitungen 6, 23 die optimale Zusammen­ setzung des Gasgemisches ein.

Die Anwendung von Ozon als Oxidationsmittel erfolgt vorzugsweise als ein Luft- oder Sauerstoff-Ozon- Gemisch, welches in den Luftstrom eingebracht wird und die wäßrige Lösung 22 im unteren Bereich 2 des Reaktionsgefäßes 1 von unten durchströmt, wobei die wäßrige Lösung 22 als Reaktionsflüssigkeit verdüst, versprüht oder vernebelt wird. Die wäßrige Lösung 22 kann neutral, sauer oder basisch sein. Erfindungsgemäß besteht die wäßrige Lösung 22 aus Wasserstoffperoxid und entsalzenem Wasser. Der Boden des unteren Bereiches 2 der Reaktionsgefäßes 1 ist als Schlamm­ fangboden 17 ausgebildet, von dem eventuelle Schlamm­ anteile über die Abschleusung 13 entfernt werden können.

Im Bereich der wäßrigen Lösung 22 ist das Reaktionsge­ fäß 1 mit der Auskleidung 5 aus reinem Nickel ausge­ stattet, um eine Ausgasung bzw. chemische Reaktion zu verhindern, und somit eine stabile chemische Reaktion zu gewährleisten. Eine Übersalzung der wäßrigen Lösung 22 würde z. B. die Funktion der ausgegasten Wasser­ stoffperoxidanteile beeinträchtigen.

Die beruhigten Luftströme werden durch die Saugwirkung eines Ventilators 25 durch die nachgeschalteten Füll­ körper 10, die in Kolonnen auf dem Siebblech 11 auf­ geschüttet sind, gesaugt. Mittels des oberhalb der Füllkörper 10 angeordneten Düsenstocks 12 werden die Füllkörper 10 ständig mit der wäßrigen Lösung 22 berieselt und von einem zudosierten Gemisch aus Ozon und Sauerstoff umgeben. Die Sprühdüsen des Düsenstocks 12 werden über eine Kreiselpumpe 21, die im Umwälz­ verfahren arbeitet, beschickt. Die schadstoffbe­ lasteten Luftvolumen haben hier einen großflächigen unmittelbaren Kontakt mit der wäßrigen Lösung 22 und mit den Ozongasanteilen sowie mit den Füllkörperober­ flächen. Das aus den Füllkörpern 10, bestehend aus Zeolithgranulat, ausgasende Wasserstoffperoxid bewirkt zusammen mit den Ozongasanteilen eine schnelle unmittelbare Reaktion und eine Umwandlung der Schad­ stoffe. Wenn die Schadstoffe im Luftvolumen flüchtige Lösungsmittel der Kohlenwasserstoffgruppe, z. B. Isopropanol, sind, dann werden die unschädlichen Stoffe Essigsäure, CO₂, H₂ gebildet.

Die Luftvolumen strömen in diesem mittleren Bereich 3 des Reaktionsgefäßes 1 vorzugsweise mit einer Geschwindigkeit von maximal 1,3 m/s durch die Füll­ körper 10. Nach dem Durchströmen der Füllkörper 10 werden die Luftströme durch den Düsenstockraum zum oberen Bereich 4 des Reaktionsgefäßes 1 in den Tropfenabscheideraum 14 gesaugt.

Nach dem Durchströmen des Reaktionsgefäßes 1 sind die Luftvolumen weitestgehend von Schadstoffanteilen gereinigt und aufbereitet.

Die kontaminierte Abluft kann auch ohne die vorherige Aufbrechung der Kontaminanten über ein Oxidations­ verfahren gereinigt werden. Hierzu wird die konta­ minierte Luft lediglich durch die aus Zeolith­ granulaten gebildeten Füllkörper 10 hindurchgeleitet. In die Schüttung der Füllkörper 10 wird über den Düsenstock 12 ein Gemisch aus Wasserstoffperoxid und Ozongasen eingedüst. In diesem Fall ergeben sich kürzere Standzeiten für das Zeolithgranulat, da der Sättigungsgrad der beispielsweise Zeolith-Kalk- Granulate durch Absorption in kürzerer Zeit erreicht wird. Die Zeolith-Kalk-Granulate können durch einfaches Auswaschen mit heißem Wasser oder mittels gespanntem Dampf regeneriert werden.

Eventuell noch vorhandene Restanteile von Schadstoffen werden in der über eine Leitung 20 nachgeschalteten Filteranlage 18 vollständig beseitigt. Die Filteran­ lage 18 kann eine Ab- und/oder Adsorbtionsstrecke sein. Im dargestellten Beispiel ist dem Reaktionsgefäß 1 die Filteranlage 18, bestehend aus einem Aktivkohle­ filter und/oder einem Braunkohlenkoksfilter, nachge­ schaltet. Aus Sicherheitsgründen wird dadurch im Stör­ fall eine Verunreinigung der Atmosphäre verhindert. Die Luft kann nach dem Durchlaufen der Filteranlage 18 den Betriebsräumen über eine Reingasleitung 26 wieder zugeführt werden.

Die Granulatschüttungen, gebildet aus den Füllkörpern 10, können nach Verunreinigungen, z. B. durch Anteile an Feinststaub im Rohgas bzw. Abluftstrom, mittels einer Natronlauge ausgewaschen und wiederverwendet werden. Es entstehen keine Restbestandteile an verla­ gerten Schadstoffen.

Alle Steuer- und Regelungsaufgaben werden zentral durch eine Steuereinrichtung 24 wahrgenommen. Durch die Steuereinrichtung 24 werden die im Reaktionsgefäß benötigten Temperaturen überwacht und geregelt, es wird die wäßrige Lösung 22 geregelt in den Düsenstock 12 eingespeist, ebenso erfolgt die Eingabe eines Luft- oder Sauerstoff-Ozongemisches in den Düsenstock 12 über die Steuereinrichtung 24. Die Einspeisung wird so geregelt, daß kein überschüssiges Ozon anfällt und die gesamte Ozonmenge zur Oxidation verbraucht wird.

Das Verfahren ist zur Entfernung von Luftverun­ reinigungen insbesondere aus den Gruppen der Kohlen­ wasserstoffe, z. B. Benzine, Toliol, Xylol, der Aldehyde, wie z. B. Acetalaldehyd, Furfurol, der Äther, wie z. B. Äthylglykol, der Ester, wie z. B. Methylace­ tat, der Halogene-Kohlen-Wasserstoffverbindungen, z. B. Tetrachloräthan, von Formaldehyd u. a., geeignet. Das Verfahren beseitigt zuverlässig öl- und fetthaltige Emulsionen sowie Geruchsemissionen.

Verunreinigungen aus den Gruppen der Ketone, bestimmte Amine, Nitro- und Schwefelverbindungen können nicht ohne weiteres entfernt werden, insbesondere bei Aceton besteht die Gefahr der Bildung von nitrosen Gasen beim Zusammenbringen mit Wasserstoffperoxid.

Claims (13)

1. Verfahren zum Reinigen von Luft, wobei verunrei­ nigte Luft mit einer in Abhängigkeit von den zu entfernenden Kontaminanten reaktiven Flüssigkeit und/oder mit oxidierenden Gasanteilen sowie mit Katalysatoren in Kontakt gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß die verunreinigte Luft über Verteilereinrichtungen (11) durch eine Schüttung aus Zeolithgranulaten (10) geleitet wird, in die ein geregeltes Gemisch aus Wasserstoffperoxid und entsalzenem Wasser eingespeist wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgereinigte Luft anschließend über Filter geführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich Ozon als Oxidationsmittel geregelt in die Schüttung (10) geleitet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeolithgranulate (10) an der Oberfläche feine Poren und Grate aufweisen.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeolithgranulate (10) eine Größe zwischen 3 mm und 30 mm Durchmesser aufweisen.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1, 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schüttung aus Zeolith­ granulaten (10) zwischen 200 mm und 600 mm gewählt ist.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasserstoffperoxid anteilig mit 14% bis 18% als wäßrige Lösung versprüht wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Oxidation der Kontaminanten in saurem und basischem Milieu durchgeführt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Oxidation in Schwefelsäure in Konzentra­ tionsgraden von 20% bis 70% erfolgt.

10. Verfahren nach den Ansprüchen 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionstemperatur auf nahe 40°C eingestellt wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß in die Luft mit Ozon angereicherter Sauerstoff eingespeist wird.

12. Vorrichtung zum Reinigen von Luft nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Reaktionsgefäß (1) mit einem Einlaß (6) für die verunreinigte Luft im unteren Bereich (2) und einem Auslaß (20) für die gereinigte Luft im oberen Bereich (4) sowie mit einem oberhalb des Einlasses (6) angeordneten mittleren Bereich (3) vorgesehen ist, in dem eine Zeolithgranulat-Schüttung (10) auf Verteilern (11) angeordnet ist, wobei mit der Schüttung (10) Zuführungen (12) für eine wäßrige Lösung verbunden sind.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der untere Bereich (2) des Reaktions­ gefäßes (1) eine Auskleidung (5) aus Nickel von hohem Reinheitsgrad ohne Chromanteile aufweist.