DE69220092T2

DE69220092T2 - Verfahren und vorrichtung zur gasreinigung

Info

Publication number: DE69220092T2
Application number: DE69220092T
Authority: DE
Inventors: Alf S-152 58 Soedertaelje Thunstroem
Original assignee: Modo Chemetics AB
Current assignee: Voc Technology Ornskoeldsvik Se AB
Priority date: 1991-12-19
Filing date: 1992-12-18
Publication date: 1997-12-18
Anticipated expiration: 2012-12-19
Also published as: EP0644795B1; SE9103777D0; WO1993011857A1; NO942331D0; AU3176193A; CA2125990A1; NO303867B1; DE69220092D1; EP0644795A1; NO942331L; FI942868A0; ATE153559T1; DK0644795T3; FI942868A; US5571491A; CA2125990C

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung von Gasen, die mit Kohlenwasserstoffen und dergleichen verunreinigt sind. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung, die zur Durchführung des Verfahrens eingesetzt werden kann.
In letzter Zeit nahmen die behördlichen und öffentlichen Forderungen nach einer Verringerung des Ausstoßes von umweltschädigenden Substanzen stark zu. Bei derartigen Substanzen kann es sich um Kohlenwasserstoffe in Lösungsmitteln handeln, die der Ventilationsluft einer Industrieanlage beigemischt sind.
Auf dem Markt gibt es derzeit eine Vorrichtung zur Reinigung von Gasen, beispielsweise Ventilationsluft mit Kohlenwasserstoff-Beimischung, wobei die Reinigung durch katalytische Verbrennung erfolgt, bei der die umweltschädigenden Kohlenwasserstoffe in Kohlendioxid und Wasser umgewandelt werden. Diese Vorrichtung enthält zwei Reaktoren, die jeweils ein Katalysatorbett und ein Keramikbett aufweisen. Die Verbrennungsreaktion ist exotherm, d.h. es wird Wärme frei. Ist die Konzentration an Schadstoffen, d.h. in diesem Fall an Kohlenwasserstoffen, hoch genug, so wird die Verbrennung selbsttragend, was bedeutet, daß keine Energie von außen zugeführt werden muß.
Die bei der Verbrennungsreaktion freigesetzte Wärme nimmt mit zunehmendem Schadstoffgehalt im zu reinigenden Gas zu. Das bedeutet, daß die Temperatur in der Reinigungsvorrichtung so hoch sein kann, daß das Material Schaden nimmt. Aus diesem Grund weist die auf dem Markt bekannte Vorrichtung Beschränkungen hinsichtlich der Möglichkeit zur Bewältigung der Reinigung von Gasen mit hohen Schadstoffgehalten auf.
Gemäß der bekannten Technologie wurde ein Versuch zur Lösung dieses Problems unternommen, indem man in einem Bereich zwischen den beiden Reaktoren die Ausleitung von Gas in die Atmosphäre ermöglichte (siehe beispielsweise EP-337 143). Damit dies im Hinblick auf die Umwelt annehmbar ist, muß ein derartiger in die Atmosphäre austretender Kanal jedoch mit einem separaten Katalysator ausgerüstet werden. Diese Lösung ist selbstverständlich sowohl kompliziert als auch teuer.
Die vorliegende Erfindung bietet eine Lösung des Problems der Reinigung von Gasen mit hohen Schadstoffgehalten, die verhältnismäßig unkompliziert und vom Kostenstandpunkt her attraktiv ist. Ermöglicht wurde dies durch ein Verfahren der eingangs erwähnten Art, das durch die in Anspruch 1 genannten Schritte gekennzeichnet ist, und durch eine Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 5.
Im folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, die zur Durchführung des Verfahrens verwendet werden kann, anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.
In der Zeichnung ist die neue Vorrichtung dargestellt. Sie enthält zwei Reaktoren 1, 2, die in einem Abstand voneinander angeordnet und vorzugsweise zylindrisch sind. Die beiden bevorzugt vertikal angeordneten Reaktoren 1, 2 sind im oberen Teil durch ein Rohrleitungsmittel 3 verbunden. Jeder Reaktor 1, 2 weist ein Katalysatorbett 4, 5 und ein Keramikbett 6, 7 auf. Die Katalysatorbetten sind zur Reinigung des Gases und die Keramikbetten zur Wärmespeicherung vorgesehen. Des weiteren ist jedes Katalysatorbett 4, 5 über dem Keramikbett 6, 7 angeordnet. Im oberen Teil jedes Reaktors 1, 2 ist eine elektrische Heizeinrichtung 8, 9 angeordnet. Durch diese beiden elektrischen Heizgeräte kann dem zum Durchströmen der Reaktoren vorgesehenen Gas von außen elektrische Energie zugeführt werden. Zum Aufheizen des Gases kann man anstelle von elektrischen Heizeinrichtungen selbstverständlich auch einen Gasbrenner verwenden. Der untere Teil jedes Reaktors 1, 2 ist mit einem Rohrleitungsmittel 10, 11 mit einem Wechselventil 12 verbunden, das es ermöglicht, den einströmenden Gasstrom so zu steuern, daß er zunächst den Reaktor 1 und dann den zweiten Reaktor 2 oder alternativ dazu zunächst den Reaktor 2 und dann den ersten Reaktor 1 durchläuft. Aufgrund dessen dienen die Keramikbetten 6, 7 alternativ zur Aufnahme oder Abstrahlung von Wärme.
Das Wechselventil 12 hat einen Eingang 13 für verunreinigtes Gas und zwei Ausgänge 14, 15 für gereinigtes Gas. Es ist jedoch so ausgelegt, daß bei geöffnetem Ausgang 14 der andere Ausgang 15 geschlossen ist und umgekehrt. Die beiden Ausgänge 14, 15 sind mit der gleichen Leitung 16 verbunden, die das gereinigte Gas in die Atmosphäre leitet.
Der Eingang 13 des Wechselventils 12 ist mit einer Leitung 17 verbunden, die dazu dient, das verunreinigte Gas von einer Emissionsquelle 18 über ein Sperrventil 19 und ein Gebläsemittel 20 zum Wechselventil 12 und weiter in die Reaktoren 1, 2 zu leiten. Zwischen den Leitungen 16, 17 ist ein Umgangsschieber 21 angeordnet.
Die Vorrichtung weist ferner eine Leitung 22 auf, die die beiden Raktoren 1, 2 miteinander verbindet. Diese Leitung 22 ist mit jedem Reaktor 1, 2 in der Grenzschicht 26, 27 zwischen dem Katalysatorbett 4, 5 und dem Keramikbett 6, 7 verbunden. Die Leitung 22 ist über eine weitere Verbindungsleitung 23 durch die Leitung 16 mit der Atmosphäre verbunden. Dadurch entsteht ein Leitungsstück 22a, der den einen Reaktor 1 durch die Verbindungsleitung 23 an die Atmosphäre anschließt, und ein Leitungsstück 22b, der den anderen Reaktor 2 durch die Verbindungs leitung 23 anschließt. In jedem der beiden Leitungsteile 2a, b ist ein Sperrventil 24, 25 angeordnet. Diese Ventile sind so angeordnet, daß bei Öffnung des einen Ventils 24 das andere Ventil 25 geschlossen ist und umgekehrt. Dadurch wird auch eine optimale Reinigung des über die Leitungen 22, 23 aus der Vorrichtung ausgeleiteten Gases erzielt.

Die Vorrichtung funktioniert folgendermaßen:

Beim Anfahren des Systems ist das in der Nähe der Emissionsquelle 18 liegende Ventil 19 geschlossen; gleichzeitig wird der Umgangsschieber 21 offengehalten. Das Gebläsemittel 20 befördert über die Leitung 17, das Wechselventil 12 und die Leitung 11 Luft in den zweiten Reaktor 2 (wobei das Wechselventil 12 sich in der in der Zeichnung angegebenen Stellung befindet). Die Luft durchläuft die elektrischen Heizeinrichtungen 9 und 8, wo sie erhitzt wird, und weiter das Katalysatorbett 4 und das Keramikbett 6 des ersten Reaktors 1.
Im Keramikbett 6 wird die von den elektrischen Heizeinrichtungen absorbierte Wärme der Luft gespeichert. Nach Strömen in der Vorrichtung entgegen dem Uhrzeigersinn für eine bestimmte Zeit wird die Stellung des Wechselventils 12 so geändert, daß die Luft im Uhrzeigersinn strömt, d.h. die Luft strömt über den ersten Reaktor 1 und den zweiten Reaktor 2 durch die Vorrichtung. Die Luft absorbiert die im ersten Keramikbett gespeicherte Wärmemenge, wobei das Keramikbett gleichzeitig abgekühlt wird. Ferner wird der Luft von den elektrischen Heizeinrichtungen zusätzlich Wärme zugeführt. Beim Durchgang durch den zweiten Reaktor 2 wird die Wärme der strömenden Luft an das zweite Keramikbett 7 abgegeben, das dementsprechend erwärmt wird. Somit dienen die Keramikbetten 6, 7 alternativ zur Aufnahme oder Abstrahlung von Wärme.
Im Lauf der alternierenden Strömung steigt die Temperatur der Luft. Bei einer bestimmten Temperatur wird das in der Nähe der Emissionsquelle liegende Ventil 19 geöffnet und gleichzeitig der Umgangsschieber 21 geschlossen. Dadurch wird verunreinigtes Gas von der Emissionsquelle 18 in die Reinigungsvorrichtung geleitet, das dann durch die Reinigungsvorrichtung mit den Reaktoren 1, 2 strömt. In dieser Phase läßt man das Gas alternierend entgegen dem Uhrzeigersinn und im Uhrzeigersinn strömen.
Der katalytische Verbrennungsvorgang beginnt bei einer Temperatur von etwa 300ºC. In diesem Zusammenhang werden im verunreinigten Gas enthaltene Kohlenwasserstoffe oxidiert, wobei Kohlendioxid und Wasser entstehen, die in die Atmosphäre abgelassen werden können.
Wie oben bereits erwähnt, ist die Verbrennung exotherm, d.h. bei der Oxidation zu Kohlendioxid und Wasser wird Energie frei. Die freigesetzte Energiemenge kann zur Aufrechterhaltung einer stabilen Temperatur in der Vorrichtung ausreichen. Die freigesetzte Energiemenge steigt jedoch mit steigendem Verunreinigungsgrad des Gases, d.h. mit steigendem Gehalt an Kohlenwasserstoffen im Gas. Dies kann bei hohem Verunreinigungsgrad des zu reinigenden Gases zu ernsten Materialproblemen in der Vorrichtung führen.
Erfindungsgemäß wird das Problem dadurch gelöst, daß Wärme über die Leitung 22a oder alternativ 22b und die Leitung 23 in die Atmosphäre abgelassen wird. Das geschieht so, daß die Temperatur des zu reinigenden Gases im oberen Teil der Vorrichtung gemessen wird. Überschreitet die Temperatur einen bestimmten Wert, beispielsweise 500ºC, so wird beim Strömen entgegen dem Uhrzeigersinn (das Ventil 25 ist geschlossen) das Ventil 24 geöffnet, wohingegen beim Strömen im Uhrzeigersinn (das Ventil 24 ist geschlossen) das Ventil 25 geöffnet wird. Dadurch kann heißes Gas über die Leitungen 24a, b und 23 ausströmen, so daß die Temperatur in der Vorrichtung auf einem annehmbaren Niveau gehalten wird. Dadurch, daß die beiden Leitungen 22a, b eine wie oben beschriebene Verbindung zu den beiden Reaktoren aufweisen, kann das Gas auch den Katalysator Nummer 2 im Kreislaufsystem durchlaufen, bevor es über die Leitungen 22a, b und 23 in die Atmosphäre abgelassen wird. Dadurch wird auch das abgelassene Gas wirksam gereinigt.
Also arbeitet die neue Vorrichtung bei der Reinigung von stark mit Kohlenwasserstoffen verunreinigten Gasen effektiv. Die Vorrichtung ist auch sehr gut zur Verwendung bei der Reinigung von Gasen mit stark variierendem Kohlenwasserstoffgehalt geeignet.
Die Erfindung wurde in einigen unterschiedlichen Anlagen geprüft und erwies sich als sehr wirksam. Bei einer der Prüfungen wurde ein Bericht über die Bestimmung des Reinigungsgrades bei der Reinigung von Kohlenwasserstoffen (Propan) angefertigt. In diesem Zusammenhang wurde die folgende Meßmethode angewandt:
FID-ANALYSATOR JUM 3-300, auf Propan und Stickstoff geeicht. Dabei wurde das folgende Ergebnis erhalten:
*) 1619 ppm entsprechen 3,52 g/Nm³
76,5 ppm entsprechen 0,166 g/Nm³
Die Maximalwerte für den Verunreinigungsgrad betrugen 3.500 ppm (7,6 g/Nm³).
Wie aus der Tabelle hervorgeht, wurden 4.500 Nm³h abgelassen. Dies entspricht einer Heizwirkung von 750 kW, die demgemäß für Heizzwecke genutzt werden konnte.
Wie oben bereits erwähnt, nimmt die freigesetzte Energiemenge mit steigendem Verunreinigungsgrad des Gases zu. Die abgeleitete Wärmeenergiemenge würde auf der Basis einer Heizwirkung von 750 kW gemäß der Prüfung einem zusätzlichen Verunreinigungsgrad von etwa 5 g/Nm³ entsprechen. Das bedeutet, daß der Arbeitsbereich für eine mit der neuen Erfindung ausgerüstete Anlage von einem Verunreinigungsgrad von etwa 3 g/Nm³, der für die Reinigung in herkömmlichen Anlagen gilt, auf einen Verunreinigungsgrad von etwa 8 g/Nm³ erhöht werden kann, ohne den Reinigungsgrad zu verschlechtern.

Claims

1. Verfahren zur Reinigung von Gasen, welche mit Kohlenwasserstoffen und dergleichen verschmutzt sind, in einer Vorrichtung mit zwei Reaktoren, welche jeweils ein Katalysatorbett (4, 5) und ein Keramikbett (6, 7) aufweisen, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

- das zu reinigende Gas wird abwechselnd durch eine Leitung geleitet, in welcher der erste (1) und der zweite Reaktor (2) liegen (Strömung im Uhrzeigersinn), bzw. der zweite Reaktor (2) und der erste Reaktor (1) (Strömung im Gegenuhrzeigersinn), derart, daß das Gas nacheinander eines der Keramikbetten, eines der Katalysatorbetten, das andere Katalysatorbett und das andere Keramikbett durchläuft, wobei die Reinigung dadurch erfolgt, daß die im Gas enthaltenen Kohlenwasserstoffe in den Katalysatoren (4, 5) zu Kohlendioxid und Wasser oxidiert werden;

- die Temperatur des durch die Reaktoren (1, 2) strömenden Gases wird im oberen Teil der Vorrichtung gemessen, und wenn die Temperatur einen bestimmten Wert überschreitet, wird ein Teil des Gases beim Passieren der Grenzschicht (26, 27) zwischen dem Katalysatorbett (4, 5) und dem entsprechenden Keramikbett (6, 7) des in Strömungsrichtung gesehen zweiten Reaktors (1, 2) aus der Vorrichtung ausgeleitet.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit zwei Reaktoren (1, 2), welche in einem Abstand voneinander angeordnet und über ein Rohrleitungsmittel (3) miteinander verbunden sind, wobei der erste Reaktor (1) ein erstes Katalysatorbett (4) und ein erstes Keramikbett (6) aufweist, während der zweite Reaktor (2) ein zweites Katalysatorbett (5) und ein zweites Keramikbett (7) aufweist, das Katalysatorbett (4, 5) jeweils mit dem Keramikbett (6, 7) verbunden ist und zwischen dem Katalysatorbett (4, 5) und dem Keramikbett (6, 7) jeweils eine Grenzschicht (26, 27) vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, daß diese Grenzschicht (26, 27) mit Mitteln (22, 25) verbunden ist, welche eine Gasausleitung aus dem jeweiligen Reaktor (1, 2) bei der Grenzschicht gestatten, um das Gas in die Atmosphäre aus zuleiten.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (22 - 25) zur Verbindung mit der Atmosphare eine Anzahl Leitungen (22, 23) und zwei in diesen Leitungen angeordnete Sperrventile (24, 25) enthalten, wobei das eine Ventil (24) zum Öffnen oder Schließen der Verbindung zwischen dem ersten Reaktor (1) und der Atmosphäre und das zweite Ventil (25) zum Öffnen oder Schließen der Verbindung zwischen dem zweiten Reaktor und der Atmosphäre vorgesehen ist, wobei das eine Ventil (24) dazu vorgesehen ist, dann offen zu sein, wenn das andere Ventil (25) geschlossen ist, und umgekehrt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (22 - 25) zur Verbindung mit der Atmosphare eine erste Leitung (22) enthalten, welche die beiden Reaktoren (1, 2) miteinander verbindet, und diese Leitung derart mit einer zweiten Leitung (23) verbunden ist, daß die erste Leitung (22) in zwei e (22a, b) aufgeteilt ist, wobei das eine (22) den ersten Reaktor (1) mit der zweiten Leitung (23) verbindet, während das zweite (22) den zweiten Reaktor (2) mit der anderen Leitung (23) verbindet, und daß das erste Sperrventil (24) im ersten (22a) liegt, während das zweite Sperrventil (25) im zweiten Leitungsstück (22b) liegt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Reaktoren (1, 2) jeweils eine im wesentlichen vertikale Ausdehnung aufweisen und das Katalysatorbett (4, 5) jeweils über dem verbindenden Keramikbett (6, 7) liegt, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Leitung (22) mit dem Reaktor (1, 2) jeweils in der Grenzschicht zwischen dem Katalysatorbett (4, 5) und dem Keramikbett (6, 7) verbunden ist.