DE69604408T2

DE69604408T2 - Vorrichtung und verfahren zum reinigen eines gas- oder dampfstroms

Info

Publication number: DE69604408T2
Application number: DE69604408T
Authority: DE
Inventors: Heinrich Jozef Adrianus De Kesteren
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-06-15
Filing date: 1996-06-17
Publication date: 2000-05-04
Anticipated expiration: 2016-06-18
Also published as: DE69604408D1; EP0841980A1; US5979179A; AU6018496A; WO1997000117A1; EP0841980B1; NL1000578C1

Description

In der (petro)chemischen Industrie sowie während des Transports von ökologisch bedenklichen Substanzen und bei Benzinpumpen und dergleichen können unerwünschte Dämpfe oder Gase freigesetzt werden. Die Freisetzung ökologisch bedenklicher Substanzen wird begrenzt durch zunehmend strenge Umweltbestimmungen. In den meisten Fällen wird die zulässige Konzentration solcher Substanzen in p. p. m. (parts per million) oder Gramm pro m3 ausgedrückt, wobei die zulässige Konzentration über die Jahre ständig reduziert worden ist.
Überdies stellen Lösungsmittel und Kohlenwasserstoffe einen verhältnismäßig hohen Wert dar, welcher über Wiedergewinnung und Wiederverwendung bewahrt werden kann. Das erste bekannte Verfahren zur Wiedergewinnung von Lösungsmitteln und/oder Kohlenwasserstoffen verwendet Filter, welche meistens mit Aktivkohle versehen sind - siehe bspw. US 4,583,985, US 3,199,679 und US 2,656,696, wobei bestimmte ökologisch bedenkliche Substanzen durch das Filtermaterial adsorbiert werden.
Filter- und Adsorptionseinheiten dieses Typs erfordern stetige Wartung und Aufmerksamkeit vom Betriebspersonal und benötigen eine Reinigung in regelmäßigen Intervallen. Überdies unterliegen solche Einheiten einem Verschleiß und müssen nach gewisser Zeit ersetzt werden. Regenerierung der Adsorptionseinheiten bringt gewöhnlich die zusätzliche Notwendigkeit einer Reinigung eines Wasserstromes mit sich. Schließlich ist es keineswegs sicher, daß die gegenwärtigen und zukünftigen, strengen Umweltbestimmungen durch Verwendung von Filtereinheiten dieses Typs erfüllt werden können.
Außerdem sind Verfahren bekannt, wobei von Lösungsmitteln, wie z. B. flüssigem Kohlenstoffdioxid oder Chlorfluorkohlenwasserstoffen (CFC's), Gebrauch gemacht wird, wobei die Verwendung des letzteren momentan verboten ist.
Beispiele hierfür können in der US 3,664,806 und US 3,807,948 gefunden werden.
Überdies ist ein Reinigungssystem, z. B. für Benzol, bekannt, welches einen Verfestigungspunkt von 6ºC aufweist, wobei ein Benzol enthaltender Gasstrom durch einen Raum geleitet wird, der auf eine Temperatur von -80ºC gekühlt ist, um das Benzöl auf den Wänden eines Kühlelements in der Form einer festen Substanz und/oder einer Flüssigkeit abzuscheiden, und, nachdem die Temperatur angehoben worden ist und der Gasstrom zu einem zweiten gekühlten Raum umgeleitet worden ist - oder nach einer zeitweiligen Unterbrechung des Gasstromes - kann das Benzol in flüssiger Form entnommen werden. Zusammen mit dieser vorhandenen Einheit wird häufig eine Vorkühleinheit verwendet zum Entfernen von Wasser oder Wasserdampf aus dem Gasstrom.
Ein Verfahren für die Entfernung kondensierbarer Verbindungen aus einem Gasstrom ist überdies in der DE-A-40 01 710 offenbart.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren bereit zum Entfernen wenigstens eines Teils einer ökologisch bedenklichen (Substanz), insbesondere Benzol, Perchlorethylen oder andere Kohlenwasserstoffe und/oder Lösungsmittel, von einem Gas oder Dampfstrom, wobei besagtes Gas oder Dampfstrom durch einen Kühlraum geleitet wird, der eine Temperatur aufweist, die gleich oder niedriger ist als die Kondensationstemperatur der ökologisch bedenklichen Substanz, wobei ein Medium, welches eine Verfestigungstemperatur aufweist, die gleich oder höher ist als die Temperatur des Kühlraums, in das Gas oder den Dampfstrom vor und/oder während des Eintritts besagten Stroms in den Kühlraum eingebracht wird, und wobei die Temperatur im Kühlraum nach einer im voraus festgelegten Dauer angehoben und das Gas oder der Dampfstrom unterbrochen oder umgeleitet wird, so daß das Gas oder der Dampfstrom nicht in den Kühlraum eintritt, um das verfestigte Medium und die darin enthaltene ökologisch bedenkliche Substanz zu verflüssigen und zu entnehmen. Die ökologisch bedenkliche Substanz, insbesondere Benzol, scheidet sich in der Form eines Feststoffs und/oder einer Flüssigkeit (Kondensation) an Wänden von bevorzugt spiralförmigen Kühlelementen in dem Kühlraum ab. Das Benzol wird dadurch durch das Medium, welches sich auf den Kühlelementen in der Form eines Feststoffes abscheidet, abgefangen ("eingebettet"). Die besagte Einbettung macht es überdies unmöglich für das Benzol, zu verdampfen, und somit wie bisher seinen Weg in den Gas- oder Dampfstrom zu finden. Durch Anheben der Kühlraumtemperatur werden das verfestigte Medium und das darin eingebettete Benzol verflüssigt und anschließend ent nommen, worauf eine weitere Verarbeitung des Mediums und des Benzols getrennt erfolgen kann. Bevorzugt mischt sich das Medium nicht und/oder reagiert nicht mit der ökologisch bedenklichen Substanz, so daß besagte Substanz leicht wiedergewonnen werden kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform eines Verfahrens gemäß der Erfindung wird das entnommene Medium zumindest teilweise wiederverwendet und erneut in das Gas oder den Dampfstrom eingebracht. Somit wird ein effizientes geschlossenes System erhalten, wobei verhindert wird, daß das Medium selbst, welches durch die ökologisch bedenkliche(n) Substanz(en) kontaminiert sein kann, nach jedem Zyklus gereinigt werden muß.
In einer weiteren Ausführungsform eines Verfahrens gemäß der Erfindung wird das Medium in das Gas oder Dampfstrom eingespritzt. Vor allem wird das Medium dadurch sehr fein in dem Gas oder Dampfstrom verteilt, bevorzugt in der Form eines Nebels oder Dunstes, um den oben beschriebenen Effekt des Mediums zu vergrößern.
In einer weiteren Ausführungsform eines Verfahrens gemäß der Erfindung ist das ausgewählte Medium Wasser. Der Vorteil von Wasser besteht darin, daß es billig ist, während es sich zusätzlich nicht mit ökologisch bedenklichen Substanzen, wie z. B. Benzol und dergleichen, welche in dem Gas oder Dampfstrom vorhanden sind, mischt/reagiert. In diesem Zusammenhang verhält sich Wasser als eine "inerte" Substanz, was es daher leicht möglich macht, das wiedergewonnene Benzol (z. B.) einer weiteren getrennten Bearbeitung zu unterziehen. Ein weiterer wichtiger Vorteil von Wasser besteht darin, daß es in verfestigter Form (d. h., wenn es gefroren ist) eine raue und sich daraus ergebende vergrößerte Oberfläche besitzt, was in einem idealen Abfangen oder Einbetten der ökologisch bedenklichen Substanz resultiert. Das Wasser wird bevorzugt in das Gas oder Dampfstrom in der Form eines Nebels oder als Dunst (Dampf) eingeführt/eingespritzt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform eines Verfahrens gemäß der Erfindung reicht die Temperatur des Kühlraums von -10ºC bis -70ºC, bevorzugt von -20ºC bis -40ºC und beträgt besonders bevorzugt wenigstens im wesentlichen -30ºC. Ausgedehnte Forschung hat überraschenderweise gezeigt, daß, insbesondere abhängig von der Flußrate des Gas- oder Dampfstromes, Temperaturen wie die obigen, aus einem energetischen Standpunkt und aus dem Standpunkt eines verbesserten Wiedergewinnungsprozentsatzes der ökologisch bedenklichen Substanz heraus, zu bevorzugen sind.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform eines Verfahrens gemäß der Erfindung stammt das Gas oder Dampfstrom aus dem Laderaum eines Schiffes, wie z. B. eines Tankers für den Transport ökologisch bedenklicher Substanzen oder Substanzen, die ökologisch bedenkliche Substanzen enthalten, wie z. B. Benzol, Toluol und/oder Cumol und dergleichen. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform stammt das Gas oder Dampfstrom von einem Tanklastwagen, während in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform das Gas oder Dampfstrom von einer Benzinpumpe oder einer Lagerungseinrichtung für ökologisch bedenkliche Substanzen stammt.
Die vorliegende Erfindung stellt überdies eine Vorrichtung bereit zum Entfernen einer ökologisch bedenklichen Substanz, insbesondere Benzol, Perchlorethylen oder andere Kohlenwasserstoffe und/oder Lösungsmittel von einem Gas oder Dampfstrom, wobei die Vorrichtung umfaßt:
- einen Einlaß zur Versorgung mit besagtem Gas oder Dampfstrom;
- einen Kühlraum, der mit Kühlmittel bereitgestellt ist, zum Herunterkühlen besagter ökologisch bedenklicher Substanz auf eine Temperatur, die gleich oder niedriger ist als die Kondensationstemperatur der ökologisch bedenklichen Substanz;
- Mittel zum Einbringen eines Mediums in das Gas oder den Dampfstrom vor und/oder während des Eintritts besagten Stroms in den Kühlraum, welches eine Verfestigungstemperatur aufweist, die gleich oder höher ist als die Temperatur des Kühlraums;
- einen Gasauslaß zur Entnahme besagten wenigstens teilweise gereinigten Gases oder Dampfstroms aus besagtem Kühlraum; und
- Entnahmemittel zur Entnahme besagter ökologisch bedenklicher Substanz aus dem Kühlraum, nachdem das Gas oder der Dampfstrom unterbrochen und umgeleitet worden ist, so daß das Gas oder der Dampfstrom nicht in den Kühlraum eintritt.
Wie in der Beschreibung der Figuren detaillierter beschrieben werden wird, wird ein einzelnes System verwendet, wenn das Gas oder Dampfstrom unterbrochen wird, während ein Doppelsystem verwendet wird, wenn das Gas oder Dampfstrom umgeleitet wird. Insbesondere ist die Vorrichtung in der Form einer mobilen Einheit, so daß sie leicht von Schiff zu Schiff oder von Tanklastwagen zu Tanklastwagen, etc. bewegt werden kann.
Im Gegensatz zu existierenden Verfahren, welche Temperaturen von etwa -80ºC verwenden, verwendet das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung Temperaturen, die nicht so niedrig sind, somit weniger Energie benötigen, während es überdies bevorzugt ist, dem Verfahren Wasser zuzufügen anstatt Wasserdampf zu entfernen, da gefrorenes Wasser als ein Adsorptionsmittel für ökologisch bedenkliche Substanzen fungiert, und das Wasser fungiert, um den kondensierten Dampf der ökologisch bedenklichen Substanzen einzubetten. Erste Experimente haben gezeigt, daß im Vergleich zu den existierenden Verfahren, welche eine tiefe Temperatur verwenden, eine Reduzierung in der Größenordnung von 50%-80% erreicht werden kann, während die verwendeten Temperaturen nicht so niedrig zu sein brauchen.
Ein zusätzlicher Vorteil, der erwähnt werden kann, ist die Tatsache, daß die vorliegende Erfindung lediglich kleinere Abänderungen bei der vorhandenen Ausstattung erfordert, die zur Reinigung von Gasströmen bei niedrigen Temperaturen verwendet wird.
Weitere Vorteile, Erscheinungen und Details der vorliegenden Erfindung werden in der folgenden Beschreibung ihrer bevorzugten Ausführungsform beschrieben werden, wobei Bezug auf die beigefügte Figur genommen wird.
Eine Vorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Versorgungsrohr 2, durch welches ein Gas oder Dampfstrom zu einem Kühlraum 3 befördert wird, wie gezeigt durch den Pfeil A. Der Kühlraum 3 ist mit einem ersten Kühlelement in einem schematisch gezeigten Teil 5 und mit einem zweiten Kühlelement in einem zweiten schematisch gezeigten Teil 6 versehen, wobei ein Kühlmittel durch beide Kühlelemente zum Kühlen besagten Kühlraums 3 auf eine Temperatur von etwa -30ºC geleitet wird. Ein Entnahmerohr 7 ist an der Auslaßseite von Kühlraum 3 bereitgestellt, welches Rohr fungiert, um den gereinigten Gasstrom zu entnehmen, z. B. in die Atmosphäre, wie schematisch gezeigt durch Pfeil B. Ein Einspritzrohr zum Einspritzen von Wasser oder Wasser dampf, z. B. in Versorgungsrohr 2, wie diagrammatisch gezeigt durch Pfeil C, ist in der Nähe der Einlaßseite von Kühlraum 3 bereitgestellt. Teile 5 und 6 sind überdies mit Entnahmerohren bereitgestellt, welche schematisch durch Pfeile D und E gezeigt sind, zum Entnehmen der Mischung von Wasser und der zu entfernenden ökologisch bedenklichen Substanzen, welche Mischung sich auf den spiralförmigen Rohren in der Form von Eis und zu entfernendem Feststoff abgeschieden hat.
Das Verfahren zur Reinigung des Gasstroms 1 verläuft wie folgt: Wasser wird stetig in den Gasstrom eingespritzt, wie gezeigt durch Pfeil C, und Vereisung findet statt sowohl in Teil 5 als auch in Teil 6 des Kühlraums 3, wobei angenommen wird, daß besagte Vereisung in einem größerem Ausmaß in Teil 5 stattfindet. Besagtes Eis fungiert als ein Adsorbens für die unerwünschten, zu entfernenden Substanzen, oder es bettet besagte unerwünschte Substanzen ein. Nach einiger Zeit wird Raum 3 durch den Feststoff, welcher sich zwischen den Rohren des Kühlelements niederschlägt, verstopfen, woraufhin der Gasstrom unterbrochen oder umgeleitet wird, das Kühlverfahren in Teilen 5 und 6 unterbrochen werden wird und die Mischung von Wasser und der ökologisch bedenklichen Flüssigkeit über Pfeile D und E entnommen werden kann, die ökologisch bedenklichen Substanzen wiedergewonnen werden können, während das Wasser zum Einspritzen wiederverwendet werden kann. Die Figur zeigt, daß ein zweiter Kühlraum 3' parallel zu Kühlraum 3 angeordnet ist, welcher Kühlraum 3' in der gleichen Art und Weise konstruiert ist wie Kühlraum 3, wobei gleiche Teile und Bezeichnungen mit einem Akzent versehen sind.
Erste Experimente sind durchgeführt worden, während ein Schiff mit Benzol beladen worden ist, wobei die vorangehende Fracht des Schiffes Cumol war. Die Beladung dauerte 9,5 Stunden, wobei für 2 Stunden Wasser in den Gasstrom, der aus dem Laderaum des Schiffes stammte, eingespritzt wurde. Eine vorhandene BVRU (Benzoldampfwiedergewinnungseinheit) wurde verwendet, welche normalerweise eine Temperatur von -80ºC verwendet und welche eine Vorkühleinheit benutzt.
Während dieses Experiments wurde die Vorkühleinheit nicht ausgeschaltet, aber nichtsdestotrotz zeigte sich die Benzolkonzentration nach einer 3/4 Stunde von 100 ppm auf 7 ppm erniedrigt, auf Grund des Zuwachses von Eis und ökologisch bedenklichen Substanzen auf dem Kühlelement in Teil 5. In einer späteren Phase wurde eine Erniedrigung der Ben zolkonzentration in dem entnommenen Gasstrom von 30 ppm auf 9 ppm beobachtet, auf Grund des Zuwachses von Eis und ökologisch bedenklichen Substanzen auf dem Kühlelement in Teil 6. Die Ergebnisse werden sogar noch besser, wenn die Vorkühleinheit nicht verwendet wird, da die Vorkühleinheit bewirkt, daß ein Teil des eingespritzten Wassers sich niederschlägt, während es überdies nicht möglich ist, die Feuchtigkeit, die schon in dem Gasstrom vorhanden ist, zu benutzen.
Die Erfindung ist nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt, welche lediglich als ein Beispiel dient.

Claims

1. Ein Verfahren zum Entfernen wenigstens eines Teils einer ökologisch bedenklichen Substanz, insbesondere Benzol, Perchlorethylen oder andere Kohlenwasserstoffe und/oder Lösungsmittel, von einem Gas oder Dampfstrom, wobei besagtes Gas oder Dampfstrom durch einen Kühlraum (3) geleitet wird, der eine Temperatur aufweist, die gleich oder niedriger ist als die Kondensationstemperatur der ökologisch bedenklichen Substanz, wobei ein Medium (C), welches eine Verfestigungstemperatur aufweist, die gleich oder höher ist als die Temperatur des Kühlraums, in das Gas oder den Dampfstrom vor und/oder während des Eintritts besagten Stroms in den Kühlraum eingebracht wird, und wobei die Temperatur im Kühlraum nach einer im voraus festgelegten Dauer angehoben und das Gas oder der Dampfstrom unterbrochen oder umgeleitet wird, so daß das Gas oder der Dampfstrom nicht in den Kühlraum (3) eintritt, um das verfestigte Medium und die darin enthaltene ökologisch bedenkliche Substanz zu verflüssigen und zu entnehmen (D, E).

2. Ein Verfahren nach Anspruch 1, wobei das entnommene Medium zumindest teilweise wiederverwendet und erneut in das Gas oder den Dampfstrom eingebracht wird.

3. Ein Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei besagtes Medium in besagtes Gas oder Dampfstrom eingespritzt wird.

4. Ein Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei besagtes Medium Wasser enthält.

5. Ein Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 1-4, wobei die Temperatur des Kühlraums von -10ºC bis -70ºC, bevorzugt von -20ºC bis -40ºC reicht, und besonders bevorzugt wenigstens im wesentlichen -30ºC beträgt.

6. Ein Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 1-5, wobei besagtes Gas oder Dampfstrom aus dem Laderaum eines Schiffes stammt, insbesondere eines Tankers für den Transport ökologisch bedenkliches Substanzen oder Substanzen, die ökologisch bedenkliches Substanzen enthalten, insbesondere Benzol, Toluol und/oder Cumol.

7. Ein Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 1-5, wobei besagtes Gas oder Dampfstrom von einem Tanklastwagen stammt.

8. Ein Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 1-5, wobei besagtes Gas oder Dampfstrom von einer Benzinpumpe stammt.

9. Ein Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 1-5, wobei besagtes Gas oder Dampfstrom von einer Lagerungseinrichtung für ökologisch bedenkliche Substanzen, oder Substanzen, die ökologisch bedenkliche Substanzen enthalten, stammt.

10. Eine Vorrichtung zum Entfernen einer ökologisch bedenklichen Substanz, insbesondere Benzol, Perchlorethylen oder andere Kohlenwasserstoffe und/oder Lösungsmittel von einem Gas oder Dampfstrom, wobei die Vorrichtung umfaßt:

- einen Einlaß (2) zur Versorgung mit besagtem Gas oder Dampfstrom;

- einen Kühlraum (3) der mit Kühlmitteln bereitgestellt ist, zum Herunterkühlen besagter ökologisch bedenklicher Substanz auf eine Temperatur, die gleich oder niedriger ist als die Kondensationstemperatur der ökologisch bedenklichen Substanz;

- Mittel (C) zum Einbringen eines Mediums in das Gas oder den Dampfstrom vor und/oder während des Eintritts besagten Stroms in den Kühlraum (3), welches eine Verfestigungstemperatur aufweist, die gleich oder höher ist als die Temperatur des Kühlraums,

- einen Gasauslaß (7) zur Entnahme besagten wenigstens teilweise gereinigten Gases oder Dampfstroms aus besagtem Kühlraum; und

- Entnahmemittel (D, E) zur Entnahme besagter ökologisch bedenklicher Substanz aus dem Kühlraum (3), nachdem das Gas oder der Dampfstrom unterbrochen oder umgeleitet worden ist, so daß das Gas oder der Dampfstrom nicht in den Kühlraum (3) eintritt.

11. Eine Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei besagte Kühlmittel in der Lage sind, besagten Raum auf eine Temperatur im Bereich von -10ºC bis -70ºC, bevorzugt von -20ºC bis - 40ºC, und besonders bevorzugt auf eine Temperatur von wenigstens im wesentlichen - 30ºC zu kühlen.

12. Eine Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, wobei besagte Kühlmittel einen ersten spiralförmigen Bypass einschließen.

13. Eine Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei besagte Kühlmittel ein zweites spiralförmiges Kühlrohr umfassen.

14. Eine Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 10-13, wobei besagte Vorrichtung eine bewegliche Einheit ist.