DK156814B - Anlaeg til fjernelse af oxiderbare bestanddele fra forurenede gasser, isaer fra forurenet luft - Google Patents

Description

DK 156814 B

Den foreliggende opfindelse angâr et anlaeg af den i krav 1's indledning angivne art til fjernelse af oxiderbare, navnlige gasformige bestanddele fra forurenede gasser, især forurenet luft. Anlægget bestâr af mindst en reaktor med et 5 materiale der er virksomt sorti adsorbent og ved forhojet tempe-ratur tillige sorti oxidationskatalysator samt en ledning til at fore den forurenede gas til reaktoren og en ledning til at fore renset gas bort fra reaktoren.

I en række industrier sâsom trykkerier, farve- og lak-10 fabrikker, polymerforarbejdende virksomheder, levnedsmiddel-og foderforarbejdende virksomheder, kemiske virksomheder og en lang række mindre værksteder opstâr der under produktionen oxiderbare svævestoffer og gasarter der kan være ildelugtende, brandfarlige og/eller giftige. Disse stoffer fjernes med luft-15 str0mme og sendes af 0konomiske grunde ofte uden forudgâende rensning direkte ud i atmosfæren. Stadig skarpere regler fra myndigheder og stigende krav fra offentligheden n0dvendigg0r imidlertid i stigende grad rensning ar saaanne luftstr0mme, ogsâ i tilfælde hvor det ikke f0r har været n0dvendigt. Rens-20 ning af sâdanne luftstr0mme er dyr og teknisk vanskelig fordi der ofte er taie om store mængder, helt op til 100.000 3

Nm pr. time, der sorti regel indeholder smâ mængder, under ca.

3 1,5 g pr. Nm af de stoffer der skal fjernes.

De kendte fremgangsmâder til rensning af Îuftstr0mme 25 kan groft deles i fire kategorier: udvaskning, adsorption, termisk oxidation og katalytisk oxidation.

Udvaskning foretages typisk med vand, ofte tilsat ke-mikalier der reagerer med de u0nskede stoffer i luftstr0mmen. Ulempen ved denne fremgangsmâde er, udover at den er dyr, at 30 det virkelige problem, uskadeligg0relse af de u0nskede stoffer kun 10ses delvis, idet de blot overf0res til vandet.

Adsorption foretages oftest pâ aktive kul. Det st0rste problem ved denne fremgangsmâde er at den regenerering af de aktive kul, der er n0dvendig for at g0re fremgangsmâden til-35 strækkelig 0konomisk, ikke kan foretages fuldt tilfredsstil-lende. Ârsagen hertil er at regenereringen skal foretages i oxygenfri atmosfære, hvilket typisk vil være en atmosfære af

DK 156814 B

2 overophedet damp. Mange af de stoffer der skal fjernes fra kullet er tilb0jelige til at danne polymerisationsprodukter, soin tilstopper kulpartiklernes porer. En delvis fjernelse af disse polymerisationsprodukter kan foretages ved at holde 5 temperaturer i den oxygenfrie atmosfære i omrâdet 700-800°C, men ved sâ h0je temperaturer sker der en nedbrydning af det aktive kul. André adsorbenter sâsom molekylsier og ildfaste keramiske oxider, fx alumina, A^O^, kan ogsâ anvendes. Molekylsier er dog betydeligt dyrere end aktive kul, og ildfaste 10 keramiske oxider har mindre adsorptionskapacitet end aktive kul. En fordel ved disse ikke brændbare adsorbenter er at de kan regenereres med luft.

Termisk oxidation udmærker sig ved at være en simpel og relativ driftsikker fremgangsmâde, Ulempen ved fremgangs-15 mâden er, at opvarmningen af de store luftmængder til 700-800°C i et brændkammer kræver store mængder energi, Alminde-ligvis opvarmes luften ved direkte fyring med olie eller even-tuelt gas. Selv om det er muligt at udnytte en del af den var-me, der befinder sig i de store luftmængder, er fremgangsmâ- 20 den dog dyr i drift.

Katalytisk oxidation adskiller sig fra termisk oxidation ved at selve oxidationen ikke foregâr i et brændkammer, men i et katalysatorleje. Fordelen ved denne fremgangsmâde er at den katalytiske oxidation kan foregâ ved en tempera-25 tur pâ 250-35Q°C, hvorved energiforbruget nedsættes væsentligt. Det er en ulempe ved den katalytiske oxidation, at visse ka-talysatortyper bliver forgiftet ved kontakt med stoffer sâsom hydrogensulfid og svovldioxyd SC^ · Af særlig vigtighed er det at selv om energiforbruget ved katalytisk oxidation er 30 væsentlig mindre end ved termisk oxidation, er det dog be-tragteligt nâr store luftmasser skal opvarmes. Ved de nævnte smâ forureningsmængder er oxidationen af forureningerne ikke tilstrækkelig til levering af den til opvarmningen af luft-masserne tilstrækkeligt energimængde.

35 Fra dansk patentansogning nr. 3698/68, der svarer til US patentskrift nr. 3.548.728, kendes der en fremgangs-màde til fjernelse af uonskede gasformige komponenter fra

DK 156814 B

3 effluentgasser; den bestâr i at man adsorberer disse kom- ponenter pâ et fast adsorbens med stort overfladeareal, tilf0rer varme til adsorbensstoffet til afdrivning af de uonskede komponenter og bringer disse i kontakt med en oxi- 5 dationskatalysator inkorporeret i og anbragt pâ adsorbenset for at omdanne dem til kuldioxid og vand. Adsorbenset er fast og porost og udgores af aktivkul, pimpsten, bauximt molekylsigtemateriale og/eller et eller flere oxider af Si,

Al, jordalkali- og de sjældne jordarters metaller og Ce, 2 10 og dets overfladeareal er > 100 m /g. Der beskrives îkke noget anlæg til udovelse af fremgangsmâden, der horer til de forannævnte kategorier.

US patentskrift nr. 3.150.922 angâr en fremgangsmâde til rensning af udblæsningsgasser fra forbrændingsmotorer, 15 ved hvilken gasserne fores gennem lejer indeholdende ens katalysatorer af aluminiumoxidkorn imprægneret manganoxid og kobberoxid. Denne fremgangsmâde er ikke beregnet til og kan ikke bruges i et stationært anlæg som angivet i nærvæ-rende beskrivelses indledningsafsnit.

20 Fra dansk patentskrift nr. 145.817 kendes der et apparat til kombineret varmeveksling og katalytisk forbræn-ding, hvor harpiksholdige afgangsgasser forvarmes ved hjælp af en roterende varmeveksler der indeholder et porost mate-riale imprægneret med oxidationskatalytisk aktive stoffer.

25 Der er sâledes ikke taie om en katalytisk efterrensning af de afgâende gasser under indvinding af yderligere reaktions-varme som beskrevet i nærværende beskrivelse.

Fra FR patentskrift nr. 1.527.897, der svarer til US patentskrift nr. 4.025.505 og GB nr. 1.527.827, kendes en 30 fremgangsmâde til fjernelse af (lave koncentrationer af) oxiderbare organiske bestanddele, navnlig vinylkloridmono-merer, fra en oxygenholdig inertgas, ved at man i) adsorberer bestanddelene pâ et sorptionsmateriale i en reaktor indeholdende en oxidationskatalysator af platin, 35 palladium eller salte deraf; ii) fjerner den rensede gas fra reaktorens udgang og samtidigt i en anden reaktor;

DK 156814 B

4 iii) afbryder gennemstr0mning af den oxygenholdige inert-gas germera sorptionsmaterialet, idet reaktorens indgangs-del og udgangsdel lukkes nâr koncentrationen af organi-ske bestanddele opnâr et 0nsket niveau; og 5 iv) oxiderer de desorberede organiske bestanddele i nær-værelse af oxidationskatalysatoren og oxygen i den oxygenholdige inertgas ved at hæve temperaturen til fortrins-vis ca 120°-180°C ved hjælp af et udefra tilf0rt opvarm-ningsmedium, fx damp, varme gasser eller varmt vand, hvor-10 ved der i reaktoren opbygges et overtryk/ der udlignes ved udluftning af reaktionsprodukterne fra reaktoren di-rekte til omgivelserne og k0le reaktionszonen til omgi-velsestemperatur.

Endvidere fremgâr det af disse patentbeskrivelser 15 at fremgangsmâden gennemf0res i et anlæg der i det mind-ste bestâr af to reaktorer forsynet med organer til k0-ling og opvarmning, idet reaktorerne arbejder skiftevis i sorptions- og desorptionsfasen.

Dette kendte anlæg kræver tilforsel udefra af energi 20 til gennemforelse af desorptionen og den katalytiske omsæt-ning, hvilket ait andet lige forsyrer gasrensningen.

Det er opfindelsens formai at tilvejebringe et anlæg som afhjælper især denne ulempe og som ifolge opfindel-sen er ejendommeligt ved det i krav l's kendetegnende del an-25 givne. Udover det indledningsvis angivne indeholder det sâ-ledes organer, der fortrinsvis udgores af et brændkammer med en brænder, til intermitterende régénération af katalysatoren i reaktoren samt organer til efterrensning af den fra reaktoren udgâende gas.

30 Det foreliggende anlæg er sâledes opbygget pâ en mâde der pâ væsentlige punkter adskiller sig fra det kendte. Den desorberede og katalytisk delvis rensede luft, der forlader adsorbentkatalysatorlejet ved regenereringen, underkastes en katalytisk efterrensning i en efterrensningssektion. Udover 35 miljomæssige fordele sâsom renere udblæsningsluft opnâs her-ved ganske betydelige energimaessige fordele.

DK 156814 B

5

Den i adsorptionslejerne opnâede varme luft repræ-senteres sammen med de uomsatte oxiderbare luftbestanddele der frigores ved begyndelsen af lejets opvarmning f0r den katalytiske omsætning er sat ind, en brændværdi der bortset 5 fra startfasen dækker hele anlæggets energibehov, og som derudover kan udnyttes efter yderligere katalytisk omsætning i efterrensningssektionen til uden for systemet værende en-heder, fx torovne eller dampkedler.

En del af den efterrensede opvarmede luft fra efter-10 rensningsreaktoren fores tilbage til adsorptionsreaktorerne, hvor den udnyttes til opvarmning af katalysatorlejet under regenereringsfasen. Ved det foreliggende anlæg er der sâ-ledes overraskende taie om et autotermt eller i ait væsent-ligt exotermt anlæg, hvilket adskiller det væsentligt fra det 15 der er kendt fra PR patentskrift nr. 2.310.150, hvor der til desorption og katalytisk omsætning kræves energi der mâ til-fores systemet udefra.

Under anlæggets drift sker regenerationen ved at man med brænderen hæver temperaturen intermitterende til en tem-20 peratur ved hvilken der sker katalytisk oxidation: hensigts-mæssigt ledes den forurenede gas gennem adsorptionslejet ved en temperatur pâ 0-250°C.

Ved anvendelse af anlægget opnâr man den fordel at man kan tage den forurenede luft med den temperatur, den 25 faktisk har,, og uden forvarmning lede den til behandlingen.

Hovedparten af de til rensning værende luftmængder passerer gennem lejet af adsorbenten som ved forhojet temperatur som oxidationskatalysator - den betegnes for korthe-dens skyld i det folgende adsorbent-katalysator - ved sin 30 dannelsestemperatur eller eventuelt lidt lavere temperatur pâ grund af varmetab, og der bruges ikke nogen energi til opvarmning af dem. Om 0nsket kan man udnytte gas-sernes varme inden adsorptionen ved at lade dem passere en varmeveksler. Under passage adsorberes de forurenende stoffer 35 eller hovedparten af dem pâ adsorbent-katalysatoren, og luf-ten kan ledes bort til omgivelserne i. i hovedsagen renset til-stand. Efterhânden som adsorbent-katalysatoren bliver mere og 6

DK 156 814 B

mere mættet med forureningerne, vil der ske gennembrud af sâ-danne til omgivelserne, og nâr koncentrationen af u0nskede stof-fer har nâet den tilladte eller acceptable maximumsværdi, rege-nererer man adsorbent-katalysatoren ved at hæve temperaturen 5 til den til katalytisk oxidation n0dvendige, hyppigst i omrâdet 250-350°C.

Varmetilf0rsel beh0ves sâledes kun i de perioder hvor der skal ske régénération, hvilket selvsagt er en meget væsent-lig besparelse. Tilmed kan der under visse omstændigheder, 10 bortset fra igangsætning, Relt undværes varmetilfcrsel eller endog opnâs en varmegevinst,.. som det skal forklares.senere. i beskrivelsen.

Som adsorbent-katalysatoren er for- trinsvis en por0s keramisk bærer med stor indre overflade og 15 imprægneret med et ved forh0jet temperatur som oxidationskata- lysator virksomt stof. Den por0se bærer vil i sig selv virké som adsorbent, men ikke eller kun i ringe grad som oxidations- katalysator. Særlig velegnet er en række keramiske materialer i form af oxider, navnlig af grundstofferne i gruppe II, III og 20 IV i det periodiske System. Eksempler pâ velegnede materialer er aluminiumoxid, A^O^, i det f01gende betegnet alumina, mag- nium-aluminiumspinel, MgA^O^, og kiselsyreanhydrid, SiC^, i det f0lgende betegnet silika. Det har vist sig at γ-alumina er et særlig velegnet materiale, men ogsâ oxyder af Ti og Zr og 25 Ügnende keramiske oxyder kan komme pâ taie. Bæreren kan bestâ • af en blanding af to eller flere af de nævnte materialer.

Bæreren er imprægneret med et ved forh0jet temperatur oxidationskatalytisk materiale.

Som sâdant kan metaller af gruppe VIII i det periodiske System 30 og deres forbindelser, især oxider komme pâ taie, specielt platinmetallerne. André egnede metaller er kobber samt dem af gruppe Va, Via og Vlla og oxider deraf, og især skal fremhæves oxider af kobber, krom, mangan, jern, vanadium og cérium.

De nævnte katalysatorer har udmærket katalytisk aktivi-.35 tet og tâler godt regenerering. Det har imidlertid overrasken-de vist sig at kobberkromit, Cu0.Cr203, forener hcj adsorp-

DK 156814B

7 tionsevne for de oxiderbare luftforureninger, der i prak-sis vil komme pâ taie, med hoj oxidationskatalytisk aktivi-tet. Ifolge opfindelsen kan en særlig udforelsesform for anlægget derfor med fordel indeholde en oxidationskataly-5 sator bestâende af γ-alumina imprægneret med kobberkromit.

En speciel fordel ved denne adsorbent-katalysator er at den har evne til at adsorbere store mængder polymeriser-bare stoffer soin fx styren. Mange forurenende stoffer soin fx styren vil undergâ en delvis polymérisation efter adsorptio-10 nen pâ adsorbent-katalysatoren, og kobberkromit har evne til at fremskynde denne polymérisation. En sâdan polymérisation vil medvirke til at for0ge adsorptionskapaciteten og vil der-med forlænge de perioder, adsorptionen kan finde sted uden re-generering.

15 Nâr adsorbent-katalysatoren i sin egenskab af adsor- bent er ved at være mættet med forureningerne, hvilket let konstateres ved at rensningen bliver mindre effektiv, hæves temperaturen sâledes at der sker katalytisk oxidation af de adsorberede forureninger. Den omstændighed at en del af de 20 adsorberede stoffer eventuelt er polymeriseret, vil ikke van-skeligg0re regenereringen.

Ved regenereringen kan temperaturen hæves til fortrinsvis 250-350°C pâ en hvilken som helst hensigts-mæssig mâde. Sâledes kan man recirkulere varm gas fra regene-25 reringen, eller man kan direkte, fx ved hjælp af elektriske varmelegemer f0re varme til adsorbent-katalysatorlejet, men i almindelighed vil det være mest hensigtsmæssigt foran dette, regnet i str0mningsretningen for den forurenede luft, at ind-skyde et brændkammer med en brænder der fyres med fx olie el-30 1er gas.

Den luft der forlader adsorbent-katalysatorlejet under regenereringen vil i almindelighed, i modsætning til den der forlader det under adsorptionen, indeholde u0nskede komponen- ter. Det kan derfor. if0lge opfindelsen være hensigtsmæssigt 35 at underkaste denne luft en efterrensning. Efterrensningen kan ske ved en hvilken som helst af de ovenfor nævnte hoved-metoder udvaskning, adsorption, termisk eller katalytisk

DK 156814 B

8 oxidation, bl.a. i afhængighed af de u0nskede stoffer der forlader lejet under regenerationen. Hvis disse er oxiderba-re stoffer er det fordelagtigt at udfore efterrensningen ved katalytisk oxidation. Man kan herved bruge en anden kataly-5 sator end den der bruges som adsorbent-katalysator, men af hensyn til at gore anlægget og driften simplest mulig er det mest praktisk som katalysator at bruge samme materiale som den adsorbent-katalysator der bruges ved adsorptionen, jf. krav 4.

10 Ifolge opfindelsen er organerne til efterrensning af gas der udgâr fra reaktoren under regenerering af adsorbent-katalysatoren fortrinsvis som angivet i krav 2, altsâ et yderligere brændkammer med en brænder, indskudt i en afgre-ning af afgangsledningen og forbundet med en yderligere re-15 aktor med en oxidationskatalysator, sâledes at den herfra udgâende gas gâr enten til skorsten eller til afgangsledningen fra den forste reaktor.

Under visse omstændigheder kan anlægget være indret-tet sâ en del af den efterrensede luft fores til reaktoren 20 med adsorbent-katalysatoren. Dette gælder hvis anlægget som angivet i krav 3 har et antal reaktorer med adsorbent-katalysator og drives sâledes at adsorbent-katalysatoren i én af disse stedse er under regenerering, mens de ovrige ad-sorberer forureningerne. Et sâdant anlæg er særlig fordel-25 agtigt ved indhold pâ over ca. 0,5 g organisk stof pr. m^ varm gas, idet den muliggor udnyttelse af de oxiderbare stof-fers brændværdi, til fx opvarmningsformâl, hvorved hele anlægget bliver autotermt eller endog exotermt. De nærmere omstændigheder herved forklares i de detaljerede dele af nær-30 værende beskrivelse.

Anlægget ifolge opfindelsen skal i det folgende be-lyses nærmere ved hjælp af tegningen og nogle eksempler. Pâ tegningen viser fig. 1 og 2 principskemaer for to forskellige udfo-35 relsesformer for et anlæg ifolge opfindelsen, fig. 3 et forsogsanlæg i hvilket visse forsog til belysning af anlæggets virkning er udfort, og

DK 156814 B

9 fig. 4-5 kurver der belyser resultaterne af sâdanne forsog.

I det i fig. 1 (hvor hjælpeorganer som pumper, ventiler og kontrolorganer for overskuelighedens skyld er udeladt), 5 anskueliggjorte anlæg kommer den forurenede luft via en led-ning 10 ind i rensningsanlægget og passerer et kammer 12, hvor der er tilsluttet en brænder 14. Brænderen 14 er det me-ste af tiden, nemlig nâr de u0nskede stoffer adsorberes pâ ad-sorbenten, ikke i funktion og tændes kun, nâr adsorbenten skal 10 regenereres. Herefter kommer luften ind i et reaktionskammer 16, hvor der er en adsorbent-katalysator 18. Mâden, hvorpâ adsorbent-katalysatoren 18 er anbragt udg0r ikke en del af opfindelsen. Det er dog altid onskværdigt at anbringe den sâledes, at trykfaldet i reaktoren 16 bliver mindst muligt.

15 Luftstrommen ledes bort fra reaktionskammeret 16 via et ror 20, der deles sig i to; dels et ror 22 der forer til en skorsten, og dels et r0r 30 der forer til en efterrensningssektion. Ved normal drift, dvs. under adsorption, sendes den rensede gas direkte 20 fra reaktoren 16 via r0rene 20,22 til skorstenen. Under rege-nereringen sættes brænderen 14 i gang og opvarmer den ind-gâende luft i kammeret 12, fortrinsvis til en temperatur pâ 250.-450°C, sâ le jet 18 af adsorbent-katalysator, fortrinsvis kobberkromit imprægneret pâ por0se legemer af γ-alumina, vil 25 blive oxidationskatalytisk aktivt og bortbrænde de adsorbere-de, oxiderbare forureninger. Herunder kan afgangsluften fra reaktoren 16 ogsâ bortledes til skorsten via r0rene 20,22, men fortrinsvis ledes luftstr0mmene via r0ret 30 til efter-rensningssektionen, hvorfra den rensede luftstr0m via et r0r 30 4Q ledes til et r0r 42 der f0rer til ir0ret 22 eller skorstenen. Efterrensningen pâ fig. 1 er en katalytisk oxidation. Luftstr0mmen opvarmes direkte i et brændkammer 32 ved hjælp af en brænder 34 til den 0nskede temperatur og ledes derefter til et reaktionskammer 36, hvor en katalysator 38 er placeret.

35 Ved hjælp af oxidationskatalysatoren 38 fjernes u0nskede be-standdele i luftstr0mmen til det 0nskede niveau. Oxidationskatalysatoren 38 i reaktionskammeret 36 kan vælges uafhængigt

DK 156814 B

10 af adsorbent-katalysatoren 18 i reaktoren 16, men af prakti-ske grunde er det særlig fordelagtigt at anvende den tidlige-re omtalte kobberkromit/alumina adsorbent-katalysator bâde i reaktor 16 og reaktionskammeret 36.

5 Et regneeksempel, anf0rt som omstâende eksempel 1, tjener til grundigere uddybning af gasrensningen sker i et anlæg sorti vistl i fig. 1.

En anden udf0relsesform for anlægget if0lge opfindelsen er vist i fig. 2 der ligeledes er meget simplificeret, idet 10 en række genstande sâsom diverse blæsere, pumper, ventiler samt hele kontrolteknikken, der ikke direkte vedr0rer opfindelsen og hvis anvendelse og funktion vil være indlysende for en fagmand, er udeladt.

Den forurenede luft kommer ind i anlægget via en led-15 ning 10, der er delt i to ledninger 42 og 44. En mindre del af luftmængden ledes via ledningen 42 til efterrensningssek-tionen. Hovedmængden ledes fra ledningen 44 gennera afgrenin-ger 461, 4611 ... til et antal reaktorer indeholdende adsorbent-katalysatoren 18. Anlægget pâ figuren har seks reakto-20 rer betegnet 481, 4811, 48111, 48IV, 48V og 48VI. Antallet af reaktorer bestemmer længden af regenereringsperioden i forhold til længden af adsorptionsperioden i reaktorerne.

Antallet af reaktorer 461---- vil bl.a. afhænge af mængden af luft til behandling og dens forureningsgrad.

25 Den rensede luft ledes fra reaktorerne via ledninger

I II

50 , 50 ..., der aile samles i et fælles r0r 22, der leder den rensede luft til en skorsten. ünder drift er i praksis stedse fem reaktorer i adsorptionsfasen og én under regenere-ring.

30 Luften til regenereringen f0res til reaktorerne 481...

fra en ledning 52 med afgreninger 54 , 54 ... til de enkel- te reaktorer. En anden række r0r 561, 56^1... f0rer luften bort fra reaktorerne til en fælles ledning 58, der leder luften til efterrensningssektionen.

35 Fra ledningen 58 gâr den luft, der udgâr fra en reak tor hvor adsorbent-katalysatoren 18 er under regenerering, til et i ledningen 58 indskudt brændkammer 60 hvortil der er

DK 156814 B

11 tilsluttet en brænder 62; disse to organer er normalt kun i funktion ved anlæggets start, og luften gâr lige igennem dem uden opvarmning nâr anlægget er i fuld drift. Fra brændkam-meret 60, der under normal drift sâledes funktiohelt blot er 5 en del af ledningen 58, gâr luften videre gennem resten af ledningen 58 til et samlingspunkt 64, hvor en 0nsket mængde varm recirkulationsluft tilf0res fra en ledning 66. Pâ denne mâde dannes med en 0nsket temperatur i en ledning 68 en ind-gangsstr0m til et reaktionskammer 76 med en oxidationskataly-10 sator. Den rensede luftstr0m ledes fra kammeret 76 via en ledning 70 til et samlingspunkt 72. Forinden bortledes den omtalte recirkulationsstr0m gennem ledningen 66 samt en del-str0m gennem en ledning 74. Den rensede luftstr0m fra kammeret 76 vil hâve en betragtelig temperatur (400-500°C), hvor-15 for den delmængde, der ledes bort via ledningen 74, alminde-ligyis vil blive udnyttet til opvarmningsformâl. I samlings-punktet 72 blandes den varme rensede luft med forurenet luft fra ledningen 42 til dannelse af den luftstr0m, der via ledningen 52 ledes til en af reaktorerne 481... for at blive 20 anvendt under regenereringen.

En væsentlig fordel ved anlægget i fig. 2 er, at bræn-deren 62 kun benyttes ved igangsætning af anlægget. Under normal industriel drift er der sâledes ikke nôget energiforbrug i brænder en, eller i det hele taget i anlægget. Tværtimod er det imi-25 ligt i anlægget at udnytte brændværdien af stofferne i den forurenede luft, idet varmemængden i luftstr0mmen 72 typisk yil blive udnyttet, enten soin varm luft til t0rreovne eller til opvarmning af vand.

Recirkulationsledningen 66 har i 0vrigt særlig betyd-30 ning. Hvis den ikke fanâtes, ville temperaturen i reaktions- kammeret (hvor katalysatoren kan være en oxydationskatalysator og hensigtsmæssigt den samme som anvendt soin adsorbent-kata-lysator 18) svinge stærkt og pâ kompliceret mâde, som det skal belyses nærmere senere i beskrivelsen. Ved passende regulering 35 af mængden af recirkulationsluft i ledningen 66 og af mængden af luft til den under régénération værende reaktor, fx 4811, kan temperaturen i reaktionskammeret 76 holdes ret konstant, 12

DK 156 814 B

hvilket dels har interesse i forbindelse med udnyttelse af luften i ledningen 74 til opvarmningsformâl, dels kan hâve be-tydning for katalysatoren; visse katalysator- og især bærer-materialer vil kunne sintre eller pâ anden mâde fâ nedsat akti-5 vitet hvis temperaturen stiger for h0jt, men det kan effektivt hindres ved at regulere recirkulationsmængden. Omvendt kan ef-terrensningen i kammeret 76 blive utilfredsstillende hvis tem-peraturen bliver for lav, i hvilket tilfælde man ligeledes kan regulere recirkulationsmængden.

10 Et regneeksempel til belysning af driften af det i fig. 2 anskueliggjorte anlæg er givet i omstâende eksempel 2.

Et lille pilotanlæg, hvori der udf0rtes nogle fors0g med forurenet luft, er skitseret i fig. 3. Atmosfærisk luft ledes ind i anlægget via en ledning 90. I et flowmeter 78 15 mâles luftmængden, der reguleres ved hjælp af en ventil 80.

Fra flowmeteret f0res luften via en ledning 82 ind i en cy- ’ lindrisk forvarmer 84, hvori der befinder sig et elektrisk varmelegeme. Ved régulering af den i varmelegemet afsatte ef-fekt kan man indstille temperaturen i en ledning 10, der f0-20 rer den opvarmede luft bort fra forvarmeren, til en 0nsket værdi. En ledning 88 leder forurenende væske til en pumpe 92, der via en ledning 94 f0rer væsken til ledningen 10, hvor en fordampning finder sted. Ledningen 10 leder den nu forurenede luft til en reaktor 16. I reaktorens 0vre del er anbragt et 25 varmelegeme 96, ved hjælp af hvilket det er muligt at indstille temperaturen i den forurenede gas. I den nedre del af reak-toren er en adsorbent-katalysator 18 anbragt i et indtil 450 mm hojt cylindrisk lerje 18 med en diameter pâ 73 mm, svarende til reaktorens indre diameter. I lejets akse er der en termolomme 30 98 strækkende sig fra lejets bund til lejets top. I termolom- men er der et forskydeligt termoelement, hvormed man kan be-stamme temperaturen i forskellige dybder af katalysatorlejet. Udgangsstr0mmen fra katalysatorlejet ledes fra reaktoren via ledning 20. Ved hjælp af en ledning 22 samt en regulerings-35 ventil 100 er det muligt at lede en delstr0m til analyse pâ en kontinuerligt arbejdende kulbrinteanalysator 102. Den be-nyttede kulbrinteanalysator var en flammeionisationsanalysa-tor af typen Beckmann Model 400 Hydrocarbon Analyser.

DK 156814 B

13

Eksempel 1

Dette er et regneeksempel i hvilket et rensningsanlæg soin vist i fig. 1 anvendes til rensning af en afgas fra frem-stilling af styrenholdige polymerer. I reaktionskammeret 16 3 5 er installeret 22 m adsorbent i form af 3-6 mm store partik-ler, Adsorbenten bestâr af γ-aluminiumoxyd imprægneret med 20% CuQ.C^O^. Katalysatormængden i reaktoren 36 afhænger af luftmængdens st0rrelse under regenereringen. I dette eksempel stipuleres det muligt at nedsætte luftmængden til 10-20% 10 af mængden under normalt drift. Pâ denne mâde reduceres kata- 3 lysatormængden i reaktoren 36 til 3 m . Katalysatoren er iden-tisk med adsorbent-katalysatoren 18 i reaktoren 16.

3 45.0Q0 Nm pr. time af afgassen med et indhold af sty-3 ren pâ 0,25 g pr. Nm ledes til rensningsanlægget, Styrenind-15 holdet i den rensede gas, der ledes bort gennem skorstenen, vil fra en begyndelsesværdi pâ omkring 0 langsomt stige med tiden, og efter ca. 40 timers drift vil styrenindholdet i den rensede gas være steget til ca. 10 mg pr. Nm . Pâ dette tids-punkt er der adsorberêt ca. 20 g styren pr, kg adsorbent. Re-20 genereringen vil typisk vare 2-3 timer. Det adsorberede styren har en vis brændværdi, hvilket bevirker, at temperaturen i adsorbenten stiger under regenereringen. I ekstreme tilfæl-de kan temperaturen blive sâ h0j at adsorbenten mister sine adsorptive egenskaber, fx pâ grund af tab af overflade; og/el-25 1er mister sine katalytiske egenskaber, fx pâ grund af sin-tring. En effektiv regenerering der sikrer at temperaturen i adsorbenten ikke overstiger 850°C, kan foretages ved at redu- 3 cere luftmængden til 6.00Q Nm pr. time. Luftstr0mmen ledes til efterrensningssektionen gennem ledningen 30. Temperaturen 30 i brændkammeret 12 holdes pâ 250°C ved hjælp af brænderen 14.

3

Efter 45 minutter 0ges luftmængden til 10.000 Nm pr. time, og temperaturen hæves til 270°C. Efter yderligere 45 minut- 3 ter slukkes brænderen 14 og luftmængden 0ges til 20.000 Nm / time. 45 minutter herefter mâ regenereringen betragtes som 35 tilendebragt. Luftstr0mmen 0ges til 45.000 Nm /time og ledes via ledningerne 40,42 til skorsten. Under hele regenereringen

DK 156814 B

14 holdes indgangstemperaturen til reaktoren 36 pâ 300°C, éventuel t ved hjælp af brænderen 34. En adsorptions- og regenere-ringscyklus varer ca. 42 1/4 time, og det samlede energifor-brug svarer til 35Q kg olie fordelt med 110 kg olie pâ brænde-5 ren 14 og 240 kg olie pâ brænderen 34, hvorved beiaærkes at af-gangsluften fra reaktoren 16 under regenereringen repræsente-rer en vis brændværdi.

Eksempel 2

1Q

Dette er et regneeksempel med anvendelse af det i fig.

2 viste ànlæg. 25.000 Niri /h af en luftstr0m hidr0rende fra et offsettrykkeris t0rreovne ledes til anlægget. Den forurenede 3 luft indeholder 1,5 g kulbrinter pr. Nm og har en temperatur pâ 130°C. Kulbrinterne, der har været benyttet som opl0snings-middel for trykfarver, bestâr af ca. 20% aromatiske kulbrinter og 80% alifatiske kulbrinter og har et kogepunktsinterval pâ ca. 240 til ca. 27Q°C. Den samlede forurenede t0rreluft 3 ledes til anlægget via ledningen 10. En delstr0m pâ vq Nm pr. time til brug ved regenereringen bortledes via ledningen 20 3 42. De resterende 25,OÜO-vq Nm /h ledes gennem ledning 44 til af reaktorerne 48, der befinder sig i adsorptionsfasen, 3 og fordeles med £5.000-vQ)/5 Nm /h til hver af de fem reakto- rer. Hver af reaktorerne 48 indeholder 1500 kg af samme ad-2 sorbent-katalysator som i eksempel 1. Efterrensnings-reakto-ren 76 indeholder ligeledes 1500 kg af samme adsorbent-kataly-sator.

Adsorptionsperiodens længde begrænses af to hensyn. For det f0rste mâ den ikke vare sâ lang, at kulbrintekoncentratio-nen i luftstr0mmen fra adsorptionen bliver st0rre end den til-ladte værdi. For det andet b0r der ikke adsorberes mere end ca. 15 g kulbrinter pr. kg adsorbent-katalysator. Denne værdi vil bevirke, at den maksimale temperatur i adsorbent-katalysa-toren under regenereringen ikke overstiger 800-850°C.

^ Idet adsorptionsperiodens længde fastsættes til 175 mi- nutter, vil der adsorberes 12,8 g kulbrinte pr. kg adsorbent-katalysator svarende til, at den maksimale temperatur i adsorbent-katalysator en ikke overskrider den 0nskede værdi under re-

DK 156814 B

15 genereringen, neznlig en værdi der med sikkerhed ikke 0delægger katalysatoren. Under adsorptionen vil kulbrintekoncentrationen 3 i den rensede gas, der ledes til skorstenen, være ca. 2 mg/Nm 3 i de f0rste 100 minutter og stige til 5 mg/Nm ved slutningen 5 af adsorptionen. Da antallet af reaktorer er seks, bliver re-genereringstiden 35 (175:5), minutter.

Idet v^ betegner den luftmængde, der i ledningen 52 ledes til regenereringen, v2 betegner den luftmængde, der i ledningen 66 recirkuleres over reaktoren 76, betegner tempera-10 turen i ledningen 52 til reaktorerne 48, T2 betegner tempera-turen i ledningen 58 fra reaktorerne 48, T3 betegner tempera-turen i ledningen 68 til reaktoren 76, viser nedenstâende tabel 1 hvorledes regenereringen af adsorbenten i en reak-tor 48 forl0ber.

15 I de f0rste 12 minutter af regenereringen opnâs en temperatur i vedkommende ledning 54 pâ ca. 318°C ved at man 3 blander 1000 Nm /h (v ) forurenet luft fra ledningen 42 med 3 ° 2000 Nm /h (v^-v ) renset varm luft fra ledning 70 i sam-lingspunktet 72. Ved den opnâede temperatur vil de adsorbe-20 rede kulbrinter i vedkommende reaktor 48's indgangslag tak-ket være katalysator-adsorbentens katalytiske egenskaber an-tændes og forbrænde. Kulbrinterne fra den forurenede gas, der benyttes ved regenereringen vil blive oxyderet sammen med en del af de adsorberede kulbrinter. Resten af de adsorberede 25 kulbrinter vil pâ grund af temperaturstigningen blive desor-beret og f0res med luftstr0mmen til reaktoren 76, hvor der sker en oxydation. 5-10 minutter efter regenereringens be-gyndelse er kulbrintekoncentrationen i luftstr0mmen vokset til et maksimum pâ 2-3 g/Nm . I de f0rste 15-20 minutter, 30 hvor kulbrinteindholdet i luften i ledningen 58 er stort, vil temperaturen være relativt lav. For at sikre tilstrækkelig oxydation i reaktoren 76, mâ luftstr0mmen opvarmes til mindst 260°C, hvilket opnâs ved at recirkulere varm luft over reaktoren via ledningen 66. Temperaturen i luftstr0ramen fra reak-35 toren 76 vil holde en konstant værdi pâ ca. 418°C til trods for temperaturvariationerne i ledningen 58. Dette skyldes del-vis at katalysatoren i reaktoren 76 har en vis kapacitet som 16

DK 156814 B

varmepuffer og delvis at varm luft recirkuleres via ledningen 66. Temperaturen i ledningen 74 vil derfor ogsâ være næsten konstant 418°C. Mængden af renset luft i ledningen 74 vil være identisk med v .

o 5 12 xninutter efter regenereringens begyndelse standses tilf0rslen af varm luft fra ledningen 70 til samlingspunktet 72, og samtidig 0ges mængden af forurenet luft i ledningen 42.

Resten af regenereringen foretages med 130°C varm, forurenet 3 luft i en mængde pâ 4000 Nm /h. Recirkulationen over reaktoren 3 10 76 kan nedsættes til 3500 Nm /h, idet temperaturen af luften i udgangen af vedkommende reaktor 48 er begyndt at stige. Den-ne temperatur vil nâ et maksimum pâ ca. 600°C ca. 25 minutter efter regenereringens begyndelse. Samtidig vil ogsâ temperaturen af den rensede luftstr0m fra reaktoren 76 nâ et maksi-15 mum pâ ca. 600°C. Kulbrinteindholdet i ledningen 58 vil efter 3 15-20 minutters régénération være faldet til under 20 mg/Nm .

Brænderen 62 kommer ikke i brug under regenereringen, men bruges kun ved anlæggets start og der er sâledes intet forbrug af energi til opvarmning af luftstr0mme under anlæg-20 gets normale drift, hvilket er en stor fordel ved konstruk-tionen. I den varme rensede luftstr0m, der bortledes via ledningen 74, befinder der sig som omtalt store varmemængder.

Ved afk0ling af luftstr0mmen til 130°C udnyttes en varmemæng-de svarende til brændværdien af 27 kg olie pr. time.

25 30 35

DK 156814 B

17

Tabel 1

Antal minutter fra regenere-ringsperiodens begyndelse 0-12 12-20 20-25 25 25-30 30-35 5 Vq (Nm3/h) 1000 4000 4000 4000 4000 4000 νχ (Nm3/h) 3000 4000 4000 4000 4000 4000 v2 (Nm3/h) 4000 3500 3500 3500 3500 3500 Τχ (°C) 318 130 130 130 130 130 T2 (°C) 130 200 450 600 450 350 10 T3 (°C) 290 300 450 600 450 350

Kulbrintekon-centrationen i ledning 58 (g/Νπι ) max 2-3 1-0,02 <0,01 <0,01 <0,01 <0,01 15

Eksempel 3

Ved et f0rste fors0g med det i fig. 3 viste fors0gsan-læg anvendtes luft forurenet med styren. Adsorbent-katalysato-ren var den foran omtalte kobberkromit-Y-aluinina adsorbent-ka- 20 talysator, i form af kugler med en diameter pa 3-6 mm.

4,4 Nm^ pr. time luft indeholdende 0,22 g styren pr.

Nm3 blev med en temperatur pâ 50°C ledt ind i adsorbent-ka-talysatorlejet. Mængden af adsorbent-katalysator var 1,67 kg svarende til 1,8 liter. Styrenindholdet i udgangsstr0mmen fra 25 reaktoren blev pâ kulbrinteanalysatoren malt som volumen-ppm metanækvivalenter, i. det f01gende betegnet C,. Det kan nævnes, 3 1 at 100 mg styren pr. Nm svarer til 179 vol.-ppm C^. I ad- sorptionsperiodens f0rste 30 timer blev styrenindholdet i den rensede luft mâlt til under 20 vol.-ppm C,. Efter 40 timers 30 1 drift steg indholdet til 3Q vol.-ppm C^, og efter 45 timer var styrenindholdet steget til 50 vol.-ppm C^. Adsorptionspe- rioden var derved forbi, og regenereringen betyndte. Luftstr0m- 3 men blev reduceret til 1,1 Nm pr» time samtidig med at tem- peraturen i luftstr0mmen til katalysatorlejet blev hævet til 35 n 300 C. Det adsorberede stof ved lejets indgang blev antændt ved ca. 280°C, og en varm zone bevægede sig derefter ned gen-

DK 156814 B

18 nem lejet. Den varme zone nâede sin h0jeste temperatur pâ 700°C ca. 150 mm nede i lejet. Den varme zone nâede reakto-rens udgang efter ca. 1 time. Styrenindholdet i udgangsluften fra reaktoren var ved regenereringens begyndelse 5 30 vol.-ppm C-^. I 10bet af de f0rste ca. 17 minutter af rege- nereringsperioden steg styrenindholdet til over 1000 vol.-ppm C1, der er den 0vre grænse for, hvad kulbrinteanalysatoren kunne mâle. Efter ca. 40 minutters forl0b faldt styrenindholdet igen til under 1000 vol.-ppm Cog i 10bet af de efter-10 f01gende 10 minutter faldt styrenindholdet til 20 vol.-ppm . Regenereringen varede sâledes ialt 50 minutter. Fors0get blev gentaget 3 gange, og résultatet var i det væsentlige som ovenfor beskrevet. Beregninger over fors0gsdataene viser, at adsorptionsevnen ved de benyttede dirftsbetingelser er ca.

15 25 g styren pr. kg af adsorbent-katalysatoren..

Efter 45 timers adsorptionsdrift blev en pr0ve pâ nogle gram adsorbent-katalysator udtaget og analyseret. Pr0ven inde-holdt 33 g organisk kulstof pr. kg. Pr0ven blev derefter var-mebehandlet ved 20Q°C i nitrogen. Efter ophold ved denne tem-20 peratur i 2 timer blev pr0ven pâ ny analyseret. Indholdet af organisk kulstof blev bestemt til 15 g pr. kg adsorbent-katalysator. Det ma formodes, at denne mængde organisk kulstof svarer til styren adsorberet i mere eller mindre polymeriseret form.

25

Eksempel 4 I denne forsçôgsserie, der bestod af fire enkeltfors0g, indeholdt reaktoren 1,6 liter (1,5 kg) af adsorbent-katalysatoren placeret i et leje med h0jden 40 cm. Luftstr0mmen til 30 adsorbent-katalysatorlejet var ved samtlige fors0g 4,0 Nm /h. Luftstr0mmen blev forurenet med en kulbrinteblanding med et kogepunktsinterval 240-270°C, der typisk anvendes som opl0s-ningsmiddel ved heatset-offset trykning.

Temperaturen og kulbrinteindholdet i luftstr0mmen ved 35 indgangen (Z=0) til adsorbent-katalysatorlejet fremgâr af nedenstâende tabel 2.

DK 156814 B

19

Tabel 2

Fors0g nr. Temperatur, °C Kulbrinteindhold, g pr. Nm^ ,1 — . M ........... .I — ' » ' ' — * — ' " ----— " " ' * ...... ' 1 155 1,40 2 125 1,40 5 3 122 0,78 4_100_0,91_

Kulbrintekoncentrationen i udgangsstr0iranen fra reakto-ren blev pâ kulbrinteanalysatoren malt som volumen-ppm C,.

10

Fig. 4 viser grafisk kulbrintekoncentrationen i vol.-ppm C-^ som funktion af. tiden i timer for de fire fors0g. I figuren er indlagt en linie, der angiver koncentrationen 20 mg C pr.

3

Nm , som ofte er den tilladte maksimalgrænse for émission til atmosfæren.

1 R

Af fig. 4 fremgâr det, at adsorptionskapaciteten i det unders0gte temperaturomrâde er meget temperaturafhængig, idet en ringe temperaturfor0gelse eller temperatursænkning vil medf0re henholdsvis en stærk formindskelse eller for0gelse af adsorptionskapaciteten.

20 Adsorbent-katalysatoren havde inden fors0gsserien væ- ret benyttes i 1Q adsorptions- og regenereringscykler, hvor den maksimale temperatur under regenereringerne var i omrâdet 9QQ-920°C; den foran ansatte grænse pâ 800-850°C giver altsâ en god sikkerhedsmargin. Under yderligere 10 adsorptions- og o c regenereringskredsl0b blev adsorptionskapaciteten malt. Der var ikke tegn pâ nogen signifikant formindskelse af adsorptionskapaciteten .

I fors0g 2 blev adsorptionsperioden tilendebragt efter 6 1/2 time, og regenereringen pâbegyndtes. Pâ dette tidspunkt 30 havde adsorbent-katalysatoren if0lge beregninger adsorberet ialt 39 g kulbrinte syarende til 26 g pr. kg. Forl0bet af regenereringen, der blev foretaget med ren luft, er vist i fig. 5. Tiden fra regenereringens begyndelse er angivet i minutter ad abscissen. Venstre ordinat angiver indholdet af 35 metan-ækvivalenter i luftstr0mmen fra reaktoren, h0jre ordinat temperaturen mâlt i forskellige dybder (Z) i adsorbent-katalysatorlejet. Da lejets længde er 40 cm, svarer Z=0 til 20

DK 156814 B

indgangslaget i lejet, og Z=40 svarer til udgangslaget i lej-et. Temperaturen i Z=Q er identisk med temperaturen i den luftstr0m, der benyttes ved regenereringen; temperaturen i Z=4Q er identisk med temperaturen i den luftstr0m, der ledes 5 fra reaktoren.

Af fig. 5 fremgâr det, at regenereringsluftens temperatur i de f0rste ca. 10 minutter var ca. 290°C, og at temperaturen i den resterende del af regenereringen var ca. 100°C.

Af figuren fremgâr det, at den h0jeste temperatur i lejet, 10 nemlig ca. 930°C, konstateredes i 10 cm's dybde.

Tilsvarende regenereringer med mindre mængder adsorbat viser, at ca. 15 g kulbrinte pr. kg adsorbent vil give en maksimal temperatur i lejet pâ ca. 825°C.

Kulbrintekoncentrationen i udgangsluften faldt, som 15 det ogsâ fremgâr af figuren, til under 10 vol.-ppm efter ca. 2Q minutter. Regenereringen var tilendebragt efter 30 minutter. I de sidste 10 minutter af regenereringen blev adsor-batet oxyderet fuldstændigt pâ adsorbent-katalysatoren. Almin-deligvis vil i 10bet af hele regenereringsperioden ca. halv-20 delen af adsorbatet blive oxyderes pâ adsorbent-katalysatoren mens resten vil blive f0rt med luftstr0mmen til efterrensnings-sektionen.

25 30 35

Claims (6)

1. Anlæg til fjernelse af oxiderbare bestanddele fra forurenede gasser, især forurenet luft, og bestâende af mindst én reaktor (16) med et soin adsorbent og ved for- 5 h0jet temperatur tillige som oxidationskatalysator virk-somt materiale (18), en ledning (10) til at f0re den til behandling værende gas til reaktoren og en ledning (20, 22. til at f0re renset gas bort fra reaktoren, kende-t e g n e t ved,at det tillige indeholder organer (12,14), 10 fortrinsvis i form af et brændkammer (12) med en brænder (14), til intermitterende régénération af katalysatoren i reaktoren (16) og organer (32-42) til efterrensning af fra reaktoren udgâende gas.

2. Anlæg if0lge krav 1, kendetegnet ved, at 1. organerne til efterrensning af gas udgâende fra reaktoren (16) under régénération udg0res af et med en afgrening (30) fra afgangsledningen (20) forbundet, med en brænder (34) forsynet yderligere brændkammer (32), en efterf0l-gende reaktor (36) med en oxidationskatalysator (38) og 20 en ledning (42) fra denne til skorsten eller afgangsled-ningen (22) fra den f0rste reaktor (16).

3. Anlæg if0lge krav 1, kendetegnet ved, at det har (i) mindst to parallelforbundne reaktorer (48*, II 48 ..) med adsorbent/katalysatormateriale Π8) , (ii) en 25 tilf0rselsledning (10) med afgrening dels (42) til en I II efterrensningssektion, dels (44; 46 , 46 ...) til reak- torerne (48*, 48**...), og (iii) afgangsledninger fra disse dels (50*, 50**...; 22) til skorsten, dels (56*, 56 ...; 58) til efterrensningssektionen der bestâr af 2. et brændkammer (6 0) med en brænder (62) , en ledning fra dette brændkammer (60) til en reaktor (76) med en oxidationskatalysator og en afgangsledning (70) fra reaktoren (76) med afgreninger dels (74) via ledninger ud af anlæg-get, dels (52; 54*, 54**...) til reaktorerne (48*, 48**..) 35 og dels en tilbagel0bsledning (66) til ledningen (56,68) mellem efterrensningssektionens brændkammer (60) eg sam-mes reaktor (76). DK 156 814 B

4. Anlæg if0lge krav 3, kendetegnet ved, at oxidationskatalysatoren i reaktoren (76) i efterrensnings-sektionen omfatter det samme materiale, som den adsorbent/ katalysator, der er til stede i de parailelforbundne reak- 5 torer (48^, 481^..)·

5. Anlæg if0lge krav 3, kendetegnet ved, at afgreningsledningen (42) til efterrensningssektionen m0-des med afgangsledningen (70) fra reaktoren (76) i efterrensningssektionen i et samlingspunkt (72) fra hvilket 10 ogsâ afgreningen (52) til de parailelforbundne reaktorer (48^, 4811...) udgâr.

6. Anlæg if0lge krav 3, kendetegnet ved, at oxidationskatalysatoren bestâr af gamma-aluminiumoxid im-prægneret med kobberkromit. 15 20 25 30 35