EP4532085A1 - Verfahren zur abgasbehandlung - Google Patents

Verfahren zur abgasbehandlung

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Publication number
EP4532085A1
EP4532085A1 EP23725577.3A EP23725577A EP4532085A1 EP 4532085 A1 EP4532085 A1 EP 4532085A1 EP 23725577 A EP23725577 A EP 23725577A EP 4532085 A1 EP4532085 A1 EP 4532085A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
exhaust gas
gas stream
condenser
treatment system
gas phase
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP23725577.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Joao VILAR
Niklas Borges
Naike BENNEFELD
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Continental Reifen Deutschland GmbH
Original Assignee
Continental Reifen Deutschland GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Continental Reifen Deutschland GmbH filed Critical Continental Reifen Deutschland GmbH
Publication of EP4532085A1 publication Critical patent/EP4532085A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/46—Removing components of defined structure
    • B01D53/72—Organic compounds not provided for in groups B01D53/48 - B01D53/70, e.g. hydrocarbons
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/26—Drying gases or vapours
    • B01D53/265—Drying gases or vapours by refrigeration (condensation)
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/32—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by electrical effects other than those provided for in group B01D61/00
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/70—Organic compounds not provided for in groups B01D2257/00 - B01D2257/602
    • B01D2257/708—Volatile organic compounds V.O.C.'s
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2258/00—Sources of waste gases
    • B01D2258/02—Other waste gases
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2259/00—Type of treatment
    • B01D2259/80—Employing electric, magnetic, electromagnetic or wave energy, or particle radiation
    • B01D2259/818—Employing electrical discharges or the generation of a plasma
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/74—General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
    • B01D53/75—Multi-step processes

Definitions

  • the invention relates to a method for treating exhaust gases with an exhaust gas treatment system and a corresponding exhaust gas treatment system. Also disclosed is the use of a corresponding exhaust gas treatment system to reduce the concentration of organic compounds in an exhaust gas stream.
  • VOC volatile organic compounds
  • fragrances volatile organic compounds
  • high VOC concentrations in the exhaust gas can also be a cause pose a safety risk as they can burn and/or even explode if they come into contact with an ignition source.
  • An example of an industry in which the contamination of exhaust gases with VOCs and/or fragrances is regularly particularly pronounced is the rubber processing industry, for example tire production.
  • the rubber processing industry for example tire production.
  • process steps of rubber processing in particular Mixing the mostly complex rubber compositions, but also when vulcanizing these rubber mixtures into vulcanizates, large amounts of VOC can be released, with high concentrations of ethanol in particular regularly representing a major safety risk.
  • thermal afterburning also known as “regenerative thermal oxidizer”; RTO
  • the exhaust gas to be treated is usually preheated with a heating element in order to partially oxidize its components before it is passed into a combustion chamber in which the VOCs are burned, typically the waste heat from the combustion process can be used to preheat it to control the temperature of the heating element used.
  • RTO regenerative thermal oxidizer
  • RTO systems Although satisfactory levels of purification can be achieved with RTO systems in many cases, this technology is sometimes perceived as disadvantageous. This is particularly true because burners are usually used to operate the combustion chamber, which usually have to be operated with fossil fuel. Accordingly, the RTO process is generally not viewed as particularly energy-efficient and, in many cases, requires complex equipment and safety precautions due to the sometimes high combustion temperatures. The relatively high operating costs of RTO systems also indirectly reduce the cost efficiency of the manufacturing processes.
  • the object of the present invention was to eliminate or at least reduce the disadvantages of the prior art described above.
  • the object of the present invention was to provide a method for treating exhaust gases and an associated exhaust gas treatment system with which VOC-containing exhaust gases can be treated reliably and with high cleaning efficiency.
  • fragrances should also be able to be reliably removed from the exhaust gas stream using the method to be specified.
  • the method to be specified should be particularly suitable for the treatment of exhaust gas streams that occur in the rubber processing industry, in particular in the production of vulcanizable rubber mixtures.
  • the exhaust gas treatment system to be specified should have as little space as possible and should be easy to install and maintain. It was desirable that the method to be specified should be particularly easy to design for the exhaust gas treatment of large volumes of exhaust gas.
  • the inventors of the present invention have now found that the tasks described above can surprisingly be achieved if, given a specific composition of the exhaust gas stream, which includes water and organic compounds in the gas phase, the combination of an upstream condenser for separating a condensate with a downstream one Plasma treatment is combined.
  • the invention relates to a method for treating exhaust gases with an exhaust gas treatment system, comprising the method steps: a) introducing an exhaust gas stream into an exhaust gas treatment system, the exhaust gas stream comprising water and at least one organic compound in the gas phase, b) introducing the exhaust gas stream into a condenser and separating a portion of the gas phase as a condensate to obtain a pretreated exhaust gas stream, and c) treating the pretreated exhaust gas stream with a non-thermal plasma or components of a non-thermal plasma to obtain a treated exhaust gas stream.
  • an exhaust gas stream which, in addition to water, also comprises at least one organic compound in the gas phase, is introduced into an exhaust gas treatment system according to the invention.
  • the exhaust gas flow first passes through a condenser.
  • the temperature of the exhaust gas stream is reduced in such a way that condensation of components in the exhaust gas stream, in particular water, occurs.
  • the method according to the invention advantageously takes advantage of the fact that the water, which is particularly easy to condense compared to the VOCs, at least partially dissolves the VOCs, so that a large part of them passes into the liquid phase with the condensed water, which is obtained as the condensate of the condenser becomes.
  • non-thermal plasma which is also referred to as non-equilibrium plasma
  • NTP non-thermal plasma
  • Corresponding systems for the treatment of exhaust gases with non-thermal plasma are commercially available on the market.
  • Non-thermal plasmas are in a thermal imbalance, which is usually achieved through the way the plasma is generated.
  • a large increase in efficiency can be achieved through the combination according to the invention with the capacitor, with the reduced concentration of VOC in the pretreated exhaust gas stream making it possible to use smaller plasma treatment devices and reduce energy requirements without having to compromise on the desired purification performance.
  • the treatment can occur directly through interaction with the non-thermal plasma, but also solely through the action of active plasma components which are generated in a non-thermal plasma and then contacted with the pretreated exhaust gas stream.
  • the efficiency of removing VOCs by condensing out water in the condenser is particularly high when the exhaust gas flow is as saturated as possible with water.
  • the exhaust gas stream in the gas phase has a relative water content in the range from 40 to 100%, preferably in the range from 60 to 100%, particularly preferably in the range from 80 to 100%, stated as relative Air humidity, ie as the relative content of the mass of water per volume of the gas phase based on the maximum possible mass of water in the gas phase at complete saturation.
  • relative Air humidity ie as the relative content of the mass of water per volume of the gas phase based on the maximum possible mass of water in the gas phase at complete saturation.
  • the specification of the relative content of water refers only to the gaseous part of the water, although it cannot be ruled out that, depending on the type of exhaust gas stream, small drops of water may also be present in the exhaust gas stream, which, in the opinion of the inventors, is due to this the efficiency of VOC removal can be further increased.
  • the exhaust gas stream in the gas phase comprises, as an organic compound, at least one alcohol, preferably methanol, ethanol or propanol, particularly preferably ethanol.
  • the process according to the invention is particularly suitable for the treatment of gas phases that have a high content of organic compounds.
  • the efficiency increases that can be achieved by combining the condenser with the non-thermal plasma are particularly clear, with a high content of organic compounds in the gas phase also promoting condensation of the organic compounds in the condenser can.
  • the concentration of organic compounds in the gas phase can be determined, for example, analogously to DIN ISO 16000-6:2020-08, DIN CEN/TS 13649:2015-03 or DIN EN 12619:2013-04 and using commercially available test devices, whereby the determination preferably carried out in accordance with DIN ISO 16000-6:2020-08.
  • a method according to the invention is therefore preferred, wherein the exhaust gas stream in method step a) comprises at least one fragrance in the gas phase.
  • the inventors assume that the condensation of the water, which takes part of the gaseous organic compound with it, removes a large part of the odorants present even before the treatment with the non-thermal plasma, so that the absolute reduction that must be achieved by the non-thermal plasma may be lower.
  • a method according to the invention is also preferred, wherein the condenser is designed to raise the temperature of the exhaust gas stream to a temperature in the range from 3 to 20 ° C, preferably in the range from 5 to 15 ° C, particularly preferably in the range from 7 to 12 ° C , to reduce.
  • the combination of the above information results in a method according to the invention which is particularly suitable for the treatment of exhaust gas streams, as in The area of the rubber processing industry occurs, especially in mixing processes for the production of rubber mixtures.
  • the method according to the invention is therefore particularly predestined for use in these methods.
  • a method according to the invention is therefore preferred, wherein the exhaust gas stream comprises exhaust gases from a rubber processing process, preferably exhaust gases from a mixing process for producing rubber mixtures, in particular vulcanizable rubber mixtures.
  • the condenser comprises a heat exchanger, preferably a tube bundle heat exchanger or plate heat exchanger, particularly preferably a tube bundle heat exchanger. It can be seen as an advantage of the method according to the invention that the condensate obtained from the condenser includes not only water but also organic compounds in the liquid phase.
  • a method according to the invention is preferred, wherein the condensate is removed from the condenser via a fluid line system, the condensate preferably being fed to reprocessing.
  • the treatment of the pretreated exhaust gas stream in method step c) includes the oxidation of the at least one organic compound in the pretreated exhaust gas stream, the oxidation being carried out by components of the non-thermal plasma, preferably by plasma-activated oxygen species.
  • a method according to the invention in which the pretreated exhaust gas stream is treated with a non-thermal plasma which is generated by a plasma generation unit.
  • the inventors believe that it is particularly advantageous if a non-thermal plasma is used, which is generated by electrical discharge between two electrodes.
  • plasma injectors are particularly preferred.
  • Corresponding non-thermal plasma injectors are known from the prior art and are commercially available. These plasma injectors inject the components of the non-thermal plasma into the fluid stream of the pretreated exhaust gas, in which they in turn lead to oxidation of the unwanted components.
  • a method according to the invention is therefore preferred, wherein the plasma generation unit comprises one or more plasma injectors which are designed to contact the pretreated exhaust gas stream with a non-thermal plasma or components of a non-thermal plasma, the pretreated exhaust gas stream preferably being passed past the plasma injectors.
  • a method according to the invention is preferred, wherein the exhaust gas stream is filtered with a filter, preferably a particle filter, before being introduced into the condenser.
  • a method according to the invention is preferred, wherein the pretreated exhaust gas stream and the treated exhaust gas stream are not filtered.
  • the inventors propose to determine the content of the organic compound in the treated exhaust gas stream and, if necessary, to adjust the process parameters of the exhaust gas treatment in the light of the determined values.
  • a method according to the invention is therefore preferred, wherein the content of the organic compound in the treated exhaust gas stream is determined using a sensor unit.
  • the presence of water in the exhaust gas stream is essential for the process according to the invention, with excellent results being achieved particularly with high water contents, ie high relative air humidities. This means that the purification efficiency can be reduced for exhaust gases that only contain small amounts of water.
  • the inventors propose to specifically provide humidification devices which are designed to produce the desired level of moisture in the exhaust gas stream.
  • an improvement in the purification efficiency can also be achieved in an advantageous manner for those exhaust gas streams which already contain certain amounts of gaseous water, whereby the spraying of water droplets into the exhaust gas stream can also result in an additional increase in efficiency.
  • a method according to the invention is therefore preferred, wherein the exhaust gas stream is mixed with steam before or during process step a), preferably by a humidification device, in order to increase the water content in the exhaust gas stream increase.
  • the invention also relates to an exhaust gas treatment system, in particular for use in a method according to the invention, comprising: i) a condenser for separating a condensate from the gas phase of an exhaust gas stream with an exhaust gas inlet and an exhaust gas outlet, and ii) a plasma generation unit connected in a fluid-conducting manner to the exhaust gas outlet of the condenser to generate a non-thermal plasma.
  • the exhaust gas treatment system is suitable for use in a method according to the invention.
  • the person skilled in the art understands that the above statements regarding preferred embodiments of the method according to the invention also apply to the exhaust gas treatment system according to the invention. Correspondingly preferred embodiments of the exhaust gas treatment system are addressed below.
  • the exhaust gas treatment system comprises a condenser and a plasma generation unit connected to the condenser.
  • a particle filter in front of the condenser.
  • An exhaust gas treatment system according to the invention is therefore preferred, wherein the exhaust gas treatment system additionally comprises: iii) a filter, preferably a particle filter, wherein the filter is preferably arranged in front of the exhaust gas inlet of the condenser, with particularly preferably no filters being arranged between the capacitor and the plasma generation unit.
  • an exhaust gas treatment system according to the invention is preferred, the exhaust gas treatment system additionally comprising: iv) a humidification device for humidifying an exhaust gas stream introduced into the condenser.
  • An exhaust gas treatment system is also preferred, wherein the condenser comprises a fluid line system for removing condensate from the condenser.
  • the condenser comprises a fluid line system for removing condensate from the condenser.
  • exhaust gas streams released into the environment must comply with the applicable legal regulations, for example
  • an exhaust gas treatment system according to the invention is therefore preferred, the exhaust gas treatment system additionally comprising: v) a sensor unit, preferably a sensor for determining the content of organic compounds, whereby the Sensor unit is preferably connected in a fluid-conducting manner to the exhaust gas outlet of the plasma generation unit, wherein the sensor unit is particularly preferably arranged at the exhaust gas outlet of the plasma generation unit.
  • an exhaust gas treatment system according to the invention, the exhaust gas treatment system additionally comprising: vi) a chimney connected in a fluid-conducting manner to an exhaust gas outlet of the plasma generation unit.
  • an exhaust gas treatment system for reducing the concentration of organic compounds in an exhaust gas stream, preferably in an exhaust gas stream of a rubber processing process.
  • Fig. 1 is a schematic representation of an exhaust gas treatment system according to the invention in a preferred embodiment.
  • Fig. 1 shows an exhaust gas treatment system 10 according to the invention for treating exhaust gases.
  • the exhaust gas treatment system 10 comprises a condenser 12 and a plasma generation unit 20.
  • An exhaust gas stream can be introduced through an exhaust gas inlet 16 of the condenser 12, as illustrated by dashed arrows in FIG. 1. If necessary, the exhaust gas stream can be filtered through a particulate filter (not shown) before entering the condenser 12.
  • the exhaust gas stream includes exhaust gases from a mixing process for producing vulcanizable rubber mixtures. It has a relative water content of approximately 85% in the gas phase (relative humidity) and includes at least one fragrance and ethanol as an organic compound with a relative content of approximately 75%, stated as the relative content of the mass of ethanol per volume of the gas phase based on the maximum possible mass of ethanol in the gas phase at complete saturation.
  • the condenser 12 is designed to reduce the temperature of the exhaust gas stream to a temperature of approximately 8 ° C.
  • the condenser 12 includes a heat exchanger 14, for example a tube bundle heat exchanger.
  • the condenser 12 may further include a humidification device for humidifying the exhaust gas stream (not shown) in order to increase the effectiveness of the exhaust gas treatment system.
  • the condensate is drained from the interior of the condenser 12 via a fluid line system 22 into a processing unit (not shown).
  • the exhaust gas stream pretreated in this way leaves the condenser 12 via an exhaust gas outlet 18 and is guided past a plasma generation unit 20, which is designed as a plasma injector.
  • the plasma generation unit 20 is designed to produce a non-thermal plasma by an electrical discharge between two To generate electrodes and is connected to the capacitor 12 in a fluid-conducting manner, so that the pretreated exhaust gas stream is treated in the area hatched in FIG. 1.
  • the plasma generation unit 20 comprises a plurality of plasma injectors, past which the pretreated exhaust gas stream is passed.
  • the plasma injectors contact the pretreated exhaust gas stream with the non-thermal plasma or components of the non-thermal plasma in order to obtain a treated exhaust gas stream from the pretreated exhaust gas stream.
  • the treated exhaust gas stream is checked for its content of organic compounds with a sensor unit connected to the plasma generation unit 20 in a fluid-conducting manner (not shown).
  • the treated exhaust gas stream is finally released into the environment via a chimney 24.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung von Abgasen mit einem Abgasbehandlungssystem (10), umfassend die Verfahrensschritte: a) Einleiten eines Abgasstroms in ein Abgasbehandlungssystem (10), wobei der Abgasstrom in der Gasphase Wasser und zumindest eine organische Verbindung umfasst, b) Einbringen des Abgasstroms in einen Kondensator (12) und Abscheiden eines Teils der Gasphase als Kondensat zum Erhalt eines vorbehandelten Abgasstroms, und c) Behandeln des vorbehandelten Abgasstroms mit einem nichtthermischen Plasma oder Bestandteilen eines nichtthermischen Plasmas zum Erhalt eines behandelten Abgasstroms.

Description

Verfahren zur Abqasbehandlunq
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung von Abgasen mit einem Abgasbehandlungssystem und ein entsprechendes Abgasbehandlungssystem. Offenbart wird zudem die Verwendung eines entsprechenden Abgasbehandlungssystems zur Verringerung der Konzentration an organischen Verbindungen in einem Abgasstrom.
In vielen Bereichen der Technik, insbesondere in der Chemieindustrie, lässt es sich in vielen Fällen nicht vermeiden, dass erhebliche Mengen an Abgasen produziert werden, welche in die Umwelt eingeleitet werden müssen. In vielen Fällen umfassen diese Abgase leichtflüchtige organische Verbindungen (sogenannte "volatile organic compounds" VOC) sowie Riechstoffe. Viele der auftretenden VOC werden, insbesondere in hohen Konzentrationen, als umweit- und/oder gesundheitsschädlich angesehen oder stellen, ähnlich wie die Riechstoffe, zumindest eine potenzielle Quelle für ungewollte Geruchsbelästigungen dar. Über diese Faktoren hinaus, können hohe VOC-Konzentrationen im Abgas zudem ein Sicherheitsrisiko darstellen, da diese bei Kontakt mit einer Zündquelle abbrennen und/oder sogar explodieren können. Vor diesem Hintergrund bestehen in vielen Ländern Vorschriften über die maximal zulässigen Konzentrationen an VOC und/oder Riechstoffen in Abgasströmen. Insbesondere im Zuge des zunehmenden Bewusstseins für die Relevanz eines nachhaltigeren Wirtschaftens und einer Schonung der Umwelt verschärfen sich diese Vorgaben in den letzten Jahren in vielen Ländern, wobei sich viele Unternehmen auch selbst ambitionierte Ziele hinsichtlich der Abgasbelastung der Umwelt setzen.
Ein Beispiel für eine Industrie, in der die Belastung von Abgasen mit VOC und/oder Riechstoffen regelmäßig besonders ausgeprägt ist, ist die Kautschuk verarbeitende Industrie, beispielsweise die Reifenfertigung. Bei den Prozessschritten der Kautschukverarbeitung, insbesondere dem Mischen der zumeist komplexen Kautschukzusammensetzungen, aber auch beim Vulkanisieren dieser Kautschukmischungen zu Vulkanisaten können große Mengen an VOC freigesetzt werden, wobei insbesondere hohe Konzentrationen an Ethanol regelmäßig ein großes Sicherheitsrisiko darstellen.
Ein aus dem Stand der Technik bekanntes und in vielen Industriebereichen etabliertes Verfahren zur Abgasbehandlung ist die sogenannte thermische Nachverbrennung (im Englischen auch als "regenerative thermal oxidizer" bezeichnet; RTO). In diesem Verfahren wird das zu behandelnde Abgas zumeist mit einem Heizelement vorgeheizt, um dessen Bestandteile teilweise zu oxidieren, bevor es in eine Verbrennungskammer geführt wird, in der die VOC verbrannt werden, wobei typischerweise die Abwärme des Verbrennungsprozesses verwendet werden kann, um das zum Vorheizen verwendete Heizelement zu temperieren. Diese Systeme erreichen regelmäßig hohe Aufreinigungsgrade, wobei häufig bis zu 99,5% der VOC entfernt werden können.
Obwohl mit RTO-Anlagen in vielen Fällen zufriedenstellende Aufreinigungsgrade erreicht werden können, wird diese Technologie zuweilen auch als nachteilig empfunden. Dies gilt insbesondere deshalb, weil für den Betrieb der Verbrennungskammer zumeist Brenner eingesetzt werden, welche mit einem zumeist fossilen Brennstoff betrieben werden müssen. Entsprechend wird das RTO-Verfahren regelmäßig nicht als besonders energieeffizient angesehen und erfordert in vielen Fällen wegen der teilweise hohen Verbrennungstemperaturen zudem aufwändige apparative Einrichtungen beziehungsweise Sicherheitsvorkehrungen. Die relativ hohen Betriebskosten von RTO-Anlagen verschlechtern mittelbar ebenfalls die Kosteneffizienz der Herstellungsprozesse.
Es war die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die vorstehend beschriebenen Nachteile des Standes der Technik auszuräumen oder zumindest zu verringern. Insbesondere war es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Behandlung von Abgasen und ein zugehöriges Abgasbehandlungssystem anzugeben, mit dem VOC-haltige Abgase zuverlässig und mit hoher Reinigungseffizienz aufbereitet werden können.
Hierbei war es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, dass das anzugebende Verfahren ohne den Einsatz von hohen Temperaturen beziehungsweise Verbrennungsschritten ausführbar sein sollte.
Es war eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, dass mit dem anzugebenden Verfahren auch Riechstoffe zuverlässig aus dem Abgasstrom entfernt werden können sollten.
Insoweit war es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die mit der Entfernung von VOC und/oder Riechstoffen verbundenen Prozesskosten und den hierfür nötigen apparativen Aufwand im Abgasbehandlungssystem möglichst zu minimieren, wobei insbesondere der Energieverbrauch und der Bedarf an fossilen Brennstoffen reduziert werden sollte.
Es war dabei eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, dass das anzugebende Verfahren insbesondere für die Aufbereitung von solchen Abgasströmen geeignet sein sollte, die im Bereich der Kautschuk verarbeitenden Industrie, insbesondere bei der Herstellung von vulkanisierbaren Kautschukmischungen, auftreten.
Hierbei war es wünschenswert, dass das anzugebende Verfahren und das zugehörige Abgasbehandlungssystem leicht mit anderen Verfahren der Abgasaufbereitung kombinierbar sein sollten, um gegebenenfalls die Effizienz weiter steigern zu können.
Zudem war es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, dass das anzugebende Abgasbehandlungssystem einen möglichst geringen Raumbedarf aufweisen sollte sowie einfach zu installieren und zu warten sein sollte. Hierbei war es wünschenswert, dass das anzugebende Verfahren besonders leicht auf die Abgasbehandlung großer Volumina an Abgas auslegbar sein sollte.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben nunmehr gefunden, dass sich die vorstehend beschriebenen Aufgaben überraschenderweise lösen lassen, wenn bei einer spezifischen Zusammensetzung des Abgasstroms, welcher in der Gasphase Wasser und organische Verbindungen umfasst, die Kombination aus einem vorgeschalteten Kondensator zum Abscheiden eines Kondensats mit einer nachgeschalteten Plasmabehandlung kombiniert wird.
In einem entsprechenden Verfahren lässt sich eine ausgezeichnete Effizienz der VOC- und/oder Riechstoff-Entfernung erreichen, wobei der Energiebedarf, insbesondere der Verbrauch an fossilen Brennstoffen, und die Treibhausgasemission signifikant reduziert ist. Das hierfür benötigte Abgasbehandlungssystem setzt auf vergleichsweise kleine Komponenten, und ist wegen der Einfachheit der eingesetzten Teile und des Verzichts auf tatsächliche Verbrennungsvorgänge einfach zu installieren und zu warten, wobei es sich leicht in bestehende Prozesslinien integrieren lässt.
Die vorstehend genannten Aufgaben werden entsprechend durch den Gegenstand der Erfindung gelöst, wie er in den Ansprüchen definiert ist. Bevorzugte erfindungsgemäße Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und den nachfolgenden Ausführungen.
Solche Ausführungsformen, die nachfolgend als bevorzugt bezeichnet sind, werden in besonders bevorzugten Ausführungsformen mit Merkmalen anderer als bevorzugt bezeichneter Ausführungsformen kombiniert. Ganz besonders bevorzugt sind somit Kombinationen von zwei oder mehr der nachfolgend als besonders bevorzugt bezeichneten Ausführungsformen. Ebenfalls bevorzugt sind Ausführungsformen, in denen ein in irgendeinem Ausmaß als bevorzugt bezeichnetes Merkmal einer Ausführungsform mit einem oder mehreren weiteren Merkmalen anderer Ausführungsformen kombiniert wird, die in irgendeinem Ausmaß als bevorzugt bezeichnet werden. Merkmale bevorzugter Abgasbehandlungssystems und Verwendungen ergeben sich aus den Merkmalen bevorzugter Verfahren.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung von Abgasen mit einem Abgasbehandlungssystem, umfassend die Verfahrensschritte: a) Einleiten eines Abgasstroms in ein Abgasbehandlungssystem, wobei der Abgasstrom in der Gasphase Wasser und zumindest eine organische Verbindung umfasst, b) Einbringen des Abgasstroms in einen Kondensator und Abscheiden eines Teils der Gasphase als Kondensat zum Erhalt eines vorbehandelten Abgasstroms, und c) Behandeln des vorbehandelten Abgasstroms mit einem nichtthermischen Plasma oder Bestandteilen eines nichtthermischen Plasmas zum Erhalt eines behandelten Abgasstroms.
Im erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Abgasstrom, welcher in der Gasphase neben Wasser auch zumindest eine organische Verbindung umfasst, in ein erfindungsgemäßes Abgasbehandlungssystem eingebracht. In diesem Abgasbehandlungssystem durchläuft der Abgasstrom zunächst einen Kondensator. In diesem Kondensator wird die Temperatur des Abgasstromes derart verringert, dass es zu einer Kondensation von Bestandteilen im Abgasstrom, insbesondere von Wasser, kommt. Hierbei nutzt das erfindungsgemäße Verfahren in vorteilhafter Weise aus, dass das im Vergleich zu den VOC besonders leicht zu kondensierende Wasser die VOC zumindest teilweise löst, sodass diese zu einem großen Teil mit dem kondensierten Wasser in die flüssige Phase übergehen, welche als Kondensat des Kondensators erhalten wird. Hierdurch kommt es zu einer effizienten Vorabscheidung von VOC aus dem Abgasstrom, sodass ein vorbehandelter Abgasstrom erhalten wird. Erst dieser vorbehandelte Abgasstrom wird hinter dem Kondensator in spezifischer Weise weiter behandelt, nämlich mit einem sogenannten nichtthermischen Plasma. Typisch ist insoweit ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei der behandelte Abgasstrom in die Umwelt abgegeben wird, bevorzugt über einen Schornstein.
Das Konzept eines nichtthermischen Plasmas (NTP), welches auch als Nichtgleichgewichtsplasma bezeichnet wird, ist dem Fachmann dabei bekannt. Entsprechende Systeme für die Behandlung von Abgasen mit nichtthermischem Plasma sind dabei kommerziell am Markt erhältlich. Nichtthermische Plasmen befinden sich in einem thermischen Ungleichgewicht, was zumeist über die Art der Plasmaerzeugung realisiert wird. Gegenüber den auch zum Zwecke der Abgasreinigung am Markt verfügbaren Systemen, welche auf dem Einsatz von nichtthermischen Plasmen basieren, kann durch die erfindungsgemäße Kombination mit dem Kondensator eine große Effizienzsteigerung erreicht werden, wobei die verringerte Konzentration an VOC im vorbehandelten Abgasstrom es ermöglicht, kleinere Plasmabehandlungsvorrichtungen einzusetzen und den Energiebedarf zu reduzieren, ohne hinsichtlich der erwünschten Aufreinigungsleistung Abstriche machen zu müssen. In Übereinstimmung mit dem fachmännischen Verständnis kann die Behandlung direkt durch Wechselwirkung mit dem nichtthermischen Plasma erfolgen, aber auch lediglich durch die Einwirkung von aktiven Plasmabestandteilen, welche in einem nichtthermischen Plasma erzeugt und dann mit dem vorbehandelten Abgasstrom kontaktiert werden.
Wie vorstehend erläutert, kommt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren, welches auf die Kombination eines Kondensators mit einem nichtthermischen Plasma setzt, der Anwesenheit von Wasser im Abgasstrom eine große Bedeutung zu, da dies nach Einschätzung der Erfinder für die Erfindung wesentlich ist. Die Effizienz der Entfernung von VOC durch das Auskondensieren von Wasser im Kondensator ist nach Einschätzung der Erfinder dann besonders hoch, wenn der Abgasstrom möglichst gesättigt mit Wasser ist. Bevorzugt ist entsprechend ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei der Abgasstrom in der Gasphase einen relativen Gehalt an Wasser im Bereich von 40 bis 100 %, bevorzugt im Bereich von 60 bis 100 %, besonders bevorzugt im Bereich von 80 bis 100 %, aufweist, angegeben als relative Luftfeuchte, d.h. als relativer Gehalt der Masse an Wasser pro Volumen der Gasphase bezogen auf die maximal mögliche Masse an Wasser in der Gasphase bei vollständiger Sättigung. Hierbei bezieht sich die Angabe des relativen Gehaltes an Wasser in Übereinstimmung mit dem fachmännischen Verständnis nur auf den gasförmigen Teil des Wassers, wobei nicht ausgeschlossen ist, dass je nach Art des Abgasstromes zusätzlich auch kleine Wassertropfen im Abgasstrom vorliegen können, wobei hierdurch nach Einschätzung der Erfinder die Effizienz der VOC-Entfernung weiter gesteigert werden kann.
Als organische Verbindungen, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren entfernt werden können, kommen im Prinzip alle typische VOC infrage. Den Erfindern ist es insoweit jedoch gelungen, ausgewählte organische Verbindungen zu identifizieren, mit denen sich im erfindungsgemäßen Verfahren besonders gute Ergebnisse und hohe Abscheidungsraten im Kondensator erreichen lassen, wobei das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere für die Entfernung von Ethanol geeignet ist. Bevorzugt ist also ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei der Abgasstrom in der Gasphase als organische Verbindung zumindest einen Alkohol, bevorzugt Methanol, Ethanol oder Propanol, besonders bevorzugt Ethanol, umfasst.
Die Erfinder haben gefunden, dass das erfindungsgemäße Verfahren in vorteilhafter Weise besonders für die Behandlung von Gasphasen geeignet ist, die einen hohen Gehalt an organischen Verbindungen aufweisen. Bei diesen Abgasströmen zeigen sich die durch die Kombination des Kondensators mit dem nichtthermischen Plasma erzielbaren Effizienzsteigerungen besonders deutlich, wobei ein hoher Gehalt an organischen Verbindungen in der Gasphase zudem eine Kondensation der organischen Verbindungen im Kondensator befördern kann. Bevorzugt ist insoweit ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei der Abgasstrom in der Gasphase einen relativen Gehalt an zumindest einer organischen Verbindung, bevorzugt an einem Alkohol, im Bereich von 0,03 bis 0,825 %, bevorzugt im Bereich von 0,3 bis 0,7 %, besonders bevorzugt im Bereich von 0,33 bis 0,625 %, aufweist, angegeben als relativer Gehalt der organischen Verbindung pro Volumen der Gasphase. Die Konzentration von organischen Verbindungen in der Gasphase kann beispielsweise analog DIN ISO 16000-6:2020-08, DIN CEN/TS 13649:2015-03 oder DIN EN 12619:2013-04 und unter Einsatz kommerziell erhältlicher Prüfgeräte bestimmt werden, wobei die Bestimmung bevorzugt gemäß der DIN ISO 16000-6:2020-08 erfolgt.
Es kann als Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens gesehen werden, dass mit diesem neben VOC auch sonstige Riechstoffe zuverlässig entfernt werden können. Bevorzugt ist daher ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei der Abgasstrom in Verfahrensschritt a) in der Gasphase zumindest einen Riechstoff umfasst. Ohne an diese Theorie gebunden sein zu wollen, gehen die Erfinder davon aus, dass die Kondensation des Wassers, welche einen Teil der gasförmigen organischen Verbindung mitnimmt, hierbei auch bereits vor der Behandlung mit dem nichtthermischen Plasma einen großen Teil der vorhandenen Riechstoffe mit entfernt, sodass die absolute Reduktion, die durch das nichtthermische Plasma erreicht werden muss, geringer ausfallen kann.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigen sich besonders ausgeprägt in solchen Fällen, in denen es zu einer spürbaren Kondensation im Kondensator kommt. Hierfür ist es zielführend, wenn eine hinreichend große Differenz zwischen der Temperatur des in den Kondensator eingespeisten Abgasstromes und der Temperatur des Kondensators besteht, wobei es den Erfindern gelungen ist, Bereiche für diese Temperaturen anzugeben, mit denen sich eine vorteilhafte Energieeffizienz bei gleichzeitig guter Aufbereitungsleistung erreichen lässt. Bevorzugt ist nämlich ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei der Abgasstrom in Verfahrensschritt a) eine mittlere Temperatur im Bereich von 30 bis 60 °C, bevorzugt im Bereich von 30 bis 50 °C, besonders bevorzugt im Bereich von 30 bis 40 °C, aufweist. Bevorzugt ist gleichfalls ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei der Kondensator dazu eingerichtet ist, die Temperatur des Abgasstroms auf eine Temperatur im Bereich von 3 bis 20 °C, bevorzugt im Bereich von 5 bis 15 °C, besonders bevorzugt im Bereich von 7 bis 12 °C, zu reduzieren.
In der Zusammenschau der vorstehenden Informationen, insbesondere der Vorteilhaftigkeit von hohen Wasserkonzentrationen im Abgasstrom in Kombination mit der ausgezeichneten Abscheidungsleistung für Ethanol und den als effizient identifizierten Temperaturen des Abgasstromes ergibt sich ein erfindungsgemäßes Verfahren, welches besonders geeignet für die Aufbereitung von Abgasströmen ist, wie sie im Bereich der Kautschuk verarbeitenden Industrie auftreten, insbesondere bei Mischungsprozessen zur Herstellung von Kautschukmischungen. Damit ist das erfindungsgemäße Verfahren für den Einsatz in diesen Verfahren besonders prädestiniert. Bevorzugt ist daher ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei der Abgasstrom Abgase eines Kautschukverarbeitungsprozesses umfasst, bevorzugt Abgase aus einem Mischungsprozess zur Herstellung von Kautschukmischungen, insbesondere vulkanisierbaren Kautschukmischungen.
In den Experimenten der Erfinder wurde vorteilhafterweise gefunden, dass im Wesentlichen alle Arten von Kondensatoren für den Einsatz im erfindungsgemäßen Verfahren prinzipiell geeignet sind. Dabei konnte jedoch identifiziert werden, dass insbesondere der Einsatz von Rohrbündel- und/oder Plattenwärmetauschern in besonders leistungsfähigen Verfahrensführungen resultiert. Bevorzugt ist also ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei der Kondensator einen Wärmetauscher umfasst, bevorzugt einen Rohrbündelwärmetauscher oder Plattenwärmetauscher, besonders bevorzugt einen Rohrbündelwärmetauscher. Es kann als Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens gesehen werden, dass das aus dem Kondensator erhaltene Kondensat neben Wasser auch organische Verbindungen in der flüssigen Phase umfasst. Hierdurch ist es in vorteilhafter Weise möglich, das Kondensat einer Wiederaufbereitung zuzuführen und die organischen Verbindungen, beispielsweise Ethanol zurückzugewinnen, um diese in anderen Verfahren einzusetzen, gegebenenfalls unmittelbar als Gemisch aus organischer Verbindung und Wasser, beispielsweise als Lösungsmittel für andere chemische Reaktionen. Bevorzugt ist dabei ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei das Kondensat über ein Fluidleitungssystem aus dem Kondensator entfernt wird, wobei das Kondensat bevorzugt einer Wiederaufbereitung zugeführt wird.
Der Fachmann versteht, dass die vorstehenden Ausführungen bedeuten, dass das Behandeln des vorbehandelten Abgasstroms in Verfahrensschritt c) das Oxidieren der zumindest einen organischen Verbindung im vorbehandelten Abgasstrom umfasst, wobei das Oxidieren durch Bestandteile des nichtthermischen Plasmas erfolgt, bevorzugt durch plasmaaktivierte Sauerstoffspezies. Für die meisten Fälle relevant ist dabei ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei der vorbehandelte Abgasstrom mit einem nichtthermischen Plasma behandelt wird, welches von einer Plasmaerzeugungseinheit erzeugt wird. Hinsichtlich der Behandlung des vorbehandelten Abgasstromes mit dem nichtthermischen Plasma und der dafür eingesetzten Plasmaerzeugungseinheit ist es nach Einschätzung der Erfinder besonders vorteilhaft, wenn ein nichtthermisches Plasma eingesetzt wird, welches durch elektrische Entladung zwischen zwei Elektroden erzeugt wird.
Ganz besonders bevorzugt ist hierbei der Einsatz von sogenannten Plasmainjektoren. Entsprechende nichtthermische Plasmainjektoren sind aus dem Stand der Technik bekannt und kommerziell verfügbar. Diese Plasmainjektoren injizieren die Bestandteile des nichtthermischen Plasmas in den Fluidstrom des vorbehandelten Abgases, in dem diese wiederum zu einer Oxidation der ungewünschten Bestandteile führen. Bevorzugt ist somit ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei die Plasmaerzeugungseinheit einen oder mehrere Plasmainjektoren umfasst, die dazu eingereicht sind, den vorbehandelten Abgasstrom mit einem nichtthermischen Plasma oder Bestandteilen eines nichtthermischen Plasmas zu kontaktieren, wobei der vorbehandelte Abgasstrom bevorzugt an den Plasmainjektoren vorbei geleitet wird.
Es kann als ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens gesehen werden, dass dieses in vielen Fällen nicht auf den Einsatz von Filtereinheiten angewiesen ist, die der Entfernung von Partikeln dienen, da diese zumeist ohnehin weitgehend im Kondensat des Kondensators aufgefangen werden können. Trotzdem kann es für bestimmte Anwendungen vorteilhaft sein, vor dem Kondensator einen entsprechenden Partikelfilter vorzuschalten, beispielsweise um ein Zusetzen des Kondensators sicher zu verhindern und dadurch die Lebenszeit zu erhöhen. Bevorzugt ist demgemäß zum einen ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei der Abgasstrom vor dem Einbringen in den Kondensator mit einem Filter, bevorzugt einem Partikelfilter, gefiltert wird. Bevorzugt ist alternativ ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei der vorbehandelte Abgasstrom und der behandelte Abgasstrom nicht gefiltert werden.
Zum Zwecke einer möglichst kontrollierten Verfahrensführung und einer fortgesetzten Kontrolle, ob das behandelte Abgas den gesetzlichen Erfordernissen entspricht, schlagen die Erfinder vor, den Gehalt der organischen Verbindung im behandelten Abgasstrom zu bestimmen und die Verfahrensparameter der Abgasaufbereitung gegebenenfalls im Lichte der bestimmten Werte anzupassen. Bevorzugt ist also ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei der Gehalt an der organischen Verbindung im behandelten Abgasstrom mit einer Sensoreinheit bestimmt wird. Wie vorstehend erläutert, ist die Anwesenheit von Wasser im Abgasstrom für das erfindungsgemäße Verfahren wesentlich, wobei insbesondere mit hohen Wassergehalten, d.h. hohen relativen Luftfeuchten, ausgezeichnete Ergebnisse erzielt werden. Hierdurch ist bedingt, dass die Aufreinigungseffizienz für solche Abgase verringert sein kann, die nur geringe Mengen an Wasser umfassen. Um dieses Problem zu adressieren und/oder sogar die Anwendbarkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens auf andere, trockene Abgasströme zu erweitern, schlagen die Erfinder vor, gezielt Befeuchtungseinrichtungen vorzusehen, die dazu eingerichtet sind, im Abgasstrom den gewünschten Feuchtigkeitsgrad herzustellen. Hierdurch ist auch bei solchen Abgasströmen, welche bereits gewisse Mengen an gasförmigem Wasser umfassen, in vorteilhafter Weise eine Verbesserung der Aufreinigungseffizienz erzielbar, wobei auch das Einsprühen von Wassertropfen in den Abgasstrom eine zusätzliche Effizienzsteigerung bedingen kann. Insbesondere für Abgasströme aus solchen Prozessen, die nicht im Bereich der Kautschukfertigung liegen, ist deshalb ein erfindungsgemäßes Verfahren bevorzugt, wobei der Abgasstrom vor oder während des Verfahrensschritts a) mit Wasserdampf versetzt wird, bevorzugt durch eine Befeuchtungseinrichtung, um den Gehalt an Wasser im Abgasstrom zu erhöhen.
Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Abgasbehandlungssystem, insbesondere für den Einsatz in einem erfindungsgemäßen Verfahren, umfassend: i) einen Kondensator zum Abscheiden eines Kondensats aus der Gasphase eines Abgasstroms mit einem Abgaseinlass und einem Abgasauslass, und ii) eine fluidleitend mit dem Abgasauslass des Kondensators verbundene Plasmaerzeugungseinheit zur Erzeugung eines nichtthermischen Plasmas. Das Abgasbehandlungssystem ist für den Einsatz in einem erfindungsgemäßen Verfahren geeignet. Der Fachmann versteht, dass die vorstehenden Ausführungen zu bevorzugten Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens dementsprechend ebenfalls für das erfindungsgemäße Abgasbehandlungssystem gelten. Entsprechend bevorzugte Ausgestaltungen des Abgasbehandlungssystems werden nachfolgend adressiert.
Erfindungsgemäß umfasst das Abgasbehandlungssystem einen Kondensator und eine mit dem Kondensator verbundene Plasmaerzeugungseinheit. Wie vorstehend erläutert, ist es in einigen Fällen vorteilhaft, vor dem Kondensator einen Partikelfilter vorzusehen. Bevorzugt ist daher ein erfindungsgemäßes Abgasbehandlungssystem, wobei das Abgasbehandlungssystem zusätzlich umfasst: iii) einen Filter, bevorzugt einen Partikelfilter, wobei der Filter bevorzugt vor dem Abgaseinlass des Kondensators angeordnet ist, wobei besonders bevorzugt zwischen dem Kondensator und der Plasmaerzeugungseinheit keine Filter angeordnet sind.
Um den Wassergehalt, das heißt die relative Luftfeuchtigkeit, von trockenen Abgasströmen zu erhöhen und hiermit die Effizienz des erfindungsgemäßen Abgasbehandlungssystems zu steigern, ist ein erfindungsgemäßes Abgasbehandlungssystem bevorzugt, wobei das Abgasbehandlungssystem zusätzlich umfasst: iv) eine Befeuchtungseinrichtung zur Befeuchtung eines in den Kondensator eingebrachten Abgasstroms.
Bevorzugt ist ebenfalls ein erfindungsgemäßes Abgasbehandlungssystem, wobei der Kondensator ein Fluidleitungssystem zur Entfernung von Kondensat aus dem Kondensator umfasst. Grundsätzlich müssen an die Umgebung abgegebene Abgasströme die geltenden gesetzlichen Bestimmungen, beispielsweise
Grenzwertvorgaben von VOC und/oder weiteren Riechstoffen, erfüllen., Um Überschreitungen der Grenzwerte zu vermeiden, ist daher ein erfindungsgemäßes Abgasbehandlungssystem bevorzugt, wobei das Abgasbehandlungssystem zusätzlich umfasst: v) eine Sensoreinheit, bevorzugt einen Sensor zur Bestimmung des Gehaltes an organischen Verbindungen, wobei die Sensoreinheit bevorzugt fluidleitend mit dem Abgasauslass der Plasmaerzeugungseinheit verbundenen ist, wobei die Sensoreinheit besonders bevorzugt am Abgasauslass der Plasmaerzeugungseinheit angeordnet ist.
Um eine effiziente Ableitung des Abgasstroms aus dem
Abgasbehandlungssystem zu ermöglichen, ist ein erfindungsgemäßes Abgasbehandlungssystem bevorzugt, wobei das Abgasbehandlungssystem zusätzlich umfasst: vi) einen fluidleitend mit einem Abgasauslass der Plasmaerzeugungseinheit verbundenen Schornstein.
Offenbart wird zudem die Verwendung eines erfindungsgemäßen Abgasbehandlungssystems, zur Verringerung der Konzentration an organischen Verbindungen in einem Abgasstrom, bevorzugt in einem Abgasstrom eines Kautschukverarbeitungsprozesses.
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Figur näher erläutert und beschrieben. Dabei zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Abgasbehandlungssystems in einer bevorzugten Ausführungsform. Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Abgasbehandlungssystem 10 zur Behandlung von Abgasen. Das Abgasbehandlungssystem 10 umfasst einen Kondensator 12 sowie eine Plasmaerzeugungseinheit 20. Durch einen Abgaseinlass 16 des Kondensators 12 kann, wie in Fig.1 durch gestrichelte Pfeile illustriert, ein Abgasstrom eingeleitet werden. Falls erforderlich, kann der Abgasstrom vor Eintritt in den Kondensator 12 durch einen Partikelfilter gefiltert werden (nicht gezeigt).
Der Abgasstrom umfasst im gezeigten Beispiel Abgase aus einem Mischungsprozess zur Herstellung von vulkanisierbaren Kautschukmischungen. Er weist in der Gasphase einen relativen Gehalt an Wasser von etwa 85 % auf (relative Luftfeuchte) und umfasst zumindest einen Riechstoff sowie Ethanol als organische Verbindung mit einem relativen Gehalt von etwa 75 %, angegeben als relativer Gehalt der Masse des Ethanols pro Volumen der Gasphase bezogen auf die maximal mögliche Masse des Ethanols in der Gasphase bei vollständiger Sättigung.
Zum Abscheiden eines Kondensats aus der Gasphase des Abgasstroms, ist der Kondensator 12 dazu eingerichtet, die Temperatur des Abgasstroms auf eine Temperatur von etwa 8 °C zu reduzieren. Hierzu umfasst der Kondensator 12 einen Wärmetauscher 14, beispielsweise einen Rohrbündelwärmetauscher. Der Kondensator 12 kann überdies eine Befeuchtungseinrichtung zur Befeuchtung des Abgasstroms umfassen (nicht gezeigt), um die Effektivität des Abgasbehandlungssystems zu steigern. Die Ableitung des Kondensats aus dem Inneren des Kondensators 12 erfolgt über ein Fluidleitungssystem 22 in eine Aufbereitungseinheit (nicht gezeigt). Der derartig vorbehandelte Abgasstrom verlässt den Kondensator 12 über einen Abgasauslass 18 und wird an einer Plasmaerzeugungseinheit 20 vorbeigeführt, die als Plasmainjektor ausgeführt ist.
Die Plasmaerzeugungseinheit 20 ist dazu eingerichtet, ein nichtthermisches Plasmas durch eine elektrische Entladung zwischen zwei Elektroden zu erzeugen und ist mit dem Kondensator 12 fluidleitend verbunden, so dass der vorbehandelte Abgasstrom in dem in Fig. 1 schraffierten Bereich behandelt wird.
Die Plasmaerzeugungseinheit 20 umfasst für die Behandlung des vorbehandelten Abgasstroms mehrere Plasmainjektoren, an denen der vorbehandelte Abgasstrom vorbeigeleitet wird. Die Plasmainjektoren kontaktieren den vorbehandelten Abgasstrom mit dem nichtthermischen Plasma oder Bestandteilen des nichtthermischen Plasmas, um aus dem vorbehandelten Abgasstrom einen behandelten Abgasstrom zu erhalten. Der behandelte Abgasstrom wird nach Durchlauf der Plasmainjektoren mit einer fluidleitend mit der Plasmaerzeugungseinheit 20 verbundenen Sensoreinheit bezüglich seines Gehaltes an organischen Verbindungen geprüft (nicht gezeigt). Der behandelte Abgasstrom wird abschließend über einen Schornstein 24 an die Umwelt abgegeben.
Bezugszeichenliste
10 Abgasbehandlungssystem
12 Kondensator
14 Wärmetauscher 16 Abgaseinlass
18 Abgasauslass
20 Plasmaerzeugungseinheit
22 Fluidleitungssystem
24 Schornstein

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Behandlung von Abgasen mit einem
Abgasbehandlungssystem (10), umfassend die Verfahrensschritte: a) Einleiten eines Abgasstroms in ein Abgasbehandlungssystem (10), wobei der Abgasstrom in der Gasphase Wasser und zumindest eine organische Verbindung umfasst, b) Einbringen des Abgasstroms in einen Kondensator (12) und Abscheiden eines Teils der Gasphase als Kondensat zum Erhalt eines vorbehandelten Abgasstroms, und c) Behandeln des vorbehandelten Abgasstroms mit einem nichtthermischen Plasma oder Bestandteilen eines nichtthermischen Plasmas zum Erhalt eines behandelten Abgasstroms.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei der Abgasstrom Abgase eines Kautschukverarbeitungsprozesses umfasst.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei der Abgasstrom in der Gasphase als organische Verbindung zumindest einen Alkohol umfasst.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Abgasstrom in Verfahrensschritt a) in der Gasphase zumindest einen Riechstoff umfasst.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Abgasstrom in der Gasphase einen relativen Gehalt an Wasser im Bereich von 40 bis 100 %, aufweist, angegeben als relative Luftfeuchte.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Abgasstrom in der Gasphase einen relativen Gehalt an zumindest einer organischen Verbindung im Bereich von 40 bis 98 %, aufweist, angegeben als relativer Gehalt der Masse der organischen Verbindung pro Volumen der Gasphase bezogen auf die maximal mögliche Masse der organischen Verbindung in der Gasphase bei vollständiger Sättigung.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Kondensator (12) einen Wärmetauscher (14) umfasst, bevorzugt einen Rohrbündelwärmetauscher oder Plattenwärmetauscher, besonders bevorzugt einen Rohrbündelwärmetauscher.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Kondensator (12) dazu eingerichtet ist, die Temperatur des Abgasstroms auf eine Temperatur im Bereich von 3 bis 20 °C zu reduzieren.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Abgasstrom vor oder während des Verfahrensschritts a) mit Wasserdampf versetzt wird.
10. Abgasbehandlungssystem (10), insbesondere für den Einsatz in einem Verfahren nach Anspruch einem der Ansprüche 1 bis 9, umfassend: i) einen Kondensator (12) zum Abscheiden eines Kondensats aus der Gasphase eines Abgasstroms mit einem Abgaseinlass (16) und einem Abgasauslass (18), und ii) eine fluidleitend mit dem Abgasauslass (18) des Kondensators (12) verbundene Plasmaerzeugungseinheit (20) zur Erzeugung eines nichtthermischen Plasmas.
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