WO1996033795A1 - Verfahren zur reinigung von gasströmen - Google Patents

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Volker Fattinger
Nikolaus Thissen
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Otto Luft- Und Klimatechnik Gmbh & Co. Kg
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Definitions

  • the invention relates to a method for cleaning gas streams by means of a biofilter and / or a gas scrubber with a downstream adsorber, wherein substances desorbed by the regeneration (desorption) of the adsorbent are passed into a biofilter and / or into the gas scrubber.
  • the invention is concerned with a synergy system from absorptive or biological exhaust air purification with downstream adsorption, in particular an exhaust air purification system for environmental protection, but is also generally applicable, e.g. for the extraction of substances from gas flows.
  • adsorptive filters for example activated carbon filters or molecular sieve filters
  • gas scrubbers or biofilters for example activated carbon filters or molecular sieve filters
  • the exhaust air in the biofilter - or also in a gas scrubber - is loaded with moisture.
  • the most commonly used adsorbent is activated carbon. The absorption capacity of the activated carbon decreases sharply when the exhaust air is moist.
  • dry activated carbon can adsorb about 28 percent by weight of toluene from a gas containing 0.5 g / m 3 toluene at 20 ° C; with heavily humidified gas, the toluene intake falls below 8 percent by weight.
  • the activated carbon is often steam; Desorption with hot air is not possible due to the risk of fire.
  • the object of the invention is therefore to develop a method of the type mentioned in such a way that a practically pollutant-free clean gas is obtained; this is supposed to can be achieved at a lower cost than the known prior art.
  • the fire risk of adsorbents eg activated carbon
  • solvents should be excluded.
  • Pollutant-free gas occurs in counterflow to the direction of flow during loading
  • combustible adsorbent e.g. activated charcoal
  • the non-flammable, hydrophilic material adsorbs more than 3% of its weight in water during adsorption and releases it again to the gas which flows through the bed during the desorption process.
  • the adsorption bed contains so much non-combustible, hydrophilic material that the mixture is not combustible.
  • the non-flammable, hydrophilic material must absorb more than 3% of its weight of water during adsorption and releases it again to the gas that flows through the bed during the desorption process.
  • the amount of desorption gas is preferably 5 to 40% of the amount of gas that flows through the adsorber in cleaning operation.
  • the desorption gas is preferably heated to a temperature between 30 and 90 ° C. before or in the adsorption bed.
  • the expenditure of thermal energy for desorption can be significantly reduced if, during the desorption process, the exit gas is used to heat the pollutant-free desorption gas by indirect heat exchange.
  • the hydrophilic merial can be placed upstream of the activated carbon bed as a separate layer. It is advisable to add at least part of the hydrophilic material to the activated carbon and thus to use granular activated carbon mixed with grains of hydrophilic material as the adsorbent.
  • hydrophilic material it is particularly advantageous if grains or fillers made of hydrophilic material are used, the surface of which is coated with activated carbon or another hydrophobic adsorbent.
  • the hydrophilic material extracts water from the activated carbon layer by diffusion.
  • the dried coal so much adsorbs much more solvent than wet coal.
  • the hydrophilic grains are dried so that they can absorb water again in the subsequent cleaning operation.
  • Grains or fillers with a diameter of 2 to 10 mm are expediently used.
  • At least two adsorbers can be connected downstream of one or more biofilters, at least one adsorber cleaning the exhaust air and one adsorber being desorbed, the desorption gas being passed into a biofilter.
  • Fig. 1 shows a process scheme
  • Fig. 2 shows schematically the structure of an adsorber, as used in the system of FIG. 1, and
  • Fig. 3 is a process diagram of an exhaust air purification system, which is operated according to Example 2.
  • the exhaust air flows through a gas scrubber ' 1, a biofilter 2, a fan 3 and one of two absorbers 4 and 5, respectively.
  • One of the adsorbers is used for exhaust air purification, the second adsorber 5 and 4 is desorbed with approx. 80 C warm clean air, which is supplied via a blower 6 and an air heater 7.
  • the desorption gas flows via a line 8 to a point in front of the gas scrubber 1.
  • the 100 cm high filling of the adsorber 4 or 5 (FIG. 2) consists of a lower bed 9 of 20 cm KC dry beads or silica gel grains of 2-5 mm . Above it is a bed 10 of 80 cm made of gas concrete granules of 3-6 mm, which are coated with activated carbon.
  • test gas is drawn off 20 cm below the outlet area of the adsorbent and fed to an FID 11.
  • FID 11 the parallel adsorber 5 or 4 is put into operation, while the loaded adsorber 4 or 5 is switched over to regeneration mode. This way of working ensures that the cleaned exhaust air is continuously free of pollutants.
  • an exhaust air stream loaded with different solvents is created during the production period (e.g. one shift per day on five production days per week).
  • the concentration and composition of the pollutants in the exhaust air to be cleaned fluctuates considerably over time.
  • the exhaust air flows through the pre-scrubber 1, the biofilter 2, the fan 3 and the adsorber 4 during the cleaning operation. No exhaust air is cleaned during times outside production; During this time, the adsorber 4 is desorbed with circulating air.
  • This circulating air flows through the gas scrubber 1, the biofilter 2, the fan 3, a heating register 12 and the adsorber 4 in countercurrent and is passed back into the gas scrubber 1 via a line 13.
  • the circulating air is heated to a temperature of approximately 60 ° C. for the desorption of the adsorber 4.
  • the adsorber 4 is completely regenerated and cleans the air emerging from the biofilter 2 to the required clean gas value.
  • the bed of adsorber 4 through which gas flows is 800 mm deep in the direction of gas flow. It contains particles of gas concrete coated with activated carbon (eg SILYZIT 5.6 to 14 mm from YTONG). To improve water absorption, the grains were soaked with CaCl2 solution before they were coated with carbon. The activated carbon content per m 3 of filling is 50 kg.
  • Process control programmed according to the operating times of the paint production.
  • Bed is air-cooled two to three hours before the start of production.

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Abstract

Die Reinigung von Gasströmen erfolgt mittels eines Biofilters (2) und/oder eines Gaswäschers (1) mit nachgeschaltetem Adsorber (4), wobei durch die Regeneration (Desorption) des Adsorbens desorbierte Substanzen in ein Biofilter und/oder in den Gaswäscher (1) geleitet werden. Die Desorption erfolgt mittels Luft oder einem schadstofffreien Gas im Gegenstrom zur Strömungsrichtung bei der Beladung. Neben brennbarem Adsorbens (z.B. Aktivkohle) ist im Bett des Adsorbers (4) soviel nicht brennbares, hydrophiles Material enthalten, daß die Mischung nicht brennbar ist. Das nicht brennbare, hydrophile Material adsorbiert mehr als 3 % seines Gewichts Wasser und gibt es beim Desorptionsvorgang wieder an das Gas ab, welches das Bett durchströmt.

Description

Verfahren zur Reiniαunα von Gasströmen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung von Gasströmen mittels eines Biofilters und/oder eines Gaswäschers mit nachgeschaltetem Adsorber, wobei durch die Regeneration (Desorption) des Adsorbens desorbierte Substanzen in ein Biofilter und/oder in den Gaswäscher geleitet werden.
Die Erfindung beschäftigt sich mit einem Synergiesystem aus absorptiver oder biologischer Abluftreinigung mit nachgeschalteter Adsorption, insbesondere einer Abluftreinigungsanlage für den Umweltschutz, ist aber auch allgemein anwendbar, z.B. zur Gewinnung von Substanzen aus Gasströmen.
Es ist bekannt, adsorptive Filter (z.B. Aktivkohle-Filter oder Molekularsieb-Filter) in Kombination mit Gaswäschern oder Biofiltern einzusetzen. Die Mehrzahl der Fachleute empfiehlt den Einsatz von Adsorbern vor einem Biofilter, vor allem um Spitzenbelastungen vor dem Biofilter auszugleichen. Außerdem wird die Abluft im Biofilter - oder auch in einem Gaswäscher - mit Feuchtigkeit beladen. Das am häufigsten verwendete Adsorbens ist Aktivkohle. Die Aufnahmekapazität der Aktivkohle nimmt bei feuchter .Abluft stark ab. So vermag trockene Aktivkohle aus einem Gas mit 0,5 g/m3 Toluol bei 20°C etwa 28 Gewichtsprozente Toluol zu adsorbieren; bei stark befeuchtetem Gas sinkt die Toluolaufnähme unter 8 Gewichtsprozente. Zur Desorption der Aktivkohle wird häufig Wasserdampf eingesetzt; eine Desorption mit heißer Luft ist wegen der Brandgefahr nicht möglich.
Es ist bekannt (EP-A-90 115 537.4), ein dem Biofilter nachgeschaltetes Aktivkohlefilter periodisch bei Temperaturen über 45°C zu desorbieren und die desorbierten Schadstoffe einem biologischen Abbau zuzuführen. Dort wurde jedoch nicht beabsichtigt, im Aktivkohlefilter eine restlose Schadstofffreiheit des Gases zu erzielen, sondern es wird vorgeschlagen, dem Adsorber ein weiteres Biofilter nachzuschalten, um den Adsorber höher belasten zu können.
Bei einer Desorption mittels Dampf oder mit einem indirekt beheiztem Bett (wie z.B. in der genannten EP-A-90 115 537.4 beschrieben) wird zwar die Masse der Lösungsmittel (oder anderer adsorbierter Substanzen) desorbiert, es bleibt aber stets eine im ganzen Bett verteilte Restbeladung. Nach der Wiederaufnahme des Reinigungsbetriebes können Spuren dieser Restbeladung in das Reingas gelangen, weil die Gasaustrittsseite des Adorptionsbettes nicht Schadstofffrei ist.
Bekannt ist auch (EP-A-92 101 109.4), ein poröses Material als Träger für Mikroorganismen zu verwenden. Die Körner bzw. Füllkörper haben einen Kern aus hydrophilem Material, auf dessen Oberfläche eine dünne Schicht aus hydrophobem Material, z.B. Aktivkohle, aufgebracht ist.
Im Zuge der Lufthygiene wurde erkannt, daß bestimmte Substanzen auch in sehr geringen Konzentrationen eine Gefahr für Menschen darstellen, welche verschmutzte Luft einatmen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren der eingangs genannten Gattung so auszubilden, daß ein praktisch schadstoffreies Reingas erhalten wird; dies soll mit geringerem Kostenaufwand erreicht werden als es der bekannte Stand der Technik ermöglicht. Dabei soll zugleich das Brandrisiko von Adsorbentien (z.B Aktivkohle), die mit Lösungsmitteln beladen sind, ausgeschlossen werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
a) die Desorption mittels Luft oder einem
Schadstofffreien Gas im Gegenstrom zur Strömungsrichtung bei der Beladung erfolgt,
b) neben brennbarem Adsorbens (z.B. Aktivohle) im Bett des Adsorbers soviel nicht brennbares, hydrophiles Material enthalten ist, daß die Mischung nicht brennbar ist, und
c) das nicht brennbare, hydrophile Material beim Adsorbieren mehr als 3 % seines Gewichts Wasser adsorbiert und beim Desorptionsvorgang wieder an das Gas abgibt, welches das Bett durchströmt.
Es wurde gefunden, daß kontinuierlich ein praktisch Schadstofffreies Reingas erzielt wird, wenn die Abluft in einem Biofilter und/oder einem Gaswäscher gereinigt wird und ein nachgeschalteter Adsorber im Gegenstrom in einer Kolbenströmung mit Schadstofffreiem Gas (z.B. Luft) desorbiert wird, bevor Schadstoffe die Gasaustrittsseite des Adsorptionsbettes erreichen.
Im Adsorptionsbett ist neben brennbarem Adsorbens (z.B. Aktivkohle) soviel nicht brennbares, hydrophiles Material enthalten, daß die Mischung nicht brennbar ist. Das nicht brennbare, hydrophile Material muß beim Adsorbieren mehr als 3 % seines Gewichtes Wasser aufnehmen und gibt dieses beim Desorptionsvorgang wieder an das Gas ab, welches das Bett durchströmt. Die Desorptionsgasmenge beträgt vorzugsweise 5 bis 40 % der Gasmenge, die im Reinigungsbetrieb den Adsorber durchströmt.
Vorteilhaft ist es, das Desorptionsgas zu erwärmen. Jedoch empfiehlt es sich, die Desorpitonstemperatur nicht zu hoch zu wählen. Bei zu hoher Temperatur katalysiert die Aktivkohle chemische Reaktionen, welche unerwünschte Produkte ergeben. So werden halogenierte Kohlenwasserstoffe zersetzt, oder aus reaktiven Kohlenwasserstoffen können harzartige Substanzen entstehen, welche die Poren der Aktivkohle verstopfen und nicht mehr desorbierbar sind. Vorzugsweise wird das Desorptionsgas vor oder im Adsorptionsbett auf eine Temperatur zwischen 30 und 90 C erhitzt.
Der Aufwand an Wärmeenergie zur Desorption kann wesentlich vermindert werden, wenn beim Desorptionsvorgang das Austrittsgas durch indirekten Wärmeaustausch zur Erwärmung des Schadstofffreien Desorptionsgases herangezogen wird.
Das hydrophile Merial kann als getrennte Schicht dem Aktivkohlebett vorgeschaltet werden. Es emppfiehlt sich, mindestens einen Teil des hydrophilen Materials der Aktivkohle beizumischen und somit gekörnte Aktivkohle mit Körnern aus hydrophilem Material vermischt als Adsorbens zu verwenden.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn Körner oder Füllkörper aus hydrophilem Material verwendet werden, dessen Oberfläche mit Aktivkohle oder einem anderen hydrophoben Adsorbens beschichtet ist. Das hydrophile Material entzieht der Aktivkohleschicht durch Diffusion Wasser. Die dermaßen getrocknete Kohle adsorbiert wesentlich mehr Lösungsmittels als feuchte Kohle. Bei der erhöhten Temperatur während der mehrstündigen Desorption werden die hydrophilen Körner getrocknet, so daß sie im anschließenden Reinigungsbetrieb wieder Wasser aufnehmen können. Zweckmäßig werden Körner oder Füllkörper mit 2 bis 10 mm Durchmesser verwendet.
In Abluftreinigungsanlagen, die nicht kontinuierlich verschmutzte Abluft reinigen müssen, genügt ein einziger Adsorber, für welchen die Desorption nachts bzw. über das Wochenende bzw. in anderen Perioden, in denen keine Abluft anfällt, durchgeführt wird.
Bei kontinuierlichem Anfall von verschmutzter Abluft können mindestens zwei Adsorber einem oder mehreren Biofiltern nachgeschaltet werden, wobei mindestens ein Adsorber die Abluft reinigt und ein Adsorber desorbiert wird, wobei das Desorptionsgas in ein Biofilter geleitet wird.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 ein Verfahrensschema einer
Abluftreinigungsanlage, die gemäß Beispiel 1 betrieben wird,
Fig. 2 schematisch den Aufbau eines Adsorbers, wie er in der Anlage nach Fig. 1 verwendet wird, und
Fig. 3 ein Verfahrensschema einer Abluftreinigungsanlage, die gemäß Beispiel 2 betrieben wird.
Beispiel 1 (Fig. 1):
In einem Chemiewerk zur Herstellung von Vorprodukten für Pharmaka und Pflanzenschutzmittel entsteht Tag und Nacht Abluft, welche Lösungsmittel enthält. Die Konzentration der Schadstoffe in dieser Abluft ist starken Schwankungen unterworfen. Über das Wochenende gelangen wenig Lösungsmittel in die Abluft; diese muß jedoch trotzdem gereinigt werden.
Die Abluft durchströmt einen Gaswäscher' 1, ein Biofilter 2, einen Ventilator 3 und einen von zwei Absorbern 4 bzw. 5. Jeweils einer der Adsorber dient der Abluftreinigung, der zweite Adsorber 5 bzw. 4 wird mit ca. 80 C warmer Reinluft desorbiert, die über ein Gebläse 6 und einen Lufterhitzer 7 zugeführt wird. Das Desorptionsgas strömt über eine Leitung 8 zu einer Stelle vor dem Gaswäscher 1. Die 100 cm hohe Füllung des Adsorbers 4 bzw. 5 (Fig. 2) besteht aus einem unteren Bett 9 von 20 cm KC- Trockenperlen oder Silicagelkömern von 2-5 mm. Darüber befindet sich ein Bett 10 von 80 cm aus Gasbetonkörnern von 3-6 mm, welche mit Aktivkohle beschichtet sind.
Um die Energiekosten für die Desorption gering zu halten, wird wie folgt verfahren: Im oberen Teil des Adsorbens- Bettes 10 wird 20 cm unterhalb der Gausaustrittsfläche des Adsorbens Prüfgas abgesaugt und einem F.I.D. 11 zugeleitet. Sobald die Schadstoffkonzentration über 5 mg/m3 ansteigt, wird der parallele Adsorber 5 bzw. 4 in Betrieb genommen, während der beladene Adsorber 4 bzw. 5 auf Regenerationsbetrieb umgeschaltet wird. Diese Arbeitsweise stellt sicher, daß in der gereinigten Abluft kontinuierlich Schadstofffreiheit erreicht wird.
Beispiel 2 (Fig. 3):
In einem Betrieb zur Herstellung von Farben und Lacken entsteht während der Produktionszeit (z.B. eine Schicht pro Tag an fünf Produktionstagen in der Woche) ein mit unterschiedlichen Lösungsmittel beladener Abluftstrom. Die Konzentration und Zusammensetzung der Schadstoffe in der zu reinigenden .Abluft schwankt zeitlich recht stark. Die Abluft durchströmt während des Reinigungsbetriebs den Vorwäscher 1, den Biofilter 2, den Ventilator 3 sowie den Adsorber 4. In Zeiten außerhalb der Produktion wird keine Abluft gereinigt; in dieser Zeit erfolgt die Desorption des Adsorbers 4 mit Kreislaufluft. Diese Kreislaufluft durchströmt den Gaswäscher 1, den Biofilter 2, den Ventilator 3, ein Heizregister 12 sowie den Adsorber 4 im Gegenstrom und wird über eine Leitung 13 wieder in den Gaswäscher 1 geleitet. Für die Desorption des Adsorbers 4 wird die Kreislaufluft auf eine Temperatur von ca. 60°C erhitzt.
Zum Produktionsbeginn ist der Adsorber 4 vollständig regeneriert und reinigt die aus dem Biofilter 2 austretende Luft auf den geforderten Reingaswert.
Das vom Gas durchströmte Bett des Adsorbers 4 ist in Gasströmungsrichtung 800 mm tief. Es enthält mit Aktivkohle beschichtete Körner aus Gasbeton (z.B. SILYZIT 5,6 bis 14 mm der Firma YTONG) . Zur Verbesserung der Wasseradsorption wurden die Körner vor deren Beschichtung mit Kohle mit CaCl2-Lösung getränkt. Der Gehalt an Aktivkohle pro m3 Füllung liegt bei 50 kg.
Versuche haben bewiesen, daß trotz eines Toluolgehaltes vvoonn 2200 kkgg TToolliuol pro m Adsorbensmasse die Masse nicht brennbar ist.
Das Umschalten von Adsorptionsbetrieb (Abluftreinigung) auf Desorptionsbetrieb (Regeneration) erfolgt mittels
Prozeßsteuerung, programmiert entsprechend den Betriebszeiten der Farbenherstellung.
Diese Prozeßsteuerung sorgt auch dafür, daß das desorbierte
Bett vor Produktionsbeginn zwei bis drei stunden mit Luft gekühlt wird.

Claims

Verfahren zur Reinigung von GasströmenP a t e n t a n s p r ü c h e
1. Verfahren zur Reinigung von Gasströmen mittels eines Biofilters und/oder eines Gaswäschers mit nachgeschaltetem Adsorber, wobei durch die Regeneration (Desorption) des Adsorbens desorbierte Substanzen in ein Biofilter und/oder in den Gaswäscher geleitet werden, dadurch gekennzeichnet, daß
a) die Desorption mittels Luft oder einem Schadstofffreien Gas im Gegenstrom zur Strömungsrichtung bei der Beladung erfolgt,
b) neben brennbarem Adsorbens (z.B. Aktivkohle) im Bett des Adsorbers soviel nicht brennbares, hydrophiles Material enthalten ist, daß die Mischung nicht brennbar ist, und
c) das nicht brennbare, hydrophile Material beim Adsorbieren mehr als 3 % seines Gewichtes Wasser adsorbiert und beim Desorptionsvorgang wieder an das Gas abgibt, welches das Bett durchströmt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Desorptionsgasmenge 5 bis 40 % der Gasmenge beträgt, die im Reinigungsbetrieb den Adsorber durchströmt.
3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Desorptionsgas vor oder im Adsorptionsbett auf eine Temperatur zwischen 30 und 90°C erhitzt wird.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß beim Desorptionsvorgang das Austrittsgas durch indirekten Wärmeaustausch zur Erwärmung des Schadstofffreien Desorptionsgases herangezogen wird.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als hydrophiles Material Gasbeton, Schaumglas, Silicagel oder ähnliche, poröse Substanzen eingesetzt werden.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß gekörnte Aktivkohle mit Körnern aus hydrophilem Material vermischt als Adsorbens verwendet wird.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Körner oder Füllkörper aus hydrophilem Material verwendet werden, dessen Oberfläche mit Aktivkohle oder einem anderen hydrophoben Adsorbens beschichtet ist.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß Körner oder Füllkörper mit 2 bis 10 mm Durchmesser verwendet werden.
9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Desorption nachts bzw. über das Wochenende bzw. in anderen Perioden, in denen keine Abluft anfällt, durchgeführt wird.
10. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Adsorber einem oder mehreren Biofiltern nachgeschaltet werden, wobei mindestens ein Adsorber die Abluft reinigt und ein Adsorber desorbiert wird, wobei Desorptionsgas in ein Biofilter geleitet wird.
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