WO2009135464A1 - Filtersystem für strassentunnel oder flughafenterminals - Google Patents

Filtersystem für strassentunnel oder flughafenterminals Download PDF

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    • B01D2251/30—Alkali metal compounds
    • B01D2251/304—Alkali metal compounds of sodium

Definitions

  • the supply air from airport terminals must be sucked in the vicinity of the runways.
  • This ambient air has the same negative characteristics as tunnel exhaust air.
  • the dedusting of the exhaust gases and the abrasion of vehicles and aircraft fine dust and the nitrogen oxides in a process is the object of this invention.
  • a known method is deposition by electrostatic deposition (EP 1 039 963 B1) in which the fine dust particles are deposited by pre-ionization and electrostatic precipitation methods. By adding ozone, the NO is to be converted into NO 2 and adsorbed in the downstream activated carbon filter.
  • GB1395980A a filter system is described, which can reliably filter particulate matter from air streams, but no NOx.
  • the sorption filter should not be flammable
  • Filter system for cleaning the tunnel exhaust air and air for road tunnels
  • Filter system for cleaning the supply air at airport terminals
  • the exhaust air is conveyed through one or more fans through an exhaust duct into the open air.
  • a known tunnel ventilation with the aforementioned features is subject to the disadvantage that the air flow is due to lack of suitable filtration significantly contaminated with fine dust and nitrogen oxides.
  • the object of the invention is to provide a filter system for road tunnels or Zu Kunststoffsysteme for airport terminals, which retains the particulate matter and nitrogen oxides in the air flow and is equipped with a cleaning device that automatically cleans the filter elements during operation to allow continuous operation.
  • the invention relates to a ventilation system with a built-in air duct (6) self-cleaning filter system for cleaning the fan (1) generated air flow of fine dust and nitrogen oxides.
  • This object is achieved according to the filter system, which consists of several filter elements (5) is installed in the ventilation ducts of road tunnels or airport vents.
  • two fast-closing valves (4) can be attached to the clean gas chamber (2) on each filter element on the clean gas side.
  • the quick-closing valves are with the compressed air tank (3), which is acted upon with compressed air, and an electric
  • the dust-laden air sucked into the exhaust duct is sucked through the filters (or pressed when installed after the fan) and the fine dust contained in the raw gas is retained on the surface of the filter elements.
  • the next filter element is cleaned off, etc.
  • the fine dust falls down into the dust funnel (7).
  • the sorption filter must clean very large air volumes and allow very low flow velocities. In addition, no sorption material should be emitted by mechanical loads.
  • the sorbent should be included in double-walled filter cartridges, which are periodically replaced with its contents.
  • the introduction of the sorbent material into individual cartridges ensures a high inflow surface and constant filter loading over the entire height.
  • the sorbent material consists of permanganate-enriched clay.
  • the permanganate is very reactive and requires short reaction times (contact time ⁇ 0.5 sec).
  • the deposition of NO takes place here by conversion into saltpetre and is, in the. Bound carrier material. This bond is not reversible, ie when the temperature increases, the bound NO x is not released again (no desorption).
  • the medium consumption can be limited to six times the amount of nitrogen oxide to be separated each year, thus ensuring a one-year maintenance interval with acceptable amounts of sorbent material.
  • the use of the filter system in road tunnels or air supply systems for airport terminals reliably reduces the amount of dust and nitrogen oxide in the air stream.
  • the present invention provides a filter system for exhaust air from road tunnels or supply air for airport terminals with multiple, in the ventilation duct (6) installable filter elements (5) for cleaning the air flow of particulate matter, the filter system having quick-closing valves (4), which quick-closing valves in the Clean gas chamber (2) are attachable and which quick-closing valves with compressed air from the compressed air tank (3) are automatically cleaned, and wherein the filter system comprises a sorption filter (8) for the deposition of gaseous pollutants.
  • the sorption filter is designed such that it is connected downstream of the filter elements for cleaning the air flow of fine dust in the flow direction of the air stream to be cleaned.
  • the sorption filter is designed such that it is connected upstream of the filter elements for cleaning the air flow of fine dust in the flow direction of the air stream to be cleaned.
  • the sorption filter comprises a mixture of activated alumina and a permanganate.
  • the permanganate is preferably potassium permanganate (KMnO 4 ) or sodium permanganate (NaMnO 4 ), more preferably sodium permanganate (NaMnO 4 ).
  • the sorption filter is in the form of at least one, typically a plurality of, double-walled, air-permeable filter cartridges, preferably filled with a mixture comprising, preferably consisting of activated clay / P manganate.
  • the filter cartridges have a packed bed depth of at least 7 cm. These packed bed depths ensure a minimum contact time of the sorption material with the air flow to be cleaned of 0.2 s.
  • the filter system according to the invention has at least 1 filter cartridge per 1000 m 3 / h of air stream to be cleaned. This ensures acceptable filter resistance.
  • the sorption filter comprises a sorption material, which sorption material comprises a mixture of activated alumina and a permanganate.
  • the sorption filter comprises a sorption material, which sorption material, in particular for optimizing the storage capacity for nitrogen oxides, with 8-16% NaMnO 4 , preferably with 10-14% NaMnO 4 , and particularly preferably with 12% Gewichstan too NaMnO 4 is enriched.
  • the filter elements are incorporated in filter cartridges.
  • the filter elements consist of multiply folded fabric filter elements.
  • the filter cartridges consist of multiply folded filter fabrics, fixed by support baskets.

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Abstract

Filtersystem für Luft aus Strassentunneln oder Zuluft für Flughafenterminals mit in den Lüftungskanal eingebauten, selbsttätig reinigenden Filterelementen zur Abscheidung von Feinstäuben sowie einer Sorptionsfilterstufe mit Permanganat enthaltenden Filterelementen zur Abscheidung von gasförmigen Schadstoffen.

Description

Filtersystem für Strassentunnel oder Flughafenterminals
Im Rahmen des Umweltschutzes wird gefordert, die Abluft von Strassentunneln von Feinstaub und Stickoxiden zu reinigen. Ebenso sind Verfahren notwendig, um speziell bei langen Tunneln die Sichttrübung zu verringern.
Die Zuluft von Flughafenterminals muss in der Umgebung der Start- und Landebahnen angesaugt werden. Diese Umgebungsluft weist dieselben negativen Merkmale auf, wie Tunnelabluft.
Die aus den Abgasen und dem Abrieb von Fahrzeugen und Flugzeugen stammenden Feinstäube sowie die Stickoxide in einem Verfahren abzuscheiden ist Aufgabe dieser Erfindung.
Es sind Verfahren bekannt, Partikel und Stickoxide aus einem Gasstrom zu entfernen. Ein bekanntes Verfahren ist die Abscheidung durch elektrostatische Abscheidung (EP 1 039 963 Bl) bei dem durch Vorionisation und elektrostatische Abscheideverfahren die Feinstaubpartikel abgeschieden werden. Durch Zugabe von Ozon soll das NO in NO2 umgewandelt und im nachgeschalteten Aktivkohlefilter adsorbiert werden.
Ferner sind biologische Verfahren bekannt, bei welchen das Gas durch mikrobiologisch beaufschlagte Trägerschichten geführt, in denen Mikroben das NOx binden sollen.
In GB1395980A ist eine Filteranlage beschrieben, welche Feinstaubpartikel zuverlässig aus Luftströmen filtern kann, jedoch kein NOx.
Die bekannten Verfahren weisen Nachteile auf, die deren breite Anwendung bisher verhinderten.
Vor allem die geringen Abscheidegrade für Partikel < 2,5 μm sowie die geringe Speicherkapazität von Aktivkohle für NOx sind bei diesen Verfahren für Dauerbetrieb hinderlich. ■ •
Die Forderung an ein zukunftsträchtiges Filtersystem für Tunnelabluft und -umluft und Frischluftfilter sind Geringer Druckverlust
Hoher Abscheidegrad ( > 95 %) auch für PM 2,5 Partikel
Hoher Abscheidegrad ( > 95 %) für NO und NO2
Hoher Abscheidegrad für SO2
Abscheidung von Schwermetallstäuben
Umwandlung von giftigem CO in CO2
Lange Filterstandzeiten von über 1 Jahr
Der Sorptionsfilter sollte nicht brennbar sein
Filtersystem zur Reinigung der Tunnelabluft und -umluft für Strassentunnel Filtersystem zur Reinigung der Zuluft bei Flughafenterminals
Bei Strassentunneln mit Tunnellüftung wird die Abluft durch einen oder mehrere Ventilatoren durch einen Abluftschacht ins Freie befördert.
Eine bekannte Tunnellüftung mit den vorgenannten Merkmalen unterliegt dem Nachteil, dass der Luftstrom mangels geeigneter Filtration erheblich mit Feinstaub und Stickoxiden verunreinigt ist.
Eine bekannte Zuluftanlage für Flughafenterminals unterliegt dem Nachteil, dass der
Luftstrom mangels geeigneter Filtration erheblich mit Feinstaub und Stickoxiden verunreinigt ist.
Die Aufgabe der Erfindung ist es ein Filtersystem für Strassentunnel oder Zuluftsysteme für Flughafenterminals zu schaffen, das den Feinstaub und Stickoxide im Luftstrom zurückhält und mit einer Abreinigungsvorrichtung ausgestattet ist, das die Filterelemente selbsttätig während dem Betrieb reinigt, um einen Dauerbetrieb zu ermöglichen.
Die Erfindung betrifft ein Ent- oder Belüftungssystem mit einem in den Luftschacht (6) eingebauten selbstreinigenden Filtersystem zur Reinigung des vom Ventilator (1) erzeugten Luftstroms von Feinstaub und Stickoxiden. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass das Filtersystem, welches aus mehreren Filterelementen (5) besteht, in die Lüftungskanäle von Strassentunneln oder Flughafenlüftungen eingebaut wird.
Reingasseitig ist im Reingasraum (2) an jedem Filterelement jeweils 1 Schnellschlussventil
(4) angebracht. Alternativ können reingasseitig im Reingasraum (2) an jedem Filterelement jeweils zwei Schnellschlussventile (4) angebracht sein. Die Schnellschlussventile sind mit dem Presslufttank (3), welcher mit Pressluft beaufschlagt ist, und einer elektrischen
Filtersteuerung verbunden.
Die in den Abluftschacht eingesaugte staubhaltige Luft wird durch die Filter gesaugt (oder gedrückt bei Installation nach dem Ventilator) und der im Rohgas enthaltene Feinstaub wird an der Oberfläche der Filterelemente zurückgehalten.
Mit zunehmender Staubmenge bildet sich ein Staubkuchen an der Oberfläche der
Filterelemente und der Filterwiderstand steigt.
Bei zeit- oder differenzdruckgesteuerter Aktivierung des Schnellschlussventils (4) wird kurzzeitig Pressluft aus dem Presslufttank (3) in das erste Filterelement (5) geblasen und dadurch der an dem Filter anhaftende Staubkuchen abgesprengt und der Filterwiderstand sinkt.
Beim nächsten Abreinigungsvorgang wird das nächste Filterelement abgereinigt usw.
Der Feinstaub fällt nach unten in den Staub trichter (7).
Die staubfreie Luft wird durch den Reingasraum gesaugt und in die Sorptionsfüterstufe (8) bestehend aus mehreren Filterelementen, die mit aktivierter Tonerde gefüllt sind, geleitet. In der Sorptionsfilterstufe werden schädliche Gasbestandteile gebunden.
Der Sorptionsfüter muss sehr grosse Luftmengen reinigen und sehr geringe Anströmgeschwindigkeiten ermöglichen. Ausserdem soll durch mechanische Belastungen kein Sorptionsmaterial emittiert werden.
Durch bekannte Schüttbettfilter sind diese Anforderungen nicht zu bewerkstelligen, da durch Schutt Vorgänge Reibung entsteht. Deshalb soll bei diesem Filter das Sorbtionsmaterial in doppelwandigen Filterpatronen aufgenommen werden, welche periodisch samt Inhalt ausgetauscht werden. Die Einbringung des Sorptionsmaterials in einzelne Patronen gewährleistet eine hohe Anströmfläche und gleichbleibende Filterbeaufschlagung über die gesamte Bauhöhe.
Dadurch können sehr grosse Filterflächen und sehr geringe Anströmgeschwindigkeiten und lange Verweildauern erreicht werden, was die Reaktion mit dem Schadstoff begünstigt. Das Sorptionsmaterial besteht aus mit Permanganat angereicherter Tonerde. Das Permanganat ist sehr reaktionsfreudig und benötigt kurze Reaktionszeiten (Kontaktzeit < 0,5 sec) .
Im Sorptionsfüter laufen folgende Reaktionen ab: (in diesem Fall für Kaliumpermanganat)
2KMnO4 + SO2 → K2SO4 + 2MnO2 + O2
3NO + 2KMnO4 + H2O → 3NO2 + 2MnO2 + 2KOH 3NO2 + KMnO4 + 2KOH → 3KNO3 + MnO2 + H2O CO wird zu CO2 oxidiert
Die Abscheidung des NO erfolgt hier durch Umwandlung in Salpeter und wird, im . Trägermaterial gebunden. Diese Bindung ist nicht reversibel, d. h. bei Temperaturerhöhung wird das gebundene NOx nicht wieder freigegeben (keine Desorption).
Bei Verwendung von NaMnO4 und 12 % iger Imprägnierung des Sorptionsmaterials kann der Mediumverbrauch auf das sechsfache der abzuscheidenden Stickoxidmenge jährlich begrenzt werden, und somit ein einjähriger Wartungsintervall bei akzeptablen Mengen an Sorptionsmaterial gewährleistet werden.
Somit bleiben der Filterwiderstand und die Saugluftmenge bei hohen Filterstandzeiten nahezu konstant.
Durch den Einsatz des Filtersystems in Strassentunnem oder Zuluftsystemen für Flughafenterminals wird die Staubmenge und die Stickoxidbelastung im Luftstrom zuverlässig reduziert.
In einem weiteren Aspekt schafft die vorliegende Erfindung ein Filtersystem für Abluft aus Strassentunnem oder Zuluft für Flughafenterminals mit mehreren, in den Lüftungskanal (6) einbaubaren Filterelementen (5) zur Reinigung des Luftstroms von Feinstaub, wobei das Filtersystem Schnellschlussventile (4) aufweist, welche Schnellschlussventile reingasseitig im Reingasraum (2) anbringbar sind und welche Schnellschlussventile mit Pressluft aus dem Presslufttank (3) selbsttätig abreinigbar sind, und wobei das Filtersystem einen Sorptionsfilter (8) zur Abscheidung gasförmiger Schadstoffe aufweist.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Sorptionsfilter derart ausgebildet, dass dieser den Filterelementen zur Reinigung des Luftstroms von Feinstaub in Strömungsrichtung des zu reinigenden Luftstroms nachgeschaltet ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Sorptionsfilter derart ausgebildet, dass dieser den Filterelementen zur Reinigung des Luftstroms von Feinstaub in Strömungsrichtung des zu reinigenden Luftstroms vorgeschaltet ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst der Sorptionsfilter ein Gemisch aus aktivierter Tonerde und einem Permanganat Das Permanganat ist vorzugsweise Kaliumpermanganat (KMnO4) oder Natriumpermanganat (NaMnO4), besonders bevorzugt Natriumpermanganat (NaMnO4).
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Sorptionsfilter in Form von mindestens einer, typisch eine Vielzahl von, doppel wandigen, luftdurchlässigen Filterpatronen ausgebildet, die vorzugsweise mit einem Gemisch umfassend, bevorzugt bestehend, aus aktivierter Tonerde/P ermanganat gefüllt ist. Bevorzugterweise weisen die Füterpatronen eine Schüttbetttiefe von mindestens 7 cm auf. Diese Schüttbetttiefen gewährleisten eine minimale Kontaktzeit des Sorptionsmaterials mit dem zu reinigenden Luftstroms von 0,2 s.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das erfindungsgemässe Filtersystem mindestens 1 Filterpatrone pro 1000 m3/h zu reinigendem Luftstrom auf. Dies gewährleistet akzeptable Filterwiderstände.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist der Sorptionsfilter ein Sorptionsmaterial auf, welches Sorptionsmaterial ein Gemisch aus aktivierter Tonerde und einem Permanganat umfasst. In einer weiteren bevorzugten_Ausfϊihrungsform der vorliegenden Erfindung weist der Sorptionsfilter ein Sorptionsmaterial auf, welches Sorptionsmaterial, insbesondere zur Optimierung der Speicherkapazität für Stickoxide, mit 8-16 % NaMnO4, vorzugsweise mit 10-14% NaMnO4, und besonders bevorzugt mit 12 % Gewichstanteilen NaMnO4 angereichert ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, sind die Filterelemente in Filterpatronen eingebracht. Bevorzugterweise bestehen die Filterelemente aus mehrfach gefalteten Gewebefilterelementen. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bestehen die Filterpatronen aus mehrfach gefalteten Filtergeweben, fixiert durch Stützkörbe.

Claims

P atentansprüche :
JL Filtersystem für Abluft aus Strassentunneln oder Zuluft für Flughafenterminals mit mehreren, in den Lüftungskanal (6) einbaubaren Filterelementen (5) zur Reinigung des Luftstroms von Feinstaub, wobei das Filtersystem Schnellschlussventile (4) aufweist, welche Schnellschlussventile reingasseitig im Reingasraum (2) anbringbar sind, und welche Schnellschlussventile mit Pressluft aus dem Presslufttank (3) selbsttätig abreinigbar sind, und wobei das Filtersystem einen Sorptionsfilter (8) zur Abscheidung gasförmiger Schadstoffe aufweist.
2. Filtersystem für Abluft aus Strassentunneln oder Zuluft für Frughafenterminals mit mehreren, in den Lüftungskanal (6) eingebauten Filterelementen (5) zur Reinigung des Luftstroms von Feinstaub, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Filterelemente den Feinstaub zurückhalten und durch reingasseitig im Reingasraum (2) angebrachte Schnellschlussventile (4) mit Pressluft aus dem Presslufttank (3) selbsttätig abgereinigt werden und ein Sorptionsfilter (8) zur Abscheidung gasförmigen Schadstoffen nachgeschaltet ist.
3_i Filtersystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterelemente aus Filterpatronen bestehen.
4 Filtersystem nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterelemente aus mehrfach gefalteten Gewebefilterelementen bestehen.
S, Filtersystem nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterabreinigung zeitlich gesteuert ist.
O1 Filtersystem nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterabreinigung differenzdruckgesteuert ist.
7. Filtersystem nach einem der Ansprüche 1 oder 3-6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sorptionsfilter in Strömungsrichtung nachgeschaltet ist.
8^ Filtersystem nach einem der Ansprüche 1 oder 3-7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sorptionsfilter in Strömungsrichtung vorgeschaltet ist.
9. Filtersystem nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, dass der Sorptionsfilter aus mehreren doppel wandigen, luftdurchlässigen Filterpatronen besteht, welche mit aktivierter Tonerde/P ermanganat gefüllt sind.
JJλ Filtersystem nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, dass der Sorptionsfϊlter ein Sorptionsmaterial umfasst, welches Sorptionsmaterial ein Gemisch aus aktivierter Tonerde und einem Permanganat umfasst.
VL Filtersystem nach einem der Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterelemente aus Standard-Filterpatronen der Grosse 324 x 660 mm mit mindestens 20 m2 Filterfläche bestehen.
YL Filtersystem nach einem der Ansprüche 1-11, dadurch gekennzeichnet, dass zur Gewährleistung akzeptabler Filterwiderstände mindestens 1 Filterpatrone pro 1000 m3/h verwendet wird. . . .
JJL Filtersystem nach einem der Ansprüche 1-12, dadurch gekennzeichnet, dass der Sorptionsfilter aus mehreren mit Tonerde/Permanganat gefüllten doppelwandigen, luftdurchlässigen Filterpatronen mit mindestens 7 cm Schüttbetttiefe besteht, welche eine minimale Kontaktzeit des Sorptionsmaterials mit der Luft von 0,2 s gewährleisten.
JA Filtersystem nach einem der Ansprüche 1-13, dadurch gekennzeichnet dass das Sorptionsmaterial zur Optimierung der Speicherkapazität für Stickoxide 8-16 % NaMnO4, vorzugsweise 10-14% NaMnO4, und besonders bevorzugt 12 % Gewichtsanteile NaMnO4 aufweist.
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