WO2021121453A1 - Verfahren und vorrichtung zum behandeln eines mit schad- und/oder nutzkomponenten belasteten gases - Google Patents

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Andreas Hartbrich
Alexander Jekow
Ruprecht Marxer
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Silica Verfahrenstechnik Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a method for treating a raw gas loaded with at least one gaseous pollutant and / or useful component, in which the raw gas pressurized by a fan and / or compressor via an inflow-side distribution chamber at least one
  • Plate heat exchanger a multitude of flow channels filled with adsorbent, which are formed by corrugated and / or profiled sheets lying mirror-inverted, connected by webs and combined to form pairs of corrugated sheets, in parallel divided partial flows under adsorption pressure until the adsorbent is adsorbed with the pollutant.
  • the invention further relates to a device for carrying out the method, with at least one plate heat exchanger which comprises a plurality of flow channels and flow spaces perpendicular to these, which are formed by corrugated and / or profiled sheets of mirror-image superimposed, connected by webs, to form pairs of corrugated sheets are formed, wherein the flow spaces are arranged between the pairs of corrugated sheets, and the flow channels for the passage of the raw gas divided into partial flows are connected on the inflow side with a distribution space and on the outflow side with a collecting space, the upstream distribution space with a supply line for the raw gas and the downstream collecting space is in communication with a clean gas line, and the flow spaces open into a distribution space for the supply and discharge of a cooling or heating medium for indirect cooling or heating of the adsorbent, and with a he control unit that switches the plate heat exchanger loaded with the harmful and / or useful component from the adsorption to the regeneration state or vice versa to another plate heat exchanger.
  • Mainly adsorbents are used in the form of beds made of activated carbon, silica gel, aluminum oxide gel or molecular sieves, for example in a bed through which the gas to be cleaned flows (DE 35 05 351 A1, DE 197 54 185 C1, DE 198 09 200 A1 ), a bed arrangement of the adsorbent between heat exchanger plates (DE 103 61 515 A1, EP 2 718 086 B1, EP 1 284813 B1, DE 603 17 545 A2).
  • the gas to be cleaned flows through the adsorber filled with adsorbent, the adsorbent adsorbing the pollutant and heat is generated by the adsorption, which cannot be dissipated in conventional adsorbers.
  • the gas to be cleaned is therefore cooled before it enters the adsorber.
  • a temperature profile is created in the adsorber, ie at In the downward direction of flow of the gas through the adsorbent bed, the upper layers of the bed are cooled by the incoming gas and the lower layers are heated by the heat of adsorption released.
  • a substance adsorbs worse at a higher temperature and the maximum possible loading of the adsorbent with the adsorbed harmful component decreases with increasing temperature. This significantly limits the performance of the fixed bed adsorber.
  • the temperature profile that develops from VOC-contaminated exhaust air during the adsorption of solvents also favors the formation of fire-endangering hotspots in the activated carbon bed, which can lead to spontaneous combustion of the activated carbon.
  • a previously heated regeneration gas is introduced into the loaded adsorbent, which heats the adsorbent to a temperature at which the pollutant or the useful component desorbs.
  • Regeneration with gas is disadvantageous from an energetic point of view due to the relatively low heat capacity of the gas. All apparatus, pipes and fittings are heated up by the heated regeneration gas before the heat can heat up the adsorbent accordingly. This causes high operating costs due to the energy loss that has to be expended.
  • adsorbents such as activated carbon and silica gel are unsuitable for adsorption under high pressure, because at low partial pressure the adsorption capacity of activated carbon and silica gel is too low to be able to be used economically.
  • This prior art also suggests the desorption of the adsorbed Impurities from the adsorbent arranged in the fixed bed by stripping with a flushing gas, displacing with a preferably adsorbed material, heating the adsorbent to a temperature above the adsorption temperature in a direct or indirect way or releasing it to a pressure below the adsorption pressure.
  • the activated carbon When solvent recovery is used, the activated carbon is usually regenerated by direct steaming of the activated carbon with hot water vapor, which in addition to the heat losses also results in the solvent being contaminated by the steam. Furthermore, before the solvent can be reused, the water phase must be removed from the solvent, which in turn causes high expenditure in terms of energy and equipment.
  • the filling of tubes in a tube bundle with a circular ring cross-section (DE 37 29 517 A1) is known, concentric to the tube bundle a cooling leading cylindrical pipe coil and an electrical heating device is arranged in the center of the tube bundle and / or pipe run.
  • an apparatus in particular for use as a chemical reactor and / or adsorber and / or regenerator is known, which is constructed essentially cylindrically symmetrical about a preferred axis and contains at least two beds of particles that act catalytically and / or adsorptively and / or heat-storing.
  • the apparatus has means for supplying and removing gaseous or liquid media, which are each assigned to the ends of the beds facing away from one another and the ends facing one another.
  • a reactor comprising a heat exchange body defining one or more fluid flow channels and having a removable insert.
  • the insert includes a series of contact plates stacked along a common axis and press fit into one of the flow channels thereby providing secondary heat exchange surfaces in thermal contact with the primary wall surfaces.
  • the first possibility is to arrange the catalyst or adsorbent as a supported layer in the flow channel (EP 1 195 193 B1, EP 1 361 919 B1, EP 1 430 265 B1, DE 11 2006 000 447 T5, EP 1 434 652 B1, WO 03 / 095924 A1).
  • the particle size in these cases is less than 0.15 mm, so that this approach is suitable for flow channels with small cross-sections and closed flow channels of plate heat exchangers.
  • the catalyst or the adsorbent is introduced as a bed or packing into a relatively open, unimpeded flow passage with larger flow cross-sections (WO 2006/075 163 A2).
  • the particle sizes used here are more than 2 to 3 mm. If the catalyst packing is used up, it has to be removed from the flow channels by pressing the packing through a rod inserted into the flow channel.
  • the system is to a certain extent a one-way system, because the catalyst or the adsorbent can only be removed after it has been used up with a relatively high level of technical effort or the apparatus even has to be scrapped.
  • plate heat exchangers For small cross-sections of the flow channels, plate heat exchangers have therefore not been able to establish themselves as adsorption apparatus on an industrial scale.
  • the invention is based on the object of providing a method and a device with which it is possible, on an industrial scale, plate heat exchangers with slim flow channels for treating a raw gas loaded with at least one gaseous harmful and / or useful component by reducing the energy loss during adsorption and regeneration as well as reducing the risk of blockage of flow channels filled with adsorbents and the formation of fire-endangering hot spots, increasing the quality and speed of the regeneration process and making the raw gas pass the adsorbent while at the same time increasing profitability and security is largely avoided.
  • Substance exchange between a pollutant and / or useful component of a raw gas and the adsorbent to use small cross-sectional, slim flow channels of a cross-flow plate heat exchanger filled with adsorbent and at the same time to more effectively exchange heat with the adsorbent during adsorption and regeneration by dividing the raw gas and the flushing gas into partial flows design and to use the partial flows of the purge gas exclusively as a transport gas for the harmful and / or useful component.
  • Flow channels positioned flow chicanes and flow paths in the flow spaces for the flow guide and spacer plates forming the cooling or heating medium are achieved in the following steps: a) Simultaneous generation of turbulence in the partial flows of the raw gas within the flow channels and in the cooling medium within the flow spaces during adsorption or the partial flows of the purge gas in the
  • Flow channels and in the heating medium in the flow spaces during regeneration b) regulating the adsorption pressure in the flow channels during adsorption by throttling the outflow of clean gas from the collecting chamber to an overpressure of 0.1 to 15.0 bar, c) regulating the desorption pressure in the flow channels during regeneration by throttling the flow of purging gas into the distribution chamber to an absolute pressure of 0.01 to 1.0 bar while maintaining a vacuum pump vacuum on the suction side and d) regulating an overpressure of condensation when separating the desorption heated desorbate in a heat exchanger / condenser by means of condensation in the harmful and / or useful component and a return gas to a Overpressure of 0.1 to 5.0 bar by throttling the outflow of return gas from the heat exchanger / condenser.
  • the turbulence in the raw gas and in the purge gas are generated according to a preferred embodiment of the method according to the invention by flow chicanes that are formed as expressions perpendicular and / or transverse to the flow direction in the wall of the flow channel at the same time with the corrugated bending or corrugated rolling of the corrugated sheets, wherein the expressions can be aligned inwards into the flow channel and / or outwards into the adjacent flow spaces.
  • the generated turbulence counteracts the margins along the wall of the flow channels and also has the advantage that the cooling or heating medium is swirled directly on the surface by the features directed outwards into the flow spaces and thus improves the heat exchange.
  • the turbulence in the cooling or heating medium is generated by flow guide or spacer plates positioned in the flow spaces between the pairs of corrugated sheets, the cooling medium during adsorption or the heating medium during regeneration in a cross flow to the flow channels can be performed single or multiple.
  • the cooling or heating medium In the event that the cooling or heating medium is to be routed in several ways, adjacent flow spaces are alternately connected to one another, as a result of which the cooling or heating medium is diverted from flow space to flow space.
  • the flow guide and spacer plates in the flow spaces between the rows of flow channels constantly deflect the cooling or heating medium flowing past the flow channels, so that the indirect heat exchange with the adsorbent is highly effective.
  • the flow guide and spacer plates ensure an exact distance between the corrugated sheet metal pairs lying above or below one another and enable a stable and compact design.
  • the adsorption pressure is regulated such that the pressure of the raw gas in the Distribution chamber and the pressure of the clean gas in the collecting chamber are measured by pressure sensors connected to the control unit, the control unit compares the measured values with a specified setpoint value for the adsorption pressure (PAD) stored in the control unit and, if there is a deviation, the fan and / or compressor and a collecting chamber controls downstream pressure regulating valve, which adjusts the outflow of clean gas from the collecting chamber in such a way that the adsorption pressure corresponds to the setpoint value for the adsorption pressure.
  • PAD a specified setpoint value for the adsorption pressure
  • This control mode makes it possible to precisely and reliably maintain the adsorption pressure in the flow channels.
  • the desorption pressure is regulated in such a way that the pressure of the purging gas in the distribution chamber and the pressure of the vacuum pump applied in the collecting chamber are measured by pressure sensors connected to the control unit compares the setpoint for the desorption pressure stored in the control unit and, in the event of a deviation, controls the vacuum pump downstream of the collecting chamber and a control valve upstream of the distribution space, which adjusts the flow of flushing gas into the distribution space in such a way that the desorption pressure corresponds to the setpoint for the desorption pressure.
  • the advantage is that the desorption pressure in the flow channels can be precisely maintained through the interaction of the vacuum pump and control valve.
  • the condensation overpressure is regulated such that the pressure of the return gas is measured after leaving the heat exchanger / condenser by a pressure sensor connected to the control unit, the control unit the measured value with a predetermined, in the The control unit compares the setpoint for the condensation overpressure and, if there is a discrepancy, controls a pressure control valve downstream of the heat exchanger / condenser, which adjusts the return gas flow in such a way that the condensation overpressure corresponds to the setpoint for the condensation overpressure.
  • pure gas or inert gas is used as the flushing gas, which is divided into partial flows during the regeneration, each partial flow being passed into a flow channel filled with saturated adsorbent, flowing through this and the desorbed harmful and / or useful component discharges from the adsorbent into the collecting space and merged to desorbate from flushing gas and harmful and / or useful component.
  • a partial flow can be divided off from the clean gas generated by the method according to the invention and used as a flushing gas.
  • inert gas a corresponding reservoir is to be provided, from which the inert gas is supplied as a flushing gas.
  • the inert gas can also be taken from a supply network. Nitrogen is preferably used as the inert gas.
  • a particularly preferred embodiment of the method according to the invention provides that the partial flows of the raw gas during the adsorption and the partial flows of the purge gas during the regeneration are passed into flow channels filled with adsorbent and separated from one another in a gastight manner.
  • At least one groove is formed in the longitudinal direction of the webs for the insertion of a hard solder during corrugation rolling, which when the webs are superimposed in mirror image interlock and are firmly connected to one another by brazing, the webs in the transverse direction by laser welds be connected gas-tight.
  • the webs can, however, also be connected in a gas-tight manner in the longitudinal direction of the webs by at least one laser weld seam and in the transverse direction by a laser weld seam each sealing off with respect to the distribution space and the collecting space.
  • the partial flows of the raw gas during the adsorption and the partial flows of the purge gas during the regeneration are conducted into flow channels filled with adsorbent and which are in at least one flow connection with one another, the adjacent adjacent flow channels via at least one flow transition with passage openings for part of the partial flow entered in the flow channel of raw gas during adsorption and for part of the partial flow of flushing gas that has entered the flow channel communicate with one another during regeneration, through which at least two bypass flows are separated from the respective part of the partial flow and directed sideways into the adsorbent of the respective adjacent flow channel.
  • the flow transition is formed from a depression formed in the webs when the corrugated or profiled sheets are corrugated rolling, which is covered when the corrugated and profiled sheets are placed on top of each other by the area of the webs above and or below the webs lying on top of one another are materially connected by laser welding in the longitudinal and transverse directions, the laser weld seam being penetrated by the depression in the longitudinal direction and the depression being sealed gas-tight by weld seams in the transverse direction.
  • the flow transition can, however, also when the
  • Corrugated or profiled sheets are formed by a shallow gap between the webs, in that the webs are materially connected to one another in the longitudinal direction by laser line welding so that the gap interrupts the material connection and divides it into at least one flow transition section that passes through the web in the transverse direction of the webs Gap delimiting weld seams is sealed gas-tight.
  • several flow transitions in the longitudinal direction of the webs can be spaced apart and distributed uniformly or differently from one another.
  • the number of flow transitions in the webs in the vicinity of the The distribution space on the inflow side must be greater than the number of flow transitions in the webs near the collecting space on the outflow side, ie the number of flow transitions distributed along the webs can vary.
  • Another embodiment of the method according to the invention is characterized in that the condensed harmful and / or useful component is removed via a condensate drain and the return gas leaving the heat exchanger is mixed with the raw gas.
  • the further embodiment of the method according to the invention provides that beds of activated carbon granulate, aluminum oxide gel, silica gel, molecular sieves or mixtures thereof are used as the adsorbent.
  • Water or glycol-water mixtures can be used for cooling.
  • Steam, hot water or hot exhaust gases are used as the heating medium.
  • the plate heat exchanger is a modified cross-flow plate heat exchanger with slim flow channels which are spaced apart from one another by flow guide and spacer plates arranged in the flow spaces for the cooling or heating medium, the Flow channels have a clear width of at least 10 to a maximum of 120 mm and have flow chicanes inside to generate turbulence, and that the inflow-side distribution space with a flushing gas line for supplying the flushing gas and dividing it into partial flows and introducing them into the flow channels for the removal of the desorbed heated harmful and / or useful component from the adsorbent is connected as desorbate in the collecting chamber, the collecting chamber being assigned a pressure control valve for throttling the outflow of clean gas, and a control valve for throttling the purge gas line Inflow of flushing gas into the distribution space and the collecting space on the outflow side is connected to a vacuum pump on the suction side, and that the vacuum pump is connected on the pressure side to a heat exchanger
  • the device comprises the flow guide and spacer sheet a thin corrugated sheet with spacer profiles formed in the corrugation crests, exceeding the height of the corrugation crests, which are offset from one another from wave crest to wave crest with gaps, the spacer profiles in the corrugated sheet metal pairs formed by the webs of the corrugated sheet metal pairs lying above and below one another Engage in an offset supporting manner and the respective spacer profile is firmly fixed at the end on the associated pair of corrugated sheets.
  • the flow guide and spacer plates contribute to a compact design of the device according to the invention.
  • Partial flows in the flow channels past the adsorbent is that the flow chicanes are formed by shapes that are formed transversely and / or parallel to the flow direction of the partial flow of the raw gas or purging gas in the wall of the flow channels inwards and / or from the wall outwards.
  • the device is assigned a pressure sensor to measure the pressure of the raw gas, the pressure of the clean gas during adsorption and the pressure of the purge gas and the suction-side pressure of the vacuum pump during regeneration, the pressure sensors being associated with the distribution chamber and the collecting chamber connected to the control unit, which is connected to control the fan in the supply line, the pressure regulating valves to throttle the outflow of clean gas from the collecting chamber, the vacuum pump to generate a negative pressure during regeneration and the regulating valves to throttle the flow of purge gas into the distribution chamber .
  • the heat exchanger / condenser is connected on the downstream side to the supply line for the raw gas through the return gas line via the pressure control valve to throttle the outflow of return gas from the heat exchanger / condenser, a pressure sensor downstream of the heat exchanger / condenser for Measurement of the return gas pressure is provided, which is connected to the control unit which controls the pressure regulating valve so that the harmful and / or useful component can condense in the event of excess pressure.
  • the sieve can be dismantled from the flow channels and the used adsorbent can be easily removed via the distribution chamber on the supply side.
  • the filling of the flow channels with new adsorbent takes place after removing the downstream screen and reassembling the upstream screen vertically into the open flow channels via the downstream distribution space.
  • the modified cross-flow plate heat exchanger comprises a rectangular structural unit which is arranged in the interior of a rectangular or cylindrical housing, the distribution space being designed as a foot part, the collecting space being designed as a head part and the distribution space for the cooling or heating medium all Enclosing flow spaces open to flow.
  • This embodiment of the device according to the invention has the advantage that, depending on the prevailing operating conditions, the structural unit can be in a vertical or vertical position can be operated horizontally.
  • each structural unit is arranged one above the other in a common housing of the cross-flow plate heat exchanger and each structural unit is provided with an inflow-side distribution space and an outflow-side collecting space, the distribution spaces and the collecting spaces with one another through the flow channels with a clear width of 10 to 120 mm are flow-connected.
  • This arrangement enables free scaling of the gas quantities to be treated and simple assembly of the structural units.
  • the structural unit has an inflow-side floor and an outflow-side floor, the respective floor consisting either of a single molded part or of several molded parts adapted to the contour of the flow channels, which are firmly connected to each other and to the corrugated sheet metal bar .
  • a preferred embodiment of the device according to the invention is characterized in that the adjacent flow channels are separated from one another in a gas-tight manner.
  • the webs of mirror-inverted to each other arranged corrugated ⁇ or profile plates are connected together in longitudinal direction by at least one braze joint or at least one laser weld seam and in the transverse direction of the webs cohesively by means of laser welds, so that communication between adjacent flow channels is excluded.
  • the latter For the gas-tight connection of the webs, the latter have at least one groove running in the longitudinal direction of the webs for inserting a hard solder, the grooves interlocking when they are mirror-inverted and are connected to one another in a gastight manner by hard soldering.
  • the adjacent flow channels formed when the corrugated or profiled sheets are arranged in reverse order can be flow-connected by at least one flow transition running transversely to the longitudinal direction of the webs, the passage openings of which open into the adjacent flow channels at least one indentation (groove) formed in the web is formed, which is covered by the area above or below of the web, which is arranged laterally reversed, and that the webs lying on top of one another are gastight by at least one material connection (weld seam) penetrated by the recess and running in the longitudinal direction of the webs and the webs are connected in a gas-tight manner in the transverse direction by weld seams running parallel to the depression.
  • weld seam weld seam
  • the flow transition can, however, also consist of at least one shallow gap with passage openings between the webs which are materially bonded and gas-tight in the longitudinal direction, the webs being connected in a gas-tight manner in the transverse direction by a weld seam running parallel to the gap.
  • the passage opening of the flow transitions has a dimension which is smaller than the dimension and shape of the smallest particle size of the adsorbent bed, so that a passage of adsorbent from one flow channel into the adjacent other flow channel is excluded.
  • the flow transitions can be spaced apart from one another uniformly or at different lengths and distributed in the longitudinal direction of the webs.
  • This arrangement has the advantage that the partial flows of the raw gas flow separated by the passage openings can be distributed over the entire length of the flow channel in the adsorbent bed and help counteract incipient blockages in the narrow flow channels.
  • the flushing gas is air, preferably pure gas, or an inert gas, for example nitrogen.
  • the flushing gas preferably pure gas, or an inert gas, for example nitrogen.
  • a separate storage device or a corresponding supply network is provided, which is connected to the flushing gas line.
  • the adsorbent is a bed of activated carbon, aluminum oxide gel, silica gel, molecular sieves or mixtures thereof with a particle size between 0.6 mm and 6.0 mm.
  • the cross-flow plate heat exchangers consist of thin
  • Stainless steel, copper or aluminum sheet which is formed into corrugated or profiled sheet with different profile shapes by corrugating rollers.
  • the adsorbent-filled flow channels of the two cross-flow plate heat exchangers are arranged in a switchable manner via connecting lines and switching valves and the indirect cooling or heating for the adsorbent assigned to the flow spaces via the peripheral distribution space through connecting lines and shut-off valves via the control unit.
  • the heat generated during adsorption is removed from its place of origin by water or glycol / water mixtures, and the heat required to regenerate the adsorbent can be supplied where it is needed by steam, hot water or hot exhaust gases.
  • the adsorbent bed is heated on one side by the regeneration fluid, directed upwards or downwards.
  • the heat or desorption front migrates through the bed.
  • a large part of the components already desorbed in the hot area is adsorbed again in the not yet heated (cold) area of the adsorbent column and then has to be desorbed again in an energy-intensive manner.
  • the advantage of the solution according to the invention is, among other things, that the adsorbent located in the flow channels is heated at the same time. As a result, there are no cold areas in the bed of adsorbent in which desorbed components could be adsorbed again. This has the advantage that the energy efficiency of the process and the quality of the regeneration are significantly improved.
  • the flushing gas flow can be freely selected and only serves to remove the desorbed harmful and / or useful components, whereby higher concentrations of harmful and / or useful components can be set in the flushing gas and in particular the condensation quantities of harmful and / or useful components
  • Useful components such as dichloromethane, acetone, ethyl acetate, methanol, toluene, xylene, hexane, water reach orders of magnitude that meet industrial standards and are economical.
  • the lowering of the pressure during desorption also enables the amount of flushing gas to be minimized. For example, when the pressure is reduced to 0.5 bara and the flow rate in the adsorber remains the same, only half the amount of flushing gas is required. In addition, when the pressure is reduced, the required desorption temperature drops, which is particularly advantageous when recovering temperature-sensitive harmful and / or useful components such as chlorinated compounds.
  • the solution according to the invention thus opens up the possibility of using energy carriers such as hot water or even warm exhaust gas as a heating medium for the regeneration.
  • energy carriers such as hot water or even warm exhaust gas as a heating medium for the regeneration.
  • the condensation of the harmful and / or useful components is significantly more efficient, since the condensation is pressure-dependent.
  • a mixture of saturated air / ethyl acetate, for example, at a pressure of 1 barg and normal cold water (+ 2 ° C) achieves a condensation performance comparable to that at -10 ° C under normal pressure of 1 bara. Both the pressure and the temperature during the condensation can easily be adapted to the respective conditions.
  • a further advantage of the solution according to the invention is that the flushing gas does not have to transport the required desorption energy into the loaded adsorbent, but only transports the desorbed harmful and / or useful component away into the heat exchanger.
  • FIG. 1 a is a perspective exploded view of two pairs of corrugated iron, offset from one another and arranged in a mirror-inverted manner, with their webs lie on top of one another and are materially connected to one another by laser welding without a flow transition,
  • FIG. 1b shows a detail in plan view of FIG.
  • FIG. 1c shows a perspective illustration of the flow guide and spacer plate inserted in the flow spaces between the corrugated sheet metal pairs
  • FIG. 2a a perspective illustration of one of several
  • FIG. 3 is a side view of a modified cross-flow
  • FIG. 5a shows a side view of a modified cross-flow plate heat exchanger in the interior of a cylindrical housing
  • 5b is a side view of a modified cross-flow
  • Plate heat exchanger from, for example, two structural units arranged one above the other,
  • FIG. 6 shows a perspective exploded view of two mutually offset, mirror-inverted pairs of corrugated iron, the webs of which lie on top of one another and are provided with grooves in the longitudinal direction, which are connected to one another by brazing without a flow transition, Fig. 6a a through a web along the line A ⁇ A of Fig. 6,
  • Fig. 6b shows a section along the line B-B of Fig. 6a
  • Fig. 7b shows a section along the line D-D of Fig. 7a
  • Fig. 9a shows a section along the line F-F of Fig. 8,
  • Fig. 10 is a schematic representation of the inventive
  • FIG. 11 shows a schematic representation of the device according to the invention during the regeneration phase with simultaneous heating of the loaded adsorbent in the flow channels.
  • La shows the basic structure of pairs of corrugated sheets 7c, which consist of mirror-inverted corrugated sheets 7a and 7b made of stainless steel with a thickness of 0.3 mm. a modified cross-flow plate heat exchanger la or lb without flow transition.
  • the two corrugated sheets 7a and 7b which are made of stainless steel sheet, are placed one above the other in a mirror-inverted manner and, with their corrugated profiles 8, form vertical flow channels 9 that are parallel to one another and whose webs 10a and 10b face each other and by laser line welding in longitudinal direction LR along the edge of flow channels 9 and in transverse direction QR the webs 10a and 10b are welded gas-tight.
  • the flow channels 9 have, for example, a length L of up to 2 m and a clear width W of approximately 6 mm to 120 mm.
  • Adjacent pairs of corrugated sheets 7c of the corrugated sheets 7a and 7b arranged one above the other form flow spaces 14 through which a cooling or heating medium K or H can be passed in a cross-flow to the flow channels 9, i.e. simultaneously through the flow spaces 14.
  • Corrugated sheet metal pairs 7c formed in 7b are -as also shown in FIG.
  • spacer profiles 12 are formed at regular intervals from one another, each of which engages alternately in a supporting manner in the area of the corrugated sheet pairs arranged one above the other, the spacer profile 12 on the respective corrugated sheet pair 7c at the beginning and end with a material fit is attached, so that a displacement of the flow guide spacer plate 11 is excluded.
  • Wave crests WB of the flow guide and spacer plate 11 are arranged offset to one another on a gap 17, so that flow paths SF arise which force the cross-flow cooling or heating medium K or H to deflect and thereby generate turbulence.
  • An example of a flow path SF is indicated by arrows in FIG. Figures 2a and 2b illustrate the structure of one of several
  • Corrugated sheet pairs 7c composite adsorber unit 1.
  • the corrugated sheet pairs 7c penetrate with their open-ended flow channels 9 a head-side floor 18 and a downstream floor 19.
  • the floors 18 and 19 are composed of molded parts 18.1 to 18.n and 19.1 to 19.n, respectively Contour is adapted to the shape and dimensions of the corrugated sheet metal pairs 7c, expediently by laser cutting.
  • the molded parts are joined together with the inserted corrugated sheet metal pairs 7c along the contour and materially connected by laser welding or brazing, so that a substantially rectangular apparatus is created, which can be inserted either into a rectangular or cylindrical housing 2.
  • the joining direction is indicated by an arrow in FIG. 2b.
  • Plate heat exchangers la and lb are each housed as a structural unit in a housing 2 made of stainless steel.
  • the housing 2 consists of a rectangular housing shell 2a, in the interior of which the adsorber unit 1 is arranged.
  • the head-side bottom 18, together with a head part 20 belonging to the housing 2 is flanged at the end of the wall 13 of the housing shell 2a, so that a distribution space 3a or 3b is created on the inflow side, into which the crude gas G, which is contaminated with a gaseous harmful and / or useful component enters via a feed line 4 connected to the head part 20.
  • the bottom 19 of the adsorber unit 1 on the foot side and a foot part 21 flanged on the end face of the wall 13 of the housing shell 2a forms a collecting space 5a or 5b for the clean gas RG leaving the flow channels 9 and under adsorption pressure PAD, which is connected to the foot part 21 connected discharge line 6 of a gas expansion turbine (not shown) with a power generator or via an expansion valve to a consumer or as exhaust air into the atmosphere.
  • a gas expansion turbine not shown
  • the inflow-side distribution space 3a or 3b is located at the head of the cross-flow plate heat exchanger la or lb, whereby the flow direction SRR of the raw gas G runs vertically downwards through the adsorber unit 1.
  • the raw gas G can also flow vertically upwards through the adsorber unit 1.
  • the flow channels 9 filled with an adsorbent AM are preferably aligned vertically and connect the distribution chamber 3a or 3b with the collecting chamber 5a or 5b, open to flow.
  • the flow channels 9 are covered at the end with a removable gas-permeable sieve 22.
  • the sieve 22 has a mesh size that is selected to be smaller than the smallest particle size of the adsorbent AM filled into the flow channels 21, so that the adsorbent does not get out of the flow channels.
  • the granular adsorbent AM for example activated carbon, forms an elongated column of adsorbent in each of the flow channels 9.
  • the flow channels 9 have, for example, a clear width W of 6 mm and the diameter of the particles of the adsorbent is, for example, 1 mm.
  • the flow channels 9 - as shown in FIG. 4 - have flow baffles 24 which are molded into the wall 25 of the flow channels 9 in the form of impressions 26 when the corrugated sheets are manufactured.
  • the embossments 26 can extend from the wall 25 into the interior of the flow channel 9 and / or protrude from the wall 25 into the flow space 14.
  • a combination of inwardly projecting into the flow channel 9 and outwardly into the flow spaces 14 is also possible.
  • the expressions are designed as elongated bodies which are arranged transversely and parallel to the flow direction SRR of the partial flow TG of the raw gas G along the wall 25 of the flow channels.
  • the flow baffles 24 have the effect that the raw gas G or flushing gas SG located in the vicinity of the wall is directed into the interior of the flow channel 21, as a result of which turbulence is generated, which largely prevents access to the edge.
  • the adsorber unit 1 arranged in the interior of the housing 2 is surrounded by a distribution space 15 for the supply and discharge of a cooling medium K or a heating medium H, which is formed between the wall 13 of the housing shell 2a and the adsorber unit 1 is (see Fig. 3, 5a and 5b).
  • Adjacent pairs of corrugated sheet metal 7c form flow spaces 14 with one another, which open into the distribution space 15 so that the cooling medium K or the heating medium H can be guided through the flow spaces 14.
  • the flow guide and spacer plates 11 located in the flow spaces 14 ensure that turbulences arise in the cooling or heating medium K or H, which significantly improve the effectiveness of the heat exchange during adsorption and desorption.
  • Fig. 5a the cross-flow plate heat exchanger la or lb is shown, which receives an adsorber unit 1 in the interior of its cylindrical housing 2.
  • the head-side bottom 18 of the adsorber unit 1 is superimposed on the wall 13 of the housing shell 2a of the housing 2 and is together with the head part 20 in the form of a dished bottom and the foot-side bottom 19 of the adsorber unit 1 with the foot part 21 forehead or. flanged on the foot side to the wall 13 of the cylindrical housing jacket 2.
  • the distribution space 3a or 3b and the collection space 5a or 5b are formed by the head part 20 and the foot part 21 with the corresponding bottoms 18 and 19 of the adsorber assembly 1, respectively.
  • Fig. 5b for example, two adsorber units 1 arranged vertically one above the other are accommodated in the common housing 2, each unit 1 having an inflow-side distribution space 3a or 3b, an outflow-side collecting space 5a or 5b and a distribution space 15 for the cooling and Heating medium H or K is provided.
  • the distribution spaces 3a and 3b and the collecting spaces 5a and 5b are flow-connected to one another through the flow channels 9. This has the advantage that the gas quantities to be treated can be freely scaled.
  • the raw gas G is pressed by a fan 23 (see FIGS. 10 and 11), for example a rotary piston blower, at a pressure of 4.0 bar via the supply line 4 into the distribution chamber 3a or 3b.
  • the raw gas G is divided into individual substreams TG in the distribution chamber 3a or 3b, one substream each entering a flow channel 21 and flowing through the adsorbent bed AM in a vertically downward direction, the harmful and / or useful component being adsorbed on the adsorbent.
  • the partial flows TG leaving the flow channels 9 as pure gas RG collect in the collecting space 5a or 5b and are discharged via the discharge line 6.
  • the webs 10a and 10b can also be connected in a gas-tight manner in the longitudinal direction LR by a brazed connection 29c and in the transverse direction QR by laser welds 29b.
  • at least one groove R is formed in the webs 10a and 10b.
  • the grooves R each run in the longitudinal direction LR along the flow channels 9.
  • the grooves R have such a geometry and shape that before the corrugated or profiled sheets 7a or 7b are placed on top of one another in a mirror image, a hard solder is inserted into the Groove R of the web 10a of the lower corrugated or profiled sheet can be inserted.
  • the groove R of the web 10b located above comes to rest on the brazing alloy lying in the groove R of the web 10a below, and the interlocking grooves are connected in a gastight manner by the brazing material under the influence of temperature.
  • the webs 10a and 10b are sealed off from the distribution space 3a or 3b and the collecting space 5a or 5b by laser weld seams 29b.
  • 7, 7a, 7b and 7c show a second embodiment variant of the
  • At least one indentation 27a or 27b is formed in the web 10a or 10b transversely to the longitudinal direction LR over the entire width B when the corrugated or profiled sheets 7a and 7b are rolled, which when the two corrugated or profiled sheets 7a and b the parallel adjacent flow channels 9 connects to one another in an open-flow manner.
  • the depression 27a or 27b has a depth T which is smaller than the smallest particle size of the adsorbent, so that no adsorbent can get from one flow channel into the other flow channel (see FIG. 7a).
  • the depressions 27a and 27b are each laterally reversed and are covered by the web 10a and 10b of the corrugated or profiled sheet 7a and 7b located above and below.
  • the flat areas of the webs 10a and 10b facing one another are superimposed on one another and support one another.
  • the webs 10a and 10b are mechanically pressed together, fixed and welded to one another in a gas-tight manner by laser welding in the longitudinal direction LR.
  • the depressions 27a and 27b thus penetrate the weld seam 29a running in the longitudinal direction LR between the webs 10a and 10b in the transverse direction QR.
  • the gas-tight connection between the webs 10a and 10b lying one above the other in the transverse direction QR is made by further weld seams 29b running parallel to the depression 27a and 27b, as can be seen from FIGS. 7b and 7c.
  • the depressions 27a and 27b represent depressions in the webs 10a and 10b, the superimposed webs in the area of the depressions 27a and 27b do not touch and remain unwelded, so that a flow transition 30 is created with passage openings 31, which into the respectively adjacent Flow channels 9 open.
  • A penetrates through the flow transition 30 during adsorption
  • the cross-sectional area QF of the passage opening 31 depends on the geometry and shape of the depression 27a or 27b.
  • the dimensions of the passage opening 31 are selected so that the adsorbent with its smallest grain cannot pass through the passage opening.
  • Plate heat exchanger la or lb is shown in Fig. 8 in conjunction with Fig. 9a and 9b.
  • the flow transition 30 is through a shallow gap 28 when loose Superimposing the corrugated or profiled sheets formed between the webs 10a and 10b.
  • the webs 10a and 10b are connected to one another in a gas-tight manner by a weld seam 29a running in the longitudinal direction LR, which is interrupted by at least one gap 28.
  • the gap 28 represents a flow transition 30 with a passage opening 31, which connects the adjacent flow channels 9 to one another in an open-flow manner.
  • the gap 28 is sealed gas-tight in the transverse direction QR of the webs 10a and 10b by weld seams 29b (see FIG. 9b).
  • the size of the bypass flows BS reaching the flow channels 9 can be influenced by the number, geometry and shape of the flow transitions 30.
  • the number of flow transitions 30 between adjacent flow channels 9 can be increased or reduced so that the cross-sectional area QF of all passage openings 31 can be varied, a design of the flow transitions 30 depending on the type and nature of the adsorbent AM is possible and a blockage of the Flow channels 9 can be counteracted by a uniform or uneven distribution of the bypass flows BS over the adsorbent column.
  • FIG. 10 shows the cross-flow plate heat exchanger la during adsorption with simultaneous cooling and the cross-flow plate heat exchanger lb in the regeneration mode before switching to the adsorption mode.
  • Plate heat exchangers la and lb are each connected by a connecting line 32a and 32b, which can be opened or closed by a shut-off valve 33 assigned to the distribution space 3a and integrated into the connection line 32a and a shut-off valve 34 assigned to the distribution space 3b and integrated into the connection line 32b.
  • a connecting line 32a and 32b opens Feed line 4 into which a fan or a compressor 23 is integrated, which pressurizes the raw gas G and presses it into the corresponding distribution spaces 3a or 3b.
  • a pressure sensor 33 is arranged in the distribution chamber 3a or 3b, which measures the pressure PG of the raw gas G before the partial flows TG of the raw gas G enters the flow channels 9 and forwards the measured values to the control unit 37 via the control line 36.
  • a pressure sensor 38 is arranged in the collecting space 5a or 5b, which continuously measures the pressure PRG of the pure gas RG and transmits the measured values to the control unit 37.
  • the control unit 37 is based on an existing process design that takes into account the type, nature and quantity of the pollutant and / or useful component in the raw gas G, the limit values to be achieved for the pollutant concentrations in the clean gas RG and the operating data, setpoint values for the adsorption pressure PAD, the Desorption pressure PD and the condensation overpressure rk are stored.
  • the adjustment of the adsorption pressure PAD to an overpressure between 1.0 and 15.0 bar takes place in such a way that the control unit 37 compares the pressure values measured by the pressure sensors 33 or 38b with the setpoint value of the adsorption pressure PAD and, in the event of a deviation from the setpoint value, the fan and / or the compressor 23 and a pressure control valve 39 integrated in the connecting line 44a, which adjusts the adsorption pressure PAD to the specified target value by throttling the outflow of the clean gas RG from the collecting chamber 5a or 5b.
  • the flow of the raw gas G is indicated by a non-blackened arrow in the supply line 4 and the connecting line 32a.
  • the two supply lines 41a and 41b each bind in the direction of flow after the shut-off valve 33 or 34 in the connecting line 32a or 32b and can be opened or closed by a shut-off valve 42 or 43, so that the Purge gas SG according to the operating state of the cross-flow plate heat exchanger la or lb can be switched on or off via the control unit 37.
  • Plate heat exchangers la and lb each lead a connecting line 44a and 44b into the discharge line 6 for the clean gas RG.
  • Shut-off valves 45 and 46 are integrated into the connecting lines 44a and 44b, which are connected to the control unit 37 via control lines 36 and can be opened or closed accordingly, the shut-off valve 45 being assigned to the collecting space 5a and the shut-off valve 46 being assigned to the collecting space 5b.
  • shut-off valves 33, 34, 42, 43, 45 and 46 are also connected to the control unit 37, which issues the commands for the respective opening or closing of the valves.
  • Plate heat exchangers 1 a or 1 b an inflow-side connecting line 47 for a cooling medium K, for example water, opens into the peripheral distribution space 15, in which the flow spaces 14 are arranged so as to be open to flow.
  • a cooling medium K for example water
  • the cooling medium K enters all flow spaces 14 at the same time, is set in turbulence by the flow guide and spacer plates 11 between the corrugated sheet metal pairs 7c, flows around the flow channels 9 and absorbs the heat of adsorption by indirect heat exchange.
  • the heated cooling medium K is discharged via a discharge line 49a that can be opened or closed by a shut-off valve 48a.
  • the direction of flow of the cooling medium is indicated by arrows.
  • a connecting line 52 is provided, which can be opened or closed by shut-off valves 50 and 51, which is connected to a feed line 54.
  • the direction of flow of the heating medium H is indicated by arrows (see also FIG. 11).
  • the connecting line 47 stands for the two distribution spaces 3a and 3b with a supply line 53 for supplying the cooling medium K, for example water at a temperature of 25 ° C, into the flow spaces 14, the connecting line 47 being opened by a shut-off valve 55 or 56, which is electrically connected to the control unit 37 via the control line 36 or can be closed.
  • the flow spaces 14, which are in flow connection with the connecting line 47 are connected to a discharge line 59a, which can be opened and closed by shut-off valves 57a and 58a, for discharging the condensate H and emptying the cooling medium K from the flow spaces 14.
  • the flow spaces 14 of the cross-flow heat exchanger 1b are also connected to a discharge line 59b for the condensate H and the cooling medium K.
  • a shut-off valve 60a for the condensate H and a shut-off valve 60b for the cooling medium K are correspondingly integrated into the discharge line 59b.
  • the connecting lines 44a and 44b are mutually through a
  • Meshed desorbate line 61 which in the flow direction of the clean gas RG integrates into the respective connecting line 44a and 44b upstream of the shut-off valves 45 and 46, the desorbate line 61 being opened or closed by a shut-off valve 62 opposite the connecting line 44a and a shut-off valve 63 opposite the connecting line 44b can.
  • the shut-off valves 62 and 63 receive the actuating commands required for this from the control unit 37.
  • a discharge line 64 branches off between the shut-off valves 62 and 63, which is connected to a vacuum pump 65, which in the collecting space 5a or 5b and the flow channels 9, depending on the harmful and / or useful component, has an absolute pressure of 0.9 generated bar, so that the desorbed harmful and / or useful component is transported away from the collecting space 5a or 5b in the suction flow with the flushing gas SG.
  • the direction of flow of the desorbate DS is indicated by an arrow with a point (see also FIG. 11).
  • the pressure side of the vacuum pump 65 is with one through one with
  • Water-cooled heat exchanger / condenser 66 connected, in which the sucked harmful and / or useful component in the desorbate DS condenses by cooling and the condensate via a with the heat exchanger / condenser 66 connected condensate drain 67 is discharged.
  • the gas leaving the heat exchanger / condenser 66 is fed as return gas GR with a residual charge above the respective VOC limit value via a return gas line 68 in the direction of flow upstream of the fan 23 into the supply line 4 of the cross-flow plate heat exchanger la or lb, which is in adsorption
  • the pressure control valve 69 integrated into the return gas line 69 throttles the pressure of the return gas GR so that the condensation of the harmful and / or useful components in the heat exchanger / condenser 66 can take place at an overpressure of 0.1 to 5.0 bar.
  • the direction of flow of the return gas GR is indicated by arrows (see FIGS. 10 and 11).
  • the shut-off valve 33 is open and the shut-off valve 34 assigned to the distribution space 3b is closed.
  • the shut-off valve 45 assigned to the collecting space 5a in the connecting line 44a is open and the shut-off valve 46 belonging to the collecting space 5b is closed.
  • shut-off valve 55 in the connecting line 47 and the shut-off valve 48a in the discharge line 49a belonging to the cooling K of the cross-flow plate heat exchanger la connected to adsorption are open, whereas the shut-off valve 56 in the connecting line 47 to the cross-flow plate heat exchanger lb, the shut-off valves 60b and 60a in the discharge line 59b from the cross-flow plate heat exchanger lb, the shut-off valve 50 belonging to the heater H in the connecting line 52 are closed.
  • the raw gas G thus reaches the distribution space 3a and is divided into partial flows TG which, for example, flow vertically upwards into the flow channels 9 filled with adsorbent AM.
  • the noxious and / or useful components in the raw gas G are adsorbed on the adsorbent AM and the concentration front that forms moves vertically upwards through the adsorbent column of the respective flow channel 9 until the concentration front breaks through, ie the noxious and / or useful component in the collecting space 5a or 5b is detectable in measurable quantities.
  • gas sensors 70 connected to the control unit 37 are provided to detect the breakthrough and are arranged in the distribution space 3a or 3b and in the collecting space 5a or 5b.
  • the gas sensors 70 determine the input concentration the harmful and / or useful component in the distribution chamber 3a or 3b and the output concentration in the collecting chamber 5a or 5b and transfer this information to the control unit 37, which evaluates the data and the corresponding control commands to close the shut-off valve 33 in the connecting line 32a and open the shut-off valve 34 outputs in the connecting line 32b, so that the raw gas G is directed to the previously regenerated cross-flow plate heat exchanger 1b.
  • the cross-flow plate heat exchanger lb is in the desorption state. Before the desorption process begins, the cooling water in the flow spaces 14 of the cross-flow plate heat exchanger 1b is first emptied via the open shut-off valve 60a in the discharge line 59b,
  • the shut-off valve 34 is in the connection line 32b, the shut-off valve 62 in the desorbate line 61, the shut-off valve 46 in the connection line 44b, the shut-off valve 56 in the inflow-side connection line 47 for the cooling medium K, the shut-off valve 60a in the discharge line 59b for the cooling medium K and the condensate H and the shut-off valve 48b in the discharge line 49b on the outflow side are closed, while the control valve 43 in the supply line 41b for the flushing gas SG, the shut-off valve 51 in the connecting line 52 for the heating medium H, the shut-off valve 60b, the shut-off valve 63 in of the connecting line 44b and the pressure control valve 69 in the return gas line 68 are open.
  • a partial flow of the clean gas RG arrives as flushing gas SG via the flushing gas line 40 and the supply line 41b in the distribution space 3b and splits into partial flows TS which enter the open flow channels 9, where the flushing gas SG comes into contact with the loaded adsorbent AM comes.
  • the direction of flow of the purge gas SG is indicated by black dots in FIG. 11.
  • the heating medium H here water vapor
  • the peripheral distribution space 15 When the shut-off valve 51 is open at the same time, the heating medium H, here water vapor, flows through the peripheral distribution space 15 and enters the flow spaces 14, which open into the peripheral distribution space 13, so that the heating medium H absorbs the saturated adsorbents AM and AM in the flow channels 9 the upward flowing purge gas SG flows around and indirectly heats up.
  • the adsorbent located in flow channels and saturated with the harmful and / or useful component is heated until the harmful and / or useful component is desorbed.
  • the desorption temperature depends on the regulated absolute pressure and the material properties of the harmful and / or useful component to be removed.
  • the pressure sensors 35 and 38 arranged in the distribution chamber 3a and 3b and in the collecting chamber 5a and 5b, the pressure psG of the inflowing purge gas SG and the pressure PDS of the outflowing desorbate DS are measured, which is caused by the negative pressure pv of the vacuum pump 65 in the suction flow from the Collection space 5a or 5b is transported away.
  • the pressure sensors 35 and 38 transmit the measured values of the pressure to the control unit 37.
  • the adjustment of the desorption pressure PD to an absolute pressure of 0.01 to 1.0 bar takes place in such a way that the control unit 37 compares the pressure values transmitted by the pressure sensors 33 and / or 38 with a predetermined setpoint value of the desorption pressure PD stored in the control unit 37 and in case of deviation from the desired value, the vacuum pump 65 and a the distribution chamber 3a or 3b upstream of control valve 42, 43 controls which adjusts the inflow of purge gas SG in the distribution chamber 3a and 3b that the desorption D which stored in the control unit 37, target value corresponds to.
  • the desorbate DS collects in the collecting space 5b and is sucked in by the vacuum pump 65 and conveyed on the pressure side via the discharge line 64 into a heat exchanger / condenser 66, in which the harmful and / or useful component condenses by cooling and discharged via a condensate drain 67 for further use becomes.
  • the condensation of the harmful and / or useful component is carried out so that the return gas pressure PGR of the return gas GR after leaving the Heat exchanger / condenser 66 is measured with a pressure sensor 71 and the measured values are transmitted to the control unit 37.
  • the adjustment of the condensation overpressure rk to an overpressure of 0.1 to 5 bar in the heat exchanger / condenser 66 takes place in such a way that the control unit 37 compares the pressure value transmitted by the pressure sensor 71 with the specified target value of the condensation overpressure rk and if it deviates from the target value adjusts the pressure regulating valve 69 so that the condensation overpressure rk in the heat exchanger / condenser 66 corresponds to the setpoint stored in the control unit 37.
  • the control unit 37 connected to the gas sensor 70 issues control commands to the shut-off valve 51 and the Control valve 43 to close, so that on the one hand the heat exchange between the heating medium H and the adsorbent and on the other hand the supply of flushing gas SG is interrupted.
  • the shut-off valves 56 and 48b belonging to the cooling K open whereby the cooling medium enters the flow spaces 14 and the heated adsorbent AM located in the flow channels 9 is cooled to a temperature which is suitable for a renewed adsorption process.
  • the adsorbent is thus activated.
  • the cross-flow plate heat exchanger lb is ready for a new adsorption process.
  • Purge gas SG serves exclusively as a transport medium for the desorbed harmful and / or useful component and has no heating function for the adsorbent and, on the other hand, the desorption energy to be applied for desorption through an indirect heat exchange of the heating medium H with the adsorbent AM filled in the flow channel 9 at the place where it is needed, is applied.
  • Another advantage is that the desorption can be carried out at an absolute pressure, for example 0.9 bara, and the condensation can be carried out under excess pressure, for example 1.0 barg.
  • the negative pressure in the flow channels 9 is set by regulating the supply of purge gas SG via the control valves 42 and 43, which are connected to the control unit 37, which outputs the control commands to the control valves depending on the harmful or useful component in the raw gas RG.
  • a company processing the solvent acetone has one
  • Exhaust air cleaning system to remove solvents that are used, for example, in the coating of foils, and to clean the exhaust air accordingly.
  • free emissions can occur in the production hall, which are led to the exhaust air purification system with suction devices in order to guarantee compliance with the maximum workplace concentration in the hall.
  • This exhaust air arising from the hall and the exhaust air cleaning system is to be cleaned or treated with the method according to the invention.
  • Adsorbent activated carbon with a grain size of 1 to 4 mm. Length of the flow channels: 1,000 mm per unit of light. Width of the flow channels: 20 mm. Number of adsorber units: 5
  • Adsorption heat to be dissipated approx. 6.5 kW per adsorber unit, total approx. 32.5 kW
  • Cooling medium cooling water, 25 ° C
  • Cooling water requirement for adsorption approx. 1.2 m 3 / h per unit, total approx. 6.0 m 3 / h adsorption time: 30 minutes
  • Heating medium hot water, 90 ° C desorption pressure: ⁇ 100 mbar desorption temperature: approx. 85 ° C
  • the method according to the invention proceeds as follows.
  • the untreated exhaust air as raw gas G is fed into the distribution space 3a of the cross-flow plate heat exchanger la via the supply line 4 and the fan 23, which conveys the exhaust air at a pressure of 1.1 bar a into the distribution space 3a.
  • the modified cross-flow plate heat exchanger 1a comprises a
  • the vertical flow channels 9 are flowed around in a cross flow by a cooling or heating medium, which is set in turbulence by the flow guide and spacer plates 11, whereby the im Flow channel 9 taking place on the adsorbent AM is in heat exchange with the cooling medium K, so that the resulting adsorption heat is dissipated where it is generated, improves the absorption capacity of the adsorbent and counteracts the formation of fire-endangering hot spots.
  • 5 adsorber units 1 with the structure described above are accommodated in a common housing 2 of a cross-flow plate heat exchanger la or lb (see FIG. 5b).
  • Two of these cross-flow plate heat exchangers la form the adsorption device, with one cross-flow plate heat exchanger alternately in the adsorption phase and the other cross-flow plate heat exchanger in the regeneration phase.
  • Activated carbon with a grain size of 1 to 4 mm is used as the adsorbent, which is poured into the flow channels 9.
  • the flow transitions 30 existing between the flow channels 9 allow at least one bypass flow into the adjacent flow channels 9.
  • the flow chicanes 24 arranged in the flow channels 9 counteract the marginal accessibility in the flow channels 9 by generating turbulence.
  • the flow channels 9 are loaded for a total of 30 minutes and the regeneration of the activated carbon takes 20 minutes, followed by cooling the adsorbent for 10 minutes.
  • the energy required for cooling during the 30-minute adsorption is approx. 6.5 kW per unit and hour.
  • the 5 adsorber units 1 require a cooling capacity of approx. 16.5 kWh.
  • the discharged cleaned exhaust air contains less than 50 mg / m 3 acetone as a half-hourly mean value according to TA-Luft.
  • a desorption energy of approx. 10 kW is required per adsorber unit 1.
  • a heating output of approx. 17 kWh is required for the 5 adsorber units.
  • the relatively highly concentrated exhaust air can be fed directly to the cross-flow plate heat exchanger without dilution and without pre-cooling.
  • the risk of the formation of hot spots when removing highly concentrated ketones such as acetone with activated carbon is minimized due to the cooling.
  • the desorption of the solvent under vacuum reduces the desorption temperature and thus the necessary desorption energy, which is indirect is entered into the adsorbent, so that only a small flow of purging gas, preferably nitrogen, is necessary for discharging the solvent.
  • the downstream condensation under an overpressure of 5 bar enables the pure solvent to be separated off at a relatively high condensation temperature of 25 ° C.
  • concentrated exhaust air can also be processed in a similar form with other solvents, for example gasoline, toluene, dichloromethane, ethanol, to name just a few common pollutants.
  • solvents for example gasoline, toluene, dichloromethane, ethanol, to name just a few common pollutants.
  • the residual concentrations achieved with the method according to the invention correspond to the current legal requirements, for example at 20 mg / m 3 or 50 mg / m 3 .
  • the heat generated during adsorption can be continuously removed from its place of origin by water or glycol / water mixtures and thus counteract the formation of fire-endangering hot spots.
  • the heat required to regenerate the adsorbent is supplied by steam, hot water or hot exhaust gases and is available where it is needed to regenerate the adsorbent;
  • the adsorbent bed is heated upwards or downwards by the regeneration fluid on one side.
  • the heat or desorption front migrates through the bed.
  • Some of the components already desorbed in the hot area are adsorbed again in the not yet heated (cold) area of the adsorbent column and then have to be desorbed again in an energy-intensive manner;
  • the flushing gas flow can be freely selected and only serves to remove the desorbed harmful and / or useful components, which means that higher concentrations of harmful and / or useful components can be set in the flushing gas and, in particular, the condensation quantities of harmful and / or useful components such as dichloromethane , Acetone, ethyl acetate, methanol, toluene, xylene, hexane, water reach dimensions that meet industrial standards and are economical;
  • the lowering of the pressure during desorption enables the amount of flushing gas to be minimized.
  • the required desorption temperature drops, which is particularly advantageous when recovering temperature-sensitive harmful and / or useful components such as chlorinated compounds.
  • lowering the pressure can significantly increase the quality and speed of the regeneration process;
  • the solution according to the invention opens up the possibility of using energy sources such as hot water or even warm exhaust gas as a heating medium for regeneration;
  • Adsorber assembly 1 cross-flow plate heat exchanger la, lb housing from la, lb 2 Housing jacket 2a inflow-side distribution space of la, lb 3a, 3b

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Behandeln eines mit Schad-und/oder Nutzkomponenten belasteten Rohgases im großtechnischen Maßstab. Dabei wird mindestens ein modifizierter Kreuzstrom- Plattenwärmeaustauscher (la,lb) mit vom Verteilraum (3a, 3b) zum Sammelraum (5a, 5b) durchströmungsoffenen Strömungskanälen (9) mit einer lichten Weite (W) von mindestens 10 bis maximal 120 mm und Strömungsschikanen (24) in den Strömungskanälen (9) und in den Strömungsräumen (14) befindliche Strömungspfade (SF) für das Kühl- oder Heizmedium bildende Strömungsleit- und Abstandsbleche (11) verwendet, wobei durch die Strömungsschikanen und Strömungspfade Turbulenzen in den jeweiligen Strömungen entstehen. Über- bzw. Unterdrück und Temperatur bei Ad- bzw. Desorption werden durch entsprechend angeordnete Ventile und eine Vakuumpumpe geregelt, das Desorbat wird kondensiert und damit rückgewonnen.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Behandeln eines mit Schad- und/oder Nutzkomponenten belasteten Gases
Beschreibung
[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Behandeln eines mit mindestens einer gasförmigen Schad- und/oder Nutzkomponente belasteten Rohgases, bei dem das von einem Gebläse und/oder Verdichter unter Druck gesetzte Rohgas über einen zuströmseitigen Verteilraum mindestens eines
Plattenwärmeaustauschers eine Vielzahl von mit Adsorptionsmittel gefüllte Strömungskanäle, die von spiegelbildlich aufeinander liegenden, durch Stege verbundene, zu Wellblechpaare zusammengefasste Well· und/oder Profilblechen gebildet sind, in parallel aufgeteilten Teilströmen unter einem Adsorptionsdruck solange durchströmt, bis das Adsorptionsmittel durch Adsorption mit der Schad- und/oder Nutzkomponente gesättigt ist, wobei die bei der Adsorption entstehende Wärme durch ein im Kreuzstrom zu den Strömungskanälen geführtes Kühlmedium indirekt abgeführt wird, und die Teilströme nach ihrem Verlassen der Strömungskanäle in einem abströmseitigen Sammelraum zusammengeführt und als Reingas abgeführt werden, sodann das in den Strömungskanälen befindliche gesättigte Adsorptionsmittel regeneriert wird, indem das Adsorptionsmittel einem unter dem Adsorptionsdruck des Rohgases liegenden Desorptionsdruck ausgesetzt und gleichzeitig durch ein im Kreuzstrom zu den Strömungskanälen in Strömungsräumen geführtes Heizmedium indirekt auf Desorptionstemperatur erhitzt wird, bis die Schad- und/oder Nutzkomponente desorbiert, die von einem Spülgas abgeführt wird, wobei eine Steuereinheit in Abhängigkeit der Beladung des Adsorptionsmittels die Strömungskanäle des Plattenwärmeaustauschers vom Adsorptions- in den Regenerationszustand oder umgekehrt auf einen weiteren Plattenwärmeaustauscher umschaltet.
Bestätigungskopie [0002] Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, mit mindestens einem Plattenwärmeaustauscher, der eine Vielzahl von Strömungskanälen und zu diesen senkrecht verlaufende Strömungsräume umfasst, die von spiegelbildlich aufeinanderliegenden, durch Stege verbundene, zu Wellblechpaaren zusammengefasste Well· und/oder Profilblechen gebildet sind, wobei die Strömungsräume zwischen den Wellblechpaaren angeordnet sind, und die Strömungskanäle für den Durchtritt des in Teilströme aufgeteilten Rohgases zuströmseitig mit einem Verteilraum und abströmseitig mit einem Sammelraum durchströmungsoffen verbunden sind, wobei der zuströmseitige Verteilraum mit einer Zufuhrleitung für das Rohgas und der abströmseitige Sammelraum mit einer Reingasleitung in Verbindung steht, und die Strömungsräume in einen Verteilraum für das Zu- und Abführen eines Kühl· oder Heizmediums zum indirekten Kühlen oder Heizen des Adsorptionsmittels durchströmungsoffen münden, und mit einer Steuereinheit, die den mit der Schad- und/oder Nutzkomponente beladenen Plattenwärmeaustauscher aus dem Adsorptions- in den Regenerationszustand oder umgekehrt auf einen weiteren Plattenwärmeaustauscher umschaltet.
Stand der Technik
[0003] Schadstoffe in Gasen an Adsorbentien zu adsorbieren und diese für einen neuen Adsorptionsvorgang zu regenerieren, gehören seit langem zum Stand der Technik. Zum Einsatz kommen hauptsächlich Adsorbentien in Form von Schüttungen aus Aktivkohle, Silica-Gel, Aluminiumoxid- Gel oder Molekularsiebe, die beispielsweise in einer vom zu reinigenden Gas durchströmten Schüttung (DE 35 05 351 Al, DE 197 54 185 Cl, DE 198 09 200 Al), einer Bettanordnung des Adsorbens zwischen Wärmeaustauscherplatten (DE 103 61 515 Al, EP 2 718 086 Bl, EP 1 284813 Bl, DE 603 17 545 A2) vorliegen.
[0004] Bei der klassischen Adsorption durchströmt das zu reinigende Gas den mit Adsorptionsmittel gefüllten Adsorber, wobei das Adsorptionsmittel den Schadstoff adsorbiert und durch die Adsorption Wärme entsteht, die bei herkömmlichen Adsorbern nicht abgeführt werden kann. Das zu reinigende Gas wird deshalb vor Eintritt in den Adsorber gekühlt.
Während der Adsorption entsteht im Adsorber daher ein Temperaturprofil, d.h. bei abwärts gerichteter Strömungsrichtung des Gases durch die Adsorptionsmittelschüttung werden die oberen Schichten der Schüttung durch das eintretende Gas gekühlt und die unteren Schichten durch die freiwerdende Adsorptionswärme erwärmt. Grundsätzlich adsorbiert ein Stoff bei höherer Temperatur schlechter und die maximal mögliche Beladung des Adsorptionsmittels mit der adsorbierten Schadkomponente nimmt mit steigender Temperatur ab. Dies limitiert die Leistung der Festbettadsorber deutlich.
Das während der Adsorption von Lösemitteln sich ausbildende Temperaturprofil aus VOC-belasteter Abluft begünstigt außerdem die Ausbildung von brandgefährdenden Hotspots in der Aktivkohleschüttung, die zu einer Selbstentzündung der Aktivkohle führen können.
Bei der Regeneration wird bekanntlich in das beladene Adsorptionsmittel ein zuvor aufgeheiztes Regenerationsgas eingeleitet, welches das Adsorptionsmittel auf eine Temperatur erhitzt, bei dem der Schadstoff oder die Nutzkomponente desorbiert.
Die Regeneration mit Gas ist aufgrund der relativ geringen Wärmekapazität des Gases aus energetischer Sicht unvorteilhaft. Alle Apparate, Rohrleitungen und Armaturen werden vom erhitzten Regenerationsgas aufgeheizt, bevor die Wärme das Adsorptionsmittel entsprechend aufheizen kann. Dies verursacht hohe Betriebskosten durch die aufzuwendende Verlustenergie.
[0005] Aus der DE 1 272 891 B ist ein Verfahren zum Reinigen von Gasen durch Adsorption unter Druck an zeolithischen Molekularsieben bekannt. Die zu reinigenden Gase werden durch eine Molekularsiebschicht unter hohem Druck geleitet bis die Adsorptionsfront der Verunreinigungen eine vorbestimmte Stelle der Molekularsiebschicht erreicht hat, wobei ein gewisser Teil der Molekularsiebschicht frei von Adsorbat bleibt. Die Zufuhr der zu reinigenden Gase wird dann unterbrochen und der Druck in der Molekularsiebschicht wird durch Entspannung am Ende der Schicht im Gleichstrom vermindert bis die die Adsorptionsfront das Austrittsende der Molekularsiebschicht erreicht hat. Abschließend erfolgt die Desorption der Verunreinigungen. Adsorptionsmittel wie Aktivkohle und Kieselsäuregel sind nach diesem Stand der Technik ungeeignet für die Adsorption unter hohem Druck, weil bei niedrigem Partialdruck das Adsorptionsvermögen von Aktivkohle und Kieselsäuregel zu gering ist, um wirtschaftlich eingesetzt werden zu können.
Dieser Stand der Technik schlägt des Weiteren die Desorption der adsorbierten Verunreinigungen vom im Festbett angeordneten Adsorptionsmittel durch das Abstreifen mit einem Spülgas, das Verdrängen mit einem bevorzugt adsorbierten Material, das Erhitzen des Adsorptionsmittels auf eine Temperatur oberhalb der Adsorptionstemperatur auf direkten oder indirekten Weg oder Entspannen auf einen Druck unterhalb des Adsorptionsdrucks vor.
[0006] Wird Aktivkohle als Adsorptionsmittel bei der
Lösemittelrückgewinnung eingesetzt, erfolgt die Regeneration der Aktivkohle meistens durch eine Direktbedampfung der Aktivkohle mit heißem Wasserdampf, wodurch neben den Wärmeverlusten zusätzlich eine Verunreinigung der Lösemittel durch den Dampf eintritt. Des Weiteren muss vor einer Wiederverwendung des Lösemittels die Wasserphase aus dem Lösemittel entfernt werden, was wiederum einen hohen energetischen und apparativen Aufwand verursacht.
[0007] Neben der Anordnung der Adsorptionsmittel als Schüttung im Festbett oder der Anordnung der Adsorptionsmittel zwischen Wärmeaustauscherplatten ist auch die Befüllung von Rohren in einem Rohrbündel mit Kreisringquerschnitt (DE 37 29 517 Al) bekannt, wobei konzentrisch zu dem Rohrbündel eine Kühlung führende zylindrische Rohrschlange und im Zentrum des Rohrbündels und/oder Rohrschlage eine elektrische Heizeinrichtung angeordnet ist.
[0008] Weiterhin ist aus der DE 198 09 200 Al ein Apparat, insbesondere für die Verwendung als chemischer Reaktor und/oder Adsorber und/oder Regenerator bekannt, der im Wesentlichen zylindersymmetrisch um eine Vorzugsachse aufgebaut ist und wenigstens zwei Schüttungen aus Teilchen enthält, die katalytisch und/oder adsorptiv und/oder wärmespeichernd wirken. Der Apparat weist Mittel zum Zu- und Abführen von gasförmigen oder flüssigen Medien auf, die jeweils den voneinander abgewandten und den einander zugewandten Enden der Schüttungen zugeordnet sind.
[0009] Darüber hinaus sind Verfahren und Vorrichtungen zur Reinigung oder
Trocknung von Gasen bekannt, in denen Rohrbündelwärmeaustauscher oder Rohranordnungen aus parallel angeordneten voneinander beabstandeten Rohren eingesetzt werden, die mit Adsorptionsmittel gefüllt sind. [0010] In der EP 1 975 539 A2 ist ein Wärmeaustauscher oder chemischer
Reaktor offenbart, der einen Wärmeaustauschkörper umfasst, welcher einen Fluidströmungskanal oder mehrere Fluidströmungskanäle definiert, und einen entfernbaren Einsatz aufweist. Der Einsatz umfasst eine Reihe von Kontaktplatten, die entlang einer gemeinsamen Achse gestapelt sind und eine Presspassung in einen der Strömungskanäle aufweisen, wodurch sekundäre Wärmeaustauschflächen in thermischem Kontakt mit den Primärwandflächen vorgesehen sind.
[0011] Nach diesem Stand der Technik gibt es zwei grundlegende Systeme, einen Katalysator oder ein Adsorbent in einen vom Prozessfluid durchströmten Strömungskanal einzubringen. Die erste Möglichkeit besteht darin, den Katalysator oder Adsorbent als geträgerte Schicht im Strömungskanals anzuordnen (EP 1 195 193 Bl, EP 1 361 919 Bl, EP 1 430 265 Bl, DE 11 2006 000 447 T5, EP 1 434 652 Bl, WO 03/095924 Al). Die Partikelgröße in diesen Fällen liegt bei weniger als 0,15 mm, so dass dieser Lösungsansatz für Strömungskanäle mit geringen Querschnitten und geschlossenen Strömungskanälen von Plattenwärmeaustauschern geeignet ist. Bei der zweiten Möglichkeit wird der Katalysator oder das Adsorptionsmittel als eine Schüttung oder Packung in einen relativ offenen ungehinderten Strömungsdurchgang mit größeren Strömungsquerschnitten eingebracht (WO 2006/075 163 A2). Die verwendeten Partikelgrößen liegen hier bei mehr als 2 bis 3 mm. Ist die Katalysatorpackung verbraucht, muss diese aus den Strömungskanälen entfernt werden, indem die Packung durch einen in den Strömungskanal eingeführten Stab gedrückt wird.
[0012] Beide Systeme sind mit gravierenden Nachteilen verbunden. Das erste
System ist aufgrund seines komplizierten konstruktiven Aufbaus gewissermaßen ein Einwegsystem, weil der Katalysator bzw. das Adsorptionsmittel nach ihrem Verbrauch nur mit verhältnismäßig hohem technischem Aufwand entfernt werden können oder der Apparat sogar verschrottet werden muss.
Beim zweiten System ist eine Verblockung einzelner Strömungskanäle durch die in den Strömungskanälen befindliche Adsorptionsmittelschüttung sowohl während der Adsorption als auch der Regeneration nicht sicher auszuschließen, so dass eine ungleichmäßige Beladung des Adsorptionsmittels die Folge ist, die dazu führt, dass die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens beeinträchtigt wird. Bei der Desorption kann die Restbeladung aus dem Adsorptionsmittel des verblockten Strömungskanals nicht vollständig ausgetrieben werden und die Adsorptionskapazität für die folgende Adsorptionsphase reduziert sich entsprechend der Restbeladung, sofern der verb lockte Strömungskanal wieder strömungsdurchgängig gemacht werden konnte. Außerdem erhöht sich der Verbrauch an ungenutztem Adsorptionsmittel, was die Betriebskosten des Verfahrens erhöht.
Ein weiterer nicht zu vernachlässigender Nachteil besteht darin, dass insbesondere die mit Adsorptionsmittel gefüllten Strömungskanäle mit kleinen Querschnittsflächen zur Randgängigkeit des Gases am Adsorptionsmittel vorbei neigen, weil die Strömungsgeschwindigkeit in Wandnähe ein Maximum erreicht, die lokal zu einem erhöhten Stoff- und Wärmeübergang und damit zu einem verfrühten Durchbruch der Konzentrationsfront in Wandnähe führt.
Für kleine Querschnitte der Strömungskanäle konnten sich deshalb Plattenwärmeaustauscher als Adsorptionsapparate im großtechnischen Maßstab nicht durchsetzen.
Aufgabenstellung
[0013] Bei diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, mit denen es möglich ist, im großtechnischen Maßstab Plattenwärmeaustauscher mit schlanken Strömungskanälen zum Behandeln eines mit mindestens einer gasförmigen Schad- und/oder Nutzkomponente belasteten Rohgases einzusetzen, indem die Verlustenergie beim Adsorbieren und Regenerieren reduziert sowie die Gefahr einer Verblockung von mit Adsorptionsmitteln gefüllten Strömungskanälen und der Ausbildung von brandgefährdenden Hot-Spots gesenkt, die Qualität und Geschwindigkeit des Regenerationsprozesses erhöht sowie die Randgängigkeit des Rohgases am Adsorptionsmittel vorbei unter gleichzeitiger Erhöhung der Wirtschaftlichkeit und Sicherheit weitgehend vermieden wird.
[0014] Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des Anspruches 1 und durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 18 gelöst. [0015] Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens und der Vorrichtung sind den Unteransprüchen entnehmbar.
[0016] Der erfindungsgemäßen Lösung liegt die Erkenntnis zugrunde, für den
Stoffaustausch zwischen einer Schad- und/oder Nutzkomponente eines Rohgases und dem Adsorptionsmittel kleinquerschnittige, schlanke Strömungskanäle eines mit Adsorptionsmittel gefüllten Kreuzstrom-Plattenwärmeaustauscher zu verwenden und gleichzeitig den Wärmeaustausch mit dem Adsorptionsmittel bei der Adsorption und Regeneration durch Aufteilung des Rohgases und des Spülgases in Teilströme effektiver zu gestalten sowie die Teilströme des Spülgases ausschließlich als Transportgas für die Schad- und/oder Nutzkomponente zu nutzen.
[0017] Dies wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren durch ein Verwenden von mindestens einem modifizierten Kreuzstrom-Plattenwärmeaustauscher mit vom Verteilraum zum Sammelraum durchströmungsoffenen schlanken Strömungskanälen einer lichten Weite von mindestens 10 bis maximal 120 mm, in den
Strömungskanälen positionierte Strömungsschikanen und in den Strömungsräumen befindliche Strömungspfade für das Kühl· oder Heizmedium bildende Strömungsleit- und Abstandsbleche in folgenden Schritte erreicht: a) gleichzeitiges Erzeugen von Turbulenzen in den Teilströmen des Rohgases innerhalb der Strömungskanäle und im Kühlmedium innerhalb der Strömungsräume während der Adsorption bzw. den Teilströmen des Spülgases in den
Strömungskanälen und im Heizmedium in den Strömungsräumen während der Regeneration, b) Einregeln des Adsorptionsdruckes in den Strömungskanälen während der Adsorption durch Drosseln des Abflusses an Reingas aus dem Sammelraum auf einen Überdruck von 0,1 bis 15,0 bar, c) Einregeln des Desorptionsdruckes in den Strömungskanälen während der Regeneration durch Drosseln des Zuflusses an Spülgas in den Verteilraum auf einen Absolutdruck von 0,01 bis 1,0 bar unter Aufrechterhaltung eines am Sammelraum saugseitig anliegenden Unterdrucks einer Vakuumpumpe und d) Einregeln eines Kondensations-Überdruckes beim Trennen des durch die Desorption aufgeheizten Desorbats in einem Wärmeaustauscher/Kondensator mittels Kondensation in die Schad- und/oder Nutzkomponente und ein Rückgas auf einen Überdruck von 0,1 bis 5,0 bar durch Drosseln des Abflusses an Rückgas aus dem Wärmeaustauscher/Kondensator.
[0018] Die Turbulenzen im Rohgas und im Spülgas werden nach einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durch Strömungsschikanen erzeugt, die als Ausprägungen senkrecht und/oder quer zur Strömungsrichtung in der Wandung des Strömungskanals gleichzeitig mit dem Wellbiegen bzw. Wellwalzen der Wellbleche ausgebildet werden, wobei die Ausprägungen nach innen in den Strömungskanal und/oder nach außen in die benachbarten Strömungsräume ausgerichtet sein können. Die erzeugten Turbulenzen wirken der Randgängigkeit entlang der Wandung der Strömungskanäle entgegen und haben außerdem den Vorteil, dass das Kühl· oder Heizmedium von den nach außen in die Strömungsräume gerichteten Ausprägungen direkt an der Oberfläche verwirbelt wird und so den Wärmeaustausch verbessert.
[0019] Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Turbulenzen im Kühl· oder Heizmedium durch in den Strömungsräumen zwischen den Wellblechpaaren positionierte Strömungsleit- oder Abstandbleche erzeugt, wobei das Kühlmedium während der Adsorption oder das Heizmedium während der Regeneration im Kreuzstrom zu den Strömungskanälen ein- oder mehrgängig geführt werden kann.
Für den Fall, dass das Kühl· oder Heizmedium mehrgängig geführt werden soll, werden benachbarte Strömungsräume wechselweise miteinander verbunden, wodurch das Kühl- oder Heizmedium von Strömungsraum zu Strömungsraum umgelenkt wird. Durch die Strömungsleit- und Abstandsbleche in den Strömungsräumen zwischen den Reihen der Strömungskanäle wird eine ständige Umlenkung des an den Strömungskanälen vorbeiströmenden Kühl- oder Heizmediums erzwungen, so dass der indirekte Wärmeaustausch mit dem Adsorptionsmittel eine hohe Effektivität erreicht. Gleichzeitig stellen die Strömungsleit- und Abstandsbleche einen genauen Abstand der über- oder untereinanderliegenden Wellblechpaare sicher und ermöglichen eine stabile und kompakte Bauweise.
[0020] In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Adsorptionsdruck derart eingeregelt, dass der Druck des Rohgases im Verteilraum und der Druck des Reingases im Sammelraum durch mit der Steuereinheit verbundene Drucksensoren gemessen werden, die Steuereinheit die Messwerte mit einem vorgegebenen, in der Steuereinheit hinterlegten Sollwert für den Adsorptionsdruck (PAD) vergleicht und bei Abweichung das Gebläse und/oder Verdichter und ein dem Sammelraum nachgeordnetes Druckregelventil ansteuert, das den Abfluss an Reingas aus dem Sammelraum derart einstellt, dass der Adsorptionsdruck dem Sollwert für den Adsorptionsdruck entspricht.
Diese Regelungsweise ermöglicht es, den Adsorptionsdruck in den Strömungskanälen genau und sicher einzuhalten.
[0021] Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Desorptionsdruck derart eingeregelt, dass der Druck des Spülgases im Verteilraum und der anliegende Druck der Vakuumpumpe im Sammelraum durch mit der Steuereinheit verbundene Drucksensoren gemessen werden, die Steuereinheit die Messwerte mit einem vorgegebenen, in der Steuereinheit hinterlegten Sollwert für den Desorptionsdruck vergleicht und bei Abweichung die dem Sammelraum nachgeordnete Vakuumpumpe und ein dem Verteilraum vorgeordnetes Regelventil ansteuert, das den Zufluss an Spülgas in den Verteilraum derart einstellt, dass der Desorptionsdruck dem Sollwert für den Desorptionsdruck entspricht.
Von Vorteil ist, dass der Desorptionsdruck in den Strömungskanälen durch das Zusammenwirken von Vakuumpumpe und Regelventil exakt eingehalten werden kann.
[0022] Nach einer weiteren bevorzugen Ausgestaltungsform des erfindungsgemäßen Verfahren wird der Kondensations-Überdruck derart eingeregelt, dass der Druck des Rückgases nach Verlassen des Wärmeaustauschers/Kondensators durch einen mit der Steuereinheit verbundenen Drucksensor gemessen wird, die Steuereinheit den Messwert mit einem vorgegebenen, in der Steuereinheit hinterlegten Sollwert für den Kondensations-Überdruck vergleicht und bei Abweichung ein aus dem Wärmeaustauscher/Kondensator nachgeordnetes Druckregelventil ansteuert, welches den Abfluss an Rückgas derart einstellt, dass der Kondensations-Überdruck dem Sollwert für den Kondensations-Überdruck entspricht. io
Dies ermöglicht die genaue Einhaltung des Überdruckes während der Kondensation.
[0023] In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als Spülgas Reingas oder Inertgas verwendet, das in Teilströme während der Regeneration aufgeteilt wird, wobei je ein Teilstrom in jeweils einen mit gesättigtem Adsorptionsmittel gefüllten Strömungskanal geleitet wird, diesen durchströmt und die desorbierte Schad- und/oder Nutzkomponente aus dem Adsorptionsmittel in den Sammelraum austrägt und zum Desorbat aus Spülgas und Schad- und/oder Nutzkomponente zusammengeführt.
Dadurch, dass die Teilströme des Spülgases nur noch Transportfunktion wahrnehmen, wird eine hohe Energieeffizienz während der Regeneration erreicht. Vorteilhafterweise kann von dem durch das erfindungsgemäße Verfahren erzeugten Reingas ein Teilstrom abgeteilt und als Spülgas verwendet werden. Im Fall, dass stattdessen Inertgas eingesetzt wird, ist ein entsprechender Speicher vorzusehen, von dem das Inertgas als Spülgas zugeführt wird. Alternativ dazu kann das Inertgas auch einem Versorgungsnetzwerk entnommen werden. Als Inertgas kommt vorzugsweise Stickstoff zum Einsatz.
[0024] Eine besonders bevorzugte Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass die Teilströme des Rohgases während der Adsorption und die Teilströme des Spülgases während der Regeneration in voneinander gasdicht getrennte, mit Adsorptionsmittel gefüllte Strömungskanäle geleitet werden.
[0025] In Ausgestaltung dieser bevorzugten Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird beim Wellwalzen in Längsrichtung der Stege mindestens eine Rille für das Einlegen eines Hartlots eingeformt, die beim spiegelbildlichen Übereinanderlegen der Stege ineinandergreifen und durch Hartlöten miteinander stoffschlüssig verbunden werden, wobei die Stege in Querrichtung durch Laserschweißnähte gasdicht verbunden werden. Die Stege können aber auch in Längsrichtung der Stege durch mindestens eine Laserschweißnaht und in Querrichtung durch je eine gegenüber dem Verteilraum und dem Sammelraum abdichtende Laserschweißnaht gasdicht verbunden werden.
[0026] Nach einer weiteren Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Teilströme des Rohgases während der Adsorption und die Teilströme des Spülgases während der Regeneration in miteinander in mindestens einer Strömungsverbindung stehende, mit Adsorptionsmittel gefüllte Strömungskanäle geleitet, wobei die nebeneinanderliegenden benachbarten Strömungskanäle über mindestens einen Strömungsübergang mit Durchtrittsöffnungen für einen Teil des im Strömungskanal eingetretenen Teilstroms an Rohgas während der Adsorption und für einen Teil des im Strömungskanal eingetretenen Teilstroms an Spülgas während der Regeneration miteinander kommunizieren, durch welche mindestens zwei Bypassströme vom jeweiligen Teil des Teilstroms abgeteilt und diese seitwärts gerichtet in das Adsorptionsmittel des jeweils benachbarten Strömungskanals geleitet werden.
[0027] Der Strömungsübergang wird gemäß einem weiteren Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens aus einer beim Wellwalzen der Well· oder Profilbleche in die Stege eingeformten Einsenkung gebildet, die beim seitenverkehrten Ubereinanderlegen der Well· und Profilbleche vom darüber und oder darunterliegenden Bereich der Stege abgedeckt wird, wobei die aufeinanderliegenden Stege durch Laserschweißen in Längs- und Querrichtung stoffschlüssig verbunden werden, wobei die Laserschweißnaht in Längsrichtung von der Einsenkung durchdrungen und die Einsenkung durch Schweißnähte in Querrichtung gasdicht abgedichtet wird.
[0028] Der Strömungsübergang kann aber auch beim Übereinanderlegen der
Well· oder Profilbleche durch einen flachen Spalt zwischen den Stegen gebildet werden, indem die Stege miteinander in Längsrichtung durch Laserlinienschweißen stoffschlüssig so verbunden werden, dass der Spalt die stoffschlüssige Verbindung unterbricht und in mindestens einen Strömungsübergang darstellenden Abschnitt unterteilt, der in Querrichtung der Stege durch den Spalt begrenzende Schweißnähte gasdicht abgedichtet wird.
[0029] Nach einer vorzugsweisen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Verfahrens können mehrere Strömungsübergänge in Längsrichtung der Stege gleichmäßig oder unterschiedlich voneinander beabstandet und verteilt sein. So kann beispielsweise die Anzahl der Strömungsübergänge in den Stegen in Nähe des zuströmseitigen Verteilraums größer sein als die Anzahl der Strömungsübergänge in den Stegen nahe dem abströmseitigen Sammelraum, d.h. die Anzahl der entlang der Stege verteilten Strömungsübergänge kann variieren.
[0030] Eine weitere Ausgestaltungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass die kondensierte Schad- und/oder Nutzkomponente über einen Kondensatablass abgeführt sowie das den Wärmeaustauscher verlassende Rückgas dem Rohgas zugemischt wird.
[0031] Die weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass als Adsorptionsmittel Schüttungen aus Aktivkohlegranulat, Aluminiumoxid - Gel, Silica-Gel, Molekularsiebe oder deren Gemische verwendet werden.
Zum Kühlen können Wasser oder Glykol-Wasser-Gemische eingesetzt werden. Als Heizmedium kommen Wasserdampf, heißes Wasser oder heiße Abgase zum Einsatz.
[0032] Die Lösung der Aufgabe wird mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung dadurch erreicht, dass der Plattenwärmeaustauscher ein modifizierter Kreuzstrom - Plattenwärmeaustauscher mit schlanken Strömungskanälen ist, die durch in den Strömungsräumen für das Kühl· oder Heizmedium angeordnete Strömungsleit- und Abstandsbleche voneinander beabstandet sind, wobei die Strömungskanäle eine lichte Weite von mindestens 10 bis maximal 120 mm haben und im Inneren Strömungsschikanen zum Erzeugen von Turbulenzen aufweisen, und dass der zuströmseitige Verteilraum mit einer Spülgasleitung zum Zuführen des Spülgases und dessen Aufteilung in Teilströme und deren Einleitung in die Strömungskanäle für den Abtransport der desorbierten aufgeheizten Schad- und/oder Nutzkomponente aus dem Adsorptionsmittel als Desorbat in den Sammelraum in Verbindung steht, wobei dem Sammelraum ein Druckregelventil zum Drosseln des Abflusses an Reingas zugeordnet ist, und an die Spülgasleitung ein Regelventil zum Drosseln des Zuflusses an Spülgas in den Verteilraum und der Sammelraum abströmseitig an eine Vakuumpumpe saugseitig angeschlossen ist, und dass die Vakuumpumpe druckseitig mit einem Wärmaustauscher/Kondensator zum Auftrennen des Desorbats in die Schad-und/oder Nutzkomponente und ein Rückgas verbunden ist, wobei der Wärmeaustauscher/Kondensator mit einem Abscheider zum Ausschleusen der Schad- und/oder Nutzkomponente und der Wärmeaustauscher mit einer Rückgasleitung zum Abführen des Rückgases in die Zuführleitung des Rohgases in Verbindung steht, wobei ein Druckregelventil zum Drosselndes Abflusses des Rückgases während der Kondensation in die Rückgasleitung eingebunden ist.
[0033] Nach einer bevorzugten Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen
Vorrichtung umfasst das Strömungsleit- und Abstandsblech ein dünnes Wellblech mit in die Wellenberge eingeformte, die Höhe der Wellenberge übersteigende Abstandshalterprofile, die zueinander von Wellenberg zu Wellenberg auf Lücke versetzt angeordnet sind, wobei die Abstandshalterprofile in den von den Stegen der über- und untereinanderliegenden Wellblechpaaren gebildeten Versatz abstützend eingreifen und das jeweilige Abstandshalterprofil jeweils endseitig am dazugehörigen Wellblechpaar stoffschlüssig fixiert ist.
Dies hat den Vorteil, dass die Strömungsleit- und Abstandsbleche nicht nur die Turbulenzen im Kühl- oder Heizmedium erzeugen, sondern zugleich auch die aus den spiegelbildlich aufeinanderliegenden Wellbleche gebildeten Wellblechpaare zueinander auf Abstand halten, so dass das Kühlmedium während der Adsorption oder das Heizmedium während der Regeneration im Kreuzstrom zu den Strömungskanälen ein- oder mehrgängig ohne Behinderung durch die Strömungsräume geführt werden kann.
Des Weiteren tragen die Strömungsleit- und Abstandsbleche zu einer kompakten Bauweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei.
[0034] Wesentlich für die weitgehende Vermeidung einer Randgängigkeit der
Teilströme in den Strömungskanälen am Adsorptionsmittel vorbei ist, dass die Strömungsschikanen durch Ausprägungen gebildet sind, die quer und/oder parallel zur Strömungsrichtung des Teilstroms des Rohgases oder Spülgases in die Wandung der Strömungskanäle nach innen und/oder von der Wand nach außen gerichtet eingeformt sind.
[0035] In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung ist dem Verteilraum und dem Sammelraum jeweils ein Drucksensor zum Messen des Druckes des Rohgases, des Druckes des Reingases während der Adsorption und des Druckes des Spülgases und des saugseitigen Druckes der Vakuumpumpe während Regeneration zugeordnet ist, wobei die Drucksensoren mit der Steuereinheit verbunden sind, die zum Ansteuern des Gebläses in der Zuführleitung, der Druckregelventile zum Drosseln des Abflusses an Reingas aus dem Sammelraum, der Vakuumpumpe zum Erzeugen eines Unterdrucks während der Regeneration und der Regelventile zum Drosseln des Zuflusses an Spülgas in den Verteilraum in Verbindung steht.
[0036] Nach einem weiteren Merkmal der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Wärmeaustauscher/Kondensator abströmseitig mit der Zufuhrleitung für das Rohgas durch die Rückgasleitung über das Druckregelventil zum Drosseln des Abflusses an Rückgas aus dem Wärmeaustauscher/Kondensator verbunden, wobei ein dem Wärmeaustauscher/Kondensator nachgeordneter Drucksensor zum Messen des Rückgasdruckes vorgesehen ist, der mit der Steuereinheit verbunden ist, die das Druckregelventil so ansteuert, dass die Schad- und/oder Nutzkomponente bei Überdruck kondensieren kann.
[0037] In weiterer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die
Strömungskanäle zuström- und abströmseitig mit einem vom Roh- oder Spülgas durchströmbaren Sieb abgedeckt, dessen Maschengröße kleiner ist als die kleinste Partikelgröße des Adsorptionsmittels.
Bei notwendig werdendem Austausch des Adsorptionsmittels lässt sich das Sieb von den Strömungskanälen demontieren und das verbrauchte Adsorptionsmittel über den zuführseitigen Verteilraum problemlos entfernen. Die Befüllung der Strömungskanäle mit neuem Adsorptionsmittel erfolgt nach Entfernung des abströmseitigen Siebs und der erneuten Montage des zuströmseitigen Siebs über den abströmseitigen Verteilraum vertikal in die offenen Strömungskanäle entsprechend.
[0038] Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Vorrichtung sieht vor, dass der modifizierte Kreuzstrom-Plattenwärmeaustauscher eine rechteckige Baueinheit umfasst, die im Innenraum eines rechteckigen oder zylindrischen Gehäuses angeordnet ist, wobei der Verteilraum als ein Fußteil, der Sammelraum als ein Kopfteil ausgebildet ist und der Verteilraum für das Kühl· oder Heizmedium alle Strömungsräume durchströmungsoffen umschließt.
Diese Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung hat den Vorteil, dass die Baueinheit je nach den vorliegenden Betriebsverhältnissen in vertikaler oder horizontaler Einbaulage betrieben werden kann.
[0039] Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind mehrere Baueinheiten übereinander in einem gemeinsamen Gehäuse des Kreuzstrom-Plattenwärmeaustauschers angeordnet und jede Baueinheit ist mit einem zuflussseitigen Verteilraum und einen abströmseitigen Sammelraum versehen, wobei die Verteilräume und die Sammelräume untereinander durch die Strömungskanäle mit einer lichten Weite von 10 bis 120 mm strömungsverbunden sind. Diese Anordnung ermöglicht, eine freie Skalierung der zu behandelnden Gasmengen und eine einfache Montage der Baueinheiten.
[0040] Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung weist die Baueinheit einen zuströmseitigen Boden und einen abströmseitigen Boden auf, wobei der jeweilige Boden entweder aus einem einzigen Formteil oder aus mehreren an die Kontur der Strömungskanäle angepassten Formteile bestehen, die untereinander und mit den Wellblechbaren stoffschlüssig verbunden sind.
[0041] Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die benachbarten Strömungskanäle voneinander gasdicht getrennt sind. Die Stege der spiegelbildlich aufeinander angeordneten Well¬ oder Profilbleche sind miteinander in Längsrichtung durch mindestens eine Hartlotverbindung oder mindestens eine Laserschweißnaht und in Querrichtung der Stege stoffschlüssig durch Laserschweißnähte verbunden, so dass eine Kommunikation zwischen benachbarten Strömungskanälen ausgeschlossen ist.
Für das gasdichte Verbinden der Stege besitzen letztere mindestens eine in Längsrichtung der Stege verlaufende Rille zum Einlegen eines Hartlotes, wobei die Rillen beim spiegelbildlichen Ubereinanderlegen ineinandergreifen und durch Hartlöten miteinander gasdicht verbunden werden.
[0042] Alternativ können die beim seitenverkehrten Übereinanderanordnen der Well· oder Profilbleche gebildeten benachbarten Strömungskanäle durch mindestens einen quer zur Längsrichtung der Stege verlaufenden Strömungsübergang strömungsverbunden sein, dessen Durchtrittsöffnungen jeweils in die benachbarten Strömungskanäle münden, wobei der Strömungsübergang aus mindestens einer im Steg eingeformten Einsenkung (Rille) gebildet ist, die vom darüber- oder darunterliegenden Bereich des dazu seitenverkehrt angeordneten Stegs abgedeckt ist und dass die aufeinanderliegenden Stege gasdicht durch mindestens eine von der Einsenkung durchdrungene, in Längsrichtung der Stege verlaufende stoffschlüssige Verbindung (Schweißnaht) und die Stege in Querrichtung durch parallel zur Einsenkung verlaufende Schweißnähte gasdicht verbunden sind.
Der Strömungsübergang kann aber auch aus mindestens einem flachen Spalt mit Durchtrittsöffnungen zwischen den in Längsrichtung stoffschlüssig und gasdicht verbundenen Stegen bestehen, wobei die Stege in Querrichtung durch parallel zum Spalt verlaufende Schweißnähe gasdicht verbunden sind.
[0043] Die Durchtrittsöffnung der Strömungsübergänge hat eine Abmessung, welche kleiner als die Abmessung und Form der kleinsten Partikelgröße der Adsorptionsmittelschüttung ist, so dass ein Übertritt von Adsorptionsmittel von einem Strömungskanal in den benachbarten anderen Strömungskanal ausgeschlossen ist.
Die Strömungsübergänge können gleichmäßig oder unterschiedlich lang voneinander beabstandet und verteilt in Längsrichtung der Stege angeordnet sein.
Diese Anordnung hat den Vorteil, dass die von den Durchtrittsöffnungen abgeteilten Teilströme des Rohgastroms über die gesamte Länge des Strömungskanals in die Adsorptionsmittelschüttung verteilt werden können und dazu beitragen beginnenden Verblockungen in den schmalen Strömungskanälen entgegenzuwirken.
[0044] Eine weitere Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass das Spülgas Luft, vorzugsweise Reingas, oder ein Inertgas, beispielsweise Stickstoff ist. Für Inertgas als Spülgas ist ein separater Speicher oder ein entsprechendes Versorgungsnetzwerk vorgesehen, der oder das mit der Spülgasleitung in Verbindung steht.
[0045] Nach einem weiterem Merkmal der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist das Adsorptionsmittel eine Schüttung aus Aktivkohle, Aluminiumoxid-Gel, Silica-Gel, Molekularsieben oder deren Gemische mit einer Partikelgröße zwischen 0,6 mm und 6,0 mm. [0046] Die Kreuzstrom -Plattenwärmeaustauscher bestehen aus dünnem
Edelstahl- Kupfer- oder Aluminiumblech, das durch Wellwalzen zum Well- oder Profilblech mit unterschiedlichen Profilformen umgeformt ist.
[0047] In einer bevorzugten Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen
Vorrichtung sind die mit Adsorptionsmittel gefüllten Strömungskanäle der beiden Kreuzstrom-Plattenwärmeaustauscher zueinander über Verbindungsleitungen und Schaltventile und die den Strömungsräumen zugeordnete indirekte Kühlung oder Heizung für das Adsorptionsmittel über den peripheren Verteilraum durch Verbindungsleitungen und Absperrarmaturen über die Steuereinheit umschaltbar angeordnet.
Vorteilhaft ist, dass die bei der Adsorption anfallende Wärme von ihrem Entstehungsort durch Wasser oder GlykoLWasser-Gemische abgeführt und die zur Regeneration des Adsorptionsmittels erforderliche Wärme, dort wo sie benötigt wird, durch Wasserdampf, heißes Wasser oder heiße Abgase zugeführt werden kann.
Bei den konventionellen zum Stand der Technik gehörenden Verfahren wird das Adsorptionsmittelbett auf- oder abwärts gerichtet durch das Regenerationsfluid einseitig aufgeheizt. Dabei wandert die Wärme- bzw. Desorptionsfront durch das Bett. Ein großer Teil der im heißen Bereich bereits desorbierten Komponenten wird in dem noch nicht aufgeheizten (kalten) Bereich der Adsorptionsmittelsäule wieder adsorbiert und muss dann energieintensiv erneut desorbiert werden.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht u.a. darin, dass das in den Strömungskanälen befindliche Adsorptionsmittel gleichzeitig aufgeheizt wird. Dadurch gibt es in der Adsorptionsmittelschüttung keine kalten Bereiche, in denen desorbierte Komponenten wieder adsorbiert werden könnten. Dies ist mit dem Vorteil verbunden, dass die Energieeffizienz des Prozesses und die Qualität der Regeneration deutlich verbessert werden.
Von Vorteil ist weiterhin, dass der Spülgasstrom frei wählbar ist und nur dem Abtransport der desorbierten Schad- und/oder Nutzkomponente dient, wodurch höhere Konzentrationen an Schad- und/oder Nutzkomponenten im Spülgas eingestellt werden können und insbesondere die Kondensationsmengen an Schad- und/oder Nutzkomponenten wie z.B. Dichlormethan, Aceton, Ethylacetat, Methanol, Toluol, Xylol, Hexan, Wasser Größenordnungen erreichen, die industriellen Maßstäbe genügen und wirtschaftlich sind. Die Absenkung des Druckes bei der Desorption ermöglicht des Weiteren eine Minimierung der Spülgasmenge. So wird beispielsweise bei einer Absenkung des Druckes auf 0,5 bara und gleicher Durchströmung im Adsorber nur die halbe Spülgasmenge benötigt. Außerdem sinkt bei der Reduzierung des Druckes die erforderliche Desorptionstemperatur, was insbesondere bei der Rückgewinnung von temperaturempfindlichen Schad- und/oder Nutzkomponenten wie z.B. chlorierten Verbindungen, von Vorteil ist.
Damit eröffnet die erfindungsgemäße Lösung die Möglichkeit Energieträger wie Heißwasser oder auch warmes Abgas als Heizmedium für die Regeneration zu verwenden. Durch das Einstellen eines Überdruckes auf der Druckseite der Vakuumpumpe bei der Kondensation im Wärmeaustauscher vor dem Druckregelventil ist die Kondensation der Schad- und/oder Nutzkomponente deutlich effizienter, da die Kondensation druckabhängig ist. Ein Gemisch aus gesättigtem Luft/Ethylacetat erreicht beispielsweise bei einem Druck von 1 barü und üblichem Kaltwasser (+2°C) eine vergleichbare Kondensationsleistung wie bei -10°C unter Normaldruck 1 bara. Sowohl der Druck und die Temperatur bei der Kondensation können einfach an die jeweiligen Bedingungen angepasst werden.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, dass das Spülgas nicht die erforderliche Desorptionsenergie in das beladene Adsorptionsmittel transportieren muss, sondern lediglich die desorbierte Schad- und/oder Nutzkomponente in den Wärmeaustauscher abtransportiert.
[0048] Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen.
Ausführungsbeispiel
[0049] Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.
[0050] Es zeigen
[0051] Fig. la eine perspektivische Explosionsdarstellung von zwei zueinander versetzte, spiegelbildlich übereinander angeordnete Wellblechpaare, deren Stege aufeinanderliegen und miteinander ohne Strömungsübergang stoffschlüssig durch Laserschweißen verbunden sind, [0052] Fig. lb einen Ausschnitt in Draufsicht der Fig. la,
[0053] Fig. lc eine perspektivische Darstellung des in Strömungsräumen zwischen den Wellblechpaaren eingesetzten Strömungsleit· und Abstandsbleches, [0054] Fig. 2a eine perspektivische Darstellung einer aus mehreren
Wellblechpaaren zusammengesetzten Adsorber-Baueinheit mit köpf· und fußseitigem Boden,
[0055] Fig. 2b den Aufbau des Bodens in einer Explosionsdarstellung,
[0056] Fig. 3 eine Seitenansicht eines modifizierten Kreuzstrom-
Plattenwärmeaustauschers mit zuführseitigem Verteilraum für das zu behandelnde Rohgas oder Spülgas und abführseitigem Sammelraum für das Reingas oder das Desorbat in einem viereckigen Gehäuse,
[0057] Fig. 4 ein Beispiel von Strömungsschikanen in der Wandung eines
Strömungskanals in perspektivischer Darstellung,
[0058] Fig. 5a eine Seitenansicht eines modifizierten Kreuzstrom- Plattenwärmeaustauschers im Innenraum eines zylindrischen Gehäuses,
[0059] Fig. 5b eine Seitenansicht eines modifizierten Kreuzstrom-
Plattenwärmeaustauschers aus beispielsweise zwei übereinander angeordnete Baueinheiten,
[0060] Fig. 6 eine perspektivische Explosionsdarstellung von zwei zueinander versetzte, spiegelbildlich übereinander angeordnete Wellblechpaare, deren Stege aufeinanderliegen und in Längsrichtung mit Rillen versehen sind, die durch Hartlöten miteinander ohne Strömungsübergang verbunden sind, [0061] Fig. 6aeinen durch einen Steg entlang der Linie A\A der Fig. 6,
[0062] Fig. 6b einen Schnitt entlang der Linie B-B der Fig. 6a,
[0063] Fig. 7 eine Explosionsdarstellung von zwei zueinander versetzte, im
Steg in Längsrichtung stoffschlüssig verbundene Wellblechpaare mit Strömungsübergang, der durch Einsenkungen gebildet ist,
[0064] Fig. 7a einen Schnitt entlang der Linie OC der Fig. 7,
[0065] Fig. 7b einen Schnitt entlang der Linie D-D der Fig. 7a,
[0066] Fig. 7c einen Schnitt entlang der Linie EΈ der Fig. 7a,
[0067] Fig. 8 eine Explosionsdarstellung von zwei zueinander versetzte, im
Steg in Längsrichtung stoffschlüssig verbundene Wellblechpaare mit Strömungsübergang, der durch einen Spalt gebildet ist,
[0068] Fig. 9a einen Schnitt entlang der Linie F-F der Fig. 8,
[0069] 9b einen Schnitt entlang der Linie G-G der Fig. 9a,
[0070] Fig. 10 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung während der Adsorptionsphase mit gleichzeitigem Kühlen des Adsorptionsmittels in den Strömungskanälen und
[0071] Fig. 11 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung während der Regenerationsphase mit gleichzeitigem Erwärmen des beladenen Adsorptionsmittels in den Strömungskanälen.
[0072] Die Fig. la zeigt den grundsätzlichen Aufbau von Wellblechpaaren 7c, die aus spiegelbildlichen übereinandergelegten Wellblechen 7a und 7b aus Edelstahl mit einer Dicke von 0,3 mm bestehen. eines modifizierten Kreuzstrom- Plattenwärmeaustauschers la bzw. lb ohne Strömungsübergang. Die beiden aus Edelstahlblech bestehenden Wellbleche 7a und 7b sind spiegelbildlich Übereinandergelegt und bilden mit ihren Wellprofilen 8 jeweils parallel nebeneinanderliegende vertikale Strömungskanäle 9, deren Stege 10a bzw. 10b einander zugewandt und durch Laserlinienschweißen in Längsrichtung LR entlang des Randes der Strömungskanäle 9 und in Querrichtung QR entlang der Stege 10a und 10b gasdicht verschweißt sind. Die Strömungskanäle 9 haben beispielsweise eine Länge L bis zu 2 m und eine lichte Weite W von etwa 6 mm bis 120 mm.
Benachbarte Wellblechpaare 7c der übereinander angeordneten Wellbleche 7a und 7b bilden miteinander durchströmungsoffene Strömungsräume 14 aus, durch die ein Kühl· oder Heizmedium K bzw. H im Kreuzstrom zu den Strömungskanälen 9 eingängig, d.h. gleichzeitig durch die Strömungsräume 14 geführt werden kann. Ebenso ist es aber auch möglich, das Kühl· oder Heizmedium K bzw. H mehrgängig, d.h. nacheinander durch die Strömungsräume 14 zu führen. In einem solchen Fall sind jeweils benachbart liegenden Strömungsräume 14 miteinander verbunden, wodurch das Kühl· bzw. Heizmedium K bzw. H von Strömungsraum zu Strömungsraum umgelenkt wird.
[0073] In die Strömungsräume 14 zwischen den aus den Wellblechen 7a bzw.
7b gebildeten Wellblechpaaren 7c ist -wie auch Fig. lb zeigt, ein wellblechartig geformtes Strömungsleit- und Abstandsblech 11 eingesetzt. In die Wellenberge WB des Strömungsleit- und Abstandsblechs 11 sind in regelmäßigen Abständen voneinander Abstandshalterprofile 12 eingeformt, die jeweils wechselseitig in den durch den Versatz 16 ausgebildeten Bereich der übereinander angeordneten Wellblechpaare abstützend eingreifen, wobei das Abstandshalterprofil 12 am jeweiligen Wellblechpaar 7c anfangs- und endseitig stoffschlüssig befestigt ist, so dass ein Verschieben des Strömungsleit- Abstandsblechs 11 ausgeschlossen ist.
[0074] Nach Fig. lc sind die Abstandshalterprofile 12 in den benachbarten
Wellenbergen WB des Strömungsleit- und Abstandsblechs 11 zueinander auf Lücke 17 versetzt angeordnet, so dass Strömungspfade SF entstehen, die das im Kreuzstrom geführte Kühl· bzw. Heizmedium K bzw. H zur Umlenkung zwingen und dabei Turbulenzen erzeugen. Ein Beispiel eines Strömungspfades SF ist durch Pfeile in der Fig. lc gekennzeichnet. [0075] Die Figuren 2a und 2b verdeutlichen den Aufbau einer aus mehreren
Wellblechpaaren 7c zusammengesetzten Adsorber-Baueinheit 1. Die Wellblechpaare 7c durchdringen mit ihren offenendigen Strömungskanälen 9 einen kopfseitigen Boden 18 und einen abströmseitigen Boden 19. Die Böden 18 und 19 sind aus Formteilen 18.1 bis 18. n bzw. 19.1 bis 19. n zusammengesetzt, deren Kontur an die Form und Abmessung der Wellblechpaare 7c, zweckmäßig durch Laserschneiden, angepasst ist. Die Formteile werden mit den eingelegten Wellblechpaaren 7c entlang der Kontur zusammengefügt und durch Laserschweißen oder Hartlöten stoffschlüssig verbunden, so dass ein im Wesentlichen rechteckiger Apparat entsteht, der wahlweise in einen rechteckigen oder zylindrischen Gehäuse 2 eingesetzt werden kann. Die Fügerichtung ist durch einen Pfeil in der Fig. 2b gekennzeichnet.
[0076] Die Fig. 3 stellt den Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung in
Seitenansicht im Schnitt dar. Die modifizierten Kreuzstrom-
Plattenwärmeaustauscher la bzw. lb sind jeweils als Baueinheit in einem Gehäuse 2 aus Edelstahl untergebracht. Das Gehäuse 2 besteht aus einem rechteckigen Gehäusemantel 2a, in dessen Innenraum die Adsorber-Baueinheit 1 angeordnet ist. Der kopfseitige Boden 18 ist zusammen mit einem zum Gehäuse 2 gehörenden Kopfteil 20 stirnseitig an der Wandung 13 des Gehäusemantels 2a angeflanscht, so dass zuströmseitig ein Verteilraum 3a bzw. 3b entsteht, in den das mit einer gasförmigen Schad- und/oder Nutzkomponente belastete Rohgas G über eine mit dem Kopfteil 20 verbundene Zuführleitung 4 eintritt.
Der fußseitige Boden 19 der Adsorber-Baueinheit 1 und ein an der Wandung 13 des Gehäusemantels 2a stirnseitig angeflanschtes Fußteil 21 bildet einen Sammelraum 5a bzw. 5b für das die Strömungskanäle 9 verlassende, unter Adsorptionsdruck PAD stehende Reingas RG, welches über eine mit dem Fußteil 21 verbundene Abführleitung 6 einer nicht weiter dargestellten Gasentspannungsturbine mit Stromgenerator oder über ein Entspannungsventil einem Verbraucher bzw. als Abluft in die Atmosphäre abgegeben wird.
Der zuströmseitige Verteilraum 3a bzw. 3b befindet sich am Kopf des Kreuzstrom- Plattenwärmeaustauschers la bzw. lb, wodurch die Stromrichtung SRR des Rohgases G vertikal abwärtsgerichtet durch die Adsorber-Baueinheit 1 verläuft. Natürlich kann das Rohgas G die Adsorber-Baueinheit 1 auch vertikal aufwärts durchströmen. [0077] Die mit einem Adsorptionsmittel AM befüllten Strömungskanäle 9 sind vorzugsweise vertikal ausgerichtet und verbinden durchströmungsoffen den Verteilraum 3a bzw. 3b mit dem Sammelraum 5a bzw. 5b.
Zu· und abströmseitig sind die Strömungskanäle 9 endseitig mit jeweils einem demontierbaren gasdurchlässigen Sieb 22 abgedeckt. Das Sieb 22 hat eine Maschengröße, die kleiner gewählt ist als die kleinste Partikelgröße des in den Strömungskanälen 21 eingefüllte Adsorptionsmittel AM, sodass das Adsorptionsmittel nicht aus den Strömungskanälen gelangt.
Das körnige Adsorptionsmittel AM, beispielsweise Aktivkohle, bildet in jedem der Strömungskanäle 9 eine langgestreckte Adsorptionsmittelsäule.
Die Strömungskanäle 9 haben beispielsweise eine lichte Weite W von 6 mm und der Durchmesser der Partikel des Adsorptionsmittels beträgt z.B. 1 mm.
[0078] Es ist bekannt, dass schlanke Kolonnen mit einem Verhältnis aus
Schütt- und Partikeldurchmesser <20 zur Randgängigkeit neigen (K. Salem, Dissertation „Instationäre Temperatur- und Konzentrationsfelder in hochbelasteten Festbettadsorbern“, Cuvillier-Verlag Göttingen, 2006). BAKER ET AL („The Course of Liquor Flow in Packed Towers“, Trans AIChE 31(1935), S. 296-315) geben an, dass die Tendenz zur Randgängigkeit bei einem Verhältnis aus Kolonnendurchmesser zu Füllkörperdurchmesser von 8G signifikant zunimmt.
Um der Randgängigkeit entgegenzuwirken, besitzen die Strömungskanäle 9 -wie in Fig. 4 dargestellt- Strömungsschikanen 24, die in die Wandung 25 der Strömungskanäle 9 bei ihrer Herstellung der Wellbleche in Form von Ausprägungen 26 eingeformt werden. Die Ausprägungen 26 können von der Wandung 25 in das Innere des Strömungskanals 9 hineinreichen und/oder von der Wandung 25 in den Strömungsraum 14 herausragen. Auch eine Kombination aus nach innen in den Strömungskanal 9 und nach außen in die Strömungsräume 14 ragende Ausprägungen 26 ist möglich. Die Ausprägungen sind als langgestreckte Körper ausgebildet, die quer und parallel zur Strömungsrichtung SRR des Teilstroms TG des Rohgases G entlang der Wandung 25 der Strömungskanäle verteilt angeordnet sind.
Die Strömungsschikanen 24 bewirken, dass das in Wandnähe befindliche Rohgas G oder Spülgas SG in das Innere des Strömungskanals 21 gelenkt wird, wodurch Turbulenzen erzeugt werden, die die Randgängigkeit weitgehend verhindern. [0079] Die im Innenraum des Gehäuses 2 angeordnete Adsorber-Baueinheit 1 ist für die Zu- und Abführung eines Kühlmediums K bzw. eines Heizmediums H von einem Verteilraum 15 umgeben, der zwischen der Wandung 13 des Gehäusemantels 2a und der Adsorber-Baueinheit 1 ausgebildet ist (siehe Fig.3, 5a und 5b).
Benachbarte Wellblechpaare 7c (siehe auch Fig. 2a) bilden miteinander Strömungsräume 14, die durchströmungsoffen in den Verteilraum 15 münden, so dass das Kühlmedium K oder das Heizmedium H durch die Strömungsräume 14 geführt werden kann.
Die in den Strömungsräumen 14 befindlichen Strömungsleit- und Abstandsbleche 11 sorgen dafür, dass Turbulenzen im Kühl- oder Heizmedium K bzw. H entstehen, die die Effektivität des Wärmeaustausches während der Adsorption und der Desorption deutlich verbessern.
Ebenso ist es möglich, das Kühl· oder Heizmedium mehrgängig durch die Strömungsräume 14 zu führen. In einem solchen Fall, werden parallel zueinander liegende Strömungsräume 14 miteinander verbunden, so dass das Kühl· oder Heizmedium K bzw. H im Verteilraum 15 umgelenkt wird.
[0080] In Fig. 5a ist der Kreuzstrom-Plattenwärmeaustauscher la bzw. lb gezeigt, der im Innenraum seines zylindrischen Gehäuses 2 eine Adsorber-Baueinheit 1 aufnimmt. Der kopfseitige Boden 18 der Adsorber-Baueinheit 1 lagert auf der Wandung 13 des Gehäusemantels 2a des Gehäuses 2 auf und ist zusammen mit dem Kopfteil 20 in Form eines Klöpperboden und der fußseitige Boden 19 der Adsorber- Baueinheit 1 mit dem Fußteil 21 stirn-bzw. fußseitig an der Wandung 13 des zylindrischen Gehäusemantels 2 angeflanscht.
Der Verteilraum 3a bzw. 3b und der Sammelraum 5a bzw. 5b werden durch das Kopfteil 20 und das Fußteil 21 mit den entsprechenden Böden 18 bzw. 19 der Adsorber-Baueinheit 1 gebildet.
In Fig. 5b sind beispielsweise zwei senkrecht übereinander angeordnete Adsorber- Baueinheiten 1 in dem gemeinsamen Gehäuse 2 untergebracht, wobei jede Baueinheit 1 mit einem zuflussseitigen Verteilraum 3a bzw. 3b, einem abströmseitigen Sammelraum 5a bzw. 5b und einem Verteilraum 15 für das Kühl· und Heizmedium H bzw. K versehen ist. Die Verteilräume 3a bzw. 3b und die Sammelräume 5a bzw. 5b sind untereinander durch die Strömungskanäle 9 strömungsverbunden. Dies hat den Vorteil einer freien Skalierbarkeit der zu behandelnden Gasmengen. [0081] Das Rohgas G wird durch ein Gebläse 23 (siehe Fig. 10 und ll), beispielsweise ein Drehkolbengebläse, mit einem Druck von 4,0 bar über die Zuführleitung 4 in den Verteilraum 3a bzw. 3b gedrückt. Das Rohgas G teilt sich im Verteilraum 3a bzw. 3b in einzelne Teilströme TG auf, von denen je ein Teilstrom in einen Strömungskanal 21 eintritt und die Adsorptionsmittelschüttung AM vertikal abwärtsgerichtet durchströmt, wobei die Schad- und/oder Nutzkomponente am Adsorptionsmittel adsorbiert wird. Die die Strömungskanäle 9 als Reingas RG verlassenden Teilströme TG sammeln sich im Sammelraum 5a bzw. 5b und werden über die Abführleitung 6 abgeführt.
[0082] Nach Fig. 6 können die Stege 10a bzw. 10b in Längsrichtung LR auch durch eine Hartlötverbindung 29c und in Querrichtung QR durch Laserschweißnähte 29b gasdicht verbunden werden. In einem solchen Fall wird in die Stege 10a bzw. 10b zumindest eine Rille R eingeformt. Wie die Fig. 6a und 6b zeigen, verlaufen jeweils die Rillen R in Längsrichtung LR entlang der Strömungskanäle 9. Die Rillen R haben eine solche Geometrie und Form, dass vor dem spiegelbildlichen Ubereinanderlegen der Well· oder Profilbleche 7a bzw. 7b ein Hartlot in die Rille R des Stegs 10a des unteren Well· oder Profilbleches eingelegt werden kann. Die Rille R des darüber liegenden Stegs 10b kommt beim Hartlöten der Stege auf dem in der Rille R des darunterliegenden Stegs 10a einliegenden Hartlot zu liegen und die ineinandergreifenden Rillen werden durch das Hartlot unter Temperatureinwirkung gasdicht verbunden.
In Querrichtung QR werden die Stege 10a bzw. 10b durch Laserschweißnähte 29b gegenüber dem Verteilraum 3a bzw. 3b und dem Sammelraum 5a bzw. 5b abgedichtet.
[0083] Die Fig. 7, 7a, 7b und 7c zeigen eine zweite Ausführungsvariante der
Kreuzstrom-Plattenwärmeaustauscher la bzw. lb mit Strömungsübergängen 30 zwischen den vertikalen Strömungskanälen 9.
In den Steg 10a bzw. 10b wird quer zur Längsrichtung LR über die gesamte Breite B mindestens eine Einsenkung 27a bzw. 27b beim Wellwalzen der Well- oder Profilbleche 7a bzw. 7b eingeformt, die beim Übereinanderlegen der beiden Well- oder Profilbleche 7a bzw. b die parallel nebeneinanderliegenden Strömungskanäle 9 durchströmungsoffen miteinander verbindet. Die Einsenkung 27a bzw. 27b hat eine Tiefe T, die kleiner als die kleinste Partikelgröße des Adsorptionsmittels ist, so dass kein Adsorptionsmittel aus dem einen Strömungskanal in den anderen Strömungskanal gelangen kann (siehe Fig. 7a). Die Einsenkungen 27a bzw. 27b kommen beim spiegelbildlichen Aufeinanderlegen der Well- oder Profilbleche 7a bzw. 7b jeweils seitenverkehrt zu liegen und werden vom Steg 10a bzw. 10b des darüber- und darunterliegenden Well· oder Profilblechs 7a bzw. 7b abgedeckt. Die einander zugewandten flachen Bereiche der Stege 10a bzw. 10b lagern aufeinander und stützen sich gegenseitig ab. Zum gasdichten Verbinden werden die Stege 10a bzw. 10b mechanisch zusammengepresst, fixiert und durch Laserschweißen in Längsrichtung LR miteinander gasdicht verschweißt.
Die Einsenkungen 27a bzw. 27b durchdringen somit die in Längsrichtung LR verlaufende Schweißnaht 29a zwischen den Stegen 10a bzw. 10b in Querrichtung QR. Die gasdichte Verbindung zwischen den übereinanderliegenden Stegen 10a bzw. 10b in Querrichtung QR erfolgt durch parallel zur Einsenkung 27a bzw. 27b verlaufende weitere Schweißnähte 29b wie aus den Fig. 7b und 7c zu entnehmen ist.
Da die Einsenkungen 27a bzw. 27b Vertiefungen in den Stegen 10a bzw. 10b darstellen, berühren sich die aufeinanderliegenden Stege im Bereich der Einsenkungen 27a bzw. 27b nicht und bleiben unverschweißt, so dass ein Strömungsübergang 30 mit Durchtrittsöffnungen 31 entsteht, die in die jeweils benachbarten Strömungskanäle 9 münden.
[0084] Durch den Strömungsübergang 30 gelangt während der Adsorption ein
Bypasstrom BS vom Teilstrom TG des Reingases G oder ein Teilstrom TS vom Spülgas SG während der Regeneration in den jeweils benachbarten Strömungskanal 9.
Man erkennt aus der Fig. 7a, dass die Querschnittsfläche QF der Durchtrittsöffnung 31 von der Geometrie und Form der Einsenkung 27a bzw. 27b abhängt. Die Abmessung der Durchtrittsöffnung 31 ist so gewählt, dass das Adsorptionsmittel mit seinem kleinsten Korn die Durchtrittsöffnung nicht passieren kann.
[0085] Eine dritte Ausführungsvariante des Kreuzstrom-
Plattenwärmeaustauschers la bzw. lb ist in Fig. 8 in Verbindung mit Fig. 9a und 9b dargestellt.
Der Strömungsübergang 30 wird durch einen flachen Spalt 28 beim losen Übereinanderlegen der Well- oder Profilbleche zwischen den Stegen 10a und 10b gebildet. Die Stege 10a bzw. 10b sind miteinander durch eine in Längsrichtung LR verlaufende Schweißnaht 29a gasdicht verbunden, die von mindestens einem Spalt 28 unterbrochen ist. Der Spalt 28 stellt einen Strömungsübergang 30 mit Durchtrittsöffnung 31 dar, der die benachbarten Strömungskanäle 9 durchströmungsoffen miteinander verbindet. Der Spalt 28 ist in Querrichtung QR der Stege 10a bzw. 10b durch Schweißnähte 29b gasdicht abgedichtet (siehe Fig. 9b).
[0086] Durch die Anzahl, Geometrie und Form der Strömungsübergänge 30 kann die Größe der in die Strömungskanäle 9 gelangenden Bypasströme BS beeinflusst werden. So kann beispielsweise die Anzahl der Strömungsübergänge 30 zwischen benachbarten Strömungskanälen 9 erhöht oder verringert werden, so dass die Querschnittsfläche QF aller Durchtrittsöffnungen 31 variiert werden kann, eine Auslegung der Strömungsübergänge 30 in Abhängigkeit der Art und der Beschaffenheit der Adsorptionsmittel AM möglich ist und einer Verblockung der Strömungskanäle 9 durch eine gleichmäßige oder ungleichmäßige Verteilung der Bypasströme BS über die Adsorptionsmittelsäule entgegengewirkt werden kann.
[0087] Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren mit zwei modifizierten Kreuzstrom-Plattenwärmeaustauschern la und lb für das kontinuierliche Behandeln eines mit gasförmigen Schadkomponenten belasteten Gases, beispielsweise mit Lösemittel beladener Abluft, beschrieben.
Die Fig. 10 zeigt den Kreuzstrom-Plattenwärmeaustauscher la während der Adsorption mit gleichzeitiger Kühlung und den Kreuzstrom- Plattenwärmeaustauscher lb im Regenerationsmodus vor dem Umschalten in den Adsorptionsmodus.
[0088] Die beiden Verteilräume 3a und 3b der Kreuzstrom-
Plattenwärmeaustauscher la bzw. lb sind durch je eine Verbindungsleitung 32a und 32b verbunden, die von einer dem Verteilraum 3a zugeordneten, in die Verbindungsleitung 32a eingebundenen Absperrarmatur 33 und einer dem Verteilraum 3b zugeordneten, in die Verbindungsleitung 32b eingebundenen Absperrarmatur 34 geöffnet oder geschlossen werden können. In die miteinander in Verbindung stehenden Verbindungsleitungen 32a und 32b mündet die Zuführleitung 4 ein, in die ein Gebläse oder ein Verdichter 23 eingebunden ist, welches bzw. der das Rohgas G unter Druck setzt und in die entsprechenden Verteilräume 3a oder 3b drückt.
Im Verteilraum 3a bzw. 3b ist ein Drucksensor 33 angeordnet, der den Druck PG des Rohgases G vor Eintritt der Teilströme TG des Rohgases G in die Strömungskanäle 9 misst und die Messwerte über die Steuerleitung 36 an die Steuereinheit 37 weitergibt. Ebenso ist im Sammelraum 5a bzw. 5b ein Drucksensor 38 angeordnet, der den Druck PRG des Reingases RG laufend misst und die Messwerte an die Steuereinheit 37 übermittelt.
Der Steuereinheit 37 werden auf der Grundlage einer vorliegenden Prozessauslegung, die die Art, Beschaffenheit und Menge der Schad- und/oder Nutzkomponente im Rohgas G, die zu erreichenden Grenzwerte der Schadstoffkonzentrationen im Reingas RG und die Betriebsdaten berücksichtigt, Sollwerte für den Adsorptionsdruck PAD, den Desorptionsdruck PD und den Kondensations-Uberdruck rk hinterlegt.
Das Einregeln des Adsorptionsdruckes PAD auf einen Überdruck zwischen 1,0 bis 15,0 bar geschieht so, dass die Steuereinheit 37 die von den Drucksensoren 33 bzw. 38b gemessenen Druckwerte mit dem Sollwert des Adsorptionsdruckes PAD vergleicht und bei Abweichung vom Sollwert das Gebläse und/oder Verdichter 23 und ein in der Verbindungsleitung 44a eingebundenes Druckregelventil 39 ansteuert, welches den Adsorptionsdruck PAD durch Androsseln des Abflusses des Reingases RG aus dem Sammelraum 5a bzw. 5b auf den vorgegebenen Sollwert einstellt.
Der Strom des Rohgases G ist durch einen nicht geschwärzten Pfeil in der Zuführleitung 4 und der Verbindungsleitung 32a kenntlich gemacht.
[0089] Von der Abführleitung 6 für das Reingas RG, deren Stromrichtung durch geschwärzte Pfeile kenntlich gemacht ist zweigt eine Spülgasleitung 40 ab, die sich in eine Zuführleitung 41a für einen Teilstrom des Reingases als Spülgas SG in die Verbindungsleitung 32a zum Verteilraum 3a des Kreuzstrom-
Plattenwärmeaustauscher la und eine Zuführleitung 41b für einen Teilstrom des Reingases als Spülgas SG zum Verteilraum 3b des Kreuzstrom-
Plattenwärmeaustauscher lb aufteilt.
Die beiden Zuführleitungen 41a und 41b binden jeweils in Stromrichtung nach der Absperrarmatur 33 bzw. 34 in die Verbindungsleitung 32a bzw. 32b ein und können durch eine Absperrarmatur 42 bzw. 43 geöffnet oder geschlossen werden, so dass das Spülgas SG entsprechend dem Betriebszustand der Kreuzstrom- Plattenwärmeaustauscher la bzw. lb über die Steuereinheit 37 zu- oder abgeschaltet werden kann.
[0090] Von den Sammelräumen 5a und 5b der Kreuzstrom-
Plattenwärmeaustauscher la bzw. lb führt je eine Verbindungsleitung 44a und 44b in die Abführleitung 6 für das Reingas RG. In die Verbindungsleitungen 44a und 44b sind Absperrarmaturen 45 bzw. 46 eingebunden, die über Steuerleitungen 36 mit der Steuereinheit 37 in Verbindung stehen und entsprechend geöffnet oder geschlossen werden können, wobei die Absperrarmatur 45 dem Sammelraum 5a und die Absperrarmatur 46 dem Sammelraum 5b zugeordnet ist.
Die Absperrarmaturen 33, 34, 42, 43, 45 und 46 sind ebenso mit der Steuereinheit 37 verbunden, die die Befehle zum jeweiligen Offnen oder Schließen der Armaturen ausgibt.
[0091] Uber den Verteilräumen 3a bzw. 3b der beiden Kreuzstrom-
Plattenwärmeaustauscher la bzw. lb mündet eine zuflussseitige Verbindungsleitung 47 für ein Kühlmedium K, beispielsweise Wasser, in den peripheren Verteilraum 15 ein, in dem die Strömungsräume 14 durchströmungsoffen angeordnet sind.
Das Kühlmedium K tritt gleichzeitig in alle Strömungsräume 14 ein, wird durch die Strömungsleit- und Abstandsbleche 11 zwischen der Wellblechpaaren 7c in Turbulenzen versetzt, umströmt die Strömungskanäle 9 und nimmt die Adsorptionswärme durch indirekten Wärmetausch auf. Über eine durch eine Absperrarmatur 48a öffnungs- oder schließbare Abführleitung 49a wird das erwärmte Kühlmedium K abgeführt. Die Stromrichtung des Kühlmediums ist durch Pfeile gekennzeichnet.
[0092] Zum Zuführen eines Heizmediums H, beispielsweise Wasserdampf, in die Strömungsräume 14 ist eine Verbindungsleitung 52 vorgesehen, die durch Absperrarmaturen 50 und 51 geöffnet oder geschlossen werden kann, welche mit einer Zuführleitung 54 verbunden ist. Die Stromrichtung des Heizmedium H ist durch Pfeile gekennzeichnet (siehe auch Fig. 11).
[0093] Die Verbindungsleitung 47 für die beiden Verteilräume 3a bzw. 3b steht mit einer Zuführleitung 53 zum Zuführen des Kühlmediums K, beispielsweise Wasser mit einer Temperatur von 25 °C, in die Strömungsräume 14 in Verbindung, wobei die Verbindungsleitung 47 durch jeweils eine über die Steuerleitung 36 mit der Steuereinheit 37 elektrisch verbundene Absperrarmatur 55 bzw. 56 geöffnet oder geschlossen werden kann. Gleichzeitig sind die mit der Verbindungsleitung 47 in Strömungsverbindung stehenden Strömungsräume 14 mit einer durch Absperrarmaturen 57a und 58a öffnungs- und schließbare Abführleitung 59a zum Abführen des Kondensats H und Entleeren des Kühlmediums K aus den Strömungsräumen 14 verbunden. Ebenso sind die Strömungsräume 14 des Kreuzstrom-Wärmeaustauscher lb mit einer Abführleitung 59b für das Kondensat H und das Kühlmedium K verbunden. In die Abführleitung 59b ist entsprechend eine Absperrarmatur 60a für das Kondensat H und eine Absperrarmatur 60b für das Kühlmedium K eingebunden.
[0094] Die Verbindungsleitungen 44a und 44b sind untereinander durch eine
Desorbatleitung 61 vermascht, welche in Stromrichtung des Reingases RG vor den Absperrarmaturen 45 und 46 in die jeweilige Verbindungsleitung 44a bzw. 44b einbindet, wobei die Desorbatleitung 61 durch eine Absperrarmatur 62 gegenüber der Verbindungsleitung 44a und eine Absperrarmatur 63 gegenüber der Verbindungsleitung 44b geöffnet oder geschlossen werden kann. Die dazu notwendigen Stellbefehle erhalten die Absperrarmaturen 62 bzw. 63 von der Steuereinheit 37.
Von der Desorbatleitung 61 zweigt zwischen den Absperrarmaturen 62 und 63 eine Abführleitung 64 ab, die mit einer Vakuumpumpe 65 verbunden ist, die im Sammelraum 5a bzw. 5b und den Strömungskanälen 9 in Abhängigkeit der Schad- und/oder Nutzkomponente einen Absolutdruck von 0,9 bar erzeugt, so dass die desorbierte Schad- und/oder Nutzkomponente im Saugstrom mit dem Spülgas SG aus dem Sammelraum 5a bzw. 5b abtransportiert wird. Die Strömungsrichtung des Desorbats DS ist durch einen Pfeil mit Punkt gekennzeichnet (siehe auch Fig. ll).
[0095] Die Druckseite der Vakuumpumpe 65 ist mit einem durch einen mit
Wasser gekühlten Wärmeaustauscher/Kondensator 66 verbunden, in dem die angesaugte Schad- und/oder Nutzkomponente im Desorbat DS durch Kühlung kondensiert und das Kondensat über einen mit dem Wärmeaustauscher/Kondensator 66 verbundenen Kondensatablass 67 abgeführt wird. Das den Wärmeaustauscher/Kondensator 66 verlassende Gas wird als Rückgas GR mit einer Restbeladung oberhalb des jeweiligen VOC-Grenzwertes über eine Rückgasleitung 68 in Strömungsrichtung vor dem Gebläse 23 in die Zuführleitung 4 des in Adsorption befindlichen Kreuzstrom-Plattenwärmeaustauschers la bzw. lb geleitet, wobei ein in die Rückgasleitung 69 eingebundenes Druckregelventil 69 den Druck des Rückgases GR androsselt, so dass die Kondensation der Schad- und/oder Nutzkomponente im Wärmetauscher/Kondensator 66 bei einem Überdruck von 0,1 bis 5,0 bar erfolgen kann. Die Stromrichtung der Rückgases GR ist durch Pfeile kenntlich gemacht (siehe Fig. 10 und 11).
[0096] Während der Adsorption ist die dem Verteilraum 3a zugeordnete
Absperrarmatur 33 geöffnet und die dem Verteilraum 3b zugeordnete Absperrarmatur 34 geschlossen. Die dem Sammelraum 5a zugeordnete Absperrarmatur 45 in der Verbindungsleitung 44a ist dagegen geöffnet und die zum Sammelraum 5b gehörende Absperrarmatur 46 geschlossen.
Die zur Kühlung K des auf Adsorption geschalteten Kreuzstrom- Plattenwärmeaustauschers la gehörende zuflussseitige Absperrarmatur 55 in der Verbindungsleitung 47 und die Absperrarmatur 48a in der Abführleitung 49a sind geöffnet, wohingegen die Absperrarmatur 56 in der Verbindungsleitung 47 zum Kreuzstrom-Plattenwärmeaustauscher lb, die Absperrarmaturen 60b und 60a in der Abführleitung 59b vom Kreuzstrom-Plattenwärmeaustauscher lb, die zur Heizung H gehörende Absperrarmatur 50 in der Verbindungsleitung 52 geschlossen sind.
Das Rohgas G gelangt somit in den Verteilraum 3a, teilt sich in Teilströme TG auf, die beispielsweise vertikal aufwärts gerichtet in die mit Adsorptionsmittel AM gefüllten Strömungskanäle 9 einströmen.
Die Schad- und/oder Nutzkomponenten im Rohgas G werden am Adsorptionsmittel AM adsorbiert und die sich ausbildende Konzentrationsfront wandert vertikal aufwärts durch die Adsorptionsmittelsäule des jeweiligen Strömungskanals 9 bis der Durchbruch der Konzentrationsfront erfolgt, d.h. die Schad- und/oder Nutzkomponente im Sammelraum 5a bzw. 5b in messbaren Mengen nachweisbar ist. Hierzu sind zur Erfassung des Durchbruchs mit der Steuereinheit 37 verbundene Gassensoren 70 vorgesehen, die im Verteilraum 3a bzw. 3b und im Sammelraum 5a bzw. 5b angeordnet sind. Die Gassensoren 70 ermitteln die Eingangskonzentration der Schad- und/oder Nutzkomponente im Verteilraum 3a bzw. 3b und die Ausgangskonzentration im Sammelraum 5a bzw. 5b und übergeben diese Information an die Steuereinheit 37, welche die Daten auswertet und die entsprechenden Stellbefehle zum Schließen der Absperrarmatur 33 in der Verbindungsleitung 32a und Offnen der Absperrarmatur 34 in der Verbindungsleitung 32b ausgibt, so dass das Rohgas G auf den zuvor regenerierten Kreuzstrom-Platenwärmeaustauscher lb geleitet wird.
Die während der Adsorption der Schad- und/oder Nutzkomponenten entstehende Adsorptionswärme wird durch das im Kreuzstrom zu den Strömungskanälen 9 in den Strömungsräumen 14 geführte Kühlmedium K, hier Wasser, ständig abgeführt. Dies hat den außerordentlichen Vorteil, dass der mit einer Temperaturerhöhung einhergehende grundsätzliche Nachteil des Absinkens der maximal möglichen Beladung des Adsorptionsmittels AM weitgehend vermieden und eine Leistungssteigerung gegenüber Aktivkohle Festbettanordnungen möglich wird.
[0097] Es wird jetzt auf die Fig. 11 Bezug genommen. Während der Adsorption im Kreuzstrom-Plattenwärmeaustauscher la befindet sich der Kreuzstrom- Plattenwärmeaustauscher lb im Desorptionszustand. Vor Beginn des Desorptionsvorgangs wird zunächst das in den Strömungsräumen 14 des Kreuzstrom- Plattenwärmeaustauschers lb befindliche Kühlwasser über die geöffnete Absperrarmatur 60a in der Abführleitung 59b entleert,
Beim Desorptionsvorgang ist die Absperrarmatur 34 in der Verbindungsleitung 32b, die Absperrarmatur 62 in der Desorbatleitung 61, die Absperrarmatur 46 in der Verbindungsleitung 44b, die Absperrarmatur 56 in der zuflußseitigen Verbindungsleitung 47 für das Kühlmedium K, die Absperrarmatur 60a in der Abführleitung 59b für das Kühlmedium K und das Kondensat H und die Absperrarmatur 48b in der abflussseitigen Abführleitung 49b geschlossen, während das Regelventil 43, in der Zuführleitung 41b für das Spülgas SG, die Absperrarmatur 51 in der Verbindungsleitung 52 für das Heizmedium H, die Absperrarmatur 60b, die Absperrarmatur 63 in der Verbindungsleitung 44b und das Druckregelventil 69 in der Rückgasleitung 68 offen sind.
Ein Teilstrom des Reingases RG gelangt als Spülgas SG über die Spülgasleitung 40 und die Zuführ leitung 41b in den Verteilraum 3b und teilt sich in Teilströme TS auf, die in die offenen Strömungskanäle 9 eintreten, wo das Spülgas SG in Kontakt mit dem beladenen Adsorptionsmittel AM kommt. Die Stromrichtung des Spülgases SG ist durch schwarze Punkte in der Fig. 11 gekennzeichnet.
Bei gleichzeitig geöffneter Absperrarmatur 51 strömt das Heizmedium H, hier Wasserdampf, über den peripheren Verteilraum 15 und gelangt in die Strömungsräume 14, die durchströmungsoffen in den peripheren Verteilraum 13 münden, so dass das Heizmedium H das in den Strömungskanälen 9 befindliche und gesättigte Adsorptionsmittel AM und das aufwärts strömende Spülgas SG umströmt und indirekt aufheizt.
Das in Strömungskanälen befindliche, mit der Schad- und/oder Nutzkomponente gesättigte Adsorptionsmittel wird soweit aufgeheizt bis die Schad- und/oder Nutzkomponente desorbiert.
Die Desorptionstemperatur ist abhängig vom eingeregelten Absolutdruck und den Stoffeigenschaften der zu entfernenden Schad- und/oder Nutzkomponente.
Mit den im Verteilraum 3a bzw. 3b und den im Sammelraum 5a bzw. 5b angeordneten Drucksensoren 35 und 38 wird der Druck psG des zuströmenden Spülgases SG und der Druck PDS des abströmenden Desorbats DS gemessen, das vom Unterdrück pv der Vakuumpumpe 65 im Saugstrom aus dem Sammelraum 5a bzw. 5b abtransportiert wird. Die Drucksensoren 35 bzw. 38 übermitteln die Messwerte des Druckes an die Steuereinheit 37.
Das Einregeln des Desorptionsdruckes PD auf einen Absolutdruck von 0,01 bis 1,0 bar erfolgt so, dass die Steuereinheit 37 die von den Drucksensoren 33 und/oder 38 übermittelten Druckwerte mit einem vorgegebenen, in der Steuereinheit 37 hinterlegten Sollwert des Desorptionsdruckes PD vergleicht und bei Abweichung vom Sollwert die Vakuumpumpe 65 und ein dem Verteilraum 3a bzw. 3b vorgeschaltetes Regelventil 42 bzw. 43 ansteuert, welches den Zufluss an Spülgas SG in den Verteilraum 3a bzw. 3b so einstellt, dass der Desorptionsdruck D dem in der Steuereinheit 37 hinterlegten Sollwert entspricht.
Das Desorbat DS sammelt sich im Sammelraum 5b und wird durch die Vakuumpumpe 65 angesaugt sowie druckseitig über die Abführleitung 64 in einen Wärmeaustauscher/Kondensator 66 gefördert, in dem die Schad- und/oder Nutzkomponente durch Kühlung kondensiert und über einen Kondensatablass 67 zur weiteren Nutzung abgeführt wird.
Die Kondensation der Schad- und/oder Nutzkomponente wird so vorgenommen, dass der Rückgasdruck PGR des Rückgases GR nach Verlassen des Wärmeaustauschers/Kondensators 66 mit einem Drucksensor 71 gemessen wird und die Messwerte an die Steuereinheit 37 übermittelt werden. Das Einregeln des Kondensations-Uberdruckes rk auf einen Überdruck von 0,1 bis 5 bar im Wärmeaustauscher/Kondensator 66 geschieht so, dass die Steuereinheit 37 den vom Drucksensor 71 übermittelten Druckwert mit dem vorgegebenen Sollwert des Kondensations-Uberdruckes rk vergleicht und bei Abweichung vom Sollwert das Druckregelventil 69 so einstellt, dass der Kondensations-Uberdruck rk im Wärmeaustauscher/Kondensator 66 dem in der Steuereinheit 37 hinterlegten Sollwert entspricht.
[0098] Sobald mit dem im Sammelraum 5b angeordneten Gassensor 56 ein in der Steuereinheit 37 hinterlegten Minimalwert der Schad- und/oder Nutzkomponenten-Konzentration im Desorbat DS ermittelt wird, gibt die mit dem Gassensor 70 verbundene Steuereinheit 37 Stellbefehle an die Absperrarmatur 51 und das Regelventil 43 zum Schließen aus, so dass einerseits der Wärmeaustausch zwischen dem Heizmedium H und dem Adsorptionsmittel und andererseits die Zufuhr an Spülgas SG unterbrochen wird.
Die zur Kühlung K gehörenden Absperrarmaturen 56 und 48b öffnen, wodurch Kühlmedium in die Strömungsräume 14 gelangt und das in den Strömungskanälen 9 befindliche aufgeheizte Adsorptionsmittel AM auf eine Temperatur abgekühlt wird, die für einen erneuten Adsorptionsvorgang geeignet ist. Somit ist das Adsorptionsmittel aktiviert. Die Absperrarmatur 34 für die Zufuhr an Rohgas G und die Absperrarmatur 46 zum Abführen des Reingases RG öffnen, während die Absperrarmatur 63 für das Desorbat DS und das Druckregelventil 69 für das Rückgas GR schließen. Der Kreuzstrom-Plattenwärmeaustauscher lb ist für einen erneuten Adsorptionsvorgang betriebsbereit.
[0099] Diese Verfahrensweise hat den besonderen Vorteil, dass einerseits das
Spülgas SG ausschließlich als Transportmedium für die desorbierten Schad- und/oder Nutzkomponente dient und keine Heizfunktion für das Adsorptionsmittel wahrnimmt sowie andererseits die zur Desorption aufzubringende Desorptionsenergie durch einen indirekten Wärmeaustausch des Heizmediums H mit dem im Strömungskanal 9 eingefüllten Adsorptionsmittel AM an Ort und Stelle, wo sie benötigt wird, aufgebracht wird. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Desorption bei einem Absolutdruck, beispielsweise bei 0,9 bara, und die Kondensation unter Überdruck, beispielsweise 1,0 barü, durchgeführt werden kann.
Der Unterdrück in den Strömungskanälen 9 wird durch die Regelung der Zufuhr an Spülgas SG über die Regelventile 42 bzw. 43 eingestellt, die mit der Steuereinheit 37 verbunden sind, welche die Stellbefehle an die Regelventile in Abhängigkeit der Schad- oder Nutzkomponente im Rohgas RG ausgibt.
All dies führt dazu, dass die Verlustenergie reduziert, die Zykluszeiten verkürzt, die Apparate verkleinert, Betriebskosten gesenkt und Investitionskosten eingespart werden können.
[0100] Das erfindungsgemäße Verfahren soll nachfolgend an einem Beispiel näher erläutert werden.
[00101] Ein das Lösemittel Aceton verarbeitender Betrieb hat eine
Abluftreinigungsanlage, um Lösungsmittel, die beispielsweise bei der Beschichtung von Folien verwendet werden, zu entfernen und die Abluft entsprechend zu reinigen. Außerdem können freie Emissionen in der Produktionshalle auftreten, die mit Absaugeinrichtungen zur Abluftreinigungsanlage geführt werden, um Einhaltung der maximalen Arbeitsplatzkonzentration in der Halle zu garantieren.
Diese aus der Halle und der Abluftreinigungsanlage anfallende Abluft soll mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gereinigt bzw. behandelt werden.
Folgende Betriebsdaten liegen zugrunde :
Adsorptionsmittel: Aktivkohle mit einer Körnung von 1 bis 4 mm Länge der Strömungskanäle: 1.000 mm je Baueinheit Licht Weite der Strömungskanäle: 20 mm Anzahl der Adsorber-Baueinheiten: 5
Adsorption:
Abluftmenge: 4.000 m3/h Betriebsdruck: 1,1 bara Eintrittstemperatur: 30 °C Lösemittelfracht in der Abluft: ca. 136 kg/h Eintrittskonzentration: 34 g/m3 Austrittskonzentration: max. 50 mg/m3 (Halbstundenmittelwert nach TA-Luft)
Temperaturerhöhung im Adsorptionsmittel: ca. 23°C
Abzuführende Adsorptionswärme: ca. 6,5 kW je Adsorber- Baueinheit, gesamt ca. 32,5 kW
Kühlmedium: Kühlwasser, 25°C
Kühlwasserbedarf bei Adsorption: ca. 1,2 m3/h je Baueinheit, gesamt ca. 6,0 m3/h Adsorptionsdauer: 30 Minuten
Regeneration:
Heizmedium: Heißwasser, 90°C Desorptionsdruck: <100 mbar Desorptionstemperatur: ca. 85°C
Benötigte Desorptionsenergie: ca. 10 kW je Baueinheit, gesamt ca. 50 kW
Spülgas: Stickstoff
Kondensatordruck: 5 bar
Kondensationstemperatur: 25°C
Regenerationsdauer: 20 Minuten
Kühlung: 10 Minuten.
[0102] Im vorliegenden Beispiel läuft das erfindungsgemäße Verfahren wie folgt ab. Die unbehandelte Abluft als Rohgas G wird in den Verteilraum 3a des Kreuzstrom-Plattenwärmeaustauschers la über die Zuführleitung 4 und dem Gebläse 23 zugeführt, die die Abluft mit einem Druck von 1,1 bara in den Verteilraum 3a befördert.
[0103] Der modifizierte Kreuzstrom-Plattenwärmeaustauscher la umfasst ein
Paket von 20 Lagen zusammengefasster Wellblechpaare 7c aus Edelstahl- Wellblechen 7a und 7b, die eine Adsorber-Baueinheit 1 bilden, in der die mit Adsorptionsmittel AM gefüllten Strömungskanäle 9 aufgenommen sind, wobei die Wellblechpaare 7c durch Strömungsleit- und Abstandsbleche 11 voneinander beabstandet sind. Die Strömungskanäle 9 können untereinander durch Strömungsübergänge 30 in Verbindung stehen. Die vertikalen Strömungskanäle 9 werden von einem durch die Strömungsleit- und Abstandbleche 11 in Turbulenzen versetztes Kühl- oder Heizmedium im Kreuzstrom umströmt, wodurch der im Strömungskanal 9 am Adsorptionsmittel AM stattfindende Stoffaustausch im Wärmeaustausch mit dem Kühlmedium K steht, so dass die entstehende Adsorptionswärme dort, wo sie entsteht abgeführt wird, die Aufnahmekapazität des Adsorptionsmittels verbessert und der Bildung von brandgefährdenden Hot-Spots entgegengewirkt.
Im vorliegenden Beispiel sind 5 Adsorber-Baueinheiten 1 mit dem zuvor beschriebenen Aufbau in einem gemeinsamen Gehäuse 2 eines Kreuzstrom- Plattenwärmraustauschers la bzw. lb untergebracht (siehe Fig. 5b). Je zwei dieser Kreuzstrom-Plattenwärmeaustauscher la bilden die Adsorptionsvorrichtung, wobei sich wechselseitig ein Kreuzstrom-Plattenwärmeaustauscher in der Adsorptionsphase und der andere Kreuzstrom-Plattenwärmaustauscher in der Regerationsphase befindet. Als Adsorptionsmittel kommt Aktivkohle mit einer Körnung von 1 bis 4 mmm zum Einsatz, die in die Strömungskanäle 9 eingeschüttet wird.
Die zwischen den Strömungskanälen 9 bestehenden Strömungsübergänge 30 erlauben mindestens eine Bypassströmung in die benachbarten Strömungskanäle 9. Die in den Strömungskanälen 9 angeordneten Strömungsschikanen 24 wirken durch die Erzeugung von Turbulenzen der Randgängigkeit in den Strömungskanälen 9 entgegen.
Bei der Adsorption werden die Strömungskanäle 9 insgesamt 30 Minuten beladen und die Regeneration der Aktivkohle benötigt 20 Minuten, gefolgt von einer 10- minütigen Kühlung des Adsorptionsmittels.
Der Energieaufwand für die Kühlung während der 30-minütigen Adsorption beträgt ca. 6,5 kW pro Baueinheit und Stunde. Die 5 Adsorber-Baueinheiten 1 benötigen eine Kühlleistung von ca. 16,5 kWh. Die austretende gereinigte Abluft enthält als Halbstundenmittelwert gemäß TA-Luft weniger als 50 mg/m3 Aceton.
Während der Regeneration wird pro Adsorber-Baueinheit 1 eine Desorptionsenergie von ca. 10 kW benötigt. Bei einer Heißwassertemperatur von 90°C ist für die 5 Adsorber-Baueinheiten eine Heizleistung von ca. 17 kWh erforderlich.
Im diesem Beispiel kann die relativ hoch konzentrierte Abluft ohne Verdünnung und ohne Vorkühlung direkt dem Kreuzstrom-Plattenwärmeaustauscher zugeführt werden. Das Risiko der Bildung von Hot-Spots bei der Entfernung von hochkonzentrierten Ketonen wie z.B. Aceton mit Aktivkohle wird aufgrund der Kühlung minimiert. Die Desorption des Lösemittels unter Vakuum reduziert die Desorptionstemperatur und damit die notwendige Desorptionsenergie, die indirekt in das Adsorptionsmittel eingetragen wird, so dass für das Austragen des Lösemittels nur ein geringer Spülgasstrom, vorzugsweise Stickstoff, notwendig ist. Die nachgeschaltete Kondensation unter einem Überdruck von 5 bar ermöglicht eine Abtrennung des reinen Lösemittels bei einer relativ hohen Kondensationstemperatur von 25°C.
[0104] Ähnlich wie im Beispiel beschrieben, kann auch konzentrierte Abluft mit anderen Lösemitteln, beispielsweise Benzin, Toluol, Dichlormethan, Ethanol um nur einige gängige Schadstoffe zu nennen, in ähnlicher Form aufbereitet werden.
Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erreichten Restkonzentrationen entsprechen den derzeitigen gesetzlichen Forderungen, z.B. bei 20 mg/m3 oder 50 mg/m3.
Durch indirekten Wärmeaustausch ist es möglich, das Spülgas SG für den Abtransport der desorbierten Lösemittel zu nutzen, die Lösemittelkonzentration im Spülgas SG durch die Regelung des Zuflusses an Spülgas frei einstellbar zu erhöhen und die Lösemittel wasserfrei zurückzugewinnen.
[0105] Die erfindungsgemäße Lösung hat folgende grundlegende Vorteile:
1) die bei der Adsorption anfallende Wärme kann kontinuierlich von ihrem Entstehungsort durch Wasser oder GlykoLWasser-Gemische abgeführt werden und so der Bildung von brandgefährdenden Hot-Spots entgegenwirken. Die zur Regeneration des Adsorptionsmittels erforderliche Wärme wird durch Wasserdampf, heißes Wasser oder heiße Abgase zugeführt und steht dort, wo sie zur Regeneration des Adsorptionsmittels benötigt wird, zur Verfügung;
2) bei den konventionellen zum Stand der Technik gehörenden Verfahren wird das Adsorptionsmittelbett auf- oder abwärts gerichtet durch das Regenerationsfluid einseitig aufgeheizt. Dabei wandert die Wärme- bzw. Desorptionsfront durch das Bett. Ein Teil der im heißen Bereich bereits desorbierten Komponenten wird in dem noch nicht aufgeheizten (kalten) Bereich der Adsorptionsmittelsäule wieder adsorbiert und muss dann energieintensiv erneut desorbiert werden;
3) das gleichzeitige Aufheizen des in den Strömungskanälen befindlichen Adsorptionsmittels ermöglicht es, kalte Bereiche in der Adsorptionsmittelschüttung zu vermeiden, in denen desorbierte Komponenten wieder adsorbiert werden könnten. Dies ist mit dem Vorteil verbunden, dass die Energieeffizienz es Prozesses und die Qualität der Regeneration deutlich verbessert werden,
4) der Spülgasstrom ist frei wählbar und dient nur dem Abtransport der desorbierten Schad- und/oder Nutzkomponente, wodurch höhere Konzentrationen an Schad- und/oder Nutzkomponenten im Spülgas eingestellt werden können und insbesondere die Kondensationsmengen an Schad- und/oder Nutzkomponenten wie z.B. Dichlormethan, Aceton, Ethylacetat, Methanol, Toluol, Xylol, Hexan, Wasser Größenordnungen erreichen, die industriellen Maßstäbe genügen und wirtschaftlich sind;
5) die Absenkung des Druckes bei der Desorption ermöglicht eine Minimierung der Spülgasmenge. Außerdem sinkt bei der Reduzierung des Druckes die erforderliche Desorptionstemperatur, was insbesondere bei der Rückgewinnung von temperaturempfindlichen Schad- und/oder Nutzkomponenten wie z.B. chlorierten Verbindungen, von Vorteil ist. Darüber hinaus kann durch die Absenkung des Druckes die Qualität und die Geschwindigkeit des Regenerationsprozesses signifikant erhöht werden;
6) die erfindungsgemäße Lösung eröffnet die Möglichkeit Energieträger wie Heißwasser oder auch warmes Abgas als Heizmedium für die Regeneration zu verwenden;
7) durch das Einstellen eines Überdruckes auf der Druckseite der Vakuumpumpe bei der Kondensation im Wärmeaustauscher vor dem Druckregelventil ist die Kondensation der Schad- und/oder Nutzkomponente deutliche effizienter, da die Kondensation druckabhängig ist. Ein Gemisch aus gesättigtem Luft/Ethylacetat erreicht beispielsweise bei einem Druck von 1 barü und üblichem Kaltwasser (+2°C) eine vergleichbare Kondensationsleistung wie bei -10°C unter Normaldruck 1 bara. Sowohl der Druck und die Temperatur bei der Kondensation können einfach an die jeweiligen Bedingungen angepasst werden,
8) Reduzierung der Randgängigkeit auch bei schmalen und langen Strömungskanälen durch die Erzeugung von Turbulenzen in den Strömungskanälen;
[106] Bezugszeichenliste
Adsorber-Baueinheit 1 Kreuzstrom-Plattenwärmeaustauscher la, lb Gehäuse von la, lb 2 Gehäusemantel 2a zuflussseitiger Verteilraum von la, lb 3a, 3b
Zuführleitung für Rohgas G 4
Abflussseitiger Sammelraum von la, lb 5a, 5b
Abführleitung für Reingas RG 6
Wellblech 7a, 7b
Wellblechpaar 7c
Wellprofil von 7a, 7b 8
Strömungskanäle in la, lb 9
Stege von 7a, 7b 10a, 10b
Strömungsleit· und Abstandsblech 11
Abstandshalterprofile von 11 12
Wandung von 2a 13
Strömungsräume 14
Verteilraum für Kühl- bzw. Heizmedium 15
Versatz zwischen den Wellblechpaaren 16
Lücke in den Wellenbergen 17
Kopfseitiger Boden von 1 18
Formteile von 18 18.1-18.n
Fußseitiger Boden von 1 19
Formteile von 19 19.1Ί9.h
Kopfteil von la, lb 20
Fußteil von la, lb 21
Sieb 22
Gebläse, Verdichter 23
Strömungsschikanen 24
Wandung von 9 25
Ausprägungen 26
Einsenkungen 27a, 27b
Spalt 28
Schweißnaht in LR 29a
Schweißnaht in QR 29b
Hartlotverbindung in LR oder QR 29c
Strömungsübergänge 30 Durchtrittsöffnung von 30 31
Verbindungsleitung zu 3a 32a
Verbindungsleitung zu 3b 32b
Absperrarmatur in 32a 33
Absperrarmatur in 32b 34
Drucksensor in 3a, 3b 35
Steuerleitung 36
Steuereinheit 37
Drucksensor in 5a, 5b 38
Druckregelventil in 44a 39
Spülgasleitung für Spülgas SG 40
Zuführleitung von SG in 3a 41a
Zuführleitung von SG in 3b 41b
Regelventil in 41a für den Zufluss an SG 42
Regelventil in 41b für den Zufluss an SG 43
Verbindungsleitung von 5a zu 6 für Reingas RG 44a
Verbindungsleitung von 5b zu 6 für Reingas RG 44b
Absperrarmatur in 44a 45
Absperrarmatur in 44b 46
Zuflussseitige Verbindungsleitung für Kühlmedium 47
Absperrarmatur in 49a 48a
Absperrarmatur in 49b 48b
Abführleitung für Kühlmedium von la 49a
Abführleitung für Kühlmedium von lb 49b
Absperrarmatur in 52 für Heizmedium zu la 50
Absperrarmatur in 52 für Heizmedium zu lb 51
Zuflussseitige Verbindungsleitung für Heizmedium 52
Zuführleitung für Kühlmedium 53
Zuführleitung für Heizmedium 54
Absperrarmatur in 47 für Kühlmedium zu la 55
Absperrarmatur in 47 für Kühlmedium zu lb 56
Absperrarmatur in 59a für Kondensat von la 57a
Absperrarmatur in 59a für Heizmedium von la 58a
Abführleitung für Kondensat/Heizmedium von la 59a Abführleitung für Kondensat/Heizmedium von lb 59b
Absperrarmatur in 59b für Heizmedium von lb 60a
Absperrarmatur in 59b für Kondensat von lb 60b
Desorbatleitung 61
Absperrarmatur in 61 für la 62
Absperrarmatur in 61 für lb 63
Abführleitung für Desorbat DS 64
Vakuumpumpe 65
Wärmeaustauscher/Kondensator 66
Kondensatablass 67
Rückgasleitung 68
Druckregelventil in 68 69
Gassensoren 70
Drucksensor für Desorbat 71
Adsorptionsmittel AM
Breite von 10a, 10b B
Bypassstrom BS
Rohgas G
Gehäuseachse von 2 GA
Rückgas GR
Desorbat DS
Heizung/Heizmedium, Kondensat H
Kühlung/Kühlmedium K
Länge des Strömungskanals 9 L
Längsrichtung von 10a, 10b LR
Adsorptionsdruck PAD
Desorptionsdruck po
Desorbatdruck pns
Druck des Rohgases G PG
Druck des Rückgases GR PGR
Kondensations-Uberdruck rk
Druck des Reingases PRG
Druck des Spülgases psG
Saugseitiger Druck der Vakuumpumpe 65 pv Querrichtung von 10a, 10b QR
Rille in 10a bzw. 10b R
Reingas RG
Strömungspfade SF
Spülgas SG
Strömungsrichtung der Teilströme TG des Rohgases SRR
Strömungsrichtung Spülgas SRS
Tiefe von 14a, 14b T
Teilströme des Rohgases G TG
Teilströme des Spülgases SG TS
Lichte Weite von 9 W
Wellenberge von 9 WB Hierzu 17 Blatt Zeichnungen-

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Behandeln eines mit mindestens einer gasförmigen Schad- und/oder Nutzkomponente belasteten Rohgases (G), bei dem das von einem Gebläse und/oder Verdichter (23) unter Druck (PG) gesetzte Rohgas (G) über einen zuströmseitigen Verteilraum (3a, 3b) mindestens eines Plattenwärmeaustauschers eine Vielzahl von mit Adsorptionsmittel (AM) gefüllte Strömungskanäle (9), die von spiegelbildlich aufeinander liegenden, durch Stege (l0a,10b) verbundene, zu Wellblechpaare (7c) zusammengefasste Well- und/oder Profilblechen (7a, 7b) gebildet sind, in parallel aufgeteilten Teilströmen (TG) unter einem Adsorptionsdruck (pW solange durchströmt, bis das Adsorptionsmittel (AM) durch Adsorption mit der Schad- und/oder Nutzkomponente gesättigt ist, wobei die bei der Adsorption entstehende Wärme durch ein in Strömungsräumen (14) im Kreuzstrom zu den Strömungskanälen (9) geführtes Kühlmedium (K) indirekt abgeführt wird, und die Teilströme (TG) nach ihrem Verlassen der Strömungskanäle (9) in einem abströmseitigen Sammelraum (5a, 5b) zusammengeführt und als Reingas (RG) abgeführt werden, sodann das in den Strömungskanälen (9) befindliche gesättigte Adsorptionsmittel (AM) regeneriert wird, indem das Adsorptionsmittel (AM) einem unter dem Adsorptionsdruck (pW des Rohgases (G) liegenden Desorptionsdruck (PD) ausgesetzt und gleichzeitig durch ein im Kreuzstrom zu den Strömungskanälen (9) in Strömungsräumen (14) geführtes Heizmedium (H) indirekt auf Desorptionstemperatur erhitzt wird, bis die Schad- und/oder Nutzkomponente desorbiert, die von einem Spülgas (SG) abgeführt wird, wobei eine Steuereinheit (37) in Abhängigkeit der Beladung des Adsorptionsmittels (AM) die Strömungskanäle (9) des Plattenwärmeaustauschers vom Adsorptions- in den Regenerationszustand oder umgekehrt auf einen weiteren Plattenwärmeaustauscher umschaltet, g e k e n n z e i c h n e t durch ein Verwenden von mindestens einem modifizierten Kreuzstrom-Plattenwärmeaustauscher (la, lb) mit vom Verteilraum (3a, 3b) zum Sammelraum (5a, 5b) durchströmungsoffenen schlanken Strömungskanälen (9) einer lichten Weite (W) von mindestens 10 bis maximal 120 mm, in den Strömungskanälen (9) positionierten Strömungsschikanen (24) und in den Strömungsräumen (14) befindliche Strömungspfade (SF) für das Kühl- oder Heizmedium bildende Strömungsleit- und Abstandsbleche (ll) in folgenden Schritten: a) gleichzeitiges Erzeugen von Turbulenzen in den Teilströmen (TG) des Rohgases (G) innerhalb der Strömungskanäle (9) und im Kühlmedium (K) innerhalb der Strömungsräume (14) während der Adsorption bzw. den Teilströmen (TS) des Spülgases (SG) in den Strömungskanälen (9) und im Heizmedium (H) in den Strömungsräumen (14) während der Regeneration, b) Einregeln des Adsorptionsdruckes (pW in den Strömungskanälen (9) während der Adsorption durch Drosseln des Abflusses an Reingas (RG) aus dem Sammelraum (5a, 5b) auf einen Überdruck von 0,1 bis 15,0 bar, c) Einregeln des Desorptionsdruckes (pü) in den Strömungskanälen (9) während der Regeneration durch Drosseln des Zuflusses an Spülgas (SG) in den Verteilraum (3a, 3b) auf einen Absolutdruck von 0,01 bis 1,0 bar unter Aufrechterhaltung eines am Sammelraum (5a, 5b) saugseitig anliegenden
Unterdrucks (pv) einer Vakuumpumpe (65) und d) Einregeln eines Kondensations-Überdruckes (rk) beim Trennen des durch die Desorption aufgeheizten Desorbats (DS) in einem Wärmeaustauscher/Kondensator (66) mittels Kondensation in die Schad- und/oder Nutzkomponente und ein Rückgas (GR) auf einen Überdruck von 0,1 bis 5,0 bar durch Drosseln des Abflusses an Rückgas (GR) aus dem Wärmeaustauscher/Kondensator (66).
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Turbulenzen im Rohgas (G) und im Spülgas (SG) durch Strömungsschikanen (24) erzeugt werden, die als Ausprägungen (26) senkrecht und/oder quer zur Strömungsrichtung (SRR) in der Wandung (25) des Strömungskanals (9) gleichzeitig mit dem Wellbiegen bzw. Wellwalzen der Wellbleche ausgebildet werden, wobei die Ausprägungen (21) nach innen in den Strömungskanal (9) und/oder nach außen in den Strömungsraum (14) ausgerichtet sind.
3. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Turbulenzen im Kühl· oder Heizmedium (K, H) durch in den Strömungsräumen (14) zwischen den Wellblechpaaren (7c) positionierte Strömungsleit- oder Abstandbleche (ll) erzeugt werden, wobei das Kühlmedium (K) während der Adsorption oder das Heizmedium (H) während der Regeneration im Kreuzstrom zu den Strömungskanälen (9) ein- oder mehrgängig geführt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Adsorptionsdruck (PAD) derart eingeregelt wird, dass der Druck (rs) des Rohgases (G) im Verteilraum (3a, 3b) und der Druck (PRG) des Reingases (RG) im Sammelraum (5a, 5b) durch mit der Steuereinheit (37) verbundene Drucksensoren (35,38) gemessen werden, die Steuereinheit (37) die Messwerte mit einem vorgegebenen, in der Steuereinheit (37) hinterlegten Sollwert für den Adsorptionsdruck (PAD) vergleicht und bei Abweichung das Gebläse (23) und ein dem Sammelraum (5a, 5b) nachgeordnetes Druckregelventil (39) ansteuert, das den Abfluss an Reingas (RG) aus dem Sammelraum (5a, 5b) derart einstellt, dass der Adsorptionsdruck (PAD) dem Sollwert für den Adsorptionsdruck (PAD) entspricht.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Desorptionsdruck (PD) derart eingeregelt wird, dass der Druck (PSG) des Spülgases (SG) im Verteilraum (3a, 3b) und der anliegende Druck (pv) der Vakuumpumpe (65) im Sammelraum (5a, 5b) durch mit der Steuereinheit (37) verbundene Drucksensoren (35,38) gemessen werden, die Steuereinheit (37) die Messwerte mit einem vorgegebenen, in der Steuereinheit(37) hinterlegten Sollwert für den Desorptionsdruck (PD) vergleicht und bei Abweichung die dem Sammelraum (5a, 5b) nachgeordnete Vakuumpumpe (65) und ein dem Verteilraum (3a, 3b) vorgeordnetes Regelventil (42,43) ansteuert, das den Zufluss an Spülgas (SG) in den Verteilraum (3a, 3b) derart einstellt, dass der Desorptionsdruck (PD) dem Sollwert für den Desorptionsdruck (PD) entspricht.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensations-Uberdruck(pK) derart eingeregelt wird, dass der Druck (PGR) des Rückgases (GR) nach Verlassen des Wärmeaustauschers/Kondensators (66) durch einen mit der Steuereinheit (37) verbundenen Drucksensor (7l) gemessen wird, die Steuereinheit (37) den Messwert mit einem vorgegebenen, in der Steuereinheit (37) hinterlegten Sollwert für den Kondensations-Uberdruck (rk) vergleicht und bei Abweichung ein aus dem Wärmeaustauscher/Kondensator (61) nachgeordnetes Druckregelventil (64) ansteuert, das den Abfluss an Rückgas (GR) derart einstellt, dass der Kondensations-Überdruck (rk) dem Sollwert für den Kondensations- Überdruck (rk) entspricht.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Spülgas (SG) Reingas (RG) oder Inertgas verwendet wird, das in Teilströme (TS) während der Regeneration aufgeteilt wird, wobei je ein Teilstrom in jeweils einen mit gesättigtem Adsorptionsmittel (AM) gefüllten Strömungskanal (9) geleitet wird, diesen durchströmt und die desorbierte Schad- und/oder Nutzkomponente aus dem Adsorptionsmittel (AM) in den Sammelraum (5a, 5b) austrägt und zum Desorbat aus Spülgas und Schad- und/oder Nutzkomponente zusammengeführt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilströme (TG) des Rohgases (G) während der Adsorption und die Teilströme (TS) des Spülgases (SG) während der Regeneration in voneinander gasdicht getrennte, mit Adsorptionsmittel (AM) gefüllte Strömungskanäle (9) geleitet werden.
9. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zum gasdichten Verbinden in die Stege (10a, 10b) der Well- oder Profilbleche (7a, 7b) in deren Längsrichtung (LR) mindestens eine Rille (V) für das Einlegen eines Hartlots eingeformt wird, die beim spiegelbildlichen Übereinanderlegen der Stege (l0a,10b) ineinandergreifen und durch Hartlöten miteinander stoffschlüssig verbunden werden, und dass die Stege (10a, 10b) in Querrichtung (QR) durch Laserschweißen gasdicht verbunden werden.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die
Stege (10a, 10b) in deren Längsrichtung (LR) durch mindestens eine
Laserschweißnaht (29a) und in Querrichtung (QR) durch je eine gegenüber dem Verteilraum (3a, 3b) und dem Sammelraum (5a, 5b) abdichtende Laserschweißnaht (29b) gasdicht verbunden werden.
11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilströme (TG) des Rohgases (G) während der Adsorption und die Teilströme (TS) des Spülgases (SG) während der Regeneration in miteinander in mindestens einer Strömungsverbindung stehenden, mit Adsorptionsmittel (AM) gefüllte Strömungskanäle (9) geleitet werden, wobei die nebeneinanderliegenden benachbarten Strömungskanäle (9) über mindestens einen Strömungsübergang (30) mit Durchtrittsöffnungen (31) für einen Teil des im Strömungskanal (9) eingetretenen Teilstroms (TG) an Rohgas (G) während der Adsorption und für einen Teil des im Strömungskanal (9) eingetretenen Teilstroms (TS) an Spülgas (SG) während der Regeneration miteinander kommunizieren, durch welche mindestens zwei Bypassströme (BS) vom jeweiligen Teil des Teilstroms (TG, TS) abgeteilt und diese seitwärts gerichtet in das Adsorptionsmittel (AM) des jeweils benachbarten Strömungskanals (9) geleitet werden.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Strömungsübergänge (30) gleichmäßig oder unterschiedlich über die Länge (L) der Strömungskanäle (9) beabstandet und verteilt werden.
13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungsübergang (30) aus einer beim Wellwalzen der Well· oder Profilbleche (7a, 7b) in die Stege (l0a,10b) eingeformten Einsenkung (27a bzw.27b) gebildet wird, die beim seitenverkehrten Übereinanderlegen der Well· und Profilbleche (7a, 7b) vom darüber oder darunterliegenden Bereich der Stege (l0a,10b) abgedeckt wird und die aufeinanderliegenden Stege (l0a,10b) durch Laserschweißen oder Hartlöten in Längs¬ und Querrichtung (LR,QR) stoffschlüssig verbunden werden, wobei die Schweißnaht (29a) in Längsrichtung (LR) von der Einsenkung (27a, 27b) durchdrungen wird und die Einsenkung (27a, 27b) durch Schweißnähte (29b) in Querrichtung (QR) gasdicht abgedichtet wird.
14. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungsübergang (30) durch ein Übereinanderlegen der Well· oder Profilbleche (7a, 7b) aus einem flachen Spalt (28) zwischen den Stegen (10a, 10b) gebildet wird, indem die Stege (10a, 10b) miteinander in Längsrichtung (LR) durch
Laserlinienschweißen stoffschlüssig so verbunden werden, wobei der Spalt (28) die Schweißnaht (29a) in Längsrichtung (LR) unterbricht und der Spalt (28) in Querrichtung (QR) des Stegs (l0a,10b) durch parallel beidseits zum Spalt (28) verlaufende Schweißnähte (29b) gasdicht abgedichtet wird.
15. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die kondensierte Schad- und/oder Nutzkomponente über einen Kondensatablass (67) abgeführt sowie das den Wärmeaustauscher/Kondensator (66) verlassende Rückgas
( GR) dem Rohgas (G) zugemischt wird.
16. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Adsorptionsmittel (AM) Schüttungen aus Aktivkohlegranulat, Aluminiumoxid-Gel, Silica-Gel, Molekularsiebe oder deren Gemische verwendet werden.
17. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Kühlmedium (K) Wasser und Wasser- Glykol· Gemische und als Heizmedium (H) Wasserdampf, heißes Wasser oder heiße Gase verwendet werden.
18. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit mindestens einem Plattenwärmeaustauscher, der eine Vielzahl von mit Adsorptionsmittel (AM) gefüllte Strömungskanäle (9) und zu diesen senkrecht verlaufende Strömungsräume (14) umfasst, die von spiegelbildlich aufeinanderliegenden, durch Stege (l0a,10b) verbundene, zu Wellblechpaaren (7c) zusammengefasste Well· und/oder Profilblechen (7a, 7b) gebildet sind, wobei die Strömungsräume (14) zwischen den Wellblechpaaren (7c) angeordnet sind, und die Strömungskanäle (9) für den Durchtritt des in Teilströme (TG) aufgeteilten Rohgases (G) zuströmseitig mit einem Verteilraum (3a, 3b) und abströmseitig mit einem Sammelraum (5a, 5b) durchströmungsoffen verbunden sind, wobei der zuströmseitige Verteilraum (3a, 3b) mit einer Zufuhrleitung (4) für das Rohgas (G) und der abströmseitige Sammelraum (5a, 5b) mit einer Reingasleitung (6) in Verbindung steht, und die Strömungsräume (14) in einen Verteilraum (13) für das Zu- und Abführen eines Kühl· oder Heizmediums (K,H) zum indirekten Kühlen oder Heizen des Adsorptionsmittels (AM) durchströmungsoffen münden, und mit einer Steuereinheit (30), die den mit der Schad- und/oder Nutzkomponente beladenen Plattenwärmeaustauscher aus dem Adsorptions- in den Regenerationszustand oder umgekehrt auf einen weiteren Plattenwärmeaustauscher umschaltet, da durch g e k e n z e i c h n e t, dass der Plattenwärmeaustauscher ein modifizierter Kreuzstrom-Plattenwärmeaustauscher (la,lb) mit schlanken Strömungskanälen (9) ist, die durch in den Strömungsräumen (14) für das Kühl- oder Heizmedium (K,H) angeordnete Strömungsleit- und Abstandsbleche (ll) voneinander beabstandet sind, wobei die Strömungskanäle (9) eine lichte Weite (W) von mindestens 10 bis maximal 120 mm haben und im Inneren Strömungsschikanen (24) zum Erzeugen von Turbulenzen aufweisen, und dass der zuströmseitige Verteilraum (3a, 3b) mit einer Spülgasleitung (40) zum Zuführen des in Teilströmen (TS) aufgefächerten Spülgases (SG) und dessen Einleitung in die Strömungskanäle (9) für den Abtransport der desorbierten aufgeheizten Schad- und/oder Nutzkomponente aus dem Adsorptionsmittel (AM) als Desorbat in den Sammelraum (5a, 5b) in Verbindung steht, wobei dem Sammelraum (5a, 5b) ein Druckregelventil (39) zum Drosseln des Abflusses an Reingas (RG) zugeordnet, und an die Spülgasleitung (40) ein Regelventil (42,43) zum Drosseln des Zuflusses an Spülgas (SG) in den Verteilraum (3a, 3b) und der Sammelraum (5a, 5b) abströmseitig an eine Vakuumpumpe (65) saugseitig angeschlossen ist, und dass die Vakuumpumpe (65) druckseitig mit einem Wärmaustauscher/Kondensator (66) zum Auftrennen des Desorbats in die Schad- und/oder Nutzkomponente verbunden ist, wobei der Wärmeaustauscher/Kondensator (66) mit einem Abscheider (67) zum Ausschleusen der Schad- und/oder Nutzkomponente und der Wärmeaustauscher (66) mit einer Rückgasleitung (68) zum Abführen des Rückgases (GR) in die Zuführleitung (4) des Rohgases (G) in Verbindung steht, wobei ein Druckregelventil (69) zum Drosseln des Abflusses des Rückgases (GR) während der Kondensation in die Rückgasleitung (54) eingebunden ist.
19. Vorrichtung nach Anspruch 18, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Strömungsleit- und Abstandsblech (ll) ein dünnes Wellblech mit in die Wellenberge (WB) eingeformte, die Höhe der Wellenberge (WB) übersteigende Abstandshalterprofile (12) umfasst, die zueinander von Wellenberg zu Wellenberg auf Lücke (17) versetzt angeordnet sind, wobei die Abstandhalterprofile (12) in den von den Stegen (10a, 10b) der über- und untereinanderliegenden Wellblechpaare (7c) gebildeten Versatz (16) abstützend eingreifen und das jeweilige Abstandshalterprofil (12) jeweils endseitig am dazugehörigen Wellblechpaar (7c) stoffschlüssig fixiert ist.
20. Vorrichtung nach Anspruch 18, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Strömungsschikanen (24) aus Ausprägungen (26) gebildet sind, die quer und/oder parallel zur Strömungsrichtung (SRR) des Teilstroms (TG) des Rohgases (G) oder Spülgases (SG) in die Wandung (20) der Strömungskanäle (31 nach innen und/oder von der Wandung (25) nach außen gerichtet eingeformt sind.
21. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass dem Verteilraum (3a, 3b) und dem Sammelraum (5a, 5b) jeweils ein Drucksensor (35,38) zum Messen des Druckes (rs) des Rohgases (G), des Druckes (PRG) des Reingases (RG) während der Adsorption und des Druckes (PSG) des Spülgases während Regeneration zugeordnet ist, wobei die Drucksensoren (35,38) mit der Steuereinheit (37) verbunden sind, die zum Ansteuern des Gebläses (23) in der Zuführleitung (4), des Druckregelventils (39) zum Drosseln des Abflusses an Reingas (RG) aus dem Sammelraum (5a, 5b), der Vakuumpumpe (65) zum Erzeugen eines Unterdrucks während der Regeneration und der Regelventile (42,43) zum Drosseln des Zuflusses an Spülgas (SG) in den Verteilraum (3a, 3b) in Verbindung steht.
22. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeaustauscher/ Kondensator (66) abströmseitig mit der Zufuhrleitung (4) für das Rohgas (G) durch die Rückgasleitung (68) über das Druckregelventil (69) zum Drosseln des Abflusses an Rückgas (GR) aus dem Wärmeaustauscher/Kondensator (66) verbunden ist, wobei zum Messen des Rückgasdruckes (PGR) ein dem Wärmeaustauscher/Kondensator (66) nachgeordneter Drucksensor (71)) vorgesehen ist, der mit der Steuereinheit (37) verbunden ist.
23. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungskanäle (9) zuström- und abströmseitig mit einem vom Roh- oder Spülgas (G, SG) durchströmbaren Sieb (22) abgedeckt sind, dessen Maschengröße kleiner ist als die kleinste Partikelgröße des Adsorptionsmittels.
24. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der modifizierte Kreuzstrom-Plattenwärmeaustauscher (la,lb) eine rechteckige Baueinheit (l) umfasst, die im Innenraum eines rechteckigen oder zylindrischen Gehäuses (2) angeordnet ist, wobei der Verteilraum (3a, 3b) als ein Fußteil (21), der Sammelraum (5a, 5b) als ein Kopfteil (20) ausgebildet ist und der Verteilraum (15) für das Kühl- oder Heizmedium (K,H) alle Strömungsräume (14) durchströmungsoffen umschließt.
25. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Baueinheiten (l) übereinander in einem gemeinsamen Gehäuse (2) des Kreuzstrom-Plattenwärmeaustauschers (la, lb) angeordnet sind und dass jede Baueinheit (l) mit dem zuflussseitigen Verteilraum (3a, 3b) und dem abströmseitigen Sammelraum (5a, 5b) versehen ist, wobei der Verteilraum (3a, 3b) und der Sammelräume (5a, 5b) untereinander durch Strömungskanäle (9) mit einer lichten Weite (W) zwischen 10 und 120 mm strömungsverbunden sind.
26. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Baueinheit (l) einen zuströmseitigen Boden (18) und einen abströmseitigen Boden (19) aufweist, wobei die Böden (18, 19) aus jeweils einem einzigen Formteil oder aus mehreren an die Kontur der Wellblechpaare (7c) angepasste Formteile (18,1- 18.n,19.1-19.n) bestehen, die untereinander und mit den Wellblechpaaren (7c) stoffschlüssig verbunden sind.
27. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Baueinheit (l) vorzugsweise eine vertikale oder eine horizontale Einbaulage im Inneren des Gehäuses (2) hat.
28. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege (10a, 10b) der spiegelbildlich aufeinander angeordneten Well· oder Profilbleche (7a, 7b) miteinander in Längsrichtung (LR) durch mindestens eine Hartlotverbindung (29c) oder mindestens eine Laserschweißnaht (29a) und in Querrichtung (QR) der Stege (l0a,10b) stoffschlüssig durch Laserschweißnähte (29a, 29b) verbunden sind, die benachbarte Strömungskanäle (9) in Längs- und Querrichtung (LR, QR) der Stege (10a, 10b) voneinander gasdicht trennen.
29. Vorrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass in die Stege (10a, 10b) mindestens eine in Längsrichtung (LR) der Stege (10a, 10b) verlaufende Rille (R) zum Einlegen eines Hartlotes vorgesehen ist, wobei die Rillen (R) beim spiegelbildlichen Ubereinanderlegen ineinandergreifen und durch Hartlöten gasdicht verbunden sind.
30. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass benachbarte Strömungskanäle (9) durch mindestens einen quer zur Längsrichtung (LR) der Stege (l0a,10b) verlaufenden Strömungsübergang (30) strömungsverbunden sind, dessen Durchtrittsöffnungen (31) jeweils in die benachbarten Strömungskanäle (9) münden, wobei der Strömungsübergang (30) aus mindestens einer im Steg (I0a,10b) eingeformten Einsenkung (Rille) (27a, 27b) gebildet ist, die vom darüber- oder darunterliegenden Bereich des dazu seitenverkehrt angeordneten Stegs (I0a,10b) abgedeckt ist und dass die aufeinanderliegenden Stege (10a, 10b) gasdicht durch mindestens eine von der Einsenkung (27a, 27b) durchdrungene, in Längsrichtung (LR) der Stege (l0a,10b) verlaufende stoffschlüssige Verbindung verbunden sind, wobei die Stege (l0a,10b) in Querrichtung (QR) durch parallel zur Einsenkung (27a, 27b) verlaufende Schweißnähte (29b) gasdicht verbunden sind.
31. Vorrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungsübergang (30) aus mindestens einem flachen Spalt (28) mit Durchtrittsöffnungen (31) zwischen den in Längsrichtung (LR) stoffschlüssig und gasdicht verbundenen Stegen (10a, 10b) besteht, wobei die Stege (10a, 10b) in Querrichtung (QR) durch parallel zum Spalt (28) verlaufende Schweißnähe (29b) gasdicht verbunden sind.
32. Vorrichtung nach Anspruch 30 oder 31, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Strömungsübergänge (30) gleichmäßig oder unterschiedlich lang voneinander beabstandet und verteilt in Längsrichtung des Stegs (10a, 10b) angeordnet sind, wobei die Durchtrittsöffnung (31) eine Geometrie und Form hat, die kleiner als die kleinste Partikelgröße des Adsorptionsmittels (AM) ist.
33. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzzeichnet, dass ein separater Spülgasspeicher vorgesehen ist, der mit der Spülgasleitung (40) in Verbindung steht.
34. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die mit Adsorptionsmittel (AM) gefüllten Strömungskanäle (9) der beiden Kreuzstrom-Plattenwärmaustauscher (la,lb) zueinander über Verbindungsleitungen (32a, 32b;44a, 344b) und Absperrarmaturen (33,34;45,46) und die den Strömungsräumen (14) zugeordnete indirekte Kühlung oder Heizung (K, H) für das Adsorptionsmittel (AM) über den Verteilraum (15) der beiden Kreuzstrom- Plattenwärmeaustauscher (la,lb) über Verbindungsleitungen (47;52) und Absperrarmaturen (55,56! 50,51) durch die Steuereinheit (37) umschaltbar angeordnet sind.
35. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Spülgas (SG) Reingas (G) oder ein Inertgas, beispielsweise Stickstoff, ist.
36. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzzeichnet, dass das Adsorptionsmittel (AM) eine Schüttung aus Aktivkohlegranulat, Aluminiumoxid- Gel, Silica-Gel, Molekularsiebe oder deren Gemische mit einer Partikelgröße zwischen 0,6 bis 6,0 mm ist.
37. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die modifizierten Kreuzstrom-Plattenwärmeaustauscher (la,lb) aus dünnem Edelstahl-, Kupfer- oder Aluminiumblechen bestehen.
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