WO2022096049A1 - Vorrichtung zur reinigung, verwendung und verfahren zur reinigung - Google Patents

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Bernhard Krautwurst
Jan Duschek
Jens Michael Hager
Stephan Preer
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Maintech System Gmbh
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    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
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    • B01D53/26—Drying gases or vapours

Definitions

  • the invention relates to a device for cleaning according to the preamble of claim 1, a use of a device for cleaning according to the preamble of claim 10 and a method for cleaning according to the preamble of claim 11.
  • the object of the present invention is to provide a device and a method for cleaning an exhaust gas from solvents, which enable a safe and flexible setting of limit values to be achieved for a solvent loading of starting gas streams.
  • a device for cleaning an exhaust gas mixture volume flow in particular comprising solvents, in particular organic solvents, in particular NMP (N-methylpyrrolidone), for use in a continuous cyclic cleaning process, comprising a main cleaning stage and a fine cleaning stage, with a dividing agent after the main cleaning stage the exhaust gas mixture volume flow can be divided into a main volume flow, which is to be routed back before the main cleaning stage, in particular upstream of an upstream drying unit, in particular for coated cathode materials, and an auxiliary volume flow, which is to be routed through a fine cleaning stage,
  • solvents in particular organic solvents, in particular NMP (N-methylpyrrolidone)
  • NMP N-methylpyrrolidone
  • the main purification stage comprises at least one condensate cleaner
  • the fine purification stage comprises at least two adsorbent wheels, in particular two-stage adsorbent wheels, set up for the adsorption of solvent, in particular NMP, which are arranged in series connection one after the other, with an output stream from the fine purification stage via a recirculation line, in particular back before the main purification stage lead is
  • the invention enables a high degree of purification of exhaust gas mixture volume flows and reliable solvent collection and solvent recovery, which enables limit values to be set in an environmentally friendly, energy-saving and operating cost-saving manner. Due to the easy-to-maintain, adaptable, modular and very compact design, additional adsorbent wheels, for example, can also be easily adapted, in series and/or in parallel, so that a system does not have to be completely rebuilt if an increased recovery rate for the solvent and/or or a limit value change should be made.
  • the solvents in particular organic solvents, in particular NMP as a solvent in the battery cell production of lithium battery cells with a cathode double-layer coater, can be safely recovered by the invention after the drying process, in particular units for each manufacturing device can be configured separately and run separately.
  • the recovery rate is significantly increased over the prior art.
  • NMP N-methylpyrrolidone
  • the device comprises one or more condensate cleaners, in the sense of condensation devices, comprising in particular a condenser with a downstream droplet separator, whereby the solvent from the exhaust gas flow can be condensed out and separated, whereby cleaning of the exhaust gas flow is achieved and the solvent is recovered.
  • the device comprises adsorbent wheels, further in particular heat exchangers, solvent liquid buffer tank and control systems.
  • limit values can be reached in a safe form, in particular an NMP limit value ⁇ 1 mg/m 3 (under standard conditions) can be achieved.
  • the automatic recovery of solvent liquid, in particular NMP liquid can be realized and a stable solvent content, in particular solvent content of volatile organic solvents in recycled and spent exhaust gas.
  • the invention makes it possible to determine real-time key process parameters and ensures the stability and safety of the system run.
  • the invention offers an advantageous liquid-cooled condensate cleaning, in particular water, in particular a combination with other coolants, in particular cold water.
  • Devices according to the invention can be set up separately for each cathode coating system to be cleaned and run independently. There is no risk of cross flows or flow interference in the adsorbent wheels, resulting in improved production stability in the products to be manufactured and operational flexibility. Furthermore, the line configuration can be simplified. An example is an advantageous waste gas flow rate of approximately 15,000-100,000 m 3 /h, in particular 50,000-100,000 m 3 /h, in particular 80,000 m 3 /h (at standard conditions). Due to the modular structure, multiples of an exemplary module unit of approximately 50,000 m 3 /h can advantageously be achieved, in particular 100,000 m 3 /h and more.
  • adsorbent wheels are to be arranged in series and/or parallel in the fine cleaning stage, in particular can be switched on, in particular adapted to the concentration of the solvent. It is advantageous if the adsorbent wheels have a capacity of about 1500-8000 m 3 /h, in particular about 6000-8000 m 3 /h. In the case of the need for a fast shutdown with increasing air volume, an adsorption mean wheel is seen at 8,000 m3 /h to ensure that the guaranteed emission standards are met even with a fast shutdown.
  • the adsorbent wheel in particular comprising zeolite, can be desorbed by means of a thermal cleaning flow of adsorbed solvent, in particular NMP, with the cleaning gas flow being able to be branched off from the secondary volume flow before passing through the adsorption wheel and after passing through the adsorbent wheel via a Return line can be traced back to the main cleaning stage.
  • Gaseous pollutants especially those in low concentrations, can be cleaned by means of adsorption. Loaded adsorbents are then regenerated during desorption. Valuable substances such as solvents from the exhaust air can thus be recovered in a simple manner.
  • an NMP content of ⁇ 1 mg/m 3 is achieved after the fine cleaning stage after a last adsorbent wheel, in particular the second adsorbent wheel.
  • the main volume flow is approximately 90-95% of the exhaust gas mixture volume flow and the secondary volume flow is approximately 2.5%-10%, in particular 5-10% of the exhaust gas mixture volume flow.
  • the exhaust gas mixture volume flow is thus divided into two parts after the condensation, for example: a main volume flow in the sense of a recovered flow and a side flow.
  • a liquid-cooled condensate cleaner is provided in the main cleaning stage, in particular with water as the coolant, in particular also with a condensate tank for the solvents, in particular NMP.
  • main cleaning stage is preceded by a drying unit, in particular for coated cathode materials, and the cleaned secondary volume flow is preceded by the drying unit, in particular by means of a return line.
  • tion unit is due and / or thermal cleaning flow between drying unit and main cleaning stage.
  • a volume equalization can be carried out with a fresh air supply means for the main volume flow according to the amount of the secondary volume flow drawn off.
  • At least one air-to-air heat exchanger for heat recovery and/or for heat exchange between two gas flows is provided at the start and end of the main purification stage, in which the exhaust gas mixture volume flow and the returned main volume flow intersect, and/or a heat exchanger combination comprising at least two heat exchanger units which are each arranged in the exhaust gas mixture volume flow and in the returned main volume flow, connected by a heat-transporting water circuit, in particular with a control unit.
  • the outlet temperatures of the flows can be regulated directly for heat recovery and/or for heat exchange between two gas flows.
  • the outlet temperature of the main volume flow is primarily regulated, in particular 95°C, as this is decisive for the heat recovery. Due to the indirect heat recovery using the proposed heat exchanger combination, the device can be designed to be more compact and flexible.
  • the object is also achieved by using a device according to one of Claims 1 to 9 for cleaning exhaust gas mixtures comprising solvents, in particular organic solvents, in particular NMP, which occur during battery cell production, in particular for lithium-ion batteries, in the sense of a layered material/ Cathode coating, particularly in a double layer cathode coater.
  • solvents in particular organic solvents, in particular NMP, which occur during battery cell production, in particular for lithium-ion batteries, in the sense of a layered material/ Cathode coating, particularly in a double layer cathode coater.
  • a method for cleaning exhaust gas using a device according to one of claims 1 to 9 for cleaning an exhaust gas mixture volume flow, in particular comprising solvents, in particular Special organic solvents, in particular NMP, for use in a continuous cyclic cleaning process comprising a main cleaning stage and a fine cleaning stage, with the exhaust gas mixture volume flow divided after the main cleaning stage with a dividing means into a main volume flow, which goes back before the main cleaning stage, in particular before an upstream drying unit, in particular for coated cathode materials, and a secondary volume flow, which is passed through a fine cleaning stage, the main cleaning stage comprising at least one condensate cleaner, the fine cleaning stage comprising at least two adsorbent wheels, through which an adsorption of solvent, in particular NMP, is carried out, which are arranged in series connection one after the other are, with an output stream from the fine purification stage being fed back to the main purification stage via a recirculation line.
  • solvents in particular Special organic solvents, in particular NMP
  • Fig. 1 shows an exemplary section of a device 1 according to the invention for cleaning an exhaust gas mixture volume flow 4, in particular comprising solvents, in particular organic solvents, in particular NMP (N-methylpyrrolidone), for use in a continuous cyclic cleaning process, comprising a main cleaning stage 5, which is shown by way of example in Fig.
  • solvents in particular organic solvents, in particular NMP (N-methylpyrrolidone)
  • main cleaning stage 5 which is shown by way of example in Fig.
  • a fine cleaning stage 6 wherein after the main cleaning stage 5, the exhaust gas mixture volume flow 4 can be divided with a dividing means 3 into a main volume flow 7, which is to be conducted back in front of a drying unit 19, and a 8, which is to be conducted through a fine purification stage 6,
  • the main purification stage 5 comprising at least one condensate cleaner 10
  • the fine purification stage 6 comprising at least two adsorbent wheels 11, in particular two-stage adsorbent wheels, set up for the adsorption of solvent, in particular NMP, which are arranged in series 12 one after the other are, with an output stream 13 from the fine cleaning stage 6 being routed, for example via a return line 14 and/or by means of a thermal cleaning stream 15 to be returned, before the main cleaning stage 5 or before the drying unit 19, with the adsorbent wheel 11 , in particular comprising zeolite, being thermal cleaning stream 15 of adsorbed solvent can be desorbed, in particular NMP, in particular the cleaning gas stream 15 can be branched off
  • FIG. 2 shows part of a device according to the invention, in particular as a supplement to the part of the device shown in FIG with water as a coolant, in particular with a condensate tank 16 for the solvent, in particular NMP.
  • two drying units 19 are connected upstream of the main cleaning stage 5 of a cathode coating system.
  • the secondary volume flow 8 cleaned shown as an example in FIG.
  • a two-stage condensation is shown as an example, after which the preconditioned exhaust gas is then cooled in a liquid-cooled condenser.
  • This first condenser 18 is operated with chilled water, inlet temperature of the water is 30°C max.
  • the temperature of the exhaust air after the first condenser 18 is about 45°C.
  • This condenser is advantageously operated with chilled water inlet temperature 7°C max and could reduce the outlet temperature up to about 10-20°C.
  • the NMP content is, for example, around 300 ppmv at 20°C or 200 ppmv at 10°C. After condensation, the NMP content is reduced from about 3,000 ppmv to about 300 ppmv or 200 ppmv.
  • the volume of exhaust gas for example at a temperature of about 130° C., is led from an upper and a lower drying means 19 into an air/air heat exchanger 20 and heat is recovered by the returning air.
  • the returning exhaust gas volume can then be heated up to >95° C. and then mixed with fresh air, for example fresh air supply 17, then it enters the desiccant again.
  • the exhaust gas temperature after the heat exchanger 20 is about 60°C.
  • the secondary volume flow 8 goes into the adsorption wheel means 11.
  • each coating plant comprising a drying plant 19 is equipped with a plurality of adsorption wheel means 11 with a capacity of about 6,000 m 3 /h, so that there is no risk of cross-flow or interference between different, is each equipped with its own main and secondary cleaning plant with several Adsoptionsradstoff 11, whereby improved production stability and operating flexibility is ensured.
  • Fig. 3 shows an advantageous embodiment of a device 1 for cleaning an exhaust gas mixture volume flow 4, with at least one air-air heat exchanger 20 being provided at the start and end of the main cleaning stage 3 for heat recovery and/or for heat exchange between two gas flows, in which the Exhaust mixture flow rate 4 and the returned main flow rate 7 intersect, and/or a heat exchanger combination 21, comprising at least two heat exchanger units 22, 23 which are each arranged in the exhaust gas mixture volume flow 4 and in the returned main volume flow 7, connected by a heat-transporting water circuit 24, in particular with a control unit.
  • This heat recovery concept recovers energy from the exhaust gas flow.
  • heat is transferred directly from one air flow to another air flow without mixing the flows.
  • a hot exhaust gas mixture volume flow 4 cools down, for example from about 130°C to about 60°C, a cooler, recirculated main volume flow 7 is heated, for example from about 20°C to about 95°C.
  • the entire process takes place, for example, in the air-to-air heat exchanger 20. With this device, the outlet temperatures of the streams cannot be influenced. Fluctuations at the inputs always affect the outputs.
  • the exhaust gas mixture volume flow 4 runs into the heat exchanger 22 and is cooled, in particular from about 130°C to about 60°C. Cooling takes place via the water circuit 24.
  • the main volume flow 7 runs into the heat exchanger 23 and is heated there, in particular from around 20.degree. C. to around 95.degree. The heating takes place via the water in the circuit 24 that has been heated in the heat exchanger 22. The warm water is cooled in the heat exchanger 22 and then goes back into the 23 for cooling and closes the water circuit.

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Abstract

Vorrichtung zur Reinigung eines Abgasgemischvolumenstroms, insbesondere umfassend Lösungsmittel, insbesondere organische Lösungsmittel, insbesondere NMR (N-Methylpyrrolidon), zum Einsatz in einem kontinuierlichen zyklischen Reinigungsprozess, umfassend eine Hauptreinigungsstufe und eine Feinreinigungsstufe, wobei nach der Hauptreinigungsstufe mit einem Aufteilungsmittel der Abgasgemischvolumenstrom aufteilbar ist in einen Hauptvolumenstrom, der zurück vor die Hauptreinigungsstufe, insbesondere vor eine vorgeschaltete Trocknungseinheit insbesondere für beschichteten Kathodenmaterialien, zu leiten ist, und einen Nebenvolumenstrom, der durch eine Feinreinigungsstufe zu leiten ist, wobei die Hauptreinigungsstufe zumindest einen Kondensatreiniger umfasst, wobei die Feinreinigungsstufe zumindest zwei Adsorptionsmittelräder umfasst, insbesondere Zweistufenadsorptionsmittelräder, eingerichtet zur Adsorption von Lösungsmittel, insbesondere NMR, die in Reihenschaltung nacheinander angeordnet sind, wobei ein Ausgangsstrom aus der Feinreinigungsstufe über eine Rückführungsleitung insbesondere zurück vor die Hauptreinigungsstufe zu leiten ist.

Description

Vorrichtung zur Reinigung, Verwendung und Verfahren zur Reinigung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Reinigung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 , eine Verwendung einer Vorrichtung zur Reinigung nach dem Oberbegriff von Anspruch 10 und ein Verfahren zur Reinigung nach dem Oberbegriff von Anspruch 11.
Bekannt ist es, bei verschiedenen Herstellungsverfahren, insbesondere bei einer Ka- thodenbeschichtungsanlage in der Batteriezellfertigung, anfallende Abgasgemischvolumenströme von Lösungsmitteln zu reinigen, wobei es je nach Lösungsmittel, verschiedene Grenzwerte einzuhalten sind, die sich zudem je nach Änderung der gesetzlichen Vorgaben ändern können.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Reinigung eines Abgases von Lösungsmitteln bereitzustellen, die eine sichere und flexible Einstellung von zu erreichenden Grenzwerten einer Lösungsmittelbelastung von Ausgangsgasströmen ermöglichen.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zur Reinigung eines Abgasgemischvolumenstroms, insbesondere umfassend Lösungsmittel, insbesondere organische Lösungsmittel, insbesondere NMP (N-Methylpyrrolidon), zum Einsatz in einem kontinuierlichen zyklischen Reinigungsprozess, umfassend eine Hauptreinigungsstufe und eine Feinreinigungsstufe, wobei nach der Hauptreinigungsstufe mit einem Aufteilungsmittel der Abgasgemischvolumenstrom aufteilbar ist in einen Hauptvolumenstrom, der zurück vor die Hauptreinigungsstufe, insbesondere vor eine vorgeschaltete Trocknungseinheit insbesondere für beschichteten Kathodenmaterialien, zu leiten ist, und einen Nebenvolumenstrom, der durch eine Feinreinigungsstufe zu leiten ist,
Bestätigungskopie wobei die Hauptreinigungsstufe zumindest einen Kondensatreiniger umfasst, wobei die Feinreinigungsstufe zumindest zwei Adsorptionsmittelräder umfasst, insbesondere Zweistufenadsorptionsmittelräder, eingerichtet zur Adsorption von Lösungsmittel, insbesondere NMP, die in Reihenschaltung nacheinander angeordnet sind, wobei ein Ausgangsstrom aus der Feinreinigungsstufe über eine Rückführungsleitung insbesondere zurück vor die Hauptreinigungsstufe zu leiten ist.
Die Erfindung ermöglicht einen hohen Grad an Reinigung von Abgasgemischvolumenströme und eine sichere Lösungsmittelsammlung und Lösemittelückgewinnung, was eine umweltfreundliche, energie- und betriebskostensparende Einstellung von Grenzwerten ermöglicht. Durch den gut zu wartenden, anpassbaren modulartigen und sehr kompakten Aufbau sind zudem in einfacher Weise beispielsweise weitere Adsorptionsmittelräder anpassbar, in Reihen- und/oder in Parallelschaltung, so dass eine Anlage nicht vollständig umgebaut werden muss, wenn eine erhöhte Rückgewinnungsrate für das Lösemittel und/oder eine Grenzwertänderung vorgenommen werden sollen.
Die Lösungsmittel, insbesondere organische Lösungsmittel, insbesondere NMP als Lösungsmittel bei der Batteriezellfertigung von Lithium-Batteriezellen mit einem Ka- thoden-Doppellagenbeschichter, können durch die Erfindung nach dem Trocknungsprozess sicher wiedergewonnen werden, insbesondere können Einheiten für jede Herstellungsvorrichtung gesondert konfiguriert werden und laufen separat. Die Widergewinnungsrate ist gegenüber dem Stand der Technik wesentlich erhöht.
NMP (N-Methylpyrrolidon) wird als Lösungsmittel zur Herstellung von Batterien, Halbleitern, Fasern, Pharmazeutika sowie in der Draht- und Kabelbeschichtung verwendet und darf nur noch dann vermarktet und verwendet werden, wenn die Einhaltung bestimmter Expositionsgrenzwerte sichergestellt werden können.
Die Vorrichtung umfasst einen oder mehrere Kondensatreiniger, im Sinne von Kondensationseinrichtungen, umfassend insbesondere einen Kondensator mit einem nachgeschaltetem Tropfenabscheider, wodurch das Lösemittel aus dem Abgasstrom auskondensiert und abgetrennt werden kann, wodurch eine Reinigung des Abgasstromes erreicht und das Lösemittel zurückgewonnen wird. Weiterhin umfasst die Vorrichtung Adsorptionsmittelräder, weiterhin insbesondere Wärmetauscher, Lösemittelflüssigpuffertank und Kontrollsysteme. Durch die Erfindung können Grenzwerte in sicherer Form erreicht werden, insbesondere ist ein NMP Grenzwert < 1 mg/m3 (bei Normbedingungen) erreichbar. Vorteilhaft ist die automatische Wiedergewinnung von Lösungsmittelflüssigkeit, insbesondere NMP-Flüssigkeit, realisierbar und ein stabiler Lösungsmittelgehalt, insbesondere Lösungsmittelgehalt flüchtiger organischer Lösungsmittel in recyclierten und erschöpftem Abgas. Die Erfindung ermöglicht es, Echtzeitschlüsselprozessparameter festzustellen und gewährleistet die Stabilität und die Sicherheit des Systemlaufs.
Die Erfindung bietet eine vorteilhafte flüssigkeitsgekühlte Kondensatreinigung, insbesondere Wasser, insbesondere eine Kombination mit weiteren Kühlmittel, Insbesondere Kaltwasser.
Erfindungsgemäße Vorrichtungen können für jede zu reinigenden Kathodenbe- schichtungsanlage gesondert eingerichtet werden und laufen unabhängig. Es besteht kein Risiko von Querströmungen oder einer Strömungsbeeinflussung in den Adsorptionsmittelrädern, wodurch eine verbesserte Produktionsstabilität bei den herzustellenden Produkten und Betätigungsflexibilität besteht. Weiterhin kann die Leitungskonfiguration vereinfacht werden. Beispielhaft ist eine vorteilhafte Abgasdurchflussrate von etwa 15.000 - 100.000 m3/h, insbesondere 50.000 - 100.000 m3/h, insbesondere 80.000 m3/h (bei Normbedingungen). Aufgrund des modulartigen Aufbaus können vorteilhaft Vielfache einer beispielhaften Moduleinheit von etwa 50.000 m3/h erreicht werden, insbesondere 100.000 m3/h und weitere.
Vorteilhaft ist es, wenn in der Feinreinigungsstufe weitere Adsoptionsmittelräder in Reihenschaltung und/oder Parallelschaltung anzuordnen sind, insbesondere zuschaltbar, insbesondere angepasst an die Konzentration der Lösungsmittel. Vorteilhaft ist es, wenn die Adsorptionsmittelräder ein Kapazität von etwa 1.500 - 8.000 m3/h, insbesondere von etwa 6.000 - 8.000 m3/h aufweist. Bei der Notwendigkeit eines schnellen Shutdowns mit steigendem Luftvolumen ist ein Adsoptionsmittel- rad bei 8.000 m3/h gesehen, um zu gewährleisten dass die garantierten Emissionsstandards auch bei einem schnellen Shutdowns erreicht werden.
Vorteilhaft ist es, wenn das Adsorptionsmittelrad, insbesondere umfassend Zeolith, mittels eines thermischen Reinigungsstroms von adsorbiertem Lösungsmittel desor- bierbar ist, insbesondere NMP, wobei insbesondere der Reinigungsgasstrom vor dem Durchlaufen des Adsorptionsrads aus dem Nebenvolumenstrom abzweigbar ist und nach dem Durchlaufen den des Adsoptionsmittelrads über eine Rückführungsleitung irr vor die Hauptreinigungsstufe zurückführbar ist. Mittels der Adsorption lassen sich gasförmig vorliegende Schadstoffe, vor allem in niedrigen Konzentrationen, reinigen. Beladene Adsorptionsmittel werden dann bei der Desorption regeneriert. Werthaltige Stoffe wie Lösungsmittel aus der Abluft können so in einfacher Weise zurückgewonnen werden, insbesondere wird nach der Feinreinigungsstufe nach einem letzten Adsorptionsmittelrad, insbesondere dem zweiten Adsorptionsmittelrad, ein NMP Gehalt zu < 1 mg/m3 (bei Normbedingungen) erreicht.
Vorteilhaft ist es, wenn der Hauptvolumenstrom etwa 90-95 % des Abgasgemischvolumenstroms und der Nebenvolumenstrom etwa 2, 5% - 10 %, insbesondere 5 - 10% des Abgasgemischvolumenstroms beträgt. Der Abgasgemischvolumenstrom wird somit nach der Kondensation beispielhaft aufgeteilt in zwei Teile: einen Hauptvolumenstrom im Sinne eines wiedergewonnenen Stroms und einen Seitenstrom.
Vorteilhaft ist es, wenn in der Hauptreinigungsstufe ein flüssigkeitsgekühlter Kondensatreiniger vorgesehen ist, insbesondere mit Wasser als Kühlmittel, insbesondere weiterhin mit einem Kondensattank für die Lösungsmittel, insbesondere NMP.
Vorteilhaft ist es, wenn der Hauptreinigungstufe eine Trocknungseinheit insbesondere für beschichteten Kathodenmaterialien vorgeschaltet ist und der gereinigte Nebenvolumenstrom insbesondere mittels einer Rückführungsleitung vor die Trock- nungseinheit zurückzuführen ist und/oder thermischer Reinigungsstrom zwischen Trocknungseinheit und Hauptreinigungsstufe.
Vorteilhaft ist es, wenn mit einem Frischluftzufuhrmittel zum Hauptvolumenstrom entsprechend der Menge des entnommenen Nebenvolumenstroms ein Volumenausgleich vornehmbar ist.
Vorteilhaft ist es, wenn in einem Anfang und Ende der Hauptreinigungsstufe zumindest ein Luft-Luft-Wärmetauscher zur Wärmerückgewinnung und/oder zum Wärmetausch zwischen zwei Gasströmungen vorgesehen ist, in dem sich der Abgasgemischvolumenstrom und der zurückgeleitete Hauptvolumenstrom kreuzen, und/oder eine Wärmetauscherkombination, umfassend zumindest zwei Wärmetauschereinheiten die jeweils im Abgasgemischvolumenstrom und im der zurückgeleiteten Hauptvolumenstrom angeordnet sind, verbunden durch einen wärmetransportierenden Wasserkreislauf, insbesondere mit einer Regelungseinheit. Vorteilhaft ist es, dass zur Wärmerückgewinnung und/oder zum Wärmetausch zwischen zwei Gasströmungen die Ausgangstemperaturen der Strömungen direkt geregelt werden können. Vorwiegend wird die Ausgangstemperatur des Hauptvolumenstrom geregelt, insbesondere 95°C, da diese maßgeblich für die Wärmerückgewinnung ist. Durch die indirekte Wärmerückgewinnung mittels der vorgeschlagenenen Wärmetauscherkombination kann die Vorrichtung kompakter und flexibler konzipiert werden.
Die Aufgabe wird ebenfalls gelöst durch eine Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 für eine Reinigung von Abgasgemischen umfassend Lösungsmittel, insbesondere organische Lösungsmittel, insbesondere NMP, die bei einer Batteriezellfertigung insbesondere für Lithium-Ionen-Batterien anfallen, im Sinne eines Schichtmaterials/Kathodenbeschichtung, insbesondere in einem Kathoden- Doppellagenbeschichter.
Die Aufgabe wird ebenfalls gelöst durch ein Verfahren zur Abgasreinigung unter Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zur Reinigung eines Abgasgemischvolumenstroms insbesondere umfassend Lösungsmittel, insbe- sondere organische Lösungsmittel, insbesondere NMP, zum Einsatz in einem kontinuierlichen zyklischen Reinigungsprozess, umfassend eine Hauptreinigungsstufe und eine Feinreinigungsstufe, wobei nach der Hauptreinigungsstufe mit einem Aufteilungsmittel der Abgasgemischvolumenstrom aufgeteilt in einen Hauptvolumenstrom , der zurück vor die Hauptreinigungsstufe, insbesondere vor eine vorgeschaltete Trocknungseinheit insbesondere für beschichteten Kathodenmaterialien, geleitet wird, und einen Nebenvolumenstrom, der durch eine Feinreinigungsstufe geleitet wird, wobei die Hauptreinigungsstufe zumindest einen Kondensatreiniger umfasst, wobei die Feinreinigungsstufe zumindest zwei Adsorptionsmittelräder umfasst, durch die eine Adsorption von Lösungsmittel, insbesondere NMP, vorgenommen wird, die in Reihenschaltung nacheinander angeordnet sind, wobei ein Ausgangsstrom aus der Feinreinigungsstufe über eine Rückführungsleitung zurück vor die Hauptreinigungsstufe geleitet wird.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachstehenden Beschreibung, in der Ausführungsbeispiele des Gegenstands der Erfindung in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert sind.
Es zeigen:
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung,
Fig. 2 eine erfindungsgemäße Vorrichtung und
Fig. 3 eine erfindungsgemäße Vorrichtung
Fig. 1 zeigt einen beispielhaften Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zur Reinigung eines Abgasgemischvolumenstroms 4 insbesondere umfassend Lösungsmittel, insbesondere organische Lösungsmittel, insbesondere NMP (N- Methylpyrrolidon), zum Einsatz in einem kontinuierlichen zyklischen Reinigungsprozess, umfassend eine Hauptreinigungsstufe 5, die beispielhaft in Fig. 2 dargestellt ist, und eine Feinreinigungsstufe 6, wobei nach der Hauptreinigungsstufe 5 mit einem Aufteilungsmittel 3 der Abgasgemischvolumenstrom 4 aufteilbar ist in einen Hauptvolumenstrom 7, der zurück vor eine Trocknungseinheit 19 zu leiten ist, und einen Ne- benvolumenstrom 8, der durch eine Feinreinigungsstufe 6 zu leiten ist, wobei die Hauptreinigungsstufe 5 zumindest einen Kondensatreiniger 10 umfasst, wobei die Feinreinigungsstufe 6 zumindest zwei Adsorptionsmittelräder 11 umfasst, insbesondere Zweistufenadsorptionsmittelräder, eingerichtet zur Adsorption von Lösungsmittel, insbesondere NMP, die in Reihenschaltung 12 nacheinander angeordnet sind, wobei ein Ausgangsstrom 13 aus der Feinreinigungsstufe 6 beispielhaft über eine Rückführungsleitung 14 und/oder mittels eines zurückzuleitenden thermischen Reinigungsstroms 15 zurück vor die Hauptreinigungsstufe 5 bzw. vor die Trocknungseinheit 19 zu leiten ist, wobei das Adsorptionsmittelrad 11 , insbesondere umfassend Zeolith, mittels des thermischen Reinigungsstroms 15 von adsorbiertem Lösungsmittel desorbierbar ist, insbesondere NMP, wobei insbesondere der Reinigungsgasstrom 15 vor dem Durchlaufen des Adsorptionsrads 11 aus dem Nebenvolumenstrom abzweigbar ist und nach dem Durchlaufen den des Adsoptionsrads 11 in die Hauptreinigungsstufe 5 zurückführbar ist, wobei der Hauptvolumenstrom 7 beispielhaft etwa 95% des Abgasgemischvolumenstroms und der Nebenvolumenstrom 8 etwa 2,5%-10%, insbesondere 5%, des Abgasgemischvolumenstroms beträgt.
Fig. 2 zeigt einen Teil einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, insbesondere als Ergänzung zu dem Teil der Vorrichtung, der in Fig. 1 dargestellt ist, insbesondere sind die Figuren 1 und 2 aneinanderlegbar, wobei in der Hauptreinigungsstufe 5 beispielhaft zwei flüssigkeitsgekühlte Kondensatreiniger 18 vorgesehen sind, insbesondere mit Wasser als Kühlmittel, insbesondere weiterhin mit ein Kondensattank 16 für die Lösungsmittel, insbesondere NMP. Beispielhaft sind zwei Trocknungseinheiten 19 einer Kathodenbeschichtungsanlage der Hauptreinigungstufe 5 vorgeschaltet. Weiterhin wird der beispielhaft in Fig. 1 dargestellt gereinigte Nebenvolumenstrom 8 durch eine Rückführungsleitung 14 vor die Trocknungseinheit 19 zurückgeführt.
Beispielhaft ist eine Zweistufenkondensation dargestellt, nachfolgend zum vorkonditionierten Abgas wird anschließend in einem flüssigkeitsgekühlten Kondensator gekühlt. Dieser erste Kondensator 18 wird mit gekühltem Wasser betrieben, Einlasstemperatur des Wassers ist 30°C max.. Die Temperatur der Abluft nach dem ersten Kondensator 18 ist ungefähr 45°C. Durch einen zweiten Kondensator 18 nach dem ersten wird eine Energieeinsparung möglich. Dieser Kondensator wird vorteilhaft mit gekühltem Wasser Einlasstemperatur 7°C max betrieben und könnte die Auslasstemperatur bis zu etwa 10-20°C reduzieren. Danach liegt der NMP-Gehalt beispielhaft bei etwa 300 ppmv bei 20°C bzw. 200 ppmv bei 10°C . Nach der Kondensation wird der NMP Gehalt reduziert von etwa 3.000 ppmv auf etwa 300 ppmv bzw. 200 ppmv.
Das Abgasvolumen beispielhaft bei einer Temperatur von etwa 130°C wird von einem oberen und einem unteren Trocknungsmittel 19 in einen Luft/Luft- Wärmetauscher 20 geführt und eine Wiedergewinnung von Wärme durch die zurücklaufende Luft durchgeführt. Dann kann das zurücklaufende Abgasvolumen bis zu > 95°C aufgeheizt werden und danach mit einer Frischluft gemischt werden, beispielhafte Frischluftzufuhr 17, dann erfolgt ein Wiedereintreten in die Trocknungsmittel. Die Abgastemperatur nach dem Wärmetauscher 20 ist ungefähr 60°C.
Ein Wiedergewinnungsstrom aus der Feinreinigungsstufe 6, Fig. 1 , geht wieder zum Luft/Luft-Wärmetauscher 20, in die Trocknungseinheit 19 hinzugeführtes Gas, insbesondere Luft, dient dazu, um den herausgehenden Nebenvolumenstrom 8 zu kompensieren. Der Nebenvolumenstrom 8 geht in die Adsoptionsradmittel 11. Zur weiteren Verbesserung wird beispielhaft jede Beschichtungsanlage umfassend eine Trocknungsanlage 19 jeweils mit einer mit mehreren Adsoptionsradmitteln 11 mit einer Kapazität von etwa 6.000 m3/h ausgestattet, so dass kein Risiko von Querströmung oder Beeinflussung zwischen verschiedenen, jeweils mit einer eigenen Haupt- und Nebenreinigungsanlage mit mehreren Adsoptionsradmitteln 11 ausgestattet wird, wodurch eine verbesserte Produktionsstabilität und Betätigungsflexibilität gewährleistet ist.
Fig. 3 zeigt eine vorteilhafte Ausgestaltung eine Vorrichtung 1 zur Reinigung eines Abgasgemischvolumenstroms 4, wobei in einem Anfang und Ende der Hauptreinigungsstufe 3 zur Wärmerückgewinnung und/oder zum Wärmetausch zwischen zwei Gasströmungen zumindest ein Luft-Luft-Wärmetauscher 20 vorgesehen ist, in dem sich der Abgasgemischvolumenstrom 4 und der zurückgeleitete Hauptvolumenstrom 7 kreuzen, und/oder eine Wärmetauscherkombination 21 , umfassend zumindest zwei Wärmetauschereinheiten 22, 23 die jeweils im Abgasgemischvolumenstrom 4 und im der zurückgeleiteten Hauptvolumenstrom 7 angeordnet sind, verbunden durch einen wärmetransportierenden Wasserkreislauf 24, insbesondere mit einer Regelungseinheit. Durch dieses Wärmerückgewinnungskonzept wird Energie aus dem Abgasstrom zurückgewonnen. Im Luft-Luft-Wärmetauscher 20 wird die Wärme direkt von einem Luftstrom auf einen anderen Luftstrom übertragen ohne Mischung der Ströme. Ein heißer Abgasgemischvolumenstrom 4 kühlt ab, beispielsweise von etwa 130°C auf etwa 60°C, ein kühlerer, zurückgeführter Hauptvolumenstrom 7 wird erwärmt, beispielsweise von etwa 20°C auf etwa 95°C. Der gesamte Vorgang erfolgt beispielhaft in Luft-Luft-Wärmetauscher 20. Bei diesem Gerät können die Ausgangstemperaturen der Ströme nicht beeinflusst werden. Schwankungen an den Eingängen wirken sich immer auf die Ausgänge auf.
Durch den Einsatz einer Wärmetauscherkombination 21 , umfassend zumindest zwei Wärmetauschereinheiten 22, 23, wird indirekt die Wärme von einem Luftstrom auf den anderen übertragen. Der Abgasgemischvolumenstrom 4 läuft in den Wärmetauscher 22 und wird abgekühlt, insbesondere von etwa 130°C auf etwa 60°C. Die Abkühlung erfolgt über den Wasserkreislauf 24. Der Hauptvolumenstrom 7 verläuft in den Wärmetauscher 23 und wird dort erwärmt, insbesondere von etwa 20°C auf etwa 95°C. Die Erwärmung erfolgt über das im Wärmetauscher 22 erwärmte Wasser des Kreislaufs 24. Das warme Wasser wird im Wärmetauscher 22 abgekühlt und geht danach wieder in den 23 zur Kühlung und schließt den Wasserkreislauf.
BEZUGSZEICHENLISTE
I Vorrichtung zur Reinigung eines Abgasgemisches
3 Aufteilungsmittel
4 Abgasgemischvolumenstrom
5 Hauptreinigungsstufe
6 Feinreinigungsstufe
7 Hauptvolumenstrom
8 Nebenvolumenstrom
10 Kondensatreiniger
I I Adsorptionsmittelrad
12 Reihenschaltung
13 Ausgangsstrom
14 Rückführungsleitung
15 thermischen Reinigungsstrom
16 Kondensattank
17 Frischluftzufuhr
18 Kondensatreiniger
19 Trocknungseinheit
20 Luft/Luft-Wärmetauscher
21 Wärmetauscherkombination
22 Wärmetauscher
23 Wärmetauscher
24 Wasserkreislauf
25 Tröpfchenabscheideeinheit

Claims

ANSPRÜCHE
1. Vorrichtung (1) zur Reinigung eines Abgasgemischvolumenstroms (4), insbesondere umfassend Lösungsmittel, insbesondere organische Lösungsmittel, insbesondere NMP (N-Methylpyrrolidon), zum Einsatz in einem kontinuierlichen zyklischen Reinigungsprozess, umfassend eine Hauptreinigungsstufe (5) und eine Feinreinigungsstufe (6), wobei nach der Hauptreinigungsstufe (5) mit einem Aufteilungsmittel (3) der Abgasgemischvolumenstrom (4) aufteilbar ist in einen Hauptvolumenstrom (7), der zurück vor (in) die Hauptreinigungsstufe (5), insbesondere vor eine vorgeschaltete Trocknungseinheit (19) insbesondere für beschichteten Kathodenmaterialien, zu leiten ist, und einen Nebenvolumenstrom (8), der durch eine Feinreinigungsstufe (6) zu leiten ist, wobei die Hauptreinigungsstufe (5) zumindest einen Kondensatreiniger (10) umfasst, wobei die Feinreinigungsstufe (6) zumindest zwei Adsorptionsmittelräder (11) umfasst, insbesondere Zweistufenadsorptionsmittelräder, eingerichtet zur Adsorption von Lösungsmittel, insbesondere NMP, die in Reihenschaltung (12) nacheinander angeordnet sind, wobei ein Ausgangsstrom aus der Feinreinigungsstufe (6) über eine Rückführungsleitung insbesondere zurück vor die Hauptreinigungsstufe (5) zu leiten ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in der Feinreinigungsstufe (6) weitere Adsoptionsmittelräder (11) in Reihenschaltung und/oder Parallelschaltung anzuordnen sind, insbesondere zuschaltbar, insbesondere angepasst an die Konzentration der Lösungsmittel.
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Adsorptionsmittelräder (11) ein Kapazität von etwa 1.500 - 8.000 m3/h, insbesondere von etwa 6.000 - 8.000 m3/h aufweist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Adsorptionsmittelrad (11), insbesondere umfassend Zeolith, mittels eines thermischen Reinigungsstroms (15) von adsorbiertem Lösungsmittel desorbierbar ist, insbesondere NMP, wobei insbesondere der Reinigungsgasstrom (15) vor dem Durchlaufen des Adsorptionsmittelrads (11) aus dem Nebenvolumenstrom abzweigbar ist und nach dem Durchlaufen den des Adsoptionsmittelrads (11) über eine Rückführungsleitung vor die Hauptreinigungsstufe (5) zurückführbar ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptvolumenstrom (7) etwa 90 - 95% des Abgasgemischvolumenstroms und der Nebenvolumenstrom (8) etwa 2, 5% - 10 %, insbesondere 5 - 10% des Abgasgemischvolumenstroms beträgt.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in der Hauptreinigungsstufe (5) zumindest ein, insbesondere mehrere flüssigkeitsgekühlte Kondensatreiniger (18) vorgesehen sind, insbesondere mit Wasser als Kühlmittel, insbesondere weiterhin mit einer Tröpfchenabscheideeinheit (25) und einem einem Kondensattank (16) für die Lösungsmittel, insbesondere NMP.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptreinigungstufe (5) eine Trocknungseinheit (19) insbesondere für beschichteten Kathodenmaterialien vorgeschaltet ist und der gereinigte Nebenvolumenstrom (8) insbesondere mittels einer Rückführungsleitung (14) vor die Trocknungseinheit (19) zurückzuführen ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mit einem Frischluftzufuhrmittel zum Hauptvolumenstrom entsprechend der Menge des entnommenen Nebenvolumenstroms ein Volumenausgleich vornehmbar ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Anfang und Ende der Hauptreinigungsstufe (3) zumindest ein Luft-Luft- Wärmetauscher (20) zur Wärmerückgewinnung und/oder zum Wärmetausch zwi- sehen zwei Gasströmungen vorgesehen ist, in dem sich der Abgasgemischvolumenstrom (4) und der zurückgeleitete Hauptvolumenstrom (7) kreuzen, und/oder eine Wärmetauscherkombination (21), umfassend zumindest zwei Wärmetauschereinheiten (22, 23) die jeweils im Abgasgemischvolumenstrom (4) und im der zurückgeleiteten Hauptvolumenstrom (7) angeordnet sind, verbunden durch einen wärmetransportierenden Wasserkreislauf (24), insbesondere mit einer Regelungseinheit.
10. Verwendung einer Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 für eine Reinigung von Abgasgemischen umfassend Lösungsmittel, insbesondere organische Lösungsmittel, insbesondere NMP, die bei einer Batteriezellfertigung insbesondere für Lithium-Ionen-Batterien anfallen, im Sinne eines Schichtmaterials/Kathodenbe- schichtung, insbesondere in einem Kathoden-Doppellagenbeschichter.
11. Verfahren zur Abgasreinigung unter Verwendung einer Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zur Reinigung eines Abgasgemischvolumenstroms (4) insbesondere umfassend Lösungsmittel, insbesondere organische Lösungsmittel, insbesondere NMP, zum Einsatz in einem kontinuierlichen zyklischen Reinigungsprozess, umfassend eine Hauptreinigungsstufe (5) und eine Feinreinigungsstufe (6), wobei nach der Hauptreinigungsstufe (5) mit einem Aufteilungsmittel (3) der Abgasgemischvolumenstrom (4) aufgeteilt in einen Hauptvolumenstrom (7), der zurück vor die Hauptreinigungsstufe (5), insbesondere vor eine vorgeschaltete Trocknungseinheit (19) insbesondere für beschichteten Kathodenmaterialien, geleitet wird, und einen Nebenvolumenstrom (8), der durch eine Feinreinigungsstufe (6) geleitet wird, wobei die Hauptreinigungsstufe (5) zumindest einen Kondensatreiniger (10) umfasst, wobei die Feinreinigungsstufe (6) zumindest zwei Adsorptionsmittelräder (11) umfasst, durch die eine Adsorption von Lösungsmittel, insbesondere NMP, vorgenommen wird, die in Reihenschaltung (12) nacheinander angeordnet sind, wobei ein Ausgangsstrom aus der Feinreinigungsstufe (6) über eine Rückführungsleitung zurück vor die Hauptreinigungsstufe (5) geleitet wird.
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